Тиристорные и симисторные регуляторы напряжения для индуктивной нагрузки

Использование тиристора

Использование такого регулятора напряжения, как тиристор, позволяет сделать плавную регулировку, к примеру, паяльника от половины возможного напряжения до максимального. Если схему усовершенствовать и добавить диодный мост, то можно сделать регулировку от 0 до 100%.

Принцип сборки регулятора на симисторе очень похож на используемый в тиристорном устройстве. Этот метод применим для сборки любого прибора такого типа.

Сборка тиристорного регулятора на печатной плате выглядит следующим образом:

1. Сначала необходимо подготовить монтажную схему. Для этого следует наметить на стартовой плате с помощью гвоздя или иголки саму схему. Она должна располагаться удобным образом. Если делать это сложно начинающему мастеру, то можно приобрести плату с готовой схемой.
2. Подготовка всех требуемых материалов и инструментов. К ним нужно отнести печатную плату. Её можно сделать самостоятельно или купить. Также следует подготовить нож, кусачки, паяльник, припой, флюс провода и т. п.
3. Дальше нужно вмонтировать все детали согласно заранее подготовленной схеме.
4. Лишние концы всех деталей необходимо удалить с помощью кусачек.
5. После этого идёт этап пропайки. Сперва все детали проделываются флюсом, потом пропаиваются в такой последовательности: конденсаторы с резисторами, транзисторы, тиристоры, диоды, динисторы.
6. Следующий этап — подготовка корпуса для сборки.
7. Зачистка, запайка контактов.
8. Изоляция проводов.
9. Проверка перед эксплуатацией.
10. Финальная сборка.

В целях управления устройством устанавливается конденсатор с резистором. Он может быть применён к приборам, общая мощность которых не превышает 40 Ватт. Существует возможность регулировки мощности от минимума до максимума.

Регулятор для индуктивной нагрузки

Тех, кто попытается управлять индуктивной нагрузкой (например, трансформатором сварочного аппарата) при помощи выше указанных схем, ждет разочарование. Устройства не будут работать, при этом вполне возможен выход из строя симисторов. Это связано с фазовым сдвигом, из-за чего за время короткого импульса полупроводниковый ключ не успевает перейти в «открытый» режим.

Существует два варианта решения проблемы:

1. Подача на управляющий электрод серии однотипных импульсов.
2. Подавать на управляющий электрод постоянный сигнал, пока не будет проход через ноль.

Первый вариант наиболее оптимален. Приведем схему, где используется такое решение.

Схема регулятора мощности для индуктивной нагрузки

Как видно из следующего рисунка, где продемонстрированы осциллограммы основных сигналов регулятора мощности, для открытия симистора используется пакет импульсов.

Осциллограммы входного (А), управляющего (В) и выходного сигнала (С) регулятора мощности

Данное устройство делает возможным использование регуляторов на полупроводниковых ключах для управления индукционной нагрузкой.

Регулятор мощности для паяльника своими руками

Рассмотрим пример изготовления регулятора тока своими руками. Например, будем регулировать мощность паяльника. Регулирование в таком устройстве позволяет не перегревать место пайки и способно защищать жало паяльника от выгорания.

Регулятор на симисторе КУ208Г

Схема прибора довольно интересная и простая в реализации. Отличительной её особенностью является использование неоновой лампочки.

Конденсатор, величиной порядка 0,1 мкФ, предназначен для генерации пилообразного импульса и защиты схемы управления от помех. Резисторы применяются для ограничения тока, а с помощью переменного резистора ток регулируется, его величина составляет около 220 кОм. Неоновая лампочка позволяет выполнять линейное управление и одновременно является индикатором. По интенсивности её яркости можно контролировать регулировку.

Недостатком такой схемы будет слабая информированность о мощности паяльника. Для наглядного отображения значений выставленного значения, при достаточном уровне радиоподготовки, можно применить микроконтроллер, например, pic16f628a. На нем также возможно будет выполнить электронную регулировку мощности, отказавшись от переменного резистора.

Регулировка на интегральном стабилизаторе

Ещё одним способом управления мощностью является применение интегральных стабилизаторов. Используя такое устройство, очень легко изготовить диммер для 12 вольтового регулятора напряжения. Такое устройство простое в сборке и обладает встроенной защитой, может использоваться как для подключения паяльника на 12 В, так и светодиодной ленты. Обычно переменный резистор подключается к входу управляющего электрода микросхемы. Недостаток — сильный нагрев стабилизирующей микросхемы.

Переменное напряжение сети 220 В понижается через трансформатор до 16−18 вольт. Далее через диодный мост и сглаживающий конденсатор выпрямленное значение поступает на вход линейного стабилизатора. С помощью переменного резистора посредством изменения рабочей характеристики микросхемы выставляется требуемое напряжение на выходе. Такое напряжение будет стабилизированным и для нашего случая составит 12 вольт.

При самостоятельном изготовлении приборов соблюдайте осторожность и помните про технику безопасности при работе с сетью переменного тока 220 В. Как правило, верно выполненный регулятор из исправных деталей не требует настройки и сразу начинает работать

Практически в любом радиоэлектронном устройстве в большинстве случаев присутствует регулировка по мощности. За примерами далеко ходить не надо: это электроплиты, кипятильники, паяльные станции, различные регуляторы вращения двигателей в устройствах.

Способов, по которым можно собрать регулятор напряжения своими руками 220 В, в Сети полно. В большинстве случаев это схемы на симисторах или тиристорах. Тиристор, в отличие от симистора, более распространённый радиоэлемент, и схемы на его основе встречаются гораздо чаще. Разберём разные варианты исполнения, основанные на обоих полупроводниковых элементах.

Настройка регулятора

Проверка регулятора мультиметром

После завершения паяльных работ и всех необходимых подключений можно переходить в проверке самодельного изделия на работоспособность. При обнаружении отклонений от нормальных режимов, заданных описанием схемного решения, потребуется настройка прибора. Она заключается в проверке каждого из элементов по току и напряжению. Для этого удобнее всего запастись специальным прибором – мультметром, а еще лучше – электронным осциллографом.

Перед проведением настройки важно помнить о том, что симистор в этой схеме выполняет функцию фазового регулятора. Его основное назначение – переключение цепи в момент перехода полуволной напряжения нулевой точки с учетом величины эксплуатируемой в данное время нагрузки. В исходном состоянии симистор закрыт, поскольку напряжение на его управляющем электроде не достигло нужной величины

По мере заряда конденсатор через цепочку, открывшуюся за счет поступления полуволны напряжения, потенциал на нем и на подключенном параллельно динисторе постепенно возрастает

В исходном состоянии симистор закрыт, поскольку напряжение на его управляющем электроде не достигло нужной величины. По мере заряда конденсатор через цепочку, открывшуюся за счет поступления полуволны напряжения, потенциал на нем и на подключенном параллельно динисторе постепенно возрастает.

Указанные процессы хорошо видны на экране осциллографа, при наличии которого настройка прибора заметно упростится.

По достижении напряжением в этой точке величины примерно 30 Вольт, динистор и симистор одновременно открываются на время равное полупериоду волны. За счет периодически повторяющейся с частотой 50 Герц коммутации управляющей цепочки удается изменять величину мощности в нагрузке в заданных пределах.

Тиристоры и симисторы. В чём разница?

Тиристоры и симисторы – полупроводниковые элементы, управление которыми (изменение их коммутационного состояния) осуществляется подачей положительного потенциала на управляющий электрод. Их отличие заключается в количестве слоев с различной проводимостью в пластине элемента.

Тиристор является преобразователем переменного тока однонаправленного действия. В своей структуре элемент имеет управляющий электрод, анод и катод.

Симистор представляет собой два встречно включенных тиристора, которые располагаются параллельно друг другу. У симистора каждый электрод является анодом и катодом одновременно, благодаря чему этот полупроводниковый переключатель способен проводить ток в двух направлениях.

Далее рассмотрим особенности и отличия устройств с коммутацией, реализованной на тиристорных и симисторных ключах.

Как работает регулятор мощности на симисторе: самая простая схема из пяти доступных деталей и поясняющее видео

Сразу замечу, что новичка может ввести в заблуждение общепринятое слово «регулятор». Технически правильнее назвать сие изделие «ограничитель».

Симисторные и тиристорные модули работают за счет уменьшения величины номинальной мощности. Они не способны ее повышать, ибо банально срезают часть синусоиды.

Схем, работающих на этом принципе, разработано очень много. Они используются, как в промышленности, так и при самостоятельном изготовлении. Дальше предлагаю ознакомиться с одной из простейших.

Такую конструкцию можно собрать своими руками новичку для получения практических навыков, поместить ее в небольшую коробочку. Она при размещении на теплоотводящем радиаторе позволяет управлять нагрузкой до 5 киловатт.

В работе схемы участвует всего 5 деталей:

1. Симистор BTA-41600B (продается в Китае).
2. Динистор DB3 можно найти в энергосберегающих лампах или в интернет магазине.
3. Резистор 500 Ом с мощностью рассеивания тепла от 1 ватта.
4. Конденсатор 0,1 микрофарада с допустимым напряжением от 250 вольт.
5. Переменный резистор с сопротивлением от 200 до 500 килоом.

Конструктивно регулятор можно выполнить простым навесным монтажом или разместить на монтажной плате. Это не принципиально, деталей мало.

Эта конструкция позволяет регулировать:

• температуру паяльника, нагревателей резистивного типа;
• обороты вращения коллекторных электродвигателей (пылесосы, стиральные машины, дрели, болгарки, перфораторы, шлифовальные машинки, электролобзики;
• свет от лампочек накаливания;
• ток зарядки автомобильных аккумуляторов;
• силу тока на первичной стороне трансформатора, но при этом создается искаженный сигнал, который несколько ухудшит процесс трансформации — электромагнитных преобразований.

В принципе это обычный диммер. Подобные изделия продаются в магазинах для ламп накаливания. Только он отличается небольшими доработками, упрощениями, не подходит к светодиодным и энергосберегающим источникам. Возможно их мерцание.

Схема не обеспечивает сохранение мощности на валу двигателя: при увеличении нагрузки, например, усиленном вдавливании резца в обрабатываемую деталь, обороты ротора падают.

Она вполне рабочая, но упрощена до минимума деталей. В ней даже трудно выделить все 4 основных узла, присущих подобным регуляторам. А это:

1. частотно задающая RC цепочка;
2. формирователь импульсов для отпирания симметричного управляющего диода;
3. силовой элемент — сам симистор;
4. демпферная RC цепочка (защищает триак от помех, возникающих на индуктивной нагрузке — электродвигателе).

Преимущества и недостатки стабилизаторов тиристорного типа

Преимущества тиристорных стабилизаторов:

• достаточно высокая скорость стабилизации – до 20 мс;
• хороший КПД;
• защищенность от сетевых помех;
• значительный интервал регулирования;
• устойчивость к перегрузам;
• надежность, долговечность.

Минусы стабилизаторов на тиристорных ключах, ограничивающих их применение:

• низкая эффективность при работе с реактивными потребителями;
• значительное снижение мощности при низких напряжениях на входе;
• высокая стоимость;
• сложность ремонтных мероприятий;
• форма выходного напряжения, далекая от синусоиды, что делает невозможным применение этих аппаратов для обслуживания электродвигателей.

Ступенчатая стабилизация и ее недостаточная точность ограничивают использование аппаратов для питания потребителей с особой чувствительностью к качеству электропитания.

Принцип работы

Цифровой стабилизатор напряжения

Работает подобное стабилизирующее устройство следующим образом:

1. Поступающее из внешней сети на устройство напряжение замеряется управляющей платой (контроллером) при помощи специального датчика;
2. На основании полученных замеров контроллер принимает решение о корректировке напряжения;
3. Контроллер посылает соответствующий сигнал на вводные симисторы;
4. При помощи посланного на симисторы контроллером сигнала производится подача выровненного до определённого значения напряжения;
5. При помощи расположенного в корпусе автотрансформатора происходит выравнивание подаваемого из внешней сети напряжения до необходимого для нормальной работы электроприборов значения.

Данный многоступенчатый процесс занимает доли секунд. При этом, в отличие от релейных моделей, наличие симисторов позволяет сделать включение и отключение обмоток трансформатора бесшумным и очень быстрым делом.

Самостоятельное изготовление

На сегодня возможно установить простые регуляторы на электрические приборы своими руками, если имеется необходимый инструмент и схемы. Существует несколько возможных вариантов таких схем. К одной из схем можно отнести bt136 600e. Она идеально подходит, например, для регулировки степени нагрева паяльника.

Варианты схем

Паяльник можно оборудовать устройством для регулировки мощности до 90 Вт. Для этого необходимо всего лишь несколько деталей. Именно благодаря такому устройству можно изменять не только степень нагрева жала паяльника, но и уровень свечения настольной лампы, скорость вращения вентилятора для многих других приборов, которые требуют регулировки.

Такой регулятор можно собрать на основе многих симисторов, к примеру, ВТА 16600. Но идеальным вариантом будет использование устройства bt136 600e. Симистор этого типа лучше подходит для регулировки мощности жала паяльника.

С другой стороны, если имеется минимальный опыт работы с микросхемами, то можно вмонтировать такую лампу в схему регулятора мощности на симисторе типа bt136 600e. Главное, правильно выбрать неоновую лампу. От правильного выбора такого устройства будет зависеть качество работы регулятора, его функциональные возможности и многое другое. Она должна иметь минимальные показатели напряжения.

От этого показателя непосредственно зависит плавность регулировки степени нагрева жала паяльника или скорости вентилятора. При монтаже стартера в светильник неоновую лампу можно не применять. Хотя функциональность устройства от этого уменьшается, поскольку показатель напряжения (мощности) прибора при работе не будет виден.

В схемах регулятора для паяльника нет ничего сложного. Для создания диодного моста используются диоды D226. К нему в обязательном порядке следует монтировать тиристор KY202H. Он имеет личную цепь управления. Если диапазон регулировки мощности устройства должен быть довольно большим, то применяются схемы с дополнительной установкой элемента логики — счётчика K561NE8. Регулировать мощность здесь также будет тиристор.

После установки диодного моста, согласно схеме следует обычный параметрический стабилизатор. Он будет включать подачу электричества на микросхему

Также важно правильно подобрать мощность и количество диодов. Они должны соответствовать желаемому диапазону регулировки

Существует и другой вариант схемы для регулировки мощности паяльника

Существует и другой вариант схемы для регулировки мощности паяльника

Она очень проста, никаких дорогостоящих и дефицитных деталей в ней нет. Предварительно установив светодиод, можно регулировать включённое/выключенное состояние

Существует и другой вариант схемы для регулировки мощности паяльника. Она очень проста, никаких дорогостоящих и дефицитных деталей в ней нет. Предварительно установив светодиод, можно регулировать включённое/выключенное состояние.

Возможное допустимое напряжение на входе должно равняться от 120 до 210 вольт. Для любых приборов такого типа можно использовать индикатор напряжения. Такое устройство можно найти в старом магнитофоне и использовать его для личных целей. Для усовершенствования прибора можно использовать светодиод или любые другие комплектующие такого типа. Он будет подсвечивать шкалу напряжения устройства, а также включённое или выключенное состояние. Это позволит значительно увеличить его функциональность.

Сборка устройства

При сборке симисторного или тиристорного регулятора мощности своими руками следует позаботиться о качественном корпусе для устройства. Лучшим вариантом будет использование пластика, поскольку его легко согнуть, обрезать, склеить и в целом обрабатывать. Таким образом, нужно из пластика вырезать заготовки, зачистить и обработать края, после чего склеить вместе в форме коробки под устройство. В коробке монтируется сделанный регулятор. После того как прибор собран, его необходимо предварительно проверить на правильность схемы и на работоспособность перед эксплуатацией.

Для того чтобы совершить такую проверку, можно использовать обычный паяльник. В качестве альтернативы применяется мультиметр. Приборы просто нужно подключить к выходу самой регулировочной схемы и вращать ручку регулятора. Если в схеме предусмотрена проверочная лампочка, то при регулировке яркость её свечения должна изменяться.

Симисторный регулятор мощности своими руками

В статье мы расскажем о том, как изготовить симисторный регулятор мощности своими руками. Что такое симистор? Это прибор, построенный на кристалле полупроводника. У него аж 5 p-n-переходов, ток может проходить как в прямом, так и в обратном направлении. Но эти элементы широкое распространение в современной промышленной аппаратуре не получили, так как у них высокая чувствительность к помехам электромагнитной природы.

Также они не могут работать при высокой частоте тока, выделяют большое количество тепла, если производят коммутацию больших нагрузок. Поэтому в промышленной аппаратуре используют IGBT-транзисторы и тиристоры. Но симисторы тоже не стоит упускать из виду – они дешевые, у них маленький размер, а самое главное – высокий ресурс. Поэтому они могут использоваться там, где перечисленные выше недостатки не играют большой роли.

Достоинства и недостатки триаков

Нужно отметить, что симистор является видом тиристора, следовательно, основным отличием являются параметры УЭ. Триаки классифицируются по видам и отличия состоят в различном исполнении и характеристиках:

1. Конструктивное исполнение (распиновка, цоколевка).
2. Ток перегрузки.
3. Параметры управляющего электрода.
4. Прямые и обратные токи и напряжения (600bw и 600е — на напряжение 600 В).
5. Электрической нагрузке: силовые и обыкновенные (bta06, ку202г).
6. Ток затвора.
7. Скорость переключения (dv/dt).
8. Изготовитель: импортные не требуют предварительно настройки, отечественные нужно настраивать путем внедрения в схему дополнительных элементов.
9. Уровень изоляции корпуса (bta16).
10. Мощность (btb16).

К основным достоинствам симметричных тиристоров нужно отнести следующие: низкая стоимость, длительный срок применения, не издают помехи (нет механических контактов), надежность.

Для избежания влияния помех необходимо производить шунтирование прибора RC-цепью:

Величина сопротивления резистора должна быть от 50 до 470 Ом, а емкость конденсатора необходимо подобрать от 0,01 до 0,1 мкФ. Эти величины подбираются в зависимости от характеристик триака или экспериментальным путем.

Плюсы и минусы

К плюсам подобного устройства относятся:

• Высокое быстродействие – устройство, благодаря наличию обладающих высокой скоростью переключения симситоров, способно очень быстро реагировать на скачки напряжения в сети, сглаживая их до необходимого значения;
• Широкий диапазон входного напряжения – стабилизаторы данного типа способны работать при значениях входного наряжения от 95 до 275 В (для однофазной модели), от 260 до 470-471 В ( для трехфазных стабилизаторов);
• Высокая точность стабилизации – выходное напряжение, выдаваемое такими устройствами, имеет максимальное колебание в пределах 1,5 % (3,3-5,7 В), что не оказывает отрицательного влияния на работу подключенных к нему приборов.
• Контроль значений входной и выходной разности потенциалов с погрешностью не более 0,5%;
• Высокое КПД – благодяря использованию симистора, значение данного показателя у большинства моделей достигает 95-97%;
• Бесшумность – отсутствие в конструкции стабилизатора релейных переключателей и подвижных контактов позволяет работать ему практически бесшумно;
• Небольшие размеры – собранные на симисторах стабилизаторы, по сравнению с релейными, имеют небольшие размеры и могут быть компактно размещены на полу или стене даже самого небольшого помещения;
• Длительный срок эксплуатации – большинство современных качетвенных моделей могут нормально выполнять свои функции в течение 10 и более лет;
• Большая мощность – разлиные модели способны обеспечить нормальную работу подключаемых приборов и оборудования суммарной мощностью от 3 до 10 кВт.

Инверторный стабилизатор напряжения

К минусам таких стабилизаторов относятся:

• Высокая стоимость – качественные модели стабилизаторов имеют достаточно высокую, не всегда доступную для многих владельцев квартир и домов стоимость.
• Скачкообразное изменение разности потенциалов на выходе устройства – данный недостаток характерен для недорогих моделей китайского производства. В более дорогостоящих аналогах правтически не проявляется.

На заметку. Несмотря на высокую стоймость таких устройств, их приобретение при проблемах с напряжением в сети будет очень выгодным и окупится достаточно быстро – при остуствии стабилизатора могут произойти серьезные поломки чувствительной бытовой техники, насосоного и отопительного оборудования. В некоторых случаях подобные скачки не просто портят подключенные к сети приборы, а выводят их из строя, что влечет их замену, приводя к незапланированным и занчительным финансовым расходам и другим неудобствам.

Как проверить работоспособность симистора?

В сети можно найти несколько способ, где описан процесс проверки при помощи мультиметра, те, кто описывал их, судя по всему, сами не пробовали ни один из вариантов. Чтобы не вводить в заблуждение, следует сразу заметить, что выполнить тестирование мультиметром не удастся, поскольку не хватит тока для открытия симметричного тринистора. Поэтому, у нас остается два варианта:

1. Использовать стрелочный омметр или тестер (их силы тока будет достаточно для срабатывания).
2. Собрать специальную схему.

Алгоритм проверки омметром:

1. Подключаем щупы прибора к выводам T1 и T2 (A1 и A2).
2. Устанавливаем кратность на омметре х1.
3. Проводим измерение, положительным результатом будет бесконечное сопротивление, в противном случае деталь «пробита» и от нее можно избавиться.
4. Продолжаем тестирование, для этого кратковременно соединяем выводы T2 и G (управляющий). Сопротивление должно упасть примерно до 20-80 Ом.
5. Меняем полярность и повторяем тест с пункта 3 по 4.

Если в ходе проверки результат будет таким же, как описано в алгоритме, то с большой вероятностью можно констатировать, что устройство работоспособное.

Заметим, что проверяемую деталь не обязательно демонтировать, достаточно только отключить управляющий вывод (естественно, обесточив предварительно оборудование, где установлена деталь, вызывающая сомнение).

Необходимо заметить, что данным способом не всегда удается достоверно проверку, за исключением тестирования на «пробой», поэтому перейдем ко второму варианту и предложим две схемы для тестирования симметричных тринисторов.

Схему с лампочкой и батарейкой мы приводить не будем в виду того, что таких схем достаточно в сети, если вам интересен этот вариант, можете посмотреть его в публикации о тестировании тринисторов. Приведем пример более действенного устройства.

Схема простого тестера для симисторов

Обозначения:

• Резистор R1 – 51 Ом.
• Конденсаторы C1 и С2 – 1000 мкФ х 16 В.
• Диоды – 1N4007 или аналог, допускается установка диодного моста, например КЦ405.
• Лампочка HL – 12 В, 0,5А.

Можно использовать любой трансформатор с двумя независимыми вторичными обмотками на 12 Вольт.

Алгоритм проверки:

1. Устанавливаем переключатели в исходное положение (соответствующее схеме).
2. Производим нажатие на SB1, тестируемое устройство открывается, о чем сигнализирует лампочка.
3. Жмем SB2, лампа гаснет (устройство закрылось).
4. Меняем режим переключателя SA1 и повторяем нажатие на SB1, лампа снова должна зажечься.
5. Производим переключение SA2, нажимаем SB1, затем снова меня ем положение SA2 и повторно жмем SB1. Индикатор включится, когда на затвор попадет минус.

Теперь рассмотрим еще одну схему, только универсальную, но также не особо сложную.

Схема для проверки тиристоров и симисторов

Обозначения:

• Резисторы: R1, R2 и R4 – 470 Ом; R3 и R5 – 1 кОм.
• Емкости: С1 и С2 – 100 мкФ х 10 В.
• Диоды: VD1, VD2, VD5 и VD6 – 2N4148; VD2 и VD3 – АЛ307.

В качестве источника питания используется батарейка на 9V, по типу Кроны.

Тестирование тринисторов производится следующим образом:

1. Переключатель S3, переводится в положении, как продемонстрировано на схеме (см. рис. 6).
2. Кратковременно производим нажатие на кнопку S2, тестируемый элемент откроется, о чем просигнализирует светодиод VD
3. Меняем полярность, устанавливая переключатель S3 в среднее положение (отключается питание и гаснет светодиод), потом в нижнее.
4. Кратковременно жмем S2, светодиоды не должны загораться.

Если результат будет соответствовать вышеописанному, значит с тестируемым элементом все в порядке.

Теперь рассмотрим, как проверить с помощью собранной схемы симметричные тринисторы:

• Выполняем пункты 1-4.
• Нажимаем кнопку S1- загорается светодиод VD

То есть, при нажатии кнопок S1 или S2 будут загораться светодиоды VD1 или VD4, в зависимости от установленной полярности (положения переключателя S3).