Регулятор мощности: симисторный и тиристорный, системы индикации и схемы

Простейший регулятор энергии

Первые разработки устройств, изменяющие подводимую к нагрузке мощность, были основаны на законе Ома: электрическая мощность равняется произведению тока на напряжение или произведению сопротивления на ток в квадрате. На этом принципе и сконструирован прибор, получивший название — реостат. Он располагается как последовательно, так и параллельно подключённой нагрузке. Изменяя его сопротивление, регулируется и мощность.

Ток, поступая на реостат, разделяется между ним и нагрузкой. При последовательном включении контролируются сила тока и напряжение, а при параллельном — только значение разности потенциалов. В зависимости от материала, из которого изготовлено сопротивление, реостаты могут быть:

• металлическими;
• жидкостными;
• угольными;
• керамическими.

Согласно закону сохранения энергии, забранная электрическая энергия не может просто исчезнуть, поэтому в резисторах мощность преобразуется в теплоту, и при большом её значении должна от них отводиться. Для обеспечения отвода используется охлаждение, которое выполняется с помощью обдува или погружением реостата в масло.

Реостат — довольно универсальное приспособление. Единственный, но существенный его минус — это выделение тепла, что не позволяет выполнить устройство с небольшими размерами при необходимости пропускать через него мощность большой величины. Управляя силой тока и напряжения, реостат часто используется в маломощных линиях бытовых приборов. Например, в аудиоаппаратуре для регулировки громкости. Выполнить такой регулятор тока своими руками совсем несложно, в большей мере это касается проволочного реостата.

Зачем он нужен

Колебания температуры жала паяльного устройства могут быть объяснены следующими объективными причинами:

• нестабильность входного питающего напряжения;
• большие тепловые потери при пайке объёмных (массивных) деталей и проводников;
• значительные колебания температуры окружающей среды.

Для компенсации воздействия этих факторов промышленностью освоен выпуск ряда устройств, имеющих специальный диммер для паяльника, обеспечивающий поддержание температуры жала в заданных пределах.

Однако при желании сэкономить на обустройстве домашней паяльной станции регулятор мощности вполне может быть изготовлен своими руками. Для этого потребуется знание основ электроники и предельная внимательность при изучении приводимых ниже инструкций.

Схемы на основе симистора

Если по каким-то причинам нет возможности приобрести готовый регулятор мощности, то его вполне можно сделать своими руками. Заранее необходимо определиться, для какого электроприбора он будет изготовлен.

Эта схема довольно проста в сборке и не требует большого количества деталей. Такой регулятор можно применить для регулировки не только температуры паяльника, но и обычных ламп накаливания и светодиодных. К этой схеме можно подключать различные дрели, болгарки, пылесосы, шлифмашинки, которые изначально шли без плавной регулировки скорости.

Вот такой регулятор напряжения 220в своими руками можно собрать из следующих деталей:

• R1 — резистор 20 кОм, мощностью 0,25 Вт.
• R2 — переменный резистор 400−500 кОм.
• R3 — 3 кОм, 0,25 Вт.
• R4—300 Ом, 0,5 Вт.
• C1 C2 — конденсаторы неполярные 0,05 Мкф.
• C3 — 0,1 Мкф, 400 в.
• DB3 — динистор.
• BT139−600 — симистор необходимо подобрать в зависимости от нагрузки которая будет подключен. Прибор, собранный по этой схеме, может регулировать ток величиной 18А.
• К симистору желательно применить радиатор, так как элемент довольно сильно греется.

Схема проверена и работает довольно стабильно при разных видах нагрузки.

Существует еще одна схема универсального регулятора мощности.

На вход схемы подается переменное напряжение 220 В, а на выходе уже 220 В постоянного тока. Эта схема имеет в своем арсенале уже больше деталей, соответственно и сложность сборки повышается. На выход схемы возможно подключить любой потребитель (постоянного тока). В большинстве домов и квартир люди стараются поставить энергосберегающие лампы. Не каждый регулятор справится с плавной регулировкой такой лампы, например, тиристорный регулятор использовать нежелательно. Эта схема позволяет беспрепятственно подключать эти лампы и делать из них своего рода ночники.

Особенность схемы заключается в том, что при включении ламп на минимум все бытовые приборы должны быть отключены от сети. После этого в счетчике сработает компенсатор, и диск медленно остановится, а свет будет продолжать гореть. Это возможность собрать симисторный регулятор мощности своими руками. Номиналы деталей нужных для сборки, можно увидеть на схеме.

Еще одна занимательная схема, которая позволяет подключить нагрузку до 5А и мощностью до 1000Вт.

Регулятор собран на базе симистора BT06−600. Принцип работы этой схемы заключается в открытии перехода симистора. Чем больше элемент открыт, тем больше мощность поступает на нагрузку. А также в схеме присутствует светодиод, который даст знать, работает устройство или нет. Перечень деталей, которые понадобятся для сборки аппарата:

• R1 — резистор 3.9 кОм и R2 — 500 кОм своеобразный делитель напряжения, который служит для зарядки конденсатора С1.
• конденсатор С1- 0,22 мкФ.
• динистор D1 — 1N4148.
• светодиод D2, служит для индикации работы устройства.
• динисторы D3 — DB4 U1 — BT06−600.
• клемы для подключения нагрузки P1, P2.
• резистор R3 — 22кОм и мощностью 2 вт
• конденсатор C2 — 0.22мкФ рассчитан на напряжение не меньше 400 В.

Симисторы и тиристоры с успехом используются в качестве пускателей. Иногда необходимо запустить очень мощные тэны, управлять включением сварочного мощного оборудования, где сила тока достигает 300−400 А. Механическое включение и выключение с помощью контакторов уступает симисторному пускателю из-за быстрого износа контакторов, к тому же при механическом включении возникает дуга, которая также пагубно влияет на контакторы. Поэтому целесообразным будет использовать симисторы для этих целей. Вот одна из схем.

Все номиналы и перечень деталей указаны на Рис. 4. Достоинством этой схемы является полная гальваническая развязка от сети, что обеспечит безопасность в случае повреждения.

Регулятор мощности для паяльника на 20-36 В переменного напряжения

Если паяльник работает от пониженного сетевого напряжения 20-36 В, применять для него схемы на тринисторе бесполезно. Они практически не работают — на тринисторе напряжение падает на 10-15 В. При исходных 220 В это не оказывает большого влияния на работу паяльника. Но при 20-36 В такое понижение уже критично — паяльник работает на половину мощности, чего явно недостаточно для нормальной пайки.

Схема для паяльника работающего от пониженного сетевого напряжения

Что в этом регуляторе мощности паяльника (и ТЭНа, и другой нагрузки без большой индуктивной составляющей) хорошего?

• Он дает понижение напряжения всего 1,5-2 В, что даже для 20 В на входе не так и много.
• Можно задавать пределы регулировки мощности в зависимости от того 20 В переменки у вас или 36. За это отвечает переменный резистор R4.
• Та же функция дает возможность работать от 45 В.

В общем, универсальный регулятор мощности паяльника для сетей пониженного переменного напряжения.

Элементная база

Большая часть элементной базы указана на схеме, но некоторые детали можно заменить.

• Транзистор VT1 должен быть КТ815Б, можно ставить еще КТ815, В и Г, КТ807 АМ и БМ; КТ817 Б, В, Г.
• Транзистор VT2 — лучше КТ 814 Б В  или Г, но может быть КТ816 Б, В, Г; ГТ906 АМ.
• Диодный мост VD1 указан КЦ401А, можно заменить КЦ402 А, В, С , D, E. Можно собрать мост на диодах КД212А, КД213.
• Диоды VD3 и VD 4 ставим любые малого размера — плоские или точечные (серия Д9 лучше всего).
• Конденсаторы:
  • C1 и C2 — оксидные типа К50-3, К 50-6, К 50-24.
  • С 3 — К 10-7 или КЛС.
  • Резисторы берем серий ВС и МЛТ.

Можно ли ставить не указанные в перечне элементы? Указаны только аналоги отечественного производства, но есть еще и импортная база. Только внимательнее с характеристиками при выборе замены.

Особенности монтажа

Для этого регулятора есть макет печатной платы (на рисунке ниже). Все детали размещаем на этой плате. Только резистор R4, который задает пределы регулировки, устанавливаем так, чтобы он был а корпусе. Конденсатор C1 крепим в горизонтальном положении, используя проволочные скобы остальные — без разницы.

Печатная плата к схеме регулятора паяльника на 20-36 В переменного напряжения

Параметры резисторов R2 и R3 подбираются в зависимости от желаемых пределов регулирования.

Для нормальной работы транзистор VT2 надо смонтировать на радиаторе. Площадь — 20-30 см², на плате отведено место под Г-образный радиатор.

На лицевой стороне корпуса или сверху кроме переменного резистора удобно установить розетку для подключения паяльника. Собственно, это все рекомендации по монтажу.

Более простой вариант

Если хочется чего-то более простого, есть вполне работоспособная схема с минимумом элементов. Она вообще помещается в корпус от зарядного устройства.

Простая схема регулятора паяльника низковольтного переменного напряжения

Основная переделка — проделать отверстие под вывод ручки переменного резистора. Но никакой подстройки, все «дубовое», но работает.

Типы регуляторов

В наше время на рынке можно увидеть огромное количество различных регуляторов как для всего дома, так и маломощных отдельных бытовых приборов. Существуют транзисторные регуляторы напряжения, тиристорные, механические (регулировка напряжения осуществляется при помощи механического бегунка с графитовым стержнем на конце). Но самым распространенным является симисторный регулятор напряжения. Основой этого прибора являются симисторы, которые позволяют резко среагировать на скачки напряжения и сгладить их.

Симистор представляет собой элемент, который содержит пять p-n переходов. Этот радиоэлемент имеет возможность пропускать ток как в прямом направлении, так и в обратном.

Эти компоненты можно наблюдать в различной бытовой технике начиная от фенов и настольных ламп и заканчивая паяльниками, где необходима плавная регулировка.

Практические примеры для повторения

Наибольшей популярностью среди радиолюбителей пользуются схемы, предназначенные для управления яркостью светильника и изменения мощности паяльника. Такие схемы просты для повторения и могут собираться без использования печатных плат простым навесным монтажом.

Схемы, выполненные самостоятельно, ничем не уступают по работоспособности заводским, так как не требуют настроек и при исправных радиодеталях сразу готовы к использованию. В случае отсутствия возможности или желания изготовить прибор своими руками с «нуля», можно приобрести наборы для самостоятельного изготовления. Такие комплекты содержат все необходимые радиоэлементы, печатную плату и схему с инструкцией по сборке.

Доминирующая схема

Такой прибор проще всего собрать на тиристоре. Работа схемы основана на способности открывания тиристора при прохождении входной синусоиды через ноль, в результате чего сигнал обрезается, и величина напряжения на нагрузке изменяется.

Схема для повторения тиристорного регулятора мощности построена на использовании тиристора VS1, в качестве которого используется КУ202Н. Это радиоэлемент изготавливается из кремния и имеет структуру p-n-p типа. Применяется в качестве симметричного переключателя сигналов средней мощности и коммутации силовых цепей на переменном токе.

При подаче напряжения 220в входной сигнал выпрямляется и поступает на конденсатор C1. Как только значение падения напряжения на C1 сравняется с величиной разности потенциалов, в точке между сопротивлениями R3 и R4 биполярные транзисторы VT1 и VT2 открываются. Уровень напряжения ограничивается стабилитроном VD1. Сигнал поступает на управляющий вывод КУ202Н, а конденсатор C1 разряжается. При возникновении сигнала на управляющем выводе тиристор отпирается. Как только конденсатор разрядится, VT1 и VT2 закрываются, соответственно запирается и тиристор. При следующем полупериоде входного сигнала всё повторяется вновь.

Такой регулятор возможно использовать не только как диммер, но и для управления мощностью коллекторного двигателя. Доминирующая схема может работать при токах до 10 ампер, эта величина напрямую зависит от характеристик используемого тиристора, при этом он обязательно устанавливается на радиатор.

Контроллер нагрева паяльника

Управление мощностью паяльника не только положительно сказывается на сроке его службы, предотвращая жало и внутренние его элементы от перегревания, но и позволяет выпаивать радиоэлементы, критичные к температуре устройства.

Приборы для контроля температуры паяльника выпускаются давно. Одним из его видов был отечественный прибор, выпускающийся под названием «Добавочное устройство для электропаяльника типа П223». Он позволял подключать низковольтный паяльник к сети 220В.

Проще всего выполняется регулятор для паяльника с применением симистора КУ208Г.

Силовые контакты подключаются последовательно к нагрузке. Поэтому ток, протекающий через симистор, совпадает с током нагрузки. Для управления ключевым режимом применяется динистор VS2. Конденсатор C1 заряжается через резисторы: R1 и R2. Индикация работы организовывается под средством VD1 и светодиода LED. Из-за того, что для изменения напряжения на конденсаторе требуется время, образуется сдвиг фаз между сетевым и конденсаторным напряжением. Изменяя величину сопротивления R2, регулируется величина фазового сдвига. Чем дольше конденсатор заряжается, тем меньше находится в открытом состоянии симистор, а значит и значение мощности ниже.

Такой регулятор рассчитан на подключение нагрузки с мощностью до 300 ватт. При использовании паяльника с мощностью более 100 ватт симистор следует устанавливать на радиатор. Изготовленная плата с лёгкостью помещается на текстолите размером 25х30 мм и свободно размещается во внутренней сетевой розетке.

Транзисторный регулятор мощности

Плюс использования транзисторов, это отсутствие помех, которые выдают в сеть симисторы и тиристоры. Второй существенный плюс в их работе и с индуктивной нагрузкой. То есть, их можно использовать не только с лампами накаливания и паяльниками, но и с теми же светодиодными лампами и экономками. Подключаемая нагрузка — не более 100 Вт, диапазон регулировки — от 0 В до 218 В.

Схема регулятора мощности для паяльника на транзисторе

Регулятор мощности паяльника на транзисторе собирается из следующих элементов:

• Транзистор можно выбрать из следующих КТ812А(Б), КТ824А(Б), КТ847А(Б), КТ834А(Б), КТ828А(Б).
• Диодные блоки можно ставить: первый диодный мост VD1-VD4 —  КЦ412В или КЦ410В , второй мост VD6-VD9 — КЦ 405 или 407 с любой буквой.
• Диод VD5 берем из серий Д7, Д237, Д226.
• Переменный резистор — не менее 2 Вт.
• Конденсатор оксидный К50-6, К50-16.
• Трансформатор — любой маломощный с напряжением на вторичной обмотке 5-8 В.
• Предохранитель — любого типа на 1 А.

Транзистор обязательно монтировать на радиатор. Толщина 3-5 см, площадь рассеивания не менее 200 см². В схеме также есть тумблер под сетевое напряжение

Постоянные сопротивления любые, важно чтобы мощность была не менее максимальной мощности регулятора. В остальном эта часть элементной базы без особых требований

Если хотите корпус сделать поменьше выбирайте по размеру, а нет так и старые трубчатые подойдут.

Мощность нагрузки, которой может управлять этот регулятор мощности паяльника, можно увеличить, заменив транзистор более мощным. Подключать можно 150 Вт, если поставить КТ856, 250 Вт — КТ834, 250 Вт — КТ 847. Для регулировки ещё более мощной нагрузки, потребуется соединить несколько транзисторов, поставить вместо первого диодного моста более мощные диоды, с рабочим 250 В и выше. В качестве VD5 берем диод с током 1 А или более. Необходимо будет также принудительное охлаждение в виде вентилятора.

Печатная плата

Теперь главное. А зачем это все нужно, что это дает? Простой регулятор тока никак не обеспечивает стабилизацию. Если совсем мало, чтобы естественного охлаждения хватало, чтобы паяльник не перегревался, то при пайке будет явно не хватать мощности.

Если нормально при пайке, то при простое будет перегрев. Неизбежно.

Это сказывается очень сильно. Например мои китайские жала, которые шли вместе с паяльником (медные, кстати) таяли просто на глазах. Особенно жалко плоское. Топориком.

Кроме того, при перегреве и длительном простое обгорает кончик и порой его становится крайне сложно облудить. Естественно окисляется припой и превращается в серо-черную кашу. И прежде чем паять вам придется чистить кончик каждый раз. Словом сильно сокращается жизнь жала и комфортность пайки.

Доработанный таким образом паяльник приобретает черты паяльников совсем другой ценовой категории и качества. Фактически это паяльная станция.

Еще один аспект который проверил для себя. Иногда выпаиваю детали двумя паяльниками. Поскольку таких паяльников у меня теперь два, то имело смысл проверить, а не возникает ли между ними разности потенциалов, губительной для извлекаемой детали. 

Измерение вольтметром показали нули на диапазоне 20 вольт постоянки и 200 вольт переменки. Одну из сетевых вилок переворачивал. Возможно просто качественная керамика в нагревателях. Правда стоит иметь в виду, в первом переделанном паяльнике вместо ИП на стабилитронах стоит китайский маленький ИБП на 12 вольт (не нашел тогда мощных стабилитронов). Возможно причина еще в этом.

Ну и почему именно такие паяльники особенно интересны для этой переделки.

В обычном режиме он быстро перегревается. А это говорит об избыточной температуре нагревателя. И избыточной мощности. Он имеет керамический нагреватель с достаточно большим сопротивлением и сильным изменением сопротивления при нагреве, что позволяет точнее отслеживать температуру.

Следовательно, после переделки он будет очень быстро нагреваться, так как напряжение подается не после диммера, в урезанном виде, а полное напряжение сети.

По этой же причине он будет быстрее восстанавливать температуру после интенсивного отбора тепла при пайке массивных деталей.

Три простых варианта на основе готовых решений

Если у вас есть неплохой паяльник к которому вы привыкли, но ему явно не хватает регулировки мощности, необязательно покупать новый. Можно модернизировать старый, купив шнур с регулятором. Надо только смотреть, чтобы мощность регулировки была не менее мощности паяльника. Вообще, предназначены они для ламп, но так как паяльник тоже линейная нагрузка, пойдут и они. Такой регулятор обойдётся примерно в 150-200 рублей вместе с новым шнуром. Но точности в этом случае никакой, так что придётся термометром проверить температуру нагрева при разном положении рукоятки и нанести разметку.

Проще не бывает подключил и регулируй любую активную нагрузку (ограничение только по мощности)

Второй вариант — найти готовый регулятор или диммер, и приспособить его. Надо будет подключить шнур, а к нему ваш паяльник. Здесь важны параметры регулировки: от какого значения и до какого может регулироваться мощность, на какую нагрузку рассчитана. Кстати, слишком мощные брать тоже не стоит, особенно если они собраны на семисторах или тиристорах. Подключаемая к ним нагрузка не должна быть ниже 25% от номинальной мощности. Греются полупроводниковые приборы слишком, если и брать более мощные, то на 30-50 % не больше. Можно просто «прицепить» дополнительный резистор, чтобы не было проблем.

При помощи этих устройств температуру паяльника можно регулировать без переделок

Есть даже специальные устройства — розетки с регулятором мощности. Это устройство похоже на блок питания, но не имеет шнура, вместо него на корпусе имеется розетка и колесико регулятора. В эту розетку подключается нагрузка, в нашем случае паяльник. Вы можете менять температуру нагрева, а вот в какое положение надо перевести регулятор, чтобы получить, скажем, 200 °C неизвестно. Так что снова вооружаемся термометром и наносим отметки на регулятор.

Регулятор для индуктивной нагрузки

Нередко в хозяйстве необходимо выполнить сварочные работы. Если есть готовый инверторный сварочного аппарата, то сварка не представляет особых трудностей, поскольку в аппарате присутствует регулировка тока. У большинства людей нет такого сварочного и приходится пользоваться обычным трансформаторным сварочным, в котором регулировка тока осуществляется путем смены сопротивления, что довольно неудобно.

Тех, кто пробовал использовать в качестве регулятора симистор, ждет разочарование. Он не будет регулировать мощность. Это связано с фазовым сдвигом, из-за чего за время короткого импульса полупроводниковый ключ не успевает перейти в «открытый» режим.

Конечно, схема довольно сложная в сборке, но такой вариант решит все проблемы с регулировкой. Теперь не нужно будет пользоваться громоздким сопротивлением, к тому же очень плавной регулировки не получится. В случае с симистором возможна довольно плавная регулировка.

Если существуют постоянные перепады напряжения, а также пониженное или повышенное напряжение, рекомендуется приобрести симисторный регулятор или по возможности сделать регулятор своими руками. Регулятор защитит бытовую технику, а также предотвратит ее порчу.

Принцип работы контролера паяльной станции

Известно множество схем самодельных регуляторов нагрева паяльника, входящих в состав эксплуатируемой в домашних условиях станции. Но все они работают по одному и тому же принципу, заключающемуся в управлении величиной мощности, отдаваемой в нагрузку.

Распространённые варианты самодельных электронных регуляторов могут отличаться по следующим признакам:

• вид электронной схемы;
• элемент, используемый для изменения отдаваемой в нагрузку мощности;
• количество ступеней регулировки и другие параметры.

Независимо от варианта исполнения любой самодельный контроллер паяльной станции представляет собой обычный электронный коммутатор, ограничивающий или увеличивающий полезную мощность в нагревательной спирали нагрузки.

Вследствие этого основным элементом регулятора в составе станции или вне её является мощный питающий узел, обеспечивающий возможность варьирования температуры жала в строго заданных пределах.

Образец классической со встроенным в неё регулируемым модулем питания приводится на фото.

Немного о настройке схемы

Тут все просто. Сопротивление цепочки R1, R2 и R3 определяет минимальную температуру паяльника. Чем меньше сопротивление – тем меньше нагрев. То есть выведя движок сопротивления R3 в положение наименьшего сопротивления, подбором R1, R2 выставляют желаемую минимальную температуру. Ее выбрал в районе 200-220 градусов. А вот величина сопротивления R3 будет определять максимально возможную температуру паяльника. Я выбрал ее в районе 500 Ом. И получил на максимуме около 360 вольт.

Выбирать ее слишком большой не советую. При каком-то сопротивлении регулятор практически перестает отключать нагреватель (светодиод горит, лишь изредка помаргивая). Так легко вообще загробить жала.

При нормальной работе светодиод практически непрерывно светит после включения несколько секунд. Потом появляются паузы, которые по мере прогрева они становятся все длиннее. Мой паяльник на рабочий режим выходит секунд за 20-30.

Тришин А.О.
Г. Комсомольск-на-Амуре.
Ноябрь 2018 г.

   Обсудить статью СТАБИЛИЗАТОР ТЕМПЕРАТУРЫ ПАЯЛЬНИКА

Опубликовано 04.06.2020 Обновлено 13.06.2020 Пользователем admin