Тиристорный регулятор напряжения своими руками: конструктивные особенности

Схемы и описание принципа работы тиристорных регуляторов мощности

Фазовое регулирование напряжения

Существует несколько способов регулирования переменного напряжения тиристорами: можно пропускать или запрещать на выход регулятора целые полупериоды (или периоды) переменного напряжения. А можно включать не в начале полупериода сетевого напряжения, а с некоторой задержкой — ‘a’. В течении этого времени напряжение на выходе регулятора будет равно нулю, а мощность не будет передаваться на выход. Вторую часть полупериода тиристор будет проводить ток и на выходе регулятора появиться входное напряжение.

фазовое регулирование напряжения

Время задержки ещё часто называют углом открывания тиристора, так вот при нулевом угле практически всё напряжение со входа будет попадать на выход, только падение на открытом тиристоре будет теряться. При увеличении угла тиристорный регулятор напряжения будет снижать выходное напряжение.

Регулировочная характеристика тиристорного преобразователя при работе на активную нагрузку приведена на следующем рисунке. При угле равном 90 электрических градусов на выходе будет половина входного напряжения, а при угле 180 эл. градусов на выходе будет ноль.

регулировочная характеристика тиристорного регулятора напряжения

На основе принципов фазового регулирования напряжения можно построить схемы регулирования, стабилизации, а также плавного пуска. Для плавного пуска напряжение нужно повышать постепенно от нуля до максимального значения. Таким образом угол открывания тиристора должен изменяться от максимального значения до нуля.

Классическая тиристорная схема регулятора

Классическая тиристорная схема регулятора мощности паяльника не соответствовала одному из главных моих требований, отсутствию излучающих помех в питающую сеть и эфир. А для радиолюбителя такие помехи делают невозможным полноценно заниматься любимым делом. Если схему дополнить фильтром, то конструкция получится громоздкой. Но для многих случаев использования такая схема тиристорного регулятора может с успехом применяться, например, для регулировки яркости свечения ламп накаливания и нагревательных приборов мощностью 20-60вт. Поэтому я и решил представить эту схему.

Схема классического тиристорного регулятора температуры паяльника

Для того, что понять как работает схема, остановлюсь подробнее на принципе работы тиристора. Тиристор, это полупроводниковый прибор, который либо открыт, либо закрыт. чтобы его открыть, нужно на управляющий электрод подать положительное напряжение 2-5 В в зависимости от типа тиристора, относительно катода (на схеме обозначен k). После того, как тиристор открылся (сопротивление между анодом и катодом станет равно 0), закрыть его через управляющий электрод не возможно. Тиристор будет открыт до тех пор, пока напряжение между его анодом и катодом (на схеме обозначены a и k) не станет близким к нулевому значению. Вот так все просто.

Работает схема классического регулятора следующим образом. Сетевое напряжение переменного тока подается через нагрузку (лампочку накаливания или обмотку паяльника), на мостовую схему выпрямителя, выполненную на диодах VD1-VD4. Диодный мост преобразует переменное напряжение в постоянное, изменяющееся по синусоидальному закону (диаграмма 1). При нахождении среднего вывода резистора R1 в крайнем левом положении, его сопротивление равно 0 и когда напряжение в сети начинает увеличиваться, конденсатор С1 начинает заряжаться. Когда С1 зарядится до напряжения 2-5 В, через R2 ток пойдет на управляющий электрод VS1. Тиристор откроется, закоротит диодный мост и через нагрузку пойдет максимальный ток (верхняя диаграмма).

При повороте ручки переменного резистора R1, его сопротивление увеличится, ток заряда конденсатора С1 уменьшится и надо будет больше времени, чтобы напряжение на нем достигло 2-5 В, по этому тиристор уже откроется не сразу, а спустя некоторое время. Чем больше будет величина R1, тем больше будет время заряда С1, тиристор будет открываться позднее и получаемая мощность нагрузкой будет пропорционально меньше. Таким образом, вращением ручки переменного резистора, осуществляется управление температурой нагрева паяльника или яркостью свечения лампочки накаливания.

Схема классического тиристорного регулятора на тиристоре КУ202Н

Выше приведена классическая схема тиристорного регулятора выполненная на тиристоре КУ202Н. Так как для управления этим тиристором нужен больший ток (по паспорту 100 мА, реальный около 20 мА), то уменьшены номиналы резисторов R1 и R2, а R3 исключен, а величина электролитического конденсатора увеличена. При повторении схемы может возникнуть необходимость увеличения номинала конденсатора С1 до 20 мкФ.

Нюансы в конструкции

Регулятор напряжения на тиристоре

Тиристор – это управляемый полупроводник. При необходимости он может очень быстро провести ток в нужном направлении. От привычных диодов устройство отличается тем, что имеет возможность контролировать момент подачи напряжения.

Регулятор состоит из трех компонентов:

  • катод – проводник, подключаемый к отрицательному полюсу источника питания;
  • анод – элемент, присоединяемый к положительному полюсу;
  • управляемый электрод (модулятор), который полностью охватывает катод.

Регулятор функционирует при соблюдении нескольких условий:

  • тиристор должен попадать в схему под общее напряжение;
  • модулятор должен получать кратковременный импульс, позволяющий устройству контролировать мощность электроприбора. В отличие от транзистора регулятору не требуется удержание этого сигнала.

Тиристор не применяется в схемах с постоянным током, поскольку он закрывается, если нет напряжения в цепи. В то же время в приборах с переменным током регистр необходим. Это связано с тем, что в подобных схемах имеется возможность полностью закрыть полупроводниковый элемент. С этим справится любая полуволна, если возникнет такая потребность.

Тиристор обладает двумя устойчивыми положениями («открыто» или «закрыто»), которые переключаются при помощи напряжения. При появлении нагрузки он включается, при пропадании электрического тока выключается. Собирать подобные регуляторы учат начинающих радиолюбителей. Заводские паяльники, имеющие регулировку температуры жала, стоят дорого. Гораздо дешевле купить простой паяльник и самому собрать для него регистр напряжения.

Существует несколько схем монтажа устройства. Самый несложный – это навесной тип. При его сборке не используют печатную плату. Не потребуется также специальные навыки при монтаже. Сам процесс занимает мало времени. Поняв принцип работы регистра, будет просто разобраться в схемах и рассчитать оптимальную мощность для идеальной работы оборудования, где тиристор установлен.

Область применения и цели использования

Применение тиристорного регулятора мощности

Используют тиристор во многих электроинструментах: строительных, столярных бытовых и прочих. Он играет в схемах роль ключа при коммутации токов, при этом работая от малых импульсов. Выключается только при нулевом уровне напряжении в цепи. К примеру, тиристор контролирует скорость работы ножей в блендере, регулирует быстроту нагнетания воздуха в фене, координирует мощность нагревательных элементов в приборах, а также выполняет другие не менее важные функции.

В схемах с высокоиндуктивной нагрузкой, где ток отстает от напряжения, тиристоры могут не закрываться полностью, что приведет к поломке оборудования. В строительных приборах (дрелях, шлифовальных машинах, болгарках и т.д.) тиристор переключается при нажатии кнопки, которая находится в общем с ним блоке. При этом происходят изменения в работе двигателя.

Тиристорный регулятор отлично работает в коллекторном двигателе, где есть щёточный узел. В асинхронных движках устройство менять обороты не сможет.

Как избежать 3 частых ошибок при работе с симистором.

  1. Буква, после кодового обозначения симистора говорит о его предельном рабочем напряжении: А – 100В, Б – 200В, В – 300В, Г – 400В. Поэтому не стоит брать прибор с буквой А и Б для регулировки 0-220 вольт — такой симистор выйдет из строя.
  2. Симистор как и любой другой полупроводниковый прибор сильно нагревается при работе, следует рассмотреть вариант установки радиатора или активной системы охлаждения.
  3. При использовании симистора в цепях нагрузок с большим потреблением тока, необходимо четко подбирать прибор под заявленную цель. Например, люстра, в которой установлено 5 лампочек по 100 ватт каждая будет потреблять суммарно ток величиной 2 ампера. Выбирая по каталогу необходимо смотреть на максимальный рабочий ток прибора. Так симистор МАС97А6 рассчитан всего на 0,4 ампера и не выдержит такой нагрузки, а МАС228А8 способен пропустить до 8 А и подойдет для этой нагрузки.

Принцип действия

Специфика работы прибора заключается в том, что напряжение в нем регулируется мощностью, в также электроперебоями в сети. Регулятор тока на тиристоре при этом пропускает его только в одном конкретном направлении. Если устройство не отключить, оно так и будет продолжать работать, пока его не выключат после определенных действий.

Изготавливая тиристорный регулятор напряжения своими руками, в конструкции следует предусмотреть достаточно свободного места для установки управляющей кнопки или рычага. При сборке по классической схеме имеет смысл использовать в конструкции специальный выключатель, который при изменении уровня напряжения светит разными цветами. Это обезопасит человека от возникновения неприятных ситуаций, поражений током.

Схема тиристорного регулятора напряжения

схема регулятора напряжения

Таблица номиналов элементов

  • C1 – 0,33мкФ напряжение не ниже 16В;
  • R1, R2 – 10 кОм 2Вт;
  • R3 – 100 Ом;
  • R4 – переменный резистор 33 кОм;
  • R5 – 3,3 кОм;
  • R6 – 4,3 кОм;
  • R7 – 4,7 кОм;
  • VD1 .. VD4 – Д246А;
  • VD5 – Д814Д;
  • VS1 – КУ202Н;
  • VT1 – КТ361B;
  • VT2 – КТ315B.

Схема построена на отечественной элементной базе, собрать её можно из тех деталей, которые провалялись у радиолюбителей 20-30 лет. Если тиристор VS1 и диоды VD1-VD4 установить на соответствующие охладители, то тиристорный регулятор напряжения будет способен отдавать в нагрузку 10А, то есть при напряжении 220 В получаем возможность регулировать напряжение на нагрузке в 2,2 кВт.

В устройстве всего два силовых компонента диодный мост и тиристор. Они рассчитаны на напряжение 400В и ток 10А. Диодный мост превращает переменное напряжение в однополярное пульсирующее, а фазовое регулирование полупериодов осуществляет тиристор.

Параметрический стабилизатор из резисторов R1, R2 и стабилитрона VD5 ограничивает напряжение, которое подается на систему управления на уровне 15 В. Последовательное включение резисторов нужно для увеличения пробивного напряжения и увеличения рассеиваемой мощности.

В самом начале полупериода переменного напряжения С1 разряжен и в точке соединения R6 и R7 тоже нулевое напряжение. Постепенно напряжения в этих двух точках начинают расти и чем меньше сопротивление резистора R4, тем быстрее напряжение на эмиттере VT1 перегонит напряжение на его базе и откроет транзистор.
Транзисторы VT1, VT2 составляют маломощный тиристор. При появлении напряжения на база-эмиттерном переходе VT1 больше порогового, транзистор открывается и открывает VT2. А VT2 отпирает тиристор.

Представленная схема достаточно проста, её можно перевести на современною элементную базу. Также можно при минимальных переделках снизить мощность или напряжение работы.

Навигация по записям

Схема светодиодной лампы на 220 в Симисторный регулятор мощности, схема на КР1182ПМ1

Способы закрывания тиристора

Выключение тиристора путем изменения полярности напряжения между катодом и анодом

Подача импульса на управляющий электрод неспособна прекратить его работу или закрыть. Модулятор только включает тиристор. Прекращение действия последнего происходит только после того, как на ступени катод-анод прерывается подача тока.

Регулятор напряжения на тиристоре ку202н закрывается следующими способами:

  • Отключить схему от блока питания (батарейки). Устройство при этом не заработает до тех пор, пока не будет нажата специальная кнопка.
  • Размокнуть соединение анод-катод с помощью проволоки или пинцета. Через эти элементы идет все напряжение, поступая в тиристор. Если перемычку разомкнуть, уровень тока окажется нулевым и устройство выключится.
  • Уменьшить напряжение до минимального.

2 основных принципа при изготовлении РН 0-5 вольт

  1. Для преобразования входного высокого потенциала в низкий постоянный используют специальные микросхемы серии LM.
  2. Питание микросхем производится только постоянным током.

Рассмотрим эти принципы подробнее и разберем типовую схему регулятора.

Микросхемы серии LM предназначены для понижения высокого постоянного напряжения до низких значений. Для этого в корпусе прибора имеется 3 вывода:

  • Первый вывод – входной сигнал.
  • Второй вывод – выходной сигнал.
  • Третий вывод – управляющий электрод.

Принцип работы прибора очень прост – входное высокое напряжение положительной величины, поступает на входной выход и затем преобразуется внутри микросхемы. Степень трансформации будет зависеть от силы и величины сигнала на управляющей «ножке». В соответствии с задающим импульсом на выходе будет создаваться положительное напряжение от 0 вольт до предельного для данной серии.

СНиП 3.05.06-85СНиП 3.05.06-85

Входное напряжение, величиной не выше 28 вольт и обязательно выпрямленное подается на схему. Взять его можно с вторичной обмотки силового трансформатора или с регулятора, работающего с высоким напряжением. После этого положительный потенциал поступает на вывод микросхемы 3. Конденсатор С1 сглаживает пульсацию входного сигнала. Переменный резистор R1 величиной 5000 ом задает выходной сигнал. Чем выше ток, который он пропускает через себя, тем выше больше открывается микросхема. Выходное напряжение 0-5 вольт снимается с выхода 2 и через сглаживающий конденсатор С2 попадает на нагрузку. Чем выше емкость конденсатор, тем ровнее оно на выходе.

Регулятор напряжения 0 — 220в

Простой регулятор напряжения

Схема регулятора мощности для паяльника

Даже самая простая радиодеталь состоит из генератора, выпрямителя, аккумулятора, а также переключателя напряжения. Такие устройства обычно не содержат стабилизаторов. Сам же тиристорный регулятор тока состоит из таких элементов:

  • диод – 4 шт.;
  • транзистор – 1 шт;
  • конденсатор – 2 шт.;
  • резистор – 2 шт.

Чтобы избежать перегрева транзистора, к нему устанавливают систему охлаждения. Желательно, чтобы последняя имела большой запас мощности, которая позволит заряжать в дальнейшем аккумуляторы с невысокой емкостью.

Как снизить уровень помех от тиристорных регуляторов

Для уменьшения помех излучаемых тиристорными регуляторами мощности в электрическую сеть применяют ферритовые фильтры, представляющие собой ферритовое кольцо с намотанными витками провода. Такие ферритовые фильтры можно встретить во всех импульсных блоках питания компьютеров, телевизоров и в других изделиях. Эффективным, подавляющим помехи ферритовым фильтром можно дооснастить любой тиристорный регулятор. Достаточно пропустить провод подключения к электрической сети через ферритовое кольцо.

Ферритовый внешний фильтр для тиристорных регуляторов мощности

Устанавливать ферритовый фильтр нужно как можно ближе к источнику помехи, то есть к месту установки тиристора. Ферритовый фильтр можно размещать как внутри корпуса прибора, так и с внешней его стороны. Чем больше витков, тем лучше ферритовый фильтр будет подавлять помехи, но достаточно и просто продеть сетевой провод через кольцо.

Ферритовое кольцо можно взять с интерфейсных проводов компьютерной техники, мониторов, принтеров, сканеров. Если Вы обратите внимание на провод, соединяющий системный блок компьютера с монитором или принтером, то заметите на проводе цилиндрическое утолщение изоляции. В этом месте находится ферритовый фильтр высокочастотных помех.

Ферритовый фильтр интерфейсов

Достаточно ножиком разрезать пластиковую изоляцию и извлечь ферритовое кольцо. Наверняка у Вас или Ваших знакомых найдется не нужный интерфейсный кабель от струйного принтера или старого кинескопного монитора.

Человек Виталий Александрович

15.12.2016

Александр Николаевич, добрый вечер.
Сегодня собрал по Вашей схеме регулятор под заглавием в статье “Простейшая тиристорная схема регулятора”. Но он у меня не работает, точнее, сильно греется конденсатор, два просто взорвались, если можно подскажите в чём причина.

Александр Николаевич Александр

Здравствуйте, Виталий Александрович!
Электролитический конденсатор может греться или взорваться если не соблюдена полярность его подключения или от превышения величины, поданного напряжения. В данной схеме величина напряжения на конденсаторе определяется величиной сопротивления нагрузки, R2 и от положения движка резистора R1. Расчетная его величина не должна превышать 25 В.

Схема простейшего тиристорного регулятора температуры паяльника

Поэтому и установлен конденсатор, рассчитанный на напряжение 25 В. Конденсатор выйдет из строя в случае пробоя диода VD1.
Любые бестрансформаторные схемы, работающие непосредственно от сети 220 В нужно очень аккуратно собирать, так как при ошибках элементы могут мгновенно выйти из строя.

Человек Виталий Александрович

Оказалось, что напряжение конденсатора действительно ниже 25 В и второй вопрос. На сколько можно увеличить или уменьшить его ёмкость.

Александр Николаевич Александр

Емкость конденсатора не очень влияет на работу устройства и только определяет диапазон регулировки. Обычно емкость электролитических конденсаторов имеет разброс до 50%, так что его величину лучше определять экспериментально, включив в место паяльника электрическую лампочку. По ее яркости легко подобрать нужную емкость конденсатора и, в случае необходимости номиналы резисторов.

Регулятор тока и напряжения

Основными рабочими элементами регуляторов служат тиристоры, а также различные типы конденсаторов и резисторов. В высоковольтных устройствах дополнительно используются магнитные усилители. Модуляторы обеспечивают плавность регулировок, а специальные фильтры способствуют сглаживанию помех в цепи. В результате, электрический ток на выходе приобретает более высокую стабильность, чем на входе.

Регуляторы постоянного и переменного тока имеют свои особенности и отличаются основными параметрами и характеристиками. Например, регулятор напряжения постоянного тока имеет более высокую проводимость, при минимальных потерях тепла. Основой прибора является тиристор диодного типа, обеспечивающий высокую подачу импульса за счет ускоренного преобразования напряжения. Резисторы, используемые в цепи, должны выдерживать значение сопротивления до 8 Ом. За счет этого снижаются тепловые потери, предохраняя модулятор от быстрого перегрева.
Регулятор постоянного тока может нормально функционировать при максимальной температуре 40С. Этот фактор следует обязательно учитывать в процессе эксплуатации. Полевые транзисторы располагаются следом за тиристорами, поскольку они пропускают ток лишь в одном направлении. За счет этого отрицательное сопротивление будет сохраняться на уровне, не превышающем 8 Ом.

Основным отличием регулятора переменного тока является использование в его конструкции тиристоров исключительно триодного типа. Однако полевые транзисторы применяются такие же, как и в регуляторах постоянного тока. Конденсаторы, установленные в цепь, выполняют лишь стабилизирующие функции. Фильтры высокой частоты встречаются очень редко. Все проблемы, связанные с высокими температурами, решаются установкой импульсных преобразователей, расположенных следом за модуляторами. В регуляторах переменного тока, мощность которых не превышает 5 В, применяются фильтры с низкой частотой. Управление по катоду в таких приборах выполняется путем подавления входного напряжения.

Во время регулировок в сети должна быть обеспечена плавная стабилизация тока. При высоких нагрузках схема дополняется стабилитронами обратного направления. Для их соединения между собой используются транзисторы и дроссель. Таким образом, регулятор тока на транзисторе выполняет преобразование тока быстро и без потерь.

Следует отдельно остановиться на регуляторах тока, предназначенных для активных нагрузок. В схемах этих устройств используются тиристоры триодного типа, способные пропускать сигналы в обоих направлениях. Ток анода в цепи снижается в тот период, когда понижается и предельная частота данного устройства. Частота может колебаться в пределах, установленных для каждого прибора. От этого будет зависеть и максимальное выходное напряжение. Для обеспечения такого режима используются резисторы полевого типа и обычные конденсаторы, способные выдерживать сопротивление до 9 Ом.

Очень часто в таких регуляторах применяются импульсные стабилитроны, способные преодолевать высокую амплитуду электромагнитных колебаний. Иначе, в результате быстрого роста температуры транзисторов, они сразу же придут в нерабочее состояние.

Конструкция и детали.

Регулятор собран в корпусе блока питания некогда популярного калькулятора «Электроника Б3-36».

Симистор и потенциометр размещены на стальном уголке, изготовленном из стали толщиной 0,5мм. Уголок прикручен к корпусу двумя винтами М2,5 с использованием изолирующих шайб.

Резисторы R2, R3 и неоновая лампа HL1 одеты в изолирующую трубку (кембрик) и закреплены методом навесного монтажа на других электроэлементах конструкции.

Для повышения надёжности крепления штырей вилки, пришлось напаять на них по несколько витков толстой медной проволоки.

Так выглядят регуляторы мощности, которые я использую много лет.

А это 4-х секундный ролик, который позволяет убедиться в том, что всё это работает. Нагрузкой служит лампа накаливания мощностью 100 Ватт.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...