Регулятор мощности для паяльника – разнообразие вариантов и схемы изготовления. Тиристорный регулятор напряжения простая схема, принцип работы

Тиристорные регуляторы мощности применяются как в быту (в аналоговых паяльных станциях, электронагревательных приборах и т.д.), так и на производстве (например, для запуска мощных силовых установок). В бытовых приборах, как правило, устанавливаются однофазные регуляторы, в промышленных установках чаще применяются трехфазные.

Эти устройства представляют собой электронную схему, работающую по принципу фазового регулирования, для управления мощностью в нагрузке (подробнее об этом методе будет рассказано ниже).

Принцип работы фазового регулирования

Принцип регулирования данного типа заключается в том, что импульс, открывающий тиристор, имеет определенную фазу. То есть, чем дальше он располагается от конца полупериода, тем большей амплитуды будет напряжение, поступающее на нагрузку. На рисунке ниже мы видим обратный процесс, когда импульсы поступают практически под окончание полупериода.

На графике показано время, когда тиристор закрыт t1 (фаза управляющего сигнала), как видите он открывается практически под конец полупериода синусоиды, в результате амплитуда напряжения минимальна, а следовательно, мощность в подключенной к прибору нагрузке будет незначительной (близкой к минимальной). Рассмотрим случай, представленный на следующем графике.

Здесь мы видим, что импульс, открывающий тиристор, приходится на середину полупериода, то есть регулятор будет выдавать половинную мощность от максимально возможной. Работа на мощности, близкой к максимальной, отображена на следующем графике.

Как видно из графика, импульс приходится на начало синусоидального полупериода. Время, когда тиристор находится в закрытом состоянии (t3) – незначительное, поэтому в данном случае мощность в нагрузке приближается к максимальной.

Заметим, что трехфазные регуляторы мощности работают по такому же принципу, но они управляют амплитудой напряжения не в одной, а сразу в трех фазах.

Такой метод регулирования прост в реализации и позволяет точно изменять амплитуду напряжения в диапазоне от 2 до 98 процентов от номинала. Благодаря этому становится возможным плавное управление мощностью электроустановок. Основной недостаток устройств данного типа – создание высокого уровня помех в электросети.

В качестве альтернативы, позволяющей сократить помехи, можно переключать тиристоры, когда синусоида переменного напряжения проходит через ноль. Наглядно работу такого регулятора мощности можно посмотреть на следующем графике.

Обозначения:

• A – график полуволн переменного напряжения;
• B – работа тиристора при 50% от максимальной мощности;
• C – график, отображающий работу тиристора при 66%;
• D – 75% от максимума.

Как видно из графика, тиристор «отрезает» полуволны, а не их части, что минимизирует уровень помех. Недостаток такой реализации – невозможность плавного регулирования, но для нагрузки с большой инерционностью (например, различных нагревательных элементов) этот критерий не основной.

Видео: Испытания тиристорного регулятора мощности

Схема простого регулятора мощности

Регулировать мощность паяльника можно используя для этой цели аналоговые или цифровые паяльные станции. Последние стоят достаточно дорого, и собрать их, не имея опыта, не просто. В то время как аналоговые устройства (являющиеся по сути регуляторами мощности) не составит труда сделать своими руками.

Приведем несложную схему прибора на тиристорах, благодаря которому можно регулировать мощность паяльника.

Радиоэлементы, обозначенные на схеме:

• VD – КД209 (или близкий ему по характеристикам)
• VS- KУ203В или его аналог;
• R 1 – сопротивление с номиналом 15кОм;
• R 2 – резистор переменного типа 30кОм;
• С –емкость электролитического типа ч номиналом 4,7мкФ и напряжением от 50В;
• R n – нагрузка (в нашем случае в качестве нее выступает паяльник).

Данное устройство регулирует только положительный полупериод, поэтому минимальная мощность паяльника будет вполовину меньше номинальной. Управляется тиристор через цепь, включающую в себя два сопротивления и емкость. Время зарядки конденсатора (оно регулируется сопротивлением R 2) влияет на длительность «открытия» тиристора. Ниже показан график работы устройства.

Пояснение к рисунку:

• график A – показывает синусоиду переменного напряжения, поступающего на нагрузку Rn (паяльник) при сопротивлении R2 близком к 0 кОм;
• график B – отображает амплитуду синусоиды поступающего на паяльник напряжения при сопротивлении R2 равном 15 кОм;
• график C, как видно из него, при максимальном сопротивлении R2 (30 кОм) время работы тиристора (t 2) становится минимальным, то есть паяльник работает с мощностью примерно около 50% от номинальной.

Схема устройства довольно простая, поэтому собрать ее самостоятельно смогут даже те, кто не очень хорошо разбирается в схемотехнике. Необходимо предупредить, что при работе данного прибора в его цепи присутствует опасное для жизни человека напряжение, поэтому все его элементы должны быть надежно заизолированы.

Как уже описывалось выше, устройства, работающие по принципу фазового регулирования, являются источником сильных помех в электросети. Существует два варианта выхода из подобной ситуации:

Регулятор работающий без помех

Ниже представлена схема регулятора мощности, не создающего помехи, поскольку он не «обрезает» полуволны, а «отрезает» их определенное количество. Принцип работы такого устройства мы рассматривали в разделе «Принцип работы фазового регулирования», а именно, переключение тиристора через ноль.

Также как и в предыдущей схеме, регулировка мощности происходит в диапазоне от 50 процентов до величины близкой к максимальной.

Перечень используемых в приборе радиоэлементов, а также варианты их замены:

Тиристор VS – КУ103В;

Диоды:

VD 1 -VD 4 – КД209 (в принципе можно использовать любые аналоги, которые допускают величину обратного напряжения более 300В, а ток свыше 0,5А); VD 5 и VD 7 – КД521 (допускается ставить любой диод импульсного типа); VD 6 – KC191 (можно использовать аналог с напряжением стабилизации равным 9В)

Конденсаторы:

С 1 – электролитического типа с емкостью 100мкФ, рассчитанный на напряжение не менее 16В; С 2 – 33Н; С 3 – 1мкФ.

Резисторы:

R 1 и R 5 – 120кОм; R 2 -R 4 – 12кОм; R 6 – 1кОм.

Микросхемы:

DD1 – K176 ЛЕ5 (или ЛА7); DD2 –K176TM2. В качестве альтернативы можно использовать логику серии 561;

R n – паяльник, подключенный в качестве нагрузки.

Если при сборке тиристорного регулятора мощности не было допущено ошибок, то устройство начинает работать сразу после включения, настройка для него не требуется. Имея возможность измерить температуру жала паяльника, можно сделать градацию шкалы для резистора R 5 .

В том случае, когда устройство не заработало, рекомендуем проверить правильность распайки радиоэлементов (не забудьте перед этим отключить его от сети).

Пролог

Я уже описывал конструкцию Некоторые радиолюбители приспособили этот регулятор напряжения для управления яркостью осветительных ламп. При правильном подборе элементов, регулятор позволяет управлять мощностью ламп накаливания и даже оборотами асинхронных двигателей, но всё же не так хорошо, как бы этого хотелось.

В связи с ремонтом подобных регуляторов, я испытал одну из схем, которая оказалось более помехоустойчивой и простой в настройке, чем описанная ранее.

Но, расскажу обо всём по порядку.

Так вот, пришлось мне ремонтировать электропроводку вдали от родного дома. А именно, нужно было поменять выключатели с регуляторами мощности, или, как их там называют, диммеры (Dimmer).

В магазине новые выключатели с индикацией и регулировкой мощности стоили слишком дорого (45$ до налога). Так что, было решено временно заменить их более дешёвыми и менее функциональными выключателями, а неисправные диммеры отремонтировать. Ну, а так как на месте не было ни радиодеталей, ни необходимого инструмента, пришлось привести их домой. Вот в связи с этими мытарствами и родилась статья.

Приехав домой, я первым делом купил на местном радиорынке симисторы подходящей мощности BT139-800 всего по 0,65$ за штуку и вычертил электрическую схему диммера.

Ремонт симисторного регулятора – Dimmer-а

На чертеже изображена оригинальная электрическая схема промышленного диммера фирмы Leviton, предназначенного для работы в сети, напряжением 120 Вольт.

Проверка неисправных диммеров показала, что кроме самого симистора в них ничего не пострадало. Некоторые симисторы были пробиты, а некоторые оборваны. Один из диммером вышел из строя прямо у меня на глазах, когда внутри одной из ламп накаливания, вкрученной в люстру, произошло короткое замыкание.

И я бы не стал описывать процедуру замены симистора в этом регуляторе, если бы не «подводные камни», встретившиеся на этом пути.

Дело в том, что в ремонтируемых мною диммерах были установлены какие-то диковинные симисторы с надписью «68169». Мне не удалось найти на них даже даташита.

Кроме всего, у этих симисторов, размещённых в корпусе TO-220, контактная площадка оказалась изолированной от электродов симистора (триака). Хотя, как видите, контактная площадка у этих симисторов выполнена из меди и вовсе не покрыта пластиком, как это бывает у корпусов транзисторов. Доселе, я даже не знал, что существуют симисторы в таком удобном исполнении. Могу только предположить, что компания, выпускающая диммеры, получает данные компоненты по индивидуальному заказу, дабы усложнить ремонт своих неоправданно дорогих изделий.

Ещё одним «подарком» оказался метод крепления симисторов к радиатору с помощью пустотелых заклёпок. При использовании изолирующих прокладок, такой способ крепления применять нежелательно. Да и в плане ремонтопригодности он никуда не годится.

В общем, ремонт занял немало времени именно из-за проблем с установкой такого типа триаков, на которые диммер рассчитан не был.

Замена симистора (Triac-а) в диммере

Пустотелые заклёпки можно удалить с помощью сверла, заточенного под углом 90°, или с помощью кусачек-бокорезов. Но, чтобы не повредить радиатор, делать это нужно непременно со стороны расположения триака.

Радиаторы, изготовленные из очень мягкого алюминия, при клёпке были немного деформированы. Поэтому, пришлось ошкурить контактные поверхности наждачной бумагой.

1. Винт М2,5х8.
2. Шайба пружинная (гровер) М2,5.
3. Шайба М2,5 – стеклотекстолит.
4. Корпус симистора.
5. Прокладка – фторопласт 0,1мм.
6. Гайка М2,5.
7. Шайба М2,5.
8. Трубка (кембрик) Ø2,5х1,5мм.
9. Шайба М2,5.
10. Радиатор.

Так как я использовал триак, не имеющий гальванической развязки между электродами и контактной площадкой, то применил старый проверенный способ изоляции. На чертеже видно, как он реализуется.

А это те же детали гальванической развязки триака в натуральном виде.

Для предотвращения продавливания стенки радиатора в месте крепления симистора, под головку винта была подложена шайба. А у самого винта была сточена большая часть шляпки, чтобы последняя не цеплялась за ручку потенциометра, регулятора мощности.

Вот так выглядит симистор, изолированный от радиатора. Для улучшения теплоотвода, использовалась термопроводящая паста КПТ-8.

Что находится под кожухом диммера.

Снова в строю.

Схема регулятора мощности для управления освещением

На основе схемы фабричного регулятора мощности я собрал макет регулятора для напряжения нашей сети.

	C1-C4 = 47n	R4 = 100k	VD1-VD3 = DB3
	R1 = 30k	R5 = 100k	VS1 = BT139-800
	R2 = 68k	R6 = 1k
	R3 = 390k	L1 = 30µH

На чертеже изображена схема регулятора, адаптированная для работы в сети, напряжением 220 Вольт.

Собственно, эта схема отличается от оригинальной только параметрами нескольких деталей. В частности, в три раза был увеличен номинал резистора R1, примерно вдвое уменьшены номиналы R4 и R5, а 60-ти Вольтовый динистор был заменён двумя, включёнными последовательно, 30-ти Вольтовыми динисторами VD1, VD2.

Таким образом, если где-нибудь на диком Западе разжиться неисправными диммерами, то можно не только их отремонтировать, но и легко переделать под свои нужды.

Это работающий макет регулятора мощности. Не знаю, понадобится ли он мне в будущем, так как я уже давно перешёл на люминесцентные лампы. Но, если вдруг понадобится, то я буду точно знать, какую схему следует собрать.

Эта схема не требует подбора деталей и работает сразу. Единственная регулировка, которая может потребоваться, осуществляется изменением положения движка подстроечного резистора R4.

Сначала нужно установить движки потенциометров R4 и R5 в крайне-верхнее (по схеме) положение. Затем изменить положение движка R4 так, чтобы лампа загорелась с минимально-возможной яркостью, а потом чуть сдвинуть движок в обратном направлении. На этом настройку можно считать законченной.

1. Резистор 4.7кОм млт-0.5 (пойдет даже 0.25 ватт).
2. Перменный резистор 500кОм-1мОм, с 500ком будет регулировать довольно плавно, но только в диапазоне 220в-120в. С 1 мОм - будет регулировать более жестко, тоесть будет регулировать промежутком в 5-10вольт, но зато диапазон возрастет, возможно регулировать от 220 до 60 вольт! Резистор желательно ставить со встроеным выключателем (хотя можно обойтись и без него, просто поставив перемычку).
3. Динистор DB3. Взять такой можно из ЛСД экономичных ламп. (Можно заменить на отечественный KH102).
4. Диод FR104 или 1N4007, такие диоды встречаются практически в любой импортной радиотехнике.
5. Экономичные по току светодиоды.
6. Симистор BT136-600B или BT138-600.
7. Винтовые клемники. (обйтись можно и без них, просто припаяв провода к плате).
8. Небольшой радиатор (до 0,5кВт он не нужен).
9. Пленочный конденсатор на 400вольт, от 0.1 микрофарадп, до 0.47 микрофарад.

Схема регулятора переменного напряжения:

Приступим к сборке устройства. Для начало вытравим и пролудим плату. Печатная плата - её рисунок в LAY, находится в архиве. Более компактный вариант, представленный товарищем sergei - .

Затем паяем конденастор. На фото конднесатор со стороны лужения, т.к у моего экземпляра конденсатора были слишком коротки ножки.

Паяем динистор. У динистора полярности нет, так-что вставляем его как вам угодно. Припаиваем диод, резистор, светодиод, перемычку и винтовой клемник. Выглядит оно примерно так:

И в конце концов последний этап - это ставим на симистор радиатор.

А вот фото готового устройства уже в корпусе.

В последнее время в нашем быту все чаще применяются электронные устройства для плавной регулировки сетевого напряжения. С помощью таких приборов управляют яркостью свечения ламп, температурой электронагревательных приборов, частотой вращения электродвигателей.

Подавляющее большинство регуляторов напряжения, собранных на тиристорах, обладают существенными недостатками, ограничивающими их возможности. Во-первых, они вносят достаточно заметные помехи в электрическую сеть, что нередко отрицательно сказывается на работе телевизоров, радиоприемников, магнитофонов. Во-вторых, их можно применять только для управления нагрузкой с активным сопротивлением — электролампой или нагревательным элементом, и нельзя использовать совместно с нагрузкой индуктивного характера — электродвигателем, трансформатором.

Между тем все эти проблемы легко решить, собрав электронное устройство, в котором роль регулирующего элемента выполнял бы не тиристор, а мощный транзистор.

Принципиальная схема

Транзисторный регулятор напряжения (рис. 9.6) содержит минимум радиоэлементов, не вносит помех в электрическую сеть и работает на нагрузку как с активным, так и индуктивным сопротивлением. Его можно использовать для регулировки яркости свечения люстры или настольной лампы, температуры нагрева паяльника или электроплитки, скорости вращения электродвигателя вентилятора или дрели, напряжения на обмотке трансформатора. Устройство имеет следующие параметры: диапазон регулировки напряжения — от 0 до 218 В; максимальная мощность нагрузки при использовании в регулирующей цепи одного транзистора — не более 100 Вт.

Регулирующий элемент прибора — транзистор VT1. Диодный мост VD1...VD4 выпрямляет сетевое напряжение так, что к коллектору VT1 всегда приложено положительное напряжение. Трансформатор Т1 понижает напряжение 220 В до 5...8 В, которое выпрямляется диодным блоком VD6 и сглаживается конденсатором С1.

Рис. Принципиальная схема мощного регулятора сетевого напряжения 220В.

Переменный резистор R1 служит для регулировки величины управляющего напряжения, а резистор R2 ограничивает ток базы транзистора. Диод VD5 защищает VT1 от попадания на его базу напряжения отрицательной полярности. Устройство подсоединяется к сети вилкой ХР1. Розетка XS1 служит для подключения нагрузки.

Регулятор действует следующим образом. После включения питания тумблером S1 сетевое напряжение поступает одновременно на диоды VD1, VD2 и первичную обмотку трансформатора Т1.

При этом выпрямитель, состоящий из диодного моста VD6, конденсатора С1 и переменного резистора R1, формирует управляющее напряжение, которое поступает на базу транзистора и открывает его. Если в момент включения регулятора в сети оказалось напряжение отрицательной полярности, ток нагрузки протекает по цепи VD2 — эмиттер-коллектор VT1, VD3. Если полярность сетевого напряжения положительная, ток протекает по цепи VD1 — коллектор-эмиттер VT1, VD4.

Значение тока нагрузки зависит от величины управляющего напряжения на базе VT1. Вращая движок R1 и изменяя значение управляющего напряжения, управляют величиной тока коллектора VT1. Этот ток, а следовательно, и ток, протекающий в нагрузке, будет тем больше, чем выше уровень управляющего напряжения, и наоборот.

При крайнем правом по схеме положении движка переменного резистора транзистор окажется полностью открыт и «доза» электроэнергии, потребляемая нагрузкой, будет соответствовать номинальной величине. Если движок R1 переместить в крайнее левое положение, VT1 окажется запертым и ток через нагрузку не потечет.

Управляя транзистором, мы фактически регулируем амплитуду переменного напряжения и тока, действующих в нагрузке. Транзистор при этом работает в непрерывном режиме, благодаря чему такой регулятор лишен недостатков, свойственных тирис-торным устройствам.

Конструкция и детали

Теперь перейдем к конструкции прибора. Диодные мостики, конденсатор, резистор R2 и диод VD6 устанавливаются на монтажной плате размером 55x35 мм, выполненной из фольгированного ге-тинакса или текстолита толщиной 1...2 мм (рис. 9.7).

В устройстве можно использовать следующие детали. Транзистор — КТ812А(Б), КТ824А(Б), КТ828А(Б), КТ834А(Б,В), КТ840А(Б), КТ847А или КТ856А. Диодные мосты: VD1...VD4 - КЦ410В или КЦ412В, VD6 — КЦ405 или КЦ407 с любым буквенным индексом; диод VD5 — серии Д7, Д226 или Д237.

Переменный резистор — типа СП, СПО, ППБ мощностью не менее 2 Вт, постоянный — ВС, MJIT, ОМЛТ, С2-23. Оксидный конденсатор - К50-6, К50-16. Сетевой трансформатор — ТВЗ-1-6 от ламповых телевизоров, ТС-25, ТС-27 — от телевизора «Юность» или любой другой маломощный с напряжением вторичной обмотки 5...8 В.

Предохранитель рассчитан на максимальный ток 1 А. Тумблер — ТЗ-С или любой другой сетевой. ХР1 — стандартная сетевая вилка, XS1 — розетка.

Все элементы регулятора размещаются в пластмассовом корпусе с габаритами 150x100x80 мм. На верхней панели корпуса устанавливаются тумблер и переменный резистор, снабженный декоративной ручкой. Розетка для подключения нагрузки и гнездо предохранителя крепятся на одной из боковых стенок корпуса.

С той же стороны сделано отверстие для сетевого шнура. На дне корпуса установлены транзистор, трансформатор и монтажная плата. Транзистор необходимо снабдить радиатором с площадью рассеяния не менее 200 см2 и толщиной 3...5 мм.

Рис. Печаная плата мощного регулятора сетевого напряжения 220В.

Регулятор не нуждается в налаживании. При правильном монтаже и исправных деталях он начинает работать сразу после включения в сеть.

Теперь несколько рекомендаций тем, кто захочет усовершенствовать устройство. Изменения в основном касаются увеличения выходной мощности регулятора. Так, например, при использовании транзистора КТ856 мощность, потребляемая нагрузкой от сети, может составлять 150 Вт, для КТ834 — 200 Вт, а для КТ847 — 250 Вт.

Если необходимо еще больше увеличить выходную мощность прибора, в качестве регулирующего элемента можно применить несколько параллельно включенных транзисторов, соединив их соответствующие выводы.

Вероятно, в этом случае регулятор придется снабдить небольшим вентилятором для более интенсивного воздушного охлаждения полупроводниковых приборов. Кроме того, диодный мост VD1...VD4 потребуется заменить на четыре более мощных диода, рассчитанных на рабочее напряжение не менее 600 В и величину тока в соответствии с потребляемой нагрузкой.

Для этой цели подойдут приборы серий Д231...Д234, Д242, Д243, Д245 ..Д248. Необходимо будет также заменить VD5 на более мощный диод, рассчитанный на ток до I А. Также больший ток должен выдерживать предохранитель.

Температура жала паяльника зависит от многих факторов.

• Входного напряжения сети, которое не всегда стабильно;
• Рассеивания тепла в массивных проводах или контактах, на которых производится пайка;
• Температуры окружающего воздуха.

Для качественной работы требуется поддерживать тепловую мощность паяльника на определенном уровне. В продаже есть большой выбор электроприборов с регулятором температуры, однако стоимость таких устройств достаточно высокая.

Еще более продвинутыми являются паяльные станции. В таких комплексах расположен мощный блок питания, при помощи которого можно контролировать температуру и мощность в широких пределах.

Цена соответствует функциональности.
А что делать, если паяльник уже имеется, и покупать новый с регулятором не хочется? Ответ простой – если вы умеете пользоваться паяльником, сможете изготовить и дополнение к нему.

Регулятор для паяльника своими руками

Эта тема давно освоена радиолюбителями, которые как никто другой заинтересованы в качественном инструменте для паяния. Предлагаем вам несколько популярных решений с электросхемами и порядком сборки.

Двухступенчатый регулятор мощности

Такая схема работает на устройствах с питанием от сети переменного напряжения 220 вольт. В разрыв цепи одного из питающих проводников, параллельно друг другу подключается диод и выключатель. Когда контакты выключателя замкнуты – паяльник запитан в стандартном режиме.

При размыкании – ток проходит через диод. Ели вы знакомы с принципом протекания переменного тока – работа устройства будет понятно. Диод, пропуская ток лишь в одном направлении – отсекает каждый второй полупериод, понижая напряжение вдвое. Соответственно, в два раза снижается мощность паяльника.

В основном, такой режим питания используется при длительных паузах во время работы. Паяльник находится в дежурном режиме, и наконечник не сильно охлаждается. Для приведения температуры к 100% значению, включаем тумблер – и через несколько секунд можно продолжать пайку. При снижении нагрева меньше окисляется медное жало, продлевая срок службы прибора.

ВАЖНО! Проверка выполняется под нагрузкой, то есть с подключенным паяльником.

При вращении резистора R2 напряжение на входе в паяльник должно плавно изменяться. Схема помещается в корпусе накладной розетки, что делает конструкцию очень удобной.

ВАЖНО! Необходимо надежно изолировать компоненты термоусадочной трубкой, для предотвращения замыкания в корпусе – розетке.

Дно розетки закрывается подходящей крышкой. Идеальный вариант – не просто накладная, а герметичная уличная розетка. В данном случае выбран первый вариант.
Получается своеобразный удлинитель с регулятором мощности. Пользоваться им очень удобно, на паяльнике нет никаких лишних приспособлений, и ручка регулятора всегда под рукой.