Цифровой регулятор мощности на симисторе. Симисторный регулятор мощности — схема самодельного устройства и пошаговая инструкция как сделать регулятор своими руками

Очень старая и очень простая схема для регулирования мощности паяльника, который также можно применять и для обогревательных приборов. Можно и для ламп накаливания, но это уже сегодня не актуально, думаю, так как большинство уже использует энергосберегающие.

Схема не только проста, но и надежна, и испытана временем лично мною и другими людьми, держит установленную мощность стабильно. И еще две схемы.

Но сразу скажу, что данные регуляторы мощности работают только с нагревательными приборами и лампами накаливания, с трансформаторами. С двигателями и прочим, результаты непредсказуемы — там всякие индуктивные дела начнутся.

Первые две схемы настолько просты, что печатные платы просто бессмысленны, и их можно смонтировать в какой-нибудь коробочке от неисправного блока зарядки мобильника или чего-то подобного. Для начинающих с малым опытом самое то!

Вот, собственно, сама схема регулятора мощности, которая настолько проста, что я вписал номиналы прямо в нее, так удобней и наглядней. Вся хитрость данной схемки в неоновой лампе и конденсаторе. Как это работает, я и сам толком не понимаю, 🙂 но работает отлично. Ведь для стабильного удержания заданной мощности тиристором или симистором, обычно применяются управляющие элементы на полупроводниках, а тут какая-то лампочка, которая изготавливалась для совершенно других целей, да конденсатор, творят чудеса. В общем, выражаясь сегодняшним языком, можно сказать, что схема самая что ни есть креативная. К тому же (чуть не забыл!), неоновая лампочка одновременно служит еще и индикатором мощности: она меняет яркость, и этим самым можно контролировать регулировку.

При этом схема регулирует мощность от 0% до 100% !

Так выглядят старый добрый симистор КУ208Г и рядом с ним различные неоновые лампочки. И то, и другое можно за гроши найти на радиорынке, в современном магазине вряд ли. Впрочем, неонку можно из какого-нибудь старого бытового прибора выдернуть, а аналог КУ208Г можно думаю и в магазине купить из чего-то современного.

Вроде бы аналоги КУ208В,ТС112-10,ТС112-16, ТС122-10, ТС122-25, Т820КВ.

Регулятор мощности на тиристоре КУ202Н

Если уж совсем туго с неонкой будет или с КУ208, то можно собрать схемку регулятора еще проще. Даже не верится: куда уж еще проще? 🙂 Да, без неоновой лампы и вместо симистора — тиристор КУ202Н, который еще более доступен, более дешев и аналогов навалом. Диод также можно любой, подходящий по току и напряжению.

Думаю, по схеме понятно, что данный регулятор работает в диапазоне от 50% до 100% , но до 99%, поскольку одна сетевая полуволна идет напрямую через диод.
Да, в общем, для паяльника и камина самое то, думаю, от ноля регулировать вряд ли кому-то понадобится. От 50% даже и удобней, по-моему.

Если захотите погасить помехи от переключения тиристора/симистора в первой или второй схеме регулятора, то можно сделать петлю на ферритовом кольце от старого монитора, например, или другого ненужного сетевого компьютерного шнура.

Регулятор мощности без помех

А это уже схема регулятора (кликабельно) для более продвинутых, для фанатов «цифры». Регулирует мощность как и предыдущая от 50% , но ее отличие от двух первых в том, что регулирование осуществляется уже не за счет отрезания части полуволны сетевой синусоиды, что собственно и создает помехи, а за счет отсчета и пропускания разного количества полуволн. Но полуволны пропускаются целиком, именно поэтому и нет помех: открытие тиристора происходит на уровне, близком к нулю (каких-то пару вольт, нужных для его открытия).

На схеме зелеными кружками обозначены некоторые точки, а на диаграммах ниже — напряжения в этих точках, поясняющие работу схемы регулятора мощности без помех.

Причем, схема имеет свою особенность: по нижним трем диаграммам можно сообразить без пояснений, по какому принципу регулируется мощность. Регулировка ступенчатая, и получается такая дискретность: 50%, 66,6%, 75%… Далее по логике, как я понимаю, 80%, 83,3%, 85,7%… Так выходит, потому что время пауз: 1/2, 1/3, 1/4, 1/6, 1/7 и т.д. То есть, шаг регулирования уменьшается с повышением мощности, что разумно — применительно к паяльнику.

Стрелочный индикатор к паяльнику

Согласитесь, без индикации регулировать мощность паяльника как-то некошерно. Да, можно нарисовать метки на регуляторе, но эффект и удобства не те.

Для большего удобства регулировки нагрева паяльника совсем несложно и очень полезно добавить к собранному регулятору индикацию на каком-нибудь небольшом стрелочном приборе. Такой индикатор можно выдернуть из старой ненужной аудиоаппаратуры, если таковая завалялась еще, либо пройтись и отовариться на местном блошином рынке.

Примерная схема индикатора с использованием подобного стрелочного прибора показана на рисунке. Номиналы, как и сама схема допускает изменения и упрощения при понимании принципов тем, кто будет собирать ее. Номиналы на данной схеме применялись с использованием стрелочного индикатора М68501, который применялся в советских магнитофонах. Основная настройка схемы при использовании М68501 — это подбор резистора R4. При использовании другого стрелочного индикатора, вероятно придется подбирать еще и R3, ведь для удобной вам индикации при уменьшении мощности паяльника, должен быть соответствующий баланс резисторов R3/R4. Чтобы не получалось так, что при мощности в 50% стрелка индикатора уменьшается на 10-20%, либо наоборот, при небольшом уменьшении мощности, отклоняется на половину.

Вы еще не видели мой электромагнитный маятник?

Для управления некоторыми видами бытовых приборов (например, электроинструментом или пылесосом) применяют регулятор мощности на основе симистора. Подробно о принципе работы этого полупроводникового элемента можно узнать из материалов, размещенных на нашем сайте. В данной публикации мы рассмотрим ряд вопросов, связанных с симисторными схемами управления мощностью нагрузки. Как всегда, начнем с теории.

Принцип работы регулятора на симисторе

Напомним, что симистором принято называть модификацию тиристора, играющего роль полупроводникового ключа с нелинейной характеристикой. Его основное отличие от базового прибора заключается в двухсторонней проводимости при переходе в «открытый» режим работы, при подаче тока на управляющий электрод. Благодаря этому свойству симисторы не зависят от полярности напряжения, что позволяет их эффективно использовать в цепях с переменным напряжением.

Помимо приобретенной особенности, данные приборы обладают важным свойством базового элемента – возможностью сохранения проводимости при отключении управляющего электрода. При этом «закрытие» полупроводникового ключа происходит в момент отсутствия разности потенциалов между основными выводами прибора. То есть тогда, когда переменное напряжение переходит точку нуля.

Дополнительным бонусом от такого перехода в «закрытое» состояние является уменьшение числа помех на этой фазе работы. Обратим внимание, что не создающий помех регулятор может быть создан под управлением транзисторов.

Благодаря перечисленным выше свойствам, можно управлять мощностью нагрузки путем фазового управления. То есть, симистор открывается каждый полупериод и закрывается при переходе через ноль. Время задержки включения «открытого» режима как бы отрезает часть полупериода, в результате форма выходного сигнала будет пилообразной.

При этом амплитуда сигнала будет оставаться прежней, именно поэтому такие устройства неправильно называть регуляторами напряжения.

Варианты схем регулятора

Приведем несколько примеров схем, позволяющих управлять мощностью нагрузки при помощи симистора, начнем с самой простой.

Рисунок 2. Схема простого регулятора мощности на симисторе с питанием от 220 В

Обозначения:

Резисторы: R1- 470 кОм, R2 – 10 кОм,
Конденсатор С1 – 0,1 мкФ х 400 В.
Диоды: D1 – 1N4007, D2 – любой индикаторный светодиод 2,10-2,40 V 20 мА.
Динистор DN1 – DB3.
Симистор DN2 – КУ208Г, можно установить более мощный аналог BTA16 600.

При помощи динистора DN1 происходит замыкание цепи D1-C1-DN1, что переводит DN2 в «открытое» положение, в котором он остается до точки нуля (завершение полупериода). Момент открытия определяется временем накопления на конденсаторе порогового заряда, необходимого для переключения DN1 и DN2. Управляет скоростью заряда С1 цепочка R1-R2, от суммарного сопротивления которой зависит момент «открытия» симистора. Соответственно, управление мощностью нагрузки происходит посредством переменного резистора R1.

Несмотря на простоту схемы, она довольно эффективна и может быть использована в качестве диммера для осветительных приборов с нитью накала или регулятора мощности паяльника.

К сожалению, приведенная схема не имеет обратной связи, следовательно, она не подходит в качестве стабилизированного регулятора оборотов коллекторного электродвигателя.

Схема регулятора с обратной связью

Обратная связь необходима для стабилизации оборотов электродвигателя, которые могут изменяться под воздействием нагрузки. Сделать это можно двумя способами:

Установить таходатчик, измеряющий число оборотов. Такой вариант позволяет производить точную регулировку, но при этом увеличивается стоимость реализации решения.
Отслеживать изменения напряжения на электромоторе и, в зависимости от этого, увеличивать или уменьшать «открытый» режим полупроводникового ключа.

Последний вариант значительно проще в реализации, но требует небольшой настройки под мощность используемой электромашины. Ниже приведена схема такого устройства.

Обозначения:

Резисторы: R1 – 18 кОм (2 Вт); R2 – 330 кОм; R3 – 180 Ом; R4 и R5– 3,3 кОм; R6 – необходимо подбирать, как это делается будет описано ниже; R7 – 7,5 кОм; R8 – 220 кОм; R9 – 47 кОм; R10 – 100 кОм; R11 – 180 кОм; R12 – 100 кОм; R13 – 22 кОм.
Конденсаторы: С1 – 22 мкФ х 50 В; С2 – 15 нФ; С3 – 4,7 мкФ х 50 В; С4 – 150 нФ; С5 – 100 нФ; С6 – 1 мкФ х 50 В..
Диоды D1 – 1N4007; D2 – любой индикаторный светодиод на 20 мА.
Симистор Т1 – BTA24-800.
Микросхема – U2010B.

Данная схема обеспечивает плавный запуск электрической установки и обеспечивает ее защиту от перегрузки. Допускается три режима работы (выставляются переключателем S1):

А – При перегрузке включается светодиод D2, сигнализирующий о перегрузке, после чего двигатель снижает обороты до минимальных. Для выхода из режима необходимо отключить и включить прибор.
В – При перегрузке включается светодиод D2, мотор переводится на работу с минимальными оборотами. Для выхода из режима необходимо снять нагрузку с электродвигателя.
С – Режим индикации перегрузки.

Настройка схемы сводится к подбору сопротивления R6, оно вычисляется, в зависимости от мощности, электромотора по следующей формуле: . Например, если нам необходимо управлять двигателем мощностью 1500 Вт, то расчет будет следующим: 0,25/ (1500 / 240) = 0,04 Ом.

Для изготовления данного сопротивления лучше всего использовать нихромовую проволоку диаметром 0,80 или1,0 мм. Ниже представлена таблица, позволяющая подобрать сопротивление R6 и R11, в зависимости от мощности двигателя.

Приведенное устройство может эксплуатироваться в качестве регулятора оборотов двигателей электроинструментов, пылесосов и другого бытового оборудования.

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:

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

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

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

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

Простой регулятор мощности на симисторе своими руками

В завершении статьи приведем пример простейшего регулятора мощности. В принципе, можно собрать любую из приведенных выше схем (наиболее упрощенный вариант был приведен на рисунке 2). Для этого прибора даже не обязательно делать печатную плату, устройство может быть собрано навесным монтажом. Пример такой реализации показан на рисунке ниже.

Использовать данный регулятор можно в качестве диммера, а также управлять с его помощью мощными электронагревательными устройствами. Рекомендуем подобрать схему, в которой для управления используется полупроводниковый ключ с соответствующими току нагрузки характеристиками.

Сегодня я вам расскажу об очень полезной схеме, которая пригодится как в лаборатории, так и в хозяйстве. Устройство, о котором пойдет речь, называется симисторный регулятор мощности. Регулятор можно применить для плавной регулировки яркостью освещения, температуры паяльника, оборотами электродвигателя (переменного тока). Мой вариант применения регулятора интересней, я плавно регулирую температуру нагрева тэна мощностью 1кВт в самогонном аппарате. Да-да, я занимаюсь этим благородным делом.

Схема имеет минимум элементов и заводится сразу. Мощность нагрузки для симисторного регулятора определяется током симистора. Симистор BTA12-600 рассчитан на ток 12 Ампер и напряжение 600 Вольт. Симистор нужно выбирать с запасом по току, я выбрал двукратный запас. Например, симистор BTA12-600 с оптимальным охлаждением может в штатном режиме пропускать через себя ток 8 Ампер. Если нужен регулятор мощнее, используйте симистор BTA16-600 или BTA24-600.

Рабочая температура кристалла симистора от -40 до +125 градусов Цельсия. Необходимо сделать хорошее охлаждение. У меня нагрузка 1кВт, соответственно ток нагрузки около 5А, радиатор площадью 200см кв. греется от 85 до90 градусов Цельсия при длительной работе (до 6ч). Планирую увеличить рабочую площадь радиатора, чтобы повысить надежность устройства.

Симистор имеет управляющий вывод и два вывода, через которые проходит ток нагрузки. Эти два вывода можно менять местами ничего страшного не случиться.

Для безопасности (чтобы не щелкнуло током), симистор необходимо устанавливать на радиатор через диэлектрическую прокладку (полимерную или слюдяную) и диэлектрическую втулку.

Компоненты.

Резистор 4.7кОм мощностью 0,25Вт. Динистор с маркировкой DB3 , полярности не имеет, впаивать любой стороной. Конденсатор пленочный на 100нФ 400В полярности не имеет.

Светодиод любого цвета диаметром 3мм, обратное напряжение 5В, ток 25мА. Короче любой светодиод 3мм. Светодиод дает индикацию нагрузки, не пугайтесь, если при первом включении (естественно без нагрузки) он светиться не будет.

Первое включение необходимо производить кратковременно без нагрузки. Если все нормально, никакие элементы не греются, ничего не щелкнуло, тогда включаем без нагрузки на 15 секунд. Далее цепляем лампу напряжением 220В и мощностью 60-200Вт, крутим ручку переменного резистора и наслаждаемся работой.

Для защиты я установил в разрыв сетевого провода (220В) предохранитель на 12А.

Собранный нами регулятор мощности на симисторе BTA12-600 можно применить для регулировки температуры паяльника (регулируя мощность), тем самым получив паяльную станцию для вашей мастерской.

Простой регулятор мощности до 100Вт можно сделать всего из нескольких деталей. Его можно приспособить для регулирования температуры жала паяльника, яркости настольной лампы, скорости вентилятора и т.п. Регулятор на тиристоре получается по размерам сильно большой и конструктивно имеет недочеты и большую схему. Регулятор мощности на импортном малогабаритном симисторе mac97a (600В; 0,6А) можно коммутировать и более мощные нагрузки, простая схема, плавная регулировка, маленькие габариты.

Немного о принципе работы симистора

Если у тиристора есть анод и катод, то электроды у симистора так охарактеризовать нельзя, потому что каждый электрод является и анодом и катодом одновременно. В отличие от тиристора, который проводит ток только в одном направлении, симистор способен проводить ток в двух направлениях. Именно поэтому симистор прекрасно работает в сетях переменного тока.

Как раз простой схемой, характеризующей принцип работы симистора служит наш электронный регулятор мощности.

После подключения устройства к сети на один из электродов симистора подаётся переменное напряжение. На электрод, который является управляющим с диодного моста подаётся отрицательное управляющее напряжение. При превышении порога включения симистор откроется и ток пойдёт в нагрузку. В тот момент, когда напряжение на входе симистора поменяет полярность он закроется. Потом процесс повторяется.

Чем больше уровень управляющего напряжения тем быстрее включится симистор и длительность импульса на нагрузке будет больше. При уменьшении управляющего напряжения длительность импульсов на нагрузке будет меньше. После симистора напряжение имеет пилообразную форму с регулируемой длительностью импульса.

В данном случае изменяя управляющее напряжение мы можем регулировать яркость электрической лампочки или температуру жала паяльника, а также скорость вентилятора.

Принципиальная схема регулятора на симисторе MAC97A6

Описание работы регулятора мощности на симисторе

При каждой полуволне сетевого напряжения конденсатор С заряжается через цепочку сопротивлений R1, R2, когда напряжение на С становится равным напряжению открывания динистора VD1 происходит пробой и разрядка конденсатора через управляющий электрод VS1 .

Динистор DB3 является двунаправленным диодом (триггер-диод), который специально создан для управления симистором или тиристором. В основном своем состоянии динистор DB3 не проводит через себя ток (не считая незначительный ток утечки) до тех пор, пока к нему не будет приложено напряжение пробоя.

В этот момент динистор переходит в режим лавинного пробоя и у него проявляется свойство отрицательного сопротивления. В результате этого на динисторе DB3 происходит падение напряжения в районе 5 вольт, и он начинает пропускать через себя ток, достаточный для открытия симистора или тиристора.

Диаграмма вольт-амперной характеристики (ВАХ) динистора DB3 изображена на рисунке:

Поскольку данный вид полупроводника является симметричным динистором (оба его вывода являются анодами), то нет разницы, как его подключать.

Характеристики динистора DB3

Кому нужно регулировать нагрузку более 100Вт, ниже представлена похожая схема более мощного регулятора на симисторе ВТ136-600.

Принципиальная схема регулятора на симисторе BT136-600

Приведенная схема регулятора мощности на симисторе рассчитана на достаточно большой ток нагрузки.

Если у Вас нет необходимых деталей и платы для сборки регулятора мощности на симисторе MAC97A6, Вы можете купить полный набор для его сборки в нашем магазине.