Тиристорний регулятор напруги своїми руками. Тиристорний регулятор потужності Тиристорний регулятор напруги своїми руками схема

Зміст:

Напруга - це практично і є електрика. Воно існує як первородна сила, вплив якої будь-які об'єкти тягне у себе наслідки, зумовлені їх властивостями. Тому можливість керувати напругою, його величиною означає впливати перебіг безлічі процесів в електричних ланцюгах. А це найголовніше у прикладній електротехніці. Далі розповімо у тому, як керувати електрикою, користуючись тиристором.

Така різна напруга

Напруга може бути з різними властивостями. Тому навіть закони, що описують ті чи інші явища, пов'язані з електрикою, обмежені застосування. Наприклад, закон Ома для ділянки ланцюга. І таких прикладів безліч. Тому, обумовлюючи характеристики електричного регулятора, потрібно точно вказувати, яке саме напруга мається на увазі, Загалом розглядаються два основні його різновиди - постійне і змінне.

Вони як початок і кінець якогось інтервалу, всередині якого розташовані у величезному розмаїтті імпульсні сигнали. І раніше, і зараз, і, швидше за все, у майбутньому регулювати величину їх може лише один елемент – резистор. Тобто регульований резистор – реостат. Він завжди забезпечує той самий ефект, незалежно від виду напруги. Причому будь-якої миті часу. А момент часу стосовно змінного або імпульсного сигналу, - це основа його визначення.

Яку напругу регулює тиристор

Адже залежно від нього величина напруги змінюється. Резистором можна керувати сигналом у будь-який час. А ось тиристором такий результат неможливо отримати, бо він є ключем. У нього лише два стани:

• з мінімальним опором, коли ключ замкнутий;
• з максимальним опором, коли ключ розімкнуто.

Отже, тиристор для миттєвого значення напруги не може розглядатися як регулятор. Тільки в межах досить великого інтервалу часу, при якому враховуються багато миттєвих значень сигналу, тиристор може розглядатися як регулятор напруги. Оскільки така величина іменується як чинне значення, буде правильним уточнити визначення регулятора як

• тиристорний регулятор напруги, що діє.

Як з'єднати ключ та навантаження

Найбільш привабливою характеристикою тиристорів від початку появи була стійкість до силі струму великої величини. Як наслідок, ці напівпровідникові прилади знайшли широке застосування у багатьох потужних пристроїв. Однак у будь-якому випадку, коли розглядається електричний регулятор, існує електричний ланцюг із навантаженням. У еквіваленті навантаження представляється як резистор із деяким імпедансом.

Щоб напруга цьому резисторі змінилося, необхідні додаткові елементи, які з'єднані з ним або послідовно, або паралельно. Перші тиристори були незаперечними. Їх можна було відкрити (включити) будь-якої миті. Але для вимкнення необхідно було зменшити силу струму до певного мінімального значення. З цієї причини тиристори, що незапираються, застосовуються і до цього дня лише в електричних ланцюгах змінного або випрямленого струму.

На постійній напрузі вони також використовувалися, але дуже обмежено. Наприклад, у перших фотоспалахах з керованою силою світла. Світло лампи спалаху, яке шляхом управління тиристором формує необхідне освітлення об'єкта, дає наочне уявлення про тиристора як про електричний регулятор для лампи – навантаження. Енергію для цього забезпечував конденсатор, що розряджався через спеціальну лампу. І в цьому випадку виходив спалах найбільшої сили.

Але для того, щоб лампа давала менше світла, паралельно з нею включався тиристор. Лампа включалася та висвітлювала об'єкт. А спеціальний оптичний датчик із схемою керування стежив за його характеристиками. І потрібний момент включав тиристор. Він шунтував лампу, яка вимикалася зі швидкістю спрацьовування тиристора. При цьому частина енергії конденсатора просто зникала у вигляді тепла, не приносячи жодної користі. Але в той час інакше й не могло бути – тиристорів, що замикалися, ще не було.

Типи тиристорів та відмінності схем для їх використання

Тиристор замикався, оскільки зарядний струм конденсатора був підібраний з урахуванням цього. Безумовно, схема з послідовним з'єднанням тиристора та навантаження суттєво ефективніша. І вона широко застосовується. Всі димери, якими користуються для керування освітленням та електропобутовими приладами, працюють за такою схемою. Але в них можуть бути істотні відмінності у зв'язку з типом тиристора, що використовується. Схема з симетричним тиристором, який працездатний на змінному напрузі при безпосередньому з'єднанні з навантаженням, виходить простіший.

Але якщо порівнювати симетричні тиристори зі звичайними, що пропускають струм в одному напрямку, відразу привертає увагу помітно ширший модельний ряд останніх. До того ж, граничні електричні параметри у них помітно більше. Але при цьому обов'язкова наявність випрямляча. Якщо регулюється мережа 220 В, необхідний випрямний міст, в якому 4 потужні діоди. Але кожен напівпровідниковий прилад незалежно від того, транзистор це, тиристор або діод, характеризується залишковою напругою.

Воно мало змінюється відповідно до силою струму, що протікає через нього. І при цьому на кожному із напівпровідникових приладів розсіюється тепло. Якщо струми досягають одиниць ампер, то теплова потужність складе одиниці ват. Потрібні радіатори, що охолоджують. А це – погіршення конструктивних показників. Тому симісторні регулятори більш компактні та економічні. Щоб відмовитися від випрямного моста, застосовують схему двох однакових тиристорів, з'єднаних паралельно і зустрічно.

Безумовно, це економічніше рішення щодо втрат. Однак у ключів повинні бути відповідні граничні зворотні напруги. А це значно обмежує кількість їхніх моделей, придатних для цієї схеми. До того ж, отримати симетричні напівхвилі, керуючи двома ключами, складніше, ніж за одного тиристора. Але за великої силі струму, що у промислових установках може становити сотні ампер і більше на включеному тиристорі, розсіюється потужність у сотні ват. Динамічні втрати ще більше розігрівають ключі.

Тому зменшення кількості напівпровідникових приладів у потужних електричних регуляторах – це найважливіше завдання. Далі на зображенні показані промислові тиристорні регулятори напруги. У сучасному асортименті тиристорів серед моделей, що випускаються серійно, присутні ключі, що замикаються. Вони можуть бути використані у ланцюгах постійного струму.

Тому завдання регулювання напруги тисячі вольт при потужностях, величина яких вимірюється мегаватами, сьогодні успішно вирішуються різними моделями тиристорів.

Випробувана часом схема регулювання струму потужних споживачів відрізняється простотою в налагодженні, надійністю в експлуатації та широкими споживчими можливостями. Вона добре підходить для керування режимом зварювання, пуско-зарядних пристроїв і потужних вузлів автоматики.

Принципова схема

При живленні потужних навантажень постійним струмом часто застосовується схема (рис.1) випрямляча чотирьох силових вентилях. Змінна напруга підводиться до однієї діагоналі "моста", вихідна постійна (пульсуюча) напруга знімається з іншої діагоналі. У кожному напівперіоді працює одна пара діодів (VD1-VD4 або VD2-VD3).

Ця властивість випрямного "моста" суттєво: сумарна величина випрямленого струму може досягати подвоєної величини граничного струму для кожного діода. Гранична напруга діода не повинна бути нижчою за амплітудну вхідну напругу.

Оскільки клас напруги силових вентилів сягає чотирнадцятого (1400 В), з цим для побутової електромережі проблем немає. Існуючий запас по зворотному напрузі дозволяє використовувати вентилі з деяким перегріванням, з малими радіаторами (не зловживати!).

Мал. 1. Схема випрямляча чотирьох силових вентилях.

Увага! Силові діоди з маркуванням "В" проводять струм, "подібно" до діодів Д226 (від гнучкого виведення до корпусу), діоди з маркуванням "ВЛ" - від корпусу до гнучкого виведення.

Використання вентилів різної провідності дозволяє виконати монтаж лише на двох подвійних радіаторах. Якщо ж з корпусом пристрою з'єднати "корпуси" вентилів "ПЛ" (вихід "мінус"), то залишиться ізолювати лише один радіатор, на якому встановлені діоди з маркуванням "В". Така схема проста в монтажі та "налагодженні", але виникають труднощі, якщо доводиться регулювати струм навантаження.

Якщо зі зварювальним процесом все зрозуміло (приєднувати "баласт"), то з пусковим пристроєм виникають величезні проблеми. Після пуску двигуна величезний струм не потрібен і шкідливий, тому необхідно його швидко відключити, оскільки кожне зволікання скорочує термін служби батареї (нерідко вибухають батареї!).

Дуже зручна для практичного виконання схема, показана на рис.2, в якій функції регулювання струму виконують тиристори VS1, VS2, в цей випрямний міст включені силові вентилі VD1, VD2. Монтаж полегшується тим, що кожна пара діод-тиристор кріпиться на своєму радіаторі. Радіатори можна застосувати стандартні (промислове виготовлення).

Інший шлях - самостійне виготовлення радіаторів із міді, алюмінію завтовшки понад 10 мм. Для підбору розмірів радіаторів необхідно зібрати макет пристрою і поганяти його у важкому режимі. Непогано, якщо після 15-хвилинного навантаження корпусу тиристорів і діодів не "випалюватимуть" руку (напругу в цей момент відключити!).

Корпус пристрою необхідно виконати так, щоб забезпечити хорошу циркуляцію нагрітого пристроєм повітря. Не завадить установка вентилятора, який допомагає проганяти повітря знизу вгору. Зручні вентилятори, що встановлюються у стійках з комп'ютерними платами або "радянських" гральних автоматах.

Мал. 2. Схема регулятора струму на тиристорах.

Можливе виконання схеми регульованого випрямляча повністю на тиристорах (рис.3). Нижня (за схемою) пара тиристорів VS3, VS4 запускається імпульсами блоку управління.

Імпульси приходять одночасно на електроди, що управляють, обох тиристорів. Така побудова схеми "дисонує" з принципами надійності, але час підтвердив працездатність схеми ("спалити" тиристори побутова мережа не може, оскільки вони витримують імпульсний струм 1600 А).

Тиристор VS1 (VS2) включений як діод - при позитивному напрузі на аноді тиристора через діод VD1 (або VD2) і резистор R1 (або R2) на керуючий електрод тиристора буде поданий струм, що відпирає. Вже при напрузі кілька вольт тиристор відкриється і до закінчення напівхвилі струму проводитиме струм.

Другий тиристор, на аноді якого була негативна напруга, не запускатиметься (це й не потрібно). На тиристори VS3 і VS4 зі схеми керування надходить імпульс струму. Величина середнього струму в навантаженні залежить від моментів відкривання тиристорів - чим раніше приходить відкриваючий імпульс, тим більшу частину періоду відповідний тиристор буде відкритий.

Мал. 3. Схеми регульованого випрямляча повністю на тиристорах.

Відкриття тиристорів VS1, VS2 через резистори дещо "притупляє" схему: при низьких вхідних напругах кут відкритого стану тиристорів виявляється малим - у навантаження проходить помітно менший струм, ніж у схемі з діодами (рис.2).

Таким чином, дана схема цілком придатна для регулювання зварювального струму по "вторинці" і випрямлення напруги, де втрата декількох вольт несуттєва.

Ефективно використовувати тиристорний міст для регулювання струму в широкому діапазоні напруг живлення дозволяє схема, показана на рис.4,

Пристрій складається з трьох блоків:

1. силового;
2. схеми фазоімпульсного регулювання;
3. двограничного вольтметра.

Трансформатор Т1 потужністю 20 Вт забезпечує живлення блоку управління тиристорами VS3 та VS4 та відкривання "діодів" VS1 і VS2. Відкриття тиристорів зовнішнім блоком живлення ефективно при низькій (автомобільній) напрузі в силовому ланцюзі, а також при живленні індуктивного навантаження.

Мал. 4. Тиристорний міст для регулювання струму у широкому діапазоні.

Мал. 5. Принципова схема блоку керування тиристорами.

Відкриваючі імпульси струму з 5-вольтових обмоток трансформатора підводяться в протифазі до електродів, що управляють, VS1, VS2. Діоди VD1, VD2 пропускають до електродів, що управляють, тільки позитивні напівхвилі струму.

Якщо фазування імпульсів "підходить", то тиристорний випрямний міст буде працювати, інакше струму в навантаженні не буде.

Цей недолік схеми легко усунемо: достатньо повернути навпаки мережеву вилку живлення Т1 (і позначити фарбою, як потрібно підключати вилки та клеми пристроїв до мережі змінного струму). При використанні схеми в пуско-зарядному пристрої помітно збільшення струму, що віддається в порівнянні зі схемою рис.3.

Дуже вигідна наявність слаботочного ланцюга (мережевого трансформатора Т1). Розрив струму вимикачем S1 повністю знеструмлює навантаження. Таким чином, перервати пусковий струм можна маленьким кінцевим вимикачем, автоматичним вимикачем або слаботочним реле (додавши вузол автоматичного відключення).

Це дуже суттєвий момент, оскільки розривати сильноточні ланцюги, що вимагають проходження струму хорошого контакту, набагато важче. Ми не випадково згадали про фазування трансформатора Т1. Якби регулятор струму був "вбудований" у зарядно-пусковий пристрій або в схему зварювального апарата, то проблема фазування була б вирішена в момент налагодження основного пристрою.

Наш пристрій спеціально виконаний широкопрофільним (як користування пусковим пристроєм визначається сезоном року, так і зварювальні роботи доводиться вести нерегулярно). Доводиться керувати режимом роботи потужної електродрилі та живити ніхромові обігрівачі.

На рис.5 показано схему блоку управління тиристорами. Випрямний місток VD1 подає в схему пульсуючу напругу від 0 до 20 В. Ця напруга через діод VD2 підводиться до конденсатора С1 забезпечується постійна напруга живлення потужного транзисторного "ключа" на VT2, VT3.

Пульсуюча напруга через резистор R1 підводиться до паралельно з'єднаних резистори R2 і стабілітрону VD6. Резистор "прив'язує" потенціал точки "А" (рис.6) до нульового, а стабілітрон обмежує вершини імпульсів на рівні порога стабілізації. Обмежені імпульси напруги заряджають конденсатор С2 живлення мікросхеми DD1.

Ці імпульси напруги впливають на вхід логічного елемента. При деякому порозі напруги логічний елемент перемикається. З урахуванням інвертування сигналу на виході логічного елемента (точка "В") імпульси напруги будуть короткочасними -близько моменту нульової вхідної напруги.

Мал. 6. Діаграма імпульсів.

Наступний елемент логіки інвертує напругу "В", тому імпульси напруги "С" мають значно більшу тривалість. Поки діє імпульс напруги "З", через резистори R3 та R4 відбувається заряд конденсатора C3.

Експонентно наростаюча напруга в точці "Е", в момент переходу через логічний поріг, "перемикає" логічний елемент. Після інвертування другим логічним елементом високій вхідній напругі точки "Е" відповідає висока логічна напруга в точці "F".

Двом різним величинам опору R4 відповідають дві осцилограми в точці "Е":

• менший опір R4 - більша крутість - Е1;
• більший опір R4 - менша крутість - Е2.

Слід звернути увагу також живлення бази транзистора VT1 сигналом "В, під час зниження вхідної напруги до нуля транзистор VT1 відкривається до насичення, колекторний перехід транзистора розряджає конденсатор С3 (підготовка до зарядки в наступному напівперіоді напруги). Таким чином, логічний високий рівень з'являється у точці "F" раніше чи пізніше, залежно від опору R4:

• менший опір R4 – раніше з'являється імпульс – F1;
• більший опір R4 - пізніше утворюється імпульс - F2.

Підсилювач на транзисторах VT2 та VT3 "повторює" логічні сигнали -точка "G". Осцилограми у цій точці повторюють F1 та F2, але величина напруги досягає 20 В.

Через розділові діоди VD4, VD5 та обмежувальні резистори R9 R10 імпульси струму впливають на керуючі електроди тиристорів VS3 VS4 (рис.4). Один із тиристорів відкривається, і на вихід блоку проходить імпульс випрямленої напруги.

Найменшому значенню опору R4 відповідає більша частина напівперіоду синусоїди - H1, більшому - менша частина напівперіоду синусоїди - H2 (рис.4). Наприкінці напівперіоду струм припиняється і всі тиристори закриваються.

Мал. 7. Схема автоматичного двограничного вольтметра.

Таким чином, різним величинам опору R4 відповідає різна тривалість "відрізків" синусоїдальної напруги на навантаженні. Вихідну потужність можна регулювати майже від 0 до 100%. Стабільність роботи пристрою визначається застосуванням "логіки" - пороги перемикання елементів є стабільними.

Конструкція та налагодження

Якщо помилок у монтажі немає, пристрій працює стабільно. При заміні конденсатора С3 буде потрібно підбір резисторів R3 і R4. Заміна тиристорів у силовому блоці може вимагати підбору R9, R10 (буває, навіть силові тиристори одного типу різко відрізняються за струмами включення – доводиться менш чутливий відбраковувати).

Вимірювати напругу на навантаженні можна щоразу "відповідним" вольтметром. Виходячи з мобільності та універсальності блоку регулювання, ми застосували автоматичний двограничний вольтметр (рис.7).

Вимірювання напруги до 30 В здійснюється головкою PV1 типу М269 з додатковим опором R2 (регулюється відхилення на всю шкалу при 30 В вхідної напруги). Конденсатор С1 необхідний згладжування напруги, що підводиться до вольтметру.

Для "загрублення" шкали в 10 разів служить решта схеми. Через лампу розжарювання (бареттер) HL3 та підстроювальний резистор R3 запитується лампа розжарювання оптопари U1, стабілітрон VD1 захищає вхід оптрона.

Велика вхідна напруга призводить до зниження опору резистора оптопари від мегаом до кілоом, транзистор VT1 відкривається, реле К1 спрацьовує. Контакти реле виконують дві функції:

• розмикають підстроювальний опір R1 - схема вольтметра перемикається на високовольтну межу;
• замість зеленого світлодіода HL2 вмикається червоний світлодіод HL1.

Червоний, більш помітний колір спеціально обраний для шкали великої напруги.

Увага! Підстроювання R1 (шкала 0...300) здійснюється після підстроювання R2.

Живлення до схеми вольтметра взято з блоку керування тиристорами. Розв'язка від вимірюваної напруги здійснена за допомогою оптрона. Поріг перемикання оптрона можна встановити трохи вище 30 В, що полегшить підстроювання шкал.

Діод VD2 необхідний захисту транзистора від сплесків напруги у момент знеструмлення реле. Автоматичне перемикання шкал вольтметра виправдане при використанні блоку живлення різних навантажень. Нумерація висновків оптрона не дано: за допомогою тестера неважко розрізнити вхідні та вихідні висновки.

Опір лампи оптрона дорівнює сотням, а фоторезистора - мегаом (у момент вимірювання лампа не запитана). На рис.8 показаний вид зверху (кришка знята). VS1 та VS2 встановлені на загальному радіаторі, VS3 та VS4 - на окремих радіаторах.

Різьблення на радіаторах довелося нарізати під тиристори. Гнучкі висновки силових тиристорів обрізані, монтаж здійснено тоншим дротом.

Мал. 8. Вид зверху.

На рис.9 показаний вид на лицьову панель пристрою. Зліва розташована ручка регулювання струму навантаження, справа – шкала вольтметра. Біля шкали закріплені світлодіоди, верхній (червоний) розташований біля напису "300 В".

Клеми пристрою не дуже потужні, оскільки застосовується воно для зварювання тонких деталей, де дуже важлива точність підтримки режиму. Час пуску двигуна невеликий, тому ресурсу клемних з'єднань вистачає.

Мал. 9. Вид на передню панель пристрою.

Верхня кришка кріпиться до нижньої із зазором у пару сантиметрів для забезпечення кращої циркуляції повітря.

Пристрій легко піддається модернізації. Так, для автоматизації режиму запуску двигуна автомобіля не потрібні додаткові деталі (рис.10).

Необхідно між точками D і E блоку управління включити нормально замкнуту контактну групу реле К1 зі схеми двограничного вольтметра. Якщо перебудовою R3 не вдасться довести поріг перемикання вольтметра до 12...13 В, доведеться замінити лампу HL3 потужнішою (замість 10 встановити 15 Вт).

Пускові пристрої промислового виготовлення налаштовуються на поріг включення навіть 9 В. Ми рекомендуємо налаштовувати поріг перемикання пристрою на більш високу напругу, оскільки ще до включення стартера акумулятор підживлюється струмом (до рівня перемикання). Тепер пуск проводиться трохи "зарядженим" акумулятором разом із автоматичним пусковим пристроєм.

Мал. 10 . Автоматизація режиму запуску двигуна автомобіля.

У міру збільшення бортової напруги автоматика "закриває" подачу струму від пускового пристрою, при повторних пусках у потрібні моменти підживлення відновлюється. Наявний у пристрої регулятор струму (шпаруватості випрямлених імпульсів) дозволяє обмежити величину пускового струму.

Н.П. Горейко, В.С. Стовпець. м. Ладижин. Вінницька обл. Електрик-2004-08.

Дещо кращі результати дають схеми з використанням двох тиристорів, включених зустрічно – паралельно: і місця не треба для зайвих діодів, та й тиристорам працювати легше. Така схема показано малюнку 1.

Керуючі імпульси кожного тиристора виробляються окремо схемою на динисторах V3, V4 і конденсаторах C1, C2. Потужність у навантаженні регулюється змінним резистором R5.

Але два тиристори це теж недозволена розкіш. Тому електронна промисловість освоїла випуск симісторів, чи, як їх інакше називають симетричних тиристорів.

Габаритами і формою корпусу схожий на звичайний тиристор, тільки всередині нього «живуть» два тиристори, з'єднані точно так, як на малюнку 1 з'єднані тиристори V1 і V2. При цьому симистор має лише один керуючий електрод, що спрощує і схему керування. Загалом, як сіамські близнюки.

Рисунок 1. Схема тиристорного регулятора потужності із двома тиристорами

Зовсім проста схема управління виходить з використанням як пороговий елемент звичайної неонової лампочки. Радіоаматори люди запасливі, схожі на гоголівського Плюшкіна, і зберігають у запасах багато всякого мотлоху. Адже відомо, що мотлох це така річ, що вчора викинув, а завтра вона вже потрібна. Тому відшукати в мотлоху неонову лампочку, що залишилася від ремонту електричного чайника, особливих труднощів не уявляє.

Історична довідка

На неонових лампочках колись робили генератори звукових частот. Точніше сказати звукові пробники. Форма коливань таких генераторів пилкоподібна. Використовуючи кілька неонових ламп, будувалися схеми мультивібраторів, крім того, неонові лампи були невід'ємною частиною амплітудних селекторів. На неонках найпростіше збирати всякі мигалки, з періодом навіть у кілька секунд. Достатньо лише підібрати резистор та конденсатор відповідних номіналів.

Схема регулятора потужності на симістор з неоновою лампочкою показана на малюнку 2.

Малюнок 2.

Конденсатор C1 заряджається від мережі через навантаження Rн та резистори R1…R3. Коли напруга на конденсаторі досягає напруги запалювання неонової лампи HL1, лампа запалюється, і конденсатор C1 розряджається по ланцюзі R3, HL1, електрод, що управляє - катод симістора VS1, що призводить до відкривання симістора. Резистором R1 можна змінювати швидкість заряду конденсатора C1, отже і фазу відкриття симістора.

Але неонова лампа на сьогодні це чистої води екзотика. Це ж можна сказати про транзисторах КТ117 і динисторах КН102. Сучасна електронна промисловість пропонує для подібних цілей двополярний DB3.

Логіка роботи диністора дуже проста: при включенні в електричний ланцюг диністор закритий. При збільшенні напруги до певної величини (напруга відкриття) диністор відкривається та проводить струм. Ну, точно, як неонова лампа. При цьому необхідно подати напругу певної полярності, як у діода.

Усередині DB3 заховано два диністори, включені зустрічно - паралельно, що дозволяє застосовувати його в ланцюгах змінного струму. І не треба стежити за дотриманням полярності, DB3 сам визначить, що треба робити. Спрацьовує DB3 при напрузі близько 32...33В, причому прямий струм може досягати 2А. Основне призначення цього скромного радіоелемента - ланцюги запуску, а також енергозберігаючих ламп або КЛЛ. Саме з плат несправних КЛЛ, які вдається відремонтувати не завжди, і видобувають диністори DB3.

Зовсім небагато деталей знадобиться створення регулятора з урахуванням диністора DB3. Схема регулятора показано малюнку 3.

Рисунок 3. Схема реглятора з урахуванням динистора

Схема дуже схожа на схему з неоновою лампою, тому особливих пояснень не потребує. Як тільки напруга на конденсаторі C1 досягне напруги спрацьовування диністора T2, останній відкривається і конденсатор розряджається на керуючий електрод симістора T1, симістор відкривається і пропускає струм навантаження. Фаза імпульсу, що управляє, залежить від швидкості заряду конденсатора C1, яка регулюється змінним резистором R1.

Але електронна техніка не стоїть на місці, удосконалюються не лише телевізори та комп'ютери. Фазові регулятори потужності випускаються у вигляді інтегральних мікросхем. Досить популярна серед радіоаматорів мікросхема фазового регулятора потужності , типова схема включення якої, показано малюнку 4.

Малюнок 4. Типова схема включення мікросхеми фазового регулятора потужності КР1182ПМ1

Мікросхема виконана у пластиковому корпусі DIP-16. Усього кілька деталей перетворюють її на фазовий регулятор потужності. Максимальна регульована потужність має перевищувати 150Вт. При цьому навіть не потрібно встановити мікросхему на радіатор. Допускається паралельне з'єднання мікросхем - просто тупо один корпус ставиться поверх іншого, і кожен висновок верхньої мікросхеми припаюється до однойменного виведення нижньої. Зовнішніх деталей залишається стільки, як показано на схемі.

Для управління роботою мікросхеми є висновки 3 і 6. До них підключається змінний резистор R1, що регулює потужність. Сюди підключається контакт SA1, при замиканні якого навантаження відключається.

Біля висновків 3 і 6 можна побачити маркування C- і C+. Саме в такій полярності можна досить великої ємності (приблизно 200...500мкФ), що при розмиканні контакту SA1 забезпечить плавне включення навантаження, причому до рівня, який був встановлений змінним резистором R1. Такий алгоритм керування дуже корисний для ламп розжарювання.

Звичайно, існують ще й інші типи регуляторів потужності, що працюють за іншими алгоритмами. Все частіше трапляються схеми, . Але в одній статті про все розповісти неможливо.

У статті розповідається про те, як працює тиристорний регулятор потужності, схема якого буде представлена ​​нижче

У повсякденному житті часто виникає необхідність регулювання потужності побутових приладів, наприклад електроплити, паяльника, кип'ятильників і ТЕНів, на транспорті - оборотів двигуна і т.д. На допомогу приходить найпростіша радіоаматорська конструкція – регулятор потужності на тиристорі. Зібрати такий пристрій не складе труднощів, він може стати тим самим першим саморобним приладом, який виконуватиме функцію регулювання температури жала паяльника радіоаматора-початківця. Варто відзначити, що готові паяльні станції з контролем температури та іншими приємними функціями стоять на порядок дорожче простого паяльника. Мінімальний набір деталей дозволяє зібрати простий тиристорний регулятор потужності підвісним монтажем.

Навісний монтаж - це спосіб складання радіоелектронних компонентів без застосування друкованої плати, а при гарному навичці він дозволяє швидко зібрати електронні пристрої середньої складності.

Ви також можете замовити тиристорного регулятора, а для тих, хто хоче розібратися у всьому самостійно, нижче буде представлено схему та пояснено принцип роботи.

До речі, це однофазний тиристорний регулятор потужності. Такий прилад може бути використаний для керування потужністю або кількістю обертів. Однак для початку слід розібратися в адже це дозволить нам зрозуміти, на яке навантаження краще використовувати такий регулятор.

Як працює тиристор?

Тиристор - це керований напівпровідниковий пристрій, здатний проводити струм в одному напрямку. Слово «керований» вжито недарма, оскільки за його допомогою, на відміну від діода, який теж проводить струм лише до одного полюса, можна вибирати момент, коли тиристор почне проводити струм. Тиристор має три висновки:

• Анод.
• Катод.
• Керуючий електрод.

Для того, щоб струм почав текти через тиристор, необхідно виконати такі умови: деталь повинна стояти в ланцюгу, що знаходиться під напругою, на електрод, що управляє, повинен бути поданий короткочасний імпульс. На відміну від транзистора, керування тиристором не вимагає утримання сигналу, що управляє. На цьому нюанси не закінчуються: тиристор можна закрити, лише перервавши струм у ланцюгу, або сформувавши зворотну напругу анод – катод. Це означає, що використання тиристора в ланцюгах постійного струму дуже специфічно і часто нерозсудливо, а ось ланцюгах змінного, наприклад, у такому приладі як тиристорний регулятор потужності, схема побудована таким чином, що забезпечена умова для закриття. Кожна з напівхвиль закриватиме відповідний тиристор.

Вам, мабуть, не все зрозуміло? Не варто впадати у відчай - нижче буде докладно описаний процес роботи готового пристрою.

Область застосування тиристорних регуляторів

У яких ланцюгах ефективно використовувати тиристорний регулятор потужності? Схема дозволяє добре регулювати потужність нагрівальних приладів, тобто впливати на активне навантаження. При роботі з високоіндуктивним навантаженням тиристори можуть просто не закритися, що може призвести до виходу з ладу регулятора.

Чи можна двигуна?

Я думаю, багато хто з читачів бачили або користувалися дрилями, кутошліфувальними машинами, які в народі називають "болгарками", та іншим електроінструментом. Ви могли помітити, що кількість обертів залежить від глибини натискання на кнопку-курок приладу. Ось у цей елемент і вбудований такий тиристорний регулятор потужності (схема якого наведена нижче), за допомогою якого здійснюється зміна кількості оборотів.

Зверніть увагу! Тиристорний регулятор не може змінювати обертів асинхронних двигунів. Таким чином, напруга регулюється на колекторних двигунах, обладнаних щітковим вузлом.

Схема одному та двох тиристорах

Типова схема для того, щоб зібрати тиристорний регулятор потужності своїми руками, зображена на малюнку нижче.

Вихідна напруга у даної схеми від 15 до 215 вольт, у разі застосування зазначених тиристорів, встановлених на тепловідведення, потужність становить близько 1 кВт. До речі, вимикач з регулятором яскравості світла зроблений за подібною схемою.

Якщо у вас немає необхідності повного регулювання напруги та достатньо отримувати на виході від 110 до 220 вольт, скористайтеся цією схемою, яка показує однонапівперіодний регулятор потужності на тиристорі.

Як це працює?

Наведена нижче інформація справедлива для більшості схем. Літерні позначення братимуться відповідно до першої схеми тиристорного регулятора

Тиристорний регулятор потужності, принцип роботи якого заснований на фазовому управлінні величиною напруги, змінює потужність. Цей принцип полягає в тому, що в нормальних умовах навантаження діє змінна напруга побутової мережі, що змінюється за синусоїдальним законом. Вище, при описі принципу роботи тиристора, було сказано, що кожен тиристор працює в одному напрямку, тобто керує своєю напівхвильою від синусоїди. Що це означає?

Якщо за допомогою тиристора періодично підключати навантаження в строго певний момент, величина напруги, що діє, буде нижче, оскільки частина напруги (діюча величина, яка «потрапить» на навантаження) буде менше, ніж мережне. Це явище проілюстровано на графіку.

Заштрихована область - це і є сфера напруги, яка виявилася під навантаженням. Літерою «а» на горизонтальній осі позначено момент відкриття тиристора. Коли позитивна напівхвиля закінчиться і почнеться період із негативною напівхвильою, один із тиристорів закривається, і в той же момент відкривається другий тиристор.

Розберемося, як працює саме наш тиристорний регулятор потужності

Схема перша

Зазначимо заздалегідь, що замість слів "позитивна" і "негативна" будуть використані "перша" і "друга" (напівхвиля).

Отже, коли нашу схему починає діяти перша напівхвиля, починають заряджатися ємності C1 і C2. Швидкість їхнього заряду обмежена потенціометром R5. цей елемент є змінним, і з його допомогою задається вихідна напруга. Коли на конденсаторі C1 з'являється необхідне відкриття диністора VS3 напруга, диністор відкривається, через нього надходить струм, з допомогою якого буде відкритий тиристор VS1. Момент пробою диністора є крапка «а» на графіку, представленому в попередньому розділі статті. Коли значення напруги переходить через нуль і схема виявляється під другою напівхвильою, тиристор VS1 закривається, і процес повторюється заново, тільки другого диністора, тиристора і конденсатора. Резистори R3 і R3 служать керувати, а R1 і R2 - для термостабілізації схеми.

Принцип роботи другої схеми аналогічний, але в ній йде керування лише однією з напівхвиль змінної напруги. Тепер, знаючи принцип роботи та схему, ви можете зібрати або відремонтувати тиристорний регулятор потужності своїми руками.

Застосування регулятора у побуті та техніка безпеки

Не можна не сказати, що дана схема не забезпечує гальванічної розв'язки від мережі, тому існує небезпека ураження електричним струмом. Це означає, що не варто торкатися руками елементів регулятора. Необхідно використовувати ізольований корпус. Слід проектувати конструкцію приладу так, щоб по можливості ви могли сховати її в регульованому пристрої, знайти вільне місце в корпусі. Якщо регульований прилад розташовується стаціонарно, взагалі має сенс підключити його через вимикач з регулятором яскравості світла. Таке рішення частково убезпечить від ураження струмом, позбавить необхідності пошуку відповідного корпусу, має привабливий зовнішній вигляд і виготовлено промисловим методом.

Здрастуйте, шановні хабрівчани!

Цей пост присвячений створенню пристрою регулювання потужності побутових приладів (лампочки, паяльники, обігрівачі, електроплитки). Конструкція пристрою дуже проста, кількість елементів мінімальна, його здатний зібрати навіть початківець. Без радіаторів потужність навантаження до 1 кВт з використанням радіаторів можна збільшити до 1,5 кВт. Мною пристрій було зібрано за один вечір. Нижче відео демонструє роботу.

Подробиці:

Девайс був розміщений у корпусі від старого CD-ROM. Для передньої та задньої сторони корпусу необхідно вирізати пластмасові сторони 4х14,5 см., або прикрутити або приклеїти до корпусу. Девайс у зборі випрасує так:

Перелік елементів, принципова схема та опис роботи:

• Тиристори: КУ-202Н, М – 2 шт.
• Діністори: КН-102А, Б - 2 шт.
• Резистори: Будь-які, R=220 Ом, потужністю 0,5 Вт
• Конденсатори: 0,1 мкФ, 400 В – 2 шт.
• Будь-який змінний резистор опором 220 - 330 кОм (у разі 220 кОм нижня межа регулювання буде вищою ніж 330 кОм)
• Провід з вилкою для підключення до мережі та розетка для підключення навантаження
• Для захисту можна додати запобіжник

Цей регулятор використовує принцип фазового управління. Він заснований на зміні моменту включення тиристора щодо переходу напруги через нуль. На початок статі періоду тиристор закритий, струм через нього не йде. Через деякий час (залежно від поточного опору змінного резистора) напруга на конденсаторі досягає рівня необхідного для відкриття диністора, він відкривається і своєю чергою відкриває тиристор. Для другої статі періоду все аналогічно.
Графік проходження струму через навантаження:

Подробиці збирання та остаточний вигляд:

Підсумки:

регулятор, зроби сам