Потужний тиристорний регулятор потужності схема. Тиристорний регулятор потужності. Схеми включення тиристорів

Для того, щоб отримати якісну і красиву пайку потрібно правильно підібрати потужність паяльника і забезпечити певну температуру його жала в залежності від марки припою, що застосовується. Пропоную кілька схем саморобних тиристорних регуляторів температури нагріву паяльника, які з успіхом замінять багато промислових незрівнянних за ціною та складністю.

Увага, наведені нижче тиристорні схеми регуляторів температури гальванічно не розв'язані з еклектичною мережею і дотик до струмоведучих елементів схеми небезпечний для життя!

Для регулювання температури жала паяльника застосовують паяльні станції, у яких у ручному чи автоматичному режимі підтримується оптимальна температура жала паяльника. Доступність паяльної станції для домашнього майстра обмежена високою ціною. Для себе я питання регулювання температури вирішив, розробивши і виготовивши регулятор з ручним плавним регулюванням температури. Схему можна доопрацювати для автоматичної підтримки температури, але я не бачу в цьому сенсу, та й практика показала, що цілком достатньо ручного регулювання, так як напруга в мережі стабільна і температура в приміщенні теж.

Класична тиристорна схема регулятора

Класична тиристорна схема регулятора потужності паяльника не відповідала одному з головних моїх вимог, відсутності випромінюючих перешкод в мережу живлення та ефір. А для радіоаматора такі перешкоди унеможливлюють повноцінно займатися улюбленою справою. Якщо схему доповнити фільтром, конструкція вийде громіздкою. Але для багатьох випадків використання така схема тиристорного регулятора може успішно застосовуватися, наприклад, для регулювання яскравості світіння ламп розжарювання і нагрівальних приладів потужністю 20-60Вт. Тому я й вирішив уявити цю схему.

Для того, щоб зрозуміти, як працює схема, зупинюся докладніше на принципі роботи тиристора. Тиристор це напівпровідниковий прилад, який або відкритий, або закритий. щоб його відкрити, потрібно на електрод, що управляє, подати позитивну напругу 2-5 В залежно від типу тиристора, щодо катода (на схемі позначений k). Після того, як тиристор відкрився (опір між анодом і катодом дорівнює 0), закрити його через керуючий електрод неможливо. Тиристор буде відкритий до тих пір, поки напруга між його анодом і катодом (на схемі позначені a і k) не стане близьким до нульового значення. Отак усе просто.

Працює схема класичного регулятора в такий спосіб. Мережева напруга змінного струму подається через навантаження (лампочку розжарювання або обмотку паяльника), на бруківку випрямляча, виконану на діодах VD1-VD4. Діодний міст перетворює змінну напругу на постійне, що змінюється за синусоїдальним законом (діаграма 1). При знаходженні середнього виведення резистора R1 в крайньому лівому положенні його опір дорівнює 0 і коли напруга в мережі починає збільшуватися, конденсатор С1 починає заряджатися. Коли С1 зарядиться до напруги 2-5, через R2 струм піде на керуючий електрод VS1. Тиристор відкриється, закоротить діодний міст і через навантаження піде максимальний струм (верхня діаграма).

При повороті ручки змінного резистора R1, його опір збільшиться, струм заряду конденсатора С1 зменшиться і треба буде більше часу, щоб напруга на ньому досягла 2-5, тому тиристор вже відкриється не відразу, а через деякий час. Чим більше буде величина R1, тим більше буде час заряду С1, тиристор відкриватиметься пізніше і отримувана потужність навантаженням буде пропорційно менше. Таким чином, обертанням ручки змінного резистора здійснюється управління температурою нагріву паяльника або яскравістю свічення лампочки розжарювання.

Вище наведено класичну схему тиристорного регулятора виконану на тиристорі КУ202Н. Оскільки управління цим тиристором потрібен більший струм (за паспортом 100 мА, реальний близько 20 мА), то зменшено номінали резисторів R1 і R2, а R3 виключений, а величина електролітичного конденсатора збільшена. При повторенні схеми може виникнути необхідність збільшення номіналу С1 конденсатора до 20 мкФ.

Найпростіша тиристорна схема регулятора

Ось ще одна найпростіша схема тиристорного регулятора потужності, спрощений варіант класичного регулятора. Кількість деталей зведено до мінімуму. Замість чотирьох діодів VD1-VD4 використовується один VD1. Принцип роботи її такий самий, як і класичної схеми. Відрізняються схеми лише тим, що регулювання у цій схемі регулятора температури відбувається лише з позитивного періоду мережі, а негативний період проходи через VD1 без змін, тому потужність можна регулювати лише діапазоні від 50 до 100%. Для регулювання температури нагріву тиснула паяльника більшого і не потрібно. Якщо діод VD1 виключити, діапазон регулювання потужності стане від 0 до 50%.

Якщо розрив ланцюга від R1 і R2 додати диністор, наприклад КН102А, то електролітичний конденсатор С1 можна буде замінити на звичайний ємністю 0,1 mF. Тиристори для наведених вище схем підійдуть, КУ103В, КУ201К (Л), КУ202К (Л, М, Н), розраховані на пряму напругу більше 300 В. Діоди теж практично будь-які, розраховані на зворотну напругу не менше 300 В.

Наведені вище схеми тиристорних регуляторів потужності з успіхом можна застосовувати для регулювання яскравості світильників, в яких встановлені лампочки розжарювання. Регулювати яскравість світіння світильників, в яких встановлені енергозберігаючі або світлодіодні лампочки, не вийде, тому що в таких лампочках вмонтовані електронні схеми, і регулятор просто порушуватиме їх нормальну роботу. Лампочки світитимуть на повну потужність або блиматимуть і це може навіть призвести до передчасного виходу з ладу.

Схеми можна застосовувати для регулювання при напрузі живлення в мережі змінного струму 36 В або 24 В. Потрібно тільки на порядок зменшити номінали резисторів і застосувати тиристор, відповідний навантаженню. Так паяльник потужністю 40 Вт при напрузі 36 буде споживати струм 1,1 А.

Тиристорна схема регулятора не випромінює перешкоди

Головна відмінність схеми регулятора потужності паяльника від вище представлених, це повна відсутність радіоперешкод в електричну мережу, так як всі перехідні процеси відбуваються в час, коли напруга в мережі живлення дорівнює нулю.

Приступаючи до розробки регулятора температури паяльника, я виходив з таких міркувань. Схема повинна бути простою, легко повторюваною, комплектуючі повинні бути дешевими і доступними, висока надійність, мінімальні габарити, ККД близький до 100%, відсутність випромінюючих перешкод, можливість модернізації.

Працює схема регулятора температури в такий спосіб. Напруга змінного струму від мережі живлення випрямляється діодним мостом VD1-VD4. З синусоїдального сигналу виходить постійна напруга, що змінюється амплітудою як половина синусоїди з частотою 100 Гц (діаграма 1). Далі струм проходить через обмежувальний резистор R1 на стабілітрон VD6, де напруга обмежується по амплітуді до 9, і має вже іншу форму (діаграма 2). Отримані імпульси заряджають через діод VD5 електролітичний конденсатор С1, створюючи напругу живлення близько 9 В для мікросхем DD1 і DD2. R2 виконує захисну функцію, обмежуючи максимально можливу напругу на VD5 і VD6 до 22, і забезпечує формування тактового імпульсу для роботи схеми. З R1 сформований сигнал подається ще на 5 і 6 висновки елемента 2АБО-НЕ логічної цифрової мікросхеми DD1.1, яка інвертує сигнал, що надходить і перетворює в короткі імпульси прямокутної форми (діаграма 3). З 4 виведення DD1 імпульси надходять на 8 висновок D тригера DD2.1, що працює в режимі тригера RS. DD2.1 також, як і DD1.1 виконує функцію інвертування та формування сигналу (діаграма 4).

Зверніть увагу, що сигнали на діаграмі 2 і 4 практично однакові, і здавалося, що сигнал R1 можна подавати прямо на 5 висновок DD2.1. Але дослідження показали, що в сигналі після R1 знаходиться багато перешкод, що приходять з мережі живлення і без подвійного формування схема працювала не стабільно. А ставити додатково LC фільтри, коли вільні логічні елементи не доцільно.

На тригері DD2.2 зібрана схема управління регулятора температури паяльника і працює наступним чином. На висновок 3 DD2.2 з виведення 13 DD2.1 надходять прямокутні імпульси, які позитивним фронтом перезаписують на виведенні 1 DD2.2 рівень, який в даний момент присутній на вході D мікросхеми (висновок 5). На виведенні 2 сигнал протилежного рівня. Розглянемо роботу DD2.2 докладно. Допустимо на висновку 2, логічна одиниця. Через резистори R4, R5 конденсатор С2 зарядиться до напруги живлення. При надходженні першого імпульсу з позитивним перепадом на виведенні 2 з'явиться 0 і конденсатор С2 через діод VD7 швидко розрядиться. Наступний позитивний перепад на виведенні 3 встановить на виведенні 2 логічну одиницю і через резистори R4 R5 конденсатор С2 почне заряджатися.

Час заряду визначається постійним часом R5 і С2. Чим величина R5 більша, тим довше заряджатиметься С2. Поки С2 не зарядиться до половини напруги живлення на висновку 5 буде логічний нуль і позитивні перепади імпульсів на вході 3 не будуть змінювати логічний рівень на висновку 2. Як тільки конденсатор зарядиться, процес повториться.

Таким чином, на виходи DD2.2 буде проходити тільки задане резистором R5 кількість імпульсів з мережі живлення, і найголовніше, перепади цих імпульсів будуть відбуватися, під час переходу напруги в мережі живлення через нуль. Звідси і перешкод від роботи регулятора температури.

З виведення 1 мікросхеми DD2.2 імпульси подаються на інвертор DD1.2, який служить для унеможливлення впливу тиристора VS1 на роботу DD2.2. Резистор R6 обмежує струм керування тиристором VS1. Коли керуючий електрод VS1 подається позитивний потенціал, тиристор відкривається і паяльник подається напруга. Регулятор дає змогу регулювати потужність паяльника від 50 до 99%. Хоча резистор R5 змінний, регулювання за рахунок роботи DD2.2 нагрівання паяльника здійснюється східчасто. При R5 рівному нулю подається 50% потужності (діаграма 5), при повороті на деякий кут вже 66% (діаграма 6), далі вже 75% (діаграма 7). Таким чином, чим ближче до розрахункової потужності паяльника, тим плавніше працює регулювання, що дозволяє легко відрегулювати температуру жала паяльника. Наприклад, паяльник 40 Вт можна буде налаштувати на потужність від 20 до 40 Вт.

Конструкція та деталі регулятора температури

Усі деталі тиристорного регулятора температури розміщені на друкованій платі зі склотекстоліту. Так як схема не має гальванічної розв'язки з електричною мережею, плата вміщена у невеликий пластмасовий корпус колишнього адаптера з вилкою електричної. На вісь змінного резистора R5 надіта ручка із пластмаси. Навколо ручки на корпусі регулятора для зручності регулювання ступеня нагріву паяльника нанесена шкала з умовними цифрами.

Шнур, що йде від паяльника, припаяний безпосередньо до друкованої плати. Можна зробити з'єднання паяльника роз'ємним, тоді буде можливість підключати до регулятора температури інші паяльники. Як це не дивно, але струм, споживаний схемою керування регулятора температури, не перевищує 2 мА. Це менше, ніж споживає світлодіод у схемі підсвічування вимикачів освітлення. Тому вживання спеціальних заходів для забезпечення температурного режиму пристрою не потрібно.

Мікросхеми DD1 та DD2 будь-які 176 або 561 серії. Радянський тиристор КУ103В можна замінити, наприклад, сучасним тиристором MCR100-6 або MCR100-8, розраховані струм комутації до 0,8 А. У такому разі можна буде керувати нагріванням паяльника потужністю до 150 Вт. Діоди VD1-VD4 будь-які, розраховані на зворотну напругу не менше 300 В і струм не менше 0,5 А. Відмінно підійде IN4007 (Uоб = 1000, I = 1 А). Діоди VD5 та VD7 будь-які імпульсні. Стабілітрон VD6 будь-який малопотужний на напругу стабілізації близько 9 В. Конденсатори будь-якого типу. Резистори будь-які, R1 потужністю 0,5 Вт.

Регулятор потужності налаштовувати не потрібно. При справних деталях і без помилок монтаж запрацює відразу.

Схема розроблена багато років тому, коли комп'ютерів і лазерних принтерів не було в природі і тому креслення друкованої плати я робив за дідівською технологією на діаграмному папері з кроком сітки 2,5 мм. Потім креслення приклеював клеєм «Момент» на щільний папір, а самий папір до фольгованого склотекстоліту. Далі свердлилися отвори на саморобному свердлильному верстаті та руками викреслювалися доріжки майбутніх провідників та контактні майданчики для паяння деталей.

Креслення тиристорного регулятора температури збереглося. Ось його фотографія. Спочатку випрямний діодний міст VD1-VD4 був виконаний на мікроскладанні КЦ407, але після того, як двічі мікроскладання розірвало, замінив її чотирма діодами КД209.

Як знизити рівень перешкод від тиристорних регуляторів

Для зменшення перешкод випромінюваних тиристорним регуляторами потужності в електричну мережу застосовують феритові фільтри, що є феритовим кільцем з намотаними витками дроту. Такі феритові фільтри можна зустріти у всіх імпульсних блоках живлення комп'ютерів, телевізорів та інших виробах. Ефективним ферритовим фільтром, що пригнічує перешкоди, можна дооснастити будь-який тиристорний регулятор. Достатньо пропустити провід підключення до електричної мережі через феритове кільце.

Встановлювати феритовий фільтр потрібно якомога ближче до джерела перешкоди, тобто до місця встановлення тиристора. Ферритовий фільтр можна розміщувати як усередині корпусу приладу, так і із зовнішнього боку. Чим більше витків, тим краще феритовий фільтр придушуватиме перешкоди, але достатньо і просто просмикнути мережний провід через кільце.

Феритове кільце можна взяти з інтерфейсних проводів комп'ютерної техніки, моніторів, принтерів, сканерів. Якщо Ви звернете увагу на провід, що з'єднує системний блок комп'ютера з монітором або принтером, помітіть на проводі циліндричне потовщення ізоляції. Тут знаходиться феритовий фільтр високочастотних перешкод.

Достатньо ножиком розрізати пластикову ізоляцію і витягти феритове кільце. Напевно, у Вас або Ваших знайомих знайдеться не потрібний інтерфейсний кабель від струменевого принтера або старого кінескопного монітора.

У статті варто розкрити тему того, як робить роботу тиристорний регулятор напруги, схему якого можна детальніше оглянути в інтернеті.

У повсякденному житті найчастіше може розвинутися особлива необхідність у регулюванні загальної потужності побутових приладів, наприклад, електроплит, паяльника, кип'ятильника, а також ТЕНів, на транспорті - оборотів двигуна та іншого. У цьому випадку на допомогу нам прийде проста та радіоаматорська конструкція – це особливий регулятор потужності на тиристорі.

Створити такий пристрій не складе особливих труднощів, він може стати тим першим саморобним приладом, який виконуватиме функцію регулювання температури жала в паяльникуу будь-якого радіолюбителя-початківця. Потрібно відзначити і той факт, що готові паяльники на станції із загальним контролем температури та іншими особливими функціями коштують набагато більше, ніж найпростіші моделі паяльників. Мінімальна кількість деталей у конструкції допоможе зібрати нескладний тиристорний регулятор потужності з навісним монтажем.

Слід зазначити, що навісний тип монтажу - це варіант здійснення збирання радіоелектронних компонентів без використання при цьому спеціальної друкованої плати, а при якісному навичці він допомагає швидко зібрати електронні пристрої із середньою складністю виробництва.

Також ви можете замовити електронний тип конструктора типу тиристорного регулятора, а той, хто хоче повністю розібратися у всьому самостійно, повинен вивчити деякі схеми і принцип функціонування приладу.

Між іншим, такий пристрій є регулятором загальної потужності. Такий пристрій може бути застосованим для управління загальною потужністю або управлінням числа оборотів. Але спочатку потрібно повністю розібратися в загальному принципі функціонування такого пристрою, адже це допоможе зрозуміти, на яке навантаження варто розраховувати при використанні такого регулятора.

Як робить свою роботу тиристор?

Тиристор - це керований напівпровідниковий прилад, здатний швидко провести струм в один бік. Слово керований позначає тиристор непросто так, оскільки з його допомогою, на відміну діода, який також проводить загальний струм лише одного полюсу, можна вибирати окремий момент, коли тиристор почне процес проведення струму.

Тиристор має відразу три висновки струму:

1. Катод.
2. Анод.
3. Керований електрод.

Щоб здійснити течію струму через такий тиристор, варто виконати такі умови: деталь зобов'язана в обов'язковому порядку розташована на самому ланцюгу, який перебуватиме під загальним напруженням, на частину електрода, що управляє, повинен бути поданий потрібний короткочасний імпульс. На відміну від транзистора, керування таким тиристором не вимагатиме від користувача утримання керуючого сигналу.

Але в цьому всі труднощі використання такого приладу закінчуватись не будуть: тиристор можна легко закрити, якщо перервати надходження в нього струму по ланцюгу, або створивши зворотну напругу анод - катод. Це буде означати те, що застосування тиристора в ланцюгах постійного струму вважається досить специфічним і здебільшого цілком нерозсудливо, а в ланцюгах змінного, наприклад, в такому пристрої як тиристорний регулятор, схема створена таким методом, щоб було повністю забезпечено умову для закриття приладу . Будь-яка напівхвиля повністю закриватиме відповідний відділ тиристора.

Вам, швидше за все, складно зрозуміти схему його будови. Але, не потрібно засмучуватися - нижче буде детальніше описаний процес функціонування такого пристрою.

Область використання тиристорних пристроїв

З якою метою можна використовувати такий пристрій, як регулятор потужності тиристор. Такий прилад дозволяє більш ефективно регулювати потужність нагрівальних приладів, тобто навантаження на активні місця. Під час роботи з високоіндуктивним навантаженням тиристори здатні просто не закритися, що може призводити до виходу обладнання з нормальної роботи.

Чи можна самостійно здійснити регулювання обертів двигуна приладу?

Багато користувачів, які бачили або навіть на практиці застосовували дрилі, кутошліфувальні машини, які по-іншому називаються болгарками, та іншими електроінструментами. Вони могли легко побачити, що кількість обертів у таких виробах залежить, головним чином, від загальної глибини натискання на кнопку-курок у пристрої. Такий елемент якраз і перебуватиме в тиристорному регуляторі потужності (загальна схема такого приладу вказана в інтернеті), за допомогою якого відбувається зміна загальної кількості оборотів.

Варто звернути увагу на те, що регулятор не може самостійно змінювати свої оберти в асинхронних двигунах. Таким чином, напруга повноцінно регулюватиметься на колекторному двигуні, який обладнаний спеціальним лужним вузлом.

Як працює такий пристрій?

Наведені нижче характеристики відповідатимуть більшості схем.

При цьому відбувається певна область, яка перебуватиме під особливою напругою. Коли вплив позитивної напівхвилі закінчиться і почнеться новий період руху з негативно напівхвильою, один із таких тиристорів почне закриватися, й у цей час відкриється новий тиристор.

Замість слів позитивна та негативна хвиля варто використовувати перша та друга (напівхвиля).

У той час як на схему починає свій вплив перша напівхвиля, відбувається особлива зарядка ємності С1, і навіть С2. Швидкість їх повної зарядки буде обмежена потенціометром R 5. Такий елемент буде повністю змінним, і за його допомогою задаватиметься вихідна напруга. У той момент, коли на поверхні конденсатора С1 з'явиться необхідне для відкриття диристора VS напруги 3, весь диністор відкриється, а через нього почне проходити струм, за допомогою якого відкриється тиристор VS 1.

Під час пробою диністра утворюється точка на загальному графіку. Після того, як значення напруга перейде нульову позначку, і схема перебуватиме під впливом другої напівхвилі, тиристор VS 1, закриється, а процес повторюватиметься, тільки вже для другого диністра, тиристора, а також конденсатора. Резистори R 3 і R 3 необхідні обмеження загального струму управління, а R 1 і R 2 - для процесу термостабілізації всієї схеми.

Принцип дії другої схемибуде точно такий же, але в ній відбуватиметься управління лише однією з напівхвиль змінного струму. Після того, як користувач буде розуміти принцип роботи пристрою і його загальну схему будову, він зможе зрозуміти як зібрати або в разі необхідності відремонтувати тиристорний регулятор потужності самостійно.

Тиристорний регулятор напруги своїми руками

Не можна сказати, що дана схема не забезпечить гальванічну розв'язку від джерела живлення, тому є певна небезпека ураження електричними розрядами струму. Це означатиме, що не потрібно торкатися руками елементів регулятора.

Слід спроектувати конструкцію вашого приладу таким чином, щоб, по можливості, ви змогли сховати її в регульованому пристрої, а також знайти більш вільне місце всередині корпусу. Якщо пристрій, що регулюється, буде розташований на стаціонарному рівні, то має певний сенс здійснити його підключення через вимикач з особливим регулятором рівня яскравості світла. Таке рішення зможе частково убезпечити людину від ураження струмом, а також позбавить її необхідності пошуку відповідного корпусу у приладу, володіє привабливою зовнішньою будовою, а також створено з використанням промислових технологій.

Способи регулювання фазової напруги в мережі

За підсумками принципів і особливостей фазового регулювання напруги можна побудувати певні схеми регулювання, стабілізації, а окремих випадках з плавного пуску. Для більш плавного пуску напруга варто з часом підвищувати від нуля до максимального показника. Таким чином, під час відкривання тиристора максимальний показник значення має змінюватися до позначки нуль.

Схеми на тиристорах

Регулювати загальну потужність паяльника можна досить просто, якщо використати для цього аналогові або цифрові паяльні станції. Останні досить дорогі робити використання, і зібрати їх, не маючи особливого досвіду, досить складно. У той час як аналогові прилади (вважаються за своєю суттю регуляторами загальної потужності) не важко створити самостійно.

Досить проста схема приладу, яка допоможе регулювати показник потужності на паяльнику.

1. VD - КД209 (чи близькі за його загальним параметрам).
2. R 1 - опір з особливим номіналом 15 ком.
3. R 2 - це резистор, який має особливий показник змінного струму близько 30 кОм.
4. Rn - це загальне навантаження (у цьому випадку замість неї буде використано спеціальний маятник).

Такий пристрій для регуляції може контролювати не тільки позитивний напівперіод, тому потужність паяльника буде в кілька разів менше номінальної. Управляється такий тиристор за допомогою спеціального ланцюга, який несе в собі два опори, а також ємність. Час заряджання конденсату(воно регулюватиметься особливим опором R2) впливає тривалість відкриття такого тиристора.

Тиристорні регулятори потужності є однією з найпоширеніших радіоаматорських конструкцій і в цьому немає нічого дивного. Адже всім, хто колись користувався звичайним 25 - 40 ватним паяльником, здатність його до перегрівання навіть дуже відома. Паяльник починає диміти і шипіти, потім, досить скоро, опромінене жало вигоряє, стає чорним. Паяти таким паяльником зовсім неможливо.

І ось тут на допомогу приходить регулятор потужності, за допомогою якого можна досить точно виставити температуру для паяння. Орієнтуватися слід на те, щоб при торканні паяльником шматка каніфолі вона диміла ну, так, середньо, без шипіння та бризок, не дуже енергійно. Орієнтуватися слід на те, щоб паяння виходило контурним, блискучим.

Щоб не ускладнювати розповідь, не розглядатимемо тиристор у вигляді його чотиришарової p-n-p-n структури, малюватимемо вольтамперну характеристику, а просто на словах опишемо, як же він, тиристор, працює. Для початку в ланцюзі постійного струму, хоча в цих ланцюгах тиристори майже не застосовуються. Адже вимкнути тиристор, який працює на постійному струмі, досить складно. Все одно, що коня зупинити на скаку.

І все ж таки великі струми і високі напруги тиристорів залучають розробників різної, як правило, досить потужної апаратури постійного струму. Для вимикання тиристорів доводиться йти різні ускладнення схем, хитрощі, але загалом результати виходять позитивними.

Позначення тиристора на важливих схемах показано малюнку 1.

Рисунок 1. Тиристор

Неважко помітити, що за своїм позначенням на схемах тиристор дуже схожий на . Якщо розібратися, то він, тиристор, теж має односторонню провідність, а отже, може випрямляти змінний струм. Ось тільки робити це він буде лише в тому випадку, коли на електрод, що управляє, подано відносно катода позитивну напругу, як показано на малюнку 2. За старою термінології тиристор іноді називали керованим діодом. Поки не подано керуючий імпульс, тиристор закритий у будь-якому напрямку.

Малюнок 2.

Як увімкнути світлодіод

Тут усе дуже просто. До джерела постійної напруги 9В (можна використовувати батарейку "Крона") через тиристор Vsx підключений світлодіод HL1 з обмежувальним резистором R3. За допомогою кнопки SB1 напруга з дільника R1, R2 може бути подано на керуючий електрод тиристора, і тоді тиристор відкриється, світлодіод починає світитися.

Якщо відпустити кнопку, перестати її утримувати в натиснутому стані, то світлодіод повинен продовжувати світитися. Таке короткочасне натискання кнопки можна назвати імпульсним. Повторне і навіть багаторазове натискання цієї кнопки нічого не змінить: світлодіод не згасне, але й не світитиме яскравіше або тьмяніше.

Натиснули – відпустили, а тиристор залишився у відкритому стані. Причому цей стан є стійким: тиристор буде відкритий доти, поки з цього стану його не виведуть зовнішні дії. Така поведінка схеми говорить про справний стан тиристора, його придатність для роботи в пристрої, що розробляється або ремонтується.

Маленьке зауваження

Але з цього правила часто трапляються винятки: кнопку натиснули, світлодіод запалився, а коли кнопку відпустили, то згас, як, ні в чому не бувало. І в чому ж тут каверза, що зробили не так? Може кнопку натискали недостатньо довго чи не дуже фанатично? Ні, все було зроблено досить сумлінно. Просто струм через світлодіод виявився меншим, ніж струм утримання тиристора.

Щоб описаний досвід пройшов вдало, треба просто замінити світлодіод на лампу розжарювання, тоді струм стане більше, або підібрати тиристор з меншим струмом утримання. Цей параметр у тиристорів має значний розкид, іноді навіть тиристор доводиться для конкретної схеми підбирати. Причому однієї марки, з однією літерою та з однієї коробки. Дещо краще з цим струмом у імпортних тиристорів, яким останнім часом віддається перевага: і купити простіше, і параметри краще.

Як закрити тиристор

Ніякі сигнали, подані на електрод, що управляють, закрити тиристор і погасити світлодіод не зможуть: управляючий електрод може тільки включити тиристор. Існують, звичайно, тиристори, що замикаються, але їх призначення дещо інше, ніж банальні регулятори потужності або прості вимикачі. Звичайний тиристор можна вимкнути тільки перервавши струм через ділянку анод - катод.

Зробити це можна як мінімум трьома способами. По-перше, тупо відключити всю схему від батарейки. Згадуємо рисунок 2. Природно, що світлодіод згасне. Але при повторному підключенні він сам не включиться, оскільки тиристор залишився в закритому стані. Цей стан також є стійким. І вивести його з цього стану, запалити світло, допоможе тільки натискання кнопки SB1.

Другий спосіб перервати струм через тиристор це просто взяти і замкнути висновки катода та анода дротяною перемичкою. При цьому весь струм навантаження, в нашому випадку це лише світлодіод, потече через перемичку, а струм через тиристор дорівнюватиме нулю. Після того, як перемичку буде прибрано, тиристор закриється, і світлодіод згасне. При дослідах з подібними схемами як перемичку найчастіше використовується пінцет.

Припустимо, що замість світлодіода в цій схемі буде достатньо потужна спіраль нагрівальна з великою тепловою інерцією. Тоді виходить практично готовий регулятор потужності. Якщо комутувати тиристор таким чином, що на 5 секунд спіраль увімкнена і стільки ж часу вимкнена, то в спіралі виділяється 50-процентна потужність. Якщо ж за час цього десятисекундного циклу включення здійснюється лише на 1 секунду, то очевидно, що спіраль виділить лише 10% тепла від своєї потужності.

Приблизно з такими тимчасовими циклами, що вимірюються в секундах, працює регулювання потужності мікрохвильової печі. Просто за допомогою реле вмикається та вимикається ВЧ випромінювання. Тиристорні регулятори працюють на частоті мережі живлення, де час вимірюється вже мілісекундами.

Третій спосіб вимикання тиристора

Полягає в тому, щоб до нуля зменшити напругу живлення навантаження, а то й зовсім змінити полярність напруги живлення на протилежну. Саме така ситуація виходить під час живлення тиристорних схем змінним синусоїдальним струмом.

При переході синусоїди через нуль вона змінює знак на протилежний, тому струм через тиристор стає менше струму утримання, а потім і зовсім рівним нулю. Таким чином, проблема виключення тиристора вирішується як би сама собою.

Тиристорні регулятори потужності. Фазове регулювання

Отже, справа лишилася за малим. Щоб вийшло фазове регулювання, треба просто у певний час подати керуючий імпульс. Тобто імпульс повинен мати певну фазу: чим ближче він буде розташований до кінця напівперіоду змінної напруги, тим менша амплітуда напруги виявиться на навантаженні. Фазовий спосіб регулювання показаний малюнку 3.

Рисунок 3. Фазове регулювання

У верхньому фрагменті картинки керуючий імпульс подається майже на початку півперіоду синусоїди, фаза керуючого сигналу близька до нуля. На малюнку цей час t1, тому тиристор відкривається майже на початку напівперіоду, а в навантаженні виділяється потужність близька до максимальної (якби в ланцюзі не було тиристорів, потужність була б максимальною).

Самі управляючі сигнали цьому малюнку не показані. В ідеальному варіанті вони є короткими позитивними щодо катода імпульсами, поданими у певній фазі на керуючий електрод. У найпростіших схемах це може бути лінійно наростаюча напруга, що отримується при заряді конденсатора. Про це буде розказано дещо нижче.

На середньому графіку керуючий імпульс подається в середині напівперіоду, що відповідає фазовому куту Π/2 або моменту часу t2, тому навантаження виділяється лише половина максимальної потужності.

На нижньому графіці відкривають імпульси подаються дуже близько до закінчення напівперіоду, тиристор відкривається майже перед тим, як йому належить закритися, за графіком цей час позначено як t3, відповідно потужність у навантаженні виділяється незначна.

Схеми включення тиристорів

Після короткого розгляду принципу роботи тиристорів, мабуть, можна навести кілька схем регуляторів потужності. Нового тут нічого не винайдено, все можна знайти в Інтернеті або в старих радіотехнічних журналах. Просто у статті наводиться короткий огляд та опис роботи схем тиристорних регуляторів. При описі роботи схем звертатиме увагу на те, яким чином використовуються тиристори, які існують схеми включення тиристорів.

Як було сказано на початку статті, тиристор випрямляє змінну напругу як звичайний діод. Виходить однополуперіодне випрямлення. Колись саме так, через діод, включалися лампи розжарювання на сходових клітках: світла зовсім трохи, в очах рябить, зате лампи перегорають дуже рідко. Те саме вийде, якщо світлорегулятор виконати на одному тиристорі, тільки з'являється можливість регулювання вже й так незначної яскравості.

Тому регулятори потужності керують обома напівперіодами напруги мережі. Для цього застосовується зустрічно – паралельне включення тиристорів, або включення тиристора до діагоналі випрямного мосту.

Для наочності цього твердження надалі будуть розглянуті кілька схем тиристорних регуляторів потужності. Іноді їх називають регуляторами напруги, і яку назву вірніше вирішити важко, адже разом з регулюванням напруги регулюється і потужність.

Найпростіший тиристорний регулятор

Він призначений регулювання потужності паяльника. Його схема показано малюнку 4.

Рисунок 4. Схема найпростішого тиристорного регулятора потужності

Регулювати потужність паяльника, починаючи з нуля, немає сенсу. Тому можна обмежитися регулюванням лише одного напівперіоду напруги мережі, в даному випадку позитивного. Негативний напівперіод відбувається без змін через діод VD1 відразу на паяльник, що забезпечує його половинну потужність.

Позитивний напівперіод проходить через тиристор VS1, що дозволяє здійснювати регулювання. Ланцюг управління тиристором гранично простий. Це резистори R1, R2 та конденсатор C1. Конденсатор заряджається ланцюгом: верхній провід схеми, R1, R2 і конденсатор C1, навантаження, нижній провід схеми.

До плюсового виведення конденсатора підключений керуючий електрод тиристора. Коли напруга на конденсаторі зростає до напруги включення тиристора, останній відкривається, пропускаючи в навантаження позитивний напівперіод напруги, вірніше, його частина. Конденсатор C1 у своїй, природно, розряджається, цим підготовляючись до наступного циклу.

Швидкість заряду конденсатора регулюється змінним резистором R1. Чим швидше конденсатор зарядиться до напруги відкриття тиристора, тим раніше тиристор відкриється, тим більша частина позитивного напівперіоду напруги надійде в навантаження.

Схема проста, надійна, для паяльника цілком підходить, хоча регулює лише один напівперіод напруги. Дуже схожа схема показана малюнку 5.

Рисунок 5. Тиристорний регулятор потужності

Вона дещо складніша за попередню, але дозволяє здійснювати регулювання більш плавно і точно, завдяки тому, що схема формування керуючих імпульсів зібрана на двобазовому транзисторі КТ117. Цей транзистор призначений створення генераторів імпульсів. Більше, здається, ні на що інше не здатне. Подібна схема використовується в багатьох регуляторах потужності, а також в імпульсних блоках живлення в якості формувача імпульсу, що запускає.

Як тільки напруга на конденсаторі C1 досягає порога спрацьовування транзистора, останній відкривається і на виведенні Б1 з'являється позитивний імпульс, що відкриває VS1 тиристор. Резистор R1 може регулювати швидкість заряду конденсатора.

Чим швидше зарядиться конденсатор, тим раніше з'явиться імпульс, тим більша напруга надійде в навантаження. Друга напівхвиля напруги мережі проходить в навантаження через діод VD3 без змін. Для живлення схеми формувача імпульсів, що управляють, використовується випрямляч VD2, R5, стабілітрон VD1.

Тут можна запитати, а коли ж відкриється транзистор, який поріг спрацьовування? Відкриття транзистора відбувається у той час, коли напруга з його емітері Е перевищить напруга з урахуванням Б1. Основи Б1 і Б2 не рівноцінні, якщо їх поміняти місцями, то генератор не запрацює.

На малюнку 6 показана схема, що дозволяє регулювати обидва напівперіоди напруги.

Малюнок 6.

У сучасних радіоаматорських схемах стала вельми поширеною набули різні види деталей, зокрема і тиристорний регулятор потужності. Найчастіше ця деталь використовується в паяльниках на 25-40 ват, які у звичайних умовах легко перегріваються та стають непридатними до роботи. Ця проблема легко вирішується за допомогою регулятора потужності, що дозволяє виставляти точну температуру.

Застосування тиристорних регуляторів

Як правило, тиристорні регулятори потужності застосовуються для покращення робочих властивостей звичайних паяльників. Сучасні конструкції, оснащені безліччю функцій, відрізняються високою вартістю, які використання буде неефективним при невеликих обсягах . Тому доцільніше буде обладнання звичайного паяльника тиристорним регулятором.

Регулятор потужності на тиристорі широко застосовується у системах світильників. На практиці вони являють собою звичайні настінні вимикачі з ручкою-регулятором, що обертається. Однак такі пристрої здатні нормально працювати лише зі звичайними лампами розжарювання. Вони зовсім не сприймаються сучасними компактними люмінесцентними лампами, через розташований усередині них випрямний мост з електролітичним конденсатором. Тиристор просто не працюватиме у взаємодії із цією схемою.

Такі ж непередбачувані результати виходять при спробах відрегулювати яскравість світлодіодних ламп. Тому для регульованого джерела освітлення найбільш оптимальним варіантом буде використання звичайних ламп розжарювання.

Існують і інші сфери застосування тиристорних регуляторів потужності. Серед них слід зазначити можливість регулювання ручного електроінструменту. Регулюючі пристрої встановлюються всередині корпусів і дозволяють змінювати кількість обертів дриля, шуруповерта, перфоратора та іншого інструменту.

Принцип роботи тиристора

Дія регуляторів потужності тісно пов'язана із принципом роботи тиристора. На радіосхемах він позначається значком, що нагадує звичайний діод. Кожному тиристору властива одностороння провідність і, відповідно, здатність до випрямлення змінного струму. Участь у цьому процесі стає можливою за умови подачі до керуючого електрода позитивної напруги. Сам керуючий електрод розташовується з боку катода. У зв'язку з цим, тиристор раніше називався керованого діода. До подачі керуючого імпульсу, тиристор буде закритим у будь-якому напрямку.

Для того, щоб візуально визначити справність тиристора, його включають у загальний ланцюг зі світлодіодом через джерело постійної напруги 9 вольт. Додатково разом із світлодіодом підключається обмежувальний резистор. Спеціальна кнопка замикає ланцюг і напруга з дільника подається до керуючого електрода тиристора. В результаті тиристор відкривається і світлодіод починає випромінювати світло.

При відпусканні кнопки, коли вона перестає утримуватись у натиснутому положенні, свічення має продовжуватися. У разі повторного або неодноразового натискання кнопки нічого не зміниться - світлодіод так само світитиме з однаковою яскравістю. Це свідчить про відкритий стан тиристора та його технічну справність. Він перебуватиме у відкритому положенні доти, доки подібний стан не перерветься під впливом зовнішніх впливів.

У деяких випадках можуть бути винятки. Тобто при натисканні кнопки світлодіод спалахує, а при відпусканні кнопки - він гасне. Така ситуація стає можливою через струм, що проходить через світлодіод, значення якого менше порівняно зі струмом утримання тиристора. Щоб схема працювала нормально, світлодіод рекомендується замінити лампою розжарювання, що призведе до збільшення струму. Іншим варіантом буде підбір тиристора, у якого струм утримання буде меншим. Параметр струму утримання у різних тиристорів може бути з великим розкидом, у таких випадках доводиться підбирати елемент кожної конкретної схеми.

Схема найпростішого регулятора потужності

Тиристор бере участь у випрямленні змінної напруги так само, як і звичайний діод. Це призводить до однонапівперіодного випрямлення в незначних межах за участю одного тиристора. Для досягнення бажаного результату за допомогою регуляторів потужності здійснюється керування двома напівперіодами напруги мережі. Це стає можливим завдяки зустрічно-паралельному включенню тиристорів. Крім того, тиристори можуть включатись у ланцюг діагоналі випрямного моста.

Найпростішу схему тиристорного регулятора потужності найкраще розглядати з прикладу регулювання потужності паяльника. Немає сенсу починати регулювання прямо з нульової позначки. У зв'язку з цим регулювати можна лише один напівперіод позитивної напруги мережі. Проходження негативного напівперіоду здійснюється через діод, без змін, безпосередньо до паяльнику, забезпечуючи його половинну потужність.

Проходження позитивного напівперіоду відбувається через тиристор, за рахунок чого виконується регулювання. У ланцюзі управління тиристором присутні найпростіші елементи у вигляді резисторів та конденсатора. Зарядка конденсатора походить від верхнього дроту схеми, через резистори та конденсатор, навантаження та нижній провід схеми.

Керуючий електрод тиристора з'єднується з плюсовим виведенням конденсатора. Коли на конденсаторі напруга зростає до значення, що дозволяє включати тиристор, відбувається відкриття. В результаті, навантаження пропускається якась частина позитивного напівперіоду напруги. Одночасно настає розрядка конденсатора та підготовка до наступного циклу.

Для налаштування швидкості заряду конденсатора використовується змінний резистор. Чим швидше відбудеться зарядка конденсатора до значення напруги, при якому відкривається тиристор, тим настане відкриття тиристора. Отже, навантаження надійде більша кількість позитивного напівперіоду напруги. Ця схема, в якій використовується тиристорний регулятор потужності, є основою для інших схем, що застосовуються в різних областях.

Тиристорний регулятор потужності своїми руками

Вступ.

Я багато років тому виготовив подібний регулятор, коли доводилося підробляти ремонтом р/р вдома у замовника. Регулятор виявився настільки зручним, що згодом я виготовив ще один екземпляр, тому що перший зразок постійно влаштувався як регулятор обертів витяжного вентилятора. https://сайт/

До речі, вентилятор цей із серії Know How, оскільки має повітряний запірний клапан моєї власної конструкції. Матеріал може стати в нагоді мешканцям, які проживають на останніх поверхах багатоповерхівок і мають гарний нюх.

Потужність навантаження залежить від застосовуваного тиристора і умов його охолодження. Якщо використовується великий тиристор або симистор типу КУ208Г, можна сміливо підключати навантаження в 200… 300 Ватт. При використанні дрібного тиристора типу B169D потужність буде обмежена 100 Ваттами.

Як це працює?

Ось так працює тиристор у ланцюзі змінного струму. Коли сила струму, що тече через керуючий електрод, досягає певного порогового значення, тиристор відмикається і замикається лише тоді, коли зникає напруга на його аноді.

Приблизно так само працює і симистор (симетричний тиристор), тільки при зміні полярності на аноді змінюється і полярність напруги, що управляє.

На зображенні видно, що куди надходить і звідки виходить.

У бюджетних схемах управління симісторами КУ208Г, коли є лише одне джерело живлення, краще керувати мінусом щодо катода.

Щоб перевірити працездатність симістора, можна зібрати таку просту схемку. При замиканні контактів кнопки лампа повинна згаснути. Якщо вона не згасла, то або симістор пробитий, або його гранична напруга пробою нижче пікового значення напруги мережі. Якщо лампа не горить при кнопці, то симистор обірваний. Номінал опору R1 вибирається так, щоб не перевищити максимально-допустиме значення струму електрода, що управляє.

Під час перевірки тиристрів у схему потрібно додати діод, щоб запобігти подачі зворотної напруги.

Схемні рішення.

Простий регулятор потужності можна зібрати на симісторі або тиристорі. Я розповім і про ті та про інші схемні рішення.

Регулятор потужності на симісторі КУ208Г.

VS1 - КУ208Г

HL1 - МН3 ... МН13 і т.д.

На цій схемі зображено, на мій погляд, найпростіший і вдалий варіант регулятора, керуючим елементом якого є симистор КУ208Г. Цей регулятор керує потужністю від нуля до максимуму.

Призначення елементів.

HL1 – лінеаризує керування і є індикатором.

С1 – генерує пилкоподібний імпульс та захищає схему управління від перешкод.

R1 – регулятор потужності.

R2 – обмежує струм через анод – катод VS1 та R1.

R3 – обмежує струм через HL1 та керуючий електрод VS1.

Регулятор потужності на потужному тиристорі КУ202Н.

VS1 - КУ202Н

Подібну схему можна зібрати на тиристорі КУ202Н. Її на відміну від схеми на симісторі у цьому, що діапазон регулювання потужності регулятора становить 50… 100%.

На епюрі видно, що обмеження відбувається тільки по одній напівхвилі, тоді як інша безперешкодно проходить через діод VD1 навантаження.

Регулятор потужності на малопотужному тиристорі.

Дана схема, зібрана на найдешевшому малопотужному тиристорі B169D, відрізняється від схеми наведеної вище, лише наявністю резистора R5, який разом з резистором R4 є дільником напруги та знижують амплітуду сигналу управління. Необхідність цього викликана високою чутливістю малопотужних тиристорів. Регулятор регулює потужність у діапазоні 50…100%.

Регулятор потужності на тиристорі з діапазоном регулювання 0…100%.

VD1... VD4 – 1N4007

Щоб регулятор на тиристорі міг керувати потужністю від нуля до 100%, потрібно додати до схеми діодний міст.

Тепер схема працює аналогічно симісторному регулятору.

Конструкція та деталі.

Регулятор зібраний у корпусі блоку живлення колись популярного калькулятора "Електроніка Б3-36".

Симистор та потенціометр розміщені на сталевому куточку, виготовленому із сталі товщиною 0,5мм. Кут прикручений до корпусу двома гвинтами М2,5 з використанням ізолюючих шайб.

Резистори R2, R3 та неонова лампа HL1 одягнені в ізолюючу трубку (кембрик) та закріплені методом навісного монтажу на інших електроелементах конструкції.

Для підвищення надійності кріплення штирів вилки довелося напаяти на них по кілька витків товстого мідного дроту.

Так виглядають регулятори потужності, які я використовую багато років.

А це 4-х секундний ролик, який дозволяє переконатися, що все це працює. Навантаженням служить лампа розжарювання потужністю 100 Ватів.

Додатковий матеріал.

Цоколівка (розпинування) великих вітчизняних симісторів та тиристорів. Завдяки могутньому металевому корпусу ці прилади можуть без додаткового радіатора розсіювати потужність 1…2 Ватта без істотної зміни параметрів.

Цоколівка дрібних популярних тиристорів, які можуть керувати напругою мережі при середньому струмі 0,5 Ампера.