Меню

Индикация для регулятора мощности

Как сделать регулятор мощности на симисторе своими руками: варианты схем

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.

Форма сигнала на выходе регулятора мощности: А – 100%, В – 50%, С – 25%

Форма сигнала на выходе регулятора мощности: А – 100%, В – 50%, С – 25%

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.

Схема простого регулятора мощности на симисторе с питанием от 220 В

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:

  1. Установить таходатчик, измеряющий число оборотов. Такой вариант позволяет производить точную регулировку, но при этом увеличивается стоимость реализации решения.
  2. 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.

Регулятор мощности с обратной связью

Регулятор мощности с обратной связью

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.
Читайте также:  Измеритель электрической мощности ваттметр

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.

Таблица для подбора номиналов сопротивлений в зависимости от мощности двигателя

Таблица для подбора номиналов сопротивлений 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:

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

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

Схема регулятора мощности для индуктивной нагрузки

Схема регулятора мощности для индуктивной нагрузки

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

Осциллограммы входного (А), управляющего (В) и выходного сигнала (С) регулятора мощности

Осциллограммы входного (А), управляющего (В) и выходного сигнала (С) регулятора мощности

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.

Самодельный регулятор мощности

Самодельный регулятор мощности

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.

Источник



Схемы регулятора мощности для паяльника — на симисторе и микросхеме

Во время работы с электрическим паяльником необходимо следить за температурой нагрева его жала. Она должна быть постоянной и не меняться. Однако в реальных условиях показатели часто то уменьшаются, то увеличиваются. Это приводит к тому, что приходится использовать специальный регулятор мощности для паяльника.

Конструкция и детали

Многих людей интересует, какая может быть конструкция у такого регулятора. Данное устройство может быть наружным, в виде небольшого отдельного блока. Иногда встречаются более компактные конструкции, которые встраиваются в паяльную станцию или в корпус розетки.

Главными деталями регулятора мощности паяльника являются резисторы. Их мощность должна составлять не меньше 0,125 Вт. Если в устройстве присутствует R5, его мощность — от 2 Вт.

Дополнительная информация! Возможно, придется подбирать другой номинал деталей, чтобы напряжение в питании не опускалось ниже 11 В.

Как функционирует контролер паяльника

Существует огромное количество схем устройств для настройки нагрева паяльной станции. Однако все они работают по одинаковому принципу, который заключается в увеличении или уменьшении входной мощности. В редких случаях тот или иной регулятор для паяльника может отличаться по таким признакам:

  • тип используемой электронной схемы;
  • установленный измеряемый элемент для определения мощности;
  • число ступеней настройки мощности.

Независимо от вышеперечисленных отличий, данные устройства в любом случае будут представлять собой обычный коммутатор для регулирования мощности.

Варианты монтажа регуляторов мощности паяльника

В зависимости от поставленных задач, устройство для настройки мощности паяльной станции можно поместить в несколько различных корпусов:

  • Вилка. Это наиболее распространенный и удобный вариант. Довольно часто люди используют для этого зарядку от смартфона или корпусы от других адаптеров.
  • Внутри паяльника. Некоторые паяльные станции имеют достаточно большие корпуса, внутри которых можно без проблем расположить регулятор. Это очень удобно, так как устройство будет всегда под рукой.
  • Розетка. Часто регулятор напряжения для паяльника располагают внутри розеток. Этот способ можно использовать, если нет вилки или не хватает места в паяльной станции.

Важно! Прежде чем устанавливать регулятор в тот или иной корпус, надо ознакомиться с инструкцией и разобраться, как это делать правильно.

Необходимые материалы и инструменты

Чтобы сделать регулятор для паяльника своими руками, понадобятся следующие материалы:

  • Тиристор — электронный ключ для пропуска тока в одном направлении.
  • Симистор — подвид тиристора для проведения тока в двух направлениях.
  • Резистор — используется для конвертации напряжения в силу тока.
  • Конденсатор — необходим для своевременного выключения тиристора.
  • Стабилитрон — нужен для стабилизации напряжения.
  • Микроконтроллер Atmega — отвечает за электронное управление.
Читайте также:  Измеритель мощности ксв своими руками

Из инструментов может понадобиться паяльник, отвертки, нож, флюс и припой.

Электрические принципиальные схемы регуляторов температуры паяльника

Прежде чем приступить к созданию и установке регулятора, необходимо ознакомиться с основными принципиальными схемами.

Схема регулятора для паяльника без помех на микросхеме

Данный вариант используют довольно редко, так как воплотить в жизнь такую схему непросто. Однако если в доме подключено огромное количество электроники, лучше пользоваться именно таким регулятором. Он будет отлично работать и при этом не выдавать в сеть помехи.

Стоит отметить, что пользоваться данной схемой нужно только в тех случаях, если человек работает с паяльной станцией ежедневно. Если же она большую часть времени лежит без дела, можно попробовать варианты попроще.

На базе фазовых регуляторов мощности PR1500S

В данном случае устройство оснащается специальным фазовым регулятором. Других деталей в этой схеме не так много и поэтому сборка конструкции выполняется достаточно быстро.

Чтобы сделать регулятор температуры паяльника, используя эту схему, придется заранее подготовить резистор переменного типа с встроенным выключателем. Также понадобится конденсатор на 620 В. Он нужен, чтобы устранить помехи, которые могут появиться во время работы.

Регулятор мощности на симисторе КУ208Г

Это одна из наиболее простых схем, которую часто используют во время создания регуляторов мощности паяльника. Все, что понадобится для изготовления устройства — симистор и димистор.

Чтобы приспособление для настройки температуры правильно работало, пригодится димистор DB3 и симистор ВТ139.

Главное достоинство такой схемы — ее компактность. Она без проблем помещается в зарядный блок телефона.

На оптосимисторе МОС204х/306х/308х

Относительно популярная схема, которой довольно часто пользуются во время создания регуляторов. В этом случае при создании устройства рекомендуется пользоваться оптическими симисторами, так как они могут открываться, если напряжение переходит через ноль.

Также в схеме используется специальный индикатор-таймер 555 серии. Он необходим для своевременного отключения регулятора.

Важно! Все компоненты, которые используются в этой схеме, очень маленькие. Это позволяет размещать устройство практически в любом корпусе.

Регулировка на интегральном стабилизаторе

Распространенный метод настройки мощности паяльной станции — использование стабилизаторов интегрального типа. С их помощью удастся легко сделать регулятор напряжения, который позволит уменьшать и увеличивать температуру нагрева паяльного жала.

Единственный серьезный недостаток применения таких стабилизаторов заключается в том, что они сильно нагреваются. Это часто приводит к перегреванию стабилизирующей микросхемы.

С ШИМ-контроллером

Некоторые люди решают регулировать мощность при помощи специального ШИМ-контроллера. Для таких целей можно воспользоваться любой моделью, которая работает на частоте около 1 Гц. В качестве основного коммутирующего элемента в этой плате используется полевой транзистор. Его можно купить или найти на любой старой материнке. Подойдет любой транзистор, напряжение которого не опускается ниже 12 В.

Транзисторный регулятор мощности

Многие пользуются транзисторными терморегуляторами для паяльника. Главное их преимущество заключается в том, что в них отсутствуют помехи. Еще одно преимущество таких устройств заключается в том, что они могут работать с индуктивной нагрузкой. Это позволяет использовать их не только с паяльниками, но и со светодиодными лампочками.

Монтировать транзистор необходимо на радиатор толщиной не менее трех сантиметров. Это предотвратит перегревание устройства во время его работы.

Важно! Подключаемая нагрузка должна быть меньше 100 Вт. При этом диапазон регулировки составляет от 10 до 220 В.

Регулятор мощности для паяльника на 20-36 В переменного напряжения

Если паяльник работает от сети с пониженным напряжением, для него придется делать отдельный регулятор.

Элементная база

Чтобы самостоятельно сделать такое устройство, понадобится заранее подготовить следующие компоненты:

  • Транзистор КТ815Б. Если такого нет, вместо него можно установить КТ815Г.
  • Диодный мост КЦ401А. Также для регулятора подойдет КЦ402 Б или С.
  • Диоды. Для регулятора мощности лучше использовать модели из серии Д9.

Также понадобятся конденсаторы. Рекомендуется устанавливать оксидные элементы типа К50-6.

Читайте также:  Подсос воздуха потеря мощности

Особенности монтажа

Чтобы изготовить такой регулятор, придется заранее заказать макет печатной платы и на нем разместить всю элементную базу. Особое внимание необходимо уделить резисторам. Дело в том, что их параметры подбираются в зависимости от желаемого предела регулирования.

Все компоненты рекомендуется размещать на радиаторе Г-образной формы. С лицевой стороны или в верхней части корпуса регулятора необходимо установить розетку для подключения паяльной станции.

Проверка и регулировка схемы

Чтобы проверить работоспособность устройства, необходимо воспользоваться мультиметром. Если во время вращения ручки регулирования мощности выходное напряжение будет меняться, значит все работает исправно. Однако иногда показатели напряжения не изменяются. Это говорит о том, что во время сборки регулятора были допущены ошибки.

Во время использования паяльника часто приходится вручную настраивать его мощность. Делается это при помощи специального регулятора. Его можно приобрести в специализированных магазинах или сделать самостоятельно.

Источник

Индикация для регулятора мощности

Регулятор мощности паяльника с цифровой индикацией и кнопочным управлением.

Автор: Настя
Опубликовано 01.01.1970

Многие из нас проводят много времени в руках с паяльником. Не секрет, что хорошая пайка компонентов является залогом успешной работы электронного устройства. Качество пайки определяется по характерному блеску. Сероватая и неровная пайка является потенциальной причиной плохой работы схемы. Другая важная задача заключается в том, чтобы произвести пайку не перегревая компонентов.
Хорошее качество пайки обеспечивают цифровые паяльные станции, которые контролируют температуру жала. Но они достаточно дороги и трудоемки в сборке. Цифровые паяльные станции не всегда можно взять с собой для работы в полевых условиях.
В радиолюбительской практике для регулировки температуры обычных паяльников используются как промышленные, так и самодельные регуляторы мощности, которые иначе называют диммерами. Как правило, такие диммеры используются для плавной регулировки яркости ламп накаливания, и, следовательно, нет необходимости в дополнительной индикации уровня мощности, т.к. о настройке судят по яркости свечения. Но как оценить на каком уровне мощности работает паяльник? Кто-то оценивает достаточность мощности по положению крутилки диммера, а я же решила собрать регулятор с цифровой индикацией и кнопочным управлением.

Регулятор собран на pic16f628a. Тактирование микроконтроллера осуществляется встроенным генератором на частоте 4 МГц, т.е. кварцевый резонатор не нужен. На плате предусмотрены посадочные места под кварцевый резонатор, что позволяет применять устаревшие контроллеры (например, pic16f84a) и иные без внутреннего тактирования. В своем варианте регулятора я установила семисегментный индикатор с общим катодом. На плате предусмотрена установка индикатора с общим анодом, путем перепайки соответствующей перемычки. В исходниках программы закомментированы заготовки под контроллер pic16f84a и индикатор с общим анодом.
Регулятор собран на двух платах: силовая и цифровая. На силовой плате расположен фильтр (для снижения уровня помех создаваемым регулятором) и схема бестрансформаторного питания. На цифровой плате расположен микроконтроллер и семисегментный индикатор.

Платы регулятора мощности с цифровой индикацией закреплены с помощью винтов в корпусе обычной мыльницы. Дизайн регулятора зависит от Вашей фантазии и способностей.

Красной кнопкой увеличиваем уровень мощности и температуру нагрева паяльника, синей – снижаем. Программа для микроконтроллера написана на Ассемблере. Задержки, определяющие уровень мощности, подобраны экспериментально. Их можно легко изменить в программе и подобрать для себя необходимые уровни. Всего 10 уровней. Символ «0» на индикаторе означает, что симистор закрыт. Символ «9» означает, что симистор постоянно открыт и устройство работает на полную мощность.
Для проверки работоспособности регулятора мощности можно подключить лампу накаливания (на фото лампа на 40Вт).

Узлы схемы не являются чем-то необычным. Расчеты компонентов силовой части сделаны в соответствии с рекомендациями документов из открытых источников:
1. Электромагнитная совместимость импульсных источников питания
2. Transformerless Power Supply. Application Notes 91008b
Соблюдайте осторожность и помните про электробезопасность при работе с сетью переменного тока 220В. Правильно изготовленный регулятор из исправных деталей не требует настройки и сразу начинает работать. Для обеспечения электромагнитной совместимости следует лишь правильно подключить его к сети (фазу и нейтраль подключить так, как это показано на схеме).
На перспективу программа для микроконтроллера может быть расширена дополнительными функциями. Например, таймер на выключение – для случаев простоя паяльника без дела, в целях защиты от выгорания жала. Также можно предложить разогрев паяльника определенное время на максимальном уровне и затем переход на меньший уровень для поддержания температуры. Если эти функции найдут Вашу поддержку, то следующая версия прошивки будет дополнена этими функциями.

Источник