Симисторные регуляторы мощности

Конструкция и детали.

В схеме используются два кремниевых транзистора: КТ315 и КТ361. Так как корпуса у них одинаковые, то различаются они по месту расположения буквенной маркировки. На рисунке эти места обозначены стрелками.

У транзистора КТ315 буква всегда расположена в левом верхнем углу

корпуса, а у КТ361 буква всегда наносится всередине корпуса . Все остальные обозначения это: год выпуска, месяц, партия.

На следующем рисунке изображены диод и стабилитрон

Здесь нужно обратить внимание на цоколевку их выводов. Как правило, цоколевка наносится на корпусе элемента в виде полоски, точки или нескольких точек со стороны обозначаемого вывода

Также встречаются диоды, у которых на корпусе нанесено условное обозначение диода, применяемое на принципиальных схемах. Как именно нанесено обозначение относительно выводов, значит, такое расположение анода и катода соответствует действительности.

У импортных диодов и стабилитронов наносится полоска со стороны вывода катода, а у мощных, цоколевка наносится в виде условного обозначения диода.

У Советских и Российских диодов цоколевка немного отличается от импортной. Здесь используется и полоска, и точки, и условное обозначение диода. К тому же еще обозначаются и вывод анода, и вывод катода. Так что, в любом случае, желательно использовать справочник или измерительный прибор для более точного определения выводов.

В схеме регулятора мощности, в качестве регулируемого элемента, используется тиристор. Сам по себе тиристор напоминает диод, только у него есть еще один вывод – управляющий электрод.

В закрытом состоянии тиристор не пропускает ток, и если на его управляющий электрод подать отпирающее напряжение, то тиристор откроется, и через анод и катод потечет ток. Чем больше будет ток отпирающего напряжения, тем больший ток будет пропускать тиристор через себя.

Если возникнут проблемы с приобретением резистора R5, то его можно будет сделать из двух резисторов, соединенных последовательно. Все остальные детали простые, поэтому на них останавливаться не будем.

В качестве корпуса регулятора мощности, как вы уже догадались, возьмем накладную розетку

Когда будете покупать, то обратите внимание, чтобы сама розетка была сделана из пластмассы. , а не из керамики

, а не из керамики.

Это нужно для того, если вдруг тиристор не будет влезать в корпус, то от пластмассы всегда можно срезать лишний кусок.

Собирать регулятор будем из двух частей. Низковольтную часть лучше собрать на фольгированном стеклотекстолите, плотном картоне или любом другом диэлектрическом материале — так будет аккуратней. А вот высоковольтную часть сделаем навесным монтажом, как показано на рисунке ниже.

Здесь отверстия обозначены черными точками, а все соединения между точками и деталями — дорожки

, показаны синими линиями. Плата схемы управления и силовая часть соединяются между собой тремя красными проводниками.

Что такое фазовый регулятор

Обычно фазовый генератор представляет собой небольшое устройство с поворотным механизмом, которое позволяет уменьшать или увеличивать подаваемую на приборы мощность. Работа таких устройств основана на одном небольшом полупроводниковом приборе, называемом симистором. Он позволяет изменять конфигурацию и фазность сигнала, что меняет и мощность приборов.

Что собой представляет фазовый регулятор

Обратите внимание! Такой прибор можно купить в магазине или же собрать для своей цепи самостоятельно. Применяют его для одно- и трехфазных сетей с небольшими различиями в конструкции

Симистор

Лабораторный блок питания с регулировкой напряжения и ограничением по току

Ну а теперь попробуем из вышеприведенных узлов собрать блок питания, при помощи которого можно регулировать выходное напряжение и устанавливать ограничение по току. При этом и напряжение, и установленный ток будут стабилизированными.

Сетевое напряжение понижается до 25 В силовым трансформатором Тr1, выпрямляется диодным мостом VD1-VD4, сглаживается конденсатором С1 и поступает на регулируемый стабилизатор, собранный на микросхеме DD1 и транзисторе Т1. Регулировка производится переменным резистором P1.

Далее напряжение установленной нами величины подается на регулятор-стабилизатор тока (микросхема DD2, транзистор Т2). Регулировка величины тока производится переменным резистором P2. Более подробно оба эти узла описаны выше.  Поскольку микросхема LM358 не может работать при напряжении питания ниже 7 В, она и генератор опорной частоты (стабилитрон D1) подключены непосредственно к выходу выпрямителя.

В конструкции можно использовать любой сетевой трансформатор соответствующей мощности со вторичной обмоткой на  25-28 В. Диоды VD1-VD4 можно заменить на любые выпрямительные, рассчитанные на ток не менее 10 А и выдерживающие обратное напряжение не менее 40 В. Их, как и силовые транзисторы T1, T2, необходимо установить на радиаторы.

Схема на транзисторах

Несмотря на богатый выбор микросхем самого различного назначения блоки питания на транзисторах не теряют популярности. Попробуем и мы построить лабораторный БП на этих полупроводниковых приборах.

В этой схеме регулятор-стабилизатор напряжения собран на транзисторах T1, T2. В качестве генератора опорного напряжения используется регулируемый стабилитрон D1. Регулировать напряжение в диапазоне 2.5…20 В можно переменным резистором P1.

Регулятор тока собран на транзисторах Т3, Т4 и стабилитроне D2, исполняющем роль источника опорного напряжения. В качестве токоизмерительного элемента используется сам полевой транзистор T4. Если падение напряжения на нем превысит определенный порог, транзистор Т3 начнет открываться и шунтировать Т4, заставляя его закрываться и ограничивать ток через нагрузку. Регулировка порога ограничения производится переменным резистором P2.

В схеме вместо диодной сборки KBPC2510 можно использовать отдельные диоды, выдерживающие ток 10 А и обратное напряжение не менее 30 В. Подойдут, к примеру, Д245, Д242. На месте Т1 может работать КТ805 или КТ819, Т2 заменяем на КТ867А. КТ315 можно заменить на КТ315Б-Д, КТ3102А, КТ312Б,  КТ503В-Г, П307. Отечественный аналог TL431 — КР142ЕН19А. Диодный мост, Т1, Т2 и Т4 нужно установить на радиаторы.

Проведение диагностики регулятора напряжения своими руками

Как проверить регулятор напряжения автомобиля для выявления неисправностей своими руками? Что лучше замерить своими руками — амперы или вольты, чем лучше воспользоваться. Для выявления неисправностей своими руками необходимо использовать мультиметр или вольтметр. Необходимо, чтобы на устройстве была шкала для измерений на 15-30 вольт. Диагностику неисправностей автомобильного реле на 40 ампер или ниже своими руками с помощью мультиметра необходимо осуществлять только при заряженном аккумуляторе.

Диагностика вышедшего из строя реле с помощью вольтметра

1. Сначала необходимо включить зажигание.
2. Запустите своими руками двигатель, дайте ему поработать, при этом фары необходимо включить. Пусть мотор работает, пока количество оборотов не составит около 2.5-3 тыс. Как правило, для этого необходимо подождать около 10 минут.
3. При помощи вольтметра произведите замер напряжения на клеммах АКБ. Параметр должен составлять около 14.1-14.3 вольт.

В том случае, если во время диагностики показатели получились ниже или выше, лучше приобрести новое реле на 40 ампер. В ходе диагностики штекеры ни в коем случае нельзя перемыкать, поскольку это может привести к деформации и неработоспособности выпрямительного блока. Для получения более точных показателей необходимо убедиться в том, что ремень генератора натянут хорошо.

Современные стабилизаторы

На современном автотранспорте, как правило, устанавливаются автоколебательные реле. Они работают по принципу отключения питания катушки возбуждения при достижении напряжения верхнего предела 13,5-13,8 В и подключения при нижнем пороге напряжения 14,5-14,6 В.

Таким образом, выходное напряжение постоянно колеблется. Теоретически это не считается недостатком, так как напряжение не выходит за допустимые рамки. Все же это не совсем безопасно. Наверняка опытные водители знают, что слабым местом у этого вида реле являются переходные моменты, когда резко меняются обороты ротора или нагрузочный ток. Особенно неблагоприятный момент возникает при большом токе нагрузки на малых оборотах. В эти моменты колебания напряжения часто превышают верхний порог. За счет кратковременности таких скачков аккумулятор не выйдет со строя сразу, но каждый раз его емкость и соответственно ресурс сокращается.

Решают эту проблему по-разному. Иногда автолюбители просто меняют автоколебательное реле на устаревшее контактно-вибрационное. Более оптимальным решением станет заменить реле на широтно-импульсный стабилизатор или модернизировать «родной» с помощью небольших дополнений.

РН на 2 транзисторах

Данный вид применяется в схемах особо мощных регуляторов. В этом случае ток на нагрузку также передается через симистор, но управление ключевым выводом происходит через каскад транзисторов. Это реализуется так: переменным резистором регулируется ток, который поступает на базу первого маломощного транзистора, а тот через коллектор-эмиторный переход управляет базой второго мощного транзистора и уже он открывает и закрывает симистор. Это реализует принцип очень плавного управления огромными токами на нагрузке.

СНиП 3.05.06-85

Ответы на 4 самых частых вопроса по регуляторам:

1. Какое допустимое отклонение выходного напряжения? Для заводских приборов крупных фирм, отклонение не будет превышать +-5%
2. От чего зависит мощность регулятора? Выходная мощность напрямую зависит от источника питания и от симистора, который коммутирует цепь.
3. Для чего нужны регуляторы 0-5 вольт? Эти приборы чаще всего используют для питания микросхем и различных монтажных плат.
4. Зачем нужен бытовой регулятор 0-220 вольт? Они применяются для плавного включения и выключения бытовых электроприборов.

Разновидности приборов

По виду выходного сигнала регуляторы разделяют на стабилизированные и нестабилизированные. Также они могут быть аналоговыми и цифровыми (интегральными). Первые строятся на основе тиристоров или операционных усилителей. Их управление осуществляется путём изменения параметров RC цепочки обратной связи. Совместно с ними для повышения мощности применяются биполярные или полевые транзисторы. Работа же интегральных устройств связана с использованием широтно-импульсной модуляции (ШИМ), поэтому в цифровой схемотехнике используются микроконтроллеры и силовые транзисторы, работающие в ключевом режиме.

При изготовлении самодельного регулятора напряжения могут быть использованы следующие элементы:

• резисторы;
• тиристоры или транзисторы;
• цифровые или аналоговые интегральные микросхемы.

Первые два типа имеют несложные схемы и довольно просты к самостоятельной сборке. Их можно изготавливать без использования печатной платы с помощью навесного монтажа, в то время как импульсные регуляторы на основе микроконтроллеров требуют более обширных знаний в радиоэлектронике и программировании.

Как избежать 3 частых ошибок при работе с симистором.

1. Буква, после кодового обозначения симистора говорит о его предельном рабочем напряжении: А – 100В, Б – 200В, В – 300В, Г – 400В. Поэтому не стоит брать прибор с буквой А и Б для регулировки 0-220 вольт — такой симистор выйдет из строя.
2. Симистор как и любой другой полупроводниковый прибор сильно нагревается при работе, следует рассмотреть вариант установки радиатора или активной системы охлаждения.
3. При использовании симистора в цепях нагрузок с большим потреблением тока, необходимо четко подбирать прибор под заявленную цель. Например, люстра, в которой установлено 5 лампочек по 100 ватт каждая будет потреблять суммарно ток величиной 2 ампера. Выбирая по каталогу необходимо смотреть на максимальный рабочий ток прибора. Так симистор МАС97А6 рассчитан всего на 0,4 ампера и не выдержит такой нагрузки, а МАС228А8 способен пропустить до 8 А и подойдет для этой нагрузки.

Вступление.

Я много лет тому назад изготовил подобный регулятор, когда приходилось подрабатывать ремонтом р/а на дому у заказчика. Регулятор оказался настолько удобным, что со временем я изготовил ещё один экземпляр, так как первый образец постоянно обосновался в качестве регулятора оборотов вытяжного вентилятора. https://oldoctober.com/

Кстати, вентилятор этот из серии Know How, так как снабжён воздушным запорным клапаном моей собственной конструкции. Описание конструкции >>> Материал может пригодиться жителям, проживающим на последних этажах многоэтажек и обладающих хорошим обонянием.

Мощность подключаемой нагрузки зависит от применяемого тиристора и условий его охлаждения. Если используется крупный тиристор или симистор типа КУ208Г, то можно смело подключать нагрузку в 200… 300 Ватт. При использовании мелкого тиристора, типа B169D мощность будет ограничена 100 Ваттами.

Конструкция и детали

Теперь перейдем к конструкции прибора. Диодные мостики, конденсатор, резистор R2 и диод VD6 устанавливаются на монтажной плате размером 55×35 мм, выполненной из фольгированного ге-тинакса или текстолита толщиной 1…2 мм (рис. 9.7).

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

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

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

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

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

Рис. Печаная плата мощного регулятора сетевого напряжения 220В.

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

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

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

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

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

Симисторные регуляторы мощности работают, используя фазовое управление. Они могут применяться, для изменения мощности различных электрических устройств работающих используя переменное напряжение.

Среди приборов могут быть электрические лампы накалывания, нагревательные приборы, электродвигатели переменного тока, трансформаторные сварочные аппараты, и многие другие. Они имеют большой диапазон регулировки, что дает им большой диапазон применения, в том числе и в быту.

Тиристорный регулятор напряжения своими руками

Нельзя сказать о том, что данная схема не обеспечит гальваническую развязку от источника питания, поэтому есть определённая опасность поражения электрическими разрядами тока. Это будет означать то, что не нужно касаться руками элементов регулятора.

Следует спроектировать конструкцию вашего прибора таким образом, чтобы по возможности вы смогли спрятать её в регулируемом устройстве, а также найти более свободное место внутри корпуса. Если регулируемое устройство будет расположено на стационарном уровне, то имеет определённой смысл осуществить его подключение через выключатель с особым регулятором уровня яркости света. Такое решение сможет частично обезопасить человека от поражения током, а также избавит его от необходимости поиска подходящего корпуса у прибора, обладает привлекательным внешним строением, а также создано с использованием промышленных технологий.

Как работает фазовый регулятор

Главную роль в работе фазового регулятора играет симистор. Он представляет собой нелинейный ключ на основе полупроводника. Данный элемент был получен благодаря усовершенствованию тиристора. Главное отличие состоит в том, что этот полупроводниковый ключ в открытом состоянии пропускает ток не в одном, а в двух направлениях. Это свойство дает симисторам возможность применения в цепях с переменным током, так как на них никак не влияет полярность напряжения, которая постоянно меняется в данных цепях.

Вам это будет интересно Пускатель звезда треугольник

Наличие нового свойства не означает отсутствие старого, характерного и для симисторов, и для тиристоров. Даже когда электрод управления отключен, проводимость всего элемента активна. Момент, когда элемент закрыт, наступает только тогда, когда переменный ток находится в положении ноль (то есть разность потенциалов на двух других контактах будет также равна нулю).

Обратите внимание! Еще одно полезное свойство применения симистора в качестве основного элемента — подавление помех на фазе при закрытии элемента. Это намного проще транзисторного регулятора, который также умеет уменьшать шумы входного сигнала

Изменения сигнала

Все эти характеристики позволяют конструкции на основе симисторов осуществлять фазное изменение в сигнале. Каждый полупериод проводимость отключается, а время между закрытием и открытием прибора срезает часть периода. Сигнал из-за этого становится пилообразной формы. Путем изменения формы сигнала и происходит фазовое управление мощностью тока.

Важно! Симистор никак не влияет на амплитуду напряжения, поэтому название «регулятор напряжения» неправильно

Классическая тиристорная схема регулятора

Классическая тиристорная схема регулятора мощности паяльника не соответствовала одному из главных моих требований, отсутствию излучающих помех в питающую сеть и эфир. А для радиолюбителя такие помехи делают невозможным полноценно заниматься любимым делом. Если схему дополнить фильтром, то конструкция получится громоздкой. Но для многих случаев использования такая схема тиристорного регулятора может с успехом применяться, например, для регулировки яркости свечения ламп накаливания и нагревательных приборов мощностью 20-60вт. Поэтому я и решил представить эту схему.

Для того, чтобы понять, как работает схема, остановлюсь подробнее на принципе работы тиристора. Тиристор, это полупроводниковый прибор, который либо открыт, либо закрыт. чтобы его открыть, нужно на управляющий электрод подать положительное напряжение 2-5 В в зависимости от типа тиристора, относительно катода (на схеме обозначен k). После того, как тиристор открылся (сопротивление между анодом и катодом станет равно 0), закрыть его через управляющий электрод не возможно. Тиристор будет открыт до тех пор, пока напряжение между его анодом и катодом (на схеме обозначены a и k) не станет близким к нулевому значению. Вот так все просто.

Работает схема классического регулятора следующим образом. Сетевое напряжение переменного тока подается через нагрузку (лампочку накаливания или обмотку паяльника), на мостовую схему выпрямителя, выполненную на диодах VD1-VD4. Диодный мост преобразует переменное напряжение в постоянное, изменяющееся по синусоидальному закону (диаграмма 1). При нахождении среднего вывода резистора R1 в крайнем левом положении, его сопротивление равно 0 и когда напряжение в сети начинает увеличиваться, конденсатор С1 начинает заряжаться. Когда С1 зарядится до напряжения 2-5 В, через R2 ток пойдет на управляющий электрод VS1. Тиристор откроется, закоротит диодный мост и через нагрузку пойдет максимальный ток (верхняя диаграмма).

При повороте ручки переменного резистора R1, его сопротивление увеличится, ток заряда конденсатора С1 уменьшится и надо будет больше времени, чтобы напряжение на нем достигло 2-5 В, по этому тиристор уже откроется не сразу, а спустя некоторое время. Чем больше будет величина R1, тем больше будет время заряда С1, тиристор будет открываться позднее и получаемая мощность нагрузкой будет пропорционально меньше. Таким образом, вращением ручки переменного резистора, осуществляется управление температурой нагрева паяльника или яркостью свечения лампочки накаливания.

Выше приведена классическая схема тиристорного регулятора выполненная на тиристоре КУ202Н. Так как для управления этим тиристором нужен больший ток (по паспорту 100 мА, реальный около 20 мА), то уменьшены номиналы резисторов R1 и R2, а R3 исключен, а величина электролитического конденсатора увеличена. При повторении схемы может возникнуть необходимость увеличения номинала конденсатора С1 до 20 мкФ.

Простой регулятор мощности на 220 Вольт из 5 деталей.

Это схема прекрасно работает с такими приборами, как болгарки, дрели, простые лампочки, пылесосы, нагревательные плиты, тены, коллекторные двигатели, первичные обмотки трансформаторов и так далее…

Я лично для себя собирал данное устройство, чтобы регулировать питание первичной обмотки зарядного устройства для автомобильного аккумулятора, тем самым получая нужные мне параметры на выходе.

Итак, для этого нам потребуется симистор, у меня он был уже прикрученный к радиатору. Симистор у меня был BТА41-600, можно взять и другой, под свои нужды.

• Резистор 560 ом
• Динистор, вытащил с энергосберегающей лампы.
• Конденсатор 0.1 мкф 400 вольт
• Переменный резистор на 470 кОм, можно взять поменьше.

Вот схема данного устройства, она довольно маленькая

Регулятор мощности на симисторе

Симистор, по большому счету, – это частный случай тиристора, пропускающий ток в обе стороны, при условии, что он выше тока удержания. Один из его недостатков – это плохая работа на высоких частотах. Поэтому его часто используют в низкочастотных сетях. Для построения регулятора мощности на основе обычной сети 220 В, 50 Гц он вполне подходит.

Регулятор напряжения на симисторе используется в обычных бытовых приборах, где нужна регулировка. Схема регулятора мощности на симисторе выглядит следующим образом.

• Пр. 1 – предохранитель (выбирается в зависимости от требуемой мощности).
• R3 – токоограничительный резистор – служит для того чтобы при нулевом сопротивлении потенциометра остальные элементы не выгорели.
• R2 – потенциометр, подстроечный резистор, которым и осуществляется регулировка.
• C1 – основной конденсатор, заряд которого до определённого уровня отпирает динистор, вместе с R2 и R3 образует RC-цепь
• VD3 – динистор, открытие которого управляет симистором.
• VD4 – симистор – главный элемент, производящий коммутацию и, соответственно, регулировку.

Основная работа возложена на динистор и симистор. Сетевое напряжение подаётся на RC-цепочку, в которой установлен потенциометр, им в итоге и регулируется мощность. Производя регулировку сопротивления, мы меняем время зарядки конденсатора и тем самым порог включения динистора, который, в свою очередь, включает симистор. Демпферная RC-цепь, подключённая параллельно симистору, служит для сглаживания помех на выходе, а также при реактивной нагрузке (двигатель или индуктивность) предохраняет симистор от скачков высокого обратного напряжения.

Симистор включается, когда ток, проходящий через динистор, превышает ток удержания (справочный параметр). Отключается, соответственно, когда ток становится меньше тока удержания. Проводимость в обе стороны позволяет настроить более плавную регулировку, чем это возможно, например, на одном тиристоре, при этом используется минимум элементов.

Осциллограмма регулировки мощности представлена ниже. Из неё видно, что после включения симистора оставшаяся полуволна поступает на нагрузку и при достижении 0, когда ток удержания уменьшается до такой степени, что симистор отключается. Во втором «отрицательном» полупериоде происходит тот же процесс, т. к. симистор обладает проводимостью в обе стороны.