Устройство регулятора мощности своими руками

Использование микросхемы К1182 ПМ1

Для построения тиристорных и симисторных регуляторов выпускается специальная микросхема К1182 ПМ1. На кристалле микросхемы реализована почти законченная схема фазового регулятора мощности.

Два тиристора включены параллельно и навстречу друг другу. Их управляющие входы подключены чрез развязывающие диоды к выходу блока управления. Встроенный диодный мост вырабатывает напряжение питания для блока управления.

На выводы AC1 и AC2 подается напряжение 220 В. К выводам UST1+ и UST2+ подключаются конденсаторы, формирующие задержку включения тиристоров. К выводам С+ и C- подключается элемент управления — переменный резистор или RС цепочка.

Ниже приведены рекомендованные производителем схемы включения маломощных нагрузок непосредственно к микросхеме.

При необходимости подключения мощных нагрузок используются внешние тиристоры или симисторы.

Вариант с двумя тиристорами.

Вариант с симистором.

Микросхема выпускается в трех типах корпусов:

• 16 выводной Power DIP-(12+4);
• 8 выводной DIP-8;
• 8 выводной планарный SO-8.

Собрать симисторный регулятор мощности своими руками может любой радиолюбитель.

Не нашел в магазине — сделай сам

Чтобы приобрести более мощную модель, придется поискать ее в торговых сетях. Альтернативное решение — просмотр схем регуляторов мощности, изготовление своими руками выбранной модели. Чтобы помочь нашим читателям выбрать оптимальную схему, более подробно опишем главные особенности этих устройств. Регулятор на полупроводниковом ключе может быть выполнен на

• биполярном транзисторе;
• полевом транзисторе;
• тиристоре;
• симметричном тиристоре (симисторе, триаке).        

Регулятор мощности, схема которого содержит любой из перечисленных полупроводниковых ключей, всегда пребывает в одном из двух состояний. Он либо максимально ограничивает ток (отключает нагрузку), либо почти не оказывает сопротивления (подключает нагрузку). При срабатывании сопротивление переходов полупроводниковых приборов быстро изменяется по величине. Каждому его значению соответствует определенная электрическая мощность. Она выделяется как тепло и носит название динамических потерь. Чем быстрее срабатывает прибор (отключает или подключает нагрузку), тем меньше динамические потери.

Наиболее быстродействующими ключами являются транзисторы. Но они и включаются и выключаются при любой ненулевой величине напряжения. Если эти процессы происходят вблизи его амплитудного значения, динамические потери будут максимально большими. Обычный тиристорный ключ отличается тем, что выключается без управляющего сигнала при переходе тока нагрузки через ноль. Хотя его включение происходит при той же амплитуде переменного напряжения, что и у транзисторов.

Что такое регулятор мощности

Самые первые прототипы устройств, позволяющих уменьшать проводимую к нагрузке мощность, были разработаны с учетом закона Ома. На этом принципе и основано функционирование реостата. Его можно подключать последовательно и параллельно нагрузке. При изменении сопротивления реостата можно регулировать его мощность.

Что собой представляет регулятор мощности

При подключении реостата к нагрузке ток распределяется между ними. В зависимости от способа подключения можно контролировать разные параметры: при параллельном — разницу потенциалов, а при последовательном — напряжение и силу тока. Реостаты различаются в зависимости от использованного в их конструкции материала: металла, керамики, угля или жидкости.

При использовании реостата поглощенная им энергия никуда не исчезает, а преобразуется в тепло. При большом количестве энергии целесообразно использовать системы охлаждения, чтобы температура устройства не была слишком высокой. Отводят тепло обычно с помощью обдува или погружая резистор в масло.

Такие простейшие реостаты широко применяются, но есть один значимый недостаток — невозможность использовать его в мощных электрических цепях. Поэтому резисторы применяются только в бытовых целях (к примеру, такие есть в конструкции радио).

Обратите внимание! Обычный реостат можно сделать и самому, для этого понадобится только проволока из нихрома или константана. Ее необходимо намотать на оправку, при этом изменение проходящей мощности происходит за счет регулировки длины проволоки

Все полупроводниковые устройства сделаны на переходах или слоях (n-p, p-n). Простой диод — 1 переход и 2 слоя. Биполярный транзистор — 2 перехода и 3 слоя (трехфазный). А при добавлении четвертого слоя как раз и образуется стабилизатор мощности — тиристор. При соединении 2 тиристоров встречно-параллельно получается симистор.

Способы регулирования фазового напряжения в сети

1. Есть сразу несколько способов осуществления регуляции переменного напряжения в тиристорах: можно совершать пропуск или же запрещать выход на регуляторе целых четыре полупериода (либо периода) переменного напряжения. Можно включать не в начале совершения полупериода сетевого напряжения, а с совершением некоторой задержки. В течение данного времени напряжение на выходе из регулятора будет равняется отметки нуль, а общая мощность не будет передаваться на выход устройства. Вторую часть полупериода тиристор начнёт проводить ток и на выходе регулятора будет возникать особое входное напряжение.
2. Время задержки в большинстве случаев именуют углом открывания тиристора, так как во время нулевого значения угла почти всё напряжение от входа будет переходить к выходу, только падение на открытой области тиристора начнёт теряться. Во время увеличения общего тиристорного угла регулятор напряжения будет значительно снижать выходной параметр напряжения.
3. Регулировочная характеристика у такого прибора во время своей работы, во время активной нагрузки осуществляется особо интенсивно. При угле равному 90 градусов (электрических) на выходе из разъёма будет половина входного напряжения, а при общем угле в 180 электрических градусов на выходе будет показатель нуль.

На основе принципов и особенностей фазового регулирования напряжения можно построить определённые схемы регулирования, стабилизации, а в отдельных случаях с плавного пуска. Для осуществления более плавного пуска напряжение стоит со временем повышать от нуля до максимального показателя. Таким образом, во время открывания тиристора максимальный показатель значения должен изменяться до отметки нуль.

Схема регулятора

Давайте рассмотрим простой симисторный регулятор мощности, который можно использовать с любой нагрузкой. Управление фазово-импульсное, все компоненты традиционные для таких конструкций. Нужно применять такие элементы:
Непосредственно симистор, рассчитанный на напряжение 400 В и ток 10 А.
Динистор с порогом открывания 32 В.
Для регулировки мощности используется переменный резистор.
Ток, который протекает через переменный резистор и сопротивление, заряжает конденсатор с каждой полуволной. Как только конденсатор накопит заряд и напряжение между его пластинами будет 32 В, откроется динистор. При этом конденсатор разряжается через него и сопротивление на управляющий вход симистора. Последний при этом открывается, чтобы ток прошел к нагрузке.
Чтобы изменить длительность импульсов, нужно подобрать переменный резистор и пороговое напряжение динистора (но это постоянная величина). Поэтому придется «играть» с сопротивлением переменного резистора. В нагрузке мощность оказывается прямо пропорциональна сопротивлению переменного резистора. Диоды и постоянный резистор использовать не обязательно, цепочка предназначена для того, чтобы обеспечить точность и плавность регулировки мощности.

Простейший регулятор энергии

Первые разработки устройств, изменяющие подводимую к нагрузке мощность, были основаны на законе Ома: электрическая мощность равняется произведению тока на напряжение или произведению сопротивления на ток в квадрате. На этом принципе и сконструирован прибор, получивший название — реостат. Он располагается как последовательно, так и параллельно подключённой нагрузке. Изменяя его сопротивление, регулируется и мощность.

Ток, поступая на реостат, разделяется между ним и нагрузкой. При последовательном включении контролируются сила тока и напряжение, а при параллельном — только значение разности потенциалов. В зависимости от материала, из которого изготовлено сопротивление, реостаты могут быть:

• металлическими;
• жидкостными;
• угольными;
• керамическими.

Согласно закону сохранения энергии, забранная электрическая энергия не может просто исчезнуть, поэтому в резисторах мощность преобразуется в теплоту, и при большом её значении должна от них отводиться. Для обеспечения отвода используется охлаждение, которое выполняется с помощью обдува или погружением реостата в масло.

Реостат — довольно универсальное приспособление. Единственный, но существенный его минус — это выделение тепла, что не позволяет выполнить устройство с небольшими размерами при необходимости пропускать через него мощность большой величины. Управляя силой тока и напряжения, реостат часто используется в маломощных линиях бытовых приборов. Например, в аудиоаппаратуре для регулировки громкости. Выполнить такой регулятор тока своими руками совсем несложно, в большей мере это касается проволочного реостата.

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

С использованием современной элементной базы

Старые радиодетали хороши тем, что они «дубовые» в смысле надежности эксплуатации. Но они уже действительно старые. У многих временной ресурс на пределе и служат они далеко не так долго, как «свежие». Это первая проблема. И вторая — их все сложнее найти. Хорошо что есть уже много схем регуляторов паяльников на новой элементной базе. Некоторые из них простые, другие посложнее, используются различные виды современных радиодеталей.

Схема регулятора для паяльника без помех на микросхеме

Этот вариант простым не назовешь, но зато он не выдает в сеть помех. С наличием большого количества электроники в каждом доме это может быть важным. Если вы паяете лишь от случая к случаю — можно и не обращать на это внимания. Но вот если вы часто сидите с паяльником, помехи могут доставлять серьезные неудобства.

Регулировать данная схема может нагрузку до 2 кВт, обеспечивает плавное изменение от 0 до максимума.

Самодельный регулятор паяльника без помех

По элементной базе. Микросхема К561ЛА7 может быть заменена на К176ЛА7. Переменный резистор R1 — любой из группы А. Остальные резисторы — лучше МЛТ, конденсаторы C1, C3 — керамические. Диоды в схеме использованы КД503А, можно заменить КД514А и КД522А. ТАкже есть вариант замены транзистора КТ361В — на КТ326В или КТ361А.

На базе фазовых регуляторов мощности PR1500S

В этой схеме использован фазовый регулятор мощности. Кроме него, в регуляторе используется лишь пара деталей, так что времени на сборку надо минимум, ошибиться практически невозможно.

Регулятор температуры жала паяльника своими руками

Нужен будет только переменный резистор, можно с выключателем — тогда не надо будет паяльник вытаскивать из сети. Для устранения помех нужен будет конденсатор на 100 пФ, на 630 В, лучше специальный плёночный для фильтров. Единственное, с чем может возникнуть сложность — намотка дросселя, его параметры есть в таблице.

Параметры для намотки дросселя

Нужно будет кольцо из феррита с наружным диаметром 20 мм. Чем больше проницаемость феррита тем лучше. Данный фазовый регулятор может регулировать нагрузку до 1,5 кВт, так что выбирать можно любой их столбиков. Можно сделать с запасом, мало ли что потом захотите регулировать. Проволока естественно, медная лакированная, специально для намотки дросселей.

То, что получилось после сборки

При сборке для дросселя и фазового регулятора лучше сделать теплоотвод. Особенно он пригодится при работе с большими нагрузками. Для паяльника можно и обойтись, но мало ли что потом подключите и лучше собрать сразу с запасом прочности.

На оптосимисторе МОС204х/306х/308х

Схема обкатанная много раз и работает отлично без каких-либо проблем. Использовать желательно оптические симисторы указанных марок, так как они открываются в случае перехода напряжения через ноль

Состояние светодиода при этом неважно. Все другие работают по другому принципу, потому схему надо будет переделывать под них. Также в схеме присутствует биполярный таймер 555 серии

Найти его не проблема, цена нормальная.

Регулятор мощности паяльника на оптосимисторах

Все компоненты подобраны миниатюрных габаритов, чтобы в готовом виде плата вошла в корпус от зарядки мобильника. Номинал резистора R5 зависит от типа используемого светодиода. На красном падение напряжения 1,6-2 В, на зелёном 1,9-4 В, на жёлтом 2,1-2,2 В, на синем 2,5-3,7 В. Соответственно резистор подбирается в зависимости от фактических параметров.

С ШИМ-контроллером

Современная элементная база очень обширна, а одни и те же задачи можно решать по разному. Например, для регулятора мощности использовать ШИМ-контроллер. Для этой схемы подойдёт любая модель, работающая на частоте 0,5-1 Гц. Коммутирующий элемент полевой транзистор, его можно найти на старых материнских платах или купить. Его тип не указан, но подойдет любой n-канальный транзистор с напряжением не менее 12 В, током — 6 А и мощностью — 60 Вт.

Регулятор паяльника на ШИМ контроллере и полевом транзисторе

Светодиод VD3 необязательная часть схемы, но он мигает с разной частотой в зависимости от нагрева. Когда приноровишься, удобно ориентироваться и не надо смотреть на ручку регулятора. Но вообще, его из схемы можно безболезненно выкинуть

Обратите внимание: шины питания от микросхемы идут параллельно проводами, это минимизирует влияние более мощной нагрузки

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.

Фото симисторного регулятора мощности

Также рекомендуем просмотреть:

• Полировка фар своими руками
• Строительные леса своими руками
• Точилка для ножей своими руками
• Антенный усилитель
• Восстановление аккумулятора
• Мини паяльник
• Как сделать электрогитару
• Оплетка на руль
• Фонарик своими руками
• Как заточить нож для мясорубки
• Электрогенератор своими руками
• Солнечная батарея своими руками
• Течет смеситель
• Как выкрутить сломанный болт
• Зарядное устройство своими руками
• Схема металлоискателя
• Станок для сверления
• Нарезка пластиковых бутылок
• Аквариум в стене
• Врезка в трубу
• Стеллаж в гараж своими руками
• Фильтр низких частот
• Вечный фонарик
• Нож из напильника
• Усилитель звука своими руками
• Трос в оплетке
• Пескоструйный аппарат своими руками
• Генератор дыма
• Ветрогенератор своими руками
• Акустический выключатель
• Воскотопка своими руками
• Туристический топор
• Стельки с подогревом
• Паяльная паста
• Полка для инструмента
• Пресс из домкрата
• Золото из радиодеталей
• Штанга своими руками
• Как установить розетку
• Ночник своими руками
• Аудио передатчик
• Датчик влажности почвы
• Счетчик Гейгера
• Древесный уголь
• Wi-Fi антенна
• Электровелосипед своими руками
• Ремонт смесителя
• Индукционное отопление
• Стол из эпоксидной смолы
• Трещина на лобовом стекле
• Эпоксидная смола
• Как поменять кран под давлением
• Кристаллы в домашних условиях

Помогите проекту, поделитесь в соцсетях 😉

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%

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

Современные симисторы в регуляторах

Устаревший дизайн КУ208Г не всегда удобен для размещения в корпусе регулятора. Новая модель BT136 600E, у которой параметры включения и регулировки примерно такие же, позволит собрать более компактный симисторный регулятор мощности. С этой моделью из-за ее компактности получается значительно больше вариантов конструкции, из которых можно выбирать.

Симисторный регулятор мощности

Если самостоятельно изготавливается регулятор мощности, схема которого взята из какого-либо источника, обязательно сравните максимальные токи используемого ключа и нагрузки. В этих целях разделите паспортную мощность нагрузки на 220. Для надежной работы регулятора мощности на симисторе и не только полученное значение тока должно составлять 0,7 от номинального значения ключа, используемого в схеме. Поэтому для многих бытовых электроприборов КУ208Г окажется слабоват. Но его можно заменить более мощным, например ВТА 12.

Характеристики симистора BTA 12

Этот ключ со своими 12 амперами сможет надежно регулировать нагрузку до 1848 Вт с непродолжительным увеличением ее до 2000 Вт. Собранный регулятор мощности на симисторе этой модели, например, можно применить для управления электрическим чайником. Один из таких вариантов показан далее.

Регулятор на ключе-триаке BTA 12

При выборе схемы регулятора мощности

• коллекторного мотора постоянного тока,
• универсальных (тоже коллекторных) двигателей,
• пригодного для управления электродвигателя в каком-либо электрооборудовании,

рекомендуем обратить внимание на безопасность управления. Она обеспечивается гальванической развязкой в схеме регулятора

Ключ надежно развязывается от управляющего элемента, к которому прикасается пользователь. Для этого применяются схемотехнические решения с трансформаторами, а также оптронные электронные приборы. Примеры подобных схем показаны далее. В этих схемах управляющий элемент является частью контроллера.

Схемы работы симистора

Эффективный, надежный и безопасный регулятор мощности добавит многим вашим электроприборам новые потребительские свойства. За вами остается правильный выбор устройства при покупке или изготовление их без ошибок своими руками по выбранной схеме.

Модели переменного тока

Регулятор переменного тока отличается тем, что тиристоры в нем применяются только триодного типа. В свою очередь, транзисторы стандартно используются полевого вида. Конденсаторы в цепи применяются только для стабилизации. Встретить высокочастотные фильтры в устройствах данного типа можно, но редко. Проблемы с высокой температурой в моделях решаются за счет импульсного преобразователя. Устанавливается он в системе за модулятором. Низкочастотные фильтры используются в регуляторах с мощностью до 5 В. Управление по катоду в устройстве осуществляется за счет подавления входного напряжения.

Стабилизация тока в сети происходит плавно. Для того чтобы справляться с высокими нагрузками, в некоторых случаях применяются стабилитроны обратного направления. Соединяются они транзисторами при помощи дросселя. В данном случае регулятор тока должен быть способным выдерживать максимум нагрузкуи в 7 А. При этом уровень предельного сопротивления в системе обязан не превышать 9 Ом. В этом случае можно надеяться на быстрый процесс преобразования.

Как сделать регулятор мощности своими руками

Для сборки стабилизатора напряжения на симисторе для трансформатора понадобятся следующие компоненты:

• сам симистор и электронные компоненты: динистор, потенциометр, диоды, конденсатор и сопротивления;
• радиатор;
• изолирующая теплопередающая прокладка;
• пластиковый корпус;
• печатная плата;
• мультиметр;
• паяльник.

Стабилизатор-самоделка

Пошаговая инструкция, как собрать самодельный регулятор мощности:

1. Сперва необходимо определить некоторые характеристики устройства, для которого нужен регулятор: входное напряжение, силу тока, сколько фаз (3 или 1), а также, есть ли необходимость в точной настройке мощности на выходе.
2. Нужно определиться с типом прибора — цифровое или аналоговое. Можно смоделировать электрическую цепь посредством скачиваемых утилит, таких как CircuitMaker или Workbench, чтобы проверить, насколько выбранный тип будет подходить конкретной электросети. Также это можно сделать и онлайн.
3. После можно приступить к расчетам тепловыделения с использованием формулы: спад напряжения в регуляторе помножить на силу тока. Оба параметра должны быть указаны в спецификациях симистора. Ориентируясь на полученную с помощью формулы мощность, нужно выбрать радиатор.
4. Купить радиатор, электронные компоненты и печатную плату.
5. Осуществить разводку дорожек контактов и приготовить места, куда нужно устанавливать электронные компоненты, симистор и радиатор.
6. Закрепить при помощи паяльника все компоненты на печатной плате. В качестве альтернативы плате можно воспользоваться навесным монтажом с короткими проводами. Нужно внимательно следить за полярностью подключаемых компонентов: симистора и диодов.
7. Взять мультиметр и проверить сопротивление получившейся схемы. Полученное значение не должно отличаться от теоретического.
8. Скрепить симистор и радиатор, проложив между ними прокладку и заизолировав винт, которым они соединяются.
9. Полученную микросхему нужно поместить в корпус из пластика.
10. Поставить потенциометр на минимальное значение и попробовать включить. С помощью мультиметра замерить напряжение на выходе. Медленно поворачивать регулируемую ручку потенциометра, наблюдая за переменой напряжения.
11. Если схема будет работать так, как было задумано, то можно подсоединять нагрузку. В ином случае нужно отрегулировать мощность по-другому.

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.