Схемы регуляторов мощности на симисторе

Для коммутации нагрузки в силовой электронике вместо электромеханических реле
широко применяются твердотельные ключи. В цепях переменного тока удобно использовать
симметричные элементы – симисторы (триаки). С их помощью можно строить
регуляторы мощности для различных потребителей.

## Преимущества использования схемы на симисторе

Самое главное достоинство симисторов, как любых других полупроводниковых ключей –
отсутствие механических контактов и движущихся механических узлов. Это ведет:

- к надежности и долгому сроку службы;
- к минимизации износа;
- к отсутствию щелчков при коммутации.

Кроме того, ресурс полупроводниковых приборов при правильной эксплуатации
достаточно велик и не зависит от количества циклов включения-выключения.

Не обходится и без минусов. Так, для коммутации больших токов требуется радиатор,
что нивелирует плюс в виде малых габаритов и массы. Также к недостаткам надо отнести
низкую рабочую частоту, сдерживающую применение триаков в преобразовательных устройствах.

Существенным минусом можно считать и плохую работу при коммутации реактивной
(индуктивной и ёмкостной) нагрузки. Этот недостаток и способы его преодоления
будут разобраны далее при рассмотрении практических схем.

## Основные принципы работы регуляторов мощности на симисторе

Регуляторы мощности на симисторах можно разделить на две категории:

### Фазоимпульсное регулирование мощности

Строго говоря, полупроводниковый ключ запрется чуть раньше – когда ток силовой цепи
снизится ниже порога удержания. Поэтому момент закрывания зависит от мощности
нагрузки.

Существенным минусом реализации этого способа регулирования на практике является
резко несинусоидальная форма тока, потребляемого нагрузкой. Это ведет к генерации
импульсных помех.

### Циклический способ регулирования

При циклическом способе регулирования ключ включается и выключается в моменты
перехода сетевого напряжения через нулевое значение. Регулирование осуществляется
путем изменения числа целых полупериодов, в течение которых потребитель оказывается
запитан. Изменяя соотношение рабочих и пропущенных полупериодов, можно изменять
среднюю мощность, выделяемую на нагрузке.

Оба метода имеют общий недостаток – при питании малоинерционных приборов (например,
LED-светильников) становятся заметными паузы между включенным и выключенным
состоянием ключа. Чтобы избежать этого неприятного эффекта, регулировка яркости
свечения светодиодов производится методом широтно-импульсной модуляции, которую на
симисторах реализовать проблематично.

## Обзор популярных схем на симисторах

Эта схема является классическим вариантом простого регулятора мощности на принципе
фазоимпульсного управления. Управляющие импульсы формируются динистором VS1,
задержка относительно начала полупериода регулируется временем зарядки конденсатора
С1. Это время можно задавать, изменяя сопротивление потенциометра R1. В качестве
главного ключа применим любой симистор, лишь бы он был рассчитан на рабочее
напряжение и на мощность нагрузки.

Регулятор мощности на симисторе

Этот регулятор можно применить для паяльника (регулировать температуру жала), для лампы накаливания (регулировать яркость свечения) или для иной нагрузки, обладающей значительной тепловой инерцией. Для LED-ламп эта схема малопригодна, такое регулирование может привести к мерцанию. Пусть даже мерцание незаметно визуально, оно все равно будет присутствовать и приводить к чрезмерному утомлению глаз.

Улучшенный регулятор мощности

Чтобы избежать этого вредного эффекта, параллельно триаку ставят последовательную RC-цепочку (снаббер). Она ограничивает скорость нарастания напряжения между условным катодом и условным анодом.

Того же эффекта можно добиться, устанавливая параллельно главной цепи симистора варистор.

На рисунке приведена схема регулятора напряжения, более подходящего для индуктивной нагрузки. Она имеет лишь одно принципиальное отличие от предыдущего варианта. Параллельно главной цепи полупроводникового ключа подключена цепочка R5C3, задерживающая нарастание напряжения между условным катодом и условным анодом. Такая схема больше подходит для индуктивной нагрузки.

Улучшенная схема симисторного регулятора

Регулятор на микросхеме

Фазоимпульсное управление симистором можно осуществить и на микросхеме КР1182ПМ1. Эта микросхема используется для работы с симистором и требует минимального количества внешних элементов.

Микросхема содержит встроенные тиристоры, и для управления маломощной нагрузкой не нужен даже внешний симистор, но для увеличения мощности и расширении сферы применения регулятора все же надо установить дополнительный триак.

Регулятор мощности на КР1182ПМ1

Циклический регулятор мощности

Регулятор мощности, построенный по циклическому принципу

Недорогой регулятор мощности заводского изготовления

Китайский регулятор на симисторе

Все разобранные выше схемы можно изготовить самостоятельно, но, если желания и возможности нет, можно приобрести готовый китайский модуль (в специализированных магазинах или на интернет-площадках). При изучении его конструкции выяснилось, что он собран по стандартной схеме и оснащен снаббером в виде RC-цепочки R1C2.

Схема китайского регулятора

По результатам многочисленных испытаний выяснилось, что этот узел неплохо работает не только с нагревательной нагрузкой, но и может быть применен в качестве регулятора вращения коллекторных двигателей, например, пылесоса или вентилятора. Частоту вращения асинхронных электромоторов, к сожалению, изменять с помощью этого модуля не получится.

Производители заявляют, что с помощью этого прибора можно управлять нагрузкой мощностью до 2 кВт (ток через ключевой элемент до 5 ампер). На практике уже при нагрузке в 1 кВт симистор модуля заметно греется. Проблема в том, что ключ оснащен очень маленьким теплоотводом. В качестве способа решения проблемы можно попробовать заменить штатный теплоотвод на радиатор с большей площадью.

Необходимые компоненты

Для сборки регулятора температуры паяльника на симисторе вам понадобятся следующие детали:

• Симистор
• Динистор
• Переменный резистор
• Подстроечный резистор
• Трансформатор
• Розетка для паяльника
• Корпус для монтажа

Монтаж в корпусе

Поскольку устройство работает с сетевым напряжением 220 вольт, все его детали необходимо монтировать в пластиковом корпусе, исключающем прикосновение к деталям.

Переменный резистор должен иметь удлиненную ось, выведенную наружу через корпус, и на нее следует надеть пластиковую ручку для удобного управления.

Розетку для паяльника нужно также надежно установить на корпусе, чтобы предотвратить падение проводов.

Принцип работы

Динистор и симистор в схеме обеспечивают регулировку напряжения, а соответственно и температуры паяльника. Динистор начинает проводить ток только после превышения определенного напряжения пробоя, что позволяет контролировать нагрев жала.

Симистор управляется импульсами напряжения и переводится в проводящее состояние для регулировки тока в цепи.

Использование

Собранный регулятор температуры паяльника позволяет изменять температуру от минимума до максимального значения. Для быстрого прогрева паяльника можно подавать полное напряжение и уменьшать его по мере разогрева инструмента.

Структура данной схемы обеспечивает надежную и безопасную работу паяльника, что позволит сохранить его в хорошем состоянии на долгие годы.

## Регулятор температуры паяльника

На схеме S1 — переключатель на 5 положений, в качестве гасящих элементов взяты конденсаторы. Конденсатор обладает определенной реактивной составляющей сопротивления, гася часть напряжения и предотвращая перегрев паяльника. Конденсаторы на схеме взяты на 400 В.

Номинал конденсаторов выбран исходя из мощности паяльника 40 Вт, подобран экспериментально. Последовательность включения разработана для быстрого нагрева на начальном этапе работы, с последующим уменьшением напряжения по мере необходимости.

## Устройство и принцип работы

Схема проста и надежна. Выполнена в виде небольшой приставки. Регулятор имеет два индикатора: индикатор мощности и индикатор включенного регулятора. Регулятор позволяет регулировать температуру паяльника на различных уровнях.

## Пример использования

Паяльник можно использовать не только для пайки, но и для экспериментов с лампочкой накаливания на 60 Вт. Меняя положение переключателя, можно регулировать яркость лампочки.

## Регулятор температуры паяльника на транзисторах

Все резисторы SMD типоразмером 1206 установлены на плату. Для увеличения мощности и допустимого напряжения резисторы R9 и R8 составлены из последовательно соединенных резисторов. Схема содержит мультивибратор, детектор нуля, работающий на одной полуволне и параметрический стабилизатор. Тиристор применен чувствительный с малым током удержания.

## Регулятор температуры паяльника на микросхеме

Данный регулятор выполнен на микросхеме КР1182ПМ1.

## Очистка жала паяльника

Чтобы очистить жало паяльника, можно провести его по наждачной бумаге или стереть окалину с жала тряпкой.

## Регулятор температуры паяльника своими руками

Есть возможность создать регулятор температуры паяльника самостоятельно. Смотрите видео по инструкции.

![Паяльник](https://ra4nal.ontvtime.ru/images/img2/pajalnik_400.jpg)

В течение 2023 года у меня сгорело два паяльника. Пришлось покупать третий. Раньше паяльники служили как минимум несколько лет, поэтому я озадачился — в чем же причина их такой короткой жизни сейчас. В инструкции написано, что рабочая температура жала вновь приобретенного паяльника 420 градусов. Может быть дело в экологии и подразумевается, что радиолюбители будут использовать безсвинцовые тугоплавкие припои. Однако радиолюбителей уже пора заносить в Красную книгу, как вымирающий класс. Так что никакого ощутимого вреда окружающей среде они нанести не могут, с этой точки зрения охотники в гораздо большей степени вредят экологии. Подозреваю, что главная причина повышенной рабочей температуры современных паяльников – это экономия материала нагревательного элемента. Если намотать меньше нихрома, он будет сильнее греться, да и срок службы паяльника сократится. Так что получаем сразу два плюса для производителя – меньше затраты на производство и меньше срок службы.

При ручном изготовлении электронных схем гораздо разумнее использовать классический припой ПОС-60 с температурой плавления 190 градусов. С ним проще работать и риск повреждения компонентов при пайке минимален. Но рабочая температура жала у моего вновь приобретенного паяльника гораздо выше температуры плавления такого припоя. Из-за этого жало сильно обгорает, расплавленный припой покрывается пленкой окислов, а канифольный флюс плохо выполняет свои функции. Напрашивается вывод – нужна паяльная станция. Под этим громким названием обычно подразумевается паяльник с возможностью регулировки и индикацией температуры жала.

Для измерения температуры в паяльник должен быть вмонтирован термодатчик. Это существенно повышает стоимость, но не дает каких-то особых преимуществ, ведь без индикатора температуры вполне можно обойтись, просто нанеся риски на регулятор мощности. Зачем вам знать температуру с точностью до градуса – лишь бы припой плавился и флюс не выгорал. Так что вместо паяльной станции вполне можно ограничиться приобретением регулятора напряжения или диммера. А оставшиеся деньги потратить на что-то более нужное в хозяйстве радиолюбителя, например, приобрести измеритель ESR, генератор сигналов, осциллограф и т.д. и т.п.

Ну а при выборе паяльника следует обратить внимание на то, чтобы в его конструкцию была заложена возможность использовать сменные жала. Обычно это видно по наличию винтика для крепления жала в корпусе нагревательного элемента. Причем жало должно представлять из себя обычный медный пруток диаметром около 4 мм, а не какую-то фигурную форму. В комплекте с паяльником можно сразу приобрести несколько таких прутков и по разному их заточить на все случаи жизни. Имейте в виду, что специальные жала для паяльников со светлым покрытием, наверняка попадутся не медные, а латунные. А латунь, после того, как покрытие разрушится, будет обгорать и окисляться в разы быстрее меди.

Терморегуляторы для паяльников известны давно, можно найти множество схем. Нагрузка чисто активная, мощность небольшая, так что подойдет классический тиристорный регулятор напряжения, который легко сделать своими руками. Поэтому я не стал искать в магазинах диммер, а решил сделать простое и малогабаритное устройство для регулировки температуры жала паяльника. Тут все уже придумано до нас. Мне понравилась идея Алексея Кузьминова, который опубликовал свою схему регулятора в журнале «Современная электроника» №2 за 2014г. Новое — это хорошо забытое старое, автор идеи умудрился запихнуть всю схему в сетевую вилку паяльника.

Я решил, что такая миниатюризация не обязательна. Кроме того, хотелось иметь возможность использовать регулятор не с одним единственным паяльником. Так что я решил использовать корпус от старого зарядного устройства для телефона. Вот все необходимые для изготовления терморегулятора детали.

Большая их часть наверняка найдется в "ящике с хламом", который есть у каждого радиолюбителя. Приобрести придется, разве что симистор, его стоимость на конец 2023 года – около 0,1 $. Схема регулятора предельно простая, но в ней заложены два "know how". Во-первых, симистор типа MAC97A8 в миниатюрном корпусе TO-92, во-вторых, неоновая лампочка в качестве порогового элемента. Эта лампочка также служит индикатором включения.

Все детали монтируются в корпусе навесным монтажом на выводах переменного резистора и гнезда для нагрузки. Лучше, если удастся найти разборный корпус. У меня такого не нашлось. Как видно из фотографии в начале странички, пришлось склеить половинки корпуса термоклеем. Не эстетично? Зато дешево, надежно и практично. Около неоновой лампочки должно быть отверстие, закрытое прозрачным материалом (ну, хотя бы скотчем). Получается конструкция даже не выходного дня, а субботнего вечера. Более подробно схема и авторская конструкция этого регулятора температуры описаны в первоисточнике, ссылка ниже.

КУ202Н REGULATOR FOR SOLDERING IRON.

КУ202Н REGULATOR FOR SOLDERING IRON Komitart project

Приветствую, друзья. Небольшое предисловие. Купил как то на Али 60W паяльник без регулятора температуры, пробовал им поработать, но канифоль горит практически моментально, жало обгорает, ещё толком им не работал а жало бы уже хотелось поставить новое, ну, в общем работать таким паялом совсем не по кайфу, задумался о том, как бы к нему привинтить какой-нибудь не сложный регулятор мощности, с этого всё и закрутилось.

В этой статье привожу свой вариант печатной платы регулятора мощности паяльника, реализованного на отечественном тиристоре КУ202Н. Схема не новая, она есть на многих сайтах, правда с платами там плачевно. Этот простейший вариант под силу собрать и новичку, но всё же считаю нужным предупредить, будьте предельно аккуратны и осторожны, на плате присутствует переменное напряжение 220 Вольт, не тыкайте пальцами в плату когда она подключена к сети, это весьма !!! ОПАСНО !!! Ну а теперь давайте посмотрим на принципиальную схему:

КУ202Н Regulator for soldering iron schematic

Файл LAY6 имеет две вкладки, на первой плата с транзисторами КТ315 и КТ361, на второй с транзисторами КТ502 и КТ503, так же на втором варианте можно ставить и КТ3102/КТ3107, расположение выводов у них такое же. Платы обе односторонние, размер 54 х 37 mm, ниже показан вид LAY6 формата первого варианта:

КТ315_КТ361 REGULATOR FOR SOLDERING IRON Komitart LAY6 foto

Передняя часть платы крепится к корпусу посредством переменного резистора, в задней части платы имеются сверления для крепления к шасси через стойки.

Список элементов схемы регулятора:

— VT1 — КТ361, КТ502, КТ3107 — 1 шт.- VT2 — КТ315, КТ503, КТ3102 — 1 шт.- VS1 — тиристор КУ202H — 1 шт.- VD1 — стабилитрон 1N4740 (zener 10V корпус DO-41) — 1 шт.- VD2 — диод 1N4004, 1N4007, 1N5404, 1N5405, 1N5406, 1N5407, 1N5408 — 1 шт.- VR1 — переменный резистор B100k (линейный) — 1 шт.- R1 — резистор 3k3 / 0,25W — 1 шт.- R2, R3 — резистор 2k2 / 0,25W — 2 шт.- R4 — резистор 30k / 2W — 1 шт.- R5 — резистор 100R / 0,25W — 1 шт.- C1 — конденсатор 100nF/50V — 1 шт.- Клеммник 2 Pin 5 mm — 2 шт. (можно и без них)

И снова приветствую вас, друзья. Сегодня я решил дополнить эту статью ещё одной платой регулятора, по сути это та же схема на тиристоре и двух транзисторах разной проводимости, только вместо диода, установленного параллельно тиристору, и постоянно пропускающего один полупериод сетевого напряжения на нагрузку, установлен диодный мост, выглядит принципиальная схема так:

KU202H Regulator for soldering iron version 2 schematic

KU202H_КТ502_КТ503 REGULATOR FOR SOLDERING IRON Komitart LAY6 foto

И в этом же файле LAY6 в третьей вкладке я нарисовал плату с применением диодного моста вместо диода, и с транзисторами КТ315 и КТ361. Лейка стала выглядеть так:

КУ202Н Regulator for soldering iron with diode bridge Komitart LAY6 foto

На макетке были опробованы разные варианты этой схемы с разными транзисторами, разными стабилитронами, разными тиристорами, в принципе всё работает адекватно. Если вас устроит регулировка от 50 до 100% (например для паяльника), можете собрать вариант с диодом, у меня же была цель собрать более универсальный регулятор с расширенным диапазоном регулировки, поэтому я остановился на варианте с диодным мостом. Опробование проводил на лампу 60 Ватт, предел регулирования составил от 10 до 100%, никаких нюансов сборки нет, если схема собрана из исправных элементов в наладке устройство не нуждается. Опробованные стабилитроны — импортные стекляшки 1N4740A на напряжение 10 Вольт, отечественные Д818Е на 9 Вольт, и Д814В. Тут хочу обратить ваше внимание, на плате варианта 3 применен макрос стабилитрона Д814, и если вы будете ставить Д818, то не забудьте развернуть корпус на 180 градусов, потому что по сравнению с 814 выводы у него противоположны (толстый вывод это анод). Ниже на фото отчетливо видна маркировка:

Далее на фото показана собранная плата регулятора по третьему варианту, осталось найти для неё какой-нибудь небольшой подходящий корпус.

КУ202Н регулятор мощности плата в сборе фото

На этом всё. Удачного повторения. Размер архива — 0,3 Mb.

!!!!!! АХТУНГ — АХТУНГ !!!!!!На плате имеются элементы, находящиеся по сетевым переменным напряжением 220V. Будьте предельно внимательны и аккуратны !!!

При длительном включении паяльник перегревается. Для предотвращения такой ситуации при использовании паяльника на 36 В мощностью от 40 до 100 Вт авторы используют регулятор температуры, описание которого представлено в этой статье. Устройство настолько просто, что может быть повторено даже начинающими радиолюбителями.

Основой регулятора является ассиметричный регулируемый генератор, хорошо себя зарекомендовавший в дргих конструкциях. Как видно из схемы (рис.1), симистор VS1 управляется реле К1, а его нагрузкой является подключенный на выход устройства паяльник на 36 В. Необходимая температура задается резистором 131 (тип СПЗ-9А), а индикатором заданной температуры является светодиод НL1.

Схема не требует наладки. При монтаже симистор необходимо разместить так, чтобы нагрузка была подключена к его корпусу. При этом для охлаждения желательно установить его на радиатор.

Для предотвращения перегорания паяльника при случайном включении его в сеть 220 В необходимо в разрыв провода впаять предохранитель на 1-3 А, в зависимости от мощности паяльника.

«Радиоаматор» №1 2013