Регуляторы тока вторичной обмотки

Другие простые варианты регулировки напряжения в первичке

Кроме тиристорных и симисторных регуляторов есть другие способы управления зарядным током в первичной обмотке трансформатора:

Переключением выводов первичной обмотки. Недостаток в том, что эти вывода необходимо делать при намотке катушек.
Подключением зарядного аппарата после ЛАТРА (лабораторного автотрансформатора). Его мощность должна быть не менее 160Вт.
Переменным сопротивлением, подключаемым последовательно с трансформатором. Его параметры приблизительно 50-100Ом, мощностью 50Вт и зависят от конкретного зарядного.

Несмотря на появление современных зарядных устройств, аппараты с обычными трансформаторами есть у многих владельцев автомобилей, и регулировка аппарата по первичной обмотке позволяет обойтись без мощных тиристоров или добавочных сопротивлений.

. Предлагаемая универсальная конструкция предназначена для зарядки кислотных 12-ти и 6-ти вольтовых аккумуляторов и в состоянии обеспечить зарядный ток до 5-6 А. Регулировка тока – плавная. В отличие от распространенных схем, в этой конструкции управляющий элемент (тиристор VS1) включен в цепь первичной обмотки, что значительно уменьшило рассеиваемую на нем мощность и позволило обойтись без установки тиристора на радиатор. Схема контроля, собранная на стрелочном приборе PA1, тоже достаточно экономична, поскольку не имеет мощного шунта, включаемого обычно во вторичную цепь. Взглянем на принципиальную схему зарядного устройства.

Поскольку в качестве управляющего элемента служит тиристор, который не может работать с переменным током, его пришлось включить в диагональ моста, собранного на диодах VD1 – VD4. Регулировка тока через первичную обмотку (а значит, и зарядного тока) производится изменением угла открывания тиристора — за этим следит узел управления, собранный на однопереходном транзисторе VT1.

При изменении сопротивления переменного резистора R6, изменяется и время зарядки конденсатора С1. Чем дольше заряжается конденсатор, тем позже откроется транзистор, а значит и тиристор, после начала периода сетевого напряжения. Таким образом, ток через первичную обмотку трансформатора Т1 можно плавно регулировать от 0 до практически 100%. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора при этом будет изменяться от 0 до 18 — 20 В, что и вызовет изменение зарядного тока аккумулятора.

Контролируют величину зарядного тока косвенно, измеряя ток через первичную обмотку при помощи стрелочного прибора PA1, включенного через балластный резистор R2 и зашунтированного двухваттным резистором R1. Лампа HL1 является индикаторной.

В конструкции кроме указанных на схеме могут быть использованы диоды Д231 – Д234, Д245, Д247 с любым буквенным индексом, КД202 с буквами К, М, Р. Устанавливать на радиаторы их не нужно. В качестве VS1 будут работать тиристоры КУ201К,Л, КУ202К,Л,М,Н. Радиатор тиристору тоже не нужен. Во вторичной цепи (на месте VD5 – VD8) кроме указанных на схеме будут работать Д231 – Д233 без буквенного индекса или с буквой А. Их придется установить на радиаторы площадью поверхности не менее 30 см. кв. каждый, (если диоды германиевые – Д305), или 100 см. кв., если кремниевые.

Конденсатор С1 должен быть с минимальным температурным коэффициентом емкости, к примеру, типа К73-17, К73-24. В противном случае при прогреве устройства зарядный ток будет «уходить». В качестве Т1 подойдет любой сетевой трансформатор мощностью не менее 150 Вт, способный отдать со вторичной обмотки напряжение 18-20 В при токе до 6-7 А. Очень удобно для этих целей использовать типовые трансформаторы ТН или ТАН, характеристики которых можно посмотреть в нашем справочнике по трансформаторам. В качестве измерительного прибора PA1 можно использовать любой микроамперметр с током полного отклонения 100 мкА.

Регулировка устройства сводится к подбору номинала резистора R2 для калибровки прибора PA1 с одновременным контролем зарядного тока. Единственный, пожалуй, недостаток такого зарядного устройства – наличие сетевого напряжения на схеме управления, поэтому в целях безопасности на резистор R6 нужно надеть ручку из изоляционного материала.

А.Н. Евсеев «Электронные устройства для дома», 1994 г.

Внимание! Конструкция имеет бестрансформаторное питание, поэтому во время работы на всех ее элементах присутствует опасное для жизни напряжение. Перед любой перепайкой или изменением схемы обязательно отключайте конструкцию от сети!

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.

Вам это будет интересно Выбор электросчетчика

Что представляет собой симистор

У тиристора есть недостаток, усложняющий его применение в сети переменного тока – он пропускает через себя только одну полуволну и на выходе вместо переменного напряжения получается постоянное пульсирующее. Поэтому эти приборы используются парами или вместе с диодным мостом. От этого недостатка свободен симистор.

Симистор внешне похож на тиристор. Также, как и тиристор, он открывается импульсом тока, протекающего через управляющий электрод, но этот прибор пропускает через себя обе полуволны и способен работать в сети переменного тока.

Принципиальная схема симисторного регулятора тока для активной и индуктивной нагрузки Устройство симисторного регулятора аналогично тиристорному. Отличие в том, что симистор управляет обоими полярностями и поэтому нет необходимости использовать диодный мост или встречно-параллельное включение элементов.

Кроме того, для симистора не имеет значение полярность управляющего напряжения, что позволяет упростить схему импульсного управления.

Механизм взаимодействия диммера и трансформатора

Как работает диммер легко понять, если присмотреться к конститутивным особенностям кругового механизма

По схеме подачи электроэнергии важно, что он потребляет минимальную мощность, кпд высокое. Функционал:

подача рабочего напряжения;
зарядка конденсатора;
смещение рабочих фаз;
получение сигнала напряжения;
открытие полупроводника; снижение сопротивления;
появление света;
распределение тока;
смещение напряжения — при частоте около 100 Гц будет мерцать.

Регулировать подачу напряжения может пользователь. Он выбирает показатели сам, плавно перемещая головку диммера. Подключение проводят через лампочки, в двух местах внизу конструкции.

Регулятор тока сварочного аппарата

Предлагаемое устройство предназначено для управления сварочным аппаратом при помощи мощного симистора ТС132-40, включенного в первичную обмотку трансформатора. При разработке данного устройства основной акцент делался на высокую надежность и стабильность работы в широком диапазоне как питающих напряжений, так и климатических условий.

Рисунок 1

Схема устройства представлена на рис. 1, его основой является микросхема КР1114ЕУ4А (импортный аналог TL494 и др.), применяемая в импульсных источниках питания с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) и двухтактным выходным каскадом. Диапазон питающего напряжения микросхемы — 7…40В. На элементах R2—R4 VT1 VT2 собран детектор перехода сетевого напряжения через нуль, используемый для синхронизации модулятора микросхемы. Работает он следующим образом. Переменное напряжение с понижающего трансформатора после выпрямления диодным мостом VD1 через резистор R2 поступает на базу транзистора VT1, вследствие чего этот транзистор закрывается только в моменты перехода сетевого напряжения через нуль. В моменты, когда транзистор VT1 закрывается, импульсы высокого уровня с резистора R4 поступают на базу транзистора VT2, открывая его. Синхронизирующие импульсы отрицательной полярности с коллектора VT2 поступают на конденсатор СЗ внутреннего генератора пилообразного напряжения микросхемы, разряжая его в конце каждого полупериода сетевого напряжения. Микросхема работает в режиме двухтактного выхода, когда поочередно открываются внутренние выходные транзисторы микросхемы, включенные параллельно. С эмиттеров транзисторов ШИМ сигнал поступает на RC-цепочку R7C5R8R9 для формирования коротких (около 100 мкс) импульсов, открывающих транзистор VT3. Импульсы с его коллектора через трансформатор Т1 используются для непосредственного управления симистором. Напряжение регулировки с резистора R1 через помехоподавляющую цепочку R5C2 поступает на один из входов управления микросхемы.

Рисунок 2

Если в устройстве использовать импульсный трансформатор, имеющий в своем составе три одинаковые обмотки, то при небольшом изменении схемы (рис. 2) возможно его применение для управления сварочным аппаратом с выходным тринисторным мостом.

Резистор R10 на рис. 1 и резисторы R10, R12 на рис. 2 используются в качестве предохранителей, защищающих импульсный трансформатор при неверном включении тиристоров.

Конденсаторы С1, С2, С4, С5 применимы любого типа, СЗ — импортный пленочный. Диоды можно использовать любые рассчитанные на импульсный ток не менее 300 мА. При самостоятельном изготовлении трансформатора Т1 потребуется кольцо типоразмера К16x10x4 из феррита 2000НМ, обмоточный провод диаметром 0,12 мм и фторопластовая лента толщиной 50 мкм. Фторопластовая лента нарезается на ленты шириной 6 мм и длиной около 200 мм, на конец ленты приклеивается небольшой кусочек липкой ленты для начального закрепления на ферритовом кольце и наматывается два слоя, конец ленты также необходимо закреплять кусочком скотча. Далее наматываются обмотки, состоящие из 100 витков указанного провода каждая, все обмотки необходимо изолировать друг от друга двумя слоями фторопластовой ленты. После намотки всех обмоток необходимо изолировать трансформатор, для этого используется коробочка от рыболовных крючков внутренним диаметром 25 мм и высотой 12 мм, куда помещается трансформатор и заливается эпоксидной смолой.

Принцип работы

Вольтодобавочные трансформаторы имеют одну обмотку, включенную последовательно с линией, в которой регулируется напряжение. Эта обмотка питается от регулировочного (питающего) трансформатора, а первичная обмотка последнего – от сети или постороннего источника тока. В зависимости от схемы соединения обмоток вольтодобавочные трансформаторы могут создавать добавочную ЭДС, сдвинутую по фазе относительно основного напряжения или совпадающую с ним. На рис. 2 изображена принципиальная схема включения вольтодобавочного трансформатора.

Рисунок 2 – Принципиальная схема включения вольтодобавочного трансформатора

основной трансформатор
последовательный трансформатор
регулировочный трансформатор

Регулирование напряжением

Регулирование скорости этим способом связано с изменением, так называемого, скольжения двигателя — разностью между скоростью вращения магнитного поля, создаваемого неподвижным статором двигателя и его движущимся ротором:

n1 — скорость вращения магнитного поля

n2— скорость вращения ротора

При этом обязательно выделяется энергия скольжения — из-за чего сильнее нагреваются обмотки двигателя.

Данный способ имеет небольшой диапазон регулирования, примерно 2:1, а также может осуществляться только вниз — то есть, снижением питающего напряжения.

При регулировании скорости таким способом необходимо устанавливать двигатели завышенной мощности.

Но несмотря на это, этот способ используется довольно часто для двигателей небольшой мощности с вентиляторной нагрузкой.

На практике для этого применяют различные схемы регуляторов.

Автотрансформаторное регулирование напряжения

Автотрансформатор — это обычный трансформатор, но с одной обмоткой и с отводами от части витков. При этом нет гальванической развязки от сети, но она в данном случае и не нужна, поэтому получается экономия из-за отсутствия вторичной обмотки.

На схеме изображён автотрансформатор T1, переключатель SW1, на который приходят отводы с разным напряжением, и двигатель М1.

Регулировка получается ступенчатой, обычно используют не более 5 ступеней регулирования.

Преимущества данной схемы:

неискажённая форма выходного напряжения (чистая синусоида)
хорошая перегрузочная способность трансформатора

Недостатки:

большая масса и габариты трансформатора (зависят от мощности нагрузочного мотора)
все недостатки присущие регулировке напряжением

Тиристорный регулятор оборотов двигателя

В данной схеме используются ключи — два тиристора, включённых встречно-параллельно (напряжение переменное, поэтому каждый тиристор пропускает свою полуволну напряжения) или симистор.

Схема управления регулирует момент открытия и закрытия тиристоров относительно фазового перехода через ноль, соответственно «отрезается» кусок вначале или, реже в конце волны напряжения.

Таким образом изменяется среднеквадратичное значение напряжения.

Данная схема довольно широко используется для регулирования активной нагрузки — ламп накаливания и всевозможных нагревательных приборов (так называемые диммеры).

Ещё один способ регулирования — пропуск полупериодов волны напряжения, но при частоте в сети 50 Гц для двигателя это будет заметно — шумы и рывки при работе.

Виды двигателей и принцип работы

Двигатели делятся на три типа: коллекторный, асинхронный и бесколлекторный. В большинстве электроинструментов стоит первый тип. Этот электродвигатель имеет довольно компактный размер. Его мощность значительно выше, чем у асинхронного, а цена довольно низкая. Что касается асинхронных, то этот тип в основном используется в металлообрабатывающей отрасли, а также широкое распространение они получили в угледобывающих шахтах. Довольно редко их можно встретить в быту.

Бесколлекторный электродвигатель используется там, где нужны большие обороты, точное позиционирование и малые размеры. Например, в различной медицинской технике, авиамоделировании. Принцип работы довольно прост. Если рамку прямоугольной формы, которая имеет ось вращения, поместить между плюсами постоянного магнита, то она начнет вращаться. Направление зависит от направления тока в рамке. В составе этого типа присутствуют якорь и статор. Якорь вращается, а статор стоит неподвижно. Как правило, на якоре стоит не одна рамка, а 4,5 или более.

Асинхронный двигатель работает по другому принципу. Благодаря эффекту переменного магнитного поля в статорных катушках он приводится во вращение. Если углубиться в курс физики, то можно вспомнить, что вокруг проводника, через который проходит ток, создается своеобразное магнитное поле, заставляющее вращаться ротор.

На рисунке отчетливо видно, что для перемещения ротора нужно выполнить необходимую коммутацию, но и регулировать обороты не представляется возможным. Тем не менее бесколлекторный двигатель может очень быстро набирать обороты.

Измерение сварочного тока

После того как вы изготовили и настроили регулятор, его можно использовать в работе. Для этого вам нужен еще один прибор, который будет измерять сварочный ток. К сожалению, не получится использовать бытовые амперметры, поскольку они не способны работать с полуавтоматами мощностью более 200 ампер. Поэтому рекомендуем использовать токоизмерительные клещи. Это относительно недорогой и точный способ узнать значение тока, управление клещами понятное и простое.

Так называемые «клещи» в верхней части прибора охватывают провод и измеряют ток. На корпусе прибора находится переключатель пределов измерения тока. В зависимости от модели и цены разные производители изготавливают токоизмерительные клещи, способные работать в диапазоне от 100 до 500 ампер. Выберите прибор, характеристики которого совпадают с вашим сварочным аппаратом.

Токоизмерительные клещи — это отличный выбор, если нужно оперативно измерить значение тока, при этом не влияя на цепь и не подключая в нее дополнительные элементы. Но есть один недостаток: клещи абсолютно бесполезны при измерении значения постоянного тока. Дело в том, что постоянный ток не создает переменное электромагнитное поле, поэтому прибор просто не видит его. Но в работе с переменным током такой прибор оправдывает все ожидания.

Есть другой способ измерения тока, он более радикальный. Можно добавить в цепь вашего сварочного полуавтомата промышленный амперметр, способный измерять большие значения тока. Еще можно просто временно добавлять амперметр в разрыв цепи сварочных проводов. Слева вы можете видеть схему такого амперметра, по которой можете его собрать.

Это дешевый и эффективный способ измерения тока, но использование амперметра в сварочных аппаратах тоже имеет свои особенности. В цепь добавляется не сам амперметр, а его резистор или шунт, при этом стрелочный индикатор должен параллельно подключаться к резистору или шунту. Если не соблюдать эту последовательность, прибор в лучшем случае просто не будет работать.

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.

От чего зависит параметр

Чтобы правильно подобрать величину тока для сварки, необходимо учесть ряд факторов. Для понимания их роли каждый следует рассмотреть подробно.

Толщина электрода

Наиболее важный критерий. С увеличением диаметра расходника ампераж возрастает. Среднее соотношение — 30 А на 1 мм.

Толщина электрода влияет на величину тока для сварки.

На упаковке с расходниками рекомендуемый ток указывают в виде диапазона, например, 80-120 А. Точное значение мастер подбирает опытным путем.

Толщина листа металла

Данный показатель влияет на выбор расходника. С увеличением толщины металла диаметр стержня возрастает. Соответственно увеличивается и ампераж. Это объясняется тем, что для плавления кромок массивных заготовок требуется больше тепла.

Необходимо принимать во внимание фактический размер детали. Если кромки подвергались разделке, т.е

с них срезали фаски, то их толщина в зоне стыка будет меньше. Соответственно снижают и силу тока.

Характеристики шва

Различают 2 способа сварки:

Однопроходный.
Многослойный.

Второй тип применяется для соединения деталей большой толщины. В каждом слое используют свой диаметр расходника и ампераж. Корневую часть варят электродом 3 мм, затем применяют более толстые стержни.

На выбор силы тока влияние оказывает пространственное положение шва. В зависимости от этого используется рекомендуемая производителем величина:

Нижнее — 100% рекомендуемой производителем величины.
Вертикальное — 85-90%.
Потолочное — 75%.

На выбор силы тока влияет положение шва. В последнем случае применяют расходники диаметром не более 4 мм.

Полярность тока

При сварке на постоянном токе различают 2 вида полярности:

1 Прямая. Отрицательный полюс источника подсоединяют к расходнику.

2 Обратная. «Минус» подключают к одной из заготовок.

Практические примеры для повторения

Наибольшей популярностью среди радиолюбителей пользуются схемы, предназначенные для управления яркостью светильника и изменения мощности паяльника. Такие схемы просты для повторения и могут собираться без использования печатных плат простым навесным монтажом.

Схемы, выполненные самостоятельно, ничем не уступают по работоспособности заводским, так как не требуют настроек и при исправных радиодеталях сразу готовы к использованию. В случае отсутствия возможности или желания изготовить прибор своими руками с «нуля», можно приобрести наборы для самостоятельного изготовления. Такие комплекты содержат все необходимые радиоэлементы, печатную плату и схему с инструкцией по сборке.

Доминирующая схема

Такой прибор проще всего собрать на тиристоре. Работа схемы основана на способности открывания тиристора при прохождении входной синусоиды через ноль, в результате чего сигнал обрезается, и величина напряжения на нагрузке изменяется.

Схема для повторения тиристорного регулятора мощности построена на использовании тиристора VS1, в качестве которого используется КУ202Н. Это радиоэлемент изготавливается из кремния и имеет структуру p-n-p типа. Применяется в качестве симметричного переключателя сигналов средней мощности и коммутации силовых цепей на переменном токе.

При подаче напряжения 220в входной сигнал выпрямляется и поступает на конденсатор C1. Как только значение падения напряжения на C1 сравняется с величиной разности потенциалов, в точке между сопротивлениями R3 и R4 биполярные транзисторы VT1 и VT2 открываются. Уровень напряжения ограничивается стабилитроном VD1. Сигнал поступает на управляющий вывод КУ202Н, а конденсатор C1 разряжается. При возникновении сигнала на управляющем выводе тиристор отпирается. Как только конденсатор разрядится, VT1 и VT2 закрываются, соответственно запирается и тиристор. При следующем полупериоде входного сигнала всё повторяется вновь.

Такой регулятор возможно использовать не только как диммер, но и для управления мощностью коллекторного двигателя. Доминирующая схема может работать при токах до 10 ампер, эта величина напрямую зависит от характеристик используемого тиристора, при этом он обязательно устанавливается на радиатор.

Контроллер нагрева паяльника

Управление мощностью паяльника не только положительно сказывается на сроке его службы, предотвращая жало и внутренние его элементы от перегревания, но и позволяет выпаивать радиоэлементы, критичные к температуре устройства.

Приборы для контроля температуры паяльника выпускаются давно. Одним из его видов был отечественный прибор, выпускающийся под названием «Добавочное устройство для электропаяльника типа П223». Он позволял подключать низковольтный паяльник к сети 220В.

Проще всего выполняется регулятор для паяльника с применением симистора КУ208Г.

Силовые контакты подключаются последовательно к нагрузке. Поэтому ток, протекающий через симистор, совпадает с током нагрузки. Для управления ключевым режимом применяется динистор VS2. Конденсатор C1 заряжается через резисторы: R1 и R2. Индикация работы организовывается под средством VD1 и светодиода LED. Из-за того, что для изменения напряжения на конденсаторе требуется время, образуется сдвиг фаз между сетевым и конденсаторным напряжением. Изменяя величину сопротивления R2, регулируется величина фазового сдвига. Чем дольше конденсатор заряжается, тем меньше находится в открытом состоянии симистор, а значит и значение мощности ниже.

Такой регулятор рассчитан на подключение нагрузки с мощностью до 300 ватт. При использовании паяльника с мощностью более 100 ватт симистор следует устанавливать на радиатор. Изготовленная плата с лёгкостью помещается на текстолите размером 25х30 мм и свободно размещается во внутренней сетевой розетке.

В электрических схемах для изменения уровня выходного сигнала используется регулятор напряжения. Основное его назначение — изменять подаваемую на нагрузку мощность. C помощью устройства управляют оборотами электродвигателей, уровнем освещённости, громкостью звука, нагревом приборов. В радиомагазинах можно приобрести готовое изделие, но несложно изготовить регулятор напряжения своими руками.