Пристрій паяльника: схема і принцип роботи

Електрична схема паяльника

Схема паяльника досить проста, вона включає в себе декількох основних елементів: вилка, спіраль, зроблена з ніхрому, і провід.

Вилка і провід використовуються в тому випадку, якщо паяльник працює від мережі, але існують і паяльники, де харчування надходить від вбудованого джерела. Спіраль є основною частиною паяльника, завдяки їй електрику перетворюється в тепло, після чого оброблювані деталі нагріваються і відбувається їх споювання.

Температура нагріву паяльника, а точніше, його жала, не регулюється, тому для підтримки необхідного значення температури можна підключити його через регулятор потужності для можливості проводити регулювання вручну і в подальшим підтримувати її в ході роботи.

Потужність паяльника вибирається в залежності від роду майбутньої роботи: дрібні деталі паяються приладом малої потужності. Це важливо, тому що якщо взяти паяльник з великою потужністю, то його жало не проникне у важкодоступні місця, а також велика ймовірність перегріву. Для великих деталей і товстих проводів потрібен паяльник потужніший (від 40 Вольт і вище). Якщо потужність буде недостатньою, то пайка буде неякісною з утворенням пустот.

Підбір паяльника також залежить від напруги. Паяльник напругою 12 Вольт підійде для роботи в легковому автотранспорті, 24 Вольта – у вантажному автотранспорті, 27 Вольт – у повітряному транспорті, 36 Вольт – у приміщеннях з підвищеною вологістю з виконанням обов'язкового заземлення знаходиться там електрообладнання.

Якщо у вас є паяльник, призначений на напругу 12 Вольт, а ви хочете переробити його на 220 Вольт, то доведеться намотати спіраль декількома шарами, що створить труднощі при виконанні робіт з невеликими за розміром деталями.

Якщо мережа відповідає паяльнику, то працювати можна від змінного і від постійної напруги. Це через ніхромового матеріалу, з якого зроблений нагрівач.

Зазвичай напруга в паяльних інструментах становить саме 220 Вольт. Для роботи в приміщеннях з великою вологістю або запиленістю використовують прилади напругою до 42 Вольт. Це вимушений захід безпеки, що виключає ймовірність ураження електричним струмом.

Як влаштований паяльник

Паяльником називається прилад, за допомогою якого можна з'єднати між собою деталі. Посередником між цими деталями може бути припій – речовина, яка під дією високої температури плавиться і переходить в стан рідини. Після припинення цього впливу припій миттєво твердне і забезпечує нерозривне з'єднання. Цей інструмент є незамінним для людей, що працюють з електронікою, тому що завдяки йому можна не тільки з'єднати деталі, але і роз'єднати їх.

Необов'язково бути семи п'ядей у лобі і ретельно вивчати внутрішній пристрій паяльника для того, щоб вміти його використовувати, але якщо раптом він вийде з ладу, то ця інформація може допомогти.

Паяльник, випущені в різний час, безсумнівно, мають деякі відмінності, однак, основні частини подібні у всіх моделей. Пристрій паяльника виглядає наступним чином: основна частина – це стрижень, який зроблений з червоної міді. При впливі температури саме він розплавляє припій. Чому обраний саме цей метал? Все тому, що саме він має високий коефіцієнт теплопровідності. Стрижень на кінці виконаний у формі клина, для того, щоб робота з дрібними деталями проходила легше і зручніше.

Друга важлива частина паяльника являє собою трубку, зроблену зі сталі, куди поміщається мідний стрижень. Ця конструкція називається нагрівальним елементом. Зверху згадану трубку обертають слюдою. Для чого вона потрібна і чим замінити слюду в паяльнику? Слюду можна замінити звичайною склотканиною, поверх намотавши ніхромовий дріт. Коли по ній буде проходити електричний струм, при цьому вона буде нагріватися і передавати тепло трубці. Від цього стрижень також буде нагріватися. На дроті з ніхрому знаходиться ще один шар слюди, який необхідний для захисту спіралі від взаємодії з корпусом паяльника, що збільшує рівень безпеки приладу. Крім того, шар слюди потрібен для того, щоб зберегти тепло і не нагрівати даремно корпус приладу.

Рукоятка приладу може бути проведена з дерева або спеціального пластику, але ні в якому разі не з металу.

Що стосується проводів, то вони приєднані до висновків ніхромового дроту, а щоб з'єднання було максимально міцним можна користуватися алюмінієвими затискачами, які надійно припаяні. Їх призначення не обмежується лише забезпеченням якісного з'єднання, вони також покликані відводити зайве тепло. Чим більше потужність паяльника, тим більше температура, якої піддаються мідні дроти, і тим потрібніше присутність алюмінієвих затискачів. Це потрібно знати на той випадок, якщо при ремонті паяльника постане питання про видалення цих затискачів.

Нагрівальний елемент розташований всередині сталевого корпусу інструменту. Залежно від моделі на корпусі може бути різьблення для фіксації стрижня, а також отвори для відведення тепла, які розташовуються поблизу рукоятки.

Розглянемо, наприклад, індукційний паяльник і те, як він працює. Він починає грітися завдяки котушці індуктора. Наконечник покритий феромагнітним складом, що позначається на створенні магнітного поля. Сердечник починає розігріватися. Коли градуси досягли певного рівня нагрів припиняється. При подальшому охолодженні відбувається відновлення феромагнітних характеристик і знову паяльник починає збільшувати температуру. Тобто підтримка температури відбувається автоматично без використання будь-яких термодатчиків і додаткових електронних пристосувань.

На відміну від індукційного газовий паяльник відноситься до пристрою автономного типу. Його можна застосовувати де завгодно.

Полум'я, що виникає від згоряння газу, і є джерелом тепла, від якого відбувається нагрів жала. Газ в паяльник заправляється за допомогою звичайного балончика.

Принцип роботи паяльника

Схема роботи полягає в наступному: коли відбувається підключення паяльника до електричної мережі, то ніхромова спіраль пропускає через себе електрострум і відбувається її нагрівання. Тепло передається на мідний стрижень, через що його температура може зрости до дуже високих показників, близько 300 градусів. Через це припій розплавляється під впливом жала (стрижень) і споює деталі.

Різновидів паяльників безліч, вони можуть бути відмінні за потужністю і мати різні типи нагрівальних елементів. У тих випадках, коли потрібно спаяти деталі великих розмірів або проводів з великим поперечним перерізом потрібні паяльники з великим жалом і володіють потужністю близько 100 Ват. Паяльники потужністю від 50 до 80 Ват знайшли своє застосування для ремонту електрообладнання та радіотехніки. Паяльники для пайки дрібних елементів повинні бути з тонким жалом і малопотужні – близько 20 ват.

У наш час випускається безліч видів паяльників, один з яких – з нагрівачем з кераміки. Такі паяльники дуже примхливі, якщо на його нагрівальний елемент потрапить трохи води або він впаде, то може вийти з ладу і можливості лагодження вже не буде. Справа в тому, що нагрівальний елемент складається з керамічної пластини дуже невеликої товщини, а всередині – тонка ніхромова спіраль. При найменшому впливі ця тонка дріт рветься, і паяльник не підлягає ремонту.

Різновидів паяльників багато і їх пристрій і принципи роботи відрізняються один від одного. Вибір паяльника залежить від характеру завдання, яку він повинен вирішити.

• Стрижневий – є найбільш поширеним видом. Те, як вони працюють і з чого складаються - розглянули трохи вище. Цей різновид отримала своє схвалення і визнання у багатьох майстрів, що працюють на дому, вони непогано справляються і з побутовою технікою, і з проводами.
• Пістолетний – зовні схожі на зброю, також застосовуються для ремонтних робіт. Робоча частина і рукоятка розташовані один до одного під кутом 90 градусів – це дуже зручно для деяких робіт.
• Паяльні станції – укомплектовані блоками управління, які дозволяють виробляти різні настройки – потужність, температура, сила струму та ін.

Паяльні станції можна поділити на кілька видів, від яких залежить їх принцип роботи:

• Цифровий – принцип робіт схожий зі стрижневими паяльниками. Відмінність полягає в тому, що тут можна задати параметри для виконання робіт.
• Інфрачервоний – споювання відбувається завдяки інфрачервоному випромінюванню. Довжина хвиль становить до 10 мкм, а зона прогріву – до 60 мм.
• Термоповітряні – при його роботі припій плавиться від впливу гарячого повітря, напрямок якого регулюється соплом.

Розрахунок опору ніхромової спіралі

Ніхромову спіраль можна знайти в магазинах у вигляді котушки з намотаною дротом. Ця форма дуже зручна і компактна. Вона є нагрівальним елементом і виготовляється сплаву хрому з нікелем. Звідси і назва – ніхром.

Дві найбільш відомі марки – Х20Н80 (73% нікелю і 23% Хром) и Х15Н60 (60% нікелю і 18% Хром). Перший називають класичним видом, а другий створили для зменшення вартості дроту, тут зменшено склад нікелю і хрому, зате збільшено кількість заліза.

Після отримання цих двох основних сплавів було отримано безліч модифікацій, у яких є велика стійкість до окислення при збільшеному показнику температури. Такі види застосовні для тих нагріваються елементів, які мають взаємодію з повітрям.

Основною властивістю ніхромового дроту є здатність чинити опір електроструму. Ніхромова спіраль може застосовуватися не тільки як нагрівальний елемент, але також як матеріал для опору електросхем. Для нагрівачів використовують спіралі, які застосовуються в тепловентиляторах і терморефлекторах, для електроопалення і в тенах опалювальних приладів, а також у вигляді нагрівача для термообладнання.

Сплави, які отримані у вакуумних печах, використовуються для промислового обладнання.

Спіралі з двох зазначених найбільш поширених марок відрізняються від інших тим, що при зміні температури не надто змінюється їх опір. Вона частенько використовуються для резисторів, а також різних деталей.

Ніхромову спіраль можна виготовити вдома. Вам знадобиться лише дріт відповідної марки. Розрахунок ніхромової спіралі залежить від питомого опору дроту, також необхідної потужності. Розраховуючи потужність слід не упустити той найбільший струм, при якому температура ніхромової спіралі досягне потрібного показника.

Для розрахунку сили струму і температури давно придумані довідники, але це ще не все. Обов'язково повинні бути враховані умови, при яких експлуатується нагрівач. Якщо нагрівач опустити в воду, то тепловіддача збільшиться і струм можна збільшити вполовину розрахункового. Якщо нагрівач закритий, то відведення тепла буде зменшуватися, при цьому струм потрібно буде зменшити на величину до 50%.

Важливе значення має спіральний крок: витки, розташовані близько один до одного сприяють більшому нагріванню, якщо крок великий, то охолодження відбувається швидше. Всі довідкові значення наведені для нагрівачів горизонтального типу, при зміні кута показання зміняться.

Застосовуючи шкільні знання, знаючи значення потужності і напруги, знаходимо і силу струму, а потім, застосовуючи відомий всім закон Ома, з легкістю знаходимо опір.

Довжина спіралі залежить від діаметра дроту і питомого опору, тому формула буде наступна: L=(Rπd²)4ρ, где
L – довжина;
R – опору;
d – діаметр дроту;
π – 3,14;
ρ – питомий опір матеріалу (ніхром).

Можна просто використовувати табличне значення лінійного опору, а також поправки по температурі.

Тоді розрахунок буде іншим: L=R/ρ_ld, де ρ_ld – опір дроту довжиною 1 метр і діаметром d.

Для геометричного розрахунку спіралі з ніхрому, а саме кількості витків, нам знадобиться формула N=L/(π(D+d/2)), при цьому довжина одного витка дорівнює π(D+d/2).

Звичайно, фактично ніхто не займається навивкою дроту вручну. Набагато простіше піти в магазин і купити потрібну спіраль з усіма необхідними характеристиками.