Θερμοστάτης για ηλεκτρικό λέβητα

Περιγραφή ενός απλού και αξιόπιστου κυκλώματος ρυθμιστή θερμοκρασίας για ένα σύστημα θέρμανσης.

Ο ρωσικός χειμώνας είναι σκληρός και κρύος, και όλοι το ξέρουν. Επομένως, οι χώροι όπου βρίσκονται οι άνθρωποι πρέπει να θερμαίνονται. Το πιο συνηθισμένο είναι η κεντρική θέρμανση ή οι μεμονωμένοι λέβητες αερίου.

Συχνά υπάρχουν καταστάσεις όπου ούτε το ένα ούτε το άλλο είναι διαθέσιμο: για παράδειγμα, σε ένα καθαρό πεδίο υπάρχει ένας μικρός χώρος ενός σταθμού άντλησης νερού και εκεί ο οδηγός είναι καθ 'όλο το 24ωρο. Μπορεί επίσης να είναι ένας φρουρός πύργος ή ένα ξεχωριστό δωμάτιο σε ένα μεγάλο ακατοίκητο κτίριο. Υπάρχουν πολλά τέτοια παραδείγματα.

Σε όλες αυτές τις περιπτώσεις, είναι απαραίτητο να κανονιστεί η θέρμανση με ηλεκτρική ενέργεια. Αν το δωμάτιο είναι μικρό, τότε είναι αρκετά δυνατό να το κάνετε με ένα συμβατικό ηλεκτρικό ψυγείο γεμάτο με λάδι για οικιακή χρήση. Για ένα μεγαλύτερο δωμάτιο με επιφάνεια περίπου 15 - 20 τετραγωνικών μέτρων, η θέρμανση νερού είναι συνήθως διατεταγμένη χρησιμοποιώντας ένα θερμαντικό σώμα συγκολλημένο από σωλήνες, το οποίο συχνά ονομάζεται μητρώο.

Εάν αφήσετε τα πράγματα να πάνε μόνοι τους και δεν παρακολουθούν τη θερμοκρασία του νερού, αργά ή γρήγορα θα βράσει απλά και η υπόθεση μπορεί να τελειώσει σε αποτυχία όλων ηλεκτρικό λέβηταΠρώτα απ 'όλα, το θερμαντικό στοιχείο του. Για να αποφευχθεί ένα τέτοιο ατυχές συμβάν, η θερμοκρασία θέρμανσης ελέγχεται από ένα θερμοστάτη.

Μια από τις πιθανές επιλογές για μια τέτοια συσκευή προτείνεται σε αυτό το άρθρο. Φυσικά, αυτό το χειμώνα έχει ήδη τελειώσει, αλλά δεν πρέπει να ξεχνάμε ότι τα έλκηθρα είναι καλύτερα προετοιμασμένα το καλοκαίρι.

Λειτουργικά, η συσκευή μπορεί να χωριστεί σε διάφορους κόμβους: ο ίδιος ο αισθητήρας θερμοκρασίας, συγκριτική συσκευή (συγκριτικό) και μία διάταξη ελέγχου φορτίου. Ακολουθεί περιγραφή των επιμέρους τμημάτων, το διάγραμμα και η αρχή λειτουργίας τους.

Αισθητήρας θερμοκρασίας

Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα του σχεδιασμού που περιγράφεται είναι ότι χρησιμοποιείται ως αισθητήρας θερμοκρασίας συμβατικό διπολικό τρανζίστορ, το οποίο σας επιτρέπει να εγκαταλείψετε την αναζήτηση και την αγορά θερμοστάτες ή αισθητήρες διαφόρων τύπων, για παράδειγμα TCM.

Η λειτουργία ενός τέτοιου αισθητήρα βασίζεται στο γεγονός ότι, όπως όλες οι συσκευές ημιαγωγών, οι παράμετροι των τρανζίστορ εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Πρώτα απ 'όλα, αυτό είναι το ανάστροφο ρεύμα του συλλέκτη, το οποίο αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας, η οποία επηρεάζει τη λειτουργία, για παράδειγμα, των σταδίων ενίσχυσης. Το σημείο λειτουργίας τους μετατοπίζεται έτσι ώστε να εμφανίζεται σημαντική παραμόρφωση σήματος και στο μέλλον το τρανζίστορ απλά παύει να ανταποκρίνεται στο σήμα εισόδου.

Αυτή η κατάσταση είναι εγγενής κυρίως σε κυκλώματα με σταθερό ρεύμα βάσης. Επομένως, χρησιμοποιούνται κυκλώματα καταρράκτη τρανζίστορ με στοιχεία ανάδρασης που σταθεροποιούν τη λειτουργία του καταρράκτη στο σύνολό του και επίσης μειώνουν την επίδραση της θερμοκρασίας στη λειτουργία του τρανζίστορ.

Μια τέτοια εξάρτηση θερμοκρασίας παρατηρείται όχι μόνο για τρανζίστορ, αλλά και για διόδους. Για να το επιβεβαιώσετε, χρησιμοποιώντας ένα ψηφιακό πολύμετρο, αρκεί να «κουδουνίζετε» οποιαδήποτε δίοδο προς τα εμπρός. Συνήθως, η συσκευή θα δείξει μια τιμή κοντά στο 700. Πρόκειται μόνο για μια άμεση πτώση τάσης στην ανοικτή δίοδο, την οποία η συσκευή εμφανίζει σε millivolts. Για τις δίοδοι πυριτίου σε θερμοκρασία 25 βαθμών Κελσίου, αυτή η παράμετρος είναι περίπου 700 mV, και για διόδους γερμανίου περίπου 300.

Εάν τώρα αυτή η δίοδος θερμαίνεται ελαφρώς, τουλάχιστον με ένα συγκολλητικό σίδερο, τότε αυτό το ποσοστό θα μειωθεί σταδιακά, επομένως θεωρείται ότι ο συντελεστής θερμοκρασίας της τάσης των διόδων είναι -2mV / deg. Το σύμβολο μείον σε αυτή την περίπτωση δείχνει ότι με την αύξηση της θερμοκρασίας η τάση προς τα εμπρός στη δίοδο θα μειωθεί.

Αυτή η εξάρτηση επιτρέπει επίσης τη χρήση διόδων ως αισθητήρες θερμοκρασίας.Εάν το τρανζίστορ μεταβαίνει "δακτύλιο" με την ίδια συσκευή, τα αποτελέσματα θα είναι πολύ παρόμοια, επομένως τα τρανζίστορ χρησιμοποιούνται συχνά ως αισθητήρες θερμοκρασίας.

Στην περίπτωσή μας, η λειτουργία όλου του ρυθμιστή θερμοκρασίας βασίζεται ακριβώς σε αυτή την "αρνητική" ιδιότητα του καταρράκτη με σταθερό ρεύμα βάσης. Το κύκλωμα του ρυθμιστή θερμοκρασίας φαίνεται στο σχήμα 1.

Σχήμα 1. Σχέδιο του θερμοστάτη (κάνοντας κλικ στην εικόνα θα ανοίξει το σχήμα σε μεγαλύτερη κλίμακα).

Ο αισθητήρας θερμοκρασίας συναρμολογείται σε ένα τρανζίστορ VT1 τύπου KT835B. Το φορτίο αυτού του καταρράκτη είναι η αντίσταση R1, και οι αντιστάσεις R2, R3 που έχουν ρυθμιστεί dc λειτουργία τρανζίστορ. Η σταθερή μεροληψία, η οποία αναφέρθηκε ακριβώς παραπάνω, ρυθμίζεται από την αντίσταση R3 έτσι ώστε η τάση στον εκπομπό του τρανζίστορ σε θερμοκρασία δωματίου να είναι περίπου 6,8 V. Συνεπώς, ένας αστερίσκος (*) υπάρχει στον προσδιορισμό αυτής της αντίστασης στο κύκλωμα. Δεν είναι απαραίτητο να επιτευχθεί συγκεκριμένη ακρίβεια εδώ, αν μόνο αυτή η τάση δεν ήταν πολύ λιγότερο ή περισσότερο. Πρέπει να γίνονται μετρήσεις σε σχέση με τον συλλέκτη του τρανζίστορ, ο οποίος συνδέεται με το κοινό καλώδιο της πηγής ενέργειας.

Το τρανζίστορ της δομής ρ-η-ρ ΚΤ835Β δεν επιλέχθηκε τυχαία: ο συλλέκτης συνδέεται με μια μεταλλική πλάκα της θήκης, η οποία έχει ένα άνοιγμα για την τοποθέτηση του τρανζίστορ στο ψυγείο. Για αυτήν την οπή, το τρανζίστορ είναι προσαρτημένο σε μια μικρή μεταλλική πλάκα, στην οποία επίσης συνδέεται και το σύρμα.

Ο προκύπτων αισθητήρας συνδέεται με μεταλλικούς σφιγκτήρες στο σωλήνα θέρμανσης. Δεδομένου ότι, όπως ήδη αναφέρθηκε, ο συλλέκτης συνδέεται με το κοινό καλώδιο της πηγής ενέργειας, δεν χρειάζεται να εγκατασταθεί ένα μονωτικό παρέμβυσμα μεταξύ του σωλήνα και του αισθητήρα, το οποίο απλοποιεί τον σχεδιασμό και βελτιώνει τη θερμική επαφή.

Συγκριτικός

Για να ρυθμίσετε τη θερμοκρασία, ένας συγκριτής που έγινε στον επιχειρησιακό ενισχυτή OP1 τύπου K140UD608. Μέσω του αντιστάτη R5, τροφοδοτείται τάση από τον εκπομπό του τρανζίστορ VT1 στην αναστρέφορη είσοδο του και η τάση από τον κινητήρα της μεταβλητής αντιστάσεως R7 τροφοδοτείται στην μη αναστρέψιμη είσοδο μέσω του αντιστάτη R6.

Αυτή η τάση ρυθμίζει τη θερμοκρασία στην οποία θα αποσυνδεθεί το φορτίο. Οι αντιστάσεις R8, R9 ρυθμίζουν την ανώτερη και την κατώτερη περιοχή για τη ρύθμιση του κατωφλίου του συγκριτή και επομένως τα όρια του ελέγχου θερμοκρασίας. Η χρήση του αντιστάτη R4 παρέχει την απαραίτητη υστέρηση του συγκριτή.

Συσκευή ελέγχου φορτίου

Η διάταξη ελέγχου φορτίου πραγματοποιείται στο τρανζίστορ VT2 και στο ρελέ Rel1. Εδώ είναι μια ένδειξη των τρόπων λειτουργίας του θερμοστάτη. Αυτά τα LED είναι κόκκινα HL1 και πράσινο HL2. Το κόκκινο χρώμα σημαίνει θέρμανση και πράσινο χρώμα που επιτυγχάνεται η καθορισμένη θερμοκρασία. Η δίοδος VD1, συνδεδεμένη παράλληλα με το πηνίο ρελέ Rel1, προστατεύει το τρανζίστορ VT2 από τάσεις αυτοεπαγωγής οι οποίες συμβαίνουν στο πηνίο ρελέ Rel1 τη στιγμή του τερματισμού λειτουργίας.

Τα σύγχρονα ρελέ μικρού μεγέθους επιτρέπουν την αλλαγή επαρκώς μεγάλων ρευμάτων. Ένα παράδειγμα τέτοιου ρελέ είναι ο ηλεκτρονόμος Tianbo που φαίνεται στο σχήμα 2.

Εικόνα 2. Tianbo μικρού μεγέθους ρελέ.

Όπως φαίνεται στο σχήμα, ο ηλεκτρονόμος επιτρέπει την εναλλαγή ρεύματος μέχρι 16Α, πράγμα που σας επιτρέπει να ελέγχετε ένα φορτίο μέχρι 3 kW. Αυτό είναι το μέγιστο φορτίο. Για να διευκολυνθεί ελαφρώς η λειτουργία της ομάδας επαφής, η ισχύς φόρτωσης πρέπει να περιορίζεται στα 2 ... 2,5 kW. Τέτοια ρελέ χρησιμοποιούνται σήμερα ευρέως σε αυτοκίνητα και οικιακές συσκευές, για παράδειγμα σε πλυντήρια ρούχων. Ταυτόχρονα, οι διαστάσεις του ρελέ δεν υπερβαίνουν το μέγεθος του κουτιού!

Εργασία και ρύθμιση ενός ρυθμιστή θερμοκρασίας

Όπως ειπώθηκε στην αρχή του άρθρου, σε θερμοκρασία δωματίου η τάση στον εκπομπό του τρανζίστορ VT1 είναι περίπου 6,8 V και όταν θερμαίνεται στους 90 ° C η τάση πέφτει στα 5,99 V. Για τέτοια πειράματα, ένας επιτραπέζιος λαμπτήρας με μεταλλικό αμπαζούρ είναι κατάλληλος ως θερμαντήρας. και για τη μέτρηση της θερμοκρασίας, ένα κινεζικό ψηφιακό πολύμετρο με θερμοστοιχείο, για παράδειγμα, DT838.Εάν ο αισθητήρας της συναρμολογημένης συσκευής είναι τοποθετημένος πάνω στο αμπαζούρ και η λυχνία είναι ενεργοποιημένη μέσω της επαφής ρελέ, τότε θα είναι δυνατό να ελέγξετε τη λειτουργία του συναρμολογημένου κυκλώματος σε μια τέτοια εγκατάσταση.

Ο συγκριτής λειτουργεί με τέτοιο τρόπο ώστε αν η τάση στην αντίστροφη είσοδο (τάση του αισθητήρα θερμοκρασίας) είναι μεγαλύτερη από την τάση στην είσοδο μη αντιστροφής (τάση της επιθυμητής τιμής θερμοκρασίας), η τάση στην έξοδο του συγκριτή είναι κοντά στην τάση της πηγής ισχύος. Σε αυτή την περίπτωση μπορεί να ονομαστεί λογική μονάδα. Επομένως, ο διακόπτης τρανζίστορ VT2 είναι ανοικτός, ο ηλεκτρονόμος είναι ενεργοποιημένος και οι επαφές του ρελέ περιλαμβάνουν ένα στοιχείο θέρμανσης.

Καθώς το σύστημα θέρμανσης θερμαίνεται, ο αισθητήρας θερμοκρασίας VT1 θερμαίνεται επίσης. Η τάση στον εκπομπό του μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας και όταν γίνεται ίσος ή μάλλον ελαφρώς μικρότερος από την τάση που είναι εγκατεστημένη στον κινητήρα της μεταβλητής αντιστάσεως R7, ο συγκριτής μεταβαίνει σε κατάσταση λογικού μηδενός, έτσι ώστε το τρανζίστορ να κλειδωθεί και ο ηλεκτρονόμος να απενεργοποιηθεί.

Το στοιχείο θέρμανσης απενεργοποιείται και το ψυγείο αρχίζει να κρυώνει. Ο αισθητήρας τρανζίστορ VT1 επίσης ψύχεται και η τάση στον εκπομπό του αυξάνεται. Μόλις αυτή η τάση γίνει υψηλότερη από αυτή που έχει οριστεί από την αντίσταση R7, ο συγκριτής εισέρχεται σε υψηλή κατάσταση, το ρελέ θα ανάψει και η διαδικασία θα επαναληφθεί ξανά.

Λίγο για τη λειτουργία του κυκλώματος οθόνης, ακριβέστερα, για το σκοπό των στοιχείων του. Η κόκκινη λυχνία LED HL1 ανάβει μαζί με το πηνίο ρελέ Rel1 και δείχνει ότι το σύστημα θέρμανσης θερμαίνεται. Αυτή τη στιγμή, το τρανζίστορ VT2 είναι ανοιχτό και το LED HL2 μετατοπίζεται μέσω της διόδου D2, το πράσινο φως είναι σβηστό.

Όταν επιτευχθεί η ρυθμισμένη θερμοκρασία, το τρανζίστορ θα κλείσει και θα απενεργοποιήσει το ρελέ, και μαζί του το κόκκινο LED HL1. Την ίδια στιγμή, ένα κλειστό τρανζίστορ δεν θα παρακάμπτει πλέον το LED HL2, το οποίο θα ανάψει. Η δίοδος D2 είναι απαραίτητη για να μην μπορεί η LED HL1, μαζί με το ρελέ, να ανάψει μέσω της LED HL2. Οποιαδήποτε ενδεικτική λυχνία LED είναι κατάλληλη, οπότε δεν έχει καθοριστεί ο τύπος της. Δεδομένου ότι οι δίοδοι D1, D2, είναι ευρέως κατάλληλες οι εισαγόμενες διόδους 1N4007 ή οικιακές KD105B.

Τροφοδοσία θερμοστάτη

Η ισχύς που καταναλώνεται από το κύκλωμα είναι μικρή, οπότε μπορεί να χρησιμοποιηθεί οποιοσδήποτε μετασχηματιστής εναλλασσόμενου ρεύματος από την Κίνα, ως τροφοδοτικό ή μπορεί να συναρμολογηθεί ένας σταθεροποιημένος ανορθωτής 12V. Η τρέχουσα κατανάλωση του κυκλώματος δεν είναι μεγαλύτερη από 200mA, επομένως είναι κατάλληλος οποιοσδήποτε μετασχηματιστής με ισχύ όχι μεγαλύτερη από 5W και τάση εξόδου 15 ... 17V.

Το κύκλωμα τροφοδοσίας ρεύματος φαίνεται στο σχήμα 3. Η γέφυρα δίοδος είναι επίσης κατασκευασμένη στις διόδους 1N4007 και ο ρυθμιστής τάσης είναι + 12V σε ενσωματωμένο σταθεροποιητή τύπου 7812. Η κατανάλωση ισχύος είναι μικρή και δεν χρειάζεται να εγκαταστήσετε το σταθεροποιητή στο ψυγείο.

Εικόνα 3. Τροφοδοσία θερμοστάτη.

Ο σχεδιασμός του θερμοστάτη είναι αυθαίρετος, τα περισσότερα από τα μέρη είναι τοποθετημένα σε μια τυπωμένη πλακέτα κυκλώματος, είναι καλύτερα να τοποθετηθεί και εκεί η τροφοδοσία ρεύματος. Ο αισθητήρας τρανζίστορ συνδέεται χρησιμοποιώντας ένα θωρακισμένο καλώδιο δύο συρμάτων, ενώ ο συλλέκτης του τρανζίστορ συνδέεται μέσω μιας οθόνης.

Είναι επιθυμητό να υπάρχει ένα συνδετήρα τριών ακίδων στο τέλος του καλωδίου και το αντίστοιχο του επί του πίνακα. Μπορείτε επίσης να εγκαταστήσετε ένα μικρό τερματικό μπλοκ στον πίνακα, αν και αυτό είναι λιγότερο βολικό από το βύσμα. Μια τέτοια σύνδεση θα διευκολύνει σε μεγάλο βαθμό την εγκατάσταση του αισθητήρα και ολόκληρης της συσκευής στο σύνολό της στον τόπο χρήσης.

Η τελική συσκευή πρέπει να τοποθετηθεί σε πλαστική θήκη και να εγκατασταθεί εξωτερικά ένας αισθητήρας ρύθμισης θερμοκρασίας R7 και τα LED HL1 και HL2. Είναι καλύτερα αν αυτά τα μέρη είναι επίσης συγκολλημένα στον πίνακα, και τρύπες γίνονται στην περίπτωση για αυτούς.

Η σύνδεση με το δίκτυο ηλεκτρικού ρεύματος και τον θερμαντήρα συνδέονται μέσω της λωρίδας ακροδεκτών, η οποία πρέπει να στερεωθεί μέσα στην πλαστική θήκη. Για την προστασία ολόκληρης της συσκευής ως συνόλου, η σύνδεση θα πρέπει να γίνεται σύμφωνα με το PUE, χρησιμοποιώντας εξοπλισμό προστασίας.

Αρκετοί από αυτούς τους θερμοστάτες έγιναν και όλοι τους έδειξαν αποδεκτή ακρίβεια ελέγχου της θερμοκρασίας, καθώς και πολύ υψηλή αξιοπιστία, διότι με τέτοια απλότητα του κυκλώματος δεν υπάρχει τίποτα να σπάσει.

Μπόρις Αλαντίσκιν