Termostato para caldera eléctrica.

Descripción de un circuito regulador de temperatura simple y confiable para un sistema de calefacción.

El invierno ruso es duro y frío, y todos lo saben. Por lo tanto, las instalaciones donde se ubican las personas deben calentarse. El más común es la calefacción central o las calderas de gas individuales.

A menudo hay situaciones en las que ni uno ni el otro están disponibles: por ejemplo, en un campo limpio hay una pequeña habitación de una estación de bombeo de agua, y allí el conductor está de guardia las 24 horas. También puede ser una torre de vigilancia o una habitación separada en un gran edificio deshabitado. Hay muchos ejemplos de este tipo.

En todos estos casos, es necesario organizar la calefacción con electricidad. Si la habitación es pequeña, entonces es bastante posible hacerlo con un radiador eléctrico convencional lleno de aceite para uso doméstico. Para una habitación más grande con un área de aproximadamente 15-20 metros cuadrados, el calentamiento del agua se organiza con mayor frecuencia utilizando un radiador soldado de tuberías, que a menudo se denomina registro.

Si deja que las cosas vayan por su cuenta y no controle la temperatura del agua, tarde o temprano simplemente hervirá y el caso puede terminar en una falla de todo. caldera electricaEn primer lugar, su elemento calefactor. Para evitar un evento tan desafortunado, la temperatura de calentamiento es controlada por un termostato.

En este artículo se propone una de las posibles opciones para dicho dispositivo. Por supuesto, este invierno ya se está acabando, pero no debemos olvidar que los trineos se preparan mejor en verano.

Funcionalmente, el dispositivo se puede dividir en varios nodos: el propio sensor de temperatura, dispositivo de comparación (comparador) y un dispositivo de control de carga. La siguiente es una descripción de las partes individuales, su diagrama y principio de operación.

Sensor de temperatura

Una característica distintiva del diseño descrito es que se utiliza como sensor de temperatura. transistor bipolar convencional, que le permite abandonar la búsqueda y la compra termistores o sensores de varios tipos, por ejemplo TCM.

El funcionamiento de dicho sensor se basa en el hecho de que, como todos los dispositivos semiconductores, los parámetros de los transistores dependen en gran medida de la temperatura ambiente. En primer lugar, esta es la corriente del colector inverso, que aumenta con el aumento de la temperatura, lo que afecta el funcionamiento de, por ejemplo, las etapas de amplificación. Su punto de operación se desplaza para que se produzca una distorsión significativa de la señal, y en el futuro el transistor simplemente deja de responder a la señal de entrada.

Esta situación es inherente principalmente a los circuitos con una corriente de base fija. Por lo tanto, se utilizan circuitos en cascada de transistores con elementos de retroalimentación que estabilizan el funcionamiento de la cascada en su conjunto y también reducen el efecto de la temperatura en el funcionamiento del transistor.

Tal dependencia de la temperatura se observa no solo para los transistores, sino también para los diodos. Para verificar esto, usando un multímetro digital, es suficiente para "hacer sonar" cualquier diodo en la dirección hacia adelante. Por lo general, el dispositivo mostrará una cifra cercana a 700. Esto es solo una caída de voltaje directo en el diodo abierto, que el dispositivo muestra en milivoltios. Para diodos de silicio a una temperatura de 25 grados centígrados, este parámetro es de aproximadamente 700 mV, y para diodos de germanio alrededor de 300.

Si ahora este diodo se calienta ligeramente, al menos con un soldador, esta cifra disminuirá gradualmente, por lo tanto, se considera que el coeficiente de temperatura del voltaje de los diodos es -2mV / deg. El signo menos en este caso indica que al aumentar la temperatura, el voltaje directo en el diodo disminuirá.

Esta dependencia también permite el uso de diodos como sensores de temperatura.Si las transiciones del transistor "suenan" con el mismo dispositivo, los resultados serán muy similares, por lo tanto, los transistores se usan a menudo como sensores de temperatura.

En nuestro caso, el funcionamiento de todo el regulador de temperatura se basa precisamente en esta propiedad "negativa" de la cascada con una corriente de base fija. El circuito controlador de temperatura se muestra en la Figura 1.

Figura 1. Esquema del termostato (al hacer clic en la imagen se abrirá el esquema a mayor escala).

El sensor de temperatura se ensambla en un transistor VT1 tipo KT835B. La carga de esta cascada es la resistencia R1, y las resistencias R2, R3 configuradas modo de operación del transistor de cc. La polarización fija, que se mencionó anteriormente, es establecida por la resistencia R3 de modo que el voltaje en el emisor del transistor a temperatura ambiente es de aproximadamente 6.8 V. Por lo tanto, un asterisco (*) está presente en la designación de esta resistencia en el circuito. No es necesario lograr una precisión particular aquí, si solo este voltaje no fuera mucho menor o mayor. Las mediciones deben realizarse en relación con el colector del transistor, que está conectado al cable común de la fuente de alimentación.

El transistor de la estructura p-n-p KT835B no fue elegido por casualidad: su colector está conectado a una placa metálica de la caja, que tiene una abertura para montar el transistor en el radiador. Para este orificio, el transistor está conectado a una pequeña placa de metal, a la que también está conectado el cable conductor.

El sensor resultante se une con abrazaderas metálicas a la tubería de calentamiento. Como, como ya se señaló, el colector está conectado al cable común de la fuente de alimentación, no es necesario instalar una junta aislante entre la tubería y el sensor, lo que simplifica el diseño y mejora el contacto térmico.

Comparador

Para establecer la temperatura, se realizó un comparador en el amplificador operacional OP1 tipo K140UD608. A través de la resistencia R5, el voltaje del emisor del transistor VT1 se suministra a su entrada inversora, y el voltaje del motor de la resistencia variable R7 se suministra a la entrada no inversora a través de la resistencia R6.

Este voltaje establece la temperatura a la cual la carga se desconectará. Las resistencias R8, R9 establecen el rango superior e inferior para establecer el umbral del comparador y, por lo tanto, los límites del control de temperatura. El uso de la resistencia R4 proporciona la histéresis necesaria del comparador.

Dispositivo de control de carga

El dispositivo de control de carga se realiza en el transistor VT2 y el relé Rel1. Aquí hay una indicación de los modos de funcionamiento del termostato. Estos LED son rojos HL1 y verdes HL2. El color rojo significa calentamiento y el color verde que se alcanza la temperatura establecida. El diodo VD1, conectado en paralelo con la bobina de relé Rel1, protege el transistor VT2 de los voltajes de autoinducción que se producen en la bobina de relé Rel1 en el momento del apagado.

Los relés modernos de pequeño tamaño permiten conmutar corrientes suficientemente grandes. Un ejemplo de dicho relé es el relé Tianbo que se muestra en la Figura 2.

Figura 2. Relés Tianbo de pequeño tamaño.

Como se puede ver en la figura, el relé permite una conmutación de corriente de hasta 16 A, lo que le permite controlar una carga de hasta 3 kW. Esta es la carga máxima. Para facilitar ligeramente la operación del grupo de contacto, la potencia de carga debe limitarse a 2 ... 2.5 kW. Dichos relés se utilizan actualmente en gran medida en automóviles y electrodomésticos, por ejemplo, en lavadoras. ¡Al mismo tiempo, las dimensiones del relé no exceden el tamaño de la caja de fósforos!

Trabajo y ajuste de un regulador de temperatura.

Como se dijo al principio del artículo, a temperatura ambiente el voltaje en el emisor del transistor VT1 es de aproximadamente 6.8 V, y cuando se calienta a 90 ° C, el voltaje cae a 5.99 V. Para tales experimentos, una lámpara de mesa con pantalla de metal es adecuada como calentador. y para medir la temperatura, un multímetro digital chino con un termopar, por ejemplo, DT838.Si el sensor del dispositivo ensamblado está montado en la pantalla de la lámpara, y la lámpara se enciende a través del contacto del relé, entonces será posible verificar el funcionamiento del circuito ensamblado en dicha configuración.

El comparador funciona de tal manera que si el voltaje en la entrada inversora (voltaje del sensor de temperatura) es mayor que el voltaje en la entrada del no inversor (voltaje del punto de ajuste de temperatura), el voltaje en la salida del comparador está cerca del voltaje de la fuente de energía, en este caso puede llamarse una unidad lógica. Por lo tanto, el interruptor del transistor VT2 está abierto, el relé está encendido y los contactos del relé incluyen un elemento calefactor.

A medida que el sistema de calefacción se calienta, el sensor de temperatura VT1 también se calienta. El voltaje en su emisor disminuye con el aumento de la temperatura, y cuando se vuelve igual, o un poco menor que el voltaje instalado en el motor de la resistencia variable R7, el comparador entra en un estado de cero lógico, por lo que el transistor se bloquea y el relé se apaga.

El elemento calefactor se desactiva y el radiador comienza a enfriarse. El sensor de transistor VT1 también se enfría, y el voltaje en su emisor aumenta. Tan pronto como este voltaje sea más alto que el establecido por la resistencia R7, el comparador pasa a un estado alto, el relé se encenderá y el proceso se repetirá nuevamente.

Un poco sobre el funcionamiento del circuito de visualización, más precisamente, sobre el propósito de sus elementos. El LED rojo HL1 se enciende junto con la bobina de relé Rel1 e indica que el sistema de calefacción se está calentando. En este momento, el transistor VT2 está abierto y el LED HL2 atraviesa el diodo D2, la luz verde está apagada.

Cuando se alcanza la temperatura establecida, el transistor se cerrará y apagará el relé, y con él el LED rojo HL1. Al mismo tiempo, un transistor cerrado ya no pasará por alto el LED HL2, que se iluminará. El diodo D2 es necesario para que el LED HL1, y con él el relé, no pueda encenderse a través del LED HL2. Cualquier LED es adecuado, por lo que no se especifica su tipo. Como diodos D1, D2, los diodos importados ampliamente utilizados 1N4007 o KD105B domésticos son bastante adecuados.

Fuente de alimentación del termostato

La potencia consumida por el circuito es pequeña, por lo que puede usar cualquier adaptador de CA fabricado en China como fuente de alimentación, o montar un rectificador estabilizado de 12V. El consumo de corriente del circuito no es superior a 200 mA, por lo que cualquier transformador con una potencia de no más de 5 W y un voltaje de salida de 15 ... 17 V es adecuado.

El circuito de la fuente de alimentación se muestra en la Figura 3. El puente de diodos también está hecho en los diodos 1N4007, y el regulador de voltaje es de + 12V en un estabilizador integral del tipo 7812. El consumo de energía es pequeño, por lo que no es necesario instalar el estabilizador en el radiador.

Figura 3. Fuente de alimentación del termostato.

El diseño del termostato es arbitrario, la mayoría de las piezas están montadas en una placa de circuito impreso, es mejor si la fuente de alimentación también está montada allí. El sensor del transistor se conecta mediante un cable blindado de dos hilos, mientras que el colector del transistor se conecta a través de una pantalla.

Es deseable que haya un conector de tres clavijas al final del cable y su contraparte en la placa. También puede instalar un bloque de terminales de tamaño pequeño en la placa, aunque esto es menos conveniente que el conector. Dicha conexión facilitará en gran medida la instalación del sensor y de todo el dispositivo en su conjunto en el lugar de uso.

El dispositivo terminado debe colocarse en una caja de plástico e instalar una resistencia de ajuste de temperatura R7 y LED HL1 y HL2 afuera. Es mejor si estas partes también están soldadas en el tablero, y se hacen agujeros en el estuche para ellas.

La conexión a la red eléctrica y al calentador están conectados a través de la regleta de terminales, que debe fijarse dentro de la caja de plástico. Para proteger todo el dispositivo en su conjunto, la conexión debe realizarse de acuerdo con el PUE, utilizando equipos de protección.

Se hicieron varios de estos termostatos, y todos mostraron una precisión aceptable del control de temperatura, así como una muy alta confiabilidad, porque con tal simplicidad del circuito en realidad no hay nada que romper.

Boris Aladyshkin