Терморегулятор «для дома для семьи»

June 26, 2010 by admin Комментировать »

Обычное устройство для нагревания воды в условиях отсутствия центрально­го горячего водоснабжения (например, в дачном домике) состоит из бака на 5—20 л со встроенным электронагревателем (ТЭНом) мощностью 1—2 КВт. Использовать его без терморегулятора неудобно — приходится внимательно следить за тем, чтобы вода не закипела, да и получается она либо слишком горячая, либо наоборот — недогретая.

На рис. 12.11 изображена схема термостата на этот случай. Она только на вид кажется сложной, на самом деле отличается от схемы термостата для аква­риума практически только тем, что в ней выбрано значительно более мощное электронное реле (до 10 А при естественном, без обдува, охлаждении), и вве­дены дополнительные элементы (два маломощных электронных реле и два тумблера), в основном для обеспечения различных режимов работы. Режимы эти следующие:

? автоматический термостатирующий;

? автоматический однократный с отключением по достижении нужной температуры («режим электрочайника»);

? ручной с подключением ТЭНа напрямую к сети.

Сначала отвлечемся от режимов и посмотрим, как работает основная схема регулирования — в ней есть небольшое отличие от схемы на рис. 12.8, кото­рое заключается в том, что в схему введен резистор R4 небольшого номина­ла, шунтированный контактами маломощного реле К2.

clip_image002

Рис. 12.11. Схема термостата для нагревания воды

После включения питания, если температура еще ниже установленной, сра­батывает не только основное мощное реле К1, но и реле К2 (встроенных то-кограничивающих резисторов в реле этого типа нет, и с этой целью установ­лены резисторы R6 и R7). Контакты его замкнуты, и резистор R4 не участвует в работе схемы. По мере увеличения температуры напряжение на датчике, падает, и в какой-то момент времени выходной транзистор компара­тора разрывает цепь питания К1— нагреватель обесточивается. Одновре­менно отключается реле К2 и резистор R4 включается в цепь делителя R2— R3—R4—R5, еще больше увеличивая разницу напряжений между выводами компаратора. По мере остывания воды напряжение на датчике повышается, и в какой-то момент компаратор снова срабатывает, подключая нагрузку через реле К1. Контакты К2 при этом опять шунтируют резистор R4, и это тоже увеличивает разницу напряжений, но в теперь «в другую сторону».

Как видите, мы получили типичную гистерезисную характеристику — хотя мы здесь и используем электронное реле с zero-коррекцией, но коммутирует оно мощную нагрузку, и слишком частые изменения тока в маломощной де­ревенской сети в момент включения и выключения реле нам совершенно ни к чему. Разумеется, наличие резистора R4 несколько увеличивает нестабиль­ность поддержания температуры— при приведенных на схеме номиналах разница между температурой включения и выключения составит от 1 до 1,5 °С (например, при установленной температуре в 35 °С нагреватель вклю­чится, когда температура упадет до 34 °С, а выключится — когда она достиг­нет 35,5 °С), однако нам более высокая стабильность в данном случае совер­шенно не требуется.

Теперь разберемся с режимами. Сначала— с режимом электрочайника, для обеспечения которого в схему введено еще одно маломощное реле КЗ, вклю­ченное, как видите, довольно хитрым образом. Если тумблер S2 находится в положении «Термостат» (то есть контакты его замкнуты и шунтируют кон­такты реле КЗ), то реле КЗ никак не участвует в работе схемы. Если же его переключить в режим «Однократно», то в момент достижения нужной тем­пературы, вместе с отключением основного реле К1, реле КЗ, ранее вклю­ченное через диод VD1 и резистор R7 в ту же коллекторную цепь выходного транзистора микросхемы, также отключается, контакты его размыкаются и вывод 4 компаратора оказывается подключенным через датчик температуры к потенциалу «земли».

Такое состояние схемы устойчиво, и для возобновления работы в режиме стабилизации температуры необходимо либо на некоторое время отключить напряжение питания, либо тумблером S2 переключить схему в режим «Тер­мостат». Конденсатор С2 вместе с диодом VD1 служат для «правильного» запуска схемы при включении питания. Если тумблер S2 разомкнут, то кон­такты реле КЗ должны замкнуться сразу после подачи напряжения питания, иначе компаратор не сработает даже при низкой температуре, и все реле так и останутся разомкнутыми. При подаче напряжения питания, как мы знаем, конденсатор представляет собой короткозамкнутый участок цепи, поэтому реле КЗ на небольшое время, пока конденсатор заряжается (примерно 100 мс), замкнет контакты. Диод VD1 на это время запирается и предохраняет от сра­батывания реле К1 и К2. В случае, если температура воды в момент включе­ния превышает установленную, такое срабатывание реле будет кратковре­менным — только на время зарядки конденсатора С2. Если же температура ниже требуемой, то компаратор успеет сработать, диод VD1 откроется, и все реле останутся в замкнутом состоянии до момента отключения нагрузки. Кстати, опыт эксплуатации подобного устройства показал, что наиболее по­пулярен именно однократный режим (режим электрочайника), так как он по­зволяет экономить электроэнергию и не беспокоиться о том, что вы оставили включенный электроприбор без присмотра.

Ручной режим (резервный, на случай выхода автоматики из строя, чтобы в случае аварии не остаться вовсе без горячей воды) обеспечивается просто: тумблер S1 в положении «Постоянный» подает сетевое питание напрямую на нагреватель (контакты К1 при этом шунтируются, схема обесточивается, а вся система работает так, будто никакой автоматики и не существует). В по­ложении «Автомат» сетевое напряжение переключается на блок питания ав­томатики, а нагреватель теперь может включаться только контактами реле. Тумблер S1, естественно, должен выдерживать рабочий ток ТЭНа. Здесь по­дойдет импортный переключатель В1011, рассчитанный на ток до 16 А при напряжении 250 В, или другой аналогичный. В крайнем случае можно ис­пользовать автомобильные переключатели от «Жигулей», которые выдержи­вают большие токи, но это не очень корректно, так как на напряжения до 300 В они не рассчитаны.

Когда сетевое напряжение поступает на нагрузку (неважно, через тумблер или контакты реле), горит включенная параллельно ей неоновая лампочка HI, по которой можно контролировать работу схемы. Лампочка может быть любого типа, только не забудьте, что резистор R8 должен иметь мощность не менее 0,5 Вт, так как работает при сетевом напряжении. Использованное си-мисторное реле PF240D25 (разводка его выводов на схеме не показана, все нарисовано прямо на его корпусе), в принципе, допускает ток до 25 А, однако без принудительного охлаждения достаточно сильно греется уже при 10 А. Поэтому возможную мощность ТЭНа лучше ограничить величиной 2 кВт, а в корпусе устройства сверху и снизу обязательно должны наличествовать вен­тиляционные отверстия. Лучше, если реле К1 в рабочем положении корпуса расположено выше остальных деталей.

Если вы хотите добиться большей мощности, то лучше использовать анало­гичное реле типа D2425 с возможностью установки на дополнительный ра­диатор (не ставить же, в самом деле, вентилятор, как рекомендуют произво­дители PF240D25). Использовать при таких нагрузках электромагнитное реле вместо оптоэлектронного довольно затруднительно: придется включать мощный пускатель через промежуточное реле, и он отнюдь не будет услаж­дать ваш слух своим грохотом и жужжанием. А вот реле К2 и КЗ вполне можно заменить маломощными электромеханическими, например, типа РЭС-60 или РЭС-49. Естественно, резисторы R6 и R7 в этом случае не требуются, а вот у конденсатора С2, возможно, придется раза в два увеличить емкость для более надежного включения устройства.

В положении тумблера S1 «Автомат» сетевое напряжение поступает на про­стейший блок питания, сделанный по рис. 9.10. Как обычно, его можно из­влечь из покупного блока со встроенной вилкой, мощности от него никакой не требуется (вся схема потребляет ток порядка 30 мА), поэтому можно вы­бирать любой на напряжение 10—15 В. Напряжение с него поступает на ста­билизатор типа LM78L09 (в корпусе ТО-92, его можно заменить отечествен­ным 142ЕН8Б), откуда стабилизированное напряжение +9 В поступает на питание схемы. Светодиод VD2 сигнализирует о том, что автоматика вклю­чена — его лучше выбирать зеленого свечения, чтобы обеспечить контраст с неоновой лампочкой.

При указанных на схеме номиналах термостат обеспечивает установку тем­пературы в диапазоне примерно 35—85 градусов. Настройка его и калибров­ка ничем не отличается от таковых для аквариумного термостата, кроме диа­пазона температур. В процессе настройки основную нагрузку можно не подсоединять, так как момент срабатывания и отключения вполне можно контролировать по неоновой лампочке. Только следует учесть, что вовсе без нагрузки «неонка» может гореть даже при выключенном реле из-за токов утечки, и вам даже может показаться, что система не работает. Тогда придет­ся все же подключить какую-то нагрузку — в качестве нее удобно использо­вать лампочку накаливания или даже просто двухваттный резистор сопро­тивлением около 20 кОм.

С перемешиванием/теплоизоляцией здесь ситуация обратная по сравнению с аквариумом: принудительное перемешивание здесь обеспечить довольно сложно, но оно как раз и не очень требуется — во-первых, требования к точ­ности поддержания температуры невысоки, во-вторых, нагреватель настоль­ко мощный, что вода сама неплохо перемешивается за счет конвекции (есте­ственной циркуляции нагретых водных масс). А вот теплоизолировать бак для воды я настоятельно рекомендую: просто обернув его старым ватным одеялом, вы можете экономить до 70% электроэнергии, причем это касается не только данной конструкции, но и вообще всех водонагревателей. Можно сделать и «фирменную» теплоизоляцию из упаковочного пенопласта.

В заключение отметим, что схемы для построения термостатов невысокого класса, подобных описанным, существуют, разумеется, и в интегральном ис­полнении. Обычно они при этом совмещены с полупроводниковым датчиком температуры, который часто имеет и отдельный выход, что обеспечивает возможность показа температуры. С такими устройствами все знакомы, на­пример, по встроенным в компьютерные материнские платы системам кон­троля температуры процессора и регулирования оборотов вентилятора.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты