Термостат для балкона городской квартиры

September 26, 2011 by admin Комментировать »

Развитие садоводства и огородничества в последние годы поставило перед горожанами серьезную проблему хранения сельскохозяйственной продукции в зимнее время в городских условиях. Частично эта проблема может быть решена за счет оборудования на балконах малогабаритных овощехранилищ, оснащенных средствами электронной автоматики для поддержания стабильной, заранее заданной температуры. Сегодня известно много электронных устройств для поддержания температуры. Одни автоматические устройства очень сложны в изготовлении и эксплуатации, содержат много остродефицитных комплектующих элементов, другие небезопасны в работе с точки зрения правил пожаро- и электробезопасности.

На рис. 4.8 приведена принципиальная электрическая схема автоматического терморегулятора, устанавливаемого в термостат для хранения овощей на балконе городской квартиры. Объем термостата определяется как размерами площади, отведенной под него, так и мощностью нагревателей, примененных в терморегуляторе. Рекомендуемой нагрузкой в большинстве случаев могут быть обычные лампы накаливания, установленные в термостате. Практически две лампы накаливания мощностью по 100 Вт каждая обеспечивают поддержание температуры внутри хранилища объемом до 1 м^.

В качестве термодатчиков в устройстве использованы четыре терморезистора, установленные по углам ящика овощехранилища и включенные последовательно в цепь управления. Решения подобного рода хорошо известны и достаточно полно описаны в технической литературе, публикации о подобных автоматических устройствах часто встречаются в различных журналах и брошюрах, но необходимо заметить, что большинство этих устройств бывает трудно повторить начинающим радиолюбителям.

Рис. 4.8. Схема электронного управления термостатом для балкона городской квартиры.

Рассматриваемое устройство может быть изготовлено в домашней мастерской, оснащенной простыми ИП.

Схема электронного термометра, электронного терморегулятора и исполнительного устройства включает в свой состав следующие узлы, блоки, каскады и сборочные единицы: входные цепи, индуктивно-емкостный фильтр, индикатор, параметрический стабилизатор напряжения, ГИ, узел управления симистором, термодатчики и выходные цепи.

Работает электронный термометр и ТЭН термостата от сети переменного тока напряжением 220 В частотой 50 Гц. Подключается устройство к сети питания с помощью электрического соединителя XI типа «вилка» и розетки. Включение и выключение автомата и ТЭН осуществляется переключателем S7, контакты которого должны коммутировать ток, превышающий ток нагрузки в 1,3—1,4 раза. На входе устройства установлен плавкий предохранитель Ft, защищающий цепи электронной схемы от перегрузок и коротких замыканий, которые могут возникнуть при ошибках в монтаже. Поскольку при работе симистора и импульсном управлении ТЭН возникают радиопомехи, в устройстве установлен фильтр, собранный на двух дросселях L7, L2, конденсаторе С2 и предотвращающий проникновение помех в сеть питания переменного тока. Индикаторная лампочка 7/7 тлеющего разряда загорается при включении устройства в сеть и постоянно светится при его работе.

В термостате, установленном на балконе, при наружном воздухе до —30 °С поддерживается температура, например 3 °С, с точностью 4=0,6 °С. Работает устройство в автоматическом режиме по принципу непрерывного регулирования температуры. К нагревательным элементам или лампам накаливания подается напряжение, пропорциональное разности значений температуры, измеряемой датчиками в термостате и заданной стабилизатором. Принцип управления нагревателями основан на физических свойствах основных элементов электрической схемы — терморезисторов, симистора и микросхемы DA1. Включение и выключение ТЭН происходит в моменты, когда значение сетевого напряжения переходит через нуль синусоиды переменного тока.

Напомним, что терморезистор — это термочувствительный резистор, сопротивление которого значительно изменяется с переменой температуры окружающей среды, а симистор — это симметричный тиристор, который является эквивалентом встречно-параллельного соединениях двух тиристоров. Симистор способен пропускать ток в открытом состоянии как в прямом, так и в обратном направлениях. Поэтому регулируемая мощность ТЭН может изменяться от 0 до 100%.

Электропитание электронной части устройства осуществляется от БП, собранного на выпрямительных диодах VDI, VD2, VD6, VD7, VD8, резисторе R19, стабилитроне VD9 и конденсаторе С4. Выпрямитель БП собран на первых четырех диодах и изготовлен по однофазной двухпо- лупериодной мостовой схеме, которая характеризуется повышенной частотой пульсации выпрямленного напряжения, пониженным обратным напряжением на комплекте диодов и возможностью работы без сетевого трансформатора. Параметрический стабилизатор через балластный резистор RI9 включен в минусовую цепь выпрямителя, что позволяет формировать синхронизирующие положительные импульсы выпрямленного напряжения относительно минусового проводника питания.

ИМС DA1 вместе с другими элементами выполняет функции ведущего генератора напряжения, одновибрато- ра, стробируемого ГИ и инвертора.

После включения устройства в сеть питания начинает заряжаться конденсатор С5 через транзистор VT2, который вместе с конденсатором С4 и резистором R18 работает как генератор тока. Часть ИМС (выводы /—3) образует триггер Шмитта, который вместе с конденсатором С2, резисторами /?9, R10 и диодом VD3 образует основной вибратор. Триггер Шмитта является переключающим устройством, оно скоЛь угодно долго сохраняет одно из двух своих состояний устойчивого равновесия и скачкообразно переключается по сигналу извне из одного состояния в другое. После включения питания триггер начинает вырабатывать короткие импульсы тока, на его выходе (вывод 3) появляется высокий уровень логической единицы. Период повторения импульсов обеспечивается постоянной времени (С2У R10), а длительность импульсов зависит от номиналов С2У R9.

После того как на выходе 3 появится высокий уровень логической единицы, через резистор R8 и диод VD4 разряжается конденсатор С5 и напряжение подается на вход триггера (вывод 5), работающего как электронный ключ. Через триггер (выводы 4—6) импульсы положительной полярности с частотой 100 Гц проходят до тех пор, пока времязадающий конденсатор С5 вновь не зарядится через транзистор VT2 до напряжения закрывания этого триггера.

Включенные последовательно терморезисторы R12— R16 управляют током, проходящим через транзистор VT2. При изменении температуры в термостате суммарное сопротивление терморезисторов или уменьшается при увеличении температуры, или увеличивается при уменьшении температуры, соответственно уменьшается или увеличивается ток транзистора VT2. Эти изменения влияют на время зарядки конденсатора С5. При уменьшении температуры внутри овощехранилища уменьшается и время зарядки конденсатора С5. В результате возрастает время, в течение которого напряжение на коллекторе транзистора VT2 уменьшается до напряжения закрывания этого триггера.

Следует отметить, что при уменьшении температуры увеличивается число импульсов, прошедших через триггер с его входа 6 на выход 4, и соответственно при повышении температуры число импульсов уменьшается. Импульсы со второго триггера поступают на третий триггер (выводы .810), включенный как инвертор — прибор, преобразующий сигнал низкого уровня на входе в сигнал высокого уровня на выходе (выводы 8, 9 и 10 соответственно), и далее эти импульсы поступают на четвертый триггер (выводы 11—13). Последний триггер, как было указано выше, вместе с резистором R11 и конденсатором СЗ образует ГИ с частотой до 10 ООО Гц отрицательной полярности.

Эти импульсы, усиленные по току транзистором VT1, поступают на импульсный трансформатор Т1 и далее через резистор R2 — на управляющий электрод тиристора VS1, открывая его и тем самым включая нагрузку /?н.

При сборке термостата важное значение имеет правильное изготовление ящика-контейнера и расположение в нем датчиков температуры и нагревателей. Сам ящик должен иметь надежную теплоизоляцию дна, стенок и крышки. Для средней полосы России, с умеренно холодным климатом, где минимальная температура воздуха может понижаться до —35…40 °С, рекомендуется изготавливать стенки термостата толщиной не менее 120 мм.

При сборке и монтаже электронной части термостата использованы следующие комплектующие ЭРЭ: транзисторы VT1 типа КТ361Б, VT2 типа КТ315Б; ИМС DA1 типа 564ТЛ1; выпрямительные диоды VD1 типа Д237А, VD2 — Д237А, VD3 — КД102Б, VD4 — КД102Б, VD5 — КД205Д, VD6 — Д237А, VD7 — КД237А, VD8 — КД102Б; стабилитрон VD9 типа Д814Д; конденсаторы С/ типа МБМ-П-600В-0,01 мкФ, С2 — К73-11-63В-4,7 мкФ, СЗ — КЮ-7В-50В-М1500-910 пФ, С4 — К50-3-16В- 200 мкФ, С5 — К31П-5-100В-0,5 мкФ; резисторы RI типа ВСа-2- 270 кОм, R2 — ВСа-0,25-15 Ом, R3 — ВСа-0,25-240 Ом, R4 — ВСа- 0,25-5,6 кОм, R5 — ВСа-0,25-12 кОм, R6 — ВСа-0,25-300 кОм, R7 — ВСа-0,25-2 МОм, R8 — ВСа-0,25-2 кОм, R9 — ВСа-0;25-12 кОм, R10 — ВСа-0,25-2 МОм, R11 — ВСа-0,25-1 МОм, R12 — ММТ-1-15 кОм, R13 — ММТ-1-15 кОм, R14 — ММТ-1-15 кОм, R15 — ММТ-1-15 кОм, R16 — СПЗ-4М-0,25Вт-А-2,2 кОм, R17 — ВСа-0,25-3 кОм, R19 — ВСа-2,00- 43 кОм, Rh — сопротивление нагрузки (ТЭН или лампы накаливания до 100 Вт); импульсный трансформатор 77 типа ТИМ; дроссели фильтра L/, L2 самодельной конструкции; индикаторная лампочка HI тлеющего разряда типа ТН-0,2; тиристор VSI типа КУ208Г; электрические соединители XI типа «вилка», Х2, ХЗ типа КМЗ-1 приборные; плавкий предохранитель F1 типа ПМ-1-0,5 А; переключатель SI типа П2К или П1Т-1-1.

Импульсный трансформатор Т1 изготавливается на тороидальном магнитопроводе типа КЮХ6Х4 из феррита марки 2000НМ. Первичная и вторичная обмотки трансформатора содержат по 150 витков провода марки ПЭВ-2 диаметром 0,1 мм.

Дроссели фильтра изготовлены на броневых магнито- проводах типа Б26 из феррита марки М2000НМ. Обмотка дросселя содержит 110 витков провода марки ПЭВ-2 диаметром 0,31 мм. Оба дросселя имеют одинаковую конструкцию и могут быть изготовлены на круглых ферри- товых стержнях диаметром 8 мм и длиной 30 мм, можно применить феррит марки М400НН.

Все ЭРЭ монтируются на платах, изготовленных из фольгированного стеклотекстолита. Симистор располагается на радиаторе охлаждения, активная площадь охлаждения которого должна быть не менее 80 см2. Монтажную плату устанавливают в корпусе подходящих размеров по образцам современных приборов.

Для налаживания и регулировки устройства необходимо иметь образцовый термометр, помещенный в условия, в которых можно создать температуру такую же, как в термостате, и регулировать ее.

При изготовлении электронной части термостата в домашней мастерской, а также при настройке и регулировке в схему могут быть внесены изменения и произведена замена некоторых комплектующих элементов. Симистор типа КУ208Г можно заменить на симисторы типов 2У208Г,

КУ208В, 2У208В; транзистор типа КТ315Б — на КТ3102Б, транзистор типа КТ361А — на КТ361Б, КТ361В, КТ361Г; резисторы типа ВСа — на МЛТ, МТ, ОМЛТ, УЛИ, С1-4; конденсатор типа МБМ — на МБГО, К40У-9, МБГЧ-1, конденсатор типа К73-11 — на К73-17, К73-16, конденсатор типа КЮ-7В — на К10-17, К10-23, конденсатор типа К50-3 — на К50-6, К50-12, К50-16; диоды типа Д237А — на Д226А, КДЮ9Б, Д226, КД205В, КДЮ2Б; микросхему типа 564ТЛ1 — на К561ТЛ1.

Регулировка температуры внутри овощехранилища осуществляется автоматически, а установка заданной температуры — резистором R16.

Техническая характеристика термостата для городской квартиры

Номинальное напряжение питающей сети

переменного тока, В ……………………………….. 220

Номинальная частота питающей сети

переменного тока, Гц ……………………………… 50

Пределы изменения напряжения питающей сети

переменного тока, В ……………………………….. 180—240

Пределы изменения частоты питающей сети

переменного тока, Гц ……………………………… 49,5—50,5

Коэффициент нелинейных искажений питающей сети

переменного тока, %, не более ………………….. 10

Пределы установки температуры внутри

овощехранилища зимой, °С……………………….. 0…-|-10

Пределы сохранения заданной температуры при изменении наружной температуры воздуха

от 0 до —35 °С, °С………………………………….. ±1

Максимальная мощность нагревателя, Вт ……….. 200

Напряжение на выходе выпрямителя, В ………….. 15

Максимально допустимое импульсное напряжение

на выходе трансформатора 77, В………………… 10

Максимально допустимый действующий ток

в открытом состоянии тиристора, А…………….. 5

Максимально допустимое постоянное напряжение

в закрытом состоянии тиристора, В…………….. 300—400

Сопротивление изоляции токоведущих проводов относительно металлических частей термостата,

МОм, не менее……………………………………….. 20—30

Помехозащищенность термостата при воздействии

внешнего электромагнитного поля, дБ, не менее . . . 100 Срок службы электронной части термостата, ч,

не менее……………………………………………….. 5000

Срок службы ТЭН, ч………………………………….. по ТУ

Вероятность безотказной работы термостата

при 0=0,8, не менее…………………………………. 0,96

Ток, потребляемый устройством при отключенной

нагрузке, мА, не более ……………………………. 15

Кпд, %у не менее ……………………………………… 92

Литература:

  Сидоров И. Н. С34 Самодельные электронные устройства для дома: Справочник домашнего мастера.— СПб.: Лениздат, 1996.- 352 е.. ил.

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