Categories: Electrònica pràctica, Domòtica
Nombre de visualitzacions: 93247
Comentaris sobre l'article: 8
Termostat per a caldera elèctrica
Descripció d’un circuit regulador de temperatura senzill i fiable per a un sistema de calefacció.
L’hivern rus és dur i fred, i tothom ho sap. Per tant, s’han d’escalfar els locals on es trobin les persones. El més comú és la calefacció central o les calderes de gas individuals.
Sovint hi ha situacions en què ni l’un ni l’altre estan disponibles: per exemple, en un camp net hi ha una petita habitació d’una estació de bombament d’aigua, i allà el conductor està de servei tot el dia. També pot ser una torre de guàrdia o una habitació independent en un gran edifici deshabitat. Hi ha molts exemples d’aquest tipus.
En tots aquests casos, cal organitzar calefacció amb electricitat. Si l'habitació és petita, és possible fer-ho amb un radiador elèctric convencional omple d'oli per a ús domèstic. Per a una habitació més gran amb una superfície d’uns 15 a 20 metres quadrats, la calefacció per aigua es sol organitzar amb un radiador soldat de canonades, que sovint s’anomena registre.
Si deixeu que les coses vagin per si mateixes i no vigileu la temperatura de l’aigua, tard o d’hora simplement bullirà i el cas pot acabar amb el fracàs de tot caldera elèctricaEn primer lloc, el seu element calefactor. Per evitar un esdeveniment tan lamentable, la temperatura de calefacció és controlada per un termòstat.
Una de les opcions possibles per a aquest dispositiu es proposa en aquest article. Per descomptat, aquest hivern ja s’acaba, però no hem d’oblidar que les trineus es preparen millor a l’estiu.
Funcionalment, el dispositiu es pot dividir en diversos nodes: el sensor de temperatura en si, comparador de dispositius (comparador) i un dispositiu de control de càrrega. A continuació es descriu les parts individuals, el seu diagrama i el seu principi de funcionament.
Sensor de temperatura
Una característica distintiva del disseny descrit és que s’utilitza com a sensor de temperatura transistor bipolar convencional, que us permet abandonar la cerca i la compra termistors o sensors de diversos tipus, per exemple TCM.
El funcionament d’aquest sensor es basa en el fet que, com tots els dispositius semiconductors, els paràmetres dels transistors depenen en gran mesura de la temperatura ambiental. En primer lloc, es tracta del corrent invers del col·lector, que augmenta a mesura que augmenta la temperatura, cosa que afecta el funcionament d’unes etapes d’amplificació. El seu punt de funcionament es desplaça de manera que es produeix una distorsió important del senyal i, en el futur, el transistor deixa de respondre al senyal d’entrada.
Aquesta situació és inherent principalment als circuits amb corrent base fix. Per tant, s'utilitzen circuits en cascada del transistor amb elements de retroalimentació que estabilitzen el funcionament de la cascada en general, i també redueixen l'efecte de la temperatura sobre el funcionament del transistor.
Aquesta dependència de temperatura s'observa no només per a transistors, sinó també per a díodes. Per comprovar-ho, amb un multímetre digital, n’hi ha prou amb “sonar” qualsevol díode en direcció endavant. Normalment, el dispositiu mostrarà una xifra propera a 700. Es tracta només d’una caiguda directa de tensió al díode obert, que el dispositiu mostra en mil·ligolts. Per als díodes de silici a una temperatura de 25 graus centígrads, aquest paràmetre és d'aproximadament 700 mV, i per als diodes de germani uns 300.
Si ara aquest díode s’escalfa lleugerament, almenys amb una soldadura, aquesta figura disminuirà gradualment, per tant es considera que el coeficient de temperatura de la tensió dels díodes és de -2mV / deg. El signe menys en aquest cas indica que amb l'augment de la temperatura disminuirà la tensió avançada del díode.
Aquesta dependència també permet l’ús de díodes com a sensors de temperatura.Si les transicions de transistor “sonen” amb el mateix dispositiu, els resultats seran molt similars, per tant els transistors s’utilitzen sovint com a sensors de temperatura.
En el nostre cas, el funcionament de tot el regulador de temperatura es basa precisament en aquesta propietat “negativa” de la cascada amb un corrent base fix. La figura 1 del circuit del controlador de temperatura es mostra.
Figura 1. Esquema del termòstat (fent clic a la imatge s’obrirà l’esquema a una escala més gran).
El sensor de temperatura està muntat en un transistor VT1 tipus KT835B. La càrrega d’aquesta cascada és la resistència R1, i les resistències R2, R3 fixades mode de funcionament del transistor DC. El biaix fix, esmentat anteriorment, està establert per la resistència R3 de manera que la tensió a l'emissor del transistor a temperatura ambient és d'aproximadament 6,8 V. Per tant, un asterisc (*) és present en la designació d'aquesta resistència al circuit. No és necessari assolir aquí una precisió particular, si només aquesta tensió no fos ni molt menys ni més. Les mesures s’han de fer respecte al col·lector del transistor, que està connectat al fil comú de la font d’energia.
El transistor de l'estructura p-n-p KT835B no va ser escollit per casualitat: el seu col·lector està connectat a una placa metàl·lica de la caixa, que té una obertura per muntar el transistor al radiador. Per aquest forat, el transistor està unit a una petita placa metàl·lica a la qual també s’uneix el fil conductor.
El sensor resultant s’uneix mitjançant pinces metàl·liques al tub de calefacció. Com que, com ja s’ha apuntat, el col·lector està connectat al fil comú de la font d’energia, no cal instal·lar una junta aïllant entre la canonada i el sensor, cosa que simplifica el disseny i millora el contacte tèrmic.
Comparador
Per establir la temperatura, es va fer un comparador a l'amplificador operatiu OP1 tipus K140UD608. A través de la resistència R5, la tensió des de l'emissor del transistor VT1 es subministra a la seva entrada inversora, i la tensió del motor de resistència variable R7 es subministra a l'entrada no invertida mitjançant la resistència R6.
Aquesta tensió estableix la temperatura a la qual es desconnectarà la càrrega. Les resistències R8, R9 estableixen la gamma superior i inferior per establir el llindar del comparador i, per tant, els límits del control de la temperatura. L'ús de la resistència R4 proporciona la histèresi necessària del comparador.
Dispositiu de control de càrrega
El dispositiu de control de càrrega es realitza al transistor VT2 i al relé Rel1. A continuació, es mostra una indicació dels modes de funcionament del termòstat. Aquests LED són de color vermell HL1 i verd HL2. El color vermell significa calefacció i el color verd que s’ha assolit la temperatura establerta. El díode VD1, connectat en paral·lel amb la bobina del relé Rel1, protegeix el transistor VT2 de les tensions d’auto-inducció que es produeixen a la bobina del relé Rel1 en el moment d’apagar-se.
Els moderns relés de mida petita permeten canviar corrents prou grans. Un exemple d'aquest relé és el relé Tianbo que es mostra a la figura 2.
Figura 2. Relés de mida petita de Tianbo.
Com es pot veure a la figura, el relé permet commutar corrent fins a 16A, cosa que permet controlar una càrrega de fins a 3 kW. Aquesta és la càrrega màxima. Per tal de facilitar lleugerament el funcionament del grup de contactes, la potència de càrrega s’ha de limitar a 2 ... 2,5 kW. Actualment aquests relés s’utilitzen molt àmpliament en electrodomèstics i electrodomèstics, per exemple, en rentadores. Al mateix temps, les dimensions del relé no superen la mida de la caixa de mistos!
Treball i ajust d’un regulador de temperatura
Com es deia al principi de l’article, a temperatura ambient, la tensió a l’emissor del transistor VT1 és d’uns 6,8 V, i quan s’escalfa a 90 ° C, la tensió baixa fins a 5,99 V. Per a aquests experiments, una làmpada de taula amb una làmpada metàl·lica és adequada com a escalfador. i per mesurar la temperatura, un multímetre digital xinès amb un termopar, per exemple, DT838.Si el sensor del dispositiu muntat està muntat a l’aparell de llum i la làmpada s’encén a través del contacte del relé, serà possible comprovar el funcionament del circuit muntat en una configuració d’aquest tipus.
El comparador funciona de tal manera que si la tensió a l’entrada inversa (tensió del sensor de temperatura) és superior a la tensió a l’entrada de la no inversora (tensió de la temperatura establerta), la tensió a la sortida del comparador s’acosta a la tensió de la font d’energia, en aquest cas es pot anomenar unitat lògica. Per tant, el commutador de transistor VT2 està obert, el relé està encès i els contactes del relé inclouen un element de calefacció.
A mesura que el sistema de calefacció s’escalfa, el sensor de temperatura VT1 també s’escalfa. El voltatge del seu emissor disminueix a mesura que augmenta la temperatura i, quan es torna igual, o més aviat lleugerament inferior a la tensió instal·lada al motor de la resistència variable R7, el comparador entra en un estat de zero lògic, de manera que el transistor es bloqueja i el relé s'apaga.
L’element de calefacció es desactiva i el radiador comença a refredar-se. El sensor de transistor VT1 també es refreda i la tensió del seu emissor augmenta. Tan aviat com aquesta tensió esdevingui superior al establert per la resistència R7, el comparador passa a un estat alt, el relé s’encendrà i el procés es tornarà a repetir.
Una mica sobre el funcionament del circuit de visualització, més precisament, sobre la finalitat dels seus elements. El LED vermell HL1 s’encén juntament amb la bobina del relé Rel1 i indica que el sistema de calefacció s’escalfa. En aquest moment, el transistor VT2 està obert i el LED HL2 passa a través del díode D2, la llum verda està apagada.
Quan s’arriba a la temperatura establerta, el transistor es tancarà i apagarà el relé i, amb ell, el LED vermell HL1. Al mateix temps, un transistor tancat deixarà d’evitar el LED HL2, que s’il·luminarà. El díode D2 és necessari perquè el LED HL1, i amb ell el relé, no es puguin encendre mitjançant el LED HL2. Qualsevol LED és adequat, de manera que el seu tipus no està especificat. Com a díodes D1, D2, els díodes importats àmpliament usats 1N4007 o KD105B domèstics són força adequats.
Alimentació del termòstat
La potència que consumeix el circuit és petita, de manera que es pot fer servir qualsevol adaptador de corrent xinès com a font d’alimentació, o bé es pot muntar un rectificador estabilitzat de 12 V. El consum actual del circuit no és superior a 200mA, de manera que qualsevol transformador amb una potència no superior a 5W i una tensió de sortida de 15 ... 17V és adequat.
El circuit d’alimentació d’energia es mostra a la figura 3. El pont del díode també es fa als díodes 1N4007 i el regulador de tensió és de + 12 V en un estabilitzador integral del tipus 7812. El consum d’energia és reduït, de manera que no cal instal·lar l’estabilitzador al radiador.
Figura 3. Alimentació del termòstat.
El disseny del termòstat és arbitrari, la majoria de les peces es munten en una placa de circuit imprès, és millor si també hi ha una font d’alimentació. El sensor del transistor es connecta mitjançant un cable blindat de dos fils, mentre que el col·lector del transistor es connecta mitjançant una pantalla.
És desitjable que hi hagi un connector de tres pins al final del cable i la seva contrapart a la placa. També podeu instal·lar un terminal de mida petita a la placa, tot i que això és menys convenient que el connector. Una connexió facilitarà molt la instal·lació del sensor i de tot el dispositiu en el seu lloc.
El dispositiu acabat s'ha de col·locar en una caixa de plàstic i instal·lar a fora una resistència de configuració de temperatura R7 i els LED HL1 i HL2. És millor si aquestes peces també es solden a la pissarra i es fan forats en la funda per a elles.
La connexió a la xarxa elèctrica i la connexió de l'escalfador es realitza a través de la tira terminal, que s'ha de fixar dins de la caixa de plàstic. Per protegir el dispositiu en general, la connexió s'ha de fer segons el PUE, mitjançant equips de protecció.
Alguns d'aquests termòstats es van fer, i tots van mostrar una precisió acceptable del control de la temperatura, així com una fiabilitat molt elevada, ja que amb tanta simplicitat del circuit no hi ha res per trencar.
Boris Aladyshkin
Consulteu també a electro-ca.tomathouse.com
: