Thermostat pour chaudière électrique

Description d'un circuit régulateur de température simple et fiable pour un système de chauffage.

L'hiver russe est rude et froid, et tout le monde le sait. Par conséquent, les locaux où se trouvent les personnes doivent être chauffés. Le plus courant est le chauffage central ou les chaudières individuelles au gaz.

Souvent, des situations surviennent lorsque ni l'un ni l'autre n'est disponible: par exemple, dans un champ propre, il y a une petite pièce d'une station de pompage d'eau, et là, le conducteur est de service 24h / 24. Il peut également s'agir d'une tour de garde ou d'une pièce séparée dans un grand bâtiment inhabité. Il existe de nombreux exemples de ce type.

Dans tous ces cas, il est nécessaire d'organiser le chauffage à l'électricité. Si la pièce est petite, il est tout à fait possible de le faire avec un radiateur électrique classique rempli d'huile pour un usage domestique. Pour une pièce plus grande d'une superficie d'environ 15 à 20 mètres carrés, le chauffage de l'eau est le plus souvent organisé à l'aide d'un radiateur soudé à partir de tuyaux, ce qui est souvent appelé un registre.

Si vous laissez les choses se passer d'elles-mêmes et que vous ne surveillez pas la température de l'eau, tôt ou tard, elle bouillira simplement et le boîtier pourrait se terminer par un échec de tout chaudière électriqueTout d'abord, son élément chauffant. Pour éviter un événement aussi malheureux, la température de chauffage est contrôlée par un thermostat.

Une des options possibles pour un tel appareil est proposée dans cet article. Bien sûr, cet hiver s'épuise déjà, mais il ne faut pas oublier que les traîneaux sont mieux préparés en été.

Fonctionnellement, l'appareil peut être divisé en plusieurs nœuds: le capteur de température lui-même, appareil de comparaison (comparateur) et un dispositif de contrôle de charge. Ce qui suit est une description des différentes pièces, leur schéma et leur principe de fonctionnement.

Capteur de température

Une caractéristique distinctive de la conception décrite est qu'elle est utilisée comme capteur de température transistor bipolaire classique, ce qui vous permet d'abandonner la recherche et l'achat thermistances ou des capteurs de différents types, par exemple TCM.

Le fonctionnement d'un tel capteur est basé sur le fait que, comme tous les dispositifs semi-conducteurs, les paramètres des transistors dépendent dans une large mesure de la température ambiante. Tout d'abord, il s'agit du courant inverse du collecteur, qui augmente avec l'augmentation de la température, ce qui affecte le fonctionnement, par exemple, des étages d'amplification. Leur point de fonctionnement est décalé de sorte qu'une distorsion importante du signal se produit et, à l'avenir, le transistor cesse simplement de répondre au signal d'entrée.

Cette situation est inhérente principalement aux circuits à courant de base fixe. Par conséquent, des circuits en cascade à transistors avec des éléments de rétroaction sont utilisés qui stabilisent le fonctionnement de la cascade dans son ensemble et réduisent également l'effet de la température sur le fonctionnement du transistor.

Une telle dépendance à la température est observée non seulement pour les transistors, mais aussi pour les diodes. Pour le vérifier, à l'aide d'un multimètre numérique, il suffit de «sonner» n'importe quelle diode dans le sens direct. En règle générale, l'appareil affichera un chiffre proche de 700. Il s'agit simplement d'une chute de tension directe sur la diode ouverte, que l'appareil affiche en millivolts. Pour les diodes au silicium à une température de 25 degrés Celsius, ce paramètre est d'environ 700 mV et pour les diodes au germanium d'environ 300.

Si maintenant cette diode est légèrement chauffée, au moins avec un fer à souder, alors ce chiffre diminuera progressivement, donc on considère que le coefficient de température de la tension des diodes est de -2mV / deg. Le signe moins dans ce cas indique qu'avec l'augmentation de la température, la tension directe sur la diode diminuera.

Cette dépendance permet également l'utilisation de diodes comme capteurs de température.Si le transistor transite en "anneau" avec le même appareil, les résultats seront très similaires, donc les transistors sont souvent utilisés comme capteurs de température.

Dans notre cas, le fonctionnement de l'ensemble du régulateur de température est précisément basé sur cette propriété «négative» de la cascade avec un courant de base fixe. Le circuit du contrôleur de température est illustré à la figure 1.

Figure 1. Schéma du thermostat (cliquer sur l'image ouvrira le schéma à plus grande échelle).

Le capteur de température est monté sur un transistor VT1 type KT835B. La charge de cette cascade est la résistance R1, et les résistances R2, R3 définies mode de fonctionnement du transistor cc. La polarisation fixe, qui a été mentionnée juste ci-dessus, est réglée par la résistance R3 de sorte que la tension sur l'émetteur du transistor à température ambiante soit d'environ 6,8 V.Par conséquent, un astérisque (*) est présent dans la désignation de cette résistance dans le circuit. Il n'est pas nécessaire d'atteindre ici une précision particulière, si seulement cette tension n'était pas beaucoup moins ou plus. Les mesures doivent être effectuées par rapport au collecteur du transistor, qui est connecté au fil commun de la source d'alimentation.

Le transistor de la structure p-n-p KT835B n'a pas été choisi par hasard: son collecteur est relié à une plaque métallique du boîtier, qui présente une ouverture pour le montage du transistor sur le radiateur. Pour ce trou, le transistor est attaché à une petite plaque métallique, à laquelle le fil conducteur est également attaché.

Le capteur résultant est fixé à l'aide de colliers métalliques au tuyau de chauffage. Comme, comme déjà indiqué, le collecteur est connecté au fil commun de la source d'alimentation, il n'est pas nécessaire d'installer un joint isolant entre le tuyau et le capteur, ce qui simplifie la conception et améliore le contact thermique.

Comparateur

Pour régler la température, un comparateur réalisé sur l'amplificateur opérationnel OP1 type K140UD608. Grâce à la résistance R5, la tension provenant de l'émetteur du transistor VT1 est fournie à son entrée inverseuse, et la tension provenant du moteur de la résistance variable R7 est fournie à l'entrée non inverseuse via la résistance R6.

Cette tension définit la température à laquelle la charge se déconnectera. Les résistances R8, R9 définissent la plage supérieure et inférieure pour le réglage du seuil du comparateur, et donc les limites du contrôle de la température. L'utilisation de la résistance R4 fournit l'hystérésis nécessaire du comparateur.

Dispositif de contrôle de charge

Le dispositif de contrôle de charge est réalisé sur le transistor VT2 et le relais Rel1. Voici une indication des modes de fonctionnement du thermostat. Ces voyants sont HL1 rouge et HL2 vert. La couleur rouge signifie le chauffage et la couleur verte que la température réglée est atteinte. La diode VD1, connectée en parallèle avec la bobine de relais Rel1, protège le transistor VT2 des tensions d'auto-induction qui se produisent sur la bobine de relais Rel1 au moment de l'arrêt.

Les relais modernes de petite taille permettent de commuter des courants suffisamment importants. Un exemple d'un tel relais est le relais Tianbo illustré à la figure 2.

Figure 2. Relais Tianbo de petite taille.

Comme le montre la figure, le relais permet une commutation de courant jusqu'à 16A, ce qui vous permet de contrôler une charge allant jusqu'à 3 kW. Il s'agit de la charge maximale. Afin de faciliter légèrement le fonctionnement du groupe de contact, la puissance de charge doit être limitée à 2 ... 2,5 kW. De tels relais sont actuellement très largement utilisés dans l'automobile et l'électroménager, par exemple dans les machines à laver. En même temps, les dimensions du relais ne dépassent pas la taille de la boîte d'allumettes!

Travail et réglage d'un régulateur de température

Comme cela a été dit au début de l'article, à la température ambiante, la tension à l'émetteur du transistor VT1 est d'environ 6,8 V, et lorsqu'elle est chauffée à 90 ° C, la tension chute à 5,99 V. Pour de telles expériences, une lampe de table avec un abat-jour en métal convient comme chauffage. et pour mesurer la température, un multimètre numérique chinois avec un thermocouple, par exemple le DT838.Si le capteur de l'appareil assemblé est monté sur l'abat-jour et que la lampe est allumée via le contact de relais, il sera alors possible de vérifier le fonctionnement du circuit assemblé dans une telle configuration.

Le comparateur fonctionne de telle manière que si la tension à l'entrée inverseuse (tension du capteur de température) est supérieure à la tension à l'entrée du non inverseur (tension de la consigne de température), la tension à la sortie du comparateur est proche de la tension de la source d'alimentation, dans ce cas, on peut l'appeler unité logique. Par conséquent, le commutateur à transistors VT2 est ouvert, le relais est activé et les contacts de relais comprennent un élément chauffant.

Lorsque le système de chauffage se réchauffe, le capteur de température VT1 chauffe également. La tension sur son émetteur diminue avec l'augmentation de la température, et lorsqu'elle devient égale, ou plutôt légèrement inférieure à la tension installée sur le moteur de la résistance variable R7, le comparateur passe dans un état de zéro logique, le transistor est donc verrouillé et le relais désactivé.

L'élément chauffant est hors tension et le radiateur commence à refroidir. Le capteur à transistor VT1 se refroidit également et la tension sur son émetteur augmente. Dès que cette tension devient supérieure à celle réglée par la résistance R7, le comparateur passe à l'état haut, le relais se met sous tension et le processus se répète.

Un peu sur le fonctionnement du circuit d'affichage, plus précisément, sur le but de ses éléments. La LED rouge HL1 s'allume avec la bobine de relais Rel1 et indique que le système de chauffage chauffe. A ce moment, le transistor VT2 est ouvert, et la LED HL2 shunte à travers la diode D2, le voyant vert est éteint.

Lorsque la température réglée est atteinte, le transistor ferme et ferme le relais et avec lui la LED rouge HL1. Dans le même temps, un transistor fermé ne contournera plus la LED HL2, qui s'allumera. La diode D2 est nécessaire pour que la LED HL1, et avec elle le relais, ne puissent pas s'allumer via la LED HL2. Toutes les LED conviennent, leur type n'est donc pas spécifié. En tant que diodes D1, D2, les diodes importées largement utilisées 1N4007 ou KD105B domestique conviennent parfaitement.

Alimentation du thermostat

La puissance consommée par le circuit est faible, vous pouvez donc utiliser n'importe quel adaptateur secteur de fabrication chinoise comme alimentation ou assembler un redresseur 12V stabilisé. La consommation de courant du circuit ne dépasse pas 200mA, donc tout transformateur avec une puissance ne dépassant pas 5W et une tension de sortie de 15 ... 17V convient.

Le circuit d'alimentation est illustré à la figure 3. Le pont de diodes est également réalisé sur les diodes 1N4007, et le régulateur de tension est de + 12V sur un stabilisateur intégré de type 7812. La consommation électrique est faible, vous n'avez donc pas besoin d'installer le stabilisateur sur le radiateur.

Figure 3. Alimentation du thermostat.

La conception du thermostat est arbitraire, la plupart des pièces sont montées sur une carte de circuit imprimé, il est préférable que l'alimentation y soit également montée. Le capteur du transistor est connecté à l'aide d'un câble blindé à deux fils, tandis que le collecteur du transistor est connecté via un écran.

Il est souhaitable qu'il y ait un connecteur à trois broches à l'extrémité du câble et son équivalent sur la carte. Vous pouvez également installer un bornier de petite taille sur la carte, bien que cela soit moins pratique que le connecteur. Une telle connexion facilitera grandement l'installation du capteur et de l'ensemble de l'appareil dans son ensemble sur le lieu d'utilisation.

L'appareil fini doit être placé dans un boîtier en plastique et installer une résistance de réglage de température R7 et des LED HL1 et HL2 à l'extérieur. Il est préférable que ces pièces soient également soudées sur la carte et que des trous soient faits dans le boîtier pour elles.

La connexion au réseau électrique et la connexion de l'appareil de chauffage se font à travers le bornier, qui doit être fixé à l'intérieur du boîtier en plastique. Pour protéger l'ensemble de l'appareil dans son ensemble, la connexion doit être effectuée conformément au PUE, à l'aide d'un équipement de protection.

Plusieurs de ces thermostats ont été fabriqués, et tous ont montré une précision acceptable de contrôle de la température, ainsi qu'une très grande fiabilité, car avec une telle simplicité du circuit, il n'y a en fait rien à casser.

Boris Aladyshkin