Termostat za električni kotao

Opis jednostavnog i pouzdanog kruga regulatora temperature za sustav grijanja.

Ruska zima je oštra i hladna, a svi znaju za nju. Stoga se prostori u kojima se nalaze ljudi moraju grijati. Najčešće je centralno grijanje ili pojedinačni plinski kotlovi.

Često postoje situacije kada ni jedni ni drugi nisu dostupni: na primjer, u čistom polju nalazi se mala soba crpne stanice za vodu, a tamo vozač radi dežurno. To može biti i stražarska kula ili zasebna prostorija u velikoj nenaseljenoj zgradi. Takvih je primjera mnogo.

U svim tim slučajevima potrebno je organizirati grijanje pomoću električne energije. Ako je soba mala, onda je sasvim moguće učiniti s uobičajenim električnim radijatorom napunjenim uljem za kućnu upotrebu. Za veću prostoriju površine oko 15 - 20 četvornih metara grijanje vode najčešće se vrši pomoću radijatora zavarenog od cijevi, što se često naziva registar.

Ako pustite stvari samostalno i ne pratite temperaturu vode, ona će prije ili kasnije jednostavno proključati i slučaj može završiti neuspjehom svega električni bojlerPrije svega, njegov grijaći element. Da bi se spriječio takav nesretni događaj, temperaturu grijanja kontrolira termostat.

Jedna od mogućih opcija za takav uređaj predložena je u ovom članku. Naravno, ove zime već istječu, ali ne bismo trebali zaboraviti da se sanjke najbolje pripremaju ljeti.

U funkcionalnom smislu, uređaj se može podijeliti u nekoliko čvorova: sam osjetnik temperature, uređaj za usporedbu (komparator) i uređaj za kontrolu opterećenja. Slijedi opis pojedinih dijelova, njihov dijagram i princip rada.

Senzor temperature

Izrazita karakteristika opisanog dizajna je da se koristi kao temperaturni senzor konvencionalni bipolarni tranzistor, što vam omogućuje da napustite pretraživanje i kupnju Termistori ili senzora raznih vrsta, na primjer TCM.

Djelovanje takvog senzora temelji se na činjenici da, poput svih poluvodičkih uređaja, parametri tranzistora u velikoj mjeri ovise o temperaturi okoline. Prije svega, to je obrnuta struja kolektora, koja se povećava s porastom temperature, što utječe na rad, na primjer, stupnjeva pojačanja. Njihova je radna točka pomaknuta tako da dolazi do značajnog izobličenja signala, a u budućnosti tranzistor jednostavno prestaje reagirati na ulazni signal.

Ova je situacija svojstvena uglavnom krugovima s fiksnom osnovnom strujom. Stoga se koriste tranzistorski kaskadni sklopovi s povratnim elementima koji stabiliziraju rad kaskade u cjelini, a također smanjuju utjecaj temperature na rad tranzistora.

Takva temperaturna ovisnost promatra se ne samo za tranzistore, već i za diode. Da biste to potvrdili digitalnim multimeterom dovoljno je bilo koju "dio" nazvati u smjeru prema naprijed. Uobičajeno će uređaj pokazati brojku blizu 700. Ovo je samo izravan pad napona na otvorenoj diodi, koji uređaj prikazuje u milivoltima. Za silicijske diode na temperaturi od 25 stupnjeva Celzijusa, ovaj je parametar približno 700 mV, a za germanijeve diode oko 300.

Ako je sada ova dioda malo zagrijana, barem s lemilicom, tada će se ta brojka postupno smanjivati, pa se smatra da je temperaturni koeficijent napona dioda -2mV / deg. Znak minus u ovom slučaju znači da će se s porastom temperature napon na diodi smanjivati.

Ova ovisnost također omogućuje upotrebu dioda kao temperaturnih senzora.Ako tranzistorski prijelazi "zvone" istim uređajem, rezultati će biti vrlo slični, pa se tranzistori često koriste kao temperaturni senzori.

U našem slučaju, rad cijelog regulatora temperature temelji se upravo na ovom "negativnom" svojstvu kaskade s fiksnom baznom strujom. Krug regulatora temperature prikazan je na slici 1.

Slika 1. Shema termostata (klikom na sliku otvorit ćete shemu u većem mjerilu).

Senzor temperature sastavljen je na tranzistoru VT1 tipa KT835B. Opterećenje ove kaskade je otpornik R1, a otpornici R2, R3 postavljeni DC rad tranzistora, Fiksna pristranost, koja je spomenuta malo iznad, postavlja otpornik R3 tako da napon na emitiru tranzistora pri sobnoj temperaturi iznosi oko 6,8 V. Stoga je kod oznake ovog otpornika u krugu prisutna zvjezdica (*). Ovdje nije potrebno postići posebnu točnost, ako samo taj napon nije bio mnogo manji ili veći. Mjerenja trebaju biti izvedena u odnosu na sakupljač tranzistora, koji je spojen na zajedničku žicu izvora napajanja.

Tranzistor p-n-p strukture KT835B nije odabran slučajno: njegov je kolektor spojen na metalnu ploču kućišta koja ima otvor za ugradnju tranzistora na radijator. Za ovu rupu tranzistor je pričvršćen na malu metalnu ploču, na koju je također pričvršćena olovna žica.

Dobiveni senzor pričvršćen je metalnim stezaljkama na grijaću cijev. Budući da je, kao što je već napomenuto, kolektor spojen na zajedničku žicu izvora napajanja, nema potrebe za ugradnjom izolacijske brtve između cijevi i senzora, što pojednostavljuje dizajn i poboljšava toplinski kontakt.

komparator

Za podešavanje temperature izrađen je komparator koji je rađen na operativnom pojačalu OP1 tipa K140UD608. Kroz otpornik R5 napon iz emitera tranzistora VT1 dovodi se do njegovog invertirajućeg ulaza, a napon iz motora varijabilnog otpornika R7 dovodi se do neinvertirajućeg ulaza kroz otpornik R6.

Taj napon postavlja temperaturu na kojoj će se opterećenje isključiti. Otpornici R8, R9 postavljaju gornji i donji raspon za podešavanje praga komparatora, a time i ograničenja regulacije temperature. Korištenje otpornika R4 pruža potrebnu histerezu komparatora.

Uređaj za kontrolu opterećenja

Uređaj za kontrolu opterećenja izrađen je na tranzistoru VT2 i releju Rel1. Ovdje su naznake načina rada termostata. Ove LED diode su HL1 crvene, a HL2 zelene. Crvena boja znači grijanje, a zelena boja postignute postavljene temperature. Dioda VD1, spojena paralelno sa zavojnicom releja Rel1, štiti tranzistor VT2 od samoinduktivnih napona koji nastaju na relejnoj zavojnici Rel1 u trenutku isključivanja.

Moderni releji male veličine omogućuju prebacivanje dovoljno velikih struja. Primjer takvog releja je relej Tianbo prikazan na slici 2.

Slika 2. Tianbo releji male veličine.

Kao što se može vidjeti na slici, relej omogućava prebacivanje struje do 16A, što vam omogućuje kontrolu opterećenja do 3 kW. Ovo je maksimalno opterećenje. Da bi se lagano olakšao rad kontaktne skupine, snaga opterećenja treba biti ograničena na 2 ... 2,5 kW. Takvi se releji trenutno vrlo često koriste u automobilskim i kućanskim aparatima, na primjer, u perilicama rublja. Istodobno, dimenzije releja ne prelaze veličinu kutije za šibicu!

Rad i podešavanje regulatora temperature

Kao što je rečeno na početku članka, napon na emitiranju tranzistora VT1 je na sobnoj temperaturi oko 6,8 V, a kada se zagrije na 90 ° C, napon pada na 5,99 V. Za takve eksperimente kao grijač je prikladna stolna svjetiljka s metalnim lampom. a za mjerenje temperature je kineski digitalni multimetar s termoelementom, na primjer, DT838.Ako je senzor sklopljenog uređaja montiran na sjenilu, a svjetiljka uključena preko kontakta releja, tada će biti moguće provjeriti rad sklopljenog kruga u takvom postavljanju.

Komparator djeluje na takav način da ako je napon na invertirajućem ulazu (napon temperaturnog senzora) veći od napona na ulazu neinvertiranog (napon zadane temperature), napon na izlazu komparatora je blizu napona izvora napajanja, u ovom slučaju to se može nazvati logičkom jedinicom. Dakle, tranzistorska sklopka VT2 je otvorena, relej je uključen, a kontakti releja uključuju grijaći element.

Kako se sustav grijanja zagrijava, temperaturni senzor VT1 također se zagrijava. Napon na njegovom emiteru smanjuje se s porastom temperature, a kada postane jednak, odnosno nešto manji od napona instaliranog na motor varijabilnog otpornika R7, komparator prelazi u stanje logičke nule, pa se tranzistor zaključava i relej se isključuje.

Grijaći element se isključuje i radijator se hladi. Tranzistorski senzor VT1 također se hladi, a napon na njegovom odašiljaču raste. Čim ovaj napon postane veći od onog koji je postavio otpornik R7, komparator prelazi u visoko stanje, relej će se uključiti i postupak će se ponoviti opet.

Malo o radu kruga zaslona, ​​točnije, o svrsi njegovih elemenata. Crveni LED HL1 uključuje se zajedno s zavojnicom releja Rel1 i označava grijanje sustava grijanja. Trenutačno je tranzistor VT2 otvoren, a LED HL2 prolazi kroz diodu D2, zeleno svjetlo je isključeno.

Kad se postigne zadana temperatura, tranzistor će se zatvoriti i isključiti relej, a s njim i crveni LED HL1. Istodobno, zatvoreni tranzistor više neće zaobići HL2 LED, koji će svijetliti. Dioda D2 je potrebna tako da se LED HL1, a s njim i relej, ne mogu uključiti putem HL2 LED. Prikladni su bilo koji LED, tako da njihov tip nije naveden. Kao diode D1, D2, široko korištene uvozne diode 1N4007 ili domaće KD105B prilično su pogodne.

Napajanje termostata

Snaga koju potroši strujni krug je mala, tako da možete koristiti bilo koji izmjenični adapter kineske proizvodnje kao izvor napajanja ili sastaviti stabilizirani 12V ispravljač. Trenutna potrošnja u krugu nije veća od 200mA, tako da je pogodan bilo koji transformator snage ne veće od 5W i izlaznog napona od 15 ... 17V.

Krug napajanja prikazan je na slici 3. Diodni most također je izrađen na diodama 1N4007, a regulator napona je + 12V na integriranom stabilizatoru tipa 7812. Potrošnja energije je mala, tako da ne morate instalirati stabilizator na radijator.

Slika 3. Napajanje termostata.

Dizajn termostata je proizvoljan, većina dijelova montirana je na ploči s tiskanim krugom, bolje je ako je i napajanje struje. Senzor tranzistora spojen je oklopljenim dvožičnim kabelom, dok je sakupljač tranzistora spojen preko sita.

Poželjno je da se na kraju kabela nalazi tropolni konektor, a njegov ploča na ploči. Na ploču možete instalirati i terminalni blok male veličine, iako je to manje prikladno od priključka. Takva veza uvelike će olakšati instalaciju senzora i cijelog uređaja u cjelini na mjesto uporabe.

Gotov uređaj treba staviti u plastični kovčeg, a vanjski ugraditi temperaturni otpornik R7 i LED HL1 i HL2. Bolje je ako su i ovi dijelovi lemljeni na ploči, a u kućištu za njih napravljene su rupe.

Priključak na električnu mrežu i grijač povezani su putem priključne trake, koja bi trebala biti fiksirana unutar plastičnog kućišta. Da biste zaštitili cijeli uređaj u cjelini, vezu treba izvesti prema PUE, koristeći zaštitnu opremu.

Napravljeno je nekoliko ovih termostata, i svi su pokazali prihvatljivu točnost regulacije temperature, kao i vrlo visoku pouzdanost, jer se takvom jednostavnošću kruga zapravo ništa ne može pokvariti.

Boris Aladyskin