Термостат за електрически бойлер

Описание на проста и надеждна верига за регулиране на температурата за отоплителна система.

Руската зима е сурова и студена и всеки знае за това. Затова помещенията, в които се намират хора, трябва да се отопляват. Най-често се използва централно отопление или индивидуални газови котли.

Често има ситуации, когато нито едното, нито другото са на разположение: например в чисто поле има малка стая на водна помпена станция и там водачът дежури денонощно. Тя може да бъде и охранителна кула или отделно помещение в голяма необитаема сграда. Има много такива примери.

Във всички тези случаи е необходимо да се организира отопление с помощта на електричество. Ако стаята е малка, тогава е напълно възможно да се направи с конвенционален електрически радиатор, пълнен с масло, за битова употреба. За по-голямо помещение с площ от около 15 - 20 квадратни метра отоплението с вода най-често се организира с помощта на радиатор, заварен от тръби, който често се нарича регистър.

Ако оставите нещата да вървят сами и не следите температурата на водата, тогава рано или късно тя просто ще заври и случаят може да приключи с неуспех на всичко електрически бойлерНа първо място, нагревателният му елемент. За да се предотврати подобно злощастно събитие, температурата на отопление се контролира от термостат.

В тази статия е предложена една от възможните опции за такова устройство. Разбира се, тази зима вече изтича, но не бива да забравяме, че шейните са най-добре подготвени през лятото.

Функционално устройството може да бъде разделено на няколко възли: самия температурен датчик, т.е. устройство за сравняване (сравнителен) и устройство за контрол на натоварването. По-долу е описание на отделните части, тяхната схема и принцип на работа.

Датчик за температура

Отличителна черта на описания дизайн е, че се използва като сензор за температура конвенционален биполярен транзистор, което ви позволява да изоставите търсенето и покупката термистори или сензори от различни видове, например TCM.

Работата на такъв сензор се основава на факта, че като всички полупроводникови устройства, параметрите на транзисторите до голяма степен зависят от температурата на околната среда. На първо място, това е обратният ток на колектора, който се увеличава с повишаване на температурата, което влияе върху работата на, например, етапи на усилване. Работната им точка е изместена така, че възниква значително изкривяване на сигнала и в бъдеще транзисторът просто престава да реагира на входния сигнал.

Тази ситуация е присъща главно на вериги с фиксиран базов ток. Затова се използват транзисторни каскадни схеми с елементи за обратна връзка, които стабилизират работата на каскадата като цяло, а също така намаляват ефекта на температурата върху работата на транзистора.

Такава температурна зависимост се наблюдава не само за транзисторите, но и за диодите. За да проверите това, използвайки цифров мултицет, достатъчно е да „звъннете“ всеки диод в посока напред. Обикновено устройството ще покаже цифра, близка до 700. Това е само директен спад на напрежението върху отворения диод, който устройството показва в миливолта. За силициевите диоди при температура 25 градуса по Целзий този параметър е приблизително 700 mV, а за германиевите диоди около 300.

Ако сега този диод е леко затоплен, поне с поялник, тогава тази цифра постепенно ще намалее, следователно се счита, че температурният коефициент на напрежението на диодите е -2mV / deg. Знакът минус в този случай показва, че с повишаване на температурата напрежението напред на диода ще намалее.

Тази зависимост също позволява използването на диоди като сензори за температура.Ако транзисторните преходи "звънят" със същото устройство, резултатите ще бъдат много сходни, поради което транзисторите често се използват като температурни сензори.

В нашия случай работата на целия температурен регулатор се основава точно на това „отрицателно“ свойство на каскадата с фиксиран базов ток. Схема на регулатора на температурата е показана на фигура 1.

Фигура 1. Схема на термостата (щракването върху снимката ще отвори схемата в по-голям мащаб).

Температурният сензор е сглобен на транзистор VT1 тип KT835B. Натоварването на тази каскада е резисторът R1, а резисторите R2, R3 зададени режим на работа на постоянен транзистор, Фиксираното отклонение, което беше споменато малко по-горе, се задава от резистора R3, така че напрежението в излъчвателя на транзистора при стайна температура е около 6,8 V. Следователно в обозначението на този резистор във веригата присъства звездичка (*). Тук не е необходимо да се постига особена точност, ако само това напрежение не беше много по-малко или повече. Измерванията трябва да се правят спрямо колектора на транзистора, който е свързан към общия проводник на източника на захранване.

Транзисторът на p-n-p структурата KT835B не е избран случайно: неговият колектор е свързан с метална плоча на кутията, която има отвор за монтиране на транзистора към радиатора. За този отвор транзисторът е прикрепен към малка метална плоча, към която също е прикрепена оловната жица.

Полученият сензор е прикрепен с помощта на метални скоби към отоплителната тръба. Тъй като, както вече беше отбелязано, колекторът е свързан към общия проводник на източника на захранване, не е необходимо да инсталирате изолационно уплътнение между тръбата и сензора, което опростява дизайна и подобрява термичния контакт.

сравнителен

За настройка на температурата се използва компаратор, направен на операционния усилвател OP1 от тип K140UD608. Чрез резистор R5 напрежението от излъчвателя на транзистор VT1 се подава към неговия инвертиращ вход, а напрежението от двигателя на променлив резистор R7 се подава към неинвертиращия вход през резистор R6.

Това напрежение задава температурата, при която натоварването ще се изключи. Резисторите R8, R9 задават горния и долния диапазон за настройка на прага на компаратора и следователно границите на регулиране на температурата. Използването на резистор R4 осигурява необходимата хистерезис на сравнителя.

Устройство за контрол на натоварването

Устройството за контрол на натоварването е направено на транзистора VT2 и реле Rel1. Ето индикация за режимите на работа на термостата. Тези светодиоди са HL1 червени, а HL2 зелени. Червеният цвят означава загряване, а зеленият цвят, че е достигната зададената температура. Диод VD1, свързан успоредно с релето намотка Rel1, защитава транзистора VT2 от напрежения на самоиндукция, които се появяват на релейната намотка Rel1 в момента на изключване.

Съвременните релета с малък размер позволяват превключване на достатъчно големи токове. Пример за такова реле е релето Tianbo, показано на фигура 2.

Фигура 2. Малки по размер релета Tianbo.

Както се вижда от фигурата, релето позволява превключване на ток до 16А, което ви позволява да контролирате натоварване до 3 кВт. Това е максималното натоварване. За да се улесни леко работата на контактната група, мощността на товара трябва да бъде ограничена до 2 ... 2,5 kW. Понастоящем такива релета се използват много широко в автомобилни и домакински уреди, например в перални машини. В същото време размерите на релето не надвишават размера на кибритената кутия!

Работа и настройка на регулатор на температурата

Както беше казано в началото на статията, при стайна температура напрежението в емитера на транзистора VT1 е около 6,8 V, а при нагряване до 90 ° C напрежението спада до 5,99 V. За такива експерименти е подходяща настолна лампа с метален абажур като нагревател. и за измерване на температура, китайски цифров мултицет с термодвойка, например, DT838.Ако сензорът на сглобеното устройство е монтиран върху абажура и лампата е включена през релейния контакт, тогава ще бъде възможно да се провери работата на сглобената верига в такава настройка.

Сравнителят работи по такъв начин, че ако напрежението на инвертиращия вход (напрежението на температурния сензор) е по-високо от напрежението на входа на неинвертиращо (напрежение на зададената температура), напрежението на изхода на компаратора е близко до напрежението на източника на захранване, в този случай може да се нарече логическа единица. Следователно транзисторният превключвател VT2 е отворен, релето е включено и контактите на релето включват нагревателен елемент.

Тъй като отоплителната система се загрява, температурният датчик VT1 също се загрява. Напрежението на неговия емитер намалява с повишаване на температурата и когато стане равно, или по-скоро малко по-малко от напрежението, монтирано на двигателя на променливия резистор R7, сравнителят преминава в състояние на логическа нула, така че транзисторът се заключва и релето се изключва.

Нагревателният елемент се дезактивира и радиаторът започва да се охлажда. Транзисторният сензор VT1 също се охлажда и напрежението на неговия емитер се повишава. Щом това напрежение стане по-високо от зададеното от резистор R7, сравнителят преминава във високо състояние, релето ще се включи и процесът ще се повтори отново.

Малко за работата на схемата на дисплея, по-точно, за целта на нейните елементи. Червеният светодиод HL1 се включва заедно с релейната бобина Rel1 и показва, че отоплителната система се отоплява. По това време транзисторът VT2 е отворен и светодиодът HL2 се задейства през диода D2, зелената светлина е изключена.

Когато се достигне зададената температура, транзисторът ще се затвори и изключи релето, а с него и червения светодиод HL1. В същото време затворен транзистор вече няма да заобикаля светодиода HL2, който ще светне. Диод D2 е необходим, така че светодиодът HL1, а заедно с него и релето, да не може да се включи чрез светодиода HL2. Подходящи са всякакви светодиоди, така че техният тип не е посочен. Като диоди D1, D2, широко разпространени внесени диоди 1N4007 или домашни KD105B са доста подходящи.

Термостатно захранване

Консумираната от веригата мощност е малка, така че всеки променливотоков адаптер, произведен от Китай, може да се използва като захранване или може да се сглоби стабилизиран 12V токоизправител. Консумацията на ток на веригата е не повече от 200mA, така че всеки трансформатор с мощност не по-голяма от 5W и изходно напрежение 15 ... 17V.

Електрическата верига за захранване е показана на фигура 3. Диодният мост също е направен на диоди 1N4007, а регулаторът на напрежението е + 12V на интегрален стабилизатор от тип 7812. Консумацията на енергия е малка, така че не е необходимо да инсталирате стабилизатора върху радиатора.

Фигура 3. Захранване на термостата.

Дизайнът на термостата е произволен, повечето части са монтирани на печатна платка, по-добре е ако захранването също е монтирано там. Сензорът на транзистора е свързан с помощта на екраниран двужилен кабел, докато колекторът на транзистора е свързан чрез екран.

Желателно е в края на кабела да има трижилен конектор, а неговият колега - на платката. Можете също така да инсталирате малък размер терминален блок на платката, въпреки че това е по-малко удобно от конектора. Такава връзка значително ще улесни инсталирането на сензора и цялото устройство като цяло на мястото на употреба.

Готовото устройство трябва да се постави в пластмасов калъф и да се монтира температурен резистор R7 и светодиоди HL1 и HL2 отвън. По-добре е, ако тези части са споени и върху дъската, и в кутията за тях се правят дупки.

Връзката към електрическата мрежа и нагревателя са свързани чрез клемната лента, която трябва да бъде фиксирана вътре в пластмасовия корпус. За да се защити цялото устройство като цяло, връзката трябва да се извърши според PUE, като се използва защитно оборудване.

Бяха направени няколко от тези термостати и всички те показаха приемлива точност на регулиране на температурата, както и много висока надеждност, защото с такава простота на веригата всъщност няма какво да се счупи.

Борис Аладишкин