30.03.21

[Домашняя]

Описанный ниже терморегулятор имеет параметры, зависящие только от желания изготовителя. Хорошо подогнанный терморегулятор показал следующие характеристики:

минимальное напряжение питания - от 130 В;

максимальное напряжение питания - до 290 В;

точность лучше 0,1 ºС (более точного воздушного ртутного термометра для проведения тестовых измерений просто не оказалось);

мощность нагрузки до 2 кВт.

При подаче напряжения питания 380 В инкубатор сохранял работоспособность в течение 3,5 минут.

При проведении сварочных работ сварочным аппаратом мощностью 4 кВт и при питании от одной розетки с ним в течение 2 часов показания термометра не изменялись.

Условно терморегулятор состоит из следующих узлов:

стабилизированного блока питания;

формирователя импульсов разрешения работы;

мультивибратора;

компаратора на ОУ;

силового ключа.
 

Принципиальная схема устройства изображена на рис. 1.

Блок питания выполнен по бестрансформаторной схеме и стабилизирован аналогом стабилитрона на транзисторе КТ815 или КТ817 (с любой маркировкой). Гасящий конденсатор шунтирован резистором МЛТ-1 сопротивлением 100 кОм для его разряда в выключенном состоянии устройства и добавки небольшого тока в нагрузку. Индуктивность и резистор МЛТ-1 сопротивлением 12 0м - токогасящие. Их введение в схему сильно увеличило "живучесть" прибора при плохом контакте вилки и розетки сети питания. При возникновении искры в момент включения и при плохом контакте рано или поздно возникнет ситуация, когда напряжение заряженного конденсатора 1 мкФ на 400 В (К73-17) будет противоположно напряжению самой сети питания. В результате в схему попадет импульс длительностью 1...5 мс и напряжением как минимум 100...170 В. Естественно, что исправных элементов останется немного. В качестве индуктивностей L1 и L2 используются стирающие головки аудиоаппаратуры. Выбор подобных элементов - вопрос чисто технологический. Дроссели такой мощности и индуктивности весьма громоздки и имеют горизонтальный тип корпуса. Стирающая головка компактна и позволяет сильно сэкономить место на печатной плате. Выпрямитель - однополупериодный, собран на диодах VD1-VD2. На транзисторе КТ815 собран аналог стабилитрона. Данное решение сильно увеличило тепловую мощность стабилизатора (используется теплоотвод) и дало возможность использовать малогабаритные стабилитроны на 12...14 В. Повышенная тепловая мощность появилась из-за использования большего, чем это необходимо, гасящего конденсатора (при питании от 210-230 В емкость конденсатора может быть уменьшена до 0,68 мкФ). Увеличение емкости расширило диапазон питающих напряжений в нижнюю сторону. Теплоотводом служит алюминиевая полоска размером 20x72 мм. На расстоянии 10 мм выполнен продольный разрез на глубину 20 мм. Верхний лепесток отгибается на угол 90° и обрезается на 15...17 мм от линии сгиба. Отверстие под винт с потайной головкой в транзисторе зенкуется сверлом 8... 10 мм. Отогнутый лепесток теплоотвода прикладывается к металлической части корпуса КТ815 и размечается отверстие под винт. Только после сверления отверстия и закрепления теплоотвода "потайным" винтом запаивают конденсатор К73-17. Для увеличения жесткости необходимо прикле­ить теплоотвод к стирающей головке и самой плате. Формирователь импульсов разрешения работы состоит из двух транзисторов КТ502 и делителя напряжения из резистора на 240 кОм, включенного в цепь эмиттера левого по схеме транзистора и R1. В момент перехода напряжения сети питания через ноль оба транзистора закрыты и на работу схемы не влияют. Как только напряжение сети питания начинает увеличиваться, на резисторе R1 создается достаточное падение напряжения и один из транзисторов открывается, блокируя работу мультивиб­ратора. При появлении достаточного положительного напряжения на верхней по схеме клемме питания, ток течет по цепи: верхняя клемма-эмиттер/база правого по схеме КТ502-резистор номиналом 240 кОм-нижняя клемма питания. В результате на базе получается потенциал меньше, чем на эмиттере, правый по схеме транзистор КТ502 открывается до состояния насыщения, и на его коллекторе появляется напряжение, запрещающее работу мультивибратора. Если же положительное напряжение начинает увеличиваться на нижней по схеме клемме питания, в работу вступает правый по схеме транзистор КТ502. Отношение сопротивлений R1/240 кОм определяет напряжение, при превышении которого запрещается работа мультивибратора, а также время его работы, тем самым существенно снижая общий ток потребления и расширяя диапазон питающих напряжений. Резистор R1 - М ЛТ-0,125 сопротивлением 1,8...2,2кОм. Мультивибратор собран на транзисто­рах КТЗ107 и КТ815 (с любой буквой). При снижении потенциала на базе транзистор КТ3107 открывается, и протекающий через R3, КТ3107, R4 ток открывает КТ815. На коллекторе появляется напряжение, близкое к напряжению на эмиттере. До сих пор заряженный конденсатор С1 начинает разряжаться через переход эмиттер-коллектор КТ3107, R4, переход база-эмиттер КТ815 (что и удерживает его в открытом состоянии) и резистор R4. Как только конденсатор разрядится, транзистор КТ815 закроется и будет закрыт до тех пор, пока конденсатор не зарядится через резистор R4 до напряжения, достаточного для открытия транзистора КТ3107. Время протекания этих процессов определяется сопротивлением резисторов R3, R4 и емкостью С1, следовательно, частота работы мультивибратора зависит от номиналов этих элементов и коэффициента усиления транзисторов. R3, R4 -0,75...1 кОм, С1 - 0,015...0,047 мкФ. Частота работы мультивибратора должна находиться в пределах 5-15 кГц. В качестве нагрузки для мультивибратора используются резистор 220 Ом, индуктивность L2, емкость 0,068 мкФ, резис­тор 820 Ом, 0,068 мкФ, 820 Ом, управляющий электрод симистора. Индуктивность необходима для создания импульсов самоиндукции напряжением большим, чем на левом выводе резистора 220 Ом. В результате симистор открывается переменным напряжением и пропускает обе полуволны синусоиды питания. Компаратор выполнен на ОУ из-за наличия большого количества возможных замен, что в свою очередь облегчает повторяемость схемы. ОУ можно использовать практически любой, лишь бы его напряжение питания было выше 10 В (К544УД2, К574УД1, К140УД6, К140УД7, К140УД8, КР140УД608, КР140УД708, КР140УД1208, КР140УД1408, К153УД2). В качестве датчика температуры используется терморезистор с номинальным сопротивлением 47 кОм. Подстроечным резистором регулируется диапазон температур (34...42°С), переменным - температура. ОУ охвачен ПОС (R2) для более устойчивого включения-выключения нагрузки и определяет точность поддержания температуры. Номинал этого резистора может колебаться от 470 до 750 «Ом. При использовании устройств для перемешивания воздуха не рекомендуется превышение номинала R2 более 510 кОм, в противном случае возможен быстрый выход из строя двигателя из-за перегрева от частых пусковых токов. Резисторы на 6,8 кОм на выводе 3 ОУ создают опорное напряжение, с которым сравнивается напряжение на выводе 2 ОУ, определяемое делителем из постоянного, подстроечного, переменного резистора и терморезистора. Пока температура терморезистора ниже установленной, его сопротивление велико, и на выводе 2 ОУ напряжение выше, чем на выводе 3, соответственно на выходе ОУ (вывод 6) будет напряжение, близкое к нулю. Это напряжение через резистор 100 кОм подается на базу транзистора КТ3107, и, если формирователь дает разрешение, мультивибратор запускается и открывает силовой ключ. Последний подает питание на нагревательный элемент, и температура в инкубаторе начинает повышаться. Сопротивление терморезистора зависит от температуры окружающей среды и с ее увеличением уменьшается, тем самым, уменьшая напряжение на выводе 2. Как только напряжение на выводе 2 станет меньше, чем на выводе 3, ОУ на своем выходе (вывод 6) изменит выходное напряжение на близкое к напряжению питания. Это напряжение через резистор 100 кОм подается на базу транзистора КТ3107 и запрещает работу мультивибратора. Расположение печатных проводников приведено на рис. 2, а расположение деталей - на рис. 3. В качестве нагревательного элемента лучше использовать нихромовую спираль мощностью 300.. .400 Вт. Если подходящей не оказалось, можно последовательно соединить полторы-две спирали большей мощности. Отказ от традиционных ламп накаливания обоснован тем, что часто меняющаяся освещенность неблагоприятно влияет на развивающийся эмбрион. В качестве силового ключа можно использовать любой симистор серии ТС, необходимо только учесть, что номинальный ток симистора должен быть в 1,5-2 раза выше тока, потребляемого нагревателем (у холодной спирали активное сопротивление меньше, чем у нагретой, а мощность спирали считается по разогретому сопротивлению). Регулировка терморегулятора заключается лишь в подборе конденсатора С1 при использовании слишком мощных симисторов с большим током открывания. При использовании в качестве нагрузки только реактивных элементов тока удержания симистора в открытом состоянии в начале роста напряжения синусоиды может не хватить. Решением этой проблемы может стать установка конденсатора С2 {4 мкФ на 400 В). Если подходящего не нашлось, то единственным выходом остается параллельное подключение к нагрузке лампы накаливания мощностью 40 Вт, иногда 25 Вт. Увеличивая сопротивление R1 и используя конкретную нагрузку, уменьша­ют время работы мультивибратора, тем самым, снижая потребление энергии схемой и расширяя диапазон питающих напряжений в меньшую сторону. Увеличивая площадь теплоотвода на транзисторе стабилизатора, увеличивают диапазон питающих напряжений в большую сторону. Терморезистор установлен в корпусе инкубатора и соединен с платой экранированным, изолированным проводом. Идеально подходит для этого одна жила низкочастотного видеошнура. На места пайки лучше надеть виниловую трубку (не рекомен­дуется прятать в трубку весь терморезистор, так как это увеличивает инерционность датчика и, соответственно, погрешность). Конструктивно терморегулятор выполнен в пластмассовом корпусе и имеет пластмассовую ручку на регуляторе температуры, так как все детали регулятора имеют гальваническую связь с сетью. На корпусе имеется розетка для подключения нагрузки и светодиод АЛ307, индицирующий о подаче в нагрузку напряжения питания. При обрыве нагрузки светодиод будет чуть заметно светиться (не хватает тока удержания симистора в открытом состоянии), что означает аварийную ситуацию. Как видно из всего вышесказанного, терморегулятор имеет достаточно хорошие параметры, но только в том случае, если отсутствуют веерные отключения электроэнергии.

Схемотехника №6 2001г стр. 51