30.03.21

[Домашняя]

Предлагаемый термостабилизатор совместно с трубчатым электронагревателем мощностью до 3 кВт позволяет нагреть воду в бочке душа до желаемой температуры в диапазоне 25. 45°С и поддерживать ее необходимое время. Стабилизация температуры осуществляется включением и выключением сетевого напряжения, подаваемого на нагреватель, в зависимости от температуры датчика — термистора. Включение симистора происходит в момент перехода сете­вого напряжения через "ноль", что исключает помехи радиоприему. Схема термостабилизатора приведена на рис.1.

Блок питания собран на трансформаторе Т1, диодном мосте VD1, конденсаторах С1 и С2 и микросхемном стабилизаторе DA1, Диод VD2 совместно с транзисторами VT1 и VT2 образуют формирователь импульсов. Они вырабатываются в момент прохождения сетевого напряжения через ноль. Компаратор DA2 служит для сравнения напряжения с перестраиваемого резистивного делителя R4-R5-R6 с напряжением на термисторе R8. Выходной сигнал компаратора через оптрон VU1 управляет мощным симистором VS1, который и коммутирует нагрузку. Работает термостабилизатор так. Пока мгновенное напряжение сети по абсолютной величине больше 25 В, транзистор VT1 открыт, VT2 закрыт. На прямом входе 3 компаратора DA2 напряжение, близкое к напряжению источника питания; на выходе 9 DA2 такое же напряжение, светодиод оптрона VU1 погашен, и ток на управляющий электрод симистора VS1 не поступает. При снижении мгновенного напряжения сети до 25 В транзистор VT1 закрывается, VT2 открывается и включает делитель R4-R5-R6. Теперь состояние компаратора DA2 определяется температурой термистора R8 и, соответственно, падением напряжения на нем. Если его температура ниже необходимой, напряжение на инвертирующем входе 4 компаратора выше напряжения на неинвертирующем входе 3t и на выходе 9 компаратора — напряжение, близкое к нулю. Через резистор R9 и светодиод оптрона VU1 течет ток, включающий симистор VS1. Нагреватель работает, температура воды повышается. Включенное состояние водонагревателя индицируется светодиодом HL2 красного цвета. Когда температура веды достигнет необходимой, напряжение на термисторе уменьшится, и симистор перестанет включаться. Нагрев воды до необходимой температуры индицируется светодиодом HL1 зеленого цвета. Когда вода слегка остынет, снова включится нагреватель, поддерживая нужную температуру. В схеме устройства отсутствует ограничительный резистор, обычно включаемый последовательно с фотодиодом оптрона для ограничения тока через него и управляющий электрод симистора. Дело в том, что, как указывалось выше, ток через светодиод оптрона может течь только при мгновенном напряжении сети менее 25 В. Поэтому ток через фотодинистор и управляющий электрод симистора не может превышать 25/16 = 1,55 (А), что допустимо как для оптрона, так и для симистора (16 Ом — сопротивление ТЭНа мощностью 3 кВт). Симистор включается в самом начале каждого полупериода напряжения сети, что исключает помехи радиоприему. Первый раз включение симистора происходит в конце полупериода, в котором выполнилось условие его включения. Конденсатор СЗ устраняет наводки на термистор и соединительные провода. Все элементы термостабилизатора, кроме трансформатора Т1, симистора VS1 и гнезд Х1 и Х2, смонтированы на печатной плате размерами 65x50 мм (рис.2).

Плата рассчитана на установку резисторов МЛТ, импортных аналогов конденсаторов К50-35 (С1.. СЗ), К73-16 на напряжение 400 В (С4, С5). Переменный резистор (R5) — СПЗ-4аМ или СПЗ-46М, он установлен на печатную плату при помощи П-образного кронштейна, согнутого из латуни толщиной 0,5 мм. Корпус резистора R5 соединен с общим проводом цепи питания микросхемы, что необходимо для его экранирования. Диоды VD2.. .VD4 — любые маломощ­ные кремниевые, диодный мост VD1 —   любой подходящий, на ток не менее 100 мА, например, КД906А. Вместо него можно включить четыре диода, однотипных с VD2...VD4. Микросхема DA1 —любой стабилизатор напряжения на 6 В, например, КР1157ЕН6, КР142ЕН5Б(Г), КР1180ЕН6, 78L06, 7806. Микросхе­ма К554САЗ (DA2) заменяется на К521 САЗ с учетом различия в цоколевке. Следует иметь в виду, что почти во всех справочниках прямой и инверсный входы этих микросхем перепутаны. Транзисторы VT1 и VT2 могут быть любыми кремниевыми, маломощными, структуры п-р-п, например, серии КТ3102. Оптрон VU1 можно использовать серии АОУ160 с любым буквенным индексом, но при установке АОУ160В сопротивление резистора R9 следует уменьшить до 220 Ом. Светодиоды HL1 и HL2 — любые указанного цвета свечения, например, AЛ307HM и АЛ307БМ соответственно. Трансформатор Т1 использован от блока питания (адаптера) "Электроника Д2-ЗГ. Он имеет вторичную обмотку 2x9 В, которая использована целиком. Напряжение на конденсаторе С1 составляет около 22 В при номинальном напряжении сети. Столь высокая его величина обеспечивает работоспособность устройства при значительном снижении сетевого напряжения, типичном для сельской местности. Здесь подойдет любой маломощный трансформатор с напряжением на вторичной обмотке 12…18 В, однако, на сколько вольт относительно 18 будет ниже напряжение на вторичной обмотке, настолько же килоом следует снизить сопротивление резистора R1. Это необходимо для того, чтобы длительность импульсов на коллекторе VT2 была равна требуемой. Интересно отметить, что при напряжении питания 220 В она составляет около 500 мкс (±250 мкс относительно момента перехода напряжения сети через ноль) и увеличивается обратно пропорционально снижению напряжения сети. При этом начало, и конец импульса соответствуют мгновенному напряжению сети 25 В (по абсолютной величине). Симистор VS1 может быть использован любой на необходимый рабочий ток и класса не ниже 4 (рабочее напряжение — 400 В и более), например, ТС 112-16-4. Симистор установ­лен на двусторонний игольчатый теплоотвод размерами 40x45x90 мм. Термистор R8 автор использовал ММТ-46, но можно установить любые типа ММТ КМТ или соответствующие импортные с номиналом не менее указанного на схеме (лучше — герметичные). Поскольку термисторы имеют большой разброс параметров, резистор R7, линеаризующий шкалу, следует рассчитать под конкретный образец, примененный в устройстве. Вначале необходимо измерить сопротивление Rt1- термистора при минимальной (+25°С), Rt2 — при средней (+35°С) и Rt3 — при максимальной (+45°С) рабочих температурах, после чего определить R7 [1]. Контрольный расчет показывает, что максимальное отклонение от линейной зависимости для такого диапазона температур и использованного резистора составляет менее 0,03°С. После этого рассчитывают коэффициенты деления напряжения питания резисторами R7 и R8 при крайних температурах. Эти коэффициенты должен обеспечить делитель R4-R5-R6 в крайних положениях движка резистора R5. Нетрудно рассчитать, что при R5=1 кОм сопротивления резисторов R4 и R6 должны составлять 2,57 и 3,57 кОм соответственно. Измерив, фактическое сопротивление R5, следует уточнить номиналы R4 и R6 и подобрать их и R7 из резисторов близкого номинала. При этом никакой дополнительной настройки не потребуется, возможно, только, придется несколько уменьшить сопротивление резистора R6 для учета падения напряжения на транзисторе VT2. Плата, теплоотвод с симистором, трансформатор и пара гнезд Х1 и Х2 установлены в пластмассовую коробку размерами 50x90x208 мм от радиостанции 70 РПТ-2-ЧМ, так чтобы теплоотвод был расположен максимально близко к верхней стенке коробки (при вертикальном ее положении). Ось переменного резистора R5 выведена через отверстие в передней стенке коробки, а светодиоды HL1 и HL2 — через имевшееся в нижней части коробки прямоугольное отверстие. Аналогичное прямоугольное от­верстие в верхней части коробки ничем не закрыто и вместе с нижним служит для вентиляции устройства. Проверяют и градуируют регулятор без симистора. Перемычкой соединяют между собой выводы базы и эмиттера транзистора VT1, что приводит к постоянной подаче напряжения на делитель R4-R5-R6. Между "+" питания и выходом 9 микросхемы DA2 подключают цепочку из светодиода и резистора сопротивлением 510 Ом, соединенных последовательно. Термистор помещают в воду с температурой, соответствующей началу рабочего диапазона Его изолятор не должен быть в воде. Проверяют, что при вращении оси резистора R5 по часовой стрелке дополнительный светодиод загорается, а при подходе к крайнему левому положению — гаснет. Для положения, в котором происходит переключение светодиода, делают соответствующую отметку на шкале переменного резистора. То же делают для максимальной рабочей температуры. Далее наносят равномерную шкалу, ее точность проверяют в середине диапазона. Убрав дополнительные светодиод и перемычку, полностью собирают термостабилизатор и проверяют его работу с включенной в качестве нагрузки лампой накаливания. Термостабилизатор установлен в вертикальном положении на наружной стенке душа, под козырьком крыши, так чтобы вентиляционные отверстия не закрывались. Установка термистора проиллюстрирована на 1 рис.3.  К боковой наружной стенке 1 оцинкованной бочки душа (объемом 40 литров) выше ТЭНа примерно на 150 мм припаяна разрезанная вдоль медная трубка 2 с внутренним диаметром 4 мм, в нее вставлен термистор 3. Сверху термистор прикрыт подпаянным козырьком из оцинкованного железа 4. Бочку душа следует надежно заземлить, например, на трубу водопровода. Термостабилизатор не имеет выключателя. Это сделано умышленно — пользуйтесь душем только при выдернутой из розетки сетевой вилке термостабилизатора! Устройство не имеет гистерезиса по температуре, и его точность может быть весьма высокой — порядка 0.2...0,4°С. По этой же причине, из- за наводок, выключение нагревателя при достижении нужной температуры происходит несколько хаотично, что сопровождается беспорядочным миганием ламп, включенных в ту же осветительную сеть. Это служит неплохим дистанционным сигналом об окончании нагрева. Описанный термостабилизатор универсален и может применяться для стабилизации температуры в самых различных случаях — в дачном домике, погребе, балконном хранилище, инкубаторе, Для других применений следует соответствующим образом рассчитать сопротивления резисторов R4...R7. При стабилизации температуры воздуха рекомендуется применять термистор с большим номинальным сопротивлением (до 33 кОм), что уменьшит его саморазогрев и обеспечит большую точность расчета.

Радиомир №7 2002г стр. 16