Терморегулятор для электрического обогревателя - Своими руками
Своими руками

Терморегулятор для электрического обогревателя

>

Предлагается рассмотреть вариант изготовления регулятора температуры для инфракрасного комнатного обогревателя. Прибор имеет простую и надежную конструкцию, электробезопасное исполнение, собран из доступных деталей.

Для создания комфортных условий при ночевке в летнем домике, при нашей переменчивой и часто прохладной погоде, был приобретен инфракрасный обогреватель BALLU. Этот бытовой электронагревательный прибор имеет суммарную мощность 1,5 кВт и рассчитан на площадь обогрева в 25 кв.м.

В конструкции расположены три одинаковых нагревательных элемента мощностью 0,5 кВт, заключённые в стеклянных трубках из кварцевого стекла. Прибор компактный и безопасный, имеет возможность ступенчатого регулирования отдаваемой мощности, за счет выбора количества включенных нагревательных элементов.
Терморегулятор для электрического обогревателяПреимущество этого обогревателя в том, что в отличие от нагревателей конвективного отопления, инфракрасное излучение в первую очередь нагревает тела, предметы и стены помещения, от которых затем нагревается окружающий воздух. Это позволяет при включении, быстро почувствовать тепло и комфорт, а за счет прохладного воздуха создается эффект свежести в комнате.

Но обнаружился и недостаток в конструкции приобретенного прибора. Это отсутствие возможности поддержания установленной температуры в помещении. А появилась проблема, будем ее решать.

Постановка задачи
Необходим терморегулятор, способный поддерживать заданную комфортную температуру в комнате, а также экономить электроэнергию.
Обеспечить электробезопасность изготовленного устройства и обогревателя в целом.
Использовать простую и надежную схему устройства, ее настройку и работу.

Схема устройства
Изготовим терморегулятор для инфракрасного обогревателя, по приведенной ниже схеме.
Терморегулятор для электрического обогревателя
Описание схемы
В основу схемы предлагаемого терморегулятора положен классический принцип работы моста постоянного тока, состоящего из резисторов R1 — R4. Терморезистор R2 (датчик температуры) с постоянным резистором R1 образуют делитель напряжения, зависящий от фактической окружающей температуры. Переменное сопротивление R4 вместе с постоянным резистором R3 составляют второй делитель напряжения, в котором резистором R4 возможно установить баланс моста в зависимости от задаваемой температуры.

Для сравнения напряжений, в диагональ моста включен компаратор на операционном усилителе DА1. На прямой вход компаратора (выв.3) поступает напряжение с первого зависимого от температуры делителя, а на его инверсный вход (выв.2) напряжение со второго делителя.
Заданную температуру установим переменным сопротивлением R4. Он изменяет опорное напряжение на инверсном входе ОУ, таким образом, устанавливая точку равновесия (баланса) измерительного моста. Точка баланса наступает при той температуре, которую необходимо поддерживать.

Датчиком температуры R2 служит полупроводниковый терморезистор ММТ-4 с номинальным сопротивлением 68 кОм. Возможно использование аналогичных терморезисторов другого номинала сопротивления, в пределах 10 … 100 кОм. Но при этом сопротивление резистора R1 должно быть равно номинальному сопротивлению R2. Терморезистор оптимально расположить на высоте около метра от пола в помещении, в котором установлен нагреватель.

Операционный усилитель DА1 КР140УД608 возможно заменить другим операционным усилителем общего назначения. Например, КР140УД708, К140УД6, К140УД7 или аналогичным импортным.

Транзистор КТ315 заменим п-р-п транзистором малой или средней мощности.

Питается микросхема DA1 от выпрямителя на диодах VD2, VD3 сборки КД205Д, стабилизатора напряжения на стабилитроне VD1 Д814Д (12v) и конденсаторе С3. Потребление схемы управления на микросхеме DA1 составляет 8…10 mA, а потребление прибора от сети в дежурном режиме – не более 20 mA. Прибор позволяет управлять нагрузкой мощностью до 2 кВт.

В связи с тем, что прибор работает от сети 230 вольт, в целях электробезопасности, требуется полностью исключить гальваническую связь схемы управления прибора от сети. Для этого, нагреватели терморегулятора включаются с помощью оптронных тиристоров U1, U2, а цепь питания схемы управления отделена от силовой сети разделительным трансформатором Tr1.

Изготовление терморегулятора

1. Комплектация устройства.
Комплектуем устройство радиокомпонентами согласно схеме.
Терморегулятор для электрического обогревателя
2. Изготовление блока питания для схемы управления терморегулятора

Так как для питания схемы управления требуется небольшой ток (до 20 mA), то этот блок питания можно построить по комбинированной схеме. Погасим излишнее напряжение с помощью конденсатора К73-17 0,33мкф х 500в (как вариант – см. схему, два последовательно соединенных конденсатора С5 и С6 по 0,68мкф х 250в). Затем включим небольшой разделительный понижающий трансформатор на входное напряжение 30…40 / 15В (например, от старого радиоприемника или абонентского динамика). Достаточно трансформатора мощностью 100 мвт.

Устанавливаем трансформатор на вырезанную из фольгированного текстолита плату. Рядом припаиваем гасящие конденсаторы, резистор для их разряда после отключения, диоды, подключаем выводы обмоток трансформатора. При наличии трансформатора со средней точкой во вторичной обмотке, диодный мост выпрямителя можно заменить на два диода в соответствии с приведенной выше схемой.
Терморегулятор для электрического обогревателя Терморегулятор для электрического обогревателя Терморегулятор для электрического обогревателя
3. Изготовление блока включения нагревателей

Для включения нагревателей в изготовляемом терморегуляторе используем оптронный тиристор ТО125-12.5-4 фланцевого исполнения. Он предназначен для работы в цепях постоянного или переменного тока частотой до 500 Гц в различном электротехническом оборудовании. Охлаждение воздушное естественное или принудительное.

Максимально допустимый средний ток в открытом состоянии — 12,5 А.
Повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии 400В.

В данной конструкции терморегулятора, для работы на переменном токе, используются два тиристора соединенные по приведенной схеме.
На фланцы каждого тиристора закрепляем теплоотводящие радиаторы. Устанавливаем и закрепляем винтами тиристоры на общей пластмассовой плате, в заранее вырезанных окнах. Соединяем пайкой выводы согласно схеме. Следует помнить, что фланец тиристора является его анодом, следовательно радиатор будет под опасным напряжением.
Терморегулятор для электрического обогревателя
Терморегулятор для электрического обогревателя

4. Изготовление термодатчика.

Датчиком температуры R2 служит полупроводниковый терморезистор ММТ-4. Он будет служить основой выносного термодатчика. Для исключения наводок на соединительный провод, а следовательно и ложных срабатываний, терморезистор соединяется со схемой экранированным кабелем. Для придания кабелю прочности и внешнего вида, возможно закрыть кабель термоусадочной трубкой.
Терморегулятор для электрического обогревателяТерморегулятор для электрического обогревателя

5. Сборка и отладка схемы управления нагревателем
Собираем детали схемы управления на универсальной монтажной плате. Для контроля работы схемы, вместо (или дополнительно) светодиода оптотиристора включаем контрольный светодиод. Запитаем схему от стабилизированного источника питания напряжением 12В.
Терморегулятор для электрического обогревателяПосле установки (балансировки) моста переменным сопротивлением R4 на выбранную температуру, можно проследить за работой терморегулятора.

При нарушении баланса моста после уменьшении окружающей температуры срабатывает компаратор. Он переключится в состояние повышенного напряжения (около 10В) на выходе (выв.6 DA1), так как напряжение на прямом входе (выв.3), будет больше напряжения на инверсном входе (выв.2). Повышенное напряжение с выхода компаратора поступает на базу транзистора VT1. Транзистор открывается и контрольный светодиод зажигается. При добавлении в схему оптронных тиристоров U1 и U2, ток пойдет через их управляющие светодиоды. При этом оптотиристоры откроются и нагреватель включится.
Терморегулятор для электрического обогревателяОт нагрева, окружающая температура начинает повышаться, баланс моста восстанавливается, компаратор переключается в состояние низкого напряжения (примерно 1,6 вольта) на его выходе, так как напряжение на прямом входе будет меньше напряжения на входе инверсном. Транзистор VT1 закрывается, контрольный светодиод или светодиоды оптотиристоров U1 и U2 выключаются и нагреватель отключается.
Подключим изготовленный блок питания к блоку управления, согласно приведенной выше схеме и вновь проверим работу терморегулятора.
Терморегулятор для электрического обогревателя
6. Монтаж схемы управления нагревателем
Вырезаем плату для размещения деталей и монтажа схемы управления нагревателем.
Терморегулятор для электрического обогревателяРаспаиваем отлаженную схему.
Терморегулятор для электрического обогревателя
7. Изготовление и сборка терморегулятора
Подбираем корпус для размещения деталей прибора. Как вариант, можно использовать для этого пластмассовую коробку размером 150 х 150 х 40 мм, ранее используемую под дискеты.
Терморегулятор для электрического обогревателяОбрабатываем в коробке необходимые отверстия под установочные детали. Компонуем изготовленные ранее узлы терморегулятора. Выполняем электрические соединения прибора согласно принципиальной схеме.
Терморегулятор для электрического обогревателя
Терморегулятор для электрического обогревателяТерморегулятор для электрического обогревателя
Терморегулятор для электрического обогревателя
Собираем и проверяем работу схемы прибора в целом. Нагрузкой служит лампа мощностью 60 вт.
Регулятором температуры (переменным сопротивлением) установим заданную температуру. При температуре в помещении выше установленной, лампа не горит.
Терморегулятор для электрического обогревателяПри уменьшении окружающей температуры ниже заданного уровня, лампа включается.
Терморегулятор для электрического обогревателяПо контрольному градуснику тарируем шкалу температуры.
Проверим работу терморегулятора с полной нагрузкой. Подключаем электронагреватель мощностью до 2,0 кВт, проверяем точность и стабильность работы прибора.

SitesReady

Только те, кто предпринимают абсурдные попытки, смогут достичь невозможного. - Альберт Эйнштейн

Follow us

Don't be shy, get in touch. We love meeting interesting people and making new friends.