Регуляторы мощности, термометры, термостабилизаторы
Простой термостабилизатор 10-50 градусов
В быту и на производстве довольно часто возникает необходимость поддерживать постоянную температуру в помещении, в сосуде с жидкостью и т. д. Известно много электронных устройств для автоматического поддержания температуры. Некоторые из них сложны в изготовлении и содержат дефицитные элементы, другие не имеют гальванической развязки с питающей сетью и поэтому небезопасна их эксплуатация.
Предлагаемый вариант терморегулятора обеспечивает поддержание с точностью ±0,5°С температуры, устанавливаемой в пределах от 10 до 50 °С. Мощность нагревателя, подключаемого к терморегулятору, не должна превышать 2 кВт. Основное достоинство устройства - простота в изготовлении и доступность элементной базы.
Принципиальная электрическая схема терморегулятора изображена на рис. 1. Устройство представляет собой совокупность четырех функциональных узлов: триггера Шмитта, мультивибратора, трансформатора и тринисторного ключа.
Триггер Шмитта следит за сопротивлением терморезистора RK1 - датчика температуры. Когда сопротивление терморезистора, уменьшаясь, переходит нижний порог, триггер Шмитта переключается и своим выходным сигналом затормаживает мультивибратор. В результате этого тринисторный ключ не пропускает тока через обогреватель. При увеличении сопротивления терморезистора сверх определенного верхнего порога триггер Шмитта снова переключается в прежнее положение и разрешает работу мультивибратора, импульсы которого открывают тринисторный ключ. В результате этого через нагреватель протекает электрический ток. Этот процесс повторяется с частотой, которая зависит от мощности обогревателя, разности между значениями установленной температуры объекта и температуры окружающей среды, тепловой инерции объекта и ширины петли гистерезиса триггера Шмитта.
Триггер Шмитта собран на транзисторах VT1, VT2. В эмиттерную цепь этих транзисторов включены два диода VD4, VD5. За счет их нелинейности удалось сузить петлю гистерезиса триггера и повысить точность поддержания температуры. Резистором R2 устанавливают пределы регулирования температуры, а резистором R1 - конкретное значение температуры в этих пределах. Связь между транзисторами VT2 и VT4 непосредственная, поэтому, если первый из них открыт, то второй закрыт, и наоборот.
Рис. 1
Частоту генерации (около 20 кГц) мультивибратора, собранного на транзисторах VT3, VT4, определяют номиналы резисторов R6, R10, конденсаторы С4, С6. Значение частоты выбрано, исходя из условия надежного открывания тринистора, для чего необходим импульс на управляющем электроде длительностью не менее 10 мкс.
Мультивибратор заторможен, когда открыт транзистор VT2.
Импульсный трансформатор Т1 обеспечивает гальваническую развязку коммутируемой цепи и устройства управления, что соответствует требованиям электробезопасности при эксплуатации термостата. Первичная обмотка трансформатора подключена к коллектору транзисторов VT3, VT4 через разделительный конденсатор С5, что исключает связь между ними и трансформатором по постоянному току. Такой способ питания первичной обмотки трансформатора обеспечивает прохождение тока в двух направлениях, что повышает КПД трансформации.
Обмотки 1-2, 3-4 трансформатора подключены к управляющим переходам тринисторов через диоды VD1, VD2. Это обеспечивает выравнивание нагрузки в каждой полуволне управляющего импульса и отсекает отрицательное напряжение на управляющих электродах тринисторов. Встречно-параллельное включение тринисторов позволяет пропускать и положительную, и отрицательную полуволны сетевого напряжения через нагреватель без применения выпрямительного моста, на котором бесполезно выделяется значительная мощность.
Светодиод HL1 индицирует включение нагревателя.
В устройстве использованы резисторы СП1 (R1, R2), ОМЛТ (R7, R8, R9, R12) и МЛТ (остальные). Конденсаторы КМ (С2-С6) и K52-1 (С1). Транзисторы VT1, VT2-KT315, а VT3, VT4 - КТ603, КТ608 с любой буквой. Вместо указанных на схеме диодов можно использовать КД104А (VD4, VD5) и КД510А (VD1, VD2).
Если мощность нагревателя превышает 200 Вт, то тринисторы необходимо устанавливать на теплоотводы. При мощности, не превышающей 300 Вт, вместо КУ202Н можно использовать тринисторы КУ201Н.
Трансформатор Т1 намотан на кольце размерами 18х12х4 мм, из феррита 2000НМ. Все три обмотки одинаковые и содержат по 50 витков провода ПЭЛШО 0,17. При изготовлении трансформатора нужно принять меры к тому, чтобы он выдерживал напряжение между обмотками не менее 600 В.
Ток, потребляемый терморегулятором, не превышает 250 мА при напряжении питания 8...12 В.
Перед включением терморегулятора в сеть необходимо установить резистор R2 в среднее положение. Если этот резистор будет решено вынести на переднюю панель, то последовательно с ним необходимо включить ограничительный резистор сопротивлением 300.. .510 Ом.
Правильно собранный терморегулятор начинает работать сразу. Лишь в отдельных случаях требуется подборка резистора R3.
Автор: Ю. Маяцкий, г.Харьков; Публикация: www.cxem.net
- Автор: Super User
Простой регулятор температуры жала паяльника
Эта схема не является моей собственной разработкой. Я впервые увидел ее в журнале "Радио" [1]. Думаю, она заинтересует многих радиолюбителей своей простотой.
Устройство позволяет регулировать мощность паяльника от половинной до максимальной. При указанных на схеме элементах мощность нагрузки не должна превышать 50 Вт, но в течение часа схема может выдержать и нагрузку 100 Вт без особых последствий.
Схема регулятора приведена на рисунке. Если тиристор VD2 заменить на КУ201, а диод VD1 - на КД203В, мощность подключаемой нагрузки можно значительно увеличить. Выходная мощность минимальна в крайнем левом (по схеме) положении движка R2. В моем варианте регулятор смонтирован в подставке настольной лампы методом навесного монтажа. При этом экономится одна сетевая розетка, которых, как известно, всегда не хватает.
Этот регулятор работает у меня в течение 14 лет без каких-либо нареканий.
Литература
1. Радио, 1975, №6, с.53
Автор: С.Грищенко, г.Воронеж; Публикация: Н. Большаков, rf.atnn.ru
- Автор: Super User
Пропорциональный термостабилизатор для инкубатора
Этот терморегулятор использует вертикально-фазовый метод регулирования мощности в нагревательном элементе. На компараторе VT1 сравниваются сдвинутое на 90 эл.градусов напряжение со вторичной обмотки трансформатора Тр1 и постоянное напряжение разбаланса моста, усиленное дифкаскадом VT4, VT5, через повторитель VT3. В момент равенства сигналов, через усилитель мощности VT2, ток управления открывает тиристор VD4. Терморезистор R12 находится в корпусе инкубатора, в месте закладки яиц, и защищен от лучевого излучения нагревателя. Благодаря обратной связи через терморезистор температура воздуха в инкубаторе стабилизируется. В отличие от ключевых схем, изменение мощности в нагревательном элементе пропорционально величине отклонения температуры.
Регулятор использует один полупериод сетевого напряжения, поэтому мощность нагревателя (обычно используют лампы накаливания) необходимо увеличить вдвое, по отношению к достаточной для достижения заданной температуры в вашей конструкции инкубатора. При первичном включении инкубатора процесс установления рабочей температуры носит колебательный затухающий характер, из-за инерционности обратной связи через воздух и термодатчик. После прогрева происходит захват и пропорциональное регулирование. Из-за гальванической связи с питающей сетью схему необходимо изолировать от пользователя (и терморезистор то-же). Не спешите закладывать яйца - дайте поработать инкубатору хотя бы сутки, а вы за это время проградуируйте шкалу потенциометра с помощью лабораторного термометра. Да и неожиданный отказ ненадежных элементов чаще происходит в первые часы работы (справедливо для любых схем).
При необходимости иметь большие пределы рабочей температуры, надо увеличить номинал потенциометра R14. При ином номинале терморезистора измените пропорционально элементы моста R9, R11, R14, R15. Максимальная мощность нагревателя определяется типом примененного тиристора. При установке более мощного тиристора необходимый ток управления подберите резистором R7. Небольшой радиатор для тиристора обычно необходим. Совпадение фаз управления и анодного напряжения тиристора добейтесь поменяв местами концы первичной обмотки Тр1, если он не открылся сразу при холодном датчике. Ку-ка-ре-ку!
Публикация: www.cxem.net
- Автор: Super User
Конструкции на основе микросхемы КР1182ПМ1
Тиристорный регулятор
Устройство предназначено для фазового регулирования переменного напряжения на активной нагрузке. Может быть использовано для управления лампами накаливания, нагревательными элементами. При определенном сочетании активной и реактивной составляющей обмоток возможно регулирование скорости вращения коллекторных двигателей переменного тока. Тщательный подбор конденсаторов, формирующих пилообразное напряжение (С2, С3), с целью симметрирования выходного напряжения может обеспечить работоспособность регулятора на первичную обмотку трансформатора, имеющего активную нагрузку во вторичной цепи.
Детали
С2, С3 - К53-19-16В-1мкФ±5% DA1 - КР1182ПМ1 R2 - CП4-1а-0,5-47кОм±10% R3 - C2-23-0,125-3,3кОм±10% R4 - C2-23-1-390±10% VD1, VD2 - КД243Д VS1, VS2 - КУ714АПараметры регулятора с указанными на схеме компонентами:
Входное переменное напряжение, В 80…250 Ток нагрузки, А 0…40 Диапазон регулирования выходного напряжения, % 90Устройство плавного пуска
Устройство предназначено для фазового регулирования переменного напряжения на активной нагрузке. Может быть использовано для управления лампами накаливания, нагревательными элементами. При определенном сочетании активной и реактивной составляющей обмоток возможно регулирование скорости вращения коллекторных двигателей переменного тока. Тщательный подбор конденсаторов, формирующих пилообразное напряжение (С2, С3), с целью симметрирования выходного напряжения может обеспечить работоспособность регуля-тора на первичную обмотку трансформатора, имеющего активную нагрузку во вторичной цепи.
Детали
С1 - К50-53-16В-100мк±20% С2, С3 - К53-19-16В-1мкФ±5% DA1 - КР1182ПМ1 R3 - C2-23-0,125-3,3кОм±10% R4 - C2-23-1-390±10% VD1, VD2 - КД243Д VS1, VS2 - КУ714АПараметры регулятора с указанными на схеме компонентами
Входное переменное напряжение, В 80…250 Ток нагрузки, А 40Исполнительное устройство системы регулирования
Устройство предназначено для дистанционного регулирования мощности на нагрузке. Оно обеспечивает гальваническую развязку управляющей части от сетевого напряжения. Управление осуществляется за счет разряда конденсатора С1 либо импульсами либо достоянным током, протекающим через оптрон V1. Система управления может быть построена на основе аналогового регулятора или на базе ШИМ контроллера. Возможно так же применение микропроцессорного управления. В этом случае желательно наличие аппаратного ШИМ выхода у выбранного микропроцессора.
Детали
С1 - К50-53-16В-100мкФ±20% С2, С3 - К53-19-16В-1мкФ±5% DA1 - КР1182ПМ1 R1 - С2-23-0,125-56кОм±10% R3 - C2-23-0,125-3,3кОм±10% R4 - C2-23-1-390±10% V1 - АОТ127А VD1, VD2 - КД243Д VS1, VS2 - КУ714АПараметры регулятора с указанными на схеме компонентами
Входное переменное напряжение, В 80…250 Ток нагрузки, А 0…40 Диапазон регулирования выходного напряжения, % 90Чертеж универсальной печатной платы (вид со стороны печатного монтажа):
Универсальная печатная плата предусматривает установку любых компонентов всех приведенных выше схем без доработок. При эксплуатации устройств со значительными токами (более 5 А) тиристоры необходимо установить на радиатор с помощью теплопроводящей пасты КПТ-8. Вместо КУ714А возможно применение КУ714 с любым буквенным индексом или любого тиристора серии КУ710. Если предполагается эксплуатация устройств с меньшими токами, то возможно применение других приборов, например КУ709, КУ712, Т106-10, рассчитанными на соответствующие напряжения. При установке тиристоров Т106-10 следует учесть, что порядок следования их выводов иной, чем у КУ709, КУ710, КУ712, КУ714.
Публикация: www.cxem.net
- Автор: Super User
Интегральный таймер в схеме регулирования температуры
Хотя интегральный таймер типа 555 в основном предназначается для хронирующих схем, но эту ИС совместно с термистором, обладающим отрицательным т.к.с., можно использовать также для создания экономичной и достаточно универсальной схемы полупроводникового термостата.
Внутренний резистивный делитель таймера создает опорные напряжения (1/3Vcc и 2/3Vcc) для обоих, компараторов, входящих в состав таймера. Когда внешнее напряжение, подаваемое на пороговый вход таймера (вывод 6), превышает 2/3Vcc, на выходе соответствующего компаратора появляется импульс, перебрасывающий триггер. При этом включается разрядный транзистор, в результате чего на выходе усилительного каскада возникает сигнал низкого уровня.
(нажмите для увеличения)
В большинстве случаев (включая описываемую схему) отпирание разрядного транзистора таймера приводит к тому, что напряжение на пороговом входе становится меньше 2/3Vcc. Если после этого напряжение на входе запускающего импульса (вывод 2) падает ниже 1/3Vcc, то второй компаратор генерирует импульс, который возвращает триггер в первоначальное состояние, разрядный транзистор выключается и напряжение на выходе усилительного каскада приобретает прежний высокий уровень.
Такое действие схемы таймера делает ее удобной для целей регулирования температуры, в частности, в электронных термостатах, внутри которых температура должна оставаться фактически постоянной независимо от изменения внешней температуры в некоторых пределах. С ростом температуры будет увеличиваться (прямо пропорционально ей) напряжение на пороговом входе, пока оно не достигнет 2/3 Vcc. Тогда состояние выходного каскада таймера изменится, и это послужит сигналом для включения охлаждающего блока или же просто для отключения имеющегося в термостате подогревателя. После этого температура начнет падать, и когда напряжение на входе запускающего импульса достигнет 1/3Vcc, выходной каскад вернется в первоначальное состояние, что послужит сигналом для выключения охлаждающегося блока или включения подогревателя.
В схеме термостата, показанной на рисунке, делитель напряжения, состоящий из термистора и резисторов, вырабатывает напряжение, прямо пропорциональное температуре. Когда температура возрастает (высокий уровень напряжения на выходе таймера, разрядный транзистор отключен), напряжение на пороговом входе определяется коэффициентом деления R1/(Rт+ +R1+R2) и возрастает с уменьшением величины Rт.
Когда Rт равно сопротивлению термистора Rтн в верхней точке допустимого перепада температур, коэффициент деления, требующий, чтобы напряжение на пороговом входе было равно 2/3 Vcc, должен быть равен
После того как напряжение на пороговом входе (на входе первого компаратора) достигает указанного уровня, разрядный транзистор включается, что эквивалентно включению R3 параллельно с R1+R2.
Когда температура падает, величина Rт возрастает, а напряжение питания теперь делится между Rт и [R3II(R1+R2)]. Когда Rт равно сопротивлению термистора Rтc в нижней точке допустимого перепада температур, делитель должен давать на вход запускающего импульса напряжение 1/3 Vcc. При этом его коэффициент деления должен быть
Таким образом, уровни напряжений на выходах делителя, состоящего из термистора и резисторов, изменяются разными способами в зависимости от того, находится ли термостат в той части своего рабочего цикла, когда температура увеличивается, или в той части, когда она уменьшается. Это различие необходимо ввести по той причине, что сопротивление термистора изменяется в зависимости от температуры по квазиэкспоненциальному закону, и даже в узком интервале температур оно может измениться в два-три раза, т. е. сопротивление термистора Rтc в нижней точке интервала температур может быть в несколько раз больше его сопротивления Rтн верхней точке интервала температур.
Если в этой схеме используется стандартный термистор, для которого зависимость сопротивления от температуры известна, расчет схемы достаточно прост. Когда Rтс больше Rтн в два или более раз, можно положить R2=Rтс и К=Rтс/Rтн (К-постоянный коэффициент). Чтобы в делителе соблюдались правильные отношения между сопротивлениями, нужно
Но если Rтс/Rтн<2, тогда надо положить R1=0 и R2=2RТн, так что
Во всех этих формулах предполагается, что входы компараторов не нагружают делитель напряжения.
Чтобы пределы температуры, на которые установлен термостат, соблюдались достаточно точно, необходимо рассеивать в термисторе как можно меньшую электрическую мощность. Саморазогрев термистора можно свести к минимуму, заставив ИС таймера работать при самом низком допустимом напряжении питания -5 В. Однако при высокой верхней температуре регулирования, когда сопротивление термистора может быть совсем маленьким (несколько сотен Ом), этот способ может не дать требуемых результатов. С другой стороны, при очень низких температурах регулирования допустимые сопротивления делителя надо выбирать исходя из величин входных сопротивлений компараторов.
Чтобы предотвратить ложные срабатывания от помех и наводок, необходимо зашунтировать входы компаратора емкостями. Это особенно важно, когда велики сопротивления делителя, в системе действуют значительные помехи или же термистор подключается к схеме с помощью проводников большой длины.
Автор: Де Колд; Публикация: Н. Большаков, rf.atnn.ru
- Автор: Super User