Зайнятися вдосконаленням холодильника STINOL-104 автора змусила побутова неприємність - другий раз за п'ять років експлуатації вийшов з ладу терморегулятор. Придбати новий, щоб встановити його самостійно, не вдалося - прилад продавали по абсолютно неприйнятною ціною, що включає вартість установки. Пропоноване увазі читачів саморобний пристрій не просто замінює штатний терморегулятор. Передбачені додаткові функції, покликані захистити холодильник у багатьох аварійних ситуаціях, що трапляються під час експлуатації.
Слабке місце всіх компресорних холодильників - перевантаження електродвигуна, приводить у дію компресор, при його повторному через короткий час після зупинки включенні. Причина перевантаження - досить довго зберігається в конденсатор холодильного агрегату високий тиск хладоагента.
Керівництво по експлуатації холодильника STINOL вимагає, щоб тривалість витяги між вимиканням і повторним включенням компресора була не менше 3 мін. Але при характерних сьогодні несподіваних відключеннях та повторних включеннях електроенергії виконати цю вимогу, не "закликавши на допомогу" електроніку, не представляється можливим.
Для захисту електродвигуна в холодильниках є теплове реле. Зазвичай воно поєднане з пускових реле і називається пускозащитным [1]. Однак практика свідчить про неефективність подібного захисту.
Як і будь-який інший електроприлад, холодильник корисно захистити і від значних відхилень напруги мережі від номінальних 220 Ст. Велика кількість публікацій на цю тему (наприклад, [2, 3]) свідчить про актуальність проблеми як у сільських районах, так і у великих містах.
Пропонований блок управління виконує наступні функції:
- включаючи і вимикаючи компресор, підтримує в холодильній камері задану температуру, замінюючи штатний терморегулятор, причому є можливість регулювати гістерезис - різниця температури включення і виключення компресора;
- примусово вимикає компресор при значному відхиленні напруги в мережі від норми;
- не допускає повторного включення компресора раніше 5 хв після вимкнення за будь-якої причини, в тому числі після викликаної відхиленням напруги від норми або ініційованого терморегулятором. Останнє особливо важливо, так як небезпечну ситуацію легко спровокувати, відразу ж після вимикання компресора різко повернувши регулятор температури в бік її зниження або відкривши двері холодильної камери.
Передбачена індикація стану блоку управління світлодіодами "Робота" (компресор включений), "Пауза" (компресор вимкнений), "Блокування" (не минув п'ятихвилинний заборона включення), "<" (напруга в мережі нижче мінімально допустимого), ">" (напруга в мережі вище максимально допустимого).
Схема блоку показана на рис. 1. Він складається з вузла терморегулятора на мікросхемі DA2, таймер затримки включення на транзисторі VT1 і елементи DD1.1, DD1.2, вузла контролю напруги мережі на елементах DD1.3, DD1.4 і мікросхемі DD2, виконавчого пристрою на транзисторах VT2, VT3.
(натисніть для збільшення)
Сполучені паралельно контакти реле К1 включені в ланцюг двигуна компресора замість контактів штатного терморегулятора холодильника.
Сайт блоку живлення складається з трансформатора Т1, випрямляча (діодний міст VD1) і інтегрального стабілізатора DA1 на напругу 9 Ст.
Щоб зміна навантаження на випрямляч при спрацьовування і відпускання реле К1 не впливало на роботу вузла контролю напруги, передбачений резистор R27, підключається транзистором VT3 до випрямителю, коли обмотка реле знеструмлена. Опір резистора дорівнює опору обмотки реле, тому споживаний від випрямляча струм залишається незмінним.
Припустимо, блок включений в мережу при номінальній напрузі 220 В і вузол контролю напруження не впливає на його роботу. Транзистор VT1 закритий, конденсатор С2 розряджений, логічний рівень на виході елемента DD1.2 низький, діод VD3 відкрито, тому терморегулятор на ОУ DA2 заблокований в змозі, відповідному низькій температурі в холодильній камері, отже, вимкненому компресора. Транзистор VT2 закритий, реле К1 знеструмлено. Горять світлодіоди HL1 "Блокування" і HL5 "Пауза".
Через 5 хв після зарядки конденсатора С2 через резистор R2 до порога перемикання тригера Шмітта на елементах DD1.1, DD1.2 рівень на виході останнього стане високим, діод VD3 буде закритий і терморегулятор отримає можливість працювати. Світлодіод HL1 згасне.
З підвищенням температури в холодильній камері опір терморезистора RK1 і падіння напруги на ньому зменшуються. Якщо температура така, що напруга на інвертуючому вході ОП DA2 менше, ніж на неінвертуючому, рівень на виході ОУ - високий, що призводить до відкривання транзистора VT2 і спрацьовування реле К1, включає компресор. Світлодіод HL4 світиться, HL5 - ні.
З пониженням температури у холодильній камері напруга на інвертуючому вході ОУ зростає, що призводить до зміни стану ОУ і вимикання компресора. Світлодіод HL4 гасне, HL5 - світиться.
Перепад напруги на колекторі транзистора VT2 в момент відпускання реле викликає зарядку конденсатора С6 і короткочасне (на 20 мс) відкривання транзистори VT1 імпульсом зарядного струму. Розряджений через відкритий транзистор конденсатор С2 знову, як після підключення блока до мережі, починає повільно заряджатися, що призводить до пятиминутному заборони включення компресора. Діод VD2 захищає емітерний перехід транзистора VT1 від негативного імпульсу при розрядці конденсатора С6 через відкрився в момент вмикання реле К1 транзистор VT2.
Необхідну температуру в холодильній камері встановлюють з допомогою змінного резистора R16. Ширину петлі гістерезису терморегулятора регулюють змінним резистором R20. Необхідність зміни гістерезису в процесі експлуатації спірна, проте при первісній регулюванню без цього не обійтися. Гістерезис повинен бути достатнім для того, щоб компресор не включався занадто часто, а в перервах його роботи температура стінок холодильної камери досягала позитивного значення і утворився на них іній танув, не накопичуючись.
Розглянемо роботу вузла контролю мережевої напруги. Якщо воно знаходиться в допустимих межах, напруга на входах елемента DD1.3 нижче, а на входах елемента DD2.1 вище порогу їх перемикання. Рівні на обох входах елемента DD2.3 високі, а на його виході - низький, що дає можливість всім іншим вузлам блоку працювати описаним вище чином.
При напрузі в мережі менше допустимого елемент DD2.1 змінить стан. Логічний рівень на його виході стане високим, такою ж буде і на виходах елементів DD2.3, DD2.4. Світлодіод HL3 запалиться, а транзистор VT1, відкритий напругою, що надходять на його базу через резистор R19, розрядить конденсатор С2, ніж заблокує компресор. З відновленням нормального напруги світлодіод HL3 згасне, транзистор VT1 буде закритий і через необхідну для зарядки конденсатора С2 час буде дозволена робота терморегулятора.
При напрузі в мережі, що перевищує допустимий, низький рівень на виході елемента DD1.3 призведе до встановлення високого на виходах елементів DD1.4 і DD2.3. Далі все відбувається так само, як при зниженні напруги, тільки замість світлодіода HL3 світиться HL2.
Значення напруги, при яких спрацьовує захист, рекомендується встановити рівними 242 (підлаштування резистором R5) і 187 (підлаштування резистором R6).
Перерва в подачі електроенергії блок сприйме як неприпустиме пониження напруги. Важливо, щоб повторне включення компресора було заборонено, якщо тривалість перерви перевищила що вимагається для його зупинки. Однак реакція не повинна бути і занадто швидкої зросте ймовірність помилкових спрацьовувань (наприклад, викликаних включенням в ту ж мережу потужних електроприладів).
Час спрацьовування описуваного пристрою при стрибкоподібному зменшення напруги в мережі - приблизно 65 мс - складається з належного на розрядка конденсатора С1 до напруги, відповідного допустимого мінімуму, і часу розрядки конденсатора С2 через відкритий транзистор VT1. Час реакції на стрибкоподібне підвищення напруги в мережі менше - 25...40 мс. Воно витрачається на дозарядку конденсатора С1 до встановленого порогу і розрядку конденсатора С2.
Всі елементи блоку управління, за винятком реле К1, змінних резисторів R16 і R20, терморезистора RK1 і плавкої вставки FU1, розміщені на однобічній друкованій платі (рис. 2).
(натисніть для збільшення)
Конденсатори 04, С5 - КМ-6 або інші керамічні, решта - оксидні імпортні, причому конденсатор С2 - серії LL (з малим струмом витоку). Допустиме напруга конденсаторів С1 і С6 (25) обрано з запасом на випадок аварійного підвищення напруги мережі.
Підстроювальні резистори R5 і R6 - СП4-1, постійні - МЛТ. Змінні резистори R16 і R20 - СПЗ-12 з лінійною (А) залежністю опору від кута повороту валу. Головним критерієм на користь вибору саме цих резисторів стало те, що різьба на їх кріпильної втулці така ж, як у штатного терморегулятора холодильника.
Світлодіоди HL1 - HL3 - червоного, a HL4 і HL5 - зеленого кольору світіння. Крім зазначених на схемі, підійдуть і інші світлодіоди, в тому числі вітчизняного виробництва, відповідних розмірів і кольору світіння. Мікросхему можна КР140УД608А замінити на КР140УД608Б або на КР140УД708.
Трансформатор Т1 слід вибирати невеликої висоти, щоб його можна було розмістити в приладовому відсіку холодильника (див. нижче). Автором застосований готовий трансформатор діаметром 40 і висотою 28 мм на тороїдальним магнітопроводі з вторинною обмоткою на 12 В при струмі 0,3 А. З серійно випускаються підійдуть, наприклад, трансформатори ТП-321 -5 і ТПК2-22.
Слід враховувати, що в аварійному режимі напруга в мережі іноді зростає до 380 Ст. Так буває, наприклад, при обриві нульового проводу магістрального кабелю. Якщо трансформатор Т1, не витримавши такої напруги, вийде з ладу, це не призведе до небажаного в даній ситуації включенню дорогого компресора. Уберегти трансформатор від загоряння покликана плавка вставка FU1 (ВП1-1). На її якість слід звернути особливу увагу і ні в якому разі не замінювати сурогатної.
Терморезистор - ММТ-1 або ММТ-4. Якщо його номінальний опір відрізняється від зазначеного на схемі, необхідно, щоб стільки ж раз змінити номінал резистора R12. Однак застосовувати терморезистор опором більше 3...4 кОм не варто, це погіршить перешкодозахищеність терморегулятора.
Реле К1 - РП-21-004 з обмоткою на 24 В постійного струму. Перевірка показала, що для його спрацьовування достатньо і 12 В, а при напрузі 16 В реле працює цілком надійно. Можна застосувати і інший реле, наприклад, РЭНЗЗ. При підборі заміни слід звернути особливу увагу на здатність контактів реле витримати пусковий струм компресора, що досягає декількох ампер.
Змонтовану друковану плату і реле К1 розміщують всередині службового відсіку верхній частині холодильника. Сполучені паралельно контакти реле підключають натомість основної контактної групи штатного терморегулятора. Його другу контактну групу, призначену для виключення холодильника на тривалий час, замінюють перемичкою. Тепер холодильник можна відключити від мережі тільки одним способом - вийнявши мережеву вилку з розетки. На думку автора, це забезпечує найбільшу електробезпека при профілактичних і ремонтних роботах.
В уніфікованій передній панелі відсіку передбачені отвори для двох терморегуляторів. Проте другий є тільки у двохкомпресорних холодильниках, у звичайному однокомпрессорном тут зручно встановити змінний резистор R20. Змінний резистор R16 встановлюють на місце видаленого штатного терморегулятора.
В передній панелі службового відсіку доведеться просвердлити ще п'ять отворів, які увійдуть змонтовані на платі блоку управління світлодіоди. Поруч з ними на панель можна нанести пояснювальні написи.
Висновки первинної обмотки трансформатора Т1 (один з них - через впаяний в розрив проводу плавкі вставки FU1) з'єднують з мережевими проводами, що йдуть в холодильнику до лампи-індикатором включення.
Екранований провід, що з'єднує датчик температури - терморезистор RK1 - з платою блоку управління, вміщують в ізоляційну, наприклад, поліхлорвінілову трубку і прокладають по трасі віддаленої металевої трубки сильфона штатного терморегулятора. Сам терморезистор встановлюють усередині холодильної камери там, де закінчувалася трубка сильфона. Він повинен бути добре ізольований і захищений від вологи і інею.
Налагодження блоку управління починають з регулювання контролю мережевого вузла напруги. Для цього з допомогою регульованого автотрансформатори (ЛАТР) знижують напруга до 187 Ст. Обертаючи движок підлаштування резистора R6, домагаються нестійкого світіння ("миготіння") світлодіода HL3. Потім підвищують напругу до 242 В і аналогічним чином регулюють підлаштування резистор R5, орієнтуючись на стан світлодіода HL2. Після регулювання движки підстроювальних резисторів слід законтрить нітрофарбою.
Далі, відключивши блок від мережі, переводять змінний резистор R16 до положення мінімального, a R20 - максимального опору. Встановлюють (з допомогою ЛАТР) мережеве напруга рівною 220 В і включають блок. Повинні запалитися світлодіоди HL1 і HL5, через приблизно 5 хв світлодіод HL1 повинен згаснути. Тривалість світіння та блокування пуску компресора при потреби змінюють, підбираючи резистор R2.
Для полегшення подальшої регулювання входи елемента DD1.1 (висновки 8, 9) тимчасово з'єднують перемичкою з ланцюгом +9 В, наприклад, з висновком 14 мікросхеми DD1. Терморезистор RK1 занурюють в танучий лід. Після стабілізації його температури плавно збільшують опір змінного резистора R16, домагаючись спрацьовування реле К1, запалювання світлодіода HL4 і згасання HL5. Зворотне перемикання повинно відбутися при невеликому зменшенні опору резистора R16.
Гістерезис (різниця положень движка змінного резистора R16 при спрацьовуванні і відпускання реле) повинен зростати з зменшенням опору змінного резистора R20. По закінченні перевірки раніше встановлену тимчасову перемичку видаляють.
Перед включенням холодильника з новим блоком управління движки змінних резистор R16 і R20 встановлюють у середні положення. Давши холодильника попрацювати достатня для стабілізації температурного режиму час, слід переконатися, що іній, що утворюється на задній стінці холодильної камери під час роботи компресора, відтає в паузі. Якщо цього не відбувається, потрібно змінним резистором R20 збільшити гістерезис.
Середню температуру в камері змінюють змінним резистором R16. Якщо з допомогою змінних резисторів потрібного температурного режиму досягти не вдається, слід підібрати резистори R14 і R15.
У деяких холодильниках передбачено автоматичне розморожування морозильної камери - через кожні 8...10 год роботи автоматика відключає примусово компресор на деякий час, протягом якого працюють спеціально встановлені нагрівальні елементи. У цьому режимі компресор не працює навіть при спрацювання реле К1 і палаючому світлодіоді HL4. Подібну ситуацію не слід плутати з виникає при спрацюванні теплового реле захисту двигуна компресора, яку супроводжують ті ж ознаки. Відрізнити "планове" відключення компресора від аварійного досить просто. В останньому випадку встановлений в морозильній камері вентилятор продовжує працювати (при закритих дверях).
Блок можна встановлювати і компресорні холодильники інших моделей, змінивши з урахуванням їх особливостей розміщення термодатчика, органів регулювання та індикації, а при необхідності і розміри друкованої плати.
Видаливши елементи терморегулятора - терморезистор RK1, мікросхеми DA2, діод VD3, резистори R12-R16, R20, R21, конденсатори С4, С5 - і з'єднавши лівий за схемою висновок резистора R23 з виходом елемента DD1.2, блок можна використовувати для захисту будь-яких електроприладів від коливань напруги.
Література
Автор: А. Москвін, р. Єкатеринбург