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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Unità di controllo del frigorifero. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Casa, casa, hobby L'autore è stato costretto a iniziare a migliorare il frigorifero STINOL-104 a causa di un fastidio domestico: per la seconda volta in cinque anni di funzionamento, il termostato si è guastato. Non è stato possibile acquistarne uno nuovo per installarlo da soli: il dispositivo è stato venduto a un prezzo del tutto inaccettabile, che includeva il costo di installazione. Il dispositivo artigianale proposto all'attenzione dei lettori non si limita a sostituire il termostato standard. Sono previste funzioni aggiuntive per proteggere il frigorifero in molte situazioni di emergenza che si verificano durante il funzionamento. Il punto debole di tutti i frigoriferi a compressore è il sovraccarico del motore elettrico che aziona il compressore quando questo viene riacceso poco tempo dopo lo spegnimento. La causa del sovraccarico è l'elevata pressione del refrigerante che rimane per lungo tempo nel condensatore dell'unità di refrigerazione. Le istruzioni per l'uso del frigorifero STINOL richiedono che il ritardo tra lo spegnimento e l'accensione del compressore sia di almeno 3 minuti. Ma con le interruzioni e le riavvii di corrente inaspettate che sono tipiche oggi, non è possibile soddisfare questo requisito senza “chiedere aiuto” all’elettronica. Per proteggere il motore elettrico, i frigoriferi sono dotati di un relè termico. Di solito è combinato con un relè di avviamento e viene chiamato relè di protezione dell'avviamento [1]. Tuttavia, la pratica mostra l’inefficacia di tale protezione. Come qualsiasi altro elettrodomestico, è utile proteggere il frigorifero da deviazioni significative della tensione di rete dai 220 V nominali. Un gran numero di pubblicazioni su questo argomento (ad esempio [2, 3]) indica la rilevanza del problema sia nelle zone rurali che nelle grandi città. La centralina proposta svolge le seguenti funzioni:
Lo stato della centralina è indicato dai led "Funzionamento" (il compressore è acceso), "Pausa" (il compressore è spento), "Blocco" (il divieto di accensione di cinque minuti non è scaduto), "<" (la tensione di rete è inferiore al minimo consentito), ">" (tensione nella rete superiore al massimo consentito). Lo schema a blocchi è mostrato in Fig. 1. È costituito da un'unità termostato sul chip DA2, un timer di ritardo di accensione sul transistor VT1 e sugli elementi DD1.1, DD1.2, un'unità di controllo della tensione di rete sugli elementi DD1.3, DD1.4 e Chip DD2, un attuatore sui transistor VT2, VT3.
I contatti del relè K1 collegati in parallelo sono inclusi nel circuito del motore del compressore al posto dei contatti del termostato del frigorifero standard. L'alimentatore dell'unità è costituito dal trasformatore T1, un raddrizzatore (ponte a diodi VD1) e uno stabilizzatore integrato DA1 per una tensione di 9 V. Per evitare che le variazioni del carico sul raddrizzatore quando il relè K1 è attivato e rilasciato influenzino il funzionamento dell'unità di controllo della tensione, viene fornita la resistenza R27, collegata dal transistor VT3 al raddrizzatore quando l'avvolgimento del relè è diseccitato. La resistenza del resistore è uguale alla resistenza dell'avvolgimento del relè, quindi la corrente consumata dal raddrizzatore rimane invariata. Supponiamo che l'unità sia collegata alla rete con una tensione nominale di 220 V e la centralina di controllo della tensione non ne pregiudica il funzionamento. Il transistor VT1 è chiuso, il condensatore C2 è scarico, il livello logico all'uscita dell'elemento DD1.2 è basso, il diodo VD3 è aperto, quindi il termostato sull'amplificatore operazionale DA2 è bloccato in uno stato corrispondente alla bassa temperatura nella refrigerazione camera, pertanto, il compressore è spento. Il transistor VT2 è chiuso, il relè K1 è diseccitato. I LED HL1 “Blocco” e HL5 “Pausa” sono accesi. 5 minuti dopo aver caricato il condensatore C2 attraverso il resistore R2 fino alla soglia di commutazione del trigger Schmitt sugli elementi DD1.1, DD1.2, il livello all'uscita di quest'ultimo diventerà alto, il diodo VD3 sarà chiuso e il termostato sarà in grado lavorare. Il LED HL1 si spegnerà. All'aumentare della temperatura nel vano frigorifero, la resistenza del termistore RK1 e la caduta di tensione ai suoi capi diminuiscono. Se la temperatura è tale che la tensione all'ingresso invertente dell'amplificatore operazionale DA2 è inferiore a quella non invertente, il livello all'uscita dell'amplificatore operazionale è elevato, il che porta all'apertura del transistor VT2 e il funzionamento del relè K1, che accende il compressore. Il LED HL4 è acceso, il LED HL5 no. Quando la temperatura nella camera di refrigerazione diminuisce, la tensione all'ingresso invertente dell'amplificatore operazionale aumenta, il che porta a un cambiamento nello stato dell'amplificatore operazionale e allo spegnimento del compressore. Il LED HL4 si spegne, il LED HL5 si accende. La caduta di tensione sul collettore del transistor VT2 nel momento in cui il relè viene rilasciato provoca la carica del condensatore C6 e l'apertura breve (per 20 ms) del transistor VT1 con un impulso di corrente di carica. Scaricato attraverso il transistor aperto, il condensatore C2, come dopo aver collegato l'unità alla rete, inizia a caricarsi lentamente, il che porta a un divieto di accensione del compressore di cinque minuti. Il diodo VD2 protegge la giunzione dell'emettitore del transistor VT1 da un impulso negativo quando il condensatore C6 viene scaricato attraverso il transistor VT1, che si apre quando il relè K2 è acceso. La temperatura richiesta nel vano frigorifero viene impostata utilizzando un resistore variabile R16. L'ampiezza del ciclo di isteresi del termostato è controllata dal resistore variabile R20. La necessità di modificare l'isteresi durante il funzionamento è discutibile, ma durante la regolazione iniziale ciò non può essere evitato. L'isteresi dovrebbe essere sufficiente affinché il compressore non si accenda troppo spesso e durante le interruzioni del suo funzionamento la temperatura delle pareti della camera di refrigerazione raggiunga un valore positivo e la brina formatasi su di esse si sciolga senza accumularsi. Consideriamo il funzionamento dell'unità di monitoraggio della tensione di rete. Se rientra nei limiti accettabili, la tensione agli ingressi dell'elemento DD1.3 è inferiore e agli ingressi dell'elemento DD2.1 è superiore alla soglia di commutazione. I livelli su entrambi gli ingressi dell'elemento DD2.3 sono alti e sulla sua uscita sono bassi, consentendo a tutti gli altri nodi del blocco di funzionare come sopra descritto. Quando la tensione di rete è inferiore a quella consentita, l'elemento DD2.1 cambierà stato. Il livello logico al suo output diventerà alto, e lo stesso sarà alle uscite degli elementi DD2.3, DD2.4. Il LED HL3 si accenderà e il transistor VT1, aperto dalla tensione fornita alla sua base attraverso il resistore R19, scaricherà il condensatore C2, bloccando così il compressore. Con il ripristino della tensione normale, il LED HL3 si spegnerà, il transistor VT1 verrà chiuso e, trascorso il tempo necessario per caricare il condensatore C2, il termostato potrà funzionare. Se la tensione di rete supera il livello consentito, un livello basso all'uscita dell'elemento DD1.3 porterà ad un livello alto alle uscite degli elementi DD1.4 e DD2.3. Quindi tutto avviene come quando la tensione viene ridotta, solo che al posto del LED HL3 si accende HL2. Si consiglia di impostare i valori della tensione di rete ai quali interviene la protezione pari a 242 (con resistenza di trimming R5) e 187 V (con resistenza di trimming R6). L'unità percepirà un'interruzione dell'alimentazione come un calo di tensione inaccettabile. È importante che sia vietato riavviare il compressore se la durata della pausa supera quella necessaria per arrestarlo. Tuttavia, la reazione non dovrebbe essere troppo rapida: aumenterà la probabilità di falsi allarmi (ad esempio causati dall'inclusione di potenti apparecchi elettrici nella stessa rete). Il tempo di risposta del dispositivo descritto durante una brusca diminuzione della tensione nella rete - circa 65 ms - è la somma della scarica richiesta del condensatore C1 alla tensione corrispondente al minimo consentito e del tempo di scarica del condensatore C2 attraverso il transistor VT1 aperto. Il tempo di reazione a un improvviso aumento della tensione nella rete è inferiore: 25...40 ms. Viene speso per ricaricare il condensatore C1 alla soglia impostata e scaricare il condensatore C2. Tutti gli elementi dell'unità di controllo, ad eccezione del relè K1, dei resistori variabili R16 e R20, del termistore RK1 e del fusibile FU1, sono posizionati su un circuito stampato su un solo lato (Fig. 2).
Condensatori 04, C5 - KM-6 o altra ceramica, il resto è ossido importato e il condensatore C2 è della serie LL (con bassa corrente di dispersione). La tensione consentita dei condensatori C1 e C6 (25 V) è stata selezionata con una riserva in caso di aumento di emergenza della tensione di rete. Resistori trimmer R5 e R6 - SP4-1, resistori costanti - MLT. Resistori variabili R16 e R20 - SPZ-12 con una dipendenza lineare (A) della resistenza dall'angolo di rotazione dell'albero. Il criterio principale a favore della scelta di queste particolari resistenze è stato che la filettatura sul manicotto di montaggio fosse la stessa di quella del termostato del frigorifero standard. I LED HL1-HL3 sono rossi e HL4 e HL5 sono verdi. Oltre a quelli indicati nello schema, sono adatti anche altri LED, anche domestici, di dimensioni e colori di luminosità adeguati. Il microcircuito KR140UD608A può essere sostituito con KR140UD608B o KR140UD708. Il trasformatore T1 dovrebbe essere scelto di piccola altezza in modo che possa essere posizionato nel vano strumenti del frigorifero (vedi sotto). L'autore ha utilizzato un trasformatore già pronto con un diametro di 40 e un'altezza di 28 mm su un nucleo magnetico toroidale con un avvolgimento secondario di 12 V con una corrente di 0,3 A. Trasformatori prodotti commercialmente, ad esempio TP-321-5 e TPK2-22 sono adatti. Va tenuto presente che in modalità emergenza la tensione di rete talvolta aumenta fino a 380 V. Ciò accade, ad esempio, quando si rompe il filo neutro del cavo principale. Se il trasformatore T1, incapace di sopportare tale tensione, si guasta, ciò non porterà all'inclusione di un compressore costoso, il che in questa situazione è indesiderabile. Il fusibile FU1 (VP1-1) è progettato per proteggere il trasformatore dal fuoco. Particolare attenzione dovrebbe essere prestata alla sua qualità e in nessun caso dovrebbe essere sostituita con un surrogato. Termistore: MMT-1 o MMT-4. Se la sua resistenza nominale differisce da quella indicata nel diagramma, è necessario modificare il valore della resistenza R12 della stessa quantità. Tuttavia, non utilizzare un termistore con una resistenza superiore a 3...4 kOhm, poiché ciò peggiorerebbe l'immunità al rumore del termostato. Relè K1 - RP-21-004 con avvolgimento a 24 V CC. Il test ha dimostrato che 12 V sono sufficienti per il suo funzionamento e con una tensione di 16 V il relè funziona in modo abbastanza affidabile. È possibile utilizzare un altro relè, ad esempio RENZZ. Quando si seleziona una sostituzione, è necessario prestare particolare attenzione alla capacità dei contatti del relè di resistere alla corrente di avviamento del compressore, raggiungendo diversi ampere. Il circuito stampato montato e il relè K1 sono posizionati all'interno del vano di servizio nella parte superiore del frigorifero. I contatti relè collegati in parallelo vengono collegati al posto del gruppo di contatti principale del termostato standard. Il suo secondo gruppo di contatti, progettato per spegnere a lungo il frigorifero, viene sostituito con un ponticello. Ora il frigorifero può essere disconnesso dalla rete in un solo modo: rimuovendo la spina dalla presa. Secondo l'autore ciò garantisce la massima sicurezza elettrica durante i lavori di prevenzione e riparazione. Il pannello frontale unificato del vano è provvisto di fori per due termostati. Tuttavia, il secondo è disponibile solo nei frigoriferi a due compressori, in un normale frigorifero a compressore singolo è conveniente installare qui un resistore variabile R20. La resistenza variabile R16 è installata al posto del termostato standard remoto. Nel pannello frontale del vano di servizio dovrai praticare altri cinque fori nei quali si inseriranno i LED montati sulla scheda della centralina. Le note esplicative possono essere posizionate sul pannello accanto ad esse. I terminali dell'avvolgimento primario del trasformatore T1 (uno di questi è saldato nel traferro tramite il fusibile FU1) sono collegati ai cavi di rete che corrono nel frigorifero alla spia di accensione. Il filo schermato che collega il sensore di temperatura - termistore RK1 - alla scheda dell'unità di controllo è inserito in un tubo isolante, ad esempio, di cloruro di polivinile e posato lungo il percorso del tubo a soffietto metallico remoto del termostato standard. Il termistore stesso è installato all'interno della camera di refrigerazione dove termina il tubo a soffietto. Deve essere ben isolato e protetto dall'umidità e dal gelo. La configurazione dell'unità di controllo inizia con la regolazione dell'unità di controllo della tensione di rete. Per fare ciò, utilizzando un autotrasformatore regolabile (LATR), abbassano la tensione a 187 V. Ruotando il cursore del resistore di regolazione R6, ottengono un bagliore instabile ("lampeggiante") del LED HL3. Quindi la tensione viene aumentata a 242 V e la resistenza di regolazione R5 viene regolata allo stesso modo, concentrandosi sullo stato del LED HL2. Dopo la regolazione, i cursori del resistore del trimmer devono essere sigillati con vernice nitro. Successivamente, dopo aver disconnesso l'unità dalla rete, spostare il resistore variabile R16 nella posizione minima e R20 nella resistenza massima. Impostare (usando LATR) la tensione di rete su 220 V e accendere l'unità. I LED HL1 e HL5 dovrebbero accendersi, dopo circa 5 minuti il LED HL1 dovrebbe spegnersi. La durata del suo bagliore e del blocco dell'avvio del compressore, se necessario, viene modificata selezionando il resistore R2. Per facilitare ulteriori regolazioni, gli ingressi dell'elemento DD1.1 (pin 8, 9) sono temporaneamente collegati tramite un ponticello al circuito +9 V, ad esempio al pin 14 del microcircuito DD1. Il termistore RK1 è immerso nel ghiaccio che si scioglie. Dopo che la sua temperatura si è stabilizzata, la resistenza del resistore variabile R16 viene gradualmente aumentata, assicurando che il relè K1 sia attivato, il LED HL4 si accenda e HL5 si spenga. La commutazione inversa dovrebbe avvenire con una leggera diminuzione della resistenza del resistore R16. L'isteresi (la differenza nelle posizioni del motore del resistore variabile R16 quando il relè viene attivato e rilasciato) dovrebbe aumentare con la diminuzione della resistenza del resistore variabile R20. Al termine del test il ponticello temporaneo precedentemente installato viene rimosso. Prima di accendere il frigorifero con la nuova unità di controllo, i cursori dei resistori variabili R16 e R20 sono impostati in posizione centrale. Dopo aver lasciato funzionare il frigorifero per un tempo sufficiente a stabilizzare il regime di temperatura, è necessario assicurarsi che la brina che si forma sulla parete posteriore del vano frigorifero durante il funzionamento del compressore si scongeli durante la pausa. Se ciò non accade è necessario aumentare l'isteresi con il resistore variabile R20. La temperatura media nella camera viene modificata dal resistore variabile R16. Se non è possibile raggiungere il regime di temperatura desiderato utilizzando resistori variabili, è necessario selezionare i resistori R14 e R15. Alcuni frigoriferi forniscono lo sbrinamento automatico del vano congelatore: ogni 8...10 ore di funzionamento, l'automazione spegne forzatamente il compressore per un po', durante il quale funzionano gli elementi riscaldanti appositamente installati. In questa modalità il compressore non funziona anche quando il relè K1 è attivato e il LED HL4 è acceso. Questa situazione non deve essere confusa con quella che si verifica quando interviene il relè termico di protezione del motore del compressore, che è accompagnata dagli stessi sintomi. È abbastanza semplice distinguere un arresto “programmato” del compressore da uno di emergenza. In quest'ultimo caso la ventola installata nel congelatore continua a funzionare (con la porta chiusa). L'unità può essere installata anche su frigoriferi a compressore di altri modelli, tenendo conto delle loro caratteristiche, modificando la posizione del sensore di temperatura, dei comandi di regolazione e indicazione e, se necessario, le dimensioni del circuito stampato. Rimuovendo gli elementi del termostato - termistore RK1, microcircuito DA2, diodo VD3, resistori R12-R16, R20, R21, condensatori C4, C5 - e collegando il terminale sinistro del resistore R23 nello schema con l'uscita dell'elemento DD1.2 , il blocco può essere utilizzato per proteggere qualsiasi apparecchio elettrico dalle fluttuazioni della tensione di rete. Letteratura
Autore: A. Moskvin, Ekaterinburg
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