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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Программируемый термостабилизатор. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Regolatori di potenza, termometri, stabilizzatori di calore In primavera, autunno (e talvolta in estate) nelle casette da giardino devono essere utilizzati riscaldatori elettrici. In questo caso, lo stabilizzatore di calore offerto qui aiuterà il residente estivo a risparmiare elettricità, che manterrà una bassa temperatura nella stanza durante la notte, e al mattino la porterà a un valore “confortevole”. Lo stabilizzatore termico (vedere lo schema in Fig. 1) contiene un ponte termistore RK1, R6-R9, un comparatore sull'amplificatore operazionale DA1 e un circuito di controllo triac VS1, realizzato in modo alquanto insolito.
Lo stabilizzatore termico utilizza un alimentatore con condensatore di spegnimento C6. La diagonale di uscita del ponte raddrizzatore VD5 comprende un diodo emettitore U1.1 collegato in serie del fotoaccoppiatore U1, un LED HL1 che indica l'attivazione del riscaldatore e un diodo zener VD4, la cui tensione viene fornita per alimentare gli elementi rimanenti del dispositivo. Quando il transistor VT1 è chiuso, una corrente pulsante con un'ampiezza di circa 32 mA scorre attraverso il diodo emettitore dell'accoppiatore ottico. Le ondulazioni di tensione sul diodo zener VD4 vengono attenuate dal condensatore C5. La corrente attraverso il diodo emettitore raggiunge il suo valore massimo nei momenti in cui la tensione di rete passa per lo zero, cioè esattamente quando è necessario accendere il fotoaccoppiatore U1 e il triac VS1. Il valore medio di corrente all'uscita del ponte è di circa 22 mA, più che sufficiente per alimentare i restanti elementi dello stabilizzatore termico. Quando la temperatura del termistore RK1 è inferiore al valore impostato, la tensione sull'ingresso non invertente dell'amplificatore operazionale DA1 è superiore a quella invertente, la tensione all'uscita dell'amplificatore operazionale è vicina alla tensione al terminale positivo del condensatore C5. Il diodo Zener VD3 e il transistor VT1 sono chiusi. L'intera corrente del ponte a diodi VD5 scorre attraverso il diodo emettitore dell'accoppiatore ottico, l'accoppiatore ottico si accende e accende il triac VS1. Il riscaldatore riceve la tensione di rete, il LED HL1 lo segnala accendendosi. La prima accensione del triac VS1 avverrà in un momento arbitrario, dopodiché si accenderà all'inizio di ogni semiciclo, garantendo così un basso livello di interferenza. Quando la temperatura del termistore sale al valore impostato, l'amplificatore operazionale cambierà e la tensione alla sua uscita diventerà vicina alla tensione al terminale negativo del condensatore C5. Si apriranno il diodo Zener VD3 e Transistor VT1. L'intera corrente del ponte del diodo VD5 scorrerà attraverso il transistor VT1 oltre il diodo emettimo dell'Optocoplente U1 e il LED HL1, con la maggioranza ancora che scorre nel diodo Zener VD4 e la parte più piccola attraverso il resistore R12 e il diodo Zener VD3 all'output dell'amp-amp DA1. L'Optocoaupler U1 e il TRIAC VS1 smetteranno di accendere all'inizio di ogni mezzo ciclo, il riscaldatore verrà disconnesso dalla rete. La temperatura di bilanciamento del ponte termistore RK1, R6-R9, supportato dallo stabilizzatore termico, dipende dalla tensione all'uscita 15 del microcircuito DD1. A un livello alto su questa uscita, la tensione sul motore del resistore variabile R8 è leggermente superiore rispetto a un livello basso. L'equilibrio del ponte corrisponde alla resistenza più bassa del termistore RK1 (la sua temperatura più alta). Nel momento in cui lo stabilizzatore termico è collegato alla rete con i contatti dell'interruttore SA1 aperti, il generatore di impulsi inizia a funzionare sugli elementi del microcircuito DD1 con i pin 9, 11, 12, resistenza R3 e condensatore C2 [1]. La frequenza di generazione è di circa 20 kHz e, indipendentemente dallo stato iniziale dei trigger, non più di dopo 16384 periodi del generatore (meno di 1 s) apparirà un livello logico alto sull'uscita 15 del microcircuito DD1. Attraverso il diodo VD1 andrà all'ingresso Z del generatore e ne impedirà il funzionamento [2] Questa modalità è quella principale per lo stabilizzatore termico. Se ora chiudi i contatti dell'interruttore SA1, un impulso verrà inviato all'ingresso R del microcircuito DD1 e imposterà l'ultimo trigger del contatore del microcircuito DD1 sullo stato zero (tutti i trigger precedenti sono già presenti in questo momento) . L'uscita 15 apparirà logicamente bassa. La durata dell'impulso scelta è di 60 ms, il che garantisce che il contatore inizierà a funzionare solo dopo che i contatti dell'interruttore hanno finito di rimbalzare. Il collegamento del condensatore C3 in parallelo con C2 porta ad una diminuzione della frequenza di generazione di 30 volte e alla creazione di un periodo di impulso all'ingresso del contatore del microcircuito DD000 di circa 1 s. La presenza di un livello logico basso sull'uscita 15 di DD1 porta ad una diminuzione della tensione sul motore del resistore R8 e alla stabilizzazione di una temperatura inferiore rispetto alla modalità principale. Circa 7 ore dopo la chiusura dei contatti dell'interruttore SA1, sull'uscita 15 di DD1 apparirà un livello logico alto, il generatore verrà nuovamente arrestato e il termostato passerà alla modalità principale. Per riavviare la stabilizzazione della temperatura ridotta è necessario aprire e chiudere nuovamente i contatti SA1. Nella modalità operativa principale è preferibile mantenere aperti i contatti SA1. In questo caso, dopo un'interruzione dell'alimentazione della tensione di rete, lo stabilizzatore passa immediatamente alla modalità principale. Il resistore R4 e il diodo VD2 sopprimono il rumore impulsivo di polarità negativa all'ingresso Z del microcircuito DD1, che si verifica quando il condensatore C3 viene ricaricato. In assenza di questi elementi, questi impulsi passano attraverso il diodo VD1 all'uscita 15 del microcircuito e al ponte termistore, interrompendo il normale funzionamento dell'amplificatore operazionale DA1. Il diodo di protezione del microcircuito DD1, collegato in parallelo a VD2, ha una resistenza troppo elevata. Il resistore R10 fornisce una piccola isteresi dell'amplificatore operazionale DA1, che contribuisce anche al suo funzionamento regolare. Il resistore R13 imposta la modalità operativa dell'amplificatore operazionale e R14 riduce la corrente attraverso il LED HL1 a un valore accettabile. Il ponte termistore è progettato secondo le raccomandazioni di cui all'articolo [3]. Il dispositivo utilizza un termistore MMT-4 con una resistenza di 15 kOhm. Secondo la tabella riportata in [3], per l'intervallo di temperatura 15...25 °C, la resistenza del resistore R6 (Radd) dovrebbe essere 10,3 kOhm; è stata installata una resistenza con un valore nominale di 10 kOhm. Ad una temperatura di 15 °C la resistenza del termistore è 18,1 kOhm, il coefficiente di trasferimento del divisore RK1R6 Kmin = 10/(10+18,1) = 0,356, a 25 °C - 12,5 kOhm e Kmax = 10/( 10+12,5 ,0,444) = 7 rispettivamente. Sono questi coefficienti di trasferimento che il divisore R9-R8 dovrebbe fornire nelle posizioni estreme del motore a resistore variabile R8. Per calcolare questo divisore, è necessario impostare la resistenza di uno dei suoi resistori, ad esempio R8. È facile determinare che per R22 = 9 kOhm e i coefficienti di trasferimento sopra indicati, la resistenza R89 dovrebbe essere pari a 7 kOhm, R139 - XNUMX kOhm. Sono stati installati resistori con i valori inferiori più vicini, che hanno garantito di fornire l'intervallo di regolazione richiesto. Per calcolare la resistenza del resistore R5, è necessario impostare la variazione di temperatura durante la transizione dalla modalità principale alla modalità a temperatura ridotta. Это значение было принято равным 4 °С. Dal calcolo sopra segue che quando la temperatura cambia di 10 °C, il coefficiente di trasmissione del divisore R7-R9 dovrebbe cambiare a Kmax-Kmin = = 0,444-0,356 = 0,088, rispettivamente, per una variazione di temperatura di 4 °C, il coefficiente di trasmissione dovrebbe cambiare in DK = 0,088 /10(4 = 0,0352. Una conclusione semplice ma complicata porta alla seguente formula per calcolare la resistenza R5: R5 = R9(R7+R8)/(R7+R8+R9)((1 /DK-1). Sostituendo i valori numerici nella formula, otteniamo R5 = 1,46 MΩ. Le formule fornite ti permetteranno di calcolare la resistenza dei resistori R5-R9 quando si utilizza un altro termistore o per fornire un intervallo di temperatura diverso o per una variazione di temperatura diversa da 4 ° C. Quando il resistore R5 è acceso secondo lo schema di Fig. 1, influenza la temperatura stabilizzata sia nella modalità operativa principale che a temperatura ridotta (con una diminuzione della resistenza del resistore R5, i livelli di temperatura stabilizzata si muovono quasi simmetricamente rispetto a quello impostato dal resistore R8). Se è auspicabile che quando si collega il resistore R5 la temperatura nella modalità principale non cambi, è possibile installare il diodo mostrato in Fig. 1 in serie con esso. XNUMX con linee tratteggiate. Tutti gli elementi dello stabilizzatore termico, ad eccezione del triac VS1 e delle prese di uscita X1 e X2, sono montati su un circuito stampato di 80 (65 mm) (Fig. 2) La scheda è progettata per installare resistori MLT (R10 - KIM ), condensatori K73-17 (C3 a 63 V , C6 a 400 V), K50-16 (C5), KM-5 e KM-6 (il resto). Resistore variabile R8 - SP3-4aM o SP3-4bM. Diodi VD1, VD2 - qualsiasi diodi al silicio a bassa potenza, diodi zener VD3 e VD4 - tutti di piccole dimensioni per tensione di stabilizzazione 3,3...5,6 V e 7,5...8,2 V, rispettivamente.Interruttore SA1 - P2K con fissaggio nello stato premuto .
Se non è presente il resistore R10 della resistenza specificata, è consentito modificare il circuito secondo la Fig. 3.
Transistor VT1: qualsiasi struttura pnp in silicio a bassa potenza. Invece dei ponti a diodi KTS407A, sono adatti tutti i diodi con una corrente operativa di almeno 100 mA; per sostituire VD6, i diodi con una tensione operativa di almeno 300 V sono adatti. L'optocoupleple Dinistor Series AOU103 è possibile e V e il KU208 TRIAC - V e G. Possiamo sostituire il condensatore C6 con qualsiasi pellicola metallica, ad esempio K73-16, con una tensione nominale di almeno 400 V. LED: qualsiasi luce visibile. Devi solo prestare attenzione alla sua installazione: il LED dovrebbe essere posizionato il più lontano possibile al di fuori della scheda e la sua lente dovrebbe essere diretta nella stessa direzione dell'asse del resistore variabile. Il triac è installato su un dissipatore alettato di dimensioni 60x50x25 mm. In questo caso è possibile utilizzare un riscaldatore con una potenza fino a 1 kW. Il design dello stabilizzatore termico è lo stesso di [4]. Durante la configurazione del dispositivo è necessario impostare il tempo di stabilizzazione per la bassa temperatura selezionando la resistenza R3 e, se necessario, il condensatore C3. Per fare ciò, è necessario collegare un voltmetro CC al pin 12 del microcircuito DD1 e al terminale negativo del condensatore C5 e, con i contatti dell'interruttore SA1 chiusi, contare il numero di impulsi in 1...2 minuti. Successivamente, in base ai risultati della misurazione, trova il periodo degli impulsi e moltiplicalo per 16384: questo sarà il tempo di funzionamento del termostabilizzatore in modalità temperatura ridotta. In base al cambiamento necessario in questo periodo, la resistenza del resistore R3 viene regolata. La scala di temperatura del resistore variabile R8 viene calibrata senza collegare un riscaldatore, modificando la temperatura nella stanza. Dopo aver impostato la temperatura nella stanza, ad esempio, 20 ° C e, ruotando il cursore del resistore variabile, inserire un segno “20” per la posizione della maniglia in cui il LED si accende e si spegne. Dovresti anche posizionare i segni in altri punti. La graduazione è facilitata dalla linearità della scala. Выбор элементов терморезисторного моста в соответствии с приведенным выше расчетом подтвердил его достаточно высокую точность. В основном режиме интервал температур стабилизации составил 16...27 °С, в режиме пониженной температуры -12...23 °С. Tuttavia, il dispositivo si stabilizza a 0,5 ... 0,8 °Con una temperatura inferiore a quella che dovrebbe essere secondo i calcoli. Il fatto è che il termistore viene riscaldato dal passaggio di corrente. Per ridurre l'autoriscaldamento è consigliabile utilizzare un termistore ad alta resistenza e ridurre la tensione di alimentazione. Nello stabilizzatore termico la tensione di alimentazione è stata selezionata la più bassa possibile. A una tensione inferiore, una "tacca" appare all'uscita del primo elemento del generatore del microcircuit DD1 (pin 10, vedi [1]) e il contatore inizia a funzionare in modo errato. Allo stesso tempo, ai pin 11 e 12 gli aumenti e le cadute degli impulsi sono chiari e ripidi, il che conferma ancora una volta l'insulenbilità di usare il segnale dall'uscita del primo inverter del generatore [1]. Nota: gli errori di battitura sono stati trovati nell'articolo [3] - La formula (5) dovrebbe apparire così: RADD = (R1R2 + R2R3 - 2R1R3) / (R1 + R3 - 2R2) e la formula superiore dell'ultima colonna dell'articolo è In questo modo: b = ln (r1/ r2)/ (1/ t1 - 1/ t2). Letteratura
Autore: S. Biryukov, Mosca
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