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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Termostato programable. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Reguladores de potencia, termómetros, estabilizadores de calor En primavera, otoño (ya veces en verano), se deben usar calentadores eléctricos en casas de jardín. En este caso, el estabilizador de calor que se ofrece aquí ayudará al residente de verano a ahorrar electricidad, lo que mantendrá una temperatura más baja en la habitación durante la noche y, por la mañana, la llevará a un valor "cómodo". El termostato (ver diagrama en la Fig. 1) contiene un puente de termistor RK1, R6-R9, un comparador en un amplificador operacional DA1 y un circuito de control triac VS1, que es algo inusual.
El estabilizador de temperatura utiliza una fuente de alimentación con un condensador de extinción C6. La diagonal de salida del puente rectificador VD5 incluye el diodo emisor U1.1 conectado en serie del optoacoplador U1, el LED HL1 que indica que el calentador está encendido y el diodo zener VD4, cuyo voltaje se suministra para alimentar los elementos restantes de el dispositivo. Cuando el transistor VT1 está cerrado, una corriente pulsante con una amplitud de aproximadamente 32 mA fluye a través del diodo emisor del optoacoplador. Las ondas de voltaje en el diodo zener VD4 son suavizadas por el capacitor C5. La corriente a través del diodo emisor alcanza su valor máximo en los momentos en que la tensión de red pasa por cero, es decir, exactamente cuando es necesario encender el optoacoplador U1 y el triac VS1. El valor medio de corriente a la salida del puente es de unos 22 mA, más que suficiente para alimentar el resto del termostato. Cuando la temperatura del termistor RK1 está por debajo del voltaje establecido en la entrada no inversora del amplificador operacional DA1 es mayor que en el inversor, el voltaje en la salida del amplificador operacional está cerca del voltaje en el positivo terminal del condensador C5. El diodo Zener VD3 y el transistor VT1 están cerrados. Toda la corriente del puente de diodos VD5 fluye a través del diodo emisor del optoacoplador, el optoacoplador se enciende y enciende el triac VS1. La tensión de red se suministra al calentador, el LED HL1 lo señala con su brillo. Triac VS1 se encenderá por primera vez en un momento aleatorio, después de lo cual se encenderá al comienzo de cada medio ciclo, lo que garantizará un bajo nivel de interferencia. Cuando la temperatura del termistor sube al valor establecido, el amplificador operacional cambiará y el voltaje en su salida se acercará al voltaje en la terminal negativa del capacitor C5. Se abrirá el diodo zener VD3 y el transistor VT1. Toda la corriente del puente de diodos VD5 pasará por el transistor VT1 pasando por el diodo emisor del optoacoplador U1 y el LED HL1, y la mayor parte seguirá fluyendo hacia el diodo zener VD4, y la parte más pequeña fluirá a través de la resistencia R12 y el diodo zener VD3 a la salida del amplificador operacional DA1. El optoacoplador U1 y el triac VS1 dejarán de encenderse al comienzo de cada medio ciclo, el calentador se desconectará de la red. La temperatura de equilibrio del puente termistor RK1, R6-R9, que es compatible con el termostato, depende del voltaje en la salida 15 del chip DD1. En un nivel alto en esta salida, el voltaje en el motor de la resistencia variable R8 es ligeramente más alto que en un nivel bajo. El equilibrio del puente corresponde a la menor resistencia del termistor RK1 (su temperatura más alta). En el momento en que el termostato está conectado a la red, con los contactos abiertos del interruptor SA1, el generador de impulsos comienza a funcionar en los elementos del microcircuito DD1 con los pines 9, 11, 12, la resistencia R3 y el condensador C2 [1]. La frecuencia de generación es de aproximadamente 20 kHz e, independientemente del estado inicial de los disparadores, después de no más de 16384 períodos de generación (menos de 1 s), aparecerá un nivel lógico alto en la salida 15 del chip DD1. A través del diodo VD1 irá a la entrada Z del generador y prohibirá su funcionamiento [2] Este modo es el principal para el estabilizador térmico. Si ahora cerramos los contactos del interruptor SA1, un pulso irá a la entrada R del microcircuito DD1 y pondrá a cero el último disparador del contador del microcircuito DD1 (todos los disparadores anteriores ya están en este momento). La salida 15 bajará. La duración del pulso se elige igual a 60 ms, lo que garantiza el inicio del contador solo después del final del rebote de los contactos del interruptor. La conexión del condensador C3 en paralelo con C2 conduce a una disminución de la frecuencia de generación en 30 000 veces y al establecimiento de un período de pulso en la entrada del contador del microcircuito DD1 de aproximadamente 1,5 s. La presencia de un nivel lógico bajo en la salida de 15 DD1 conduce a una disminución del voltaje en el motor de la resistencia R8 y a la estabilización de una temperatura más baja que en el modo principal. Aproximadamente 7 horas después de cerrar los contactos del interruptor SA1, aparecerá un nivel lógico alto en la salida 15 DD1, el generador se detendrá nuevamente y el termostato cambiará al modo principal. Para reiniciar la estabilización de baja temperatura, es necesario abrir y cerrar nuevamente los contactos SA1. En el modo principal de operación, es mejor mantener abiertos los contactos SA1. En este caso, después de una interrupción en el suministro de voltaje de la red, el estabilizador cambia inmediatamente al modo principal. La resistencia R4 y el diodo VD2 suprimen el ruido de impulso de polaridad negativa en la entrada Z del microcircuito DD1, que se produce en el momento de recargar el condensador C3. En ausencia de estos elementos, estos pulsos pasan a través del diodo VD1 a la salida 15 del microcircuito y al puente del termistor, interrumpiendo el funcionamiento normal del amplificador operacional DA1. El propio diodo protector del microcircuito DD1, conectado en paralelo con VD2, tiene demasiada resistencia. La resistencia R10 proporciona una pequeña histéresis del amplificador operacional DA1, lo que también contribuye a su funcionamiento claro. La resistencia R13 establece el modo de funcionamiento del amplificador operacional y R14 reduce la corriente a través del LED HL1 a un valor aceptable. El puente del termistor está diseñado de acuerdo con las recomendaciones descritas en el artículo [3]. El dispositivo utiliza un termistor MMT-4 con una resistencia de 15 kOhm. De acuerdo con la tabla dada en [3], para un rango de temperatura de 15...25 °C, la resistencia de la resistencia R6 (Rdop) debe ser de 10,3 kOhm, se instaló una resistencia con un valor nominal de 10 kOhm. A una temperatura de 15 °C, la resistencia del termistor es de 18,1 kOhm, el coeficiente de transferencia del divisor RK1R6 es Kmin = 10/(10+18,1) = 0,356, y a 25 °C es de 12,5 kOhm y Kmax = 10 /(10+12,5 .0,444) = 7, respectivamente. Son estos coeficientes de transferencia los que debe proporcionar el divisor R9-R8 en las posiciones extremas del motor de la resistencia variable R8. Para calcular este divisor, debe especificar la resistencia de una de sus resistencias, por ejemplo R8. Es fácil determinar que para R22 \u9d 89 kOhm y los coeficientes de transferencia anteriores, la resistencia R7 debe ser igual a 139 kOhm, RXNUMX - XNUMX kOhm. Se instalaron resistencias de las clasificaciones más bajas más cercanas, que con garantía proporcionaron el intervalo de regulación necesario. Para calcular la resistencia de la resistencia R5, es necesario configurar el cambio de temperatura durante la transición del modo principal al modo de baja temperatura. Este valor se tomó igual a 4 °С. Del cálculo anterior se deduce que cuando la temperatura cambia en 10 °C, el coeficiente de transferencia del divisor R7-R9 debería cambiar en Kmax-Kmin = = 0,444-0,356 = 0,088, respectivamente, para un cambio de temperatura de 4 °C, el coeficiente de transferencia debe cambiar en DK = 0,088 /10(4 = 0,0352. Una derivación simple pero engorrosa conduce a la siguiente fórmula para calcular la resistencia R5: R5 = R9(R7+R8)/(R7+R8+R9)(( 1/DK-1). Sustituyendo los valores numéricos en la fórmula, obtenemos R5 = 1,46 MΩ. Las fórmulas anteriores le permitirán calcular la resistencia de las resistencias R5-R9 cuando se utiliza otro termistor o para proporcionar un rango de temperatura diferente o para cambiar la temperatura distinta de 4 °C. Cuando la resistencia R5 se enciende de acuerdo con el diagrama de la fig. 1, afecta la temperatura estabilizada tanto en el modo principal de operación como a una temperatura más baja (con una disminución en la resistencia de la resistencia R5, los niveles de temperatura estabilizada se separan casi simétricamente en relación con el establecido por la resistencia R8) . Si desea que cuando la resistencia R5 esté conectada, la temperatura en el modo principal no cambie, puede instalar un diodo en serie con él, como se muestra en la Fig. 1 con líneas discontinuas. Todos los elementos del estabilizador de temperatura, excepto el triac VS1 y los enchufes de salida X1 y X2, están montados en una placa de circuito impreso con dimensiones de 80 (65 mm (Fig. 2). La placa está diseñada para la instalación de resistencias MLT (R10 - CMM), capacitores K73-17 (C3 para 63 V , C6 para 400 V), K50-16 (C5), KM-5 y KM-6 (otros) Resistencia variable R8 - SP3-4aM o SP3- 4bM Diodos VD1, VD2: cualquier silicio de baja potencia, diodos zener VD3 y VD4: cualquier voltaje de estabilización de tamaño pequeño 3,3 ... 5,6 V y 7,5 ... 8,2 V, respectivamente Interruptor SA1 - P2K con enganche en el presionado estado.
En ausencia de la resistencia R10 de la resistencia especificada, está permitido cambiar el circuito de acuerdo con la Fig. 3.
Transistor VT1: cualquier estructura pnp de silicio de baja potencia. En lugar de los puentes de diodos KTs407A, cualquier diodo con una corriente de funcionamiento de al menos 100 mA es adecuado, los diodos con una tensión de funcionamiento de al menos 6 V son adecuados para reemplazar VD300. Está permitido usar el optoacoplador de dinistor de la serie AOU103 con letra índices B y V, el triac KU208 - V y G. El condensador C6 se puede reemplazar con cualquier película metálica, por ejemplo, K73-16, con un voltaje nominal de al menos 400 V. LED: cualquier brillo visible. Solo debe prestar atención a su instalación: el LED debe estar lo más lejos posible fuera de la placa y su lente está dirigida en la misma dirección que el eje de la resistencia variable. El triac está montado en un disipador de calor acanalado de 60x50x25 mm de tamaño. En este caso, se puede utilizar un calentador con una potencia de hasta 1 kW. El diseño del estabilizador térmico es el mismo que en [4]. Al configurar el dispositivo, debe configurar el tiempo de estabilización para la baja temperatura seleccionando la resistencia R3 y, si es necesario, el condensador C3. Para hacer esto, es necesario conectar un voltímetro de CC al terminal 12 del microcircuito DD1 y al terminal negativo del capacitor C5 y, con los contactos del interruptor SA1 cerrados, cuente la cantidad de pulsos en 1 ... 2 minutos. Además, de acuerdo con los resultados de la medición, encuentre el período del pulso y multiplíquelo por 16384; este será el tiempo de funcionamiento del estabilizador térmico en el modo de baja temperatura. De acuerdo con el cambio necesario en este tiempo, se especifica la resistencia de la resistencia R3. La escala de temperatura de la resistencia variable R8 se calibra sin conectar el calentador, cambiando la temperatura en la habitación. Habiendo establecido la temperatura en la habitación, por ejemplo, 20 ° C y, girando el control deslizante de resistencia variable, marque "20" para la posición del mango en el que el LED se enciende y apaga. También debe colocar marcas en otros puntos. La graduación se ve facilitada por la linealidad de la escala. La elección de los elementos del puente termistor de acuerdo con el cálculo anterior confirmó su precisión suficientemente alta. En el modo principal, el rango de temperatura de estabilización fue de 16...27 °С, en el modo de baja temperatura -12...23 °С. Sin embargo, el dispositivo se estabiliza en 0,5...0,8 °Con una temperatura más baja de lo que debería ser por cálculo. El hecho es que el termistor se calienta por la corriente que pasa. Para reducir el autocalentamiento, es deseable usar un termistor con una gran resistencia y reducir el voltaje de suministro. En el estabilizador de temperatura, la tensión de alimentación se eligió lo más baja posible. Con un voltaje más bajo en la salida del primer elemento del generador de chips DD1 (pin 10, ver [1]), aparece una "muesca" y el contador comienza a funcionar incorrectamente. Al mismo tiempo, en los pines 11 y 12, las subidas y bajadas de los pulsos son claras y pronunciadas, lo que confirma una vez más la inconveniencia de utilizar la señal de salida del primer generador inversor [1]. Nota: Se encontraron errores en el artículo [3] - la fórmula (5) debería verse así: Radd = (R1R2 + R2R3 - 2R1R3) / (R1 + R3 - 2R2), y la fórmula superior de la última columna del artículo es así: B = ln (R1/ R2) / (1/T1 - 1/T2). Literatura
Autor: S. Biryukov, Moscú
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