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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Estabilizador de temperatura do aquecedor elétrico. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Reguladores de potência, termômetros, estabilizadores de calor O sensor de temperatura no dispositivo proposto é... o próprio elemento de aquecimento elétrico, cuja resistência depende da temperatura. Como não há necessidade de instalação de sensor especial, a estabilização térmica é alcançada sem interferir no projeto do dispositivo de aquecimento. Na maioria dos dispositivos elétricos utilizados para aquecer líquidos, é garantida uma boa ligação térmica entre o meio aquecido e o elemento de aquecimento elétrico. Portanto, mantendo constante a temperatura do elemento, é possível estabilizar a temperatura do líquido com precisão suficiente em muitos casos. Em alguns casos, esse estabilizador evitará grandes problemas. Por exemplo, eliminará o perigoso superaquecimento de uma caldeira elétrica ligada sem água ou deixada sem vigilância, fazendo com que a água ferva. O dispositivo proposto pode substituir um termostato bimetálico com falha em um ferro elétrico, onde a resistência térmica da sola do aquecedor é pequena. Neste caso, consegue-se uma maior precisão na manutenção da temperatura da sola. A estabilização da temperatura de um aquecedor elétrico operando em condições de extração de calor fraca e intermitente (por exemplo, aquecendo o ar de uma sala) não garante uma temperatura ambiente constante, mas aumenta a confiabilidade e segurança de operação do aquecedor. Devido à ausência de sensor, o estabilizador descrito é adequado para dispositivos de aquecimento de alta temperatura (por exemplo, fornos mufla), onde elimina a necessidade de controlar a temperatura usando termopares caros. O esquema do dispositivo é mostrado na fig. 1.
Nos transistores VT2 e VT3 é montado um gerador de pulsos, que abre o triac VS1 - chave do aquecedor EK1 - no início de cada meio ciclo da tensão da rede. Isso minimiza o ruído de comutação e a energia gasta no controle do triac. Os diodos VD1 e VD4 servem como retificadores, e os diodos zener VD5 e VD7 servem como reguladores de tensão para a tensão de alimentação do comparador DA1 e do gerador. A resistência do aquecedor EK1 forma uma ponte de medição com resistores R1-R4, à qual estão conectadas as entradas do comparador DA1 na diagonal. A resistência e a potência do resistor R4 devem ser de aproximadamente 0,5% dos parâmetros correspondentes do aquecedor. A queda de tensão neste resistor é de 1,1...1,2 Veff. Com a ajuda dos resistores R2 e R3, é garantido que a ponte esteja equilibrada na temperatura nominal ou máxima permitida (dependendo do problema a ser resolvido) do aquecedor. A análise de equilíbrio ocorre quando o triac VS1 está aberto e somente em semiciclos negativos da tensão da rede, quando o transistor VT1 é fechado pela tensão negativa retirada do resistor R4, o que permite o funcionamento do comparador DA1. Se a temperatura e, portanto, a resistência do aquecedor for superior ao valor especificado, o nível na saída do comparador torna-se baixo quando ele é ligado. O capacitor C3 descarrega rapidamente através do resistor R9. Uma tensão negativa é fornecida ao emissor do transistor VT2 através do resistor R12 e do diodo VD9, bloqueando o gerador de pulsos. O gerador retomará a operação somente após carregar o capacitor C3 através do resistor R12. No meio ciclo negativo da tensão da rede imediatamente após o gerador retomar a operação, o comparador DA1 irá “verificar” novamente a resistência do aquecedor EK1, e dependendo do resultado, o gerador continuará operando ou será bloqueado novamente . Portanto, durante o superaquecimento, a tensão é fornecida ao aquecedor apenas brevemente com pausas dependendo da constante de tempo do circuito R12C3. Se a temperatura estiver abaixo da temperatura definida, o aquecedor funciona continuamente. Se a potência do aquecedor for superior a 1 kW, é necessário substituir o triac VS1 do tipo indicado no diagrama por um mais potente (por exemplo, série TC106, TC112). Para controlar tal triac, você pode precisar de um amplificador de corrente montado de acordo com o circuito mostrado na Fig. 2.
Placa de circuito impresso medindo 40x32,5 mm, mostrada em escala 2:1 na Fig. 3, foi projetado especificamente para uma versão mais poderosa do dispositivo. Se não for necessário um amplificador adicional, os elementos VT4, VD12 e R15 não são instalados e o indutor L1 é substituído por um jumper. O Triac VS1 está localizado fora da placa e deve ser equipado com um dissipador de calor correspondente à potência chaveada.
Cada um dos diodos zener D814D pode ser substituído por um par de diodos zener de baixa tensão conectados em série com uma tensão de estabilização total de 12...15 V, por exemplo, KS162A, KS168A, KS175A. Os condutores impressos e as placas de contato necessárias para tal substituição são mostrados na Fig. 3 sombreados. O papel dos diodos zener para uma tensão de aproximadamente 7 V também pode ser desempenhado pelas junções emissoras dos transistores KT315B (emissor - cátodo, base - ânodo do diodo zener equivalente). Depois de montar todos os elementos exceto o diodo VD9, conecte o aquecedor ao estabilizador e ligue-o. Primeiramente verifique a tensão entre os terminais 11 e 6 do comparador DA1, que deve estar entre 24...30 V. Se, na presença de pulsos no coletor do transistor VT3, o triac VS1 não abrir ou quebrar desligue apenas nos semiciclos positivos da tensão da rede, em um estabilizador sem amplificador adicional reduza a resistência do resistor R14. Se não for possível obter uma abertura confiável do triac usando este método, será necessário instalar os elementos mostrados na Fig. 2 e selecione o resistor R15. A seguir, o terminal direito do resistor R12 no diagrama é temporariamente conectado com um jumper ao fio “comum” (por exemplo, ao cátodo do diodo VD3) e certifique-se de que usando o resistor de corte R3 você pode definir dois valores de tensão no capacitor C3: quase zero e próximo da tensão de estabilização do diodo zener VD5. O dispositivo é finalmente ajustado após a remoção do jumper temporário e a instalação do diodo VD9. Movendo o resistor variável R2 para uma das posições extremas e aguardando um tempo suficiente para estabelecer o regime térmico, mede-se a temperatura do aquecedor ou meio aquecido. As mesmas medições são repetidas em várias posições da alavanca de controle do resistor R2. Com base nos resultados obtidos, o resistor pode ser equipado com uma escala graduada em valores de temperatura. Os limites do intervalo de controle são ajustados através do resistor de corte R3, substituindo, se necessário, o resistor variável R2 por outro semelhante de valor diferente. Alterando o circuito da ponte de medição de acordo com a Fig. 4 e fazendo mais algumas pequenas alterações, na mesma placa de circuito impresso você pode montar um estabilizador térmico regular com sensor de temperatura - um termistor.
Um fragmento do desenho da disposição dos elementos para esta versão do dispositivo é mostrado na Fig. 5. Tudo fora dele permanece igual à fig. 3.
Os círculos pontilhados mostram furos removidos dos terminais dos elementos não mais necessários VT1, VD2, VD3, C3, do terminal do motor do resistor de ajuste (agora permanente) R3 e de um dos fios do jumper. Os resistores R7 e R9 são substituídos por jumpers, e as placas de contato destinadas ao resistor R6 são conectadas aos terminais do termistor RK1 com resistência nominal (medida a uma temperatura de +25 ° C) de 10...100 kOhm. O valor do resistor R4 é escolhido igual à resistência do termistor RK1 na temperatura média do seu intervalo de regulação. Autor: V.Kaplun, Severodonetsk, Ucrânia
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