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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Termostato programável. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Reguladores de potência, termômetros, estabilizadores de calor Na primavera, outono (e às vezes no verão), aquecedores elétricos devem ser usados em casas de jardim. Nesse caso, o estabilizador de calor oferecido aqui ajudará o morador de verão a economizar eletricidade, que manterá uma temperatura mais baixa na sala à noite e pela manhã a levará a um valor "confortável". O termostato (veja o diagrama na Fig. 1) contém uma ponte termistor RK1, R6-R9, um comparador em um amplificador operacional DA1 e um circuito de controle triac VS1, o que é um tanto incomum.
O estabilizador de temperatura usa uma fonte de alimentação com um capacitor de extinção C6. A diagonal de saída da ponte retificadora VD5 inclui o diodo emissor conectado em série U1.1 do optoacoplador U1, o LED HL1 indicando que o aquecedor está ligado e o diodo zener VD4, cuja tensão é fornecida para alimentar os demais elementos do o dispositivo. Quando o transistor VT1 está fechado, uma corrente pulsante com amplitude de cerca de 32 mA flui através do diodo emissor do optoacoplador. A ondulação de tensão no diodo zener VD4 é suavizada pelo capacitor C5. A corrente pelo diodo emissor atinge seu valor máximo nos momentos em que a tensão da rede passa por zero, ou seja, exatamente quando é necessário ligar o optoacoplador U1 e o triac VS1. O valor médio da corrente na saída da ponte é de cerca de 22 mA, o que é mais do que suficiente para alimentar o restante do termostato. Quando a temperatura do termistor RK1 está abaixo da tensão definida na entrada não inversora do op-amp DA1 é maior do que no inversor, a tensão na saída do op-amp é próxima da tensão no positivo terminal do capacitor C5. O diodo Zener VD3 e o transistor VT1 estão fechados. Toda a corrente da ponte de diodos VD5 flui através do diodo emissor do optoacoplador, o optoacoplador liga e liga o triac VS1. A tensão de rede é fornecida ao aquecedor, o LED HL1 sinaliza isso com seu brilho. O Triac VS1 ligará pela primeira vez em um horário aleatório, após o qual ligará no início de cada meio ciclo, o que garantirá um baixo nível de interferência. Quando a temperatura do termistor subir para o valor definido, o amplificador operacional mudará e a tensão em sua saída ficará próxima da tensão no terminal negativo do capacitor C5. O diodo zener VD3 e o transistor VT1 serão abertos. Toda a corrente da ponte de diodos VD5 passará pelo transistor VT1, passando pelo diodo radiante do optoacoplador U1 e pelo LED HL1, e a maior parte ainda fluirá para o diodo zener VD4, e a parte menor fluirá pelo resistor R12 e o diodo zener VD3 à saída do amplificador operacional DA1. Optoacoplador U1 e triac VS1 pararão de ligar no início de cada meio ciclo, o aquecedor será desconectado da rede. A temperatura de equilíbrio da ponte do termistor RK1, R6-R9, que é suportada pelo termostato, depende da tensão na saída 15 do chip DD1. Em um nível alto nesta saída, a tensão no motor do resistor variável R8 é ligeiramente maior do que em um nível baixo. O equilíbrio da ponte corresponde à menor resistência do termistor RK1 (sua temperatura mais alta). No momento em que o termostato é conectado à rede, com os contatos abertos da chave SA1, o gerador de pulsos passa a trabalhar nos elementos do microcircuito DD1 com pinos 9, 11, 12, resistor R3 e capacitor C2 [1]. A frequência de geração é de cerca de 20 kHz e, independentemente do estado inicial dos gatilhos, após não mais que 16384 períodos do gerador (menos de 1 s), um nível lógico alto aparecerá na saída 15 do chip DD1. Através do diodo VD1 irá para a entrada Z do gerador e proibirá sua operação [2], sendo este o principal modo do estabilizador térmico. Se agora fecharmos os contatos da chave SA1, um pulso irá para a entrada R do microcircuito DD1 e definirá o último gatilho do contador do microcircuito DD1 para zero (todos os gatilhos anteriores já estão nele neste momento). A saída 15 ficará baixa. A duração do pulso é escolhida igual a 60 ms, o que garante o início do contador somente após o fim do ressalto dos contatos da chave. A conexão do capacitor C3 em paralelo com C2 leva a uma diminuição da frequência de geração em 30 vezes e ao estabelecimento de um período de pulso na entrada do contador do microcircuito DD000 de cerca de 1 s. A presença de um baixo nível lógico na saída de 15 DD1 leva a uma diminuição da tensão no motor do resistor R8 e à estabilização de uma temperatura mais baixa do que no modo principal. Aproximadamente 7 horas após o fechamento dos contatos da chave SA1, aparecerá um nível lógico alto na saída 15 DD1, o gerador será parado novamente e o termostato passará para o modo principal. Para reiniciar a estabilização de baixa temperatura, é necessário abrir e fechar novamente os contatos SA1. No modo principal de operação, é melhor manter os contatos SA1 abertos. Nesse caso, após uma interrupção na alimentação da rede elétrica, o estabilizador muda imediatamente para o modo principal. O resistor R4 e o diodo VD2 suprimem o ruído de impulso de polaridade negativa na entrada Z do microcircuito DD1, que ocorre no momento da recarga do capacitor C3. Na ausência desses elementos, esses pulsos passam pelo diodo VD1 para a saída 15 do microcircuito e para a ponte do termistor, interrompendo o funcionamento normal do amplificador operacional DA1. O próprio diodo protetor do microcircuito DD1, conectado em paralelo com VD2, tem muita resistência. O resistor R10 fornece uma pequena histerese do amplificador operacional DA1, o que também contribui para sua operação clara. O resistor R13 define o modo de operação do amplificador operacional e R14 reduz a corrente através do LED HL1 para um valor aceitável. A ponte do termistor é projetada de acordo com as recomendações descritas no artigo [3]. O dispositivo usa um termistor MMT-4 com resistência de 15 kOhm. De acordo com a tabela fornecida em [3], para uma faixa de temperatura de 15...25 °C, a resistência do resistor R6 (Rdop) deve ser de 10,3 kOhm, foi instalado um resistor com valor nominal de 10 kOhm. A uma temperatura de 15 °C, a resistência do termistor é de 18,1 kOhm, o coeficiente de transferência do divisor RK1R6 é Kmin = 10/(10+18,1) = 0,356 e a 25 °C é de 12,5 kOhm e Kmax = 10 /(10+12,5 .0,444) = 7, respectivamente. São esses coeficientes de transferência que o divisor R9-R8 deve fornecer nas posições extremas do motor do resistor variável R8. Para calcular este divisor, você deve especificar a resistência de um de seus resistores, por exemplo R8. É fácil determinar que para R22 \u9d 89 kOhm e os coeficientes de transferência acima, a resistência R7 deve ser igual a 139 kOhm, RXNUMX - XNUMX kOhm. Foram instalados resistores das classificações mais baixas mais próximas, que com garantia forneciam o intervalo de regulação necessário. Para calcular a resistência do resistor R5, é necessário definir a mudança de temperatura durante a transição do modo principal para o modo de baixa temperatura. Este valor foi considerado igual a 4 °С. Segue-se do cálculo acima que, quando a temperatura muda em 10 °C, o coeficiente de transferência do divisor R7-R9 deve mudar em Kmax-Kmin = = 0,444-0,356 = 0,088, respectivamente, para uma mudança de temperatura em 4 °C, o coeficiente de transferência deve mudar em DK = 0,088 /10(4 = 0,0352. Uma derivação simples, mas incômoda, leva à seguinte fórmula para calcular a resistência R5: R5 = R9(R7+R8)/(R7+R8+R9)(( 1/DK-1). Substituindo os valores numéricos na fórmula, obtemos R5 = 1,46 MΩ. As fórmulas acima permitirão calcular a resistência dos resistores R5-R9 ao usar outro termistor ou fornecer uma faixa de temperatura diferente ou alterar a temperatura diferente de 4 °C. Quando o resistor R5 é ligado de acordo com o diagrama da fig. 1, afeta a temperatura estabilizada tanto no modo de operação principal quanto em uma temperatura mais baixa (com uma diminuição na resistência do resistor R5, os níveis de temperatura estabilizados são movidos quase simetricamente em relação ao definido pelo resistor R8) . Se for desejável que quando o resistor R5 estiver conectado, a temperatura no modo principal não mude, você pode instalar um diodo em série com ele, mostrado na Fig. 1 com linhas tracejadas. Todos os elementos do estabilizador de temperatura, exceto o triac VS1 e os soquetes de saída X1 e X2, são montados em uma placa de circuito impresso com dimensões de 80 (65 mm (Fig. 2). A placa é projetada para a instalação de resistores MLT (R10 - CMM), capacitores K73-17 (C3 para 63 V, C6 para 400 V), K50-16 (C5), KM-5 e KM-6 (outros). Resistor variável R8 - SP3-4aM ou SP3- 4bM. Diodos VD1, VD2 - qualquer silício de baixa potência, diodos zener VD3 e VD4 - qualquer tensão de estabilização de tamanho pequeno 3,3 ... 5,6 V e 7,5 ... 8,2 V, respectivamente. Chave SA1 - P2K com travamento no pressionado estado.
Na ausência do resistor R10 da resistência especificada, é permitido alterar o circuito de acordo com a Fig. 3.
Transistor VT1 - qualquer estrutura pnp de silício de baixa potência. Em vez de pontes de diodo KTs407A, quaisquer diodos com uma corrente operacional de pelo menos 100 mA são adequados; diodos com uma tensão operacional de pelo menos 6 V são adequados para substituir VD300. É permitido usar o optoacoplador dinistor da série AOU103 com letra índices B e V, o KU208 triac - V e G. O capacitor C6 pode ser substituído por qualquer filme de metal, por exemplo K73-16, com uma tensão nominal de pelo menos 400 V. LED - qualquer brilho visível. Você só precisa ficar atento à sua instalação: o LED deve ser colocado o mais longe possível da placa, e sua lente é direcionada na mesma direção do eixo do resistor variável. O triac é montado em um dissipador de calor com nervuras de tamanho 60x50x25 mm. Neste caso, pode ser utilizado um aquecedor com potência de até 1 kW. O projeto do estabilizador térmico é o mesmo de [4]. Ao configurar o dispositivo, você deve definir o tempo de estabilização para a baixa temperatura selecionando o resistor R3 e, se necessário, o capacitor C3. Para fazer isso, é necessário conectar um voltímetro DC ao terminal 12 do microcircuito DD1 e ao terminal negativo do capacitor C5 e, com os contatos da chave SA1 fechados, contar o número de pulsos em 1 ... 2 minutos. Além disso, de acordo com os resultados da medição, encontre o período do pulso e multiplique-o por 16384 - este será o tempo de operação do estabilizador térmico no modo de baixa temperatura. De acordo com a mudança necessária neste tempo, a resistência do resistor R3 é especificada. A escala de temperatura do resistor variável R8 é calibrada sem conectar o aquecedor, alterando a temperatura da sala. Depois de definir a temperatura da sala, por exemplo, 20 ° C e, girando o controle deslizante do resistor variável, marque "20" para a posição da alça na qual o LED liga e desliga. Você também deve colocar marcas em outros pontos. A graduação é facilitada pela linearidade da escala. A escolha dos elementos da ponte do termistor de acordo com o cálculo acima confirmou sua precisão suficientemente alta. No modo principal, a faixa de temperatura de estabilização foi de 16...27 °С, no modo de baixa temperatura -12...23 °С. No entanto, o dispositivo estabiliza em 0,5...0,8 °Com uma temperatura mais baixa do que deveria ser por cálculo. O fato é que o termistor é aquecido pela corrente que passa. Para reduzir o autoaquecimento, é desejável usar um termistor com grande resistência e reduzir a tensão de alimentação. No estabilizador de temperatura, a tensão de alimentação foi escolhida a mais baixa possível. Com uma tensão menor na saída do primeiro elemento do gerador de chip DD1 (pino 10, veja [1]), um “entalhe” aparece e o contador começa a funcionar incorretamente. Ao mesmo tempo, nos pinos 11 e 12, as subidas e descidas dos pulsos são nítidas e acentuadas, o que mais uma vez confirma a indesejável utilização do sinal da saída do primeiro inversor do gerador [1]. Nota: Foram encontrados erros no artigo [3] - a fórmula (5) deve ficar assim: Radd = (R1R2 + R2R3 - 2R1R3) / (R1 + R3 - 2R2), e a fórmula superior da última coluna do artigo é assim: B = ln (R1/ R2) / (1/T1 - 1/T2). Literatura
Autor: S. Biryukov, Moscou
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