Терморегуляторы (термостабилизаторы). Общие сведения

Оставлен Евгений Бортник Сб, 12/10/2011 - 19:52

    Для поддержания стабильной температуры в зимовнике удобно использовать автоматические электронные терморегуляторы. Следует заметить, что более точным для такого рода устройств является название термостабилизаторы. Назначение подобных устройств - поддержание стабильной температуры, посредством периодического подключения нагревательного элемента. Это широко распространенные устройства, достаточно простые и надежные, причем как промышленного, так и кустарного производства. Схемотехника терморегуляторов довольно разнообразна. Иногда в литературе встречаются описания довольно экзотических устройств, с цифровым управлением, однако на практике бывает достаточно простейшего регулятора, подключаемого к воздушному электронагревателю.

   Нужно заметить, что лучшие результаты по качеству поддержания температуры дает применение масляных радиаторов, которые меньше сушат воздух. Однако, как как показала практика, они не всегда применимы вследствие наличия внутреннего реле. Поэтому допустимо использование и обычных ТЭН.

   На фотографии показан простейший термостабилизатор релейного типа. В алюминиевом корпусе пара реле и блок с трансформатором, выпрямителем и парой транзисторов на плете. Обмотка мощного реле (пускателя) запитана через контакты маломощного вспомогательного реле РЭС-9. В качестве порогового элемента служит электроконтактный ртутный термометр. Довольно простая штуковина. Когда я глянул на это впервые, то сразу понял почему термометры регулярно выходят из строя. Для уменьшения тока через ртутный столб пришлось сделать электронный буфер на транзисторах. Контакты включил в цепь базы, а коллектор отптавил на обмотку маленького реле. Ктроме того обмотку реле при коммутации непременно нужно шунтировать диодом обратного тока.

Электроконтактные градусники больше не выходят из строя. Устройство работает тупо, но совершенно надежно. Никаких претензий нет, не смотря на простоту. Для подключения проводов применены два стандартных штепсельных разъема, к одному - термометр, к другому  - ТЭН (электроплитка). Однако нужно обязательно позаботиться, чтобы каждый разъём (розетка) был подписан. Кроме того, желательно применить белую пару вилка-розетка для силовогого провода и черную пару - для сигнального. Причины тому просты и понятны.

Важно не перепутать разъемы (розетки) иначе будет бабах. Настройка температуры - регулировкой магнитной шайбы на термометре. По шкале видна настраиваемая температура. Интенсивность нагрева регулируют обыкновенным отдалением термометра от нагревательного элемента. Примерные расстояния для размещения элементов друг относительно друга 1 - 2 метра. Подальше отодвигать рекомендуется в большие морозы. Таким образом ослабляется обратная связь по теплу.

На сайте рассмотрена схемотехника наиболее простых устройств, пригодных для самостоятельного повторения в бытовых условиях. Некоторые схемы показаны ниже. Есть схемы - на цифровых логических элементах, есть схемы на импульсных трансформаторах в цепях управления тиристорами. Ни те, ни другие не вызывают у меня большой симпатии. Более подробному анализу схемотехники возможно будет посвящена отдельная статья. Пока - недостаток времени .

  

Аналогичные электронные устройства применяют и для поддержания неизменной влажности в помещении. Но их схемотехнику буду рассмтаривать отдельно. Для показанных конструкций необходимо изготовить корпуса. Опыт показывает, что большинство пчеловодов по бедности обходятся без них. Просто кладут модуль под лавку или накрывают его пустым корпусом. И так проходит вся зима. Это конечно неправильно, поскольку схема непрерывно находится под напряжением. Однако большинство из тех, кого я знаю, предпочитают экономить. Схему термостабилизатора, оформленную в корпусе естественно я продам дороже. 

Диоды применены в схемах весьма мощные и сравнительно высоковольтные. Номинальная нагрузка таких мостов, при установке на радиаторы - несколько киловатт.  Проводя опыты долговременного включения таких нагревателей, я убедился, что можно подключать ТЭНы до 4-6кВт. Поскольку процесс нагрева помещения ступенчатый, диоды и тиристоры даже при таких нагревательных элементах нагреваются до приемлемых температур. Вентиляторы дял охлаждения применть не следует, поскольку они создают шум. 

Ниже показана пара фотографий с обыкновенными термостабилизаторами триггерного типа. Схема построена на тиристоре, включенном в диагональ диодного моста. Фазовое управление переключением тиристора выполняет компаратор. Термочувствительный элемент - терморезистор, включенный в плечо измерительного моста. Схема работает отлично, точность высокая, чувствительность можно настроить предельную, но это не нужно, наоборот, приходится загрублять. Надежность неплохая. Схема должна быть постоянно подгружена по выходу. Для этого используют балластный резистор 2 Вт.

Регулятор температуры - обыкновенный переменный резистор. Обычно его устанавливают на передней панели прибора. Есть пара светодиодов, красный - нагрев, зеленый - пауза (охлаждение). Настройка температуры переключения - на месте. Настроил и забыл. А весной, если нужно добавить пару градусов, то просто довернул регулятор немного по часовой стрелке. Диапазон регулирования изменением параметров элементов в схеме можно существенно ограничить (0-6 градусов С), а можно наоборот, расширить в пределах 0-70 градусов С. В заранее изготовленной мною партии таких регуляторов есть и экземпляры с широким и узким диапазоном. Любопытно, что несмотря на объективную критику, 70% таких регуляторов уже продано.

 Ниже представлены фотографии с тиристорными регуляторами мощности. Это уже приспособления для группового обогрева пчёл весной. Это тоже предмет отдельной статьи. Эти модули применяют обязательно совместно с низковольтными трансформаторами. Смысл применения трансформатора заключается в гальваническом разделении распределительной сети и бытовых устройств для обогрева. Применение низковольтных утстройств до 42 вольт при разделении с сетью исключает поражение электричческим током. Фазовое управление по соображениям удобства я выполняю на напряжениях до 54 вольт. Даже при этом токи могут быть весьма существенными. Все зависит от количества ульев на пасеке. Ток магистральной линии могжет достигать 30-40 Ампер. Поэтому количество параллельных магистральных линий увеличивают и толщину провода тоже увеличивают. Провод магистрали только медный.

 

 Некторые из показанных модулей предназначены для регулирования напржения в нагрузке на 220 вольт. Это уже не груповые обогреватели, а другие устройства. Например регулятор мощности паяльника, для наващивания рамок. Это устройства фазового регулирования. Аналоговые устройства. Можно при менить при регулировании уровня обогрева помещения, когда не применяют автоматику. Есть модули, предназначенные для управления двигателями постоянного тока, которые используют в электроприводах. Как оказалось - это достаточно кактуальная задача, поскольку медогонки стали делать с электроприводами. Некоторые применяют ЛАТР. Тоже приемлемое решение, но на малых оборотах нужен мощный ЛАТР. В последние годы появились частотные регуляторы, построенные на базе инверторов. Это крайне эффективные узлы регулирования, позволяющие создавать большие токи при малых напряжениях. Однако это довольно дорого, поэтому их применение на практике ограничено.

 Вопросы регулирования электропривода на переменном токе я не рассматриваю, поскольку самостоятельная реализация частотного управления сложнее. Кроме того, сейчас много разнообразных китайских штучек, которые можно приспособить и для управления асинхронным двигателем небольшой мощности. Есть у китайских поставщиков проблема - это проблема невысокой надежности. А технические решения вполне приемлемые. Вполне вероятно, что со временем цены на транзисторную гибридную электронику станутболее приемлемыми. Сейчас для силовых устройств в ходу элементная база именно гибридных транзисторов и способ широтно-импульсного (ШИМ) управления ключевым режимом работы. Такой подход и соответствующее оборудование позволяют управлять совершенно дурными мощностями. IGBT-модули рулят!!! Не даром я использовал их схемное изображение в символике своего сайта.

  

 

 

 

 

                                                                        Евгений Бортник, ноябрь 2012

2 комментария

by Sakhalin on Вс, 10/18/2015 - 16:09
Без принятия соответствующих мер, представленные схемы с тиристорной коммутацией будут создавать помехи по питающей сети и только одна из них (со встречно-параллельным включением тиристоров) коммутирует обе полуволны сетевого напряжения и только она может быть использована для включения индуктивной нагрузки, например, асинхронного двигателя. Куда меньший по размерам термостабилизатор получится на микросхеме-термостате LM56, чуть больше деталей будет на измерителе температуры LM35, если для коммутации силовой цепи применить оптронно-симисторное управление - уменьшатся так же габариты всего устройства

by Evgenij Bortnik on Пнд, 10/19/2015 - 12:56
Возражений нет. Покупка любых компонентов повлияет на себестоимость изделий. Это может оказаться пустой затеей, поскольку для собственного употребления годится уже накопленный запас деталей, прежних поколений. Покупать новое, чтобы выбросить исправное старое - не рентабельно.