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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Thermostat programmable. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Régulateurs de puissance, thermomètres, stabilisateurs thermiques Au printemps, en automne (et parfois en été), des radiateurs électriques doivent être utilisés dans les abris de jardin. Dans ce cas, le stabilisateur de chaleur proposé ici aidera le résident d'été à économiser de l'électricité, ce qui maintiendra une température plus basse dans la pièce la nuit et l'amènera le matin à une valeur "confortable". Le thermostat (voir schéma de la Fig. 1) contient un pont de thermistance RK1, R6-R9, un comparateur sur un amplificateur opérationnel DA1 et un circuit de commande triac VS1, ce qui est quelque peu inhabituel.
Le stabilisateur de température utilise une alimentation avec un condensateur d'extinction C6. La diagonale de sortie du pont redresseur VD5 comprend la diode émettrice U1.1 connectée en série de l'optocoupleur U1, la LED HL1 indiquant que le chauffage est allumé et la diode zener VD4, dont la tension est fournie pour alimenter les éléments restants de le dispositif. Lorsque le transistor VT1 est fermé, un courant pulsé d'une amplitude d'environ 32 mA traverse la diode émettrice de l'optocoupleur. L'ondulation de tension sur la diode Zener VD4 est lissée par le condensateur C5. Le courant traversant la diode émettrice atteint sa valeur maximale aux instants où la tension secteur passe par zéro, c'est-à-dire exactement au moment où il faut allumer l'optocoupleur U1 et le triac VS1. La valeur moyenne du courant à la sortie du pont est d'environ 22 mA, ce qui est plus que suffisant pour alimenter le reste du thermostat. Lorsque la température de la thermistance RK1 est inférieure à la tension de consigne à l'entrée non inverseuse de l'ampli-op DA1 est supérieure à celle de l'inverseur, la tension à la sortie de l'ampli-op est proche de la tension au positif borne du condensateur C5. La diode Zener VD3 et le transistor VT1 sont fermés. La totalité du courant du pont de diodes VD5 traverse la diode émettrice de l'optocoupleur, l'optocoupleur s'allume et allume le triac VS1. La tension secteur est fournie à l'appareil de chauffage, la LED HL1 le signale par sa lueur. Le Triac VS1 s'allumera pour la première fois à une heure aléatoire, après quoi il s'allumera au début de chaque demi-cycle, ce qui assurera un faible niveau d'interférence. Lorsque la température de la thermistance atteint la valeur définie, l'amplificateur opérationnel bascule et la tension à sa sortie devient proche de la tension à la borne négative du condensateur C5. La diode Zener VD3 et le transistor VT1 s'ouvriront. La totalité du courant du pont de diodes VD5 passera par le transistor VT1 au-delà de la diode émettrice de l'optocoupleur U1 et de la LED HL1, et la majeure partie circulera toujours dans la diode zener VD4, et la plus petite partie traversera la résistance R12 et la diode zener VD3 à la sortie de l'ampli-op DA1. L'optocoupleur U1 et le triac VS1 cesseront de s'allumer au début de chaque demi-cycle, le réchauffeur sera déconnecté du réseau. La température d'équilibrage du pont de thermistance RK1, R6-R9, qui est supportée par le thermostat, dépend de la tension à la sortie 15 de la puce DD1. A un niveau haut sur cette sortie, la tension sur le moteur de la résistance variable R8 est légèrement plus élevée qu'à un niveau bas. L'équilibre du pont correspond à la résistance inférieure de la thermistance RK1 (sa température plus élevée). Au moment où le thermostat est connecté au réseau, avec les contacts ouverts de l'interrupteur SA1, le générateur d'impulsions commence à fonctionner sur les éléments du microcircuit DD1 avec les broches 9, 11, 12, la résistance R3 et le condensateur C2 [1]. La fréquence de génération est d'environ 20 kHz et, quel que soit l'état initial des triggers, après pas plus de 16384 périodes de générateur (moins de 1 s), un niveau logique haut apparaîtra à la sortie 15 de la puce DD1. Par l'intermédiaire de la diode VD1, il ira à l'entrée Z du générateur et interdira son fonctionnement [2] Ce mode est le principal pour le stabilisateur thermique. Si nous fermons maintenant les contacts du commutateur SA1, une impulsion ira à l'entrée R du microcircuit DD1 et mettra à zéro le dernier déclencheur du compteur du microcircuit DD1 (tous les déclencheurs précédents y sont déjà à ce moment). La sortie 15 passera au niveau bas. La durée d'impulsion est choisie égale à 60 ms, ce qui garantit le démarrage du compteur uniquement après la fin du rebond des contacts de l'interrupteur. La connexion du condensateur C3 en parallèle avec C2 entraîne une diminution de la fréquence de génération de 30 000 fois et l'établissement d'une période d'impulsion à l'entrée du compteur du microcircuit DD1 d'environ 1,5 s. La présence d'un niveau logique bas en sortie de 15 DD1 entraîne une diminution de la tension sur le moteur de la résistance R8 et une stabilisation d'une température plus faible qu'en mode principal. Environ 7 heures après la fermeture des contacts de l'interrupteur SA1, un niveau logique haut apparaîtra sur la sortie 15 DD1, le générateur s'arrêtera à nouveau et le thermostat passera en mode principal. Pour relancer la stabilisation basse température, il est nécessaire d'ouvrir et de refermer les contacts SA1. Dans le mode de fonctionnement principal, il est préférable de garder les contacts SA1 ouverts. Dans ce cas, après une coupure de l'alimentation secteur, le stabilisateur passe immédiatement en mode principal. La résistance R4 et la diode VD2 suppriment le bruit impulsionnel de polarité négative à l'entrée Z du microcircuit DD1, qui se produit au moment de la recharge du condensateur C3. En l'absence de ces éléments, ces impulsions traversent la diode VD1 vers la sortie 15 du microcircuit et vers le pont de thermistance, perturbant le fonctionnement normal de l'ampli-op DA1. La propre diode de protection du microcircuit DD1, connectée en parallèle avec VD2, a trop de résistance. La résistance R10 fournit une petite hystérésis de l'ampli-op DA1, ce qui contribue également à son fonctionnement clair. La résistance R13 définit le mode de fonctionnement de l'ampli-op et R14 réduit le courant à travers la LED HL1 à une valeur acceptable. Le pont de thermistance est conçu selon les recommandations décrites dans l'article [3]. L'appareil utilise une thermistance MMT-4 avec une résistance de 15 kOhm. Conformément au tableau donné dans [3], pour une plage de température de 15...25 °C, la résistance de la résistance R6 (Rdop) doit être de 10,3 kOhm, une résistance d'une valeur nominale de 10 kOhm a été installée. A une température de 15 °C, la résistance de la thermistance est de 18,1 kOhm, le coefficient de transfert du diviseur RK1R6 est Kmin = 10/(10+18,1) = 0,356, et à 25 °C il est de 12,5 kOhm et Kmax = 10 /(10+12,5) = 0,444, respectivement. Ce sont ces coefficients de transfert que le diviseur R7-R9 doit fournir aux positions extrêmes du moteur de la résistance variable R8. Pour calculer ce diviseur, vous devez spécifier la valeur de l'une de ses résistances, par exemple R8. Il est facile de déterminer que pour R8 \u22d 9 kOhm et les coefficients de transfert ci-dessus, la résistance R89 doit être égale à 7 kOhm, R139 - XNUMX kOhm. Des résistances des cotes inférieures les plus proches ont été installées, ce qui, avec une garantie, a fourni l'intervalle de régulation nécessaire. Pour calculer la résistance de la résistance R5, il est nécessaire de régler le changement de température lors du passage du mode principal au mode basse température. Cette valeur a été prise égale à 4 °C. Il résulte du calcul ci-dessus que lorsque la température change de 10 °C, le coefficient de transfert du diviseur R7-R9 doit changer de Kmax-Kmin = = 0,444-0,356 = 0,088, respectivement, pour un changement de température de 4 °C, le coefficient de transfert devrait évoluer de DK = 0,088 /10(4 = 0,0352. Une dérivation simple mais lourde conduit à la formule suivante pour calculer la résistance R5 : R5 = R9(R7+R8)/(R7+R8+R9)(( 1/DK-1). En remplaçant les valeurs numériques dans la formule, nous obtenons R5 = 1,46 MΩ. Les formules ci-dessus vous permettront de calculer la résistance des résistances R5-R9 lors de l'utilisation d'une autre thermistance ou de fournir une plage de température différente ou de modifier la température autre que 4 °C. Lorsque la résistance R5 est activée conformément au schéma de la fig. 1, il affecte la température stabilisée à la fois dans le mode de fonctionnement principal et à une température plus basse (avec une diminution de la résistance de la résistance R5, les niveaux de température stabilisés sont presque symétriquement écartés par rapport à celui défini par la résistance R8) . S'il est souhaitable que lorsque la résistance R5 est connectée, la température en mode principal ne change pas, vous pouvez installer une diode en série avec celle-ci, illustrée à la Fig. 1 avec des lignes pointillées. Tous les éléments du stabilisateur de température, à l'exception du triac VS1 et des prises de sortie X1 et X2, sont montés sur une carte de circuit imprimé de dimensions 80 (65 mm (Fig. 2). La carte est conçue pour l'installation de résistances MLT (R10 - CMM), condensateurs K73-17 (C3 pour 63 V , C6 pour 400 V), K50-16 (C5), KM-5 et KM-6 (autres) Résistance variable R8 - SP3-4aM ou SP3- 4bM Diodes VD1, VD2 - tout silicium basse consommation, diodes zener VD3 et VD4 - toute tension de stabilisation de petite taille 3,3 ... 5,6 V et 7,5 ... 8,2 V, respectivement Commutateur SA1 - P2K avec verrouillage dans le pressé État.
En l'absence de résistance R10 de la résistance spécifiée, il est permis de changer le circuit conformément à la Fig. 3.
Transistor VT1 - toute structure pnp en silicium à faible puissance. Au lieu des ponts de diodes KTs407A, toutes les diodes avec un courant de fonctionnement d'au moins 100 mA conviennent ; les diodes avec une tension de fonctionnement d'au moins 6 V conviennent pour remplacer VD300. Il est permis d'utiliser l'optocoupleur dinistor de la série AOU103 avec la lettre indices B et V, le triac KU208 - V et G. Le condensateur C6 peut être remplacé par n'importe quel film métallique, par exemple K73-16, avec une tension nominale d'au moins 400 V. LED - toute lueur visible. Il suffit de faire attention à son installation : la LED doit être le plus loin possible à l'extérieur de la carte, et sa lentille est dirigée dans le même sens que l'axe de la résistance variable. Le triac est monté sur un dissipateur thermique à nervures de 60x50x25 mm. Dans ce cas, un appareil de chauffage d'une puissance allant jusqu'à 1 kW peut être utilisé. La conception du stabilisateur thermique est la même que dans [4]. Lors de la configuration de l'appareil, vous devez régler le temps de stabilisation de la basse température en sélectionnant la résistance R3 et, si nécessaire, le condensateur C3. Pour ce faire, il est nécessaire de connecter un voltmètre CC à la borne 12 du microcircuit DD1 et à la borne négative du condensateur C5 et, avec les contacts de l'interrupteur SA1 fermés, compter le nombre d'impulsions en 1 ... 2 minutes. De plus, selon les résultats de la mesure, trouvez la période d'impulsion et multipliez-la par 16384 - ce sera le temps de fonctionnement du stabilisateur thermique en mode basse température. Conformément au changement nécessaire dans ce temps, la résistance de la résistance R3 est spécifiée. L'échelle de température de la résistance variable R8 est calibrée sans connecter l'appareil de chauffage, en modifiant la température dans la pièce. Après avoir réglé la température dans la pièce, par exemple, 20 ° C et, en tournant le curseur de la résistance variable, marquez "20" pour la position de la poignée à laquelle la LED s'allume et s'éteint. Vous devez également placer des marques à d'autres points. La graduation est facilitée par la linéarité de l'échelle. Le choix des éléments du pont de thermistance conformément au calcul ci-dessus a confirmé sa précision suffisamment élevée. En mode principal, la plage de température de stabilisation était de 16...27 °С, en mode basse température -12...23 °С. Cependant, l'appareil se stabilise de 0,5...0,8 °Avec une température inférieure à ce qu'elle devrait être par calcul. Le fait est que la thermistance est chauffée par le courant qui passe. Pour réduire l'auto-échauffement, il est souhaitable d'utiliser une thermistance avec une grande résistance et de réduire la tension d'alimentation. Dans le stabilisateur de température, la tension d'alimentation a été choisie aussi basse que possible. Avec une tension inférieure à la sortie du premier élément du générateur de puces DD1 (broche 10, voir [1]), une "encoche" apparaît et le compteur commence à fonctionner de manière incorrecte. Dans le même temps, aux broches 11 et 12, les montées et descentes des impulsions sont claires et raides, ce qui confirme une fois de plus l'inopportunité d'utiliser le signal de la sortie du premier onduleur générateur [1]. Remarque : Des erreurs ont été trouvées dans l'article [3] - la formule (5) devrait ressembler à ceci : Radd = (R1R2 + R2R3 - 2R1R3) / (R1 + R3 - 2R2), et la formule supérieure de la dernière colonne de l'article est comme ceci : B = ln (R1/ R2) / (1/T1 - 1/T2). littérature
Auteur : S. Biryukov, Moscou
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