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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Programmierbarer thermischer Stabilisator. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Leistungsregler, Thermometer, Wärmestabilisatoren Im Frühling, Herbst (und manchmal auch im Sommer) müssen in Gartenhäusern Elektroheizungen eingesetzt werden. In diesem Fall hilft der hier angebotene Wärmestabilisator dem Sommerbewohner, Strom zu sparen, wodurch die Temperatur im Raum nachts niedrig gehalten und am Morgen auf einen „angenehmen“ Wert gebracht wird. Der thermische Stabilisator (siehe Diagramm in Abb. 1) enthält eine Thermistorbrücke RK1, R6-R9, einen Komparator am Operationsverstärker DA1 und eine Triac-Steuerschaltung VS1, die etwas ungewöhnlich ist.
Der thermische Stabilisator verwendet ein Netzteil mit einem Löschkondensator C6. Die Ausgangsdiagonale der Gleichrichterbrücke VD5 umfasst eine in Reihe geschaltete Sendediode U1.1 des Optokopplers U1, eine LED HL1, die die Aktivierung der Heizung anzeigt, und eine Zenerdiode VD4, deren Spannung zur Versorgung der übrigen Elemente zugeführt wird des Geräts. Bei geschlossenem Transistor VT1 fließt ein pulsierender Strom mit einer Amplitude von ca. 32 mA durch die Sendediode des Optokopplers. Spannungswelligkeiten an der Zenerdiode VD4 werden durch den Kondensator C5 geglättet. Der Strom durch die Sendediode erreicht seinen Maximalwert in den Momenten, in denen die Netzspannung den Nullpunkt überschreitet, also genau dann, wenn der Optokoppler U1 und der Triac VS1 eingeschaltet werden müssen. Der durchschnittliche Stromwert am Brückenausgang beträgt etwa 22 mA, was mehr als genug ist, um die übrigen Elemente des Thermostabilisators mit Strom zu versorgen. Wenn die Temperatur des Thermistors RK1 unter dem eingestellten Wert liegt, ist die Spannung am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers DA1 höher als am invertierenden, die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers liegt nahe an der Spannung am Pluspol des Kondensators C5. Zenerdiode VD3 und Transistor VT1 sind geschlossen. Der gesamte Strom der Diodenbrücke VD5 fließt durch die Sendediode des Optokopplers, der Optokoppler schaltet ein und schaltet den Triac VS1 ein. Die Heizung erhält Netzspannung, die HL1-LED signalisiert dies durch Leuchten. Das erste Einschalten des Triacs VS1 erfolgt zu einem beliebigen Zeitpunkt, danach erfolgt das Einschalten zu Beginn jeder Halbwelle, was eine geringe Störung gewährleistet. Wenn die Temperatur des Thermistors auf den eingestellten Wert ansteigt, schaltet der Operationsverstärker um und die Spannung an seinem Ausgang nähert sich der Spannung am Minuspol des Kondensators C5. Die Zenerdiode VD3 und der Transistor VT1 werden geöffnet. Der gesamte Strom der Diodenbrücke VD5 fließt durch den Transistor VT1, vorbei an der Sendediode des Optokopplers U1 und der LED HL1, wobei der Großteil weiterhin in die Zenerdiode VD4 und der kleinere Teil über den Widerstand R12 und die Zenerdiode VD3 fließt an den Ausgang des Operationsverstärkers DA1. Der Optokoppler U1 und der Triac VS1 schalten sich zu Beginn jedes Halbzyklus nicht mehr ein, die Heizung wird vom Netzwerk getrennt. Die Ausgleichstemperatur der Thermistorbrücke RK1, R6-R9, die vom Thermostabilisator unterstützt wird, hängt von der Spannung am Ausgang 15 der Mikroschaltung DD1 ab. Bei einem hohen Pegel an diesem Ausgang ist die Spannung am Motor des variablen Widerstands R8 etwas höher als bei einem niedrigen Pegel. Das Gleichgewicht der Brücke entspricht dem geringeren Widerstand des Thermistors RK1 (seiner höheren Temperatur). In dem Moment, in dem der Wärmestabilisator bei geöffneten Kontakten des Schalters SA1 an das Netzwerk angeschlossen wird, beginnt der Impulsgenerator an den Elementen der DD1-Mikroschaltung mit den Pins 9, 11, 12, dem Widerstand R3 und dem Kondensator C2 [1] zu arbeiten. Die Erzeugungsfrequenz beträgt etwa 20 kHz und unabhängig vom Anfangszustand der Trigger erscheint spätestens nach 16384 Generatorperioden (weniger als 1 s) ein hoher Logikpegel am Ausgang 15 der DD1-Mikroschaltung. Über die Diode VD1 gelangt es zum Z-Eingang des Generators und verhindert dessen Betrieb [2]. Dieser Modus ist der Hauptmodus für den thermischen Stabilisator. Wenn Sie nun die Kontakte des Schalters SA1 schließen, wird ein Impuls an den R-Eingang des DD1-Mikroschaltkreises gesendet und der letzte Trigger des DD1-Mikroschaltkreiszählers auf den Nullzustand gesetzt (alle vorherigen Trigger befinden sich zu diesem Zeitpunkt bereits darin). . Ausgang 15 erscheint logisch niedrig. Die Impulsdauer wird auf 60 ms gewählt, was gewährleistet, dass der Zähler erst nach dem Prellen der Schaltkontakte in Betrieb geht. Das Parallelschalten des Kondensators C3 zu C2 führt zu einer Verringerung der Erzeugungsfrequenz um das 30-fache und zur Einrichtung einer Impulsperiode am Eingang des Zählers der Mikroschaltung DD000 von etwa 1 s. Das Vorhandensein eines niedrigen Logikpegels am Ausgang 15 von DD1 führt zu einer Verringerung der Spannung am Motor des Widerstands R8 und zur Stabilisierung einer niedrigeren Temperatur als im Hauptmodus. Etwa 7 Stunden nach dem Schließen der Kontakte des Schalters SA1 erscheint am Ausgang 15 von DD1 ein hoher Logikpegel, der Generator wird wieder gestoppt und der Thermostat geht in den Hauptmodus. Um die Stabilisierung der reduzierten Temperatur wieder aufzunehmen, müssen die Kontakte SA1 erneut geöffnet und geschlossen werden. Im Hauptbetriebsmodus ist es besser, die SA1-Kontakte offen zu halten. In diesem Fall schaltet der Stabilisator nach einer Unterbrechung der Netzspannungsversorgung sofort in den Hauptmodus. Der Widerstand R4 und die Diode VD2 unterdrücken Impulsrauschen negativer Polarität am Z-Eingang der Mikroschaltung DD1, das beim Aufladen des Kondensators C3 auftritt. In Abwesenheit dieser Elemente gelangen diese Impulse über die Diode VD1 zum Ausgang 15 der Mikroschaltung und zur Thermistorbrücke und stören den normalen Betrieb des Operationsverstärkers DA1. Die eigene Schutzdiode des DD1-Mikroschaltkreises, die parallel zu VD2 geschaltet ist, hat einen zu hohen Widerstand. Der Widerstand R10 sorgt für eine kleine Hysterese des Operationsverstärkers DA1, was ebenfalls zu seinem reibungslosen Betrieb beiträgt. Der Widerstand R13 stellt den Betriebsmodus des Operationsverstärkers ein und R14 reduziert den Strom durch die HL1-LED auf einen akzeptablen Wert. Die Thermistorbrücke ist gemäß den Empfehlungen in Artikel [3] ausgelegt. Das Gerät verwendet einen MMT-4-Thermistor mit einem Widerstand von 15 kOhm. Gemäß der Tabelle in [3] sollte für den Temperaturbereich 15...25 °C der Widerstandswert des Widerstands R6 (Radd) 10,3 kOhm betragen, es wurde ein Widerstand mit einem Nennwert von 10 kOhm eingebaut. Bei einer Temperatur von 15 °C beträgt der Widerstand des Thermistors 18,1 kOhm, der Übertragungskoeffizient des RK1R6-Teilers Kmin = 10/(10+18,1) = 0,356 und bei 25 °C - 12,5 kOhm und Kmax = 10/( 10+12,5 ,0,444) = 7 bzw. Es sind diese Übertragungskoeffizienten, die der Teiler R9-R8 an den äußersten Positionen des Motors mit variablem Widerstand R8 bereitstellen sollte. Um diesen Teiler zu berechnen, müssen Sie den Widerstandswert eines seiner Widerstände einstellen, beispielsweise R8. Es ist leicht zu bestimmen, dass für R22 = 9 kOhm und die oben genannten Übertragungskoeffizienten der Widerstand R89 gleich 7 kOhm und R139 - XNUMX kOhm sein sollte. Es wurden Widerstände mit den nächstniedrigeren Werten eingebaut, die das erforderliche Regelintervall garantierten. Um den Widerstandswert des Widerstands R5 zu berechnen, muss die Temperaturänderung beim Übergang vom Hauptmodus in den reduzierten Temperaturmodus eingestellt werden. Dieser Wert wurde mit 4 °C angenommen. Aus der obigen Berechnung folgt, dass sich bei einer Temperaturänderung um 10 °C der Transmissionskoeffizient des Teilers R7-R9 auf Kmax-Kmin = = 0,444-0,356 = 0,088 ändern sollte, bzw. bei einer Temperaturänderung um 4 °C. Der Transmissionskoeffizient sollte sich auf DK = 0,088 /10(4 = 0,0352 ändern. Eine einfache, aber umständliche Schlussfolgerung führt zu der folgenden Formel zur Berechnung des Widerstands R5: R5 = R9(R7+R8)/(R7+R8+R9)((1 /DK-1). Setzen wir die Zahlenwerte in die Formel ein, erhalten wir R5 = 1,46 MΩ. Mit den angegebenen Formeln können Sie den Widerstand der Widerstände R5-R9 berechnen, wenn Sie einen anderen Thermistor verwenden oder einen anderen Temperaturbereich bereitstellen oder eine andere Temperaturänderung als 4 ° C vornehmen. Wenn der Widerstand R5 gemäß dem Diagramm in Abb. eingeschaltet wird. Wie in 1 gezeigt, beeinflusst es die stabilisierte Temperatur sowohl im Hauptbetriebsmodus als auch bei der reduzierten Temperatur (mit einer Verringerung des Widerstands des Widerstands R5 bewegen sich die stabilisierten Temperaturniveaus nahezu symmetrisch relativ zu dem durch den Widerstand R8 eingestellten). Wenn Sie möchten, dass sich die Temperatur im Hauptmodus beim Anschließen des Widerstands R5 nicht ändert, können Sie die in Abb. 1 gezeigte Diode in Reihe damit installieren. XNUMX durch gestrichelte Linien. Alle Elemente des Wärmestabilisators, mit Ausnahme des Triac VS1 und der Ausgangsbuchsen X1 und ), Kondensatoren K2-80 (C65 bei 2 V, C10 bei 73 V), K17-3 (C63), KM-6 und KM-400 (der Rest). Variabler Widerstand R50 - SP16-5aM oder SP5-6bM. Dioden VD8, VD3 – alle Silizium-Zenerdioden mit geringem Stromverbrauch. VD4 und VD3 – alle kleinen Dioden zur Stabilisierung der Spannung 4...1 V bzw. 2...3 V. Schalter SA4 - P3,3K mit Fixierung im gedrückten Zustand .
Wenn kein Widerstand R10 mit dem angegebenen Widerstandswert vorhanden ist, ist eine Änderung der Schaltung gemäß Abb. zulässig. 3.
Transistor VT1 – jede Silizium-PNP-Struktur mit geringem Stromverbrauch. Anstelle der Diodenbrücken KTs407A eignen sich beliebige Dioden mit einem Betriebsstrom von mindestens 100 mA, als Ersatz für VD6 eignen sich Dioden mit einer Betriebsspannung von mindestens 300 V. Mit den Buchstabenindizes B kann der Dinistor-Optokoppler der Serie AOU103 verwendet werden und V und der KU208-Triac - V und G. Wir können den Kondensator C6 durch einen beliebigen Metallfilm, zum Beispiel K73-16, mit einer Nennspannung von mindestens 400 V ersetzen. LED – jedes sichtbare Licht. Sie müssen lediglich auf die Installation achten: Die LED sollte möglichst weit außerhalb der Platine platziert werden und ihre Linse sollte in die gleiche Richtung wie die Achse des variablen Widerstands gerichtet sein. Der Triac ist auf einem Lamellenkühlkörper mit den Maßen 60x50x25 mm montiert. In diesem Fall können Sie eine Heizung mit einer Leistung von bis zu 1 kW verwenden. Der Aufbau des thermischen Stabilisators ist derselbe wie in [4]. Beim Einrichten des Gerätes sollten Sie die Stabilisierungszeit für die niedrige Temperatur durch Auswahl des Widerstands R3 und ggf. des Kondensators C3 einstellen. Dazu müssen Sie ein DC-Voltmeter an Pin 12 der Mikroschaltung DD1 und an den Minuspol des Kondensators C5 anschließen und bei geschlossenen Kontakten des Schalters SA1 die Anzahl der Impulse in 1...2 Minuten zählen. Ermitteln Sie anschließend anhand der Messergebnisse die Periode der Impulse und multiplizieren Sie sie mit 16384 – dies ist die Betriebszeit des Thermostabilisators im reduzierten Temperaturmodus. Entsprechend der notwendigen Änderung in dieser Zeit wird der Widerstandswert des Widerstands R3 angepasst. Die Temperaturskala des variablen Widerstands R8 wird ohne Anschluss einer Heizung kalibriert und verändert so die Temperatur im Raum. Nachdem Sie die Temperatur im Raum beispielsweise auf 20 ° C eingestellt und den Schieberegler des variablen Widerstands gedreht haben, markieren Sie die Position des Griffs, an der sich die LED ein- und ausschaltet, mit „20“. Auch an anderen Stellen sollten Sie Markierungen setzen. Die Graduierung wird durch die Linearität der Skala erleichtert. Die Auswahl der Elemente der Thermistorbrücke gemäß der obigen Berechnung bestätigte deren relativ hohe Genauigkeit. Im Hauptmodus betrug der Stabilisierungstemperaturbereich 16...27 °C, im Niedertemperaturmodus -12...23 °C. Das Gerät stabilisiert sich jedoch bei 0,5...0,8 °Mit einer niedrigeren Temperatur, als sie den Berechnungen zufolge sein sollte. Tatsache ist, dass der Thermistor durch den Stromfluss erhitzt wird. Um die Eigenerwärmung zu reduzieren, empfiehlt es sich, einen Thermistor mit hohem Widerstand zu verwenden und die Versorgungsspannung zu reduzieren. Beim Thermostabilisator wurde die Versorgungsspannung möglichst niedrig gewählt. Bei einer niedrigeren Spannung erscheint am Ausgang des ersten Elements des Generators der DD1-Mikroschaltung (Pin 10, siehe [1]) eine „Kerbe“ und der Zähler beginnt falsch zu arbeiten. Gleichzeitig sind die Anstiege und Abfälle der Impulse an den Pins 11 und 12 klar und steil, was erneut die Unerwünschtheit der Verwendung des Signals vom Ausgang des ersten Wechselrichters des Generators bestätigt [1]. Hinweis: In Artikel [3] wurden Tippfehler gefunden – Formel (5) sollte wie folgt aussehen: Radd = (R1R2 + R2R3 – 2R1R3) / (R1 + R3 – 2R2), und die obere Formel der letzten Spalte des Artikels lautet so: B = ln (R1/R2) / (1/T1 - 1/T2). Literatur
Autor: S. Biryukov, Moskau
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