В. Грошев
Лет 6 назад ко мне обратились с просьбой сделать терморегулятор для зимнего содержания пчел. Устройство должно было быть максимально надежным, максимально простым и дешевым, а помехи окружающим электронным устройствам – минимальными. Максимальная мощность нагрузки должна была составлять 4 – 5 кВт. Результат разработки такого регулятора представлен на рис.1.
Принцип работы устройства следующий. Выпрямленное и ограниченное стабилитронами VD2-VD3 до ±5В напряжение сети используется для питания схемы управления симистором. Полное сетевое напряжение через резистор R4 подается на вход двух симметричных усилительных звеньев VT2-VT5, которые ограничивают, дифференцируют входной сигнал и усиливают его по току. При этом на их выходе формируются достаточно мощные разнополярные импульсы. При высокоомном состоянии промежутка эмиттер-коллектор транзистора VT1 эти импульсы в начале каждого полупериода сетевого напряжения открывают симистор. Выбранный способ управления позволяет обеспечить минимальный уровень помех переключения, т.к. коммутация производится почти при переходе сетевого напряжения через нуль. При замкнутом состоянии транзистора VT1 входы обоих усилительных звеньев оказываются закороченными, и соответственно исчезают импульсы, открывающие симистор.
Состояние транзистора VT1 определяется выходным напряжением компаратора – если температура выше заданной, сопротивление терморезистора R12 уменьшается и на выходе компаратора устанавливается низкий потенциал, замыкающий транзисторный ключ VT1. Симистор выключается и температура снижается до тех пор, пока состояние компаратора не изменится на обратное.
Следует помнить, что все элементы конструкции находятся под напряжением сети, а поэтому должны быть хорошо изолированы – в том числе терморезистор и ось потенциометра R10, которым задается поддерживаемая температура. Однако при необходимости можно обеспечить развязку от сети с помощью обычного транзисторного оптрона, заменив VT1 его выходным транзистором. Входную секцию оптрона в таком случае следует включить последовательно с R15 катодом к выходу компаратора DA1, а резистор R9 необходимо убрать. При этом все элементы схемы сравнения (выделена пунктиром) следует запитать от отдельного источника, развязанного от сети. В таком виде устройство может применяться, например, для нагрева воды до постоянной температуры для бытовых нужд.
Для охлаждения симистора VS1 при указанной выше мощности в нагрузке необходим радиатор с поверхностью не менее 6…8 дм2. Конденсатор С1 – обязательно пленочный, например типа К73-17. Гистерезис в данном устройстве не предусмотрен, т.к. оно и так хорошо выполняет свои функции, однако при необходимости его можно реализовать, включив резистор, например 1 МОм, между выходом компаратора и его неинвертирующим входом, что обеспечит зону нечувствительности в 1…3°С. Диапазон поддерживаемых температур – примерно 0…50°С, для конкретного терморезистора другого номинала устанавливается подбором резисторов R10, R11.
Отметим, что стоимость всех компонентов схемы управления в представленном устройстве ненамного превышает стоимость используемого симистора и может быть дополнительно уменьшена при замене отечественных компонентов на их импортные аналоги. Следует также отметить, что представленный вариант схемы является лишь рабочим вариантом, но вовсе не минимально возможным, а поэтому при желании его можно дополнительно упростить.
г. Томск
