РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ

        Принципиальная схема регулятора мощности нагревательных приборов приведенного на рисунке 14 регулятора мощности публиковалась, в том или ином виде, не один раз, и не в одном издании. Ее отличие от предшественников - она вобрала в себя наиболее удачные узлы, а именно: включение нагрузки происходит только в момент перехода, синусоиды напряжения питания через ноль, что позволило избавится от помех по сети питания 220 В. В качестве силового ключа используется симистор произвольной мощности. Стабилизатор внутреннего напряжения питания имеет повышенную надежность и помехоустойчивость.

Рисунок 14 Принципиальная схема регулятора мощности нагревательных приборов

    На элементах DD1.1 и DD1.2 собран аналог мультивибратора с регулируемой скважностью, которая зависит от положения движка переменного резистора R1. Резисторы включенные с крайних выводов R1 определяют минимальное время работы/отдыха нагревательных элементов, однако уменьшать их менее чем 620ом не рекомендуется (устройство может потерять устойчивость работы). На элементах DD1.3 и DD1.4 собран формирователь. В качестве DD1 можно использовать К561ЛА7 или К561ЛЕ5, т.к. элементы используются как обычные инверторы (для более устойчивой работы мультивибратора лучше, конечно использовать К561ТЛ1).
    К недостаткам подобного рода регуляторов мощности можно отнести то, что они имеют сравнительно маленькую постоянную времени. Интервалы между включением/выключением нагрузки не могут превысить 1-1,5 мин. Увеличение времязадающих резистора и конденсаторов обычно приводит к уменьшению устойчивости работы, т.к. начинают сказываться токи утечки электролитического конденсатора. Из всего выше сказанного нетрудно догадаться, что при достаточно большой мощности нагрузки домочадцы обречены на наблюдение ежеминутного повышения/понижения яркости осветительных приборов. Постоянное изменение освещенности очень сильно утомляет глаза, особенно при чтении. Для увеличения времени работы/отдыха нагрузки необходим ввод дополнительных времязадающих элементов, а значит и увеличение потребляемого устройством тока. Этот факт уже не позволяет использовать для питания устройства конденсаторный шунт малых габаритов, а использование силового трансформатора позволяет существенно расширить функциональные возможности прибора. Стараясь учитывать все упомянутые факты и был разработан автомат управления мощностью нагревательных приборов средней и большой мощности, используемый совместно с системами водяного (масляного) отопления.
    ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕГУЛЯТОРА МОЩНОСТИ:
    Напряжение питания 180-260 В;
    Коммутируемая мощность нагрузки определяется используемым симистором или пускателем;
    Время работы/отдыха минимум 5 мин;
    Время работы/отдыха максимум 4 час;
    Диапазон устанавливаемых температур рабочей жидкости 60-100°С;
    Диапазон захвата температур 30°С;
    Режим работы непрерывный, круглосуточный.
    На рис. 15 приведена принципиальная схема устройства управления системой электроотопления, на рис.16 - расположение проводников на печатной плате, на рис.17 - расположение деталей.

Рисунок 15 Принципиальная схема регулятора мощности для нагревательных приборов большой мощности
УВЕЛИЧИТЬ


Рисунок 16 Чертеж печатной платы регулятора мощности (масштаб 1мм=4пкс, вид со стороны деталей)


Рисунок 17 Раположение деталей на печатной платре регулятора мощности

    При замыкании контактов выключателя SA1 сетевое напряжение подается на трансформатор TV. Переменное напряжение с трансформатора, величиной 25-27 В, выпрямляется диодным мостом, собранным на диодах VD1-VD4, сглаживается конденсатором С5 и стабилизируется DA1. Стабилизированное напряжение 24 В служит для питания реле управления пускателем, который в свою очередь подает напряжение питания на нагревательные элементы. Так же это напряжение подается на интегральный стабилизатор DA2, который и питает схему управления.
    На элементах DD1.1 - DD1.3 собран задающий генератор с двумя цепочками регулировки рабочей частоты. Это позволило сделать независимую регулировку времени работы нагрузки и ее отдыха. На DD2, DA3 организован таймер, существенно увеличивающий постоянную времени, на DA3 - терморегулятор, отключающий нагрузку по достижению температуры, циркулирующей жидкости, близкой к кипению.
    При подаче напряжения питания на 11 выводе (вход "R") микросхемы DD3, через заряжающийся конденсатор С3, формируется кратковременно уровень лог. "1", что в свою очередь устанавливает счетчик в "нулевое" состояние (на всех выходах уровень лог. "0"). Таким образом на входе элемента DD1.1 появляется запрещающий работу уровень лог. "0". На выходе DD1.4 формируется уровень лог. "1", через переход "база - эмиттер" транзистора VT1 начнет протекать ток и он откроется, реле К1 включится и подаст напряжение питания на пускатель, а он в сою очередь на нагревательные элементы. Резистор R6 и конденсатор С4 введены для уменьшения тока потребления в режиме нагрева.
    Лог. "1" с выхода DD1.4 так же попадет на вход DD1.3 тем самым разрешая его работу, и тактовый генератор начнет вырабатывать прямоугольные импульсы. Частота этих импульсов зависит от емкости конденсатора С2 и суммы сопротивлений R2+R4. Резистор R4 ограничивает максимальную частоту генератора, R2 - регулируют ее. Кратность изменения частоты, приблизительно можно посчитать по формуле R2/R4 (по схеме - 47к / 1,5к = 31, т.е. при верхнем, по схеме, положении движка R2 частота будет в 31 раз больше, чем при нижнем).
    Импульсы, вырабатываемые тактовым генератором, поступают на вход счетчика DD2.1, где их частота уменьшается в 16 раз. С выхода 4-го разряда счетчика DD2.1 (вывод 14) импульсы попадают на вход DD2.2 и опять их частота уменьшается еще в 16 раз. Таким образом при тактовой частоте генератора 1кГц на выходе 4-го разряда (вывод 6) формируются импульсы с частотой около 4Гц. Эта частота подается на вход счетчика DD3 и, через токоограничивающий резистор R20, на светодиод VD5. Диод VD5 служит для примерного контроля за частотой работы тактового генератора. С появлением импульсов на входе "С" счетчик DD3 начинает их подсчет и как только на его 13-ом разряде (вывод 3) появится лог. "1" элемент DD1.4 выключит реле и запретит работу элемента DD1.3. Однако тактовый генератор продолжит свою работу, т.к. с появлением "1" на 3-ем выводе DD3 будет разрешена работа элемента DD1.1. Теперь частота тактового генератора зависит от емкости С1 и положения движка резистора R1. По прошествию какого то времени на 3-ем выводе DD3 снова появится лог. "0" и цикл повторится.
    На микросхеме DA3 собран терморегулятор, не позволяющий рабочей жидкости достигнуть температуры кипения. Резисторы R17, R18 устанавливаются на выходе водо/масло нагревательного котла, непосредственно на трубу. Резистором R9 выставляют предел регулировки температуры, R10 регулирует саму максимальную температуру. При увеличении температуры суммарное сопротивление резисторов R17 и R18 начнет уменьшаться и как только оно достигнет значения, при котором напряжение на выводе 2 DA3 станет меньше, чем на выводе 3 на выходе (вывод 6) сформируется уровень лог. "1". Это напряжение откроет транзистор VT2, а он в свою очередь закроет VT1, реле выключится и нагрев прекратится. DA3 охвачен регулируемой положительной обратной связью (R12+R14), тем самым представляется возможным регулировать разницу температур включения/отключения. При использовании автомата для управления масляными обогревателями следует учесть, что температура масла может достигать 120-160ОС, а температура разрушения полупроводниковых элементов 100-120ОС. Практически все терморезисторы основаны на полупроводнике, поэтому для повышения надежности устройства рекомендуется устанавливать терморезистор через небольшой теплоизолятор, например сложенная в 8-12слоев газета. Конечно точность термодатчика уменьшится, но те 10-20ОС на которые "уйдут" параметры большой роли не сыграют.
    DA1 и DA2 закреплены на общем теплоотводе, в качестве которого можно использовать алюминиевую полосу шириной 25-30мм и длиной 120-150мм. Полоса выгибается до плотного подхода к теплоотдающим пластинам м/с DA1 и DA2. Оставшаяся длина гнется под прямым углом до края платы так, чтобы полоса охватила часть периметра платы. Для устройства подойдет практический любой тип корпуса, на передней панели закреплены все регуляторы и кнопки, а на задней - панель предохранителя и клеммы подключения пускателя. Кнопка SA2 без фиксации, служит для принудительного включения нагрева и используется, чтобы увеличить продолжительность первого включения отопительной системы на нагрев. Если же в качестве SA2 использовать кнопку с фиксацией, то она будет служить переключателем рода работы - включение нагрузки в зависимости от времени или от температуры рабочей жидкости. На печатной плате вход DD3, равно как и выход, "висит" в воздухе. Это сделано для увеличения универсальности устройства и позволяет в широких пределах изменять емкость С1, С2 (устанавливать то, что есть в наличии), и подгонять временные диаграммы практически под любую систему обогрева. После определения требуемых временных интервалов вход и необходимый выход DD3 соединяются проволочной перемычкой с необходимой контактной площадкой.