Например TDA7294

РадиоКот >Схемы >Цифровые устройства >Бытовая техника >

Теги статьи: Добавить тег

Термостат для холодильника

Автор: Sobiratel_sxem
Опубликовано 09.03.2020
Создано при помощи КотоРед.

     Добрый день, уважаемые радиолюбители.
     Ни для кого не секрет, что на данный момент в эксплуатации до сих пор находится достаточно много холодильников старых годов выпуска (например [12] в нашем случае). Одной из проблем, связанных с ними, является выход из строя термостата… …и эта поломка, настигает владельца чаще всего неожиданно… Сегодня мы бы хотели познакомить Вас с вариантом термостата, разработанным нами около года назад. Итак, пожалуй, начнем.
     Схема электрическая принципиальная термостата показана на фото ниже.

     Функционально термостат состоит из 4 узлов: непосредственно термореле, таймера, выходного каскада и источника питания.
     После подачи напряжения питания, сетевое напряжение, через понижающий трансформатор TR1 поступает на выпрямитель, выполненный на диодном мосте VDS1 [9]. Конденсатор С15 – фильтр пульсаций выпрямленного напряжения. Схема стабилизатора источника питания выполнена по классической схеме параметрического стабилизатора, реализованного на стабилитронах VD8, VD9 с усилителем тока на транзисторе VT1. Так как схема классическая и хорошо известна всем радиолюбителям, рассматривать подробно принцип её работы не будем. Выходное стабилизированное напряжение питания поступает непосредственно в цепи питания остальных узлов термостата [13,14].
     Само термореле реализовано на микросхеме DA1 по схеме компаратора напряжения. Опорное напряжение компаратора на не инвертирующем входе задается делителем напряжения, состоящим из резисторов R4, R5, R6. Резистор R5 служит для установки порога срабатывания компаратора. Термочувствительно плечо компаратора состоит из резисторов R8, R9 [1].
     При изменении температуры изменяется сопротивление терморезистора R9, соответственно меняется величина напряжения на инвертирующем входе компаратора. Как только напряжение на инвертирующем входе превысит величину опорного напряжения на не инвертирующем – на выходе установится уровень логического «0». И наоборот, когда напряжение на инвертирующем входе станет ниже уровня опорного напряжения - на выходе установится уровень логического «1».
     Цепочка, состоящая из резисторов R14, R15, диода VD4, конденсатора С4 задаёт параметры петли гистерезиса компаратора.
     С выхода термореле сигнал поступает на выход логического элемента «И» (верхний по схеме), реализованного на микросхеме DD3. Одновременно с этим, через элемент «Не», реализованный на микросхеме DD4 на вход сброса счётчика таймера поступает сигнал сброса (вход R микросхемы DD2) [2,3,4].
     Таймер термостата состоит из генератора сигналов, выполненного на микросхеме DD1 и счётчика DD2. Цепочка, состоящая из резисторов R2, R3, конденсатора С1 задаёт частоту выходных импульсов генератора. С выхода генератора последовательность прямоугольных импульсов поступает на вход асинхронного счётчика DD2. В данном случае он выполняет роль счётчика-делителя [5,6,7].
     С выхода таймера, через диоды VD5-VD7, а так же резисторы R18-R20 сигнал, поступает на второй вход логического элемента «И» (нижний по схеме), реализованного, как было описано выше, на микросхеме DD3. С выхода элемента «И» сигнал поступает на транзисторный ключ, выполненный на транзисторах VT2, VT3. Нагрузкой транзисторного ключа служит электромагнитное реле К1, контакты которого коммутируют электродвигатель холодильника при работе термостата [8].
     Цепочка, состоящая из диода VD1 и конденсатора С5, необходима для установки счётчика DD2 в нулевое состояние при включении питания устройства.
     Диод VD3, конденсатор С8 необходимы для защиты устройства от возможных высоковольтных помех, возникающих при коммутации индуктивной нагрузки в виде электродвигателя холодильника, а так же возникающих при работе электромагнитного реле К1. Данные элементы необходимо установить как можно ближе к микросхеме DA1. Конденсаторы С11, С12 необходимы для тех же целей, но их необходимо установить как можно ближе к самому реле К1.
     Цепочка, состоящая из диодов VD10, VD11 необходима для устранения высоковольтных выбросов при коммутации обмотки реле К1 транзисторным ключом. При этом диод VD10 установлен для ускорения срабатывания реле при коммутации [15]. Совместно с диодом VD3, конденсаторами С8, С11, С12, С16, варистором R29 данная цепочка обеспечивает хорошую защиту термостата от помех, возникающих при работе в цепях питания.
     Цепочка R30, C17 – искрогасящая [10].
     Цепочка R21, C10 необходима для поддержания уровня логической «1» в момент переключения выходов счетчика 1-3. При отсутствии данной цепочки возможно ложное срабатывание логического элемента «И».
     Цепочка R1, HL1 – индикатор напряжение питания термостата.
     Рассмотрим кратко работу настроенного термостата. По умолчанию будем считать, что температура в холодильнике комнатная т.е. он полностью разморожен.
     Итак, после включения питания на выходе компаратора DA1 установится уровень логической «1» т.к. температура термодатчика выше, чем установленный порог срабатывания. Одновременно с этим, благодаря цепочке VD1-C5, произойдет сброс счетчика DD2 в нулевое состояние, после чего таймер начнёт отсчет времени. При заданных на схеме номиналах и приведённой схеме подключения примерно через 8.5 минут на выходе таймера появится уровень логической единицы. Таким образом, на обеих входах DD3 установится уровень логической единицы и, соответственно, на выходе элемента «И» будет так же логическая «1». Выходной сигнал, через транзисторный ключ VT2-VT3, а так же электромагнитное реле К1 запустит электродвигатель холодильника. Интервал времени, равный 6-10 минутам перед запуском двигателя необходим для его защиты от выхода из строя при кратковременном отключении сетевого напряжения [11].
         Далее работа термостата может развиваться по одному из двух сценариев:
     1. Температура в холодильной камере станет ниже заданного порога. В этом случае на выходе компаратора установился уровень логического «0». Соответственно этот же уровень установится на верхнем (по схеме) входе логического элемента «И» и его выходе (микросхема DD3). Далее произойдёт размыкание контактов электромагнитного реле К1 и отключение двигателя. Параллельно с этим, через логический элемент «Не» (DD4) уровень логической «1» поступит на вход сброса счётчика DD2 – счёт импульсов прекратится, счетчик будет сброшен в нулевое состояние. Термостат в таком состоянии будет находиться до тех пор, пока температура термодатчика не станет снова выше установленного порога срабатывания. После этого весь описанный выше цикл работы повторится.
     2. Температура в камере холодильника не успела уменьшится ниже установленного порога за заданное время. В таком случае, таймер, реализованный на микросхемах DD1-DD2, при заданных на схеме номиналах и указанной схеме подключения отсчитает примерно 68 минут после чего на выходе счётчика DD2 установится уровень логического «0». Соответственно в этом случае, аналогично предыдущему произойдёт отключение электродвигателя. После этого таймер отсчитает всё те же 8.5 минут, в течении которых двигатель будет отключён и вновь его запустит. Данная мера так же необходима для защиты электродвигателя, но в ситуациях, когда температура в камере по тем или иным причинам долгое время не может уменьшится ниже установленного порога (например порог был установлен не корректно, уплотнители холодильника пропускают внутрь тёплый воздух, холодильник был полностью загружен продуктами питания комнатной температуры и т.д.). При отсутствии подобной защиты электродвигатель может непрерывно работать достаточно долго, что, в самом худшем случае, может привести к его выходу из строя (правда этим всё больше грешат современные холодильники определённых производителей).
     Настройка термостата не представляет сложности. Для начала необходимо выход таймера отключить от DD3, а входы логического элемента соединить перемычкой. Далее, используя дополнительный термометр в качестве образцового, производится градуировка шкалы термостата. Для этого терморезистор R9 помещается на штатное место в камере холодильника и после двух-трех циклов включения выключения фиксируется температура в данной точке. После этого необходимо провести измерения ещё в двух-трех точках и обозначить их на шкале. Остальную часть шкалы можно смело разбить линейно на участки. В данном случае небольшой погрешностью можно пренебречь.
     Если необходимо сдвинуть пределы регулировки температуры вверх или вниз, то необходимо подобрать соотношение сопротивлений R4/R6, но при этом суммарное сопротивление должно оставаться тем же. Для расширения или сужения пределов регулировки температуры необходимо подобрать соотношение сопротивлений резистора R5 к сопротивлению резисторов R4/R6.
     После установки необходимых пределов регулировки температуры, подбором величины резисторов R14/R15 устанавливается необходимая величина гистерезиса компаратора. Для бытового холодильника величину гистерезиса можно установить в районе 2-4 градусов Цельсия.
     Далее необходимо снять перемычку с входов микросхемы DD3 и подключить назад выход таймера. Суммарная величина цикла «работа/отдых» определяется частотой генератора на микросхеме DD1, а соотношение между работой и отдыхом способом подключения счётчика DD2.
     Таким образом, на этом настройку можно считать законченной.
     Схема подключения данного термостата взамен штатного показана на схеме ниже.

     Согласно схемы, клеммы термостата X1-X3 подключаются к схеме холодильника в указанных одноимённых точках, а родной термостат S1 при этом удаляется из схемы.
     В подборке фото ниже показан внешний вид собранного термостата, а так же термостат, установленный в холодильник во время проведения испытаний.

     В качестве модернизации схемы можно предложить заменить генератор на микросхеме DD1 на дополнительный делитель частоты с тактированием от электроосветительной сети. В этом случае работа таймера будет более стабильной. Кроме того, при сборке термостата на двухсторонней печатной плате с использованием поверхностно-монтируемых компонентов (КМП, SMD) размер готового устройства можно уменьшить минимум в 2-3 раза.
     Не судите строго – термостат был собран, настроен и полностью отлажен менее чем за сутки т.к. в нем возникла острая потребность. Идеальный вариант, конечно, термостат на микроконтроллере, куда при необходимости можно заложить любой необходимый алгоритм работы, подключить дисплей и т.д. …но, как это обычно бывает, в самый неподходящий момент чего-то не оказывается под руками… …да отладка программы заняла бы у нас значительно больше времени, нежели сборка и отладка данного термостата (ну не программист я, не программист, что поделать...)…
     На этом на сегодня всё, с уважением, Андрей Савченко, Кулаковский Максим.


Список использованной литературы:

1. Параметры TL062CN
2. Логические элементы И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ и их таблицы истинности
3. Параметры CD4081BE
4. Параметры К561ЛН2
5. Параметры NE555
6. Теория и практика применения таймера 555. Часть первая
7. Параметры К561ИЕ16
8. Параметры реле TRL-12VDC-P-2C
9. Параметры трансформатора ТП-122-13
10. Искрогасящие цепи
11. Защита холодильника или почему холодильник нельзя включать сразу после отключения
12. Минск-15М. Руководство по эксплуатации
13. Стабилитрон. Параметрические стабилизаторы напряжения
14. Параметрические стабилизаторы
15. Управление мощной нагрузкой постоянного тока. Часть 1

 



Все вопросы в Форум.




Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

19 7 12
0 0 1