Блок управления для тэна своими руками
Блок управления электрокотла
Автор: sathv, sathv@mail.ru
Опубликовано 20.01.2015
Создано при помощи КотоРед.
Известно, что тепло для кота- первое дело. Поэтому для обогрева нашей Мурки был приобретен небольшой электрокотел с ТЭН’ом на 3КВт. Управление котлом сделано после пробного периода эксплуатации и попыток создать экономичный режим расхода электроэнергии.
Конструкция изделия показана на рисунке:
Возможности схемы управления:
1. поддержание температуры котла в трех временных интервалах,
от 7час до Т1-выключено (дневной сон кошки, питомцы ушли на работу),
от Т1 до Т2-температура t1 (вечерняя прогулка кошки, питомцы после работы готовят кошачий ужин),
от Т2 до 7час- температура t2(период льготного ночного тарифа, максимальный разогрев системы).
2.автоматическое отключение ТЭН при включении нагрузки с большим приоритетом (например, насосной станции).
3. управление нагрузкой мощностью до 4-5 КВт.
4. установка значений Т1, Т2, t1, t2 и текущего времени.
5. ручное управление нагрузкой.
6. сохранение данных контроллера и ЖКИ при отключении питания 220В.
Схема показана на рисунке.
Температура котла определяется путем измерения времени заряда через терморезистор конденсатора, подключенного к порту RB5. Точность измерений оказалась достаточной- +/- 2 градуса в диапазоне 10 – 75 градусов. Терморезистор высокоомный и цепь его подключения несимметричная, но длина соединительного кабеля от него до устройства может быть большой (2-3 метра), наводки при этом не заметны.
Питание производится от блока с напряжением 5,2В через развязку на диодах Шоттки. Резервирование питания при этом происходит за счет небольшой разности напряжения резервного аккумулятора, — четыре аккумулятора по 1,25В = 5В; при пропадании сети они запитывают контроллер и ЖКИ (без индикации). Напряжение +12В дает преобразователь на МС34063: это напряжение используется в цепи термосопротивления (для линеаризации экспоненты заряда) и в токовом датчике приоритетных нагрузок.
Входной сигнал для токового датчика снимается с токового трансформатора Т1, усиливается компаратором LM393, выпрямляется и управляет транзисторным ключом VT1. Ключ соединен с оптосимистором MOC3042, управляющим симистором BT136. Для подключения ТЭН использован миниконтактор IEK с четырьмя запараллеленными контактными группами (сигнальные контакты у него такие же как и силовые).
Ключ на транзисторе VT2 подает на порт RB4 ‘единицу’ во время отключения нагрузки. Если отключение вызвано срабатыванием токового датчика, то последующее включение производится с задержкой около 1 минуты. Это позволяет исключить излишние срабатывания контактора при последовательном включении приоритетных нагрузок, — например, после включения водяного насоса обычно включается нагреватель бойлера горячей воды.
Примерный вид ЖКИ показан на следующем рисунке.
Переход от установки одного параметра к другому производится нажатием кнопки SB2 ‘Меню’, изменение параметра производится переключением двухпозиционного тумблера SB3 из нейтрального положения в ‘ + ‘ или ‘ — ‘ .
Кнопкой SB4 производится сброс контроллера. Кнопкой SB5 отключается индикация ЖКИ, поскольку постоянно она не требуется.
Двухполюсный переключатель SB6 предназначен для ручного управления нагрузкой.
Программа контроллера, разработанная в MPLAB, представлена в прилагаемых файлах. Пояснения к ней, написанные при разработке, находятся в рисунках.
Пояснения и документация к конструкции не оформлены, поскольку не думается, что данную конструкцию будут копировать. Однако общий подход к энергопотреблению при ограниченной подключенной мощности и не дешевой электроэнергии может быть интересен.
Источник
Регулятор мощности для ТЭН не создающий помех
В интернете есть множество примитивных схем симисторных регуляторов мощности. Собранные по этим схемам регуляторы заполонили рынок, включая всем известный Aliexpress. Схемы очень простые и имеют минимум компонентов, не требуют настройки, поэтому заслужили огромную популярность среди потребителей. Но, они все имеют один недостаток, а именно большие помехи, которые излучает регулятор мощности при изменении угла фазы открытия симистора. Помимо помех нагруженное устройство, особенно электродвигатели, нагреваются и создают значительное гудение.
Представленный в этой статье регулятор мощности для ТЭН не создает помех и может регулировать мощность до 3кВт. Незначительное изменение номиналов (читать ниже) даст возможность регулировать обороты синхронного или асинхронного двигателей без значительного их нагрева, как например, при использовании примитивного симисторного регулятора.
Схема регулятора мощности для ТЭН не создающего помех
Принцип регулирования основан на интервальном открытии и закрытии симистора в момент прохождения синусоиды через ноль. Грубо говоря, одну секунду симистор открывается, а потом секунду он закрыт. Эти интервалы вырабатывает генератор, и они настраиваются переменным резистором.
Теперь подробнее. Диодный мост VD1-VD4 выпрямляет напряжение переменного тока
220В. Далее с помощью балластного конденсатора C1 и стабилитрона VD5 напряжение понижается и стабилизируется на уровне +12В. Пульсации сглаживаются емкостью C2. Напряжение +12В будет питать схему управления симистором VS1.
Схема управления симистором состоит из двух основных узлов. Первый — это генератор импульсов, построенный на таймере DA1, а второй узел — это гальваническая развязка на оптопаре U1.
Генератор имеет практически постоянную частоту (около 1Гц) с изменяемой шириной импульса.
При спаде импульса на выходе таймера DA1 (вывод 3), его 7 вывод внутренне (через встроенный транзистор) соединяется с общим проводом (GND) и через светодиод U1, резистор R4 и светодиод HL1 протекает ток около 10мА. Внутренний светодиод U1 засвечивается и оптосимистор U1 открывается, подавая управляющий ток в вывод G симистора VS1. Открытие оптосимистора происходит только при прохождении синуса через ноль, так как MOC3063 имеет такую схему контроля. Это и исключает помехи данного регулятора. Открывшийся симистор VS1 пропускает через себя ток нагрузки ТЭН.
Далее по фронту импульса на 3 выводе таймера DA1 вывод 7 отключается от общего провода и оптопара U1 закрывается, вслед за ней закрывается симистор, отключая ТЭН. И далее все по циклу повторяется, пока таймер генерирует импульсы.
Ширина импульса зависит от скорости заряда и разряда конденсатора C3. Чем дольше происходит заряд и быстрее происходит разряд, тем уже импульс и наоборот. Регулируется это переменным резистором R2. Заряд емкости C3 выполняется с выхода таймера (вывод 3) через цепь R3VD6R2, а разряд происходит через R2 и VD7.
На графике выходное напряжение регулятора мощности будет выглядеть пачками целых, необрезанных периодов (полупериодов).
Параллельно силовым терминалам симистора VS1 подключена помехоподавляющая цепь R7С5, ее можно и не устанавливать.
По интервалам засвечивания HL1 можно судить об уровне ограничения мощности ТЭН.
Компоненты
Резисторы R1 и R7 мощностью 1Вт. Остальные 0.25Вт.
Емкости C1 и С5 пленочные на 400В. Конденсатор C4 керамический на 63В.
Для увеличения частоты генератора (для работы с электродвигателями) можно уменьшить емкость конденсатора C1, например до 1мкФ.
MOC3063 меняется на MOC3043 или MOC3083. Можно пробовать установить MOC3061 или MOC3062 но для их открытия нужен больший ток, а значит нужно уменьшать номинал R4, что может повлечь за собой необходимость увеличения емкости балластного конденсатора C1.
Стабилитрон с малым минимальным током открытия BZX55C10, BZX55C11 или BZX55C12. Подойдет и отечественный стабилитрон Д814В(Г,Д). Не подойдут стабилитроны 1n474*, либо опять же придется увеличивать емкость балластного конденсатора C1.
Симистор VS1 выбирается исходя из тока нагрузки, и берется минимальный запас по току не менее 30%. Для регулятора мощности ТЭН 3кВт я применил симистор BTA20-600B (рассчитанный на 20А). Рекомендую применять серию BTA с изолированным корпусом. Корпус симистора этой серии имеет металлический фланец, но он не соединен с его выводами. Подойдут, например BTA12-600B или BTA16-600B. Работать будет и серия BT, например, по этой схеме на симисторе BT137-600D я собирал регулятор температуры паяльника.
Для более надежной работы рекомендуется использовать светодиод красного цвета в качестве компонента HL1. У красного цвета наименьшее падение напряжения, это важно для этой схемы.
Охлаждение
Площадь теплоотвода будет зависеть от мощности ТЭН. Для 1кВт минимальная площадь приблизительно составит 150см 2 , для 2кВт – 300см 2 , для 3кВт – 450см 2 .
Не забываем про термопасту между симистором и радиатором. Также не забываем установить изоляционную прокладку и втулку, если корпус симистора неизолированный.
При использовании регулятора с ТЭН мощнее 1.5кВт я рекомендую пропаять медную жилу вдоль силовых дорожек печатной платы и демонтировать с нее винтовые клеммы, заменив их пайкой. Это исключит слабые места регулятора.
При эксплуатации на большой мощности (более 1.5кВт) установите автоматический выключатель, так как стеклянные предохранители очень сильно раскаляются, особенно в местах соприкосновения с держателем.
Испытание
При испытаниях регулятора мощности действительно симистор открывался при прохождении синуса через ноль, что очень порадовало отсутствием мерцания рядом включенного светильника, как при использовании примитивных схем. Для убеждения я через понижающий трансформатор взглянул осциллографом на форму выходного напряжения, синусоида была с целыми периодами без отсечения.
Первое включение было с подключенной на выход лампой накаливания, при этом радиатор можно не ставить, если лампа слабее 80Вт.
Далее регулятор был нагружен ТЭН мощностью 1.3кВт, полет нормальный.
Печатная плата регулятора ТЭН не создающего помех СКАЧАТЬ
Источник
Автоматика управления отоплением дома своими руками. Часть 1
Многофункциональные устройства BM8036 и NM8036 производства Мастер Кит могут быть использованы в качестве центральной части системы управления отоплением, охлаждением, вентиляцией и т.п. На основе NM8036 один из наших покупателей решил сделать автоматику управления отоплением дома и подробно описал процесс реализации своей идеи:
«Я в статье Автоматика отопления для дома писал о том, какая нужна автоматика для системы отопления с водяным тепловым аккумулятором (ВТА). Исходя из желаемого алгоритма и особенностей работы системы отопления такого рода я пришел к выводу, что нужен программируемый блок управления, выполняющий не только функции терморегулятора, но и таймера с календарем.
В принципе, можно просто взять старый компьютер, какой-нибудь пентиум 2-й, написать для него программу, которая будет выполнять все желаемые функции — да и делу конец. Признаюсь, у меня до сих пор еще не пропало такое настроение. Однако я вдруг вспомнил о такой фирме, где можно купить массу разных комплектов для самых разнообразных задач. Это Мастер Кит.
А надо сказать, что эта фирма поставляет разные комплекты для сборки радиоэлектронных устройств. Что такое комплект? Это, как правило, печатная плата и набор деталей для сборки. Правда, есть и уже собранные, готовые приборы. Я, собственно, раньше пользовался этим сервисом, что-то собирал… И вот, совсем немного порывшись в его каталоге, я обнаружил устройство, которое в общем и целом вполне соответствует моим требованиям. Это 4-х канальный таймер-термостат NM8036.
Есть там в каталоге и аналог такого термостата, но уже на 8 каналов: BM8036.
*прибор поставляется в спаянном виде с установленными силовыми ключами в комплекте с корпусом и 8-ю датчиками температуры
Если поближе познакомиться с тем и другим вариантом, то лично мой выбор: 4-х канальный. Почему? Его легко расширить до 12 каналов. Точнее, оба устройства можно переделать в 12-канальный вариант. То есть, установить под его управление 12 устройств. И это не мое изобретение, на сайте Мастер Кит обо всем этом говорится. Мой выбор пал на NM8036, так как он дешевле. Однако использование того или иного варианта зависит от задач, умения паять и т.д. (кому то будет проще и удобнее использовать готовое устройство).
Какие это могут быть устройства? Ну, например, электроклапаны системы отопления, циркуляционные насосы, электротэны, вентиляторы, электрически управляемые задвижки… Эка меня разнесло. Задвижки, вентиляторы… Дык, это я уже прикидываю, что термостат сей будет не только системой отопления управлять, но и поддерживать оптимальную для овощей температуру хранения в подвале.
Не лишне заметить при этом, что ко входам этого аппарата можно подключить просто огромное количество датчиков температуры. Цифровых датчиков, обладающих высокой точностью. А для гурманов от электроники еще предусмотрена возможность подключения и еще пары аналоговых датчиков ко входам АЦП.
Но изюминка этого агрегата даже не в этом. Его программное ядро позволяет программировать работу без знания каких-либо языков программирования. Все на уровне человеческого понимания на русском языке. Хотя, конечно, далекому от таких вещей человеку, наверное, будет трудновато с этим справиться. По крайней мере, не сразу, не с налета.
Но что мне особенно понравилось, так это то, что этот аппарат можно подключить к компьютеру и изгаляться над ним уже не с помощью его штатных кнопок, а с клавиатуры компьютера. Просматривать программу, изменять ее, заливать новые версии прошивок… Сложно, Мастер? Не знаю, мне так не кажется. Сегодня век такой, что 12-летние внуки, вон, уже не глядя на кнопки по клавиатуре лупят. А я что ж, тупее их, что ли? Дудки, нас не догонят!
Ну, короче, я этот аппарат собрал, отладил. Теперь осталась мелочь: расставить по местам датчики температуры и создавать программу по тому алгоритму, который мне необходим для работы системы. И это вовсе не является несбыточным делом. Посмотри, Мастер, почитай, сколько людей уже пользуются этим термостатом. Я никакого открытия тут не сделал, просто нашел то, что мне нужно, и по приемлемой цене.
Ну так а что же требуется для полной сборки моего блока управления? Я так прикинул на свои хотелки-мотелки и решил задействовать сразу все 12 каналов. Может быть, не сразу, но блок управления надо собрать полный. Поэтому:
1. Таймер-термостат NM8036 1 шт
2. Блок исполнительных реле NM4411 3 шт
3. Блок питания PW1220D 1 шт
4. Датчик температуры цифровой DS1822 4 шт
Это все я купил в интернет-магазине. Датчики температуры, собственно, идут в комплекте с таймером, там их уже 4 штуки. Но я на расширение еще взял 4. Лишними не будут. А еще в местном магазине присмотрел корпус для блока управления, куда можно воткнуть все эти компоненты.
Сам Мастер Кит торговлей не занимается, это делают различные дилеры-магазины, в том числе и интернет-магазины. В моем поселке нет супермаркетов, потому я пользуюсь интернет-магазинами.
Вот процесс сборки
Теперь поговорим о самой сборке и запуске блока управления отоплением на основе NM8036.
У Мастер Кита имеется очень хорошая инструкция для работы с набором. На странице описания набора в конце есть на нее ссылка.
Но сегодня я не для того рассказ затеял, чтобы инструкцию эту повторять. Есть разные подводные камешки и булыжники, о которых в инструкции не говорится, а я по практике своей или натыкался, или чудесным образом избежал такового, но мог наткнуться. Вот об этом и речь поведу.
Я не буду рассказывать и показывать, как припаивать элементы к печатной плате. Разумеется, это делается не с помощью паяльной лампы и определенный минимальный навык, конечно же, весьма желателен. Тут правила простые: аккуратность и внимательность, выводы и контактные площадки стараться не перегревать.
Схемы с наборами имеются, перечни элементов вложены, наименования на элементах написаны — имей, как говорится, глаза и руки. Но об одном хочу напомнить: после сборки, очистки и промывки не спеши сразу включать. Возьми, Мастер, лупу покрупнее и самым тщательным образом проверь каждую пайку. КАЖДУЮ! Чтобы кружочек был ровненьким, чтобы от него не тянулись замыкающие сопли припоя на другие контакты. Львиная доля неисправностей возникает именно от некачественной пайки.
Правильно вставь в разъем процессор (контроллер). Это самая большая микросхема, у нее есть на торце выемка, обозначающая начало выводов. На монтажной схеме нарисовано, куда должна смотреть эта выемка.
Собрал? Проверил? Теперь еще раз проверь. Контрольный выстрел перед запуском. Стрельнул? Ну что ж, перекрестись на образа и тычь разъем питания. Только учти, что если не туда вставишь, удовольствие будет сомнительное, да и результат не тот.
Смотри, около разъема СОМ два разъемчика поменьше — справа и слева. Тот, что справа — это разъем для подключения датчиков. А разъем питания — это тот, что слева от COM. Так вот, разъем питания очень хорошо тычется в разъем датчиков. Будь внимателен, иначе рискуешь нарваться на неприятности.
Разъем COM. Для чего? Для соединения с компьютером… и не только. К контактам этого же разъема подведены выходы контроллера для управления нагрузками OUT0, OUT1, OUT2 и OUT3 (смотри разъем XS1 на схеме). То есть, эти 4 выхода можно использовать напрямую с этого разъема.
Неплохо, конечно, но если ты их не используешь здесь, а используешь разъем только для соединения с компьютером, то не пытайся применять абы какой кабель для соединения. В этом кабеле могут быть припаяны и провода к контактам выходов. Неизвестно, чем это может кончиться. Сказано в инструкции, как надо распаять кабель для соединения с компьютером — так и делай.
Далее. Вот эти синенькие клеммнички (XS6 — XS9), что слева от разъемов, можно вообще не устанавливать, если ты намерен для управления использовать наборчики NM4411. Мало того, можно также не припаивать и все элементы, которые предусмотрены в этих выходных каскадах. Все, что имеются на этом фрагменте схемы NM8036 (тут еще 8 резисторов и 4 оптрона).
Эти элементы не нужны (меньше паек — надежней прибор). А как же тогда соединять выходы контроллера со входами NM4411? Дык, как… напрямую.
Я ведь говорил, что штатно в этом наборе только 4 выхода, к которым, соответственно, можно подключить только 4 нагрузки. А программное обеспечение, прошивка контроллера может обеспечить работу с 12-ю нагрузками. При этом каждая из них подключается напрямую к контактам контроллера (хотя, конечно, первые 4 могут быть взяты с COM-разъема, штатно).
Если посмотреть на плату NM8036 со стороны паек, то ее вид будет примерно таким, как на этом рисунке (для увеличения щелкни по нему). Выходы каналов управления от 1-го до 12-го пронумерованы соответствующими цифрами. Пронумерованы также и два аналоговых входа (А1 и А2), которые также обрабатываются новой прошивкой контроллера.
Если, Мастер, ты смотрел видеоролик сборки, то, конечно, заметил жгутик проводов, припаянный к выводам контроллера с обратной стороны платы. Посредством этого жгутика я соединил указанные выводы с разъемом на дополнительной плате.
А там уже пошел другой жгут, от этого разъема на платы исполнительных реле NM4411 и два переключателя, кои соединились с аналоговыми входами контроллера. Для чего переключатели? Их я поставил для переключения режимов работы системы отопления.
Управление отоплением частного дома с котлом и тепловым аккумулятором не решается однозначно. Тут ведь не просто „включил-выключил“. Работа котла по накоплению тепловой энергии — это уже отдельный режим, отличный от режима потребления тепла. Первый мой переключатель — это включение/отключение режима „Котел“, который как раз соответствует работе котла.
Второй переключатель в моем случае включает нагрев бани. В дежурном режиме в помещениях предбанника, мойки и сауны поддерживается температура на уровне 16 градусов. При включении нагрева температура в мойке повышается до 35 градусов.
Схема переключателя режимов простенькая, это пара резистров номиналом 1 ком, подпаянных к тумблеру. Верхний по схеме резистор подключен к выводу 10 контроллера (VCC, питание +5в), а нижний — к выводу 11 (GND, общий).
Осталось дополнить эту статью соображениями по выбору корпуса. Очень удачным в моем случае оказался выбор пластикового корпуса, который попался в одном из местных магазинов электротоваров. Некоторая тесноватость в нем вполне компенсировалась довольно уместным прозрачным окном для размещения под ним блока NM8036 с дисплеем. В нем же разместился и блок питания, и 3 платы управления NM441 по 4 канала каждая.
Клавиатуру и тумблеры переключателей режимов удалось закрепить на внутренней стороне крышки. Таким образом получился неплохой блок управления отоплением частного дома.
Источник