Термостат для водонагревателя с защитой

Ранее на сайте была опубликована статья «Цифровой терморегулятор для бойлера», на основе схемы, рассмотренной в этой статье, по просьбе посетителей сайта была разработана новая схема с комплексной защитой от превышения температуры нагрева и понижения уровня воды в емкости.

Схема устройства представлена на рисунке 1.

Основой схемы является микроконтроллер PIC16F628A. Данные о температуре выводятся на двухразрядный индикатор с общим катодом. В качестве основного датчика температуры использован датчик DS18B20.

В качестве коммутирующего устройства нагревателя или нагревателей используется симистор BT139-600.

Можно применить и другие симисторы с максимальным напряжением не менее 600 вольт и током нагрузки, превышающим рабочий ток нагревателей в штатном режиме, хотя бы в полтора раза и не менее. Теплоотвод обязателен в любом случае. Можно применить симисторы отечественные серий ТС112, ТС122, ТС132.

Сетевой трансформатор для такой конструкции, которая большую часть времени своего функционирования будет без вашего участия, я бы посоветовал рассчитать и изготовить самостоятельно. Раньше было модным вообще рассчитывать первичную обмотку на 360 вольт, для БП ответственных узлов автоматики, учитывая всякие возможные ЧП в первичной сети. У такого трансформатора при входном напряжении 220 вольт очень маленький ток холостого хода, он не боится всплесков напряжения. Расчет ведется из следующих соображений. W1в – количество витков на один вольт = 45/Sж. Где Sж – сечение сердечника в см². W1 – количество витков первичной обмотки = W1в х U1 = W1в х 360В.
Максимальное входное напряжение микросхемы стабилизатора КР142ЕН5А равно 15 вольт.

Значит, выходное напряжение вторичной обмотки должно быть не более 15В/1,41 ≈ 10,6В. Количество витков вторичной обмотки в данном случае будет W2 = W1в х 10,6В. Это для напряжения на входе = 360В. При сетевом напряжении 220В напряжение на выходе трансформатора будет К = 360/220 ≈ 1,6, U2 = 10,6/1,6 ≈ 6,5В. После выпрямления и фильтрации мы получим 6,5В х 1,41 ≈ 9В. Такого напряжения нам вполне хватит.

Пишу это не для красного словца. Два года назад в соседней деревне сгорел двухэтажный дом построенный годом ранее москвичами. Сгорел, как говорят, из-за отопительного котла после броска напряжения. Что за автоматика там стояла я не знаю, утверждают, что все на современной основе и все в соответствии… Так, что лучше перестраховаться, иначе потери будут громадные.

Работа схемы

При подаче напряжения питания на схему управления на индикаторе, примерно на секунду, появятся две восьмерки, это притом, что цепь датчика и сам датчик исправны, если есть неисправность, то индикатор после высвечивания восьмерок просто погаснет. После этого появятся данные о температуре воды в емкости. Это при условии, что уровень воды в емкости в норме и контакты датчика уровня S1 замкнуты. Если уровень ниже необходимого, то вместо температуры на индикаторе будут мигающие восьмерки.

И так, у нас все работает. Теперь кнопками SB1- и SB2+ выставляем необходимую нам температуру включения нагревателей. Затем нажимаем и удерживаем кнопку SB3 для установки величины гистерезиса теми же кнопками SB1- и SB2+. Величина возможного гистерезиса от 1 до10. Если мы установим, например температуру включения нагревателей равной 50˚С и гистерезис = 10˚С, то это значит, что при 50˚С нагреватель будет включаться, а при 60˚С выключаться. Возможно, логичнее надо было бы сделать гистерезис в минус… Ну, уж не обессудьте.

Теперь о работе защиты. Если упадет уровень воды в емкости ниже необходимого, то контакты датчика разомкнутся. На базе транзистора VT1 появится открывающее напряжение, и открывшийся транзистор зашунтирует вход RA2 микроконтроллера DD1, т.е. на этом входе будет логический «0». При замкнутых контактах на коллекторе данного транзистора будет присутствовать напряжение близкое к напряжению питания 5В – логическая «1». Контроллер отследит эту ситуацию и даст команду на выключение нагревателей.

На транзисторе VT2 собрано термореле от превышения установленной температуры. При нагреве терморезистора RK1 его сопротивление падает, что приводит к увеличению тока база-эмиттер транзистора VT2. Транзистор начинает открываться, напряжение на его коллекторе начинает падать и при определенной температуре оно станет меньше напряжения срабатывания внутреннего триггера Шмитта микроконтроллера. Контроллер воспримет это за «0» на входе и так же даст команду на выключение нагревателя. Если по какой либо причине эта защита не сработает, и температура продолжит повышаться, то в этом случае за отключение нагревателей будут ответственны термоконтакты KSD 301. Внешний вид, которых показан ниже.

Термоконтакты имеют, как разные рабочие токи, температуры срабатывания, так и разное состояние контактов в нормальных условиях. Нам нужны нормально замкнутые контакты. На скриншоте подчеркнут перевод нормально замкнутых контактов. Нормально закрытый, т.е. прихлопнутый, т.е. — схлопнутый, т.е. — замкнутый. Некоторые путают в переводе с закрытым, например, транзистором, не пропускающим ток, т.е. — разомкнутым.
В качестве индикатора включения нагревателей применена неоновая лампочка, работает десятилетиями и у меня их много.

На этом все. Удачи и успехов.К.В.Ю.

Скачать статью