Розетка с термореле на микросхеме TL431

Розетка с термореле на микросхеме TL431

Каждый современный бытовой обогреватель средней ценовой категории оснащен механическим регулятором температуры – эдакая “крутилка”, с помощью которой можно установить максимальную температуру нагрева. Но далеко не всегда таким образом можно обеспечить желаемый уровень температуры в помещении. Дело в том, что терморегуляторы обогревателей в большинстве случаев находятся внутри устройства, и реагируют лишь на внутреннюю температуру обогревателя

 

Конвектор "НОВЭЛ" с механическим терморегулятором
Конвектор “НОВЭЛ” с механическим терморегулятором (фото с новелл.рф)

Предыстория…

 

Однажды, разбирая старый блок питаниTL431я от компьютера, мне попалась в руки микросхема TL431, которую по внешнему виду я принял за обычный транзистор.

Запросив информацию в сети о данном электронном компоненте выяснилось, что TL431 – это управляемый стабилитрон, на базе которого можно создать много интересных схем, одна их которых – терморегулятор.

Пинципиальная схема термореле
Пинципиальная схема термореле

Пользуясь данной схемой можно легко регулировать температуру в помещении – в частности – управлять включением и выключением обогревателя.

Было принято решение создать термореле и поместить все детали в корпус от обычной бытовой розетки, в которую будет включаться обогреватель (один или несколько).

Пару слов про выбор электромагнитного реле

В моем случае предполагаемая мощность обогревателя составила не более 1 кВт, поэтому при сборке я использовал реле 5V с максимальным током 7 ампер – такое реле выдержит мощность до 1500 ватт. Если необходимо подключить более мощную нагрузку, то рассчитать параметры реле можно по следующей формуле:

I = P/220 Вольт

где I – сила тока, P – номинальная мощность электроприбора

Определив силу тока, следует выбрать реле с запасом по току. Например, для обогревателя на 2000 ватт:

I=2000 Вт/220 В=9,009 А

Отсюда следует, что реле должно выдерживать ток не менее 10 ампер. Для этого примера подойдет реле с током 15 А при напряжении 220 В.

Почему нужно использовать реле с запасом по току?

Если для обогревателя на 2 кВт использовать реле на 10 ампер, то частое включение и выключение может привести к быстрому износу контактов реле, поскольку реальный ток 9,009 А близок к предельному значению тока реле = 10 А. Помимо этого, напряжение в сети имеет отклонение, как правило в большую сторону, а при некоторых сбоях на подстанциях может выходить за пределы 250 Вольт. При увеличении напряжения, согласно закона Ома, увеличится и сила тока в цепи. Зная потребляемую мощность при номинальном напряжении 220 Вольт, можно вычислить силу тока при завышенном напряжении по следующей схеме:

при U=220 В: сила тока I=9,009 А, следовательно сопротивление цепи R=U/I=220/9,009=24,42 Ом

при U=250 В: сила тока I=U/R=250/24.42=10,24 А

Как видно, ток превысил 10А. В таком случае получим перегрев контактов и быстрый выход из строя реле с максимальным током коммутации 10А. А вот реле на 15 ампер спокойно справится с таким повышением напряжения в питающей цепи.

Порядок сборки устройства

Основные элементы:

  1. Розетка в корпусе ПВХ
  2. Зарядник от сотового телефона с напряжением 5V (чем компактнее, тем лучше)
  3. Модуль терморегулятора, собранный по схеме выше
  4. Выносной терморезистор с отрицательным температурным коэффициентов сопротивления
  5. Клеммник на 2 провода
Розетка вид сзади
Розетка вид сзади
Импульсный источник питания на 5 Вольт
Импульсный источник питания на 5 Вольт

Электронная часть размещается на монтажной плате

Термореле на монтажной плате
Термореле на монтажной плате
Терморегулятор на микросхеме TL431
Модуль терморегулятора на TL431

Сборку можно производить на небольшом кусочке фанеры или иного прочного токонепроводящего материала.

Розетка на фанерном основании
Розетка на фанерном основании

Мне удалось компактно расположить все детали так, чтобы они уместились в корпусе розетки.

Внутренности термореле
Внутренности термореле

Переменный резистор, предназначенный для настройки температуры срабатывания реле, разместился сбоку в корпусе розетки.

На клеммнике организована разводка напряжения на блок питания системы, а также на саму розетку с подключением фазового провода через реле терморегулятора.

Подключение термореле
Подключение схемы

Для удобства вращения рукоятки переменного резистора используется пластиковая крышка

Розетка с термореле
Пластиковая крышка справа на фото

В итоге конечный результат выглядит следующим образом

Розетка с термореле
Розетка с термореле

Испытания показали, что устройство вполне работоспособно. Немного поигравшись с переменным резистором получились следующие настройки:

Температура включения розетки: 22,5 °С
Температура отключения розетки: 25 °С

P.S. Терморезистор следует располагать на высоте 1 метр от пола.

P.S.S. Заметил одно НО. Когда температура достигает порогового значения на выключенной розетке (температура включения), то слышно небольшое трещание реле. Поэкспериментировав, понял что дело в импульсном источнике питания. Если заменить его на трансформаторный, то этот побочный эффект исчезает. Хотя если устройство используется там где этот шум никому не мешает, то можно ничего не менять 🙂

2 мысли о “Розетка с термореле на микросхеме TL431”

  1. Трещание реле связано не с импульсным источником питания, а с гистерезисом (вернее его отсутствием)… Импульсник лишь усугубляет это явление.

    1. Как выяснилось, гистерезис тут имеется, причем довольно большой, несколько градусов (около 1 вольта).
      Проблема была именно в импульснике, ведь с классическим трансформаторным блоком питания все прекрасно работает.
      Проблема решилась добавлением конденсаторов 1000мкф х 16В параллельно выходу с блока питания, а также параллельно контактам обмотки реле! 🙂

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *