Простой терморегулятор своими руками


Отличный регулятор мощности до трёх киловатт смастерим сами практически из хлама, но работать будет он не хуже, а местами даже лучше «фирменных». Никаких скачков напряжения, провалов и прочих неприятностей. В конце статьи будет видео ролик, в котором сможете убедиться своими глазами, что это действительно так.

Такое очень простое, и в то же время очень полезное устройство, можно применить для управления оборотами электродвигателей с фазным ротором. Например, электродрель старого производства, у которой нет встроенного регулятора оборотов, и ещё большого количества подобных инструментов и механизмов, которым не помешает регулировка оборотов, для расширения возможностей данного устройства.
Так же, такой регулятор отлично и бесступенчато регулирует мощность электрических нагревателей любого типа. Например, конфорки электроплиты, калориферы и тому подобное.

Регулятор может плавно менять освещённость ламп накаливания и диммируемых светодиодных в широких пределах от ноля до 100%.
Для начала монтажа устройства соберём детали.


Нам понадобится:
R1 – 20 Килоом, R3 — 3.3 Килоом, R4 – 300 Ом,
R2 – потенциометр — от 470 Килоом до 1 Мегаом,
C1 и C2 -0.05 МкФ, C3 – 0.1 МкФ,
T1 -динистор или ещё его называют диак DB3,
T2 – симистор или по другому — триак.
Симистор можно взять Советского производства из серии КУ208.
Или BT138-800, BT139-600 или им подобные, эти симисторы в Китае около 10 рублей за штуку, так же как и макетные платы, на которой мы и будем собирать данное устройство.

Макетная плата здорово облегчает и убыстряет монтаж электронных приспособлений. Не нужно заморачиваться с изготовлением и сверлением печатных плат. Просто вставляешь радиодетали в готовые отверстия, припаиваешь, соединяешь по схеме перемычками и готово.

Все конденсаторы и динистор можно выпаять из старых энергосберегающих ламп. Конденсаторы с нужными номиналами и динисторы есть не во всех лампах, так что нужно поискать. Динисторы в разных корпусах внизу второй фотографии (чтобы вы имели представление об их внешнем виде), а на корпусах у них написано DB3 (с лупой можно прочитать).

Потенциометр я взял от старого, ещё Советского телевизора, но подойдёт и любой другой с указанными номиналами.

Радиатор от компьютерного блока, но его нужно подбирать, в зависимости от планируемой нагрузки, которой вы собираетесь управлять. До 300 ватт – радиатор совсем не нужен, а чем выше нагрузка, тем массивнее радиатор. Размеры радиатора зависят и от характера нагрузки, так что подбор дело индивидуальное, но чем больше радиатор, тем лучше режим работы симистора и он будет работать дольше без аварий. Так что не скупитесь и поставьте побольше.


Резисторы везде есть, в любой аппаратуре, так что подобрать не составит большой проблемы. В Китае, тоже можно купить. 600 резисторов разных номиналов «набор», стоит около 150 рублей, вместе с доставкой, так что проще купить, чем заморачиваться с поиском и выпаиванием из блоков.

Клеммы для подключения питания и нагрузки можно взять любые, какие найдёте, но можно и вовсе обойтись без них, вопрос в удобстве использования данного устройства в эксплуатации.

Схема устройства выглядит так.

Цепочка R4 – C3 является защитой от радиопомех и её можете убрать, но соседи за это могут побить, если поймают.

Теперь приступаем к сборке.

Детали размещаем на макетной плате, так быстрее, на мой взгляд, удобнее и выглядит хорошо. Пайку выполнять нужно как можно более качественно и желательно не спеша.

Олово из Китая качественное не встречал, так что воспользуйтесь любым другим.

Намазываем симистор теплопроводной пастой, но не густо.

Симистор к радиатору прикрутить с теплопроводной пастой. Паста должна слегка выступить с краёв, когда вы прикрутите симистор к радиатору.

Припаивать детали лучше по очереди, по одной, по мере установки.

Перемычки (на схеме обозначенные красным цветом) выполняем медным проводом повышенного сечения, в зависимости от мощности нагрузки. На 3 киловатта — 2,5 квадратных миллиметра будет, с запасом, в самый раз. Я планирую управлять оборотами дрели на 800 ватт, и провод взял 1,5 мм, конечно тоже с запасом, но как говорится запас…. . И лучше будет работать.

«Третья рука» сильно облегчает работу.


Нужно постоянно сверяться со схемой, при установке деталей.

Схема простая, но внимательность будет не лишней.

Силовая часть требует очень тщательной пайки.

На макетной плате, между контактами клеммных колодок, нужно удалить медные контакты во избежание короткого замыкания. 220 вольт – серьёзное напряжение и шутить с ним не рекомендуется. На фотографии видно как это сделать. Нужно острым предметом «например канцелярским ножом» срезать фольгу.

Подключаем лампочку в качестве наглядной нагрузки и кусок провода с вилкой для подключения к сети.

Когда устройство подключаете к питанию, действуйте предельно осторожно! Все элементы схемы находятся под полным напряжением сети 220 вольт! Опасно для жизни!

Работает штатно.

Вращением потенциометра регулируем свечение лампы и убеждаемся, что свет плавно, без провалов и рывков изменяет свою интенсивность.

Большинство аналоговых терморегуляторов, построенных на компараторе, выполнено по схеме, в которой устанавливают только температуру, которую нужно поддерживать. При этом гистерезис установлен фиксированным и нигде не обозначается, поэтому понять в каких пределах поддерживается заданная температура сложно.


termostat-dlya-nagrevatelyaЗдесь же предлагается схема терморегулятора, в котором можно отдельно установить как температуру включения нагревателя, так и его выключения, то есть нижний и верхний пределы температуры. Принципиальная схема терморегулятора показана на рисунке в тексте. Схема выполнена на основе двухуровневого компаратора на микросхеме LM311. Питание электронной части от маломощного силового трансформатора, а включение / выключение нагревателя посредством электромагнитного реле.

Датчиком температуры служит датчик LM235. Эта микросхема практически представляет собой стабилитрон, напряжение на котором зависит только от температуры, но никак не от напряжения питания. Зависимость линейная, напряжение на нем равно значению температуры, выраженной в градусах Кельвина, умноженной на 0,01. То есть, при нуле градусов Цельсия, что равно 273 градуса Кельвина, напряжение будет 2,73V. А при 50 градусах Цельсия (323 градуса Кельвина) напряжение равно 3,23V. Кстати, термостат и настроен так, чтобы температуру можно было выбирать в этом диапазоне от 0 до 50°С.

На отрицательный вход компаратора А2 (вывод 3) поступает напряжение с делителя, образованного резистором R7 и датчиком температуры VD4. Таким образом, на выводе 3 А2 будет напряжение, численно равное температуре в градусах Кельвина, умноженной на 0,01.
На положительный вход компаратора поступает напряжение с одного из делителей на резисторах R1R2R3 или R4R5R6 в зависимости от положения контактов реле К1.


От напряжения на выходах этих делителей зависит температура включения и температура выключения нагревателя, поэтому напряжение на них подается через стабилизатор на микросхеме А1. Температура переключения компаратора зависит от напряжения на его положительном входе. Сюда подключен разъем «Контроль», к нему подключаются щупы цифрового мультиметра, включенного на режим измерения напряжения. Таким образом, мультиметр является шкалой для задания температуры верхнего и нижнего предела.

Происходит это следующим образом. Сначала нужно желаемые значения температуры включения и выключения нагревателя перевести в градусы Кельвина (прибавить к значениям в градусах Цельсия по 273). Затем, подключить мультиметр к разьему «Контроль» и резистором R5 установить на дисплее мультиметра напряжение, численно равное нижнему пределу температуры, умноженному на 0,01. Например, 20°С = (273+20) 0,01 = 2,93V. Затем, включить выключатель S1 ручного включения нагревателя. При этом контакты реле К1.2 переключатся, и резистором R2 установить на дисплее мультиметра напряжение, численно равное верхнему пределу температуры, умноженному на 0,01.


Например, 25°С = (273+25) 0,01 = 2,98V. Теперь выключить S1. Термостат начинает работать. Когда температура опускается ниже нижнего предела, установленного R5 на выходе компаратора появляется напряжение, открывающее транзистор VT1. При этом реле К1 включает нагреватель и переключает положительный вход А2 на R2, которым установлена максимальная температура. При нагреве до максимальной температуры напряжение на выходе А2 упадет и реле К1 выключит нагреватель, и переключает положительный вход А2 на R5, которым установлена минимальная температура.

Источник питания выполнен на маломощном силовом трансформаторе Т1. Это готовый китайский трансформатор. У него первичная обмотка на 220/110V (есть отвод, который не используется, потому на схеме и не показан). А вторичная обмотка двойная (под двухполупериодный выпрямитель) по 9V переменного тока. Трансформатор рассчитан на максимальный ток вторичной обмотки 150mA. Так как вторичная обмотка двойная выпрямитель сделан по двухполупериодной схеме на диодах VD1 и VD2. Если будет трансформатор с одинарной вторичной обмоткой на 9V переменного тока нужно выпрямитель сделать на четырех диодах по мостовой схеме.

Реле с двумя контактными группами, обмоткой на 12V и ток контактов 10А при напряжении 220V. При отсутствии такового, можно его заменить двумя реле. Их обмотки включить параллельно. Одно реле будет управлять контактами К1.1, второе контактами К1.2. При этом, реле с контактами К1.1 должно быть достаточно мощным, чтобы управлять нагревателем. А реле с контактами К1.2 может быть маломощным, даже герконовым. Термодатчик LM235 можно заменить на LM135 или LM335, большой разницы нет, в основном в типе корпуса.

Немного теории

Любой терморегулятор конструктивно включает в себя три основных блока:

  • измерительный;
  • логический;
  • исполнительный.

Теоретически температурный датчик можно представить набором из четырех сопротивлений, среди которых три резистора будут представлены элементами с постоянными электрическими параметрами, а четвертый переменным. Они собираются в схему измерительного полуплеча, приведенную на рисунке 1 ниже:

Датчик из полуплеча резисторов
Рис. 1. Датчик из полуплеча резисторов

На схеме показан принцип соединения резисторов для получения температурного датчика. Как видите, сопротивление R2 является переменным и меняет физическую величину в соответствии с изменениями температуры окружающей среды. При подаче одного и того напряжения питания в терморегуляторе, при изменении сопротивления в плече будет возрастать ток в цепи.

На основании изменений происходит анализ температурных колебаний в результате которого рабочий орган вызывает срабатывание терморегулятора и последующее отключение или включение оборудования.

Для измерения сопротивления резисторов в качестве логического элемента устанавливается микросхема, работающая в режиме компаратора. Ее задача сравнить электрические сигналы в двух плечах. Пример схемы регулятора температуры приведен на рисунке:


Принципиальная схема терморегулятора
Рис. 2. Принципиальная схема терморегулятора

Здесь блок микросхемы U1A принимает сигналы от измерителя температуры на входы 2 и 3. При достижении температуры срабатывания, в плечах начнет протекать разный ток, и компаратор выдаст на управляющий элемент электронного терморегулятора сигнал о включении.

При остывании датчика термометра ток в плечах терморегулятора уравняется, и электронный блок выдаст управляющий сигнал на отключение. Приведенная электронная схема  работает в двух устойчивых состояниях – отключенном и включенном, чередование рабочих режимов  происходит в соответствии с заданной логикой.

Эта схема терморегулятора используется в работе куллера персонального компьютера, получая электроснабжение от блока питания, происходит сравнение тока в плечах. Когда блок питания перегреется, терморегулятор переведет транзистор в противоположное состояние и вентилятор запустится.

Такой принцип может применяться не только в вентиляторах, но и в ряде других устройств:


  • для контроля работы электрического отопления по температурным показаниям в помещении;
  • для установки уровня температуры в самодельном инкубаторе;
  • при подключении теплого пола для контроля его работы;
  • для установки температурного диапазона работы двигателя,  с принудительным охлаждением или отключением системы при достижении граничного значения температуры;
  • для паяльных станций или ручных паяльников;
  • в системах охлаждения и холодильном оборудовании с логикой снижения температуры в определенных пределах;
  • в духовках, печах как бытового, так и промышленного назначения.

Сфера применения терморегулятора ничем не ограничена, везде, где вы хотите получить контроль уровня температуры в автоматическом режиме с управлением питания, такое устройство станет отличным помощником.

Обзор схем

В зависимости от типа элементов, входящих в состав терморегулятора, различают механические и цифровые терморегуляторы. Работа первых основана на срабатывании реле, вторые имеют электронный блок, управляющий процессами. Примеры работы нескольких схем рассмотрим далее.

Схема терморегулятора №1
Рис. 3. Схема терморегулятора №1

На приведенной схеме измерение происходит за счет резисторов R1 и R2, при температурных колебаниях переменный резистор  R2  изменит величину падения напряжения. После чего через усилитель терморегулятора, представленный парой транзисторов, начнется протекание электротока через катушку реле K1.


Когда величина тока в соленоиде создаст магнитный поток достаточной силы, сердечник притянется и переключит контакты в другое положение. Недостатком такого терморегулятора является наличие магнитопроводящих частей, которые из-за гистерезиса вносят дополнительную поправку на температуру помимо измерительного органа.

Данный терморегулятор, в отличии от механического термостата, не использует подключение реле, поэтому является более точным. Его применение оправдано в  тех ситуациях, когда несколько градусов могут сыграть весомую роль, к примеру, при контроле температуры нагрева двигателя или в инкубаторе.

Здесь изменение температурного режима фиксируется резистором R5, благодаря которому терморегулятор изменяет электрические параметры работы. Для сравнения и усиления разницы поступающего с полуплеч электрического параметра применяется микросхема К140УД7.

Для контроля нагрузки в схеме устанавливается тиристор VS1, в данном примере терморегулятора ограничение составляет 150Вт, но при желании может подбираться и другой параметр. Но следует учитывать, что эксплуатация тиристора в качестве ключа приводит к его нагреванию, поэтому с увеличением мощности необходимо установить радиатор для лучшей теплоотдачи.

Создаем простой терморегулятор

При ремонте бытовой электротехники вы могли сталкиваться с ситуацией, когда со строя выходил терморегулятор. Хоть это и небольшая микросхема, устанавливаемая для контроля величины нагрева или охлаждения чего-либо.

Увы, стоимость такого элемента заводского изготовления довольно высока, поэтому куда выгоднее собрать терморегулятор самому. Схема достаточно простого самодельного терморегулятора  приведена на рисунке ниже.

Схема простейшего терморегулятора
Рис. 5. Схема простейшего терморегулятора

Для его изготовления вам понадобится:

  • понижающий трансформатор с 220 на 12 В;
  • шесть диодов (в рассматриваемом примере используются IN4007);
  • конденсаторы на 47 мкФ, 1 мФ и 2 мФ;
  • микросхема для стабилизатора на 5В;
  • транзистор (в рассматриваемом примере это КТ814А);
  • стабилитрон с регулируемым параметром (TL431);
  • резистивные элементы на 4,7; 160, 150 и 910 кОм;
  • резистор с изменяемым сопротивлением на 150 кОм;
  • термозависимый резистор 50 кОм;
  • светодиод;
  • электромагнитное реле 100 мА с питающим напряжением 12В (в рассматриваемом примере используется автомобильный вариант);
  • кнопка и корпус.

Процесс изготовления состоит из таких этапов:

  • При помощи паяльника соберите вышеперечисленные детали на печатную плату, как показано на схеме выше.
  • После этого выведите измерительный орган для терморегулятора на открытое пространство, чтобы установить в нужную локацию.
Выведите измерительный элемент
Рис. 6. Выведите измерительный элемент
  • Установите переменный резистор на жесткий каркас и нанесите градуировку температурных режимов для настройки прибора.
Установите регулятор на каркас и нанесите градуировку
Рис. 7. Установите регулятор на каркас и нанесите градуировку
  • На клеммник подключите шнур питания.
Рис. 8. Подключите питающий шнур к клеммнику
Подключите питающий шнур к клеммнику

В данном случае клеммник взят со старого прибора, располагавшегося в корпусе.

  • Подключите все отдельно размещенные элементы к плате и закройте корпусом.

После сборки терморегулятора его можно установить в любое место, к примеру, для обогрева и подключить в цепь питания электрического котла. В случае, когда радиаторы отопления нагреют помещение до установленной температуры, контакты реле разорвут цепь и прекратят электроснабжение. При остывании цифрового термометра, снова произойдет включение отопления и снова пойдет нагрев. Если вас не устраивает температурный режим, его можно изменить настройкой датчика.

Простой терморегулятор своими рукамиНеобычное применение регулируемого стабилитрона TL431. Простой терморегулятор. Описание и схема

Всем, кто когда ни будь занимался ремонтов современных блоков питания компьютеров или различных зарядных устройств – для сотовых телефонов, для зарядки «пальчиковых» аккумуляторов типоразмера ААА и АА хорошо известна маленькая деталька TL431. Это так называемый регулируемый стабилитрон (отечественный аналог КР142ЕН19А). Вот уж тут воистину можно сказать: «Мал золотник, да дорог».

Логика работы стабилитрона такова: когда на управляющем электроде напряжение превышает 2,5 В (задается внутренним опорным напряжением) стабилитрон, по сути дела являющийся микросхемой, открыт.

В этом состоянии через него и нагрузку протекает ток. Если же это напряжение становится чуть меньше указанного порога, стабилитрон закрывается и отключает нагрузку.

При работе такого стабилитрона в источниках питания в качестве нагрузки чаще всего используется излучающий светодиод оптрона, управляющего силовым транзистором.

Это в тех случаях, когда необходима гальваническая развязка первичной и вторичной цепей. Если такой развязки не требуется, то стабилитрон может управлять непосредственно силовым транзистором.

Выходная мощность стабилитрона-микросхемы такова, что с его помощью, возможно управлять маломощным реле. Именно это позволило применить его в конструкции терморегулятора.

В предлагаемой конструкции стабилитрон используется в качестве компаратора. При этом у него только один вход: второго входа для подачи опорного напряжения не требуется, так как оно вырабатывается внутри данной микросхемы.

Такое решение позволяет предельно упростить конструкцию и уменьшить количество деталей. Теперь, как в описании любой конструкции следует сказать несколько слов о деталях и собственно о принципе работы данного терморегулятора.

Схема простого треморегулятора

Схема простого треморегулятора

Напряжение на управляющем электроде 1 задается с помощью делителя R1, R2 и R4. В качестве R4 используется терморезистор с отрицательным ТКС, поэтому при нагревании его сопротивление уменьшается. Когда на выводе 1 напряжение выше 2,5В микросхема открыта, реле включено.

Контакты реле включают симистор D2, который включает нагрузку. С повышением температуры сопротивление терморезистора падает, за счет чего напряжение на выводе 1 становится ниже 2,5В – реле отключается, отключается нагрузка.

С помощью переменного резистора R1 производится настройка температуры срабатывания терморегулятора.

Датчик температуры должен быть расположен в зоне измерения температуры: если это, например, электрокотел, то датчик должен быть закреплен на трубе, выходящей из котла.

Включение симистора с помощью реле обеспечивает гальваническую развязку терморезистора от сети.

Терморезистор типа КМТ, ММТ, СТ1. В качестве реле возможно применение РЭС-55А с обмоткой на 10…12В. Симистор КУ208Г позволяет включить нагрузку до 1,5КВт. Если нагрузка не более 200Вт симистор может работать без применения радиатора.


Использованные источники

  1. usamodelkina.ru/10897-regulyator-moschnosti-do-treh-kilovatt.html
  2. radiochipi.ru/termoregulyator-dlya-vodonagrevatelya/
  3. asutpp.ru/termoregulyator-svoimi-rukami.html
  4. electrik.info/main/praktika/216-prostoj-termoregulyator-svoimi-rukami.html

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.