Терморегулятор для электрообогревателя

Этот терморегулятор предназначен для поддержания заданной температуры в неотапливаемом помещении, обогреваемом с помощью электрообогревателя мощностью 2,5 кВт.
Терморегулятор можно настроить на поддержание любой температуры в пределах, примерно 0...70°С, с погрешностью не более 2 градусов.

Данный терморегулятор можно использовать и в помещениях с повышенной влажностью, так как его схема полностью гальванически развязана с электросетью. Управление выходным симистором - посредством оптопары, а питание электронной схемы - от маломощного силового трансформатора.
Схема, можно сказать, стандартная, - термодатчик, схема для установки опорного напряжения, компаратор, выходной симисторный каскад.

Датчик используется промышленного изготовления, - LM335A2. Его можно охарактеризовать как стабилитрон, напряжение стабилизации которого прецизионно и линейно зависит от температуры. Этот датчик имеет точную линейную зависимость 10mV на один градус по шкале Кельвина. Например, при температуре 0°С (273К) напряжение на датчике будет 2,73V, а при температуре 70°С (343К) соответственно, 3,43V.
Датчик А1, подключается через две клеммы и может быть как внутри корпуса терморегулятора (что не желательно, так как на него может оказывать действие тепло от нагрева симистора, трансформатора), так и выносным. Совместно с резистором R4 он образует парметрический стабилизатор напряжения, зависящего от температуры. Это напряжение поступает на прямой вход операционного усилителя А2 через RC-цепь R1-C1-R2, подавляющую помехи и наводки которые могут иметь место при расположении датчика на некотором удалении от схемы.
На инверсный вход А2 поступает опорное напряжение, изменяя величину которого устанавливают порог включения/выключения нагревателя.
Органом ручной установки температуры служит переменный резистор R6. Его диапазон регулировки ограничен резистором R7 так, чтобы исключить из зоны установки отрицательные значения температуры по Цельсию. Резистором R8 устанавливают максимальное значение температуры. В процессе налаживания этими резисторами нужно выставить диапазон регулировки температуры резистором R6.
Цепь R3-C2-R5 служит для подавления помех и наводок, которые могут возникать при прикосновении рук к переменному резистору R6, а так же, возникающих по другим причинам.
Небольшой гистерезис создает резистор R9. При необходимости увеличить гистерезис нужно увеличить его сопротивление. Конденсатор С4 устраняет самовозбуждение на высоких частотах.
Когда температура ниже заданной, напряжение на прямом входе оказывается ниже напряжения на входе инверсном. Операционный усилитель, работая как компаратор, устанавливает при этом на своем выходе низкое напряжение, близкое к нулю. Через светодиод оптопары U1 возникает ток, который открывает симистор оптопары и выходной симистор VS1. Обогреватель включается. Если температура выше заданной, напряжение на прямом входе ОУ А2 оказывается выше напряжения на инверсном входе. На выходе ОУ А2 устанавливается напряжение близкое к его напряжению питания, поэтому, ток через светодиод оптопары U1 прекращается, симисторы закрываются и обогреватель выключается. Так, периодически, включая и выключая обогреватель схема поддерживает температуру в помещении на заданном уровне.
Источник питания электронной схемы сделан на трансформаторе Т1. Здесь используется маломощный китайский трансформатор с первичной обмоткой на 220V (с отводом от середины, который не используется) и вторичной обмоткой 9V. Максимальный ток вторичной обмотки 100 тА.
Переменное напряжение выпрямляется мостовым выпрямителем VD1, и на конденсаторе С6 выделяется постоянное напряжение около 12V. Это напряжение не стабилизировано, им питается ОУ А2 и светодиод оптрона U1. Но нестабильность напряжения питания А2 не влияет на стабильность поддержания температуры, так как, во-первых, датчик А1 обладает свойствами стабилитрона и напряжение на нем зависит только от температуры, а не от напряжения, приложенного к R4. Во-вторых, опорное напряжение, изменением которого задают необходимую температуру берется с выхода интегрального стабилизатора A3, то есть, оно стабильно.
Детали. Операционный усилитель можно заменить другим аналогичным ОУ общего применения, например, К140УД6, К140УД7, КР140УД708, К140УД608, К140УД708 или импортным.
Источник питания можно сделать на другом трансформаторе, дающем на вторичной обмотке напряжение около 9-10V, например, на ТВК от старого телевизора.
Выпрямительный мост W04M можно заменить практически любым, например, КЦ407, КЦ402 или собрать его на диодах (КД102, КД103,   КДЮ5, КД209, КД522 или других).
Налаживание сводится к установке пределов регулировки температуры подстройкой резисторов R7 и R8. Сначала нужно R7 установить в максимальное положение и подстройкой R8 установить напряжение на левом по схеме выводе R6, соотвествующее максимальной температуре. Если это 70°С, то напряжение будет равно Q,07+2,73=3,43V. Затем, подстройкой R7 нужно установить на правом выводе R6t напряжение соответствующее минимальное температуре. Если это 0°С, то напряжение будет 0+2,73=2,73V. После этого нужно еще раз проверить напряжение на левом выводе R6 и если нужно поправить, а затем, снова проверить напряжение на правом выводе R6 и если нужно поправить. Так нужно проделать несколько раз, пока не будет достигнуто состояние, при котором оба напряжения выставлены правильно. Таким образом, регулировку R7 и R8 приходится делать, так называемым, методом последовательных приближений.
Нет проблемы настроить терморегулятор и на другой диапазон установки температуры (действуя по вышеприведенным формулам).
Если при превышении температуры заданного значения обогреватель не будет выключаться. То есть, на выходе А2 напряжение высоко, а симистор оптрона U1 открыт, то нужно последовательно светодиоду оптрона U1 включить один или несколько диодов типа КД522 в прямом направлении (число диодов подобрать экспериментально).
Если же наоборот, обогреватель не включается когда температура ниже заданной, и на выходе А2 напряжение низко, - нужно уменьшить сопротивление резистора R10, но не ниже 2 kOm.

Адымов И.