Термореле для управления охлаждающим вентилятором (LM311, LM235, 78L08)

Принципиальная схема самодельного термостата на микросхемах LM311, LM235, 78L08, который умеет управлять вентилятором для охлаждения объекта. В некоторых случаях термостат должен управлять не нагревателем, а охладителем, например, вентилятором охлаждения, чтобы не допускать перегрева чего-либо, либо поддерживать его температуру стабильной.

Принципиальная схема

Принципиальная схема термостата для управления вентилятором показана нарисунке в тексте. Схема выполнена на основе двухуровневого компаратора на микросхеме LM311. Питание электронной части - от маломощного силового трансформатора, а включение / выключение вентилятора - посредством электромагнитного реле.

Наличие реле и силового трансформатора обеспечивают гальваническую развязку схемы от сети. В качестве термодатчика используется готовый недорогой термодатчик LM235.

Он представляет собой, фактически, термозависимый стабилитрон, напряжение стабилизации которого линейно зависит от температуры. При этом численно равно температуре, выраженной в шкале Кельвина, умноженной на 10. То есть, например, 273К = 2,73V.

Рис. 1. Принципиальная схема термостата для охлаждающего вентилятора.

Компаратор выполнен на ИМС А1 типа LM311. На положительный вход компаратора подается напряжение с цепи R7-A2. А2 - это термодатчик, на схеме он показан как выглядит фактически, если повернуть к себе выпуклой стороной. То есть, корпус у него похож на транзистор типа КТ3102 в пластмассовом корпусе.

На схеме он как-бы лежит на плоской стороне выпуклой к читателю. Чем выше температура, - тем больше напряжение на А2. И тем больше напряжение на положительном входе А1.

А на отрицательный вход А1 поступает напряжение от регулируемого делителя R1-R2-R3 или R4-R5-R6. Делитель выбирается контактной группой реле К1.2. На рисунке положение контактов реле соответствует его обесточенному состоянию обмотки. В таком положении напряжение на А2 соответствует температуре, когда дополнительное охлаждение не требуется.

При перегреве или температуре, когда требуется охлаждение, напряжение на А2 будет выше порогового значения, установленного как одним, так и другим делителем. При этом выходит, что напряжение на отрицательном входе компаратора ниже напряжения на его положительном входе. На выходе компаратора появляется напряжение, открывающее транзистор VТ1.

Реле К1 переключается и контактами К1.1 включает вентилятор в сеть, а контактами К1.2 меняет делитель R4-R5-R6 на делитель R1-R2-R3. Хочу заметить, что резистором R2 настраивают схему на верхний температурный предел, а резистором R5 - на нижний предел. Зачем это нужно поясню далее.

И так, на порог вентилятора схему настраивают резистором R5, таким образом, чтобы при достижении нижнего предела значения температуры перегрева включался вентилятор. После включения вентилятора температура охлаждаемого объекта начинает уменьшаться. Соответственно уменьшается температура и самого термодатчика.

А это приведет к выключению вентилятора, - и далее к автогенерации схемы (получится генератор с термической обратной связью или датчик нужно как-то демпфировать, что технически не очень удобно). Чтобы не возникло автогенерации контактная группа К1.2 реле К1 переключает отрицательный вход компаратора А1 на делитель R1-R2-R3.

С помощью этого делителя устанавливается порог выключения вентилятора. Теперь установка порога заданная цепью R4-R5-R6 на работу схемы не влияет, а порог отключения вентилятора задается цепью R1-R2-R3. Поэтому вентилятор продолжает работать, автоколебательный процесс не возникает.

С понижением температуры напряжение на положительном входе А1 начинает снижаться. Достигнув порога, заданного делителем R1-R2-R3 состояние компаратора меняется и на его выходе напряжение снижается. Транзистор VТ1 закрывается и реле К1 контактами К1.1 выключает лампу Н1, а контактами К1.2 подключает к отрицательному входу А1 делитель R4-R5-R6.

Таким образом, подстроечным резистором R5 мы устанавливаем порог включения вентилятора, а подстроечным резистором R2 - порог выключения вентилятора.

Детали

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 150мА. Так как вторичная обмотка двойная выпрямитель сделан по двухполупериодной схеме на диодах VD1 и VD2.

При использовании другого трансформатора, - с одинарной вторичной обмоткой на 9V переменного тока нужно выпрямитель сделать на четырех диодах по мостовой схеме.

Для того чтобы схема работала стабильно и установки температуры не зависели от колебаний напряжения питания, напряжение на цепи R1-R2-R3, R4-R5-R6 и R7-A2 подается через стабилизатор напряжения на микросхеме А3. При этом сам компаратор и реле питаются от нестабилизированного источника питания.

Детали. Компаратор можно заменить отечественным аналогом или вообще операционным усилителем. Транзистор VТ1 зависит от сопротивления обмотки реле (то есть тока через неё).

Специальный калиброванный термодатчик LM235, в принципе, можно заменить обычным полупроводниковым терморезистором (термистором). При этом, во-первых, нужно будет термодатчик и резистор R7 поменять местами, потому что сопротивление термистора снижается с увеличением температуры.

И в такой схеме, с увеличением температуры напряжение на положительном входе А1 будет не расти, а падать. А, во-вторых, нужно подобрать сопротивление R7 соответственно номинальному сопротивлению используемого термистора. Светодиод - любого типа, индикаторный.

Диод VD3, который защищает транзистор от ЭДС самоиндукции на обмотке реле можно заменить практически любым диодом или стабилитроном, но при условии что его напряжение стабилизации выше 15V. Диоды VD1 и VD2 можно заменить любыми выпрямительными маломощными или среднемощными.

Кромилин О. А. РК-08-17.

Литература: 1. Кромилин О. А. - Автоматический выключатель зарядного устройства, РК-12-12.

Комментарии (4):

На схеме выход LM311 это 7, а не 6 и 4 контакт это минус питания не указан.
При подходе к порогу переключения реле начинает дребезжать пока не переключится.
Видимо, нужно подключить резистор с 7 ноги на 2 100-300 ком, чтобы это не происходило.

Владимир, спасибо за замечание! Ошибки исправлены.

Типовая схема включения компаратора LM311 при однополярном питании:

Мне всё чаще интересно.... публикуя схему с ошибками, авторы просто ТЕОРЕТИЗИРУЮТ? все рассказано и написано, а схема не работала...

И ведь ТАКИХ "схем" полон тырнет....

Здравствуйте, Евгений. К сожалению, такие и даже более грубые ошибки встречаются на схемах из журналов, книг-сборников и других источников достаточно не редко.
О причинах появления подобных ошибок можно лишь догадываться. Вероятно что в некоторых случаях это элементарная невнимательность.