В статье рассказано о надежной и недорогой терморегулирующей аппаратуре, которую можно изготовить самостоятельно

ТЕРМОРЕГУЛИРУЮЩАЯ АППАРАТУРА


В начале 90-х годов меня заинтересовал вопрос создания недорогой и надежной терморегулирующей аппаратуры, которую можно было бы использовать для подогрева пчелиных семей в критические периоды их жизни. Поскольку по образованию я радиоинженер, а работа моя была связана с радиоэлектронной аппаратурой, да к тому же я – старый радиолюбитель, то вроде бы проблем и не должно было появиться. Однако они были, потому что приходилось отказываться от хорошо мне известной старой элементной базы и переходить на новую. Для повышения надежности аппаратуры и ее эксплуатационных качеств надо было также уходить от механических исполнительных элементов (реле) к бесконтактным – тиристорам.

В результате в 1996 году была разработана и изготовлена терморегулирующая аппаратура, которая ежегодно в непрерывном режиме по 6 месяцев в году работает по сегодняшний день. За 14 лет эксплуатации была всего одна незначительная неисправность. Думаю, что эти показатели являются достаточной характеристикой высокой надежности аппаратуры.


Аппаратура терморегулирования в работе (режим обогрева помещения)



Представленные ниже схемы были ранее описаны в моих книгах по зимовке пчел, однако, учитывая, что на все желающие имеют эти книги, я и решил обнародовать данную информацию на сайте.

Общая схема терморегулирования



1. Работа схемы терморегулирования в режиме подогрева ульев
В каждый улей под рамки помещается электроподогреватель. В один улей со средней по силе семьей непосредственно под подогревателем устанавливается термодатчик, которым является термосопротивление. На блоке терморегулирования устанавливается необходимая для поддержания температура, за которой будет автоматически следить блок терморегулирования. Если температура в улье превысит установленную на шкале температуру, то автоматически снимается напряжение с электроподогревателей, и температура в ульях начнет уменьшаться. При уменьшении температуры ниже установленной на 1—2 °С (в зависимости от выставленной в схеме ширины тепловой петли гистерезиса) автоматически включается подогрев, температура в ульях начнет повышаться и т.д.

Контроль работы схемы электроподогрева, включения и выключения подогревателей осуществляется по светодиодам, установленным на панели блока и в каждом улье. При прокладке проводки к ульям надо учитывать, что при подключении светодиодов должна соблюдаться полярность. Кроме того, соединение подводящих проводов должно обязательно выполняться при помощи пайки (никаких скруток!). Непосредственное подключение подогревателя к проводке на улье можно делать при помощи заводских разъемов на ток не менее 1 А или при помощи вилки и розетки.

2. Работа схемы терморегулирования в режиме обогрева помещенияВ помещении для обогрева, в зависимости от его объема, устанавливается электрообогреватель закрытого типа мощностью 500-1000 Вт. В районе размещения ульев устанавливается термодатчик. На блоке терморегулирования устанавливается необходимая для поддержания в помещении температура, за которой и будет следить схема терморегулирования. Для выравнивания температуры во всем объеме помещения и интенсификации воздухообмена в ульях в момент подачи напряжения на электрообогреватель автоматически включается вентилятор, собранный на маломощном двигателе.

Перейдем к описанию принципиальных схем основных элементов схемы терморегулирования.

3. Силовой блок и блок питания для подогрева ульев



В качестве силового трансформатора Т1 в схеме используется серийный накальный трансформатор типа ТН61-127/220-50К, но может использоваться и любой другой на мощность не менее 200 Вт (для 10-ти ульев). Напряжение вторичной обмотки должно соответствовать выбранному напряжению для подогрева. При этом надо иметь в виду следующее:
1. Реально к подогревателям ЕК будет прикладываться напряжение на 1,5 В ниже расчетного за счет падения этого напряжения на открытом тиристоре V6. В моей схеме к подогревателю реально прикладывается напряжение 22,5 В.
2. За счет естественного повышения величины сопротивления нагревательного элемента при его разогреве ток через подогреватель уменьшается. Реальный ток через один подогреватель ЕК составляет 0,7 А против 0,96 А по расчету.
За счет этих двух причин реальная мощность подогревателя составляет 16 Вт против 23 Вт по расчету.
Эти особенности работы схемы надо обязательно учитывать при расчете реальной мощности подогревателя.

Если мощность изготовленного подогревателя окажется недостаточной, то ее можно увеличить или за счет увеличения питающего напряжения, снимаемого с трансформатора, или за счет уменьшения сопротивления (длины) нагревательного элемента. В нашем варианте для увеличения реальной мощности нагревателя до 20 Вт надо или увеличить снимаемое со вторичной обмотки питающее напряжение до 30 В (если такая возможность есть), или убрать около 5 Ом, измеренных на «холодной» проволоке.

И еще одно замечание. Подогреватель обеспечивает заданную мощность при номинальном значении питающего напряжения сети в 220 В. Однако, по ряду причин, особенно в сельской местности, напряжение в сети может поддерживаться ниже номинала. В отдельных местностях напряжение сети бывает даже менее 200 В. Поэтому, если окажется, что не хватает мощности подогревателя, поиск причины надо начинать с измерения номинала питающего напряжения сети.
В схеме в качестве выпрямителя используется мостовая схема на диодах V1-V4 типа КД 203Б. Однако могут использоваться и другие силовые диоды на ток 5-10 А. На транзисторе VТ1 собрана схема стабилизации для питания микросхемы. Исполнительным элементом схемы терморегулирования является тиристор V6 типа КУ 202 с любым буквенным индексом от Г до Н. Диод V5 выполняет функцию развязки напряжения, прикладываемого к тиристору и подогревателям. Диод V5 может быть любого типа на ток не менее 0,1 А. Лампа Н1 и светодиоды V7, V8 используются для контроля работы схемы терморегулирования.

4. Силовой блок для обогрева помещения



Обогрев помещения производится от сети 220 В без трансформатора. Выпрямительный мост блока собран на силовых диодах V1-V4. Это могут быть любые диоды на ток 10 А с обратным напряжением не менее 300 В. Исполнительным элементом схемы является тиристор V7 типа КУ 202Н(М).

В качестве нагревательного элемента можно использовать любые бытовые электрорадиаторы, электроконвекторы, электроплитки закрытого типа мощностью 500-1000 Вт. Если температура поверхности нагревателя будет больше 80-90 °С, то эту поверхность надо накрыть толстым металлическим листом. Указанной мощности нагревателя достаточно для поддержания необходимой для зимовки температуры 5±1°С в помещении объемом до 10-12 м3 с теплыми (деревянными, из пенобетона, керамзита и т.д.) стенами и хорошо утепленным потолком. В помещении большего объема мощность нагревателя с данным силовым блоком можно увеличить, но не более чем до 2 кВт. При этом силовые диоды V1-V4 и особенно тиристор V7 должны находиться на вертикально расположенных металлических радиаторах площадью 40-50 см2 каждый. Светодиоды V5, V6 используются для контроля работы схемы.

Если будет принято решение осуществлять автоматический обогрев только в помещении и не заниматься внутриульевым подогревом, то в этом случае надо будет изготовить только силовой блок для обогрева помещения и блок терморегулирования с отдельным блоком питания для него.
Блок питания в этом случае изготавливается по аналогии с блоком питания для подогрева ульев. Но трансформатор Т1 может иметь мощность не более 5-10 Вт, вторичное напряжение 26-30 В. Диоды V1-V4 любые на ток не более 0,1 А. Силовой узел – тиристор V6, светодиоды V7, V8 и соответствующие сопротивления исключаются. Также исключается диод V5. Выходное напряжение этого блока питания выставляется подбором типа стабилитрона или цепочки стабилитронов в цепи базы транзистора VТ1 и может составлять от 27 до 30 В. Может использоваться и любой другой блок питания со стабилизатором на соответствующее напряжение и ток не менее 0,1 А.
Внимание! При сборке схемы терморегулирования для помещения надо иметь в виду, что все элементы силового блока будут находиться под опасным для жизни потенциалом 220 В. Под этим же потенциалом будут находиться и элементы блока терморегулирования. По этой причине все эти элементы должны быть надежно изолированы от корпусов этих блоков и недоступны для случайного прикосновения при работе.

5. Блок терморегулирования



Блок терморегулирования собран на микросхеме К553УД2. Термочувствительным элементом (термодатчиком) является термосопротивление R2 4,7 кОм типа ММТ-4, которое помещается в один из ульев над поверхностью подогревателя под низ рамок.

При настройке схемы потенциометром R7 «Гистерезис» выставляется ширина температурной петли гистерезиса (зоны нечувствительности) в 1,5-2 °С. Делается это так: вращается ручка потенциометра R3 «Температура» в одну сторону до срабатывания схемы. На шкале «Температура» отмечается точка 1 срабатывания (включения) схемы. Затем потенциометр R3 вращается в противоположную сторону и отмечается точка 2 обратного срабатывания (выключения) схемы. Расстояние между точками 1 и 2 в °С и есть ширина зоны температурной нечувствительности. Регулировкой R7 добиваются, чтобы разница этих температур была не больше 1,5-2°С.
Потенциометром R1 «ток УЭ» выставляется ток управляющего электрода, при котором происходит надежное срабатывание (открытие тиристора). При этом надо проверить, будет ли при выставленном токе УЭ происходить закрытие тиристора. В моей схеме для тиристора КУ 202Л выставлен IУЭ = 8 мА.
Подбором R1 выставляется значение выбранного температурного диапазона автоматического регулирования на шкалу «Температура», находящуюся на передней панели блока. При указанных на схеме значениях сопротивлений диапазон автоматического регулирования блока лежит в пределах от 0 до 50 °С. Градуирование шкалы «Температура» производится при помощи надежного термометра. Термодатчик R2 и термометр помещают в место с фиксируемой температурой на несколько минут. Необходимо иметь в виду, что тепловая инерционность термосопротивления в воздушной среде составляет не менее 120 с. Не меньшую инерционность имеет и термометр. Поэтому для надежного фиксирования температуры термосопротивление и термометр надо держать в среде с фиксируемой температурой не менее 8—10 минут. После этого вращением ручки потенциометра R3 добиваются выключения электроподогревателя ЕК и на шкале «Температура» делается соответствующая отметка. Температура, которую в это время показывает термометр, будет соответствовать сделанной на шкале отметке. Обращаю внимание на то, что шкала «Температура» должна градуироваться не на включение подогревателя, а на его выключение. Дело в том, что для одной и той же температуры, за счет тепловой петли гистерезиса, положение ручки на шкале «Температура» при включении и выключении подогревателя будет отличаться на 1,5-2 °С.

Указанное выше регулирование блока означает, что при работающей схеме терморегулирования в улье будет поддерживаться температура не выше той, которая будет выставлена на шкале.
В качестве фиксируемых температур можно пользоваться комнатной температурой, температурой над поверхностью хорошо прогретого электроподогревателя, температурой внутри холодильника, температурой тающего льда (0 °С) и др. В ходе эксплуатации аппаратуры градуирование шкалы «Температура» уточняется.

Для возможности выбора могу порекомендовать также оригинальную схему регулятора температур, которая приведена в ж. «Пчеловодство», №9, 2005 на стр. 44.

Внимание!Для осуществления грамотного подключения подогревателей (нагрузок) в ульях настоятельно рекомендую прочитать приведенную ниже информацию.

ПОДКЛЮЧЕНИЕ НАГРУЗОК


Рассмотрим достоинства и недостатки различных способов подключения нагрузок применительно к подключению электроподогревателей в улье.

Последовательное подключение имеет то достоинство, что для подключения подогревателей используется одножильный провод (от улья – к улью). Существенный недостаток состоит в том, что при выходе из строя хотя бы одного подогревателя выходит из строя вся система подогрева, поскольку размыкается электрическая цепь, а в разомкнутой цепи ток не протекает.

Следует заметить, что при последовательном подключении подогревателей к источникам с небольшими безопасными напряжениями (до 36 В), возникают сложности с изготовлением нагревательных элементов для подогревателей. Суть проблемы рассмотрим на примере. Пусть к источнику U = 36 B надо подключить N = 10 подогревателей мощностью Р1 = 20 Вт, то есть с общей мощностью РΣ = Р1хN = 20х10 = 200 Вт. В такой цепи будет протекать ток I = PΣ/U = 200/36 = 5,5 A. Для выделения на одном подогревателе мощности Р1=20Вт его нагревательный элемент должен будет иметь сопротивление R1 = (U/N)/I = (36/10)/5,5 = 0,65 Ом. Понятно, что ввиду чрезвычайно малого значения сопротивления самостоятельно изготовить такой нагревательный элемент практически невозможно.

Выходом из этой ситуации может быть использование более высоких напряжений. Однако если при этом использовать питающее напряжение 220 В непосредственно от электросети, то между любой точкой собранной схемы и землей всегда будет находиться опасное для жизни напряжение 220 В. Лучшим вариантом последовательного подключения будет использование развязывающего трансформатора с коэффициентом трансформации 1:1 или чуть больше. В этом случае уже при использовании более шести подогревателей на каждом из них будет падать напряжение, не превышающее безопасных 36 В. А поскольку вторичная обмотка развязывающего трансформатора не заземлена, то в любой точке схемы потенциал относительно земли будет равен нулю.

Главным достоинством последовательного подключения является то, что в такой схеме через все подогреватели будет протекать одинаковый ток. Если все подогреватели изготовлены правильно и имеют одинаковое сопротивление, то на каждом из них будет выделяться одинаковая тепловая мощность, чего не бывает при параллельном подключении (см. ниже).

Параллельное подключение. Основное его достоинство состоит в том, что выход из строя одного или нескольких подогревателей не нарушает работу всей системы подогрева на оставшихся исправных подогревателях.

Недостатком параллельного подключения можно считать то, что подводка к каждому улью должна выполняться двухжильным проводом. Но есть еще и более существенный недостаток, который проявляется тем сильнее, чем большее количество подогревателей подключается в схему. В этом случае (при количестве подогревателей в несколько десятков) общий ток по подводящим проводам может иметь существенное значение до 40-50 А. Поскольку длинный подводящий провод, даже большого сечения, всегда имеет какое-то сопротивление (пусть даже всего в несколько десятых долей Ома), то на этом сопротивлении при большом токе будет падать довольно значительное напряжение. В результате этого на подогревателях, находящихся на дальнем конце провода, напряжение будет существенно отличаться от исходного напряжения на первых подогревателях.

Пример. Исходное напряжение Uи = 12 В, мощность каждого подогревателя Рп = 12 Вт, ток через каждый подогреватель I1 = 1 А, количество подогревателей N = 30 шт., суммарный ток IΣ = 30 А, длина подводящего провода L = 20м, диаметр медного провода d = 1,5 мм, сопротивление подводящего провода RΣ = 0,3 Ом. Падение напряжения на самом подводящем проводе составит ΔU=IΣхRΣ=30Aх0,3 Ом = 9 В. Следовательно, к последнему в шлейфе (тридцатому) подогревателю будет приложено напряжение U30=Uи–ΔU =12 –9 В = 3В, в то время как к первому будет приложено Uи = 12В. На других подогревателях будут промежуточные значения – между 12 и 3 В, в зависимости от удаления конкретного подогревателя от места подключения к схеме терморегулирования. В итоге нормально будут нагреты только первые несколько подогревателей, а остальные будут нагреваться тем меньше, чем дальше они расположены от места подключения к схеме терморегулирования.

Исходя из всего сказанного, параллельное подключение подогревателей можно рекомендовать только для небольших (до 10-ти ульев) пасек, при компактной расстановке ульев. Во всех других случаях, особенно при большой длине подводящего провода и большом числе ульев, параллельное подключение рекомендовать нельзя.

Смешанное (последовательно-параллельное) подключение имеет достоинства и недостатки, присущие последовательному и параллельному способам подключений. Смешанный способ подключения чаще всего используется тогда, когда надо соединить какие-то уже имеющиеся подогреватели к определенному источнику питания. Например, имеются подогреватели на 12 вольт и источник питания 36 вольт. Тогда можно по три последовательно включенных подогревателя подключать параллельно к источнику питания и, таким образом, обеспечить подключение всех необходимых подогревателей.

Этот способ подключения может быть также рекомендован при большом количестве ульев (20-30 и более) на пасеке. В этом случае 2-3 рядом стоящие улья могут быть подключены параллельно, а затем все эти группы параллельно подключенных нагрузок соединяются в последовательную «гирлянду».

Валерий КОРЖ

Счетчик посетителей

1094277
Сегодня
Вчера
Неделя
Прошлая неделя
Месяц
Прошлый месяц
Всего
2156
1449
5181
16118
50219
18828
1094277

Forecast Today
2808


Ваш IP:54.198.52.82