Главная » Автоматика в быту
Призовой фонд
на июль 2019 г.
1. 1000 руб
Паяльник
2. Регулируемый паяльник 60 Вт
Паяльник
3. 100 руб.
От пользователей

Электронное реле для чайника

Дорогие друзья, предлагаю вашему вниманию электронную схему термореле для электрических чайников, самоваров и других, очень нужных в любом хозяйстве водонагревательных приборов. Данная схема была применена для ремонта китайского электрочайника, в котором термореле вышло из строя, но нагревательный элемент остался не повреждённым. На мой взгляд, это довольно распространённая ситуация, когда невозможно найти комплектующие для вашего любимого чайника из-за особенностей его конструкции. В общем, если нам не повезло и на рынке нет запчастей, это нас не остановит в стремлении попить горячего чая или кофе.

Функционирует устройство следующим образом: термореле непрерывно находится в режиме ожидания нажатия кнопки S2. При замыкании кнопки формируется импульс тока, который поступает на счётный вход T-триггера DA1 (вывод 3) и переключает его из состояния 0 в состояние 1 (вывод 1). Это приводит к открытию транзистора VT2 и срабатыванию реле, которое своими контактами подключает нагреватель к электросети. В случае повторного нажатия кнопки S2, следующий импульс переключит триггер в противоположное состояние, что приведёт к отключению нагревателя. Таким образом, нажатия на кнопку S2 включают или выключают чайник. Теперь давайте разберёмся, каким образом происходит отключение нагревателя при закипании воды. Триггер приведён в единичное состояние, вода нагревается и кипит. Пар, испаряющийся с поверхности воды, через паропровод (есть в каждом автоматическом электрочайнике) поступает на терморезистор R3 с отрицательным температурным коэффициентом. Это приводит к уменьшению его сопротивления, что в свою очередь открывает транзистор VT1. Положительное напряжение с эмиттера VT1 подаётся на установочный вход R (вывод 4) триггера, что приводит к его сбросу (Reset). Триггер переключается в состояние 0, нагреватель отключается. К входу R также подключена цепь задержки C4-R7, формирующая почти двухсекундный импульс сброса в первоначальный момент, когда схема получает питание. Это необходимо для удерживания триггера в нулевом состоянии до завершения всех переходных процессов при подключении чайника в сеть. Для подавления дребезга контактов S2, в схему введена цепь С5-R8, благодаря которой на счётный вход триггера поступают чёткие одиночные импульсы и предотвращаются множественные быстрые срабатывания.

Процесс наладки сводится к подбору сопротивления резистора R4. Делается это следующим образом: вместо R4 подсоединяют переменный резистор c сопротивлением 10 КОм, а терморезистор R3 опускают в кипящую воду. Переменный резистор выкручивается на максимальное сопротивление. Затем переводим триггер в единичное состояние, реле должно замкнуть контакты без нагрузки и плавно уменьшаем сопротивление переменного резистора. Как только реле выключится (триггер сброшен), измеряем сопротивление переменного резистора. Полученное значение для температуры 100°С, но у нас нет необходимости так нагревать терморезистор R3 (датчик), т.к. если вода не кипит, то пар практически не образовывается, следовательно датчик не нагревается. А если пар интенсивно выделяется, ещё не факт, что его температура 100°С. При пониженном атмосферном давлении, например, высоко над уровнем моря,  вода будет кипеть и интенсивно выделять пар при 70-80°С. Поэтому  увеличиваем полученное значение сопротивления на 300 Ом и впаиваем ближайший по значению постоянный резистор. Таким образом порог срабатывания реле снижается приблизительно до 85°С (триггер сбросится, как только датчик нагреется до 85°C, это означает, что вода в чайнике кипит, пар уже интенсивно выделяется, тепло по паропроводу переносится к датчику и быстро его нагревает). В любом случае рекомендую ориентироваться на парообразование. Можно попробовать подсоединить датчик, например, к корпусу чайника, однако из-за тепловой инерции, устройство не будет достоверно определять момент кипения воды – если воды мало, она вся выкипит до отключения нагревателя. Если её много, реле может выключиться до закипания воды (внутри чайника все компоненты схемы греются, шутка ли – рядом ТЭН в 1,5-2 КВт). Возможно отрегулировать датчик на меньшую температуру срабатывания реле, и по её достижении включать таймер задержки, который через несколько секунд отключит нагреватель. Но определить, сколько секунд необходимо ожидать очень сложно из-за разного объёма воды. Я так пробовал и у меня не получилось, реле работает не адекватно. Поэтому – самый лучший признак того, что вода кипит – это бурное выделение пара.

Питается схема постоянным током с напряжением 15V. Блок питания выполнен по бестрансформаторной схеме с гасящим конденсатором С1. Амплитуда напряжения ограничивается симметричным супрессором (защитным диодом) до 16V и поступает на выпрямительный мост VD2, на котором падает от 0.5 до 1V. В результате на конденсаторе C2 получаем напряжение 15-15.5V. Стоит отметить, что при срабатывании реле, напряжение на выходе блока питания «просаживается» на 5V, до 10.5V, но это никак не влияет на работу устройства и вполне достаточно для надёжного удержания контактов реле.

На входе термореле в обязательном порядке следует установить термопредохранитель F1 с температурой перегорания 130-140°С. ВНИМАНИЕ! Это самый важный элемент схемы, это тот последний рубеж, за которым следует пожар при нештатной ситуации. Стоит деталь копейки, но убережёт от большой беды. Ещё раз повторюсь: установка термопредохранителя обязательна, замена обычным плавким предохранителем недопустима. Принцип действия другой. Термопредохранитель – разрывает цепь при достижении определённой температуры, плавкий предохранитель разрывает цепь при достижении определённой силы тока, это не одно и то же. При сборке устройства требуется предельная аккуратность в изготовлении и монтаже, применение исключительно качественных электронных компонентов, рассчитанных на высокую температуру. Недопустимо применение для пайки и лужения печатной платы легкоплавких припоев (сплав Розе, Вуда и др.) Электрочайник – это настоящие адские условия работы для электронного устройства с высокой температурой и влажностью. Также будьте предельно внимательны при наладке устройства, во избежание поражения электрическим током. В этой схеме применён бестрансформаторный блок питания и разность потенциалов между любой частью устройства и землёй практически равна амплитудному напряжению электросети.

В схеме применены радиоэлементы как в SMD исполнении, так и в обычных выводных корпусах. Размер всех SMD деталей – 1206. Неполярные конденсаторы – керамические, SMD, можно снять с неисправной материнской платы компьютера, там же можно достать SMD транзистор VT1, подойдёт любой, со структурой NPN. С неисправного компьютерного блока питания можно снять термистор R2, назначение которого ограничивать броски тока в момент зарядки конденсатора. Весьма надёжная штука, практически никогда не ломается. Применять плёночные или проволочные резисторы не рекомендую, со временем пробиваются между витками и начинают подгорать. Но если ничего другого нет – ставьте несколько штук (лучше три по пол ватта) последовательно. Сопротивление R2 – до 50 Ом. Транзистор VT2 – с коэффициентом усиления не менее 200, иначе реле не будет срабатывать. Возможно применение составного или полевого транзистора. Но у меня прекрасно работает и обычный кремневый.

Элементы F1,C1,R1,HL1,R10,R3,S2,REL1 вынесены за пределы печатной платы и располагаются в любом удобном месте корпуса чайника, желательно как можно дальше от нагревательного элемента. Термопредохранитель припаивается непосредственно к контактам нагревателя, для крепления остальных элементов оптимально использовать силиконовый клей-герметик, при застывании он превращается в резину и выдерживает высокую температуру – до 180°С. На печатной плате достаточно места для сверления отверстий под монтаж на болтах. Печатную плату после сбора необходимо покрыть двумя слоями лака, со всех сторон, с просушкой перед нанесением второго слоя. Провода применять с изоляцией 105°С или выше. Для кнопки S2, питания реле и терморезистора R3 провода можно нарезать из старого компьютерного шлейфа IDE 40 pin. В нём довольно толстая (300V) и термостойкая изоляция (105°C) – то, что надо. После закрепления всех узлов конструкции внутри чайника, их необходимо дополнительно теплоизолировать куском стеклоткани или другого не горючего материала, с высокой температурой плавления (подойдёт кевлар, можно взять из старых рукавиц сварщика). Термодатчик также необходимо тщательно защитить. Припаиваем к нему провода, с термоусадочными трубками, затем окунаем датчик в лак, высушиваем его, одеваем на контакты термоусадку, нагреваем, чтобы она стянулась, затем снова окунаем датчик в лак и высушиваем.

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество ПримечаниеМагазинМой блокнот
DA1 МикросхемаCD4013A (К561ТМ2)1 DIP16Поиск в Utsource В блокнот
VT1 Транзистор NPN2SC31241 SMDПоиск в Utsource В блокнот
VT2 Биполярный транзистор
2SC2655
1 TO-92 hFE > 200Поиск в Utsource В блокнот
VD1 Супрессор1.5KE16CA1 Поиск в Utsource В блокнот
VD2 Диодный мост
2W10
1 Поиск в Utsource В блокнот
VD3 Диод импульсныйКД521А-Б (1N4148)1 Поиск в Utsource В блокнот
C1 Конденсатор плёночный1 µF 400V1 Поиск в Utsource В блокнот
С2 Конденсатор электролитический470 µF 16V1 105°CПоиск в Utsource В блокнот
С3 Конденсатор керамический3 µF 25 V1 SMD 1206Поиск в Utsource В блокнот
С4 Конденсатор керамический8 µF 16 V1 SMD 1206Поиск в Utsource В блокнот
С5 Конденсатор керамический0.1 µF 25 V1 SMD 1206Поиск в Utsource В блокнот
R1, R10 Резистор
470 кОм
2 0.125 ВтПоиск в Utsource В блокнот
R2 Термистор10 Ом1 СиловойПоиск в Utsource В блокнот
R3 Терморезистор NTCMF52AT 10 КОм1 Поиск в Utsource В блокнот
R4* Резистор
2.2 кОм
1 ПодобратьПоиск в Utsource В блокнот
R5 Резистор
47 кОм
1 SMD 1206Поиск в Utsource В блокнот
R6 Резистор
2 кОм
1 SMD 1206Поиск в Utsource В блокнот
R7 Резистор
220 кОм
1 SMD 1206Поиск в Utsource В блокнот
R8 Резистор
20 кОм
1 SMD 1206Поиск в Utsource В блокнот
R Резистор
0 Ом
3 SMD 1206Поиск в Utsource В блокнот
Rel1 Реле12 V 250 V 10-16A1 Обмотка 180 омПоиск в Utsource В блокнот
F1 Термопредохранитель135°С 15 А 250 V1 Поиск в Utsource В блокнот
S2 Кнопка без фиксации250 V 0.1 A1 НормальноразомкнутаяПоиск в Utsource В блокнот
HL1 ЛампаНеоновая1 Поиск в Utsource В блокнот
ТЭН1 Электронагреватель1 – 2 КВт 250 V1 Поиск в Utsource В блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

Теги:

Опубликована: 0 0
Я собрал 0 2
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Полезность устройства
  • Повторяемость устройства
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 3.7 Проголосовало: 2 чел.

Комментарии (12) | Я собрал (0) | Подписаться

0
Публикатор #
На форуме автоматически создана тема для обсуждения статьи.
Ответить
0
Yanshun #
Большое спасибо за проект.
Столкнулся с подобный давно, жалко было выкидывать любимый чайник, но теперь будет решение.
Ответить
0
felix #
Сократить бы количество деталей на треть, и на оптроне с семистором вместо механического реле, и если оптрон с переходом через ноль, то не надо такой защиты мощной, обычный предохранитель "на всякий случай" достаточно, раз нет бросков тока.
Ответить
-2

[Автор]
Smelter2 #
Падение напряжения на симисторе около 2-х вольт. Рассеиваемая мощность при токе 10А - 20 Вт! К симистору придётся прикрутить радиатор на пол кило. На мой взгляд реле надёжней, меньше, проще, в обще лучше. Применение симистора не отменяет установку термопредохранителя. Ещё раз: в любой вариации конечного устройства, устанавливать термопредохранитель обязательно!
Отредактирован 19.12.2016 12:43
Ответить
0
Starik #
Очень полезная разработка, спасибо! Единственное мелкое замечание - керамические конденсаторы ёмкостью 3 мкФ (C3) и 8 мкФ (C4) - не слишком доступные радиодетали. Предполагаю, что C3 можно уменьшить до 1 мкФ, а в качестве C4 использовать электролитический конденсатор ёмкостью 10 мкФ.
Ответить
-2

[Автор]
Smelter2 #
Если покупать - наверное да, редкость. Но такие конденсаторы в изобилии в современной бытовой электронике: мобильные телефоны, материнские платы, видеокарты... Можно снять с неисправных. В принципе, номиналы почти всех компонентов схемы могут варьироваться в достаточно широких пределах.
Ответить
0
Vitemk #
А почему у вас реле на 8А?
Ответить
-2

[Автор]
Smelter2 #
Это потому что ТЭН на 1.6 кВт, но на всякий случай контакты параллельно соединены, суммарно 16А. А так верно подмечено.
Ответить
0
Сергей #
Это что терморезистор покрытый лаком будет находится в кипящей воде?
Ответить
-2

[Автор]
Smelter2 #
Нет, он будет находиться в агрессивной среде – водяной пар и высокая температура. Также из-за разности температур, на датчике возможен конденсат, который не позволит правильно функционировать устройству.
Ответить
0
Юрий #
Как питается вывод 14 микросхемы от 15 вольт., объясните пожалуйста.
Ответить
-2

[Автор]
Smelter2 #
Ну, плюс источника питания – к 14 выводу микросхемы припаивается, а минус к 7-му. Так она (микросхема) и питается, через вывод 14. А из-за того, что она КМОП, то допустимый диапазон её напряжений 3-15 вольт, максимум 18.
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется сила тока?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

Радиореле 220В
Радиореле 220В
Ручной фен 450 Вт с регулировкой температуры Конструктор - темброблок на LM1036
вверх