Терморегулятор для пасечного электроножа

Пасечный электронож Имеющиеся в продаже промышленные пасечные электроножи с нагревательным элементом, встроенным непосредственно в лезвие, предназначены для срезания воска при распечатывании рамок с мёдом.

Такие ножи рассчитаны, как правило, на питание от источника постоянного или переменного напряжения 12 В, в качестве которого обычно используют либо автомобильную аккумуляторную батарею, либо понижающий сетевой трансформатор. Первый вариант приемлем в полевых условиях, а второй предпочтительнее там, где имеется сеть 220 В, 50 Гц. Неудобство доставляет лишь отсутствие какой-либо регулировки температуры лезвия.

В паспорте электроножа НП-1 -12V сказано, что в холостом режиме рабочая часть сухого лезвия разогревается до температуры 110 °С, а во время контакта с воском её температура понижается до 70…90°С. Но известно, что мёд при нагревании до температуры свыше 40…45 °С теряет свои полезные качества. Поэтому желательно иметь возможность регулировать температуру лезвия электроножа и поддерживать её в процессе работы на заданном уровне.

Для пасечного 12-вольтного электроножа Н П -1 -12V мощностью 25 Вт было решено разработать сетевой блок питания, снабжённый терморегулятором. Чтобы не вмешиваться в конструкцию ножа, в качестве характеризующего температуру параметра использовано сопротивление его нагревательного элемента. При температуре +25 °С сопротивление нагревателя около 4 Ом. После подачи напряжения 12 В температура лезвия (её контролировали с помощью закреплённой на нём термопары мультиметра) достигла + 110°С при потребляемом токе 2,4 А. Значит, сопротивление нагревателя возросло до 5 Ом.

Схема разработанного источника питания с терморегулятором изображена на рисунке (кликните для увеличения). Сетевое напряжение через выключатель SA1 и плавкую вставку FU1 поступает на первичную обмотку понижающего трансформатора Т1. В режиме половинной мощности нагревания ключевой транзистор VT1 закрыт, и во время положительных полупериодов переменного напряжения на вторичной обмотке трансформатора Т1 ток течёт через нагреватель электроножа, подключённый к розетке XS1, через плавкую вставку FU2, диод Шотки VD1, резисторы R1 и R3.

Поскольку прямое падение напряжения на диоде VD1 меньше значения, необходимого для открывания диода в полевом транзисторе VT1, последний остаётся закрытым, что снижает среднюю мощность, рассеиваемую на транзисторе. В отрицательных полуперио-дах эта цепь нагревателя разорвана диодом VD1 и закрытым транзистором, поэтому тока в ней нет. Светодиод HL1 сигнализирует о половинной мощности нагрева, a HL2 погашен.

В режиме полной мощности полевой транзистор VT1 открыт и сопротивление его канала очень незначительно для тока любого направления. Поэтому ток течёт через открытый канал транзистора и нагреватель ножа независимо от полярности напряжения на вторичной обмотке трансформатора Т 1. В этом режиме светятся оба светодиода HL1 и HL2, сигнализируя о работе нагревателя на полную мощность.

Диод VD3 и конденсатор С1 образуют однополупериодный выпрямитель, формирующий открывающее напряжение на затворе полевого транзистора VT1. Стабилитрон VD2 ограничивает это напряжение до безопасного для транзистора значения, а резистор R9 гасит его избыток. Транзистор открыт при отсутствии тока через излучающий диод оптрона U1 и закрыт, когда через этот диод течёт ток, достаточный для открывания фототранзистора оптрона, что делает потенциал затвора транзистора близким к потенциалу его истока.

Измерительный мост терморегулятора образован сопротивлением нагревателя и резисторами R1, R3—R8. К диагонали этого моста подключены входы ОУ DA1.1, служащего усилителем сигнала разбаланса. Баланс моста наступает при разной температуре нагревателя в зависимости от положения движков подстроечных резисторов R4, R8 и переменного резистора R6.

Измерение разбаланса производится только в положительных полупериодах подаваемого на нагреватель напряжения, поскольку они присутствуют в режимах как полной, так и половинной мощности нагрева. Для этого напряжение питания подаётся на ОУ DA1.1 через диод VD6 также, только в положительных полупериодах. Амплитуда импульсов этого напряжения стабилизирована цепью R12VD5. Диод VD4 устраняет выбросы напряжения на выходе ОУ, возможные на границах между полупериодами.

С выхода ОУ DA1.1 сглаженное фильтром R11С2 напряжение поступает на вход повторителя на ОУ DA2.1. На ОУ DA2.2 выполнен компаратор напряжения с гистерезисом. На его инвертирующий вход с делителя R14R15 подано образцовое напряжение +2,5 В. Ширина зоны гистерезиса зависит от отношения сопротивления резисторов R13 и R16. Нагрузка компаратора — излучающий диод оптрона U1. Как уже было сказано, протекание тока через этот диод переводит нагреватель в режим половинной мощности.

Замкнув выключатель SA2, можно выключить режим термостабилизации и принудительно перевести нагреватель в режим полной мощности.

Выпрямитель на элементах VD7, СЗ и интегральный стабилизатор DA3 предназначены для питания ОУ DA2 постоянным напряжением.

Конструкция и детали терморегулятора

Терморегулятор для пасечного электроножа собран на небольшой монтажной плате, помещённой в пластмассовый корпус Z50B размерами 147,4×92,9×50,4 мм. На его лицевой панели установлены розетка XS1, переменный резистор R6 (СП2-2), светодиоды HL1, HL2 и выключатель SA2. На задней стенке корпуса находятся держатели плавких вставок FU1, FU2 и сетевой выключатель SA1.

Транзистор VT1 и диод VD1 установлены без изолирующих прокладок с противоположных сторон общего теплоотвода с площадью поверхности около 30…40 см2. Вместо 1RF3205 можно использовать другой полевой транзистор с каналом p-типа, максимальным током стока более 10 А и допустимым напряжением сток—исток не менее 30 В.

Диод Шотки MBR750 можно заменить на MBR745, MBR840 или аналогичный с допустимым током более 5 А. В крайнем случае этот диод можно вовсе не устанавливать, его функцию с успехом выполнит внутренний диод полевого транзистора. Однако мощность, рассеиваемая на этом транзисторе, возрастёт, что можно скомпенсировать увеличением размера его теплоотвода.

Сдвоенные ОУ МС33202 можно заменить аналогичными LM2904, LM358 или одиночными ОУ МС33201. Особенность этих микросхем — допустимый интервал входного напряжения включает потенциалы плюсового и минусового выводов питания.

Подстроечный резистор R4 — многооборотный 3296. Подстроечный резистор R8 — СПЗ-19А или его зарубежный аналог 3329.

Налаживание

Налаживание терморегулятора заключается в установке желаемых границ интервала регулирования температуры лезвия электроножа. Для её контроля в процессе налаживания удобно использовать термопару цифрового мультиметра, имеющего режим измерения температуры. Термопару закрепляют на лезвии канцелярской скрепкой. Установив движок переменного резистора R6 в верхнее (по схеме) положение, включают питание и подстроечным резистором R4 добиваются, чтобы светодиод HL2 выключался при температуре лезвия 60 °С. Далее движок переменного резистора R6 переводят в крайнее нижнее положение и подстроечным резистором R8 добиваются выключения светодиода HL2 при температуре 110 °С. Эти регулировки взаимозависимы, поэтому их следует повторить несколько раз, стремясь к наиболее точной установке температуры.

Для питания электроножа с терморегулятором я использовал имевшийся в наличии сетевой понижающий трансформатор габаритной мощностью 36 В-A с тороидальным магнитопроводом и одной вторичной обмоткой напряжением 12 В. Необходимо заметить, что в режиме половинной мощности электроножа через вторичную обмотку трансформатора течёт значительная постоянная составляющая тока нагревателя. Она может вызвать нежелательное подмагничивание магнитопровода и даже ввести его в насыщение, что приведёт к повышенному нагреву трансформатора. Поэтому, выбирая трансформатор для терморегулятора, следует в первую очередь подключить к его вторичной обмотке через любой достаточно мощный диод нагреватель электроножа и убедиться, что трансформатор в этом режиме работает нормально.

Перепубликация: www.eschemo.ru
Источник: Радио №7 2013
Автор: С. Самойлов, г, Харьков, Украина

C этой схемой также часто просматривают:

ЗАЖИГАЛКА ДЛЯ ГАЗА
Зарядное устройство для автомобильных и мотоциклетных батарей
Зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов
Имитатор для проверки телефонных аппаратов
Простые датчики для охранной сигнализации
Сигнализация — датчик проникновения
Схема измерителя ЭПС
Детектор скрытой проводки своими руками
Новогодняя снежинка