Терморегулятор для утюга своими руками

Теги статьи: Добавить тег

Самодельный утюг для лыж с электронным термостатом (ПИД регулятор)

Автор: Fallk
Опубликовано 19.12.2017
Создано при помощи КотоРед.

Внимание! Данное устройство имеет силовые цепи питания 230В, 50Гц гальванически НЕ развязанные от сети и все работы необходимо производить с соблюдением техники безопасности.

Не соблюдение техники безопасности ведет к смерти!

С наступлением зимы начинается лыжный сезон и для того, что бы почувствовать всю радость катания на горных/беговых лыжах или доске спортивный инвентарь необходимо готовить. Одной из основных операциий подготовки является нанесения парафина — для чего требуется специальный утюг. Использование обычного утюга для одежды с механическим термостатом очень не рекомендуется из за гигантского гистерезиса, у меня диапазон температур был от 60°С до 140°С при установки на первом положении. При этом парафин или не плавился или дымил.

Что бы этого избежать необходимо использовать фирменные утюги и желательно с электронной регулировкой, однако их цена зашкаливает за грань здравого смысла. В связи с чем было решено доработать старый утюг до состояния фирменного.

В результате доработки имеем электронную регулировку температуры ПИД регулятором с поддержанием заданного значения. При касании поверхности лыжи имеется падение температуры не более чем 10°С, которая быстро восстанавливается и поддерживается после прогрева поверхности. Температура регулировки от 0 до 200°С. Уставка сохраняется в энергонезависимой памяти.

Зона работы ПИД регулятора составляет dT=50°С. Если температура меньше уставки на 50°С то нагрев идет на максимальной мощности. При разнице ниже 50°С в работу включается ПИД регулятор и начинает контролировать время нагрева.
ПИД закон реализован следующим образом.
Дискретность времени – 1 сек. Каждую секунду пересчитывается мощность воздействия.
Pобщ =Pп+Ри+Рд
Pп=(Туст-Ттек)*Кп – пропорциональная часть
Ри=Рn-1+(Туст-Ттек)*Ки – интегральная часть, где n-1 величина прошлого шага
Pд=(dTтек-dTn-1)*Кд, где dTтек=Туст-Ттек, dTn-1=Туст-Тn-1 – дифференциальная часть
Коэффициенты выбраны для этого утюга:
Кп=1,4
Ки=0,4
Кд=64, причем при разнице температуры больше 10°С дифференциальная часть не реагирует на рост температуры. Таким образом при падении температуры дифференциальная часть добавляет большую мощность, до тех пор пока не начнется рост. При росте температуры и разнице между уставкой и текущей температуры меньше чем 10°С, мощность полностью отключается и нагрев идет за счет тепловой инерции.
Если потребуется изменение, то их можно будет поменять только в прошивке в результате отладки. Но так как все утюги примерно одинаковы, то изменение вряд ли потребуется.

В качестве датчика используется термопара подключенная к преобразователю сигнала термопары в интерфейс на MAX6675. Связь с контроллером осуществляется по SPI интерфейсу. Для устранения влияния наводок термопара присоединяется к поверхности подошвы утюга через теплопроводящую подкладку для транзисторов. Хотя в программе предусмотрены меры по снижению влияния наводки – измерение происходит в момент отсутствия напряжения на нагревательном элементе, но для надежности желательна изоляция. Иначе показания будут скакать и регулятор будет пытаться их отработать.

Регулирование мощности осуществляется симистором BT139-800 с помощью оптопары MOC3063 с контролем прохождения через ноль. Регулировка осуществляется пропуском полупериодов. Таким образом, период полной мощности составляет 1 сек – 50 полных периодов или 100 полупериодов в сети питания. Контроль нуля выполнен программно, управление осуществляется по таймеру. Максимальная мощность составляет 98% для обеспечения начала измерения температуры при нуле. Мощность нагревателя ограничивается лишь поверхностью радиатора, симистор достаточно мощный. Для моего корпуса утюга я смог установить радиатор, с трудом справляющийся с 1 кВт мощности нагревательного элемента.

Питание схемы управления и индикации выполнено с помощью обычного зарядного устройства для телефона, из которого используется лишь плата для возможности размещения внутри корпуса утюга. Необходимо внимательно замерить параметры, так как на многих хоть и указывается 5В, но по факту имеют 6В…8В – что является критическим для контроллера.

Индикация выполнена на трехсимвольном семисегментном индикаторе, работающего в динамическом режиме.

Настройка режимов осуществляется тремя кнопками и при этом интуитивно понятна. При включении в сеть на индикаторе отображается версия ПО и температура уставки, записанная в память. После чего на индикаторе показывается текущая температура подошвы. Так как термопара установлена внутри, то фактическая температура на поверхности незначительно отличается от измеренной. В программе предусмотрена компенсация температуры, показывающая значение меньше фактического на 12,5%. Таким образом, показания приближаются к реальным.

При нажатии на кнопку «Настройка» число на индикаторе начинает моргать и показывать температуру уставки, при этом возможна изменние значения кнопками «Больше» и «Меньше». При долговременном нажатии кнопок изменения происходит ускоренное увеличение/уменьшение значения. После повторного нажатия «Настройка» происходит запись значения уставки в память и переход в режим индикации текущей температуры.

Для контроля над процессом нагрева в схеме предусмотрено подключения индикатора работы нагревателя, устанавливаемого вместо штатного индикатора обычно выполненного на неоновой лампе.

Общие рекомендации:
Утюг необходимо выбирать с гладкой подошвой и без отпаривания. Таким образом, в корпусе будет место, где можно установить платы.
В качестве материала подошвы рекомендуется алюминий и как можно больше толщины. Фирменные утюги имеют толщину 30-40 мм. Инертность системы очень велика и чем массивнее подошва, тем лучше. Я советую изделия постсоветского периода родом из Белоруссии, они сделаны очень качественно. Мною был использован утюг «Элит 300» фирмы «Белвар».
Блок питания необходимо внимательно выбирать, так как напряжение на выходе не всегда 5В.
MAX6675 можно заказать на eBay/AliExpress в виде готовой платы для презренного Arduino. Так выходит дешевле, чем отдельная микросхема.

Перечень основных элементов:
Контроллер PIC16F876A
Преобразователь сигнала термопары MAX6675
Симистор BT139-800
Оптопара MOC3063
Индикатор KEM-5361AG
Разъемы для установку на плату шаг 2 мм (7 pin, 2 pin)
Разъем питания силовой платы – 2 pin с шагом 5,08 мм
Термопара – ТХА (K-тип)

Если утюг перестал греть, можно купить новый, но часто повреждение не очень серьезное и его можно устранить самостоятельно. Если вы умеете работать отверткой и мультиметром, справитесь. О том, как провести ремонт утюга своими руками и будем рассказывать в этой статье.

Общее устройство

Так как производят утюги очень многоразличных фирм, они немного отличаются — формой, скоростью нагрева, качеством запчастей и т.д. Но вот общее устройство остается одинаковым. Имеется:

  • Подошва со встроенным в нее ТЭНом. Если есть функция отпаривателя, в подошве есть некоторое количество отверстий для выхода пара.
  • Термостат с ручкой, который позволяет выставлять требуемую температуру нагрева подошвы.
  • Емкость/резервуар для воды, которая используется при отпаривании.
  • Есть сопло для разбрызгивания воды, принудительного выхода пара. Есть также регулятор интенсивности подачи пара. С его помощью выставляется частота автоматической подачи испаренной воды.
  • Подключается к сети утюг при помощи электрического шнура, который крепится к контактной колодке, расположенной в тыльной части под пластиковой крышкой.

Общее устройство электроутюга

После того, как вы в общих чертах ознакомились с тем, что где находится, можно начинать ремонт утюга своими руками.

Что надо будет для работы

Для работы понадобится набор отверток — крестовых и плоских. Нужен будет широкий нож или ненужная пластиковая карта — поддевать части утюга с защелками. Для проверки целостности деталей нужен будет мультиметр (как им пользоваться читайте тут). Еще может потребоваться паяльник — это если придется менять какие-то запчасти.

Инструменты, которые могут понадобиться при ремонте утюга

Из инструментов все, но в процессе работы иногда нужна изолента или термоусадочные трубки, может потребоваться наждачная бумага, пассатижи.

Как разобрать утюг

Первая сложность с которой сталкиваются желающие отремонтировать утюг самостоятельно — разборка. Это далеко не просто и не очевидно. Проще всего снять заднюю панель. Там есть несколько винтов, которые видны и открутить которые на представляет труда. Кроме винтов могут быть защелки. Так что открутив весь видимый крепеж, поддеваем крышку острием отвертки или старой пластиковой картой, отделяем крышку от корпуса.

Под ней обнаруживается клеммная колодка к которой крепится шнур. Если проблемы со шнуром, можно дальше утюг не разбирать. Но если со шнуром все нормально, придется разбирать дальше, а с этим могут возникнуть проблемы.

В некоторых утюгах — Philips (Филипс), Tefal (Тефаль) под крышкой есть еще болты. Их тоже выкручиваем. Вообще, если видим крепеж, его снимаем.

Снять заднюю крышку — первое что надо сделать при разборке утюга

Каждый производитель разрабатывает свою конструкцию, причем она часто меняется от модели к модели. Потому и возникают трудности. Но есть несколько моментов, которые встречаются практически у любых производителей.

Сразу надо снять диск регулятора температуры и кнопки подачи пара для чего их надо зажать в пальцах и потянуть вверх. В кнопках могут быть защелки, так что может понадобиться что-то тонкое, чтобы можно их было немного отжать — можно поддеть отверткой.

Чтобы разобрать утюг надо снять кнопки

В некоторых утюгах как, например, в Rowenta, как на фотографии, есть болты на ручке (бывают в некоторых моделях Scarlet). Если такие есть, их откручиваем. Под снятыми кнопками тоже прячется винт, его тоже выкручиваем. Затем снимаем верхние пластиковые детали. Они обычно крепятся на замках-защелках. Чтобы было проще их снимать, в замок можно завести лезвие ножа или кусок пластика (пластиковой карты).

Под крышками обычно находится некоторое количество болтов. Открутив их, продолжаем разборку до тех пор, пока не будет отделен корпус и подошва. К сожалению, более точные рекомендации дать невозможно — слишком разные конструкции бывают. Что можно посоветовать — действовать неспешно и аккуратно. И несколько видео о том, как разобрать утюги разных марок.

Сетевой шнур

Выход из строя электрошнура — довольно распространенный вид поломки. При таком повреждении утюг может вообще не включаться или работать урывками, может плохо греться подошва. Шнур может загибаться, завиваться, в места изгиба повреждается изоляция, некоторые провода могут перетереться совсем или частично. Если есть подобные повреждения, шнур лучше заменить вне зависимости от того, в нем причина или нет. Во всяком случае все места с поврежденной изоляцией надо заизолировать.

При любом повреждении начинается любой ремонт утюга с проверки шнура. Чтобы точно определить в нормальном он состоянии или нет, его необходимо прозвонить. Для этого достаточно снять заднюю крышку. Станет доступной клеммная колодка, к которой и подключен шнур. Понадобиться тестер или мультиметр. Ставим его в режим прозвонки, один щуп прижимаем к одному контакту вилки, вторым касаемся одного из проводов на колодке. При прикосновении к «правильному» проводу мультиметр должен издать писк. Это значит, что провод цел.

Проверяем целостность шнура электропитания

Цвет изоляции проводников может быть любым, но желто-зеленый это обязательно заземление (его надо проверять установив щуп на небольшую металлическую пластинку в нижней части вилки). Остальные два соединены со штырями вилки. Вот один из этих двух проводов должен звониться со штырем, к которому вы прижали щуп мультиметра. Ту же операцию повторяем с другим штырем.

Для полной уверенности в исправности шнура его нужно во время прозвонки помять/покрутить. Особенно в тех местах, где есть проблемы с изоляцией. Если писк от таких действий прерывается — шнур лучше заменить. Подлежит замене он и если один или оба штыря «не звонятся». Возможно вам повезет и дальнейший ремонт утюга вам не потребуется.

Проверка работоспособности ТЭНа

Если утюг совсем не греется, возможно сгорел ТЭН. Если это так, то стоит купить новый утюг, так как замена обойдется почти в ту же сумму. Но прежде всего надо убедиться, что виноват именно ТЭН.

Это выходы нагревательного элемента утюга

Для того чтобы проверить ТЭН, добираемся до самой подошвы утюга. На ней, ближе к задней части, есть два выхода нагревательного элемента. Переводим мультиметр в положение измерения сопротивления (до 1000 Ом), проводим измерения. Если на дисплее цифры порядка 25о Ом, значит ТЭН в норме, если больше — сгорел. Как уже говорили, в случае перегорания ТЭНа ремонтировать утюг не стоит — выгоднее купить новый.

Проверяем терморегулятор

Терморегулятор выглядит как пластина с группой контактов и торчащим пластиковым штырем, на который затем надевается диск.

Это терморегулятор на утюге

К пластине подходят два контакта. На них устанавливаем щупы мультиметра и проверяем работоспособность (прозваниваем). В положении «выключено» звук мультиметра должен пропадать, при включении и повороте в любое положение он должен продолжать звучать.

Повреждение может состоит в том, что в положении «включено» контакта все равно нет — тогда утюг не греет совсем. Может быть иная ситуация — он не отключается регулятором и/или не реагирует на положение регулятора. Обе причины в контактах. И, скорее всего, они подгорели.

В первом случае может мешать нагар, который можно счистить засунув между контактами кусочек наждачной бумаги с мелким зерном и пару раз и «поелозить» по контактам. Если наждачки нет, можно использовать пилочку для ногтей, но действовать надо аккуратно — температурные настройки зависят от изгиба пластин. Так что сильно изгибать их нельзя.

Во втором случае — если утюг не отключается — контакты, возможно, пригорели — сплавились. Ремонт утюга в этом случае состоит в попытке их разъединить. Но такой фокус удается редко. Выход — заменить его.

Терморегулятор с другого ракурса

Может быть другой момент: при падении контакты могли каким-то образом сцепиться. При нагреве подошвы утюга изгибающаяся термопластина давит на контактные группы, но контакты разомкнуться не могут. Результат тот же — утюг при нагреве не отключается. Ремонт утюга тоже аналогичен — пытаемся вернуть пластинам подвижность, стараясь не искривить их. Если не получается — меняем.

Проверка предохранителя

Примерно в том же районе, где находится терморегулятор, установлен термопредохранитель. Он стоит на случай перегрева подошвы утюга — перегорает если утюг разогревается до опасных температур. Обычно на этот предохранитель надета защитная трубка и чаще всего она белого цвета.

Ремонт утюга: предохранитель и его прозвонка

Находите контакты, прозваниваете. В нормальном состоянии предохранитель «звенит», если перегорел — тишина. При желании, можно трубку сдвинуть, прозвонить напрямую — может быть обрыв/перегорание соединительного провода. Если перегорел предохранитель — выпаиваете, ищите аналогичный и устанавливаете его на место.

Исключать термопредохранитель из схемы не стоит — он убережет от пожара в случае проблем с терморегулятором: просто перегорит и утюг не будет работать. И хоть утюг потребует ремонта, ваш дом будет в безопасности.

Система разбрызгивания пара

Если из утюга почти не выходит пар, а вода в емкости есть, скорее всего солями забились отверстия. Восстановить работоспособность можно несложным приемом. В посуду с невысокими бортами (подойдет сковорода или противень) наливаете воду и уксус (обычный, столовый без красителей). На литр воды один стакан уксуса. Второй рецепт — на 250 мл кипятка 2 чайные ложки лимонной кислоты. В посуду с приготовленной жидкостью опускаете отключенный утюг. Жидкость должна покрывать подошву.

Очищение отверстий для выхода пара на утюге

Емкость с утюгом ставите на огонь, доводите до кипения, выключаете. Ждете пока остынет. Снова разогреваете. Так повторять можно 3-4 раза. Пока не растворятся соли.

Иногда из разбрызгивателя перестает идти вода. Скорее всего, это связано с тем, что отсоединилась трубка. В этом случае ремонт утюга состоит в том, что надо разобрать именно панель, на которой закреплены кнопки впрыска и установить на место все трубки, провода.

Второй способ очистить утюг от накипи — разобрать его полностью, чтобы осталась одна подошва. Подошву заклеить скотчем, чтобы не просачивалась вода, но можно тоже поставить в посуду. Внутрь подошвы залить горячую воду с уксусом или лимонной кислотой, выдержать до остывания, слить, залить снова. Так продолжать до тех пор, пока вас не удовлетворит результат. После промыть водой и собрать.

Устройство утюга различается в зависимости от типа и назначения модели. Для облегчения выбора нужно иметь представление об основных характеристиках, принципах работы обычных моделей, изделий с парогенератором, парового или дорожного варианта.

Модельный ряд делят на следующие виды:

  • обычные;
  • с датчиком нагрева и разбрызгивателем;
  • паровые;
  • беспроводные;
  • дорожные.

Рассмотрим, как работают бытовые модели для глажки и особенности их функций.

Обычный утюг

Обычная модель исполнена просто и имеет минимум возможностей. Единственным регулирующим устройством является температурный датчик с опциями переключения нагревания подошвы. Из-за ограниченности функций такие модели не пользуются популярностью.

Устройство


Основные элементы:

  1. Подошва – главная часть, от которой зависит качество и удобство использования. Обычно изготавливают с тефлоновым, керамическим, иногда сапфировым покрытием. Это позволяет уменьшить трение между изделием и подошвой при глажке. В недорогих моделях она из алюминия или стальная.
  2. Трубчатый электронагреватель (ТЭН) – расположен внутри подошвы. Состоит из нихромовой спирали с керамическими кольцами.
  3. Терморегулятор отвечает за температуру подошвы. Он должен включать или возобновлять работу по требуемому режиму глажки.
  4. Провод имеет тканевую оплетку, у основания предусмотрен пластиковый ограничитель. Он трехжильный (одна из жил предназначения под заземление).
  5. Крышка корпуса – она выполнена из прозрачного материала и закрывает механизм подачи пара.
  6. Ручка – обычно выполняется из нескользкого пластика.
  7. Сигнальный индикатор – во всех моделях нагреватель соединен контактами с лампочкой. Она включается при нагревании подошвы.

Принцип работы

Принцип работы утюга заключается в том, что по нагревательному элементу проходит ток и выделяется тепловая энергия, так действуют все модели. Разница между ними в добавлении полезных функций. Регулировка степени нагрева обеспечивается термостатом, и после набора тепла подача тока прерывается. Через время после остывания подача тока возобновляется, о чем свидетельствует индикатор.

Электрическая схема

Принципиальная схема состоит из следующих элементов:

  • электронагреватель ТЭН;
  • терморегулятор с пластиной из биметалла;
  • резистор сопротивлением 270 кОм;
  • лампа в качестве индикатора;
  • сетевая вилка под напряжение 220 в.

После включения шнура в розетку нагревается ТЭН. В цепи параллельно ему подсоединены сопротивление и индикатор для сигнальной подсветки при достижении рабочего режима. Терморегулятор состоит из биметаллической пластины, она меняет форму при нагреве. При этом контакты размыкаются, цепь становится разомкнутой. Световой индикатор выключается. После того, как постепенно остывает биметалл, пластина опять восстанавливает форму и цепь ТЭНа – индикатора. Нагрев продолжается дальше.

Утюг с парогенератором

Модели бывают со встроенным генератором и отдельно стоящим. У девайсов с отдельно стоящим парогенератором система подачи соединена при помощи проводов и паропроводящих шлангов.

Устройство

Изделие оборудовано специальной станцией с ТЭНом, резервуаром для воды. Горячий поток воздуха подается по специальному шлангу. Главная роль здесь отведена паровой станции, где происходит нагрев до заданных значений. Ее строение следующее:

  • емкость для воды;
  • нагревательный элемент (ТЭНа);
  • термостат;
  • предохранитель;
  • тумблер регулировки давления;
  • крышка для защиты предохранительного клапана;
  • собственно клапан;
  • дозатор;
  • манометры (в отдельных моделях).

Перечислим основные элементы всей конструкции:

  1. Задняя крышка – крепится винтами к корпусу. Бывает прикрепление к колодке, в этом случае крышка прямая. Если она не закреплена на колодке, то при разборке крышку необходимо тянуть вверх. Фиксаторы при этом освобождают крепеж.
  2. Колодка фиксирует кабель в корпусе. Может быть монолитной или разборной. Монолитная снимается, если раскрутить винты на колодке и хомуте. Чтобы снять разборную колодку, нужно отжать фиксаторы.
  3. Верхняя крышка закрепляется специальными приспособлениями с отжимами. Предусмотрено снятие с двух сторон.
  4. Корпус привинчен к паровой станции утопленными креплениями. Они отличаются по форме и по длине.
  5. Подошва содержит токопроводящие и нагревательные элементы.

По виду паровые станции различают на самотечные и помповые. В первых жидкость попадает туда, где находится нагревательный элемент. Там при высоких градусах жидкость испаряется. В помповых нагрев воды выполняется непосредственно в отдельной емкости. После парообразования горячий воздух под высоким давлением подается к подошве.

Если требуется погладить небольшой объем белья и нет высоких требований к результату, подходят самотечные изделия. При необходимости иметь идеально отглаженные вещи, лучше применить помповую модель.

Принцип работы

Для правильного функционирования паровой станции нужно выполнить следующие действия:

  • открутить крышку клапана;
  • заправить емкость водой;
  • подключить станцию к сети (напряжение 220В);
  • включить кнопку ТЭНа на панели, чтобы начался нагрев воды до 160 градусов.

Принцип работы утюга с парогенератором – это целая система подачи горячего воздуха без нагрева подошвы. При достижении указанных значений вода превращается в пар. Давление в пределах 0.35 Мпа. Через 150 секунд система готова для эксплуатации. В моделях предусмотрена защита от перегрева, эти функции обеспечивают термостат и предохранитель. В случае, если режим пара превышает нормативные значения, срабатывает автоотключение ТЭНа. Когда градусы снижаются, автоматически включается нагрев. При поломке термостата предохранитель обеспечивает безопасность работы. Если он перегорает, отключается вся цепь. После замены предохранителя использование девайса можно продолжить.

Электрическая схема

Схема электроутюга с парогенератором состоит из следующих частей:

  • евровилки с заземлением;
  • реле КМ – с цепями питания обмотки;
  • SK – датчика положения;
  • терморегулятора;
  • соединительной колодки;
  • термозащиты;
  • ТЭНа;
  • индикаторных ламп.

Датчик положения с реле КМ выполняют функции защиты. Там же располагается светодиодный индикатор включения.