Утюг с электронной регулировкой температуры своими руками

Обновлено: 04.07.2024

Строго говоря, тема длиннопоста относится скорее к разработке, чем к ремонту.

Но поскольку разработка имеет практическую ценность в первую очередь для целей ремонта, я решил спросить у @gepka разрешения на публикацию в разделе ремонтников, с чем он любезно согласился.

Началось все с того, что мне принесли компактный дорожный утюг, с вопросом можно ли его починить. Разобрав его я увидел, что внутренние клеммы подгорели, регулятор из биметаллика частично оплавился, короче починить его я мог, но с только кастрацией термостабилизации. Поскольку стоимость утюга составляла что-то около 700 рублей, владелица решила, что ожидаемый результат все равно не стоит усилий и сказала, что можно выкинуть.

Я уже отрезал было шнур питания, но нечто внутри меня внезапно подтолкнуло уточнить, могу ли я забрать подошву. Разумеется нагреватель с подошвой для владелицы, как отдельная часть не представляли никакой ценности, и я получил добро делать со всем потрохами все, что мне заблагорассудится.

Я давно уже подумывал, что надо бы сделать что-то для нижнего подогрева, но поскольку я разработчик, а не ремонтник, мысли были вялые и аппатичные.

Но раз уж подвернулась оказия, было решено попробовать сделать подогрев из того, что упало в руки. Сразу оговорюсь, что я не ставил своей целью сделать устройство привлекательным. В данном случае мне требовалась только 1) функциональность и 2) безопасность прибора. Именно по этим двум причинам оно и сделано 1) невзрачно и в довольно короткие сроки 2) но все-таки в корпусе.

Прикинув, в какой корпус засунуть все потребное я остановился на корпусе CD-ROM.

LED семисегментник (текущая температура, установки, меню) тумблер отключения текущей работы (но не выключения устройства), индикатор работы и включенного нагревателя, ротационный энкодер с кнопкой, справа - разъем для обновления прошивки

Ну тут особо нечего рассказывать, любому человеку с руками и инструментом очевидно, как и что сделано, не буду останавливаться на этом. Подошва установлена на стойки, стойки закреплены к нижней стенке.

По силовой части – просто разъем Е14, выключатель, небольшая плата с предохранителем и фильтром мне показалась здоровой идеей, поскольку на момент сборки я не исключал, что буду использовать ШИМ на килогерцовых частотах, а шуметь относительно мощным потребителем в сеть – не лучшая идея. Позднее я обнаружил, что все, имеющиеся у меня IGBT имеют встроенный диод, что потребовало бы городить выпрямитель и, возможно, демпфер, а места внутри не так много. Так что отказался от этой мысли в пользу твердотелого реле.

Примерно так я прикинул что у меня куда подключится (ну ладно, на самом деле сперва распаял как мне распаялось, а потом перерисовал, чтобы не путаться)

Вот так я скомпоновал модули.

Да, признаю, видок на троечку, как и аккуратность исполнения. Но поскольку повторять такое изделие мне наверняка более никогда не представится (а Вам часто приносят в ремонт утюги ?) – решил, что изготовление отдельного шилда нецелесообразно. Сомневаюсь, что при наличии альтернативы в виде дешевой плитки из Ашана кто-то из Вас пойдет покупать утюг, отрывать от него подошву и делать корпус по образу и подобию моего поделия.

Контроль температуры производится термопарой K-типа (можно было и по другому, но взял то, что было под рукой), термопара прикреплена в подошве снизу, на фото ее не видно, только шлейф с разъемами. Рассчет ОУ для контроля взят из интернета (в конце поста будут ссылки на источники – не вижу причин нагружать пост результатами чужих статей)

Рассчет термостабилизации – стандартный тепловой рассчет. Масса подошвы нам известна, (325 грамм, в моем случае) материал, как я предположил – сталь. Теплоемкость стали 460дж/(кг*градус). Текущую температуру берем через АЦП с термопары, зная на сколько градусов нам нужно подогреть – вычисляем мощность: 225вольт^2/сопротивление нагревателя= в моем случае 750Вт. Одна Ватт/секунда – один джоуль. В экселе прикидываем, проверяем экспериментально – все расчеты почти идеально подтвержаются практической работой.

adc=(z 0) press--; // таймер паузы нагрева

if (ind_no>4) ind_no=0;

PORTB=(4 =end_temp) beep(1000); // сигнал достижения температуры

run=2; // признак - продолжать выполнение, отключить сигнал.

В принципе это практически все главное, что Вам нужно от программы МК. Таймер, ноги, и меню, думаю все осилят. Если нет – не вопрос, выложу, не жалко, но разбираться Вам все равно придется, а это по опыту всегда лучше делать самому, а не ковыряясь в чужом коде.

Данные АЦП с термопары имеют практически идеальную линейную зависимость к температуре. Я не стал городить подстроечные резисторы для схемотехнической регулировки, а коррекцию производил вычислительно. Да, это потребовало использование float, чего я вообще-то очень не люблю, но в данном случае я очень далек от тому, чтобы упереться в производительность чипа, так что счел допустимым. Калибровка производилась вот этим (одолжил на пару дней у наших кондиционерщиков), Вы можете использовать все ту же термопару и мультиметр.

Правда диапазон прибора только до 200гр.С, а подогрев я рассчитывал до 250гр.С но в диапазоне от 30 до 200гр линейность практически идеальна, так что думаю, что и до 250 она такая же.

Пост получился немного скомканным, но я не знаю, что именно будет интересно, а углубляться в возможно совершенно очевидные вещи мне не хотелось. Лучше подробно отвечу в комментариях.

Контейнер я сделал в виде ящика размером 800х800х1500 мм из трехмиллиметровой фанеры и деревянных стоек — брусков сечением 30×30 мм. Снаружи ящик утеплил листами поролона толщиной 30 мм (дно оставил без утеплителя).

Внутри на основание высотой 100 мм (из досок, прикрепленных к боковым стенкам) настелил доски сечением 147×10 мм. Отверстия ø 15 мм я досках, как и десятимиллиметровые зазоры между ними, — для циркуляции воздуха.

В качестве нагревателя использовал две последовательно включенные изолированные спирали от электроутюга. Уложил их на дно рамки, сваренной из швеллеров и опирающейся на уголки, привинченные к теплоизоляционной текстолитовой плите.

Для улучшения циркуляции воздуха прикрепил к задней стенке жестяной воздуховод, начинающийся в 30 мм от дна и заканчивающийся в 10 мм от крышки. В нем установил датчик терморегулятора.

Крышка контейнера сбита тоже из фанеры и деревянных брусков. Только утеплена не поролоном, а пенопластом толщиной 30 мм. Откидывающаяся часть соединена с неподвижной частью крышки форточными петлями.

Весь контейнер обтянут снаружи полиэтиленовой пленкой для защиты от дождя и снега.

Рис. 1. Габариты ящика.

Рис. 2. Конструкция контейнера (передняя стенка ящика с утеплением условно не показана):

1 — дно, 2 — спираль нагревателя, 3 — нагреватель, 4 — уголок, 5 — текстолитовая плата, 6 — боковые стенки ящика, 7 — деревянные стойки, 8 — листы поролона, 9 — терморезистор, 10 — задняя стенка, 11 — пенопласт, 12 — воздуховод, 13 — стенки крышки, 14 — петли, 15 — ручка, 16 — откидная часть крышки, 17 — отверстия ø 15 мм, 18 — доски настила, 19 — опорный брус.

Поначалу опасался, что картофель будет промерзать вблизи стенок ящика, а на досках настила, наоборот, прорастать от излишнего тепла. Однако ничего подобного не происходит, температура во всем объеме контейнера держится достаточно стабильно.

Терморегулятор собран на основе простой электронной схемы, не содержащей дефицитных деталей. Однако точность поддержания температуры у него настолько высокая, что контейнер можно использовать летом как инкубатор.

Блок питания терморегулятора у меня — с трансформатором 220×12 В (ТВК-70 или ТВК-110).

Р и с. 3. Принципиальная схема терморегулятора.

Необходимая температура устанавливается переменным резистором RЗ.

Утюг нагревается спиралью, как правильно регулировать температуру? Не подходят силовые элементы, трансформаторы, оснастка, которой напичкана бытовая техника. Экзотикой регулятор назвать нельзя. Биметаллическая пластина, сопутствующая кухне с момента выхода первых нагревательных приборов, облегчающих жизнь хозяйке. Устройство утюга мало отличается в электрическом плане от масляных обогревателей. Сказали бы, разница ограничивается конструкцией ТЭНа, в радиаторе двойной, у утюга одинарный. В масляном обогревателе элемент формы, близкой привычной, знакомой из рекламы стиральных машин каждому. У утюга схема напоминает электрочайник с плоским ТЭНом (с обратной стороны дна привальцована подковой спираль). Устройство утюга пересекается с прочей бытовой техникой, любопытно наблюдать знакомому с темой ремонта.

Виды электрических утюгов

В зависимости от функций гладильную технику разделяют на несколько видов.

Простая. Классические модели имеют скудную функциональность. В таких устройствах отсутствует система увлажнения ткани. Наличие терморегулятора позволяет изменять температуру нагрева подошвы, чтобы подобрать оптимальный режим для любых материалов – от деликатных до грубых.

Наличие дополнительных функций влияет на конструкцию прибора. Так, простые утюги, в которых не предусмотрена возможность отпаривания ткани, имею гладкую подошву без отверстий для выхода пара, у них также отсутствует резервуар для жидкости. Устройства с функцией автоматического сматывания шнура имеют специальный механизм и отсек, в который убирается провод.

Эксплуатация

Использование любой модели достаточно простое. Все, что требуется, это правильно выставлять режимы для глажки. В большинстве современных устройств датчик переключения расположен на верхней стороне. Есть модели, где регулятор находится прямо на ручке.

Вы должны просто включить утюг в розетку и подождать несколько минут. Как только подошва достигнет установленной температуры, прозвучит сигнал или лампа на корпусе погаснет. После этого можно приступать к глажке.

Не следует оставлять воду в парогенераторе или резервуаре после всех проведенных действий. Часто в ней содержатся микроэлементы, минералы и соли, которые могут повредить прибор или его комплектующие. Воду для утюга лучше предварительно фильтровать. Это поможет избежать засоров и поломок.

Конструкция прибора

Утюг устроен достаточно сложно. Внутри корпуса размещены несколько десятков элементов, основу которых составляют следующие узлы:

нагревательный элемент;
регулятор для поддержания температуры нагрева подошвы в заданных пределах;
сетевой шнур;
система подачи пара;
подошва.

На корпусе также находится индикатор. Когда лампочка горит, это свидетельствует о том, что рабочая поверхность еще не достигла нужной температуры.

Нагревательный элемент

Представляет собой нихромовую спираль, дополненную керамическими кольцами. К ней с помощью сетевого шнура поступает электрический ток, происходит нагревание спирали, а от ТЭН тепло передается подошве. В результате поверхность равномерно прогревается до заданной температуры.

Терморегулятор

Чтобы можно было подбирать подходящий режим для глажки различных типов ткани, в утюге имеется терморегулятор. Специальное колесико, расположенное на корпусе прибора, выставляют в определенное положение, чтобы отрегулировать термостат. Когда температура достигает нужного значения, происходит размыкание цепи, и подача напряжения прекращается.

Электрический провод

Шнур состоит из 3 жил, закрытых пластиковой изоляцией. Одна из жил используется для заземления – это позволяет снизить риск удара током.

Чтобы удлинить срок службы утюга, предотвратить перетирание полимерной оболочки в процессе глажки, провод дополнительно имеет тканевую оплетку. Возле основания прибора расположен пластиковый ограничитель, препятствующий излишним перегибам шнура.

Система подачи пара

Современные утюги оснащены системой подачи пара. Она состоит из резервуара для жидкости, размещенного в корпусе, специального заливного отверстия, сопла на носике, камеры, расположенной рядом с ТЭН, каналов, через которые пар подается к отверстиям в подошве.

Управление системой осуществляется с помощью 2 кнопок, расположенных на ручке устройства.

Первая отвечает за подачу струи горячего влажного воздуха через отверстия в подошве. Превращение воды в пар происходит в отдельной камере. После нажатия соответствующей кнопки небольшая порция жидкости подается в специальный резервуар, где за считанные секунды нагревается, полученный пар поступает к подошве.

Подошва

Материал, применяемый для изготовления подошвы, также влияет на удобство использования прибора и качество глажки. Алюминий нагревается в короткие сроки, но неустойчив к механическому воздействию. Подошва из нержавеющей стали легко чистится, хорошо скользит. Керамическое покрытие справляется с любыми типами тканей. При этом уход за ним не отличается особой сложностью – для удаления нагара или грязи достаточно мыльного раствора и губки.

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.

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.

Электрическая схема и принцип работы

Стандартная электрическая схема прибора представлена на картинке и включает в себя:

нагревательный элемент;
систему регулирования температуры;
резистор;
лампу;
вилку.

В качестве нагревателя в обычных утюгах используют ТЭН. Он представляет собой спираль, помещенную в металлический или керамический корпус-трубку. При подаче напряжения металл раскаляется, и тепло подается к подошве.

Важно! Многие современные устройства имеют систему индикации, некоторые оснащены термопредохранителями, срабатывающими, когда температура нагрева превышает предельно допустимое значение.

Принцип работы утюга состоит в выделении тепловой энергии при прохождении электрического тока через нагревательный элемент. Тепло от ТЭН передается подошве. Для регулирования степени нагрева поверхности используют термостат. Колесико на корпусе прибора выставляют в определенное положение, после нагревания до заданной температуры подача тока прекращается. Когда поверхность остывает, ток снова поступает к ТЭН, на корпусе загорается индикатор.

Проверяем терморегулятор

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

Это терморегулятор на утюге

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.

Особенности конструкции беспроводных утюгов

Беспроводное устройство состоит из самого утюга и базы – станции, на которую ставят прибор для подзарядки. Главное отличие таких моделей от всех других видов – отсутствие электрического шнура. Нагревание подошвы осуществляется через базу, которая накапливает электричество, а потом передает его нагревательному элементу. Прибор некоторое время работает (продолжительность зависит от мощности ТЭН, материала подошвы и других факторов), а после остывания подает сигнал о необходимости подзарядки. Сама станция подключается к электросети с помощью сетевого шнура.

Знание устройства утюга пригодится при выборе лучшей модели или в процессе ремонта прибора своими руками.

Подошва

Устройство утюга начинается с его основания. Подошва представляет собой толстую железную плиту треугольной формы, которая образует базу, на которой построен электрический прибор. Нижняя поверхность и края хромированы или покрыты керамическим раствором, чтобы предотвратить коррозию.

Опорная плита должна удерживать прижимную пластину и крышку на месте. Если разобрать верхнюю часть, можно увидеть две или иногда три шпильки. Они помогают удерживать положение крышки и прижимной пластины. Благодаря этому корпус становится прочнее, а все элементы внутри остаются защищенными от сильного давления. Подошва утюга из керамики также пользуется высоким спросом. Керамический элемент более надежный по мнению покупателей и многих экспертов.

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.

Определитесь с мощностью

По мощности утюги можно разделить на три группы.

До 1 500 Вт — дорожные утюги. Хорошо справляются с лёгкими футболками и платьями, с постельным бельём и полотенцами придётся повозиться. Вариант для путешествий и одиночек.
1 600–2 000 Вт — бытовые утюги. Таким приборам по плечу практически любые вещи, даже слегка пересушенные. Вариант для семей, где гладят несколько раз в неделю.
Более 2 000 Вт — профессиональные утюги. Такой мощностью могут похвастаться дорогие модели и паровые станции. Вариант для ателье и химчисток, а также семей, где очень много глажки.

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

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.

Бытовая техника

Прежде чем рассматривать схему электрического утюга, я думаю стоит коснуться самого этого бытового электроприбора. Утюг придумали ещё в далёком 17-ом веке, а вот именно электрическим он стал только в 20-ом. После того как наша страна стала электрифицированной, начали массово выпускать и использовать бытовые электроутюги. Сегодня мы живем в век цифровых технологий, новейших нанотехнологий. Электрический утюг из простого нагревательного прибора трансформировался в технический аппарат, который напичкан электроникой.

Современные электрические утюги бывают трёх типов:

без регулирования температуры нагрева;
с терморегулятором;
с терморегулятором и пароувлажнителем.

Как правило все утюги имеют одну и ту же конструкцию, состоящую из нагревательного элемента, индикатора включения и отключения, а также терморегулятора (реле).

Принципиальная схема электрического утюга

В качестве нагревательного элемента чаще всего применяется ТЭН. ТЭН — это нихромовая спираль, которая помещена в в специальный корпус, часто в виде трубы. Трубку делают из несгораемого материала — керамика или металл. При подаче напряжения на спираль, она раскаляется и тепловая энергия подаётся к основному металлическому корпусу утюга (подошве).

Электроутюг также снабжён системой индикации, которая показывает — работает ли ТЭН или отключен. Сигнальная лампочка (индикатор) начинает светиться как только утюг подключается к электрической сети. Она сигнализирует нам о том, что нагревательный элемент (ТЭН) включен. При достижении определённой температуры (необходимой нам для глажки того или иного материала) лампочка гаснет, указывая на готовность утюга к работе. Дальнейшее включение или отключение индикатора-лампочки показывает нормальную работу утюга.

Ещё очень важная деталь любого электроутюга — это наличие термодатчика. Именно он заставляет срабатывать термореле, когда температура нагревательного элемента принимает максимальную величину. Термодатчик активирует, т.е. подаёт сигнал на реле, которое, в свою очередь, отключает подачу напряжения на спираль нагревательного элемента. Когда температура подошвы утюга понижается до минимального значения, то термодатчик вновь срабатывает — через термореле подаёт напряжение на ТЭН. Во всех утюгах обязательно предусмотрен термопредохранитель, который отключает нагревательный элемент (ТЭН), если не срабатывает основной регулятор, а температура подошвы превышает температуру срабатывания термопредохранителя.

В современных электрических утюгах устанавливается терморегулятор. Его назначение заключается в плавной регулировки напряжения, которое подаётся на нагревательный элемент. Регулируя напряжение, мы регулируем степень нагрева спирали ТЭна, а следовательно и температуру подошвы утюга.

Принцип действия терморегулятора основан на использовании свойств металлов расширяться (удлиняться) при нагревании и сжиматься при охлаждении. Биметаллическая пластина, которая состоит из двух слоёв разных металлов с различными коэффициентами линейного расширения, является основной рабочей частью терморегулятора. Одним концом пластинка прикреплена к подошве утюга, другой конец остается свободным. При нагреве подошвы утюга до определённой температуры биметаллическая пластинка изгибается в сторону металла, имеющего меньший коэффициент линейного расширения, и при достижении заданной температуры размыкает контакты, тем самым отключая ТЭН. При уменьшении температуры подошвы утюга пластина возвращается в первоначальное положение и включает нагревательный элемент. Таким образом, температура нагрева утюга автоматически поддерживается в заданных пределах и обеспечивает среднюю температуру глажения.

Читайте также: