Ikdienā ir dažādas situācijas, kur dažreiz ir nepieciešams nodrošināt iespēju regulēt jaudu, piemēram, kad tiek vārīts ūdens, izmantojot sildspirāli, kad nepieciešams nodrošināt noteiktu ūdens temperatūru. Automatizējot sistēmu, ir iespējams nodrošināt automātisku temperatūras regulēšanu, piemēram, kad ūdens tiek sildīts atbilstoši temperatūras profilam.
Līdzīgi risinājumi tiek izmantoti arī citur, piemēram, lodēšanas stacijās, lai nodrošinātu noteiktu lodāmura darba temperatūru.
1.1.att. Automatizēts sildspirāles jaudas regulators
Lai nodrošinātu automātisku ūdens temperatūras uzraudzību, tiek izmantots K tipa termopāris, kura sprieguma izmaiņas tiek pastiprinātas, jo tās mērāmas mikrovoltos. Tālāk pastiprinātās sprieguma izmaiņas tiek apstrādātas, izmantojot mikrokontrolleri.
Piemēram, veicot testus, tika izmantots Arduino Uno. Tālāk atbilstoši temperatūras izmaiņām tika regulēta sildspirāles jauda.
1.2.att. Sprieguma mērījums, kad ūdens temperatūra ir 78 °C
1.3.att. Sprieguma izmaiņas atkarībā no temperatūras izmaiņām pēc pastiprināšanas
1.4.att. Sildspirālei padotā jauda, kad triaks tiek atvērts pēc 9 ms
1.5.att. Sildspirālei padotā jauda, kad triaks tiek atvērts pēc 1 ms
1.6.att. Sildspirāles jaudas regulatora elektriskā principiālā shēma
Sildspirāles elektrobarošanai tiek izmantots 230 V maiņspriegums, tāpēc tās jaudas regulēšanai tiek izmantots D1 triaks (simistors), kura pareizai vadībai, lai to varētu izmantot tīkla maiņsprieguma jaudas regulēšanai, jānodrošina sinhronizācija attiecībā pret tīkla maiņsprieguma nulles šķērsošanas brīdi, kas nozīmē, ka nepieciešama elektriskās principiālās shēmas daļa, kas to nodrošina.
Triaka jeb simistora atvēršanās leņķa regulēšana tiek nodrošināta, zinot nulles šķērsošanas brīdi, kuru ir iespējams noteikt, izmantojot U2 optronu.
R4 rezistors paredzēts strāvas ierobežošanai caur optrona gaismas diodi.
Tā kā nulles punkts tiek šķērsots katra pusperioda sākumā, tad ir zināms, ka tas atkārtojas pēc 10 ms, jo tīkla maiņsprieguma frekvence ir 50 Hz, kas nozīmē, ka periods ir 20 ms. Tas nozīmē to, ka maksimālā jauda tiks padota, ja triaks tiks atvērts uzreiz pēc nulles šķērsošanas (skatīt zemāk iekrāsoto daļu).
1.7.att. Sildspirālei padotā jauda atkarībā no triaka atvēršanas leņķa attiecībā pret tīkla maiņspriegumu
R8 rezistors nodrošina augsta signāla līmeņa piesaisti pie Arduino Uno ieejas, lai brīdī, kad tiek šķērsots nulles punkts, Arduino Uno varētu uztvert loģiskā līmeņa izmaiņas no zema (0 V) uz augstu (5 V).
Lai varētu nodrošināt jaudas regulēšanu, programmas kodā ir daļa, kas nosaka nulles šķērsošanas brīdi, nodrošina aizturi, pēc kuras seko triaka atvēršana. Ieteicamais aiztures ilgums ir robežās no 0,5 līdz 9,5 ms.
Lai varētu nodrošināt triaka atvēršanu, lai mazjaudas daļa, kas šajā gadījumā ir līdzsprieguma daļa, būtu izolēta no jaudas daļas, lai vadību varētu nodrošināt, izmantojot Arduino Uno, tiek izmantots U1 optotriaks.
R2 rezistors paredzēts strāvas ierobežošanai caur triaka optrona gaismas diodi.
R1 rezistors ierobežo strāvu caur triaka optronu, kurš tiek izmantots jaudas regulēšanai paredzētā D1 triaka vadībai.
Papildus triaka aizsardzībai pret sprieguma lēcieniem, lai tos slāpētu, piemēram, kad induktīvai slodzei tiek regulēta jauda, tiek izmantota RC ķēde (snubber circuit), kuru veido R3 rezistors un C1 kondensators.
Tā kā shēma paredzēta slodzei, kura patērē strāvu līdz 3 A, tad shēmā ir paredzēts F1 drošinātājs, lai nodrošinātu aizsardzību pret pārslodzi.
Lai mazjaudas shēmas daļai varētu nodrošināt 5 V elektrobarošanu, tiek izmantots T1 pazeminošais transformators, pēc kura seko diožu tilts, kuru veido D2-D5 taisngriežu diodes, ar kuru palīdzību pazeminātais maiņspriegums tiek pārveidots par pulsējošu līdzspriegumu.
Lai pulsējošo līdzspriegumu, kurš tiek izmantots nulles šķērsošanas punkta noteikšanai, atdalītu no līdzsprieguma, kuram ir izlīdzinātas pulsācijas, tiek izmantota D6 taisngriežu diode.
F2 drošinātājs paredzēts transformatora aizsardzībai pret īsslēgumu.
Lai nodrošinātu līdzsprieguma pulsāciju "gludināšanu", shēmā ir paredzēts C2 elektrolītiskais kondensators, bet C3 keramiskais kondensators paredzēts parazītiskās induktivitātes novēršanai.
Izmantojot LM317 sērijas lineāro sprieguma stabilizatoru (U3), tiek nodrošināta 5 V stabilizācija, kur stabilizētā sprieguma vērtība ir atkarīga no sprieguma dalītāja, kuru veido R6 un R7 rezistori.
Shēmā paredzētais C4 elektrolītiskais kondensators nodrošina sprieguma pulsāciju "gludināšanu" sprieguma stabilizatora izejā, bet C5 keramiskais kondensators paredzēts parazītiskās induktivitātes novēršanai.
Lai lietotājs redzētu, kad ierīce darbojas, proti, atrodas ieslēgtā stāvoklī, shēmā ir paredzēta D7 gaismas diode, kur strāvas ierobežošanai caur to tiek izmantots R5 rezistors.
K tipa termopāra sprieguma izmaiņas tiek pastiprinātas, izmantojot U4 operacionālo pastiprinātāju, kura pastiprinājuma koeficients ir atkarīgs no R9 un R10 rezistoru attiecības.
RV1 potenciometrs paredzēts kalibrēšanai, lai varētu nodrošināt pēc iespējas mazāku sprieguma nobīdi.
C6 keramiskais kondensators paredzēts trokšņu ietekmes mazināšanai.
J9 pieslēgvieta paredzēta K tipa termopārim. Pieslēdzot to, jāievēro polaritāte!
J3-J8 pieslēgvietas paredzētas Arduino Uno, lai nodrošinātu automātisku sildspirāles jaudas regulēšanu atkarībā no temperatūras izmaiņām.
SW1 slēdzis paredzēts sildspirāles jaudas regulatora ieslēgšanai/izslēgšanai.