PIC12F675 ile Elektrotlu Isıtıcı Akım Sabitleme Devresi

Elektrotlu ısıtıcı sistemlerde en önemli sorunlardan biri, sıvı sıcaklığı yükseldikçe çekilen akımın da artmasıdır. İlk çalışmada düşük akımla devreye giren sistem, ısınma ilerledikçe daha fazla akım çekebilir. Bu durum bir noktadan sonra kaynama sesleri, düzensiz çalışma, sıvı seviyesinin azalması ve verimin bozulması gibi sorunlara yol açabilir.

Elektrotlu ısıtıcı için PIC12F675 tabanlı bir devre ile elektrotlu ısıtıcıda akım sınırlaması yapılmış ve daha kararlı hale getirilmiş.

PIC12F675 ile elektrotlu ısıtıcıda akım sabitleme devresi, klasik yöntemlerle kontrolü zor olan bu tip sistemlerde oldukça pratik bir çözüm sunar.

Temel amaç gücü tamamen kısmak değil, akımı güvenli ve verimli bir aralıkta tutmaktır. Böylece hem ısıtma performansı korunur hem de sistem daha sessiz, daha kararlı ve daha az bakım gerektiren bir hale gelir.

Özellikle elektrot yüzeyinin zamanla değiştiği, sıvı yoğunluğunun sabit kalmadığı ve akımın doğal olarak yükseldiği uygulamalarda bu yaklaşım önemli avantaj sağlar.

Uygun montaj ve doğru kalibrasyon ile, elektrotlu ısıtıcı sistemlerde verimli bir akım kontrolü elde edilebilir.

Elektrotlu Isıtıcı Nedir?

Elektrotlu ısıtıcı, klasik rezistanslı elektrikli ısıtıcılardan farklı çalışan özel bir sistemdir. Bu yapıda ısı, rezistans teli üzerinden değil; su veya iletken özellik kazandırılmış sıvı içerisinden alternatif akım geçirilmesiyle oluşur. Başka bir ifadeyle, sıvının elektriksel direnci doğrudan ısı üretiminde kullanılır.

Bu nedenle sistemin çalışma karakteri; sıvının iletkenliğine, sıcaklığına, yoğunluğuna ve elektrot yüzey durumuna bağlı olarak değişebilir.

Dış görünüş olarak bazı uygulamalarda radyatör veya petek benzeri bir gövde kullanılabilse de, çalışma mantığı klasik elektrikli radyatörlerden farklıdır.

Klasik tip cihazlarda ısıyı oluşturan ana eleman rezistans iken, elektrotlu sistemlerde ısı doğrudan sıvı ortam içinde meydana gelir.

Elektrotlu Isıtıcılarda Neden Akım Sabitleme Gerekir?

Bu tip ısıtıcılarda sistem soğukken çekilen akım düşük seviyede kalabilir.

Ancak sıcaklık yükseldikçe akım artar ve belirli bir noktadan sonra ısıtıcı içinde kaynama, vuruntu, çıtlama ve düzensiz çalışma görülebilir.

Sıvı eksildikçe veya çözeltinin yapısı değiştikçe sistem daha da kararsız hale gelir.

Pratik kullanımda, yaklaşık 2.5A seviyesinin hem yeterli ısıtma sağladığı hem de sistemi daha sessiz ve dengeli çalıştırdığı görülmüştür.

Ancak bu akımı yalnızca sıvı yoğunluğunu ayarlayarak sabit tutmak kolay değildir.

Elektrotların zamanla paslanması, temas yüzeyinin değişmesi ve çözeltinin özelliklerinin farklılaşması nedeniyle akım değeri sabit kalmaz.

Bu yüzden elektronik bir akım sınırlama ve sabitleme devresi gerekli hale gelir.

Çözüm: Faz Kontrolü Yerine Periyot Atlama Yöntemi

Bu projede klasik faz kontrolü yerine, daha temiz ve uygulamada daha verimli bir yöntem olan periyot atlama tekniği kullanılmış.

Bu yöntemde belirli bir zaman aralığında şebeke sinyalinin bazı tam dalgaları yüke aktarılır, bazıları ise bilinçli olarak atlanır.

Böylece ortalama akım düşürülür ve hedef seviyeye yaklaştırılır.

Açma işlemi gerilimin sıfır geçişine yakın, kapama işlemi ise akımın sıfırlandığı noktaya yakın gerçekleştiği için şebekeye verilen parazit oldukça düşük kalır.

Özellikle yüksek ısıl atalete sahip sistemlerde, yani sıcaklık değişimi yavaş ilerleyen uygulamalarda bu yöntem oldukça başarılı sonuç verir.

PIC12F675 ile Devrenin Çalışma Mantığı

Devrenin merkezinde PIC12F675 mikrodenetleyici bulunur. Mikrodenetleyici, giriş pininden şebeke yarım dalgalarını izler.

Pozitif yarım dalga algılandığında kontrol algoritması devreye girer ve yük akımı hesaplanan eşik değer ile karşılaştırılır.

Eğer ortalama akım belirlenen sınırın üzerine çıkarsa, yazılım daha fazla periyot atlayarak gücü azaltır.

Akım hedef değerin altına düştüğünde ise atlanan periyot sayısı azaltılır. Böylece sistem, belirlenen akım eşiği etrafında sürekli denge kurarak çalışır.

Bu yöntem, elektrotlu ısıtıcının içindeki sıvının direnci anlık olarak çok hızlı değişmediği için etkili olur.

Isıtma süreci belirli bir atalete sahip olduğundan, mikrodenetleyici ortalama akımı dengede tutarak sistemin daha kararlı çalışmasını sağlar.

Devrede Kullanılan Temel Bileşenler

• PIC12F675 mikrodenetleyici
• Optotriyak sürücü (MOC serisi)
• Triyak
• 12V besleme yapısı
• Akım algılama için el yapımı akım trafosu
• Eşik ayarı için RV1 trimpot
• Durum göstergesi olarak LED

Kontrol devresi şebekeden izole şekilde tasarlanabilir. Bununla birlikte, uygulamaya bağlı olarak trafosuz besleme çözümü de tercih edilebilir.

Triyak tarafında ise yük gücüne göre uygun akım değerine sahip eleman seçilmeli, gerekirse soğutucu kullanılmalıdır.

Akım Sensörü (Akım Trafosu) Nasıl Yapıldı?

Bu projede akım algılama için hazır bir sensör modülü kullanılmamış, bunun yerine tamamen el yapımı bir akım trafosu hazırlanmış.

Hazır sensörlerin maliyetli olması ve birden fazla cihaz için aynı devreden gerekmesi nedeniyle, daha ekonomik ve pratik bir yöntem uygulanmış.

Buradaki amaç yüksek hassasiyetli laboratuvar ölçümü yapmak değil; belirli bir akım eşiğini algılayıp kontrol devresine geri bildirim vermektir.

Akım trafosunun karkası olarak eski bir şebeke EMI filtresine ait UU10.5XXX serisi karkas, plastik gövde kullanılmış.

Karkas üzerindeki ayırıcı bölüm kesilerek çıkarılmış, ardından yüzey eğe ile düzeltilmiş.

Hazırlanan bu karkas üzerine 0.1 mm tel ile yaklaşık 2000 tur sarım yapılmış ve sargı çıkışı 1 kOhm direnç ile şöntlenmiş.

Böylece sensörden alınan sinyal, kontrol devresinin işleyebileceği uygun seviyeye getirilmiş.

Manyetik Nüve Nasıl Hazırlandı?

Manyetik nüve olarak hazır toroid çekirdek kullanılmamış, eski bir toroid transformatörden sökülen manyetik sac şerit değerlendirilmiş.

Bu sac, pencere genişliğine uygun olacak şekilde metal makasla yaklaşık 50 cm uzunluğunda şeritler halinde kesilmiş, ardından kenarlardaki çapaklar ve düzensizlikler hafifçe törpülenmiş.

Böylece sacın karkas içinden rahat geçmesi sağlanmış.

Daha sonra sac şerit, karkas çevresine katmanlar halinde sarılarak manyetik kısım tamamlanmıştır. Yaklaşık 7-8 kat sarım sonrasında kullanılabilir bir AC akım trafosu elde edilmiş.

Karkasın iç kısmı düz olduğu için sac şerit sarım sırasında yaklaşık 90 derece bükülerek yerleştirilmiş.

Ortaya tam yuvarlak bir toroid değil, tabanı düz ve kemer benzeri bir nüve şekli çıkmış. Ancak bu uygulamada hassas ölçüm değil, eşik algılama amaçlandığından bu yapı yeterli görülmüş.

Primer Tarafı Nasıl Oluşturuldu?

Bu akım trafosunda ayrı bir primer sargı bulunmaz. Bunun yerine, triyaktan yüke giden kablo manyetik nüvenin içinden 2 tur geçirilmiş.

Böylece yük akımı doğrudan primer görevini üstlenir. Bu yöntem hem yapıyı sadeleştirir hem de ilave kalın primer sargı ihtiyacını ortadan kaldırır.

Burada önemli noktalardan biri, bu iki turun geçiş yönüdür. Çünkü sensörden alınan sinyal devrede belirli yarım dalga koşuluna göre işlenmektedir.

Primer hattın nüveden geçiş yönü ters seçilirse, algılama mantığı bozulabilir veya eşik noktası hatalı çalışabilir. Bu nedenle kablonun nüveden geçiş yönü rastgele seçilmemelidir.

Akım Eşiği Nasıl Ayarlanır?

Bu sensör, hassas ölçüm cihazı gibi değil; belirli bir akım değerini referans almak için kullanılır. Devrede yer alan RV1 trimpotu, akım trafosundan gelen sinyal seviyesini ayarlamak için kullanılır.

Amaç, sensör çıkışının işlenmiş halinin mikrodenetleyicinin ADC girişinde yazılımda belirlenen eşik değere karşılık gelmesini sağlamaktır.

Kalibrasyon işlemi oldukça pratiktir. Yüke seri olarak bir ampermetre bağlanır ve ardından RV1 trimpotu yavaşça çevrilerek sistem istenen akım seviyesine getirilir.

Uygulamada bu değer yaklaşık 2.5A olarak ayarlanmıştır. Trimpot doğru noktaya geldiğinde sistem akım sabitleme moduna geçer.

LED Neden Yanıp Sönüyor?

Devredeki LED yalnızca enerji var bilgisini göstermez. Aynı zamanda sistemin akım sabitleme yaptığını da gösterir.

LED’in yanıp sönmesi, mikrodenetleyicinin ortalama akımı belirlenen seviyede tutabilmek için bazı AC periyotlarını atladığını ifade eder.

LED ne kadar sık yanıp sönüyorsa, sistem o kadar fazla dalga atlıyor demektir. Bu da ortalama akımın daha fazla sınırlandığını gösterir.

Bu Akım Trafosu Yapısının Avantajı

Bu tür el yapımı akım trafosu, endüstriyel hassasiyet gerektirmeyen ancak eşik algılama, akım sınırlama ve koruma amacıyla çalışan devrelerde oldukça kullanışlıdır.

Düşük maliyetlidir, kolay üretilebilir ve sahada ayarlanabilir yapıdadır.

Elektrotlu ısıtıcı gibi yük karakteri sıcaklığa ve çalışma koşullarına göre değişen sistemlerde, akımın kontrol altında tutulması için pratik ve etkili bir geri besleme elemanı olarak kullanılabilir.

Bu Devrenin Sağladığı Avantajlar

• Elektrotlu ısıtıcılarda aşırı akım yükselmesini sınırlar
• Kaynama, vuruntu ve düzensiz çalışma sorunlarını azaltır
• Sıvı eksilmesini yavaşlatmaya yardımcı olur
• Faz kontrolüne göre daha düşük şebeke paraziti oluşturur
• Basit yapısı sayesinde doğru montajla kolayca çalıştırılabilir
• Uzun süreli kullanımda daha dengeli ısıtma sağlar

DİKKAT Bu devre doğrudan şebeke ile ilişkili bir yapıda çalıştığı için montaj ve test aşamasında elektrik güvenliği ön planda tutulmalıdır. Devre yüksek voltaj ile çalışmaktadır dikkatli olun kondansatör bağlantılarına dikkat edin + – kutupları ters bağlarsanız yüksek voltajda büyük patlamalar olabilir devreyi çalıştırmadan önce Sigortalı Elektrik Hattı,koruyucu gözlük kullanın

Projeye ait kaynak .asm, .hex, .cof dosyaları proteus simülasyon ve sprint layout pcb çizim dosyası var.

Kaynak: chipmk.ru (kapalı)