De electrische verwarmingstoestellen hebben een ingebouwde mechanische thermostaat. Er moet een sterke stroom geschakeld worden (tot 10A voor een olieradiator van 2000W) en de thermostaat kan verslijten. Waarom die niet vervangen door een 100% electronische thermostaat?

De mechanische thermostaat is een aan-uit regeling. Dit heeft geen nadelige invloed op het regelgedrag dankzij de thermische inertie van de warme olie. De thermostaat zit dicht bij de verwarming zelf, waardoor er een compensatie gebeurt (thermostaat met anticipatie). In ruimtethermostaten voor de centrale verwarming zit er een klein verwarmingselement ("warmteversneller") om overshoot te compenseren. Bij een electrische verwarming is de warmteversneller de verwarming zelf. Een goed ontworpen electrische verwarming kan de temperatuur stabiliseren tot op minder dan 1°C.

Het electronisch equivalent moet minstens dezelfde goede eigenschappen hebben. De schakeling is heel eenvoudig: een voeding die -15V en +15V levert (niet gestabiliseerd, maar de spanning mag niet hoger worden dan 18V om beschadiging van de op amp tegen te gaan). De op amp (een standaard 741) werkt als comparator en vergelijkt de spanning over de NTC weerstand ten opzichte van een referentiespanning.

De originele thermostaat werd niet vervangen, die doet nu dienst als veiligheidsthermostaat (ingesteld op 25°C). Omdat die niet meer moet schakelen verslijt die ook niet.

Een NTC weerstand heeft een voordeel ten opzichte van een Pt100 of Pt1000: de weerstandsverandering is groter. Men kan dus gemakkelijker een temperatuurwijziging meten. Een nadeel is dat we geen referentie hebben, de weerstandswaarden kunnen gaan van bijvoorbeeld 15Ω tot 15kΩ.

Het is best een NTC weerstand te gebruiken met de hoogst mogelijke waarde om de stroom door de weerstand te beperken (en dus de opwarming van het meetelement). Indien je een sensor met een hoge weerstandswaarde hebt (bijvoorbeeld 10kΩ) kies dan de tweede weerstand in de brug met dezelfde waarde (de weerstand met een waarde van 3.3kΩ op de schakeling). De positieve ingang van de op amp moet ongeveer dezelfde weerstandsverhouding hebben.

We willen met onze electronische thermostaat een aan-uit regeling vermijden. De weerstand van 330kΩ zorgt ervoor dat de uitgangsspanning reeds gaat verminderen als de gewenste temperatuur benaderd wordt. De volledige omschakeling gebeurt bij een temperatuurverloop van 0.3°C. Met deze weerstand wordt de versterking van de op amp beperkt (negatieve tegenkoppeling). De waarde van de weerstand moet ongeveer 150× hoger zijn dan de totale weerstandswaarde aan de negatieve ingang van de op amp.

De solid state relay werkt echter als aan-uit schakelaar: het is geen dimmer (bij dergelijke vermogens zijn dimmers niet meer toegelaten). Dit probleem wordt echter eenvoudig opgelost door een kleine meekoppeling, waardoor de op amp gaat oscilleren als de temperatuur bijna bereikt is. Is het te koud of te warm, dan heeft de meekoppeling geen invloed. Het is enkel als de temperatuur ongeveer bereikt is dat de schakeling gaat oscilleren. De puls-pauze verhouding hangt af van de temperatuur: als die lager is, dan hebben we een hoge verhouding, is de temperatuur overschreden, dan hebben we een lage puls-pauze verhouding. Het regelgedrag gebeurt in een zone van 0.3°C.

De periodetijd is niet belangrijk en kan gaan van 1 tot 10 seconden (condensator van 22 tot 220µF).

Om een olieradiateur van 1500W te sturen hebben we een solid state relay nodig die 8A kan schakelen. De vermogensdissipatie bedraagt maximaal 8W (de spanningsval over de triac in geleiding is ongeveer 1V). Voor een hoger vermogen is een krachtigere relais nodig zoals op de afbeelding rechts.

In vergelijking met een traditionele relais is een lage spanning voldoende om de relais te doen schakelen (3V, 20mA) en de relais verslijt niet, zelfs als wordt die constant in- en uitgeschakeld. Er is echter een spanningsval, waardoor een koelradiator nodig is (voorzie een oppervlakte van 100cm2 voor ene vermogen van 1500W).

Het aansluiten is eenvoudig: de relais heeft één ingang (stroomgestuurd met 20mA, 10 à 50mA toegelaten) en één uitgang (normaal open contact).

Rechts: de aan-uit werking van de thermostaat bij het bereiken van de gewenste temperatuur. Tussen volledig aan en volledig uit is er een temperatuurverschil van 0.3°

Het bereik tussen volledig aan en volledig uit kan ingesteld worden door de weerstand van 330kΩ te verlagen (groter gebied, zachte regeling) of te verhogen (kleiner regelgebied, neiging tot pendelen).

De frekwentie van de oscillatie kan ingesteld worden met de condensator (op de video 10µF), geschikte waarde is 22-220µF.

De solid state relais wordt redelijk warm en kan gebruikt worden als warmteversneller waarbij de relais vroeger afschakelt om doorwarming tegen te gaan. Daarmee wordt pendelgedrag en overshoot vermeden. De temperatuursensor niet te dicht bij de relais plaatsen, want die kan wel erg warm worden (zeker niet op dezelfde koelplaat monteren!). Als de electrische verwarming op een lager vermogen gebruikt wordt door een weerstand uit te schakelen, dan is ook de dissipatie in de relais lager, waardoor de regeling correct blijft.

De kostprijs van de electrische verwarming (en aanverwante systemen zoals warmtepomp en warmte-kracht koppeling) staat op de indexpagina electrische verwarming.