Что-то я засомневался в том, что среди читателей найдётся кто-то, кто не знает, что такое утюг?! Вот и я об этом же! Кому уж очень интересно вот здесь история утюга:
Мы же рассмотрим лишь историю электроутюга. И стало быть его работу. Что самое главное в жизни утюга? Правильно, его высокая температура. А откуда её взять? Традиционно его нагревали на чём-нибудь. А когда изобрели электричество, то тут же решили применить куда надо! И началось...
Днем рождения электрического утюга можно считать 6 июня 1882 года. Именно в этот день американец Генри Сили запатентовал изобретенный им электрический утюг. Поначалу нагревали железяку с помощью электрической дуги, но потом пришли к более мирному способу нагревом проволочной спиралью. На рис4 Вы видите фрагмент знакомой по 50-70-м годам электрической плитки. В канавках керамического основания и видна та самая спираль. Конечно плитка была шибко опасная, так-как открытая, а посему её (спираль) решили упрятать. Так появились ТЭНЫ. ТЭН, — аббревиатура обозначающая (для нас с Вами) или Трубчатый электронагреватель, или термоэлектронагреватель. Я бы использовал как более универсальное последнее определение. По аналогии с плитками и в утюгах стали использовать эту самую спираль.
Аналогично, как и в плитках сделали в подошве утюга канавки, и? И для изоляции на спираль одели вот такие керамические бусинки рис4а. В современных же утюгах так не делают. Всю спираль помещают в металлическую трубку как на рис4b. Для конкретной модели свои изгибы, и формы стало быть. К1 и К2 — выводы спирали, запрятанной в трубку. Ну хорошо, спираль как спираль, а из чего её сделать (а, вдруг перегорит?)? Вопрос конечно интересный. Точкой опоры данного вопроса является максимальная температура которую должен выдать наш утюг, а именно 200-215°. Чтобы это выполнить необходимо получение определённого количества теплоты, Q. В свою очередь она (теплота) зависит (красная формула) от напряжения, времени и сопротивления проводника, R. R же в свою очередь зависит (голубая формула) от длины проводника L, площади сечения S и p (ро) — удельного сопротивления материала. Кроме того оно зависит от температуры (зелёная формула). Здесь роль играет коэффициент [а] (для металлов он положителен). Чем больше температура t°, тем больше сопротивление проводника, нашей спирали!
Так какой же металл для нашей спирали нам выбрать? В принципе конечно можно любой. Но есть одно НО! Какое? Количество металла, а точнее его длинна. И естественно его удельное сопротивление. Не буду заморачиваться с расчётами, а приведу лишь сравнительные результаты. Возьмём площадь сечения проводника равной 1 квадратному миллиметру меди и нихрома. Для того, чтобы получить сопротивление в 1 Ом. медного провода нужно аж 60 метров! А, нихрома всего лишь 0,95 М. Улавливаете разницу?! Вот Вам и ответ. А, чтобы уложиться в не такие уж шикарные размеры нашей железяки, то проводник сворачиваем в спираль. Кроме уменьшения габаритов спираль вдобавок ещё уменьшает потери тепла. Витки как бы подогревают друг-друга (экономия энергии). Кто имел счастье пользоваться плиткой открытого типа то могли заметить, что сама спираль светится оранжевым цветом более интенсивно чем подводящие части. Аналогичная картина при частично растянутой спирали (неравномерной яркости по длине).
Вот мы и подошли к самому главному. Как во времена Петра I проходили призывную комиссию? Правильно:
— В Бога веришь?
— Верю!
— Водку пьёшь?
— Пью!
— Всё, годен! Так об чём это я? О готовности утюга. Ну, да. При царе-горохе плюнул на утюг, зашипел, — готов, можно гладить. Но это когда ткани были грубые: лён, хлопок... Но вот изобрели из шерсти, шёлка... А потом вообще озверели, из какой-то пластмассы начали шить... И куда и как теперь плевать? А? Стало быть нужен регулятор температуры. И какой? Судя по нашим формулам либо напряжение менять, либо сопротивление. Но это если напряжение железно-стабильное! Щас! Где Вы такое видели? У одних 200, у других 240! Вот! Да, на плитке применяют такое, но там переключают вручную спирали разной длины, разного сопротивления. Но это на плитке, где плюс-минус 100° как-то не очень заметно, всё перед глазами... А как же быть с утюгом? Придётся ориентироваться только на температуру, зафиксированную кем-то, как-то и чем-то?! А, чем?
Учёные дядьки давно установили, что металлы с изменением температуры меняют свои размеры, во-первых и каждый металл по своим понятиям, во-вторых. То есть с разными коэффициентами расширения. Кому первому пришло в голову, но вот соединили два металла (пластинки) в одно целое и? И, о чудо, пластина при изменении температуры из прямой стала изогнутой, причём в сторону металла с меньшим коэффициентом расширения! Такую комбинированную пластину обозвали биметаллической (би, по латыни, два). И все так обрадовались, что тут же стали её (пластину) применять где надо и не надо! А, применять, это как? Очень просто. Посмотрите на рис8. Пластина из двух металлов (жёлтый и синий цвета) одним концом закреплена, скажем на утюге. И это ко всему это как бы контакт рис8-2, а второй конец касается другого контакта рис8-1. Цепь замкнута и через нашу спираль течёт ток (идёт нагрев). Но вот температура поднялась и пластина стала изгибаться в направлении стрелочки (для нас это вниз). И контакт разорвался. Температура снизилась, пластина выгнулась в обратную сторону (вверх) и нагрев опять возобновился! Круто? А-то! Хорошо! Хорошо-то хорошо, да ничего хорошего!
Пластина реагируют медленно и стало быть, что? При разрыве контактов происходят неприятные процессы, как-то искрение и образования дуги. Ну, да той самой, что и при электросварке. Только там длительный процесс, а здесь кратковременный. Но при медленном размыкании сами понимаете процесс удлинится. И чем длительней будет происходить этот процесс тем больше выделится тепла, а это окисление, горение и прочие гадости. А это значит не пройдёт и ста лет как контакты постепенно разрушатся. И получается как в анекдоте о возможности съесть мухоморы? Конечно можно! Чего ж нельзя, — можно! Но один раз! Так и у нас, можно отключать би-пластиной, но только один раз! Точнее не долго. Так, что всю эту фигню применяют в критических случаях, в качестве предохранителей от высокой температуры. Вот на рис9 Вы и видите такой. Обычно в инструкции пишут о том, что повторное включение производить нужно через определённое время! Это для того, чтобы контакты при остывании би-пластины надёжно соединились. И конечно нужно устранить сначала причину критического перегрева. А как же мы? Что нам-то делать со своими утюгами? Вот для этого и был придуман (на основе той же би-пластины) теморегулятор. Так в чём же кайф, в чём различие? В небольшом дополнении к этой самой пластине. Да, в том которое позволяет резко выключать утюг при достижении нужной температуры, а не тянуть резину как при упрощённом применении этой самой би-пластины.
Возьмите мысленно двумя пальцами лезвие бритвы (если оно конечно у Вас есть) или что-то упругое (в виде пластины). Сожмите так, чтобы лезвие согнулось в дугу. А теперь другой рукой медленно начните давить на выпуклую часть, пытаясь её как бы выправить. В какой-то момент она станет прямой, но под действием сжимающих пальцев резко изогнётся в противоположную сторону. Если на её пути поставить пружинящий контакт, то соединение и разъединение будут происходить скачком, мгновенно. Вот примерно так можно как бы представить решение задачи.
В магнитофонах есть одна важная деталь прижимной ролик. Магнитофонная магнитная лента (плёнка) движется при записи и воспроизведения так называемым тонвалом. Это совершенно гладкий вал вращающийся со стандартной скоростью. А чтобы лента могла двигаться её прижимают к валу тем самым прижимным обрезиненным роликом. Причём как правило прижим должен происходить как бы через пружину. Говорят мол он должен быть подпружинен. Для этого применяют различные устройства. С самым наверное простым мы и познакомимся. Посмотрите на рис3 это упрощённая схема того самого устройства. На оси 2 вращается рычаг. Одним концом упирается в красный и зелёный ограничитель. Второй связан с краем плоской пружины (типа бритвенного лезвия).
Пружина во всех трёх положениях согнута и естественно очень хочет разогнутся. Да так сильно, что всё время давит на конец рычага. Рычаг конечно хочет избавиться от пружины, но красный ограничитель не пускает! Начнём давить на нижнюю часть рычага по направлению стрелки. Рычаг начнёт поворачиваться против часовой стрелки, а пружина начнёт ещё в большей степени сжиматься. И когда рычаг переместится в положение показанное штриховой линией, он окажется в критическом состоянии. Малейший толчок вправо-влево и рычаг под воздействием пружины резко повернётся до какого-нибудь упора. В нашем случае это может произойти только по часовой стрелке, а рычаг упрётся в зелёный ограничитель. Вот такой принцип и используется в нашем терморегуляторе, правда с первого взгляда не совсем понятно, что это именно так!
Посмотрите на рис5,6. Не знаю уж как у меня получилось, но я попробую объяснить как же работает наш терморегулятор? Начнём с рис5. На основании утюга 11 устанавливается весь терморегулятор. Один конец би-пластины 1 закреплен на основании, хотя в реальных утюгах всё немного иначе, но это не меняет дела! Остальные составляющие закреплены одним несущим винтом 10. На самом верху находится площадка несущая регулировочный винт 9 и соединённую с ним ручку-диск 7. Да, ту самую, посредством которой Вы и устанавливаете нужную Вам температуру.
Остальные составляющие жёстко скрепленные между собой керамическими изолирующими шайбами (розового цвета). Контакт b расположен на пружинящей полоске 3 которая жёстко связана как механически, так и электрически с пластиной 4, на конце которой находится рабочий контакт 6. Контакт в свою очередь, в рабочем состоянии контактирует с контактом [C]. Пластина 5 (как бы аналог лезвия в нашем эксперименте) является частью пластины 4. В свою очередь пластина 3 электрически соединена с пластиной 3а. Для наглядности они как бы отделены механически. Пластина 5 соединена механически с пластиной 3а. Такая вот карусель получается. Вот только соединение это предусматривает не жёсткое, а с некоторым люфтом. Узел соединения обведён красной окружностью и в увеличенном виде в левом верхнем углу (окружность [а]), где верхняя пластина 3а, а нижняя 5. Конечно это показано в виде отрезков и в раздельности...
На рис6а показан узел реального терморегулятора, где видно как пластина 5 своим выступом входит в прямоугольное отверстие пластины 3а (см. рис5а). Винт 9 не жёстко, но туго связан с поводком 8 и стало быть с ручкой-диском 7. При удержании ручки-диска, винтом 9 можно воздействовать на пластину 3а посредством керамического шток-конуса голубого цвета. Пластина меняет угол наклона, а узел соединения пластин 5 и 3а (окружность [а]) перемещается относительно пластины 4. Как такое может быть? Да, на рисунке они как бы механически связаны, но? Но пластина 5 жёстко соединена только правым своим концом. Остальная часть изгибаясь свободно может передвигаться (для нас вверх-вниз) в специальном вырезе, в пластине 4. Итак, винтом 9 мы можем установить регулятор в какое-то первоначальное положение. Через замкнутые контакты b и c утюг включается в сеть. Если первоначально упругая пластина 5 (как плоская пружина) посредством правого края пластины 4 держит контакты в замкнутом состоянии, то при повышении температуры картина меняется.
Что же произошло после включения утюга в сеть?
При нагреве би-пластина начнёт изгибаться правым краем вверх. Через керамический конус 2 начинает воздействовать на пластину 4. И когда узел [а] пересечёт линию пластины 4 и окажется ниже её (перейдёт критическую точку) сила воздействующая на правый край пластины 4 и её контакт поменяет своё направление. Контакт устремится вверх и цепь (b-c) разомкнётся. Самое главное, что размыкание и последующее замыкание (при снижении температуры) происходит за сотые доли секунды! Тем самым не давая процессу разогрева и горения дуги между контактами разрастись до катастрофы (в пределах утюга конечно!).
Если на рис5 регулятор показан в состоянии низкой (комнатной температуры), то на рис6 высокой (заданной). Если в первом случае контакты замкнуты и утюг готов к разогреву, то во втором случае наоборот контакты уже разомкнуты. Если у Вас есть утюг старой системы, то в тишине медленно покрутите ручку-диск в сторону низкой (комнатной) температуры. При приближении к ограничению вращения ручки-диска Вы услышите щелчок это выключился терморегулятор рис5. И наоборот при повороте обратно опять щелчок, — терморегулятор включился. В новых утюгах стоит фиксатор-трещотка и Вы скорее всего этих щелчков не услышите, в смысле только трещотку?
Теперь когда мы с Вами технически подкованы, то можем рассмотреть непосредственно схему нашего, ну очень сложного утюга. Она на рис7. Грубо говоря наш ТЭН включается в сеть 220V, но не напрямую как в старых утюгах, а через тот самый терморегулятор St° о котором мы так долго и нудно талдычили... Контроль включения ТЭНА в сеть видим по свечению неоновой лампочки HL или в некоторых старых конструкция обычной лампочкой накаливания 6,3V запитываемой от части (отвода) спирали ТЭНА. Кстати она покажет ещё и перегорание ТЭНА, его обрыв. В современных утюгах может стоять тепловой предохранитель FUt°, срабатывающий в экстремальных случаях! Это когда терморегулятор не сможет отключить ТЭН от сети и наступает перегрев... Но принцип его работы несколько другой, одноразовый. Насколько я в курсе там размыкание контактов происходит из-за плавления какого-то пластика, после чего контакты механически расходятся в разные стороны. Стало быть нужно новый. А это Вам одни расходы, а кому-то, естественно доход! Не знаю как сейчас обстоит дело, а вот раньше такого типа (принципу работы) предохранители стояли в противопожарной сигнализации. Там два пружинящих контакта соединялись методом пайки легкоплавкими сплавами. При возникшем возгорании и подъёме температуры свыше +60°, примерно сплав становился жидким и пружины-контакты расходились в стороны, — сигнализация срабатывала.
И наконец, — показательные выступления. На рис1 мой утюг, выпущенный Ленинградским, старинным Обуховским сталелитейным заводом «Большевик» аж в 1970 году и работающий до сих пор!!! Мне пришлось за всё время лишь заменить сетевой шнур и всё! На рис2 разборный, дорожный утюжок выпущенный в 1980-м году, как раз к Олимпиаде-80, Харьковским электромеханическим заводом. У него 4 части: Г-образная ручка; собственно рабочая часть и шнур питания с разъёмом. Ну и как бы предохранительная транспортная коробка из пластика. На рабочей части утюга находятся полозья в которые и вставляется ручка утюга. А уже после этого разъём сетевого шнура соединяется с контактами и фиксирует эту самую ручку. И конечно же как и положено, диск терморегулятора, куды ж без него?. ВСЁ!
Вот здесь ссылочка на один из сайтов посвящённый ремонту утюгов своими руками! Если у Вас конечно есть эти самые руки?! https://ydoma.info/remont-utyuga-svoimi-rukami.html