3 схемы подключения автоматики электрического отопления.
Практически любой электрический котел требует обязательного наличия автоматики управления.
Вы не можете установить один единственный выключатель на вводе, которым будете запускать и отключать обогрев.
При этом остановимся на самых минималистичных и простейших вариантах, которые вы сможете собрать самостоятельно своими руками.
Ведь как известно, чем меньше элементов, тем больше надежность всей системы. Поэтому самые простые варианты и работают дольше и надежнее остальных.
Принципиальная схема автоматики электрокотла всегда начинается с подачи напряжения через вводной автомат.
Электрическое отопление подразумевает, как правило, наличие трехфазного ввода 380В. Значит и автомат должен быть трехполюсным. 
Обратите особое внимание, это должен быть именно один трехполюсный выключатель, а не три отдельных однополюсных.
При КЗ и повреждении греющего элемента любой фазы, защита должна прекращать подачу напряжения по всем фазам.
После вводного автомата фазные проводники нужно разделить.
Делается это на электромагнитных пускателях.
Именно на них и ложится основная работа по автоматической коммутации эл.сети. Автомат то вы включаете и выключаете ручками, а пускатель будет это делать без вашего участия, на основе подачи управляющего напряжения от соответствующих датчиков. 
При этом в отличие от автомата, покупайте три отдельных однофазных модульных пускателя. Старые модели типа ПМЛ, ПМА, КМИ здесь не подойдут. И дело вовсе не в их шумной работе и громких щелчках.
Модульный трехфазный экземпляр в едином корпусе, тоже будет не пригоден для нашей схемы.
Самое главное преимущество однофазных – возможность ручной и очень простой регулировки мощности электрокотла. Подробнее об этом будет сказано ниже.
К силовым клеммам каждого контактора, как раз-таки и подключаются нагревательные элементы (ТЭН, электроды) котла отопления.
Замкнутое или разомкнутое положение контактов зависит от того, подано или снято напряжение с его катушки управления. Получается, чтобы собрать автоматику, на клеммы этих самых катушек мы должны через какие-то другие элементы подавать управляющие сигналы (напряжение).
Катушка имеет два контакта А1, А2.
При покупке обращайте внимание, пускатели могут идти с катушками на 380В и 220В. Лучше брать последний вариант.
В этом случае на один из контактов вы напрямую подключаете нулевой проводник, а в разрыв второго устанавливаете кнопки-микровыключатели.
Для чего они нужны? Благодаря им, у вас появляется возможность включать поочередно 1,2 или 3 тэна, тем самым увеличивая или уменьшая мощность отопления.
К примеру, на улице за окном температура -5С. Нажимаете одну кнопку и запускаете в работу всего один ТЭН мощностью 2квт. Ударили морозы -25С, нажимаете все три кнопки и повышаете мощность в три раза.
При этом количество ступеней обогрева будет зависеть от номинальной мощности каждого нагревательного элемента. Если они все будут по 2квт – это всего три ступени.
А вот если один будет 2квт, второй 3квт, а третий 4квт, то количество ступеней автоматически возрастает до семи!
Все будет зависеть от того, какие фазы (тэны) и в какой последовательности подключать.
Ток в цепях управления катушек очень небольшой (несколько миллиампер). Соответственно ставить сюда полноценные выключатели не нужно.
На все эти три микровыключателя должна быть подана одна фаза. Допустим фаза С. Берете ее с нижних контактов вводного автомата.
Вот именно из этой точки и начинается вся дальнейшая схема автоматики.
Обязательный элемент такой схемы – предельный термостат.
Это защитное устройство, которое отключит ваш электрокотел, если он пошел, что называется в разнос.
Например, перестал работать циркуляционный насос или где-то образовался засор. В результате этого температура начала резко возрастать и превысила допустимые значения.
Данную температуру вы устанавливаете самостоятельно при помощи ручного регулятора.
Так как это защитный элемент, который должен полностью “гасить” котел, подключать его нужно последовательно в разрыв управляющей фазы, как на рисунке внизу.
Помимо безопасности, нам потребуется еще один элемент. Элемент управления, который будет его периодически включать и выключать для поддержания заданной температуры воды.
Этим устройством является рабочий термостат.
Не путайте его с предельным. В предельном имеется взводимая вручную кнопка, которая при срабатывании препятствует самостоятельному включению датчика.
То есть, когда он сработал один раз, вам потребуется осмотреть всю систему и схему, дабы разобраться в причине срабатывания. И только после этого, нажав эту кнопочку, отопление можно будет запустить заново.
Данный термостат монтируется после предельного, опять же в разрыв цепи.
Таким образом мы получили элемент защиты и элемент управления. В принципе, это и есть самая примитивная схема №1 для автоматики электрического отопления.
Чтобы получить более функциональный вариант, добавим сюда прибор для отслеживания температуры воздуха в помещении – комнатный термостат.
Ему не важно какая будет температура котловой воды, он реагирует именно на комфортную температуру воздуха в вашем доме.
По аналогии с предыдущими элементами монтируете его в разрыв, перед рабочим термостатом. Вторая простейшая схема готова.
Но человек всегда стремится к большему и помимо комфорта при электрическом отоплении, всегда хочется еще и сэкономить. Все таки электроотопление за редким исключением, в наших реалиях не совсем дешевая штука.
Как это сделать, усовершенствовав вышеприведённую схему подключения? Для этого дела существует ночной тариф.
Чтобы им воспользоваться в полной мере, нам потребуется реле времени.
Оно будет запускать электроотопление только в заданный промежуток суток. Размещайте его в схеме перед комнатным термостатом.
Однако при этом обратите внимание на один нюанс. При наличии в схеме такого устройства, обязательно параллельно ему монтируется термостат минимальной температуры воздуха.
Днем в ваше отсутствие, температура на улице может резко упасть. Уезжали при -5С, приехали вечером — за окном минус 25С. Соответственно и дома существенно похолодает.
Она запустит отопление, как только температура в доме упадет ниже минимального порога. В итоге не даст дому остыть, а системе разморозиться.
Чтобы визуально наблюдать включены датчики или выключены в данный момент, можно подключить в общую точку перед микровыключателями сигнальную лампочку и вывести ее на видное место.
Особенно это полезно при нахождении щитка управления и самого котла в подвале дома или в соседней пристройке.
Большинство заводских электрокотлов отопления построено именно на таких принципиальных схемах управления. Есть одна питающая линия (фаза), подающая сигнал на катушку прибора с силовыми элементами, а все дополнительное оборудование, датчики и релюшки, как раз-таки и “навешиваются” на эту самую линию, выполняя защитную и контролирующую функции.
Как видите, ничего сложного и замысловатого здесь нет.
Источник
Контакторы, симисторы… Кто лидирует?
Если ТЭН можно назвать сердцем электрокотла, то его мозгом, несомненно, является система управления мощностью, основанная на том или ином коммутационном устройстве. Есть ли среди них безусловные лидеры — попробуем разобраться.
Коммутационный аппарат — это электрическое устройство, предназначенное для включения и отключения тока в электрической цепи. Казалось бы, чего проще — просто выключатель, однако человечество придумало огромное количество устройств, предназначенных для этих целей.
Глобально все эти устройства можно разделить на две группы:
1. Контактный коммутационный аппарат, осуществляющий коммутацию путем перемещения его контакт-деталей относительно друг друга
2. Бесконтактный коммутационный аппарат, осуществляющий коммутацию без перемещения его деталей
Виды же коммутационных аппаратов гораздо более многочисленны — выключатели, контакторы, реле, реостаты, тиристоры, симисторы.
ЭВАН в своих электрокотлах использует два вида контактной коммутации — это контакторы и реле, а также бесконтактную коммутацию на основе симисторов.
Контактор (лат. contāctor «соприкасатель») — двухпозиционный электромагнитный аппарат, предназначенный для частых дистанционных включений и выключений силовых электрических цепей в нормальном режиме работы.
Контактор состоит из катушки медных проводов, внутри которой находится цилиндр (сердечник) из мягко-магнитного сплава. Этот цилиндр механически подсоединен к одному или нескольким электрическим контактам. Когда катушка получает питание, благодаря электромагнитному эффекту сердечник движется вверх, и контакт замыкается (цепь работает).
Основными техническими данными контакторов являются номинальный рабочий ток и номинальное напряжение коммутируемой цепи. Ключевое достоинство контакторов — это широкий диапазон коммутируемых токов, что позволяет использовать данное устройство на очень мощных приборах.
Принципиальная схема конструкции
трёхфазного контактора:
- 1 — Катушка
- 2 — Пружина
- 3 — Подвижная часть
- 4 — Замыкающиеся контакты
Ещё одна важная характеристика контактора — его износостойкость, т. е. способность обеспечить работу при большом числе операций. Контактор обеспечивает порядка миллиона срабатываний. Хотя это число и кажется достаточно большим, оно всё равно конечно. Ограниченный ресурс — один из недостатков контактора. Одна из задач, которые решают конструкторы ЭВАН, — увеличение срока жизнедеятельности используемых контакторов за счет снижения числа срабатываний. Это возможно, например, путем оптимизации гистерезиса — разности температур между отключением и включением. Ещё один способ снижения числа срабатываний — увеличение числа ступеней мощности. Учитывая, что потребность в работе котла на полную мощность возникает в основном только в пиковые наиболее холодные периоды, в остальное время прибор может работать на уменьшенной нагрузке. При одноступенчатом управлении мощностью котел, нагрев температуру до требуемых значений, выключается, при снижении температуры ниже уровня гистерезиса включается на полную мощность. При невысоких температурах наружного воздуха эти циклы сокращаются — прибору требуется мало времени для нагрева до нужных температур, соответственно, растет число срабатываний контактора. В случае многоступенчатого управления мощностью, которое реализовано в электрокотлах классов КОМФОРТ, ЛЮКС, ПРОФЕССИОНАЛ, пользователь может ограничить мощ- ность котла. Если за окном достаточно тепло, котел работает на одной или нескольких ступенях мощности, продолжительность цикла нагрева увеличивается, число срабатываний коммутирующих устройств уменьшается. Чем больше ступеней мощности имеет прибор, тем более тонкая возможна подстройка. Наиболее совершенны в этом аспекте котлы класса VIP (PIKKUWATTI, TEHOWATTI, ECOWATTI, FIL), производимые в Финляндии, в которых число ступеней мощности составляет от 7 до 15. Кроме того, погодозависимая автоматика, которой оснащены электрокотлы этого класса, на основании анализа внешней и внутренней температуры воздуха сама устанавливает то число ступеней мощности, на котором работа котла наиболее оптимальна в настоящий момент.
Есть у контакторов особенность, которая в ряде случаев может принести неудобства владельцу. Это звук щелчка, сопровождающий включение и выключение устройства. Справедливости ради нужно отметить, что уровень шума может быть и довольно незначительным — это зависит от производителя коммутационных устройств. Если котел располагается в котельной или в каком‑то отдельном помещении, этим свойством контакторов вообще можно пренебречь. Однако часто, особенно когда речь идет об отоплении небольших объектов, выделить под котел отдельное помещение просто нет возможности.
Чтобы обеспечить комфорт использования оборудования, для таких случаев в электрокотлах ЭВАН в качестве устройства коммутации используется реле.
Реле по механизму работы аналогично контакторам, однако элементы реле намного меньше и легче элементов контакторов, поэтому срабатывание происходит гораздо тише, на уровне, комфортном для пользователя. Вместе с тем, у реле есть и ограничения использования. Ресурс его существенно меньше, чем ресурс контактора, и, чем выше коммутируемый ток, тем меньше ресурс реле. Поэтому в котлах ЭВАН реле используется в основном на устройствах с невысокой мощностью, например, в WARMOS от 5 до 12 кВт. Отдельный случай это котел класса «ЛЮКС» WARMOSQX, где для обеспечения комфорта потребителей вся мощ- ностная линейка реализована на базе реле. Чтобы обеспечить и тихую работу прибора, и достаточный ресурс используемых реле, в WARMOS-QX установлено 9 ТЭНов, каждый из которых управляется своим реле. В результате каждое отдельно взятое реле работает с небольшими токами, продлевая свой ресурс.
Интересный факт! Симистор был изобретен в городе Саранске на заводе «Электровыпрямитель» в 1962–1963 гг. начальником конструкторского бюро Василенко Валентиной Стефановной. Запатентован в СССР с приоритетом от 22 июня 1963 года, на полгода ранее, чем в США.
Решением, в котором отсутствуют недостатки контактных коммутационных устройств, является симистор.
Симистop (симметричный триодный тиристор), или триак (от англ. TRIAC — triode for alternating current) — полупроводниковый прибор, являющийся разновидностью тиристоров и используемый для коммутации в цепях переменного тока.
Симистор представляет собой «двунаправленный тиристор» и имеет три электрода: один управляющий и два основных для пропускания рабочего тока. Для управления нагрузкой основные электроды симистора включаются в цепь последовательно с нагрузкой. В закрытом состоянии проводимость симистора отсутствует, нагрузка выключена. При подаче на управляющий электрод отпирающего сигнала между основными электродами симистора возникает проводимость, нагрузка оказывается включённой.
Но для нас важнее не то, как работает симистор, а то, какие преимущества он привносит в работу электрокотла.
Первое и наиважнейшее достоинство — ресурс полупроводниковых приборов неограничен, т. е. число срабатываний не имеет значения. Кроме того, у электромеханических устройств, помимо ограничения количества циклов переключений, есть и еще одно важное негативное свойство — низкая частота коммутации цепи нагрузки. Она определяется и механическими свойствами, и тем, что при возрастании частоты коммутации реле и контактор начинают нагреваться. В то время как симисторы допускают коммутацию нагрузки на каждом полупериоде сетевого напряжения.
Второе, и тоже наиважнейшее, — отсутствие щелчков, приборы на симисторной системе управления работают бесшумно, следовательно, могут располагаться в любом удобном для владельца помещении.
Ещё одно преимущество симисторов в том, что бесконтактные коммутаторы, по определению, не искрят. В то время как коммутация при помощи электромеханических устройств неизбежно сопровождается искрообразованием, которое может приводить к обгоранию контактов.
Для управления мощностью в симистровой схеме на каждый ТЭН должен быть установлен свой симистор. И в этом, кстати, симистор проигрывает контакторам. Контактор может управлять группой ТЭНов. Например, в продукции ЭВАН мощностью свыше 30‑кВт один контактор устанавливается на 3 ТЭНа.
С другой стороны, симисторная схема позволяет использовать различные механизмы для ограничения мощности. Первый способ, аналогичный работе электромеханических коммутаторов, — симистр включает или выключает ТЭН, которым он управляет. Соответственно, число ступеней мощности равно или меньше числу симисторов и ТЭНов. Второй, вариант, реализованный в котлах WARMOS-RX, — широтноимпульсная модуляция (ШИМ). В этом случае управление средней мощностью нагрузки осуществляется с помощью серии импульсов. Усреднённая мощность регулируется изменением ширины импульсов (длительности импульсов и пауз между ними) при неизменной их величине. За счет использования ШИМ в WARMOS-RX на трех симисторах и трех ТЭНах реализовано пять ступеней мощности и обеспечена симметричность нагрузки.
Ещё одно преимущество от использования симисторной схемы с широтно-импульсной модуляцией, которые отмечают конструкторы ЭВАН, — это возможность ограничения удельной поверхностной нагрузки ТЭН.
Казалось бы, вот он, идеальный коммутационный аппарат. Но и симистор не лишён минусов.
При своей работе симистор выделяет тепло — 1—1,5 Вт на 1А. Выделяемое тепло необходимо отводить. Это обстоятельство является самым серьезным недостатком бесконтактных коммутаторов, так как требует дополнительного места для элемента охлаждения. Соответственно, чем больше мощность приборов, тем существеннее сказывается данный недостаток — охлаждающие элементы увеличивают габариты прибора и его стоимость.
В котлах WARMOS-RX используется наиболее эффективный вариант — жидкостное охлаждение.
Что же в итоге? Любое из рассмотренных коммутационных устройств имеет как недостатки, так и достоинства. Именно поэтому ЭВАН предлагает электроотопительные котлы с различными типами управления мощностью. Выбор всегда остается за покупателем, наша задача — помочь ему сделать этот выбор осознанно.
Михаил Лежин, ведущий инженер конструкторско-технологического отдела:
— Если температура на поверхности ТЭН превышает 100oС и сохраняется таковой на протяжении длительного времени, слой теплоносителя, находящегося в контакте с ТЭН, может переходить в парообразное состояние. При снижении температуры ТЭН — возвращаться в жидкое. Когда в качестве теплоносителя используется вода, то такой процесс приводит к образованию накипи — соли жесткости, содержащиеся в воде в растворенном состоянии, при переходе в пар выпадают на поверхность ТЭНа. Если же в качестве теплоносителя используется незамерзающая жидкость, то её переход в парообразное состояние может нести необратимые последствия — при возврате обратно в жидкое меняется химический состав. При работе WARMOS-RX в режиме ограничения мощности снижается время работы ТЭНа на полной мощности, как следствие ограничивается удельная поверхностная нагрузка ТЭНов и температура их поверхности. В результате минимизируются процессы парообразования, что служит дополнительной защитой ТЭНа от накипи и позволяет безопасно применять незамерзающие теплоносители.
Андрей Гусаров, директор по экспорту компании «Каукора»
— Как известно, из‑за нагрева симистора его необходимо охлаждать, например, алюминиевым охладителем, который поддерживает внутреннюю температуру компонента на достаточно низком уровне. При этом чем больше мощность котла и, соответственно, тока, тем массивнее комплект компонентов в случае с симисторами, что требует большего пространства для безопасной и надежной работы. С учетом мощностей наших котлов, а она достигает 1600 кВт, мы не применяем симисторное подключение. В наших котлах мы используем контакторы одного из ведущих мировых производителей Eaton / Moeller. В целом, я не могу отдать первенство ни контакторам, ни симисторам. В каждом случае производитель должен определять, чего он хочет добиться и какой механизм целесообразно использовать в том или ином приборе. Цена котла в любом варианте зависит от компоновки / задачи. И конечно, первостепенное значение имеет качество используемых компонентов и материалов.
Источник