Установка твердотельного реле в электрокотел

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

Твердотельные реле. Схемы подключения

Схемы подключения твердотельных реле

В этой статье обсудим схемы подключения твердотельными реле (ТТР), и способы управления ими.

Напоминаю, для тех кто не в курсе – что такое твердотельное реле и как оно работает – обратитесь к более старой моей статье О принципах работы твердотельных реле.

Схемы включения подобных реле не очень сложны, но, как и везде, есть свои особенности.

Твердотелки – надо ли их использовать?

Для начала рассмотрим также целесообразность применения таких реле. Например, реальный случай:

У нас на предприятии на одном станке стоят соленоидные клапаны с питанием 24VDC 2А. Эти два клапана соединены параллельно, и включаются-выключаются с частотой примерно 1 раз в секунду. Питание идёт через реле. И, несмотря на то, что номинальный ток реле 10А индуктивной нагрузки, приходилось менять его каждый месяц-два. Поставили мы твердотелку – и забыли, работает без шума и проблем уже два года.

Другой случай, когда такие реле не нужны:

Простейший контроллер температуры, точность поддержания не существенна. Нагрузка – ТЭНы, работают в воде круглосуточно. Чаще, чем раз в год, один из ТЭНов замыкает или коротит на корпус. Здесь большая вероятность того, что ТТР выгорит, так как они очень чувствительны к перегрузкам.

О перегрузках и защите твердотельных реле будет подробно сказано ниже, а в данном случае целесообразно применить обычный контактор, который прекрасно справляется с перегрузкой и стоит в 10 раз дешевле.

Поэтому, за модой гнаться не стоит, а лучше применить трезвый расчет. Расчет по току и по финансам.

Если кому-то придёт в голову, можно кнопкой звонка или герконом запускать двигатель мощностью 10 кВт! Но не так всё просто, подробности будут ниже.

Различия схем включения реле

По виду подключения твердотельные реле можно разделить на следующие категории:

По управлению (виду входного управляющего сигнала):

• постоянное напряжение (встречается чаще всего),
• переменное напряжение,
• постоянный ток 4-20 мА,
• переменный резистор.

По виду коммутируемого тока

По количеству фаз

В любом случае, для выбора ТТР и его схемы включения нужно руководствоваться мануалами на данное реле.

Кстати, рекомендую мою статью про трехфазное и однофазное напряжение. Терминология и отличия разжеваны не пальцах)))

Схемы подключения твердотельных реле

Теперь рассмотрим подключение твердотельного реле подробнее.

Управление твердотельными реле схемотехнически такое же, как и у обычного реле. Ниже упрощенно показана схема включения реле переменного тока с сигналом управления 24В постоянного тока:

Схема включения твердотельного реле

Схема показана для реле, у которого управляющее напряжение постоянное, от 5 до 24 Вольт. Данное реле может коммутировать переменное напряжение до 240 Вольт, ток до 20 А.

С током не всё так просто, но об этом ниже.

Как работает схема. На вход (контакты 3 и 4, соблюдать полярность!) подается управляющее напряжение от источника 24В. Подается оно через цепь управления, которая представлена как НО контакт. Этим контактом может быть и обычное реле, и выход контроллера, и датчик с релейным выходом или транзисторным выходом типа PNP.

Про НО контакты и PNP выходы датчиков я подробно написал в этой статье. Очень рекомендую!

НЗ – это закрытые (замкнутые) контакты, через которые в нормальном положении (без активации управляющим сигналом) течёт ток.

НО – это открытые (незамкнутые) контакты, через которые в нормальном положении (без активации управляющим сигналом) ток не течёт.

Условные выходные контакты ТТР также будут НО, т.к. без активации цепи управления нагрузка выключена.

Теперь подробнее по управлению твердотелками.

Схемы с управлением от транзистора

Здесь транзистор может быть выходом любого полупроводникового прибора – датчика приближения, контроллера, и т.п.

Управление транзистором PNP, НО реле

Скажу, что со схемами управления, которые я взял из фирменных инструкций, полная путаница. Можете сами разобраться, а я расскажу своё мнение.

Управление транзистором PNP, НО реле

Под “нормально открытым контактом” (читали, что это, ссылку я давал выше?) подразумевается, что без управляющего напряжения (на базе транзистора) твердотельное реле не пропускает ток. Напряжение между входными контактами 3 и 4 близко к нулю, реле выключено. При подаче входного управляющего напряжения на базу транзистора (например, +5В), транзистор открывается и плюс подается на вход 3. Реле открывается, нагрузка получает питание.

Управление транзистором NPN, НЗ реле

Управление транзистором NPN, НЗ реле

Когда транзистор закрыт (не активен), на управляющий вход твердотельного реле подается напряжение, нагрузка под напряжением.

Управление транзистором NPN, НО реле

Когда транзистор закрыт (не активен), на управляющий вход твердотельного реле подается напряжение, близкое к нулю, и нагрузка без напряжения.

Управление резистором

Плавно подходим к переменному току.

Управление переменным резистором

Не путать переменный ток и переменный резистор! В данном случае твердотельное реле фактически является диммером, который изменяет скважность выходного напряжения для нагрузки, которая приспособлена для этого. Такие реле – только с коммутацией переменного тока, и включаются/выключаются 100 раз в секунду.

Схема с фиксацией и управлением кнопками (защелка)

Управление твердотельным реле с фиксацией включения

Схема включения интересна тем, что можно включать – выключать нагрузку, используя только две кнопки – Пуск и Стоп. То есть, схема такая же, как и при использовании обычного реле. Точнее, магнитного пускателя. Важно, что управляющее напряжение равно напряжению питания нагрузки.

Схема нарисована тайваньскими инженерами, попробуем разобраться в ней.

Кстати, её же можно использовать для коммутации и переменного, и постоянного тока.

Схема работает таким образом. Исходно управляющее напряжение поступает на клемму 3 ТТР с источника питания через НЗ контакты кнопки Стоп. При нажатии кнопки Пуск (слева на схеме) напряжение с другого полюса источника поступает через НО контакты на клемму 4 ТТР. Реле включается, напряжение на клемме 1 появляется, и подается через резистор (вверху схемы) на клемму 4. Прошла доля секунды, кнопку Пуск можно отпускать, нагрузка питается до тех пор, пока не будет нажата кнопка Стоп.

Схемы включения трехфазных твердотельных реле

Трехфазное твердотельное реле, схемы подключения.

Тут источник трехфазного напряжения – справа по схемам, нагрузка – слева. Управляющее напряжение может быть любым (переменным или постоянным).

Кроме того, коммутация может быть как по двум фазам, так и по трём, это важно! Подробнее ниже.

Реверсивные твердотельные реле

Существуют также специальные трехфазные твердотельные реле для реверса двигателей, у которых два управляющих входа.

Пример включения трехфазного реле – на фото ниже:

Включение трехфазного твердотельного реле

Как видно, реле не совсем трехфазное, одна фаза подается на двигатель постоянно, что может стать причиной опасности.

На корпусе реле напечатана его схема включения, где всё понятно. Реле реверсивное, и у него два входа – Forward и Reverse (Вперёд/Назад). Для реверса фазы L1 и L2 меняются местами.

Важно – внутри реле нет блокировки от одновременного включения в обоих направлениях, и ее надо обеспечить аппаратно (блокировочные контакты кнопок/реле) и программно (если управление – от контроллера). Если это не предусмотреть, то вероятна ситуация, когда силовые выходы 1, 2, 3, 4 будут замкнуты накоротко 🙁 .

Выбор твердотельных реле, защита и особенности работы

Обычное реле и контактор без особых проблем выдерживают кратковременные перегрузки до 150 и даже 200% от номинала. Особенно, если не коммутировать нагрузку с таким током, а повышать ток после замыкания, и понижать перед размыканием.

Обычные контакты могут выдержать и кратковременный ток КЗ, если сработает защита с правильной уставкой тока. Просто, возможно, придётся потом контакты почистить.

Твердотельные реле от перегрузок страдают сильнее, за пол периода портятся безвозвратно, и контакты потом не почистить, из-за отсутствия таковых.

Это как в звукотехнике. Ламповая техника при перегрузках чувствует себя нормально, только слегка “потеет”, а транзисторы начинают жутко искажать сигнал и могут выйти из строя. За это до сих пор так ценятся ламповые усилители, за их мягкий, бархатный звук на предельных мощностях. Другое дело, что источников качественного сигнала сейчас практически нет, всё заполонил mp3 128kbps, и то в лучшем случае. Но это тема отдельной статьи…

Если при выборе контактора достаточно выбрать запас в 10-20% и защитить его обычным автоматом, то с твердотельными устройствами всё сложнее.

Поэтому для твердотельных реле рекомендуется для активной нагрузки (лампы, ТЭНы) запас по номинальному току в 2-4 раза. При пуске асинхронных двигателей из-за большого пускового тока запас по току нужно увеличить до 6-10 раз.

То есть, трехфазная твердотелка Fotek TSR-40AA-H на 40А, показанная на фото чуть выше, на своих 40 амперах работать вряд ли будет. Мощность двигателя, которую можно коммутировать в данном случае – от 2,2 кВт до 5 кВт. Причём двигатель 5 кВт (это около 10А) должен запускаться обязательно на холостом ходу, с минимальным пусковым моментом, а нагрузку к нему прикладывать можно после пуска и разгона.

Кстати, с индуктивной нагрузкой твердотельные реле могут вести себя неадекватно, у меня бывали проблемы. В случае высокоиндуктивных нагрузок (трансформаторы, катушки с магнитопроводами, электрические звонки, и т.п.) нужно параллельно нагрузке включать RC-цепь (снабберную цепь из последовательных резистора и конденсатора) для уменьшения влияния противо-ЭДС. Кроме того, эта цепь уменьшает общую индуктивность нагрузки, т.е. делает её более активной. И ТТР легче работать.

Напоследок – защита при КЗ

Производители рекомендуют использовать специальные предохранители для твердотельных приборов:

• gR – предохранители для всего диапазона рабочих токов, для защиты полупроводниковых элементов(более быстродействующие , чем gS)
• gS – предохранители для всего диапазона рабочих токов, для защиты полупроводниковых элементов, при повышенной загрузке линии.
• aR – предохранители для всего диапазона рабочих токов, для защиты полупроводниковых элементов от короткого замыкания.

Такие предохранители стоят дорого (сравнимы со стоимостью самого твердотельного реле), поэтому в большинстве случаев можно использовать защитные автоматы класса В. Чем же они хороши и как они спасут наши твердотельные реле от выгорания при КЗ?

Напомню, в 99% везде встречаются автоматы класса С. Класс D ставят в качестве вводных рубильников и при больших пусковых токах (мощные двигатели, трансформаторы). А класс В – самый чувствительный, срабатывает раньше всех.

Кстати, гуру электрики и электропроводки, cs-cs.net, предлагает дома ставить автоматы только В класса. И некоторые производители – рекомендуют ставить В класс на электроплиты, водонагреватели – туда, где нет двигателей и пусковых токов.

Почему – поясню на графике.

Кривые отключения или токо-временные характеристики

Подробно про выбор защитного автомата рассказано в другой статье.

Но мы вернёмся к нашему трехфазному твердотельному реле Fotek TSR-40AA-H на 40А, про которое я писал выше. Чтобы его гарантированно защитить от КЗ, надо обязательно поставить вот такой автомат:

Автомат с характеристикой В6 (обведено красным)

Он мгновенно сработает при токе 20…30 Ампер и спасет твердотелку. А от перегруза надо будет поставить мотор-автомат на ток 4-6,3 А. И это всё будет питать двигатель на 2,2 кВт, лучше меньше. Либо ТЭН, тогда мотор-автомат не нужен.

Пишите в комментариях, у кого какой опыт по применению!

Полезные файлы, возможно, написано информативнее, чем у меня:

• Твердотельные реле Фотек / Твердотельные реле Фотек. Руководство пользователя. Рассмотрена вся линейка Fotek, даны рекомендации по применению и схемы включения., pdf, 757.78 kB, скачан: 4022 раз./
• Твердотельные реле – устройство и принцип работы / Подробно изложено, как устроены и работают твердотельные реле, приведены схемы включения, и т.п. Автор, отзовись!, pdf, 414.19 kB, скачан: 4519 раз./

Где купить твердотельные реле

Если вы живете в крупном городе, то лучше конечно поехать в ближайший магазин – и через час реле можно устанавливать. Но, например, у меня в Таганроге такие реле – только под заказ, и купить их можно только через фирмы в Ростове.

Поэтому, на сегодняшний день лучший вариант – покупать твердотельные реле в интернете, через АлиЭкспресс. Цены примерно те же, но минус в том, что доставка может быть около месяца.

Пишите в комментариях, у кого какие вопросы, отзывы и опыт по применению!

Источник