Мощность при последовательном соединении нагревателей

Параллельное и последовательное подключение ТЭНов

Каким способом лучше подключать электронагреватели: параллельным или последовательным?

Данная задача часто возникает в условиях, когда к одному источнику питания нужно подсоединить сразу несколько единиц нагревателя. Параллельным методом можно подключить неограниченное число нагревательных элементов, а вот последовательным в основном подключают лишь два нагревательных элемента. Создать надежное подключение электронагревателей последовательным методом задача довольно-таки непростая. При последовательном подключении есть такая особенность, что выход из строя одного нагревательного элемента приведет к остановке работы всей цепочки. А вот в случае параллельного подключения поломка отдельного нагревателя не повлияет на работу остальных элементов нагрева.

В основном для подключения необходимо наличие двух ТЭНов. В случае их соединения в последовательном порядке напряжение каждого отдельного нагревателя должно равняться половине общедоступного напряжения. К примеру, два трубчатых нагревателя рассчитанных на 240 Вольт подключаются к питанию 480 Вольт. При этом каждый нагреватель должен обладать одинаковой мощностью. В случае разной мощности и напряжения нагревательные устройства общее напряжение будут получать не в равном количестве. В случае подключения двух нагревателей методом параллельного соединения, напряжение каждого из нагревателей должно равняться напряжению питания.

Ниже предложено несколько расчетов подключения трубчатых электронагревателей

Сила тока (Ампер)

Представим несколько нагревателей с одинаковыми характеристиками, которые будут подключены параллельно или последовательно по разным схемам соединения. В расчётах нам нужно будет учитывать следующие характеристики:

P = общий показатель мощности

U и I соответственно напряжение и сила ток

Параллельное соединение

Число нагревателей при этом типе соединения может равняться от 2 и более единиц греющих элементов. Показатель общего сопротивления в таком случае будет равен:

R = r / 2 либо R = r / 3 либо R = r / x, где r — сопротивление одного ТЭНа.

Общая мощность будет определяться по следующей формуле:

P = 2*p либо P = 3*.p либо P = x*p, где р – мощность одного элемента нагрева

Два нагревательных элемента с параллельным подключением рассчитанных на 1000 Вт 230 В и работающих от 230В, способны генерировать 2000 Вт при 230 В с R = 26,45 Ом

Три нагревателя с параллельным соединением с показателями на 1000 Вт 230 В, работающие от 230 В, генерируют 3000 Вт при 230 В с R = 17,63 Ом и

Последовательное подключение трубчатых электронагревателей

По аналогии с предыдущим методом берем 2, 3 или более одинаковых электронагревателей. Каждый из нагревателей обладает сопротивлением r и мощностью р. При последовательном подключении складываем их значения и вычисляем:

R = 2*r либо R = 3*r либо R = x*r

P = p / 2 либо P = p / 3

Два электронагревателя с последовательным подключением обладающие мощностью 1000 Вт 230 В, работают от 230 В, способны генерировать 500 Вт при 230 В с R = 105,87 Ом (уровень мощности, создаваемый нагревателями, в 4 раза меньше).

Подключение нагревателей к трехфазной сети

Соединение по схеме «треугольник»

Номинальное напряжение каждого из нагревателей будет идентичным напряжению между фазами при соединении треугольником.

Соединение по типу «звезда»

Номинальное напряжение нагревателей в данном случае будет равно напряжению между фазами трехфазной проводки, разделённому на корень из 3 или 1,732

Три нагревателя с показателем мощности1000 Вт 230 В, которые подключены к трехфазной сети 400 В, способны генерировать 3000 Вт.

Три нагревателя с показателем мощности 1000 Вт 400 В, подсоединенные к трехфазному питанию 400 В, вырабатывают 1000 Вт.

Более подробно рассмотреть подключение нагревателей к трехфазной сети, вы можете на сайте «ТЭН24» в разделе статьи — подключение ТЭН по типу «звезда» и «треугольник».

Выводы

При выборе параллельного подключения напряжение каждого нагревателя будет одинаковым. Показатель общей мощности будет равен сумме общей мощности всех нагревательных элементов. При этом поломка одного из нагревателей не приведет к выходу из строя всей цели нагревательных элементов.

В случае последовательного подключения ТЭН общий показатель сопротивления будет состоять из общих значений сопротивления каждого греющего элемента. Напряжение на каждом отдельном нагревателе будет рассчитываться на основе следующей формулы: Uобщ/число нагревательных элементов (для одинаковых ТЭН). В соответствии с этим общий показатель мощности снизится на столько, сколько нагревателей есть всего в системе.

Некоторые нагревательные устройства не способны выполнять свою работу надежно при одинаковом напряжении. Это зависит от физических размеров нагревательных элементов. В связи с этим желательно подбирать нагревательные элементы, у которых будет оптимальные размеры спирали. В данном случае необходимость последовательного подключения отпадет. Важно понимать, что нагреватели с параллельным подключением должны иметь одинаковое напряжение. Устройства с параллельным подключением в свою очередь будут одинаковый ток. Подключать ТЭНы в последовательном порядке целесообразно только тогда, когда имеется два нагревательных элемента с одинаковой мощностью и напряжением. В данном случае их сумма мощности будет ниже. В основном трубчатые элементы нагрева соединяются в параллельном порядке.

Если после прочтения данной статьи у вас остались вопросы по подключению ТЭН вы можете в любое время обратиться к нашим консультантам по обратной связи сайта или воспользовавшись предложенной контактной информацией. «ТЭН24» с удовольствием подскажет, как подключать ТЭНы и подберет самый подходящий вариант нагревателей для решения ваших задач. У нас вы можете выбрать стандартные устройства нагрева различного направления работы и комплектующие к ним. При необходимости мы можем предложить нагреватели индивидуальной сборки с максимально подходящими характеристиками под ваше оборудование.

Трубчатые нагреватели — самые универсальные из всех электронагревательных элементов. Им можно придать практически любую конфигурацию. Трубчатые нагревательные элементы обеспечивают исключительную теплопередачу за счет теплопроводности, конвекции и излучения для нагрева жидкостей, воздуха, газов и поверхностей.

Типовые установки и использование трубчатых нагревателей

В свободном воздухе

Для таких применений, как духовки и сушильные шкафы, трубчатые нагревательные элементы представляют собой компактные надежные источники тепла. Их формуемость позволяет размещать их вокруг других компонентов печи и рабочих выступов, концентрируя тепло в любой точке.

В циркулирующем воздухе

Компрессионные фитинги, заводские фитинги или кронштейны служат для крепления трубчатого элемента в воздуховоде или камере нагрева воздуха.

В резервуары с жидкостями

Трубчатые нагреватели могут быть установлены через боковую стенку резервуара с помощью компрессионных фитингов или заводских фитингов.

Передача тепла металлическим частям

Доступные диаметры, длины, номинальные характеристики, удельная мощность, поперечное сечение и максимальные температуры обеспечивают решение для данной работы.

Погружение в жидкостной нагрев

Обычно воду и водные растворы можно нагревать до любой желаемой температуры. Если жидкость находится под давлением, температура не должна превышать максимальную температуру оболочки элемента.

Масляное отопление

Элементы стальной оболочки могут использоваться для жидкого топлива, теплоносителя и других растворов, не вызывающих коррозию стальной оболочки.

Воздушное и газовое отопление

Используйте удельную мощность, совместимую с рабочими температурами. Обогреватели, установленные горизонтально, необходимо поддерживать во избежание провисания при высоких температурах.

Правильное расстояние между опорами может варьироваться в зависимости от температуры применения, диаметра элемента и материала оболочки. Обычно достаточно расстояния между опорами от 12 до 18 дюймов.

Если воздух, проходящий через элементы, позволяет использовать более высокие удельные мощности, убедитесь, что воздушный поток распределяется равномерно. Допускается приблизительно 1/8 дюйма на фут длины элемента для расширения и сжатия элементов.

Накладной нагрев

Используйте удельную мощность, совместимую с рабочими температурами. См. Руководство по применению трубчатого нагрева твердых тел, жидкостей, воздуха и газа или используйте кривую G-175S в техническом разделе. Нагреватели должны быть плотно зажаты для обеспечения хорошей теплопередачи, но должны иметь возможность расширяться по мере нагрева. Слишком плотно зажатые нагреватели будут отклоняться от нагреваемой поверхности, что приведет к низкой эффективности нагрева и возможному выходу нагревателя из строя. Обычно лучше сначала затянуть средний зажим, чтобы удерживать элемент. Другие зажимы следует затянуть достаточно, чтобы удерживать, но поверните их на пол-оборота, чтобы обеспечить расширение и сжатие.

В зависимости от характеристик, оболочки и формы электрические трубчатые нагреватели «ТЭН24» используются в различных областях промышленного нагрева (кондуктивный, конвекционный, радиационный), которые требуют рабочих температур до 750 ° C (1382 ° F) для нагрева жидкостей, газов и твердых веществ. Доступны различные диаметры, позволяющие отрегулировать удельную мощность в вашем приложении и спроектировать промышленное отопительное оборудования для обеспечения максимальной производительности и длительного срока службы. Стандартные и изготовленные на заказ клеммные штыри упрощают установку и обслуживание. «ТЭН24» использует высококачественный оксид магния, чтобы обеспечить эффективную передачу тепла от резистивной катушки к теплоносителю, будь то воздух, жидкость или твердое тело. Радиусы изгиба разработаны с тщательной экспертизой, чтобы обеспечить оптимальную производительность при соблюдении «формы и функции» в вашем приложении.

Получите расценки на трубчатый нагреватель сегодня. «ТЭН24» также производит другие решения для промышленного обогрева, такие как инфракрасные обогреватели, погружные обогреватели, циркуляционные обогреватели и многое другое.

Мощность при последовательном соединении нагревателей

Расчет мощности последовательного соединения

Последовательное соединение

При таком соединении проводники соединяются друг с другом последовательно, то есть, начало одного проводника будет соединяться с концом другого. Основная особенность данного соединения заключается в том, что все проводники принадлежат одному проводу, нет никаких разветвлений. Через каждый из проводников будет протекать один и тот же электрический ток. Но суммарное напряжение на проводниках будет равняться вместе взятым напряжениям на каждом из них.Рассмотрим некоторое количество резисторов, соединенных последовательно. Так как нет разветвлений, то количество проходящего заряда через один проводник, будет равно количеству заряда, прошедшего через другой проводник. Силы тока на всех проводниках будут одинаковыми. Это основная особенность данного соединения.Это соединение можно рассмотреть иначе. Все резисторы можно заменить одним эквивалентным резистором.Ток на эквивалентном резисторе будет совпадать с общим током, протекающим через все резисторы. Эквивалентное общее напряжение будет складываться из напряжений на каждом резисторе. Это является разностью потенциалов на резисторе.Если воспользоваться этими правилами и законом Ома, который подходит для каждого резистора, можно доказать, что сопротивление эквивалентного общего резистора будет равно сумме сопротивлений. Следствием первых двух правил будет являться третье правило.

Читайте также  Последовательное соединение элементов пельтье

Применение

Последовательное соединение используется, когда нужно целенаправленно включать или выключать какой-либо прибор, выключатель соединяют с ним по последовательной схеме. Например, электрический звонок будет звенеть только тогда, когда он будет последовательно соединен с источником и кнопкой. Согласно первому правилу, если электрический ток отсутствует хотя бы на одном из проводников, то его не будет и на других проводниках. И наоборот, если ток имеется хотя бы на одном проводнике, то он будет и на всех других проводниках. Также работает карманный фонарик, в котором есть кнопка, батарейка и лампочка. Все эти элементы необходимо соединить последовательно, так как нужно, чтобы фонарик светил, когда будет нажата кнопка.Иногда последовательное соединение не приводит к нужным целям. Например, в квартире, где много люстр, лампочек и других устройств, не следует все лампы и устройства соединять последовательно, так как никогда не требуется одновременно включать свет в каждой из комнат квартиры. Для этого последовательное и параллельное соединение рассматривают отдельно, и для подключения осветительных приборов в квартире применяют параллельный вид схемы.

Параллельное соединение

В этом виде схемы все проводники соединяются параллельно друг с другом. Все начала проводников объединены в одну точку, и все концы также соединены вместе. Рассмотрим некоторое количество однородных проводников (резисторов), соединенных по параллельной схеме.Этот вид соединения является разветвленным. В каждой ветви содержится по одному резистору. Электрический ток, дойдя до точки разветвления, разделяется на каждый резистор, и будет равняться сумме токов на всех сопротивлениях. Напряжение на всех элементах, соединенных параллельно, является одинаковым.Все резисторы можно заменить одним эквивалентным резистором. Если воспользоваться законом Ома, можно получить выражение сопротивления. Если при последовательном соединении сопротивления складывались, то при параллельном будут складываться величины обратные им, как записано в формуле выше.

Работа тока

Последовательное и параллельное соединение, рассмотренное ранее, было справедливо для величин напряжения, сопротивления и силы тока, являющихся основными. Работа тока определяется по формуле:А = I х U х t, где А – работа тока, t – время течения по проводнику.Для определения работы при последовательной схеме соединения, необходимо заменить в первоначальном выражении напряжение. Получаем:А=I х (U1 + U2) х tРаскрываем скобки и получаем, что на всей схеме работа определяется суммой на каждой нагрузке.Точно также рассматриваем параллельную схему соединения. Только меняем уже не напряжение, а силу тока. Получается результат:А = А1+А2

Мощность тока

При рассмотрении формулы мощности участка цепи снова необходимо пользоваться формулой:Р=U х IПосле аналогичных рассуждений выходит результат, что последовательное и параллельное соединение можно определить следующей формулой мощности:Р=Р1 + Р2Другими словами, при любых схемах общая мощность равна сумме всех мощностей в схеме. Этим можно объяснить, что не рекомендуется включать в квартире сразу несколько мощных электрических устройств, так как проводка может не выдержать такой мощности.

Влияние схемы соединения на новогоднюю гирлянду

После перегорания одной лампы в гирлянде можно определить вид схемы соединения. Если схема последовательная, то не будет гореть ни одной лампочки, так как сгоревшая лампочка разрывает общую цепь. Чтобы выяснить, какая именно лампочка сгорела, нужно проверять все подряд. Далее, заменить неисправную лампу, гирлянда будет функционировать.При применении параллельной схемы соединения гирлянда будет продолжать работать, даже если одна или несколько ламп сгорели, так как цепь не разорвана полностью, а только один небольшой параллельный участок. Для восстановления такой гирлянды достаточно увидеть, какие лампы не горят, и заменить их.

Последовательное и параллельное соединение для конденсаторов

При последовательной схеме возникает такая картина: заряды от положительного полюса источника питания идут только на наружные пластины крайних конденсаторов. Конденсаторы, находящиеся между ними, передают заряд по цепи. Этим объясняется появление на всех пластинах равных зарядов с разными знаками. Исходя из этого, заряд любого конденсатора, соединенного по последовательной схеме, можно выразить такой формулой:qобщ= q1 = q2 = q3Для определения напряжения на любом конденсаторе, необходима формула:U= q/СГде С — емкость. Суммарное напряжение выражается таким же законом, который подходит для сопротивлений. Поэтому получаем формулу емкости:С= q/(U1 + U2 + U3)Чтобы сделать эту формулу проще, можно перевернуть дроби и заменить отношение разности потенциалов к заряду емкости. В результате получаем:1/С= 1/С1 + 1/С2 + 1/C3Немного иначе рассчитывается параллельное соединение конденсаторов.Общий заряд вычисляется как сумма всех зарядов, накопившихся на пластинах всех конденсаторов. А величина напряжения также вычисляется по общим законам. В связи с этим формула суммарной емкости при параллельной схеме соединения выглядит так:С= (q1 + q2 + q3)/UЭто значение рассчитывается как сумма каждого прибора в схеме:С=С1 + С2 + С3

Смешанное соединение проводников

В электрической схеме участки цепи могут иметь и последовательное и параллельное соединение, переплетающихся между собой. Но все законы, рассмотренные выше для отдельных видов соединений, справедливы по-прежнему, и используются по этапам.Сначала нужно мысленно разложить схему на отдельные части. Для лучшего представления ее рисуют на бумаге. Рассмотрим наш пример по изображенной выше схеме.Удобнее всего ее изобразить, начиная с точек Б и В. Они расставляются на некотором расстоянии между собой и от края листа бумаги. С левой стороны к точке Б подключается один провод, а справа отходят два провода. Точка В наоборот, слева имеет две ветки, а после точки отходит один провод.Далее нужно изобразить пространство между точками. По верхнему проводнику расположены 3 сопротивления с условными значениями 2, 3, 4. Снизу будет идти ток с индексом 5. Первые 3 сопротивления включены в схему последовательно, а пятый резистор подключен параллельно.Остальные два сопротивления (первый и шестой) подключены последовательно с рассматриваемым нами участком Б-В. Поэтому схему дополняем 2-мя прямоугольниками по сторонам от выбранных точек.

Устройство и схемы подключения ТЭН

05 Дек 2017г | Раздел: Электрика

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Трубчатые электрические нагреватели (ТЭН) предназначены для преобразования электрической энергии в тепловую. Они применяются в качестве основы в нагревательных устройствах (приборах) промышленного и бытового назначения, осуществляющих нагрев различных сред путем конвекции, теплопроводности или излучения. Трубчатые нагреватели можно размещать непосредственно в нагреваемой среде, поэтому сфера их применения достаточно разнообразна: от утюгов и чайников до печей и реакторов.

1. Устройство ТЭН.

ТЭН представляет собой электрический нагревательный элемент, выполненный из тонкостенной металлической трубки (оболочки), материалом для которой служит медь, латунь, нержавеющая и углеродистая сталь. Внутри трубки расположена спираль из нихромовой проволоки, обладающая большим удельным электрическим сопротивлением. Концы спирали соединены с металлическими выводами, которыми нагреватель подключается к питающему напряжению.

От стенок трубки спираль изолирована спрессованным электроизоляционным наполнителем, который служит для отвода тепловой энергии от спирали и надежно фиксирует ее в центре трубки по всей длине. В качестве наполнителя используется плавленая окись магния, корунд или кварцевый песок. Для защиты наполнителя от проникновения влаги из окружающей среды торцы ТЭНа герметизируют термовлагостойким лаком.

Выводы нагревателя изолированы от стенок трубки и жестко зафиксированы керамическими изоляторами. Питающие провода подключаются к резьбовым концам выводов при помощи гаек и шайб.

Работает ТЭН следующим образом: при прохождении электрического тока по спирали она, нагреваясь, нагревает наполнитель и стенки трубки, через которые тепло излучается в окружающую среду.

При нагреве газообразных сред для увеличения теплоотдачи от ТЭНов применяют их оребрение, выполненное из материала с хорошей теплопроводностью. Как правило, для оребрения используют стальную гофрированную ленту, навитую по спирали на внешнюю оболочку ТЭНа.

Применение такого конструктивного решения способствует уменьшению габаритных размеров и токовой нагрузке нагревателя.

2. Схемы включения ТЭН в однофазную сеть.

Трубчатые электронагреватели рассчитаны на конкретное значение мощности и напряжения, поэтому для обеспечения номинального режима работы их подключают к питающей сети с соответствующим напряжением. Согласно ГОСТ 13268-88 нагреватели изготавливаются на номинальные напряжения: 12, 24, 36, 42, 48, 60, 127, 220, 380 В, однако наибольшее применение нашли ТЭНы рассчитанные на напряжение 127, 220 и 380 В.

Рассмотрим возможные варианты включения ТЭН в однофазную сеть.

2.1. Включение в розетку.

ТЭНы мощностью не более 1кВт (1000 Вт) можно смело включать в розетку через обычную штепсельную вилку, так как такой мощностью обладает основная масса электрических чайников и кипятильников, которыми мы разогреваем воду.

Через обычную вилку можно включить параллельно два ТЭН, но у обоих нагревателей мощность должна быть не более 1 кВт (1000 Вт), так как при параллельном соединении их общая мощность увеличивается до 2 кВт (2000 Вт). Таким образом, можно включить несколько нагревателей, но их общая мощность должна составлять не более 2 кВт, а для включения в розетку необходимо использовать более мощную вилку.

Бывает ситуация, когда дома завалялись несколько нагревателей, рассчитанных на рабочее напряжение 127 В, выкинуть их рука не поднимается, а в домашнюю сеть не включишь. В этом случае нагреватели включаются последовательно, что дает возможность подавать на них повышенное напряжение. При последовательном соединении двух нагревателей с напряжением 127 В их мощность остается прежней, а общее сопротивление увеличивается в два раза. Например, при включении двух нагревателей мощностью по 500 Вт их общая мощность составит 1000 Вт.

Однако в этой схеме есть один недостаток: если выйдет из строя любой из ТЭН, то работать не будут оба, так как разорвется электрическая цепь и прекратится подача питания.

Также надо помнить, что при последовательном соединении двух нагревателей с рабочим напряжением 220 В их общая мощность уменьшается в два раза, так как из-за увеличения общего сопротивления каждый нагреватель будет получать около 110 В вместо положенных 220 В.

2.2. Включение через автоматический выключатель.

Будет на много удобнее, если на ТЭНы подавать напряжение с помощью автоматического выключателя. Для этого необходимо в домовом щитке предусмотреть автомат, или же автомат установить непосредственно рядом с нагревательным устройством. Подача и отключение напряжения будет осуществляться включением/выключением автоматического выключателя.

Читайте также  Соединение водосточных труб между собой

Следующий вариант включения нагревателей осуществляется двухполюсным выключателем, что является наиболее предпочтительным, так как в этом случае фаза и ноль разрываются одновременно и ТЭН полностью отключается от общей схемы. Напряжение подается на верхние клеммы выключателя, а к нижним подключается нагреватель.

Если электрический нагреватель используется для нагрева воды и в доме проведено заземление, то для защиты от поражения электрическим током в случае пробоя изоляции нагревателя есть смысл установить УЗО или дифавтомат.

В этом случае заземляющий проводник соединяют с корпусом ТЭНа или подключают на специальный винт, закрепленный на корпусе емкости. Рядом с таким винтом изображают знак заземления. Рассмотрим схему с дифавтоматом:

Защита с дифавтоматом работает следующим образом: при пробое изоляции нагревателя на его корпусе появляется фаза, которая используя наименьшее сопротивление «пойдет» по заземляющему проводнику РЕ и создаст ток утечки. Если этот ток превысит уставку, то дифавтомат сработает и отключит подачу напряжения. Если в цепи произойдет короткое замыкание, то и в этом случае сработает дифавтомат и обесточит ТЭН.

При использовании УЗО между ним и нагревателем необходимо установить дополнительный однополюсный автомат, который в случае короткого замыкания отключит подачу напряжения на нагреватель и защитит УЗО от тока короткого замыкания. В случае пробоя изоляции УЗО отключит подачу напряжения.

2.3. Работа ТЭН в схемах регулирования температуры.

В схемах автоматического регулирования температуры питающее напряжение на электрические нагреватели подается через контакты пускателей, контакторов или термореле. В совокупности связка «нагреватель – термореле» или «нагреватель – термореле – контактор» представляет собой самый простой регулятор температуры, который может использоваться для поддержания температурного режима в помещениях или жидких средах. Контактор применяют в схеме для размножения контактов и для коммутации мощной нагрузки, на которую не рассчитаны контакты термореле.

Термореле может работать в режимах «Нагрев» или «Охлаждение», которые выбираются переключателем, расположенном на лицевой стороне реле. Работу ТЭН рассмотрим в режиме «Нагрев», так как именно этот режим используется наиболее часто.

Рассмотрим схему «нагреватель — термореле».

Питающее напряжение 220 В подается на входные клеммы двухполюсного автоматического выключателя. С выхода автомата напряжение поступает на клеммы питания термореле А1 и А2. Ноль соединяется с клеммой термореле А2 и левым выводом нагревателя.

Фаза соединяется с клеммой термореле А1 и перемычкой перебрасывается на левый вывод контакта К1 и постоянно присутствует на нем. Правый вывод контакта К1 соединен с правым выводом нагревателя. Датчик температуры подключается к клеммам Т1 и Т2.

В исходном состоянии, когда температура окружающей среды выше заданного значения, контакт реле К1 разомкнут и напряжение на ТЭН не поступает. Как только температура опустится ниже заданного значения, от датчика придет сигнал и реле даст команду на замыкание контакта К1. В этот момент фаза через замкнутый контакт К1 поступит на правый вывод нагревателя и нагреватель начнет нагреваться. При достижении заданной температуры от датчика опять придет сигнал и реле разомкнет контакт К1 и обесточит нагреватель.

Рассмотрим схему «нагреватель – термореле — контактор».

Питающее напряжение 220 В подается на входные клеммы двухполюсного автоматического выключателя. С выхода автомата напряжение поступает на клеммы питания термореле А1 и А2. Ноль соединяется с клеммой термореле А2, выводом А2 катушки контактора и нижним выводом нагревателя.

Фаза подается на клемму термореле А1 и перемычкой перебрасывается на левый вывод контакта К1, нижний силовой вывод контактора и постоянно присутствует на этих выводах. Правый вывод контакта К1 соединен с выводом А1 катушки контактора. Верхний силовой вывод контактора соединен с верхним выводом нагревателя. Датчик температуры подключается к клеммам Т1 и Т2.

В исходном состоянии, когда температура окружающей среды выше заданного значения, контакт реле К1 разомкнут и на ТЭН напряжение не поступает. При опускании температуры ниже заданного значения от датчика приходит сигнал и реле замыкает контакт К1, по которому фаза поступает на вывод А1 катушки контактора.

При появлении фазы на выводе А1 катушки срабатывает контактор, его силовые контакты замыкаются и фаза попадает на верхний вывод нагревателя и он начинает нагреваться. При достижении заданной температуры от датчика опять придет сигнал, реле разомкнет контакт К1 и обесточит контактор, который в свою очередь обесточит нагреватель.

Если возникли вопросы по контакторам, то Вы можете познакомиться с их устройством и работой, а также рассмотреть схемы подключения контакторов.

Вы также можете посмотреть ролик о нагревателях, где рассказывается и показывается работа каждой схемы.

На этом пока закончим, а во второй части рассмотрим схемы подключения ТЭН к трехфазной сети.
Удачи!

Подключение ТЭНа к электрической сети: схема подключения

Трубчатые электронагреватели или ТЭНы могут подсоединяться к однофазной или трехфазной электрической цепи. Они преобразуют электрическую энергию в тепловую для нагрева внешней среды, их используют в различных нагревательных приборах промышленного и бытового типа. Каждый электронагреватель рассчитывается под определенные значения напряжения и мощности, поэтому его подключение к сети должно соответствовать заданным параметрам. Подключение может проводиться по последовательной и параллельной схеме.

Параллельное подключение ТЭНов к источнику питания

Такой вариант соединения выгодный, так как при выходе одного нагревателя из строя все остальные будут продолжать стабильно работать. Параллельное соединение строится на следующих принципах:

  1. Напряжение каждого ТЭНа должно быть равно значению напряжения в сети. Например, если к источнику тока с напряжением 220 Вольт подключается три ТЭНа, то каждый из них должен быть рассчитан именно на такое значение.
  2. Суммарная мощность равняется общей мощности всех подключенных к системе нагревателей. Она рассчитывается по формуле Pобщ=U2/Rобщ, где Pобщ – это общая мощность, U – напряжение, а Rобщ – общее значение сопротивления в электрической цепи.

Такая схема подключения ТЭНа позволяет увеличить мощность нагрева, но суммарная величина не должна превышать допустимое значение.

Последовательное подключение ТЭНов

При последовательном варианте подключения вся цепь будет отключена, как только один из нагревателей перестанет работать. Сборка электрической цепи осуществляется в соответствии со следующими принципами:

  1. Сопротивление цепи представляет собой общее сопротивление всех подсоединенных нагревателей.
  2. Если сопротивление у нагревателей одинаковое, то напряжение представляет собой суммарное напряжение всех устройств, поделенное на их количество.
  3. Мощность сборки рассчитывается по формуле Pобщ=Uобщ2/Rобщ, где Pобщ – это общее суммарное значение мощности, U – напряжение, а Rобщ – общее значение сопротивления.

Последовательная схема подключения ТЭНа позволяет, например, подключить к розетке 2 нагревателя, рассчитанных на мощность 127В. В результате сопротивление двукратно возрастает, повышается интенсивность нагрева. Если по такой схеме к сети подключается 2 нагревателя мощностью 220В, то, ввиду увеличения общего сопротивления, каждый из них будет работать только с мощностью 110В.

Подключение с использованием выключателя

Для надежности работы ТЭНов в электросети дома или квартиры в домовом щитке лучше установить автомат – он может быть подключен непосредственно рядом с прибором. Наиболее оптимальным является вариант с установкой двухполюсного выключателя: при отклонении от рабочих параметров он сразу выключает фазу и ноль, в результате ТЭН полностью отсоединяется от электросети.

Если в доме предусмотрено заземление, то необходимо предотвратить поражение электротоком при повреждении изоляции. Для этого рекомендуется подключить ТЭН через УЗО или дифавтомат. Такая защита будет работать по следующей схеме: если изоляция нарушится, то на корпус подается фаза, которая по принципу наименьшего сопротивления пойдет по заземляющему проводнику. Дифавтомат среагирует и отключит подачу тока на устройство. Также при наличии короткого замыкания автомат отключится, чтобы не допустить возгорания.

Подключение для регулировки температуры

В автоматизированных схемах ТЭНы подключаются через реле, что позволяет регулировать нагрев и менять температурный режим среды. В систему устанавливается температурный датчик, который реагирует на изменения в рабочей среде. Когда температура достигает требуемого значения, реле включает нагреватель и обеспечивает повышение температуры. Автоматизированная схема позволяет не контролировать работу устройства и не включать его вручную.

Как рассчитать мощность нагревателя (расчет тэна)

Трубчатые электронагреватели (ТЭНы) широко распространены в системе отопления. Они представляют собой тонкостенные металлические трубки, в которые помещены спирали из материала с высоким сопротивлением. При подаче электрического тока спираль нагревается, тепло передается на корпус и используется для повышения температуры внешней среды.

Формула расчета мощности

Один из важных вопросов при выборе нагревателя для отопления – расчет мощности. От этого параметра во многом зависит энергоэффективность отопительной системы. Избыточная мощность приводит к повышенным затратам электроэнергии, а также к перегрузке электросети, что может стать причиной возгорания. Если же она будет недостаточной, то устройство окажется неэффективным для поддержания требуемого температурного режима.

Расчет ТЭНа ведется по формуле Рм=0.0011*м(Т2-Т1)/t, где Рм – значение расчетной мощности, Т1 – стартовый температурный уровень, Т2 – итоговая температура теплоносителя в системе, а t – время для нагрева до оптимального уровня.

Приведем пример расчета требуемой мощности для нагрева с помощью ТЭНов 6-секционного алюминиевого отопительного радиатора. Расчет будет вестись следующим образом:

  1. В паспорте модели радиатора нужно посмотреть объем теплоносителя. Допустим, он составляет 3 литра.
  2. Предполагается, что теплоноситель нужно прогреть от 20 до 80 градусов. Расчетное время прогрева – 10 минут.
  3. Проведем расчет по формуле с подстановкой значений Рм=0.0066*3(80-20)/10 = 1,118.

То есть, для выполнения поставленных условий потребуется установить ТЭН, мощность которого составит примерно 1,2 кВт. Если меняются исходные условия, то изменится и требуемое значение мощности.

Расчет мощности ТЭНа по площади помещения

Расчет ТЭНа также можно проводить с учетом площади помещения. Так, для обогрева 10 квадратных метров пространства потребуется 1 кВт тепловой энергии. Соответственно, если нужно обогреть с помощью ТЭНа кухню площадью 6 квадратов, то потребуется нагреватель мощностью 0,6 кВт. Однако это только приблизительный расчет, в котором не учитываются факторы потери тепла. На показатели будут влиять следующие параметры:

  1. Количество и размер окон, тип установленных рам. Герметичные пластиковые окна дают минимум теплопотерь, а через деревянные рамы будет уходить большое количество тепла.
  2. Наличие теплоизоляции помещения. Теплоизоляционный слой позволяет значительно снизить расход электроэнергии для обогрева.
  3. Высота потолка. Чем выше помещение, тем больше энергии потребуется для его полноценного обогрева.
Читайте также  Цанговое соединение для медных труб

Если тщательно утеплить помещение, то можно будет установить нагревательные приборы меньшей мощности и ежегодно экономить на отоплении.

Преимущества использования ТЭНов для обогрева

ТЭНы для радиаторов могут использоваться для создания системы автономного обогрева, если дом не подключен к централизованному источнику теплоснабжения. Также его можно использовать в качестве дополнительного или аварийного обогревателя: он будет обеспечивать нагрев теплоносителя при перебоях с подачей тепла.

Трубчатые электронагреватели стали пользоваться популярностью по нескольким причинам:

  1. Высокая эффективность и экономичность – приборы передают тепловую энергию теплоносителю напрямую с минимумом потерь.
  2. Простота монтажа – ТЭНы доступны для подключения без специальных навыков.
  3. Компактные размеры – устройства занимают минимум места.
  4. Безопасность – можно подобрать прибор с датчиком контроля, а также подключить его в электрощитке через автомат. Если возникнет повреждение изоляции или короткое замыкание, то устройство автоматически отключит ТЭН от электросети.
  5. Возможность регулирования температуры теплоносителя – это дает возможность экономить электроэнергию и поддерживать комфортную температуру.

Однако если ТЭН является единственным источником тепла, то он потребляет много электроэнергии. При этом его использование более безопасно, чем применение газовых горелок и угольных печей в загородных домах. Если подключить его только как резервный источник тепла, то он защитит батареи от перемерзания при внезапных перебоях с подачами тепловой энергии. Точный расчет мощности позволит минимизировать энергозатраты.

Сравнение параллельного и последовательного подключения нагревателей для печей

Печи с последовательным соединением нагревателей

Многие плавильные печи сопротивления оснащены последовательно соединенными нагревательными элементами, которые обычно соединяются по трехфазной схеме.

Но, как и в случае с недорогими елочными гирляндами, все элементы, соединенные последовательно, перестанут работать, когда один из элементов группы выйдет из строя. Это подвергает тигель сильному тепловому напряжению, что может привести к катастрофическому отказу, поскольку он сталкивается с палящим жаром с одной стороны и холодными темными нагревательными элементами со стороны отказа.

Что еще хуже, от одной трети до половины входной мощности печи будет потеряно в результате отказа одного элемента, в зависимости от того, соединена ли печь треугольником или звездой. А при выходе из строя второго элемента теряется от двух третей до 100% всей мощности печи! Очевидно, что выход из строя одного элемента требует немедленной остановки производства, чтобы печь можно было остановить на ремонт.

Последовательные соединения популярны у некоторых производителей печей, потому что они снижают производственные затраты: нет необходимости в жгутах электропроводки, соединительных клеммах, блоках предохранителей, предохранителях или соединительных полосах, которые имеют высокую трудоемкость и требуются для печей с параллельным подключением. Пример плавильной печи сопротивления с последовательным подключением показан на фото ниже.

Производители электрических печей сопротивления, оснащенных нагревательным проводом большего диаметра, почти всегда подключают свои нагревательные элементы последовательно группами.

Это происходит потому, что нагревательные элементы из проволоки большего диаметра имеют очень низкое электрическое сопротивление, что требует низкого напряжения. Последовательные соединения предлагают недорогой способ снизить напряжение на каждом элементе. Альтернативой является использование большого дорогостоящего трансформатора, что значительно повысит стоимость производства.

Хорошо известно, что при выходе из строя одного элемента в последовательной группе все остальные элементы в этой группе перестают работать.

Но менее известно, что потеря одного элемента в последовательно соединенной трехфазной конфигурации с соединением звездой немедленно снизит входную мощность в печь вдвое, а потеря второго элемента приведет к снижению входной мощности печи до нуля!

Чтобы определить, что происходит, когда нагревательные элементы выходят из строя в последовательно соединенной печи, полезно рассмотреть конкретный пример. Предположим, у нас есть печь с последовательным подключением и номинальной потребляемой мощностью 75 кВт (75 000 Вт), которая имеет двенадцать нагревательных элементов, соединенных по трехфазной схеме с вариантом подключения звездой.

Эти элементы будут подключены согласно схеме, показанной на рисунке ниже:

Схема подключения на рисунке может быть упрощена и перерисована для пояснения, как показано на схематическом изображении, обозначенном рядом с ним.

При входном напряжении 480 вольт в любой 3-фазной конфигурации «звезда» напряжение на каждой последовательной группе или «ветви» будет 480 / √3 = 277 вольт. Таким образом, напряжение на каждом из четырех нагревательных элементов в трех последовательных группах, показанных на рисунке, будет 277, деленное на 4 = 69,25 вольт. Чтобы определить номинальную мощность каждого отдельного нагревательного элемента, мы разделим общую номинальную мощность печи в 75000 Вт на 12 элементов = 6250 Вт на элемент.

Чтобы рассчитать сопротивление каждого элемента, закон Ома говорит нам, что

где R — сопротивление элемента в омах, U — напряжение на элементе, а P — номинальная мощность отдельного элемента в ваттах. В этом примере

R = (69,25)²/6250 = 0,768 Ом.

Опять же, согласно закону Ома, ток в амперах (обозначенный I), протекающий в каждом нагревательном элементе, будет равен I = P / U. Для этого конкретного примера I = 6250 / 69,25 = 90 ампер. (Это большой ток, который может легко привести к перегреву переходов последовательного соединения. Типичный ток в нагревательном элементе печи обычно намного ниже 15 ампер.)

Теперь, когда элемент перегорает в одной цепочке, диаграмма выглядит как на следующем рисунке. Вместо первоначальной трехфазной цепи в результате перегорания оставшиеся восемь нагревательных элементов были подключены последовательно через одну фазу на 480 вольт.

Остальные четыре элемента полностью отключены от цепи из-за перегорания, и ни один из них не работает. Напряжение на каждом из восьми оставшихся элементов теперь будет 480, деленное на 8 = 60 вольт вместо 69 вольт, как раньше.

Это падение напряжения снизит мощность, рассеиваемую каждым элементом.

Чтобы определить, какой будет эта уменьшенная мощность, мы снова обратимся к закону Ома, который гласит, что P = U² / R. Теперь при пониженном напряжении из-за перегорания мощность, рассеиваемая каждым элементом, равна P = (60)²/0,768 = 4688 Вт. Таким образом, общая мощность, рассеиваемая в этой печи после перегорания одного элемента, теперь составляет 8 раз по 4688 Вт = 37 500 Вт, что ровно половину исходной входной мощности в 75 000 Вт!

Неудивительно, что печь нужно сразу выключить и отремонтировать!

Что происходит, когда перегорает второй элемент? Вся остальная группа из восьми элементов выходит из строя, и общая рассеиваемая мощность печи равна нулю!

Плавильная печь с параллельно подключенными нагревательными элементами

В печи с параллельным подключением и независимым подключением нагревательных элементов все остальные нагревательные элементы будут продолжать работать, если один из них выйдет из строя. Печь с 24 нагревательными элементами потеряет всего 1/24 своей скорости плавления с потерей одного элемента, и производство может продолжаться без остановки. Это делает дополнительные вложения в параллельную проводку очень рентабельными, поскольку она окупается за счет непрерывного производства после того, как первый элемент выходит из строя. Внутренняя часть печи с параллельной проводкой показана на фото выше.

Простой пример параллельной разводки нагревательных элементов показан на рисунке ниже. Обратите внимание, что фазы «A», «B» и «C» чередуются от одного элемента к другому, так что выход из строя одной фазы не приведет к огромному холодному пятну на одной стороне тигля.

Схематическое изображение данного подключения показано на следующем рисунке.Если один элемент выходит из строя по какой-либо причине, мы имеем ситуацию, показанную на рисунке справа. Что наиболее важно, при параллельном подключении потеря любого элемента никогда не влияет на другие элементы, как в случае с последовательным подключением.

Для полезного сравнения: допустим, плавильная печь имеет восемнадцать нагревательных элементов, подключенных параллельно, а общая потребляемая мощность составляет 81 кВт. Если один нагревательный элемент выходит из строя, все остальные элементы продолжают работать, и печь теряет лишь 1/18 входной мощности или 4½ кВт. Если второй нагревательный элемент выходит из строя, печь теряет 2/18 потребляемой мощности или всего 9 кВт. Таким образом, при отключенных двух элементах мощность печи по-прежнему составляет 89%, и снижение скорости плавления практически невозможно заметить.

Это сильно контрастирует с приведенным выше примером последовательного подключения, где мощность печи падает до половины, когда сгорает один элемент, а затем до нуля, когда сгорают два элемента. Этот пример должен помочь прояснить, почему печи преимущественно имеют 100% параллельное соединение нагревательных элементов для максимальной надежности.

ПРОВЕРКА ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ ИЛИ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ ПРОВОДКИ

Потенциальный покупатель должен внимательно проверить и убедиться, что рассматриваемая печь подключена параллельно или последовательно. Большинство производителей сразу подтвердят, какой тип проводки они предлагают. Иногда возникает путаница, если производитель заявляет, что его печи подключены параллельно или «последовательно / параллельно», когда на самом деле они на 100% подключены последовательно.

Перед покупкой, чтобы убедиться, что он получит 100% параллельную проводку, предусмотрительный покупатель должен, во-первых, запросить подробную схему подключения, которая показывает подключение каждого элемента в печи, чтобы убедиться, что печь действительно подключена параллельно, и, при необходимости, получить услуги квалифицированного электрика для подтверждения; и во-вторых, получить письменное обещание от производителя, что печь может быть возвращена с полным возмещением, если она будет доставлена ​​с последовательной проводкой.

Компания Термоэлемент производит нагревательные элементы для печей различных типов: спирали из нихрома и фехрали, трубчатые электронагреватели, канальные керамические ТЭНы для печей отжига, высокотемпературные карбидкремниевые и дисилицид молибденовые нагреватели.