Датчик температуры для электрокотла

Электрокотел своими руками

Система отопления в доме является одной из главных коммуникаций, потому ее установке уделяется особое внимание. Эффективность работы зависит от точности разработанной схемы расположения каждого элемента, их качества, вида и мощности котла, который обеспечивает нагрев воды. Сейчас промышленность представляет на рынке несколько типов этих устройств. Выбор зависит от доступности вида топлива, для которого предназначен котел.

Особенности электрических котлов

В настоящее время наблюдается стремительный рост темпов строительства загородных домов. Все больше жителей городов предпочитают расстаться с «каменными джунглями» и поселиться ближе к природе. Проведение коммуникационных магистралей требует серьезных затрат и времени, потому далеко не везде есть возможность воспользоваться централизованными системами отопления, возникает необходимость оборудования автономного обогрева дома.

Согласно расчетам, одним из самых экономичных устройств является газовый котел. Но это при условии, что в зоне расположения дома проходит магистраль с природным газом. Использование сжиженного бутана значительно снижает экономичность и степень безопасности. Установка котлов, работающих на твердом, жидком топливе требует не только оборудования котельной с качественной системой вентиляции, но и сооружений для хранения запасов, без которых бесперебойную работу системы обеспечить невозможно. Главным преимуществом электрокотла является доступность топлива. Электричество проводится к каждому загородному поселку, деревне, потому у всех владельцев есть возможность подвести его к своему дому.

В ассортименте магазинов представлено много различных моделей электрокотлов, что обеспечивает хороший выбор. Но если есть необходимость сэкономить средства на покупке, можно изготовить это устройство своими руками. Разумеется, для этого необходимы знания принципа работы и опыт сборки электроприборов. В настоящее время в специализированных магазинах можно приобрести все составляющие, которые потребуются для создания электрокотла, поэтому проблем с их поиском не будет.

Виды электрокотлов

Все водяные системы отопления устроены однотипно. Вода, подогреваемая котлом, проходит по конструкции из труб и радиаторов, возвращается для нагрева. В электрокотле происходит преобразование энергии из электрической в тепловую, что и обеспечивает подогрев теплоносителя. Отвечает за этот процесс ТЭН.

Существует два вида установки трубчатого электронагревателя:

1. Он может быть встроен в отопительную систему, что упрощает задачу. Такой электрокотел можно использовать в качестве основного прибора отопления или вспомогательного. Но, следует учесть, что для создания такого устройства требуется труба большего диаметра, чем те, что используются в отопительной системе. Для того чтобы в случае появления неисправностей, не пришлось вырезать электрокотел, его необходимо сделать съемным.
2. Опытные специалисты считают, что более эффективным и целесообразным является создание агрегата, который находится отдельно от системы. Это позволяет производить необходимый ремонт, не нарушая ее целостность, обеспечивает лучшие условия для контроля над его работой. Такой вариант лучше подходит и для установки дополнительных датчиков, позволяющих повысить безопасность и эффективность отопительной системы. Кроме того, при необходимости замены устройства на котел, рассчитанный на другой вид топлива, его монтаж не вызовет проблем.

ТЭН нужно приобрести в готовом виде, выбирая мощность с учетом площади дома, пропускной способности системы. Для обогрева дома площадью до 50 кв. м. потребуется устройство мощностью 6 кВт, площадью до 80 кв. м. — 12 кВт. Можно использовать два ТЭНа, установленных параллельно.

Сборка и установка электрокотла

В создании электрокотла потребуется:

1. Трехфазный ТЭН
2. Отрезок толстостенной стальной трубы полуметровой длины диаметром 219 мм.
3. Стальной лист толщиной 2 мм (для крышек).

Для обеспечения необходимой герметичности корпуса потребуется приварить с обеих сторон трубы стальные крышки. В той, которая будет располагаться в верхней части устройства, необходимо сделать отверстие диаметром 40−50 мм для горячей воды, поступающей в отопительную систему. В нижней части трубы в боковой части также создается отверстие, в которое будет поступать охлажденный теплоноситель. Напротив него или на нижней крышке монтируется ТЭН.

Дополнительно следует установить в трубе, подающей охлажденную воду, электронасос, который обеспечит необходимую циркуляцию воды в системе. Установленные шаровые вентили позволят перекрывать электрокотел, производить ремонт без необходимости сливать всю воду из системы.

Обеспечивает работу агрегата электрическая часть. Для нее потребуется сборка электрощита. Если в доме нет трехфазного ввода, понадобится его подключение. В металлическом щите размещаются магнитный пускатель, автомат, тумблер, реле, кнопки для управления котлом. Монтаж щита производится квалифицированным специалистом. Кроме щита требуется создание заземления. К металлическому штырю приваривается болт. Конструкция размещается над полом. Провод прикручивается к болту, проводится в электрощит. Качество работы заземления проверяется ежегодно специализированной организацией с фиксированием результатов замеров в протоколе.

Схема электрокотла:

1. труба для отвода горячей воды;
2. корпус;
3. трубчатый электронагреватель;
4. труба входа охлажденной воды;
5. фланец верхний с прокладкой для герметизации;
6. поддон;
7. фланец нижний;
8. крышка поддона;
9. нижняя крышка корпуса;
10. отверстие для подведения электрического шнура;
11. прокладка.

Электрическая схема:

• А — АП-50−3МТ (автомат);
• МП — магнитный пускатель;
• П, С — кнопки;
• Т — тумблер;
• Р — реле;
• Пр — предохранитель;
• ТР — ТР-0М5−03 (датчик температуры).

Установка дополнительных автоматических систем дает возможность обеспечить безопасность работы электрокотла и удобство в пользовании. Специальные датчики позволяют устанавливать в доме комфортную температуру, отключать систему в случае аварийной ситуации.

Электрическое отопление

Электрическое отопление, где нагрев теплоносителя осуществляется за счет работы электрокотла, считается одним из самых дорогостоящих. И это не связано с затратами на оборудование и монтаж, это связано со стоимостью электроэнергии. Поэтому такое отопление в основном монтируют в качестве альтернативы, когда еще к дому не подведен природный газ, либо для удобства, как замена печному отоплению.

Плюcы и минусы электроотопления

Плюсы электроотопления - в доме поддерживается постоянная температура, котел работает автоматически и не требуется постоянное обслуживание. Наличие двухтарифной системы оплаты за электроэнергию позволяет экономить. Система работает автономно и при правильном монтаже совершенно безопасна. Не требуется устройство дымоходов. Такую систему можно смонтировать самостоятельно и при этом не брать разрешительные документы от пожарников и не бегать по инстанциям, главное условие – электроснабжение дома.

Минусы – высокая стоимость за электричество. При отключении электроснабжения необходимость использования дополнительных источников питания, которые должны быть достаточно мощными, например бензиновый генератор, обычным аккумулятором не обойтись.

Выбор котла зависит от площади отапливаемого помещения. Котлы бывают одно- и трехфазные. Поэтому перед покупкой, необходимо провести расчет мощности, и уже, исходя из этого, выбирать необходимое оборудование.

Если электроотопление планируется на очень долгий срок, то, лучше всего, подключить к дому трехфазное электроснабжение и приобрести трехфазный котел – и мощность больше, и сеть не перегружена.

В качестве теплоносителя используют обычную воду, либо антифриз. Соли добавлять нельзя.

Виды электрокотлов

ТЭНовые котлы – в качестве нагревательного элемента используются ТЭНы, считаются самыми распространенными. Вода нагревается электронагревательными элементами. Большой минус таких котлов – если вода жесткая, то на ТЭНах образуется накипь и значительно снижается мощность, только счета за электричество не снижаются.

КПД не ниже 93%.

20otoplenie/1.jpg" /%20otoplenie/2.jpg" /%

ТЭНовые отопительные котлы.

Электродные котлы – вода нагревается за счет того, что через неё пропускается переменный электрический ток. Считаются одними из самых экономичных. КПД, по заявлению изготовителей, не ниже 98%.НЕЛЬЗЯ использовать в качестве теплоносителя дистиллированную воду. Для систем с электродными котлами в продаже имеются специальные составы, улучшающие электропроводность воды.

20otoplenie/3.jpg" /%20otoplenie/4.jpg" /%

Электродные котлы.

Индукционные котлы – по своему строению напоминают трансформатор. КПД 98%. Считаются одними из самых долговечных и экономичных котлов.

20otoplenie/5.jpg" /%20otoplenie/6.jpg" /%

Индукционные котлы.

Схемы отопительной системы с электрическим котлом

Отопительная электрическая система монтируется так же, как и любая другая. Единственное отличие – установка электрокотла и отсутствие дымоходов.

ВАЖНО – чем меньше объем теплоносителя, тем быстрее происходит нагрев и лучше энергоэффективность электрокотла. Самым оптимальным вариантом для монтажа системы можно назвать следующие комплектующие:

Электрокотел

Полипропиленовые трубы

Алюминиевые или биметаллические радиаторы.

Электрокотел устанавливается и в открытую, и в закрытую системы отопления.

При открытой, где используется открытый расширительный бак, не требуется установка манометров.

При закрытой, где используется мембранный расширительный бак, требуется установка манометров давления.

Для экономичной и слаженной работы электрокотла, в доме желательно установить датчик температуры воздуха в помещении, это позволит котлу перейти на более экономичный и щадящий режим работы.

Если котел не оборудован терморегулятором, то дополнительное оборудование (датчик теплоносителя) приобретается отдельно.

Схемы отопления

20otoplenie/7.jpg" /%

Двухтрубная система с верхней разводкой и естественной циркуляцией.

20otoplenie/8.jpg" /%

Двухтрубная система с нижней разводкой и принудительной циркуляцией.

20otoplenie/9.jpg" /%

20otoplenie/10.jpg" /%

Терморегулятор для электрического котла

Описание простой и надежной схемы терморегулятора для системы отопления.

Российская зима сурова и холодна, и об этом знают все. Поэтому помещения, где находятся люди, должны отапливаться. Наиболее распространенным является центральное отопление либо индивидуальные газовые котлы.

Нередко возникают ситуации, когда ни то, ни другое не доступно: например в чистом поле стоит небольшое помещение насосной станции водопровода, и там круглосуточно дежурит машинист. Также это может быть караульная вышка или отдельно взятая комната в большом необитаемом здании. Таких примеров можно найти немало.

Во всех этих случаях приходится устраивать отопление при помощи электричества. Если помещение невелико, то вполне можно обойтись обычным масляным электрическим радиатором бытового назначения. Для комнаты побольше площадью около 15 - 20 квадратных метров чаще всего отопление устраивают водяное с помощью радиатора, сваренного из труб, который часто называют регистром.

Если пустить дело на самотек и не следить за температурой воды, то рано или поздно она просто закипит и дело может закончиться выходом из строя всего котла, прежде всего его нагревательного элемента. Чтобы такого досадного случая не произошло, температура нагрева управляется терморегулятором.

Один из возможных вариантов подобного устройства и предлагается в данной статье. Конечно, нынешняя зима уже на исходе, но не следует забывать, что сани лучше всего готовить летом.

Функционально устройство можно разделить на несколько узлов: собственно датчик температуры, сравнивающее устройство (компаратор) и устройство управления нагрузкой. Далее следует описание отдельных частей, их схема и принцип работы.

Датчик температуры

Отличительной особенностью описываемой конструкции является то, что в качестве датчика температуры используется обычный биполярный транзистор, что позволяет отказаться от поиска и приобретения терморезисторов или датчиков различных типов, например ТСМ.

Работа такого датчика основана на том, что, как и у всех полупроводниковых приборов, параметры транзисторов в немалой степени зависят от температуры окружающей среды. В первую очередь это обратный ток коллектора, который с повышением температуры возрастает, что сказывается отрицательно на работе, например, усилительных каскадов. Их рабочая точка смещается настолько, что возникают значительные искажения сигнала, и в дальнейшем транзистор просто перестает реагировать на входной сигнал.

Такая ситуация присуща в основном схемам с фиксированным током базы. Поэтому, применяются схемы транзисторных каскадов с элементами обратной связи, которые стабилизируют работу каскада в целом, и в том числе снижают воздействие температуры на работу транзистора.

Такая температурная зависимость наблюдается не только у транзисторов, но и у диодов. Чтобы в этом убедиться достаточно с помощью цифрового мультиметра «прозвонить» любой диод в прямом направлении. Как правило, прибор покажет цифру близкую к 700. Это как раз прямое падение напряжения на открытом диоде, которое прибор показывает в милливольтах. Для кремниевых диодов при температуре 25 градусов Цельсия этот параметр составляет приблизительно 700 мВ, а для германиевых диодов около 300.

Если теперь этот диод немного подогреть, хотя бы паяльником, то эта цифра будет постепенно уменьшаться, поэтому считается, что температурный коэффициент напряжения у диодов -2мВ/град. Знак «минус» в данном случае указывает на то, что с повышением температуры прямое напряжение на диоде будет уменьшаться.

Такая зависимость также позволяет использовать диоды в качестве датчиков температуры. Если тем же прибором «прозвонить» переходы транзистора, то результаты будут очень похожи, поэтому транзисторы достаточно часто применяются в качестве датчиков температуры.

В нашем случае работа всего терморегулятора как раз и основана на этом «отрицательном» свойстве каскада с фиксированным током базы. Схема терморегулятора показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема терморегулятора (при нажатии на картинку откроется схема в большем масштабе).

Датчик температуры собран на транзисторе VT1 типа КТ835Б. Нагрузкой этого каскада является резистор R1, а резисторы R2, R3 задают режим работы транзистора по постоянному току. Фиксированное смещение, о котором упоминалось чуть выше, задается резистором R3 таким образом, чтобы напряжение на эмиттере транзистора при комнатной температуре составляло около 6,8 В. Поэтому на схеме в обозначении этого резистора присутствует звездочка (*). Особой точности тут добиваться не надо, лишь бы не было это напряжение намного меньше или больше. Измерения следует проводить относительно коллектора транзистора, который соединен с общим проводом источника питания.

Транзистор структуры p-n-p КТ835Б выбран не случайно: его коллектор соединен с металлической пластиной корпуса, которая имеет отверстие для крепления транзистора на радиатор. За это отверстие транзистор крепится к небольшой металлической пластине, к которой также крепится подводящий провод.

Получившийся датчик крепится с помощью металлических хомутов к трубе системы отопления. Поскольку, как уже отмечалось, коллектор соединен с общим проводом источника питания, между трубой и датчиком не потребуется ставить изолирующую прокладку, что упрощает конструкцию и улучшает тепловой контакт.

Для задания температуры служит компаратор, выполненный на операционном усилителе ОР1 типа К140УД608. Через резистор R5 на его инвертирующий вход подается напряжение с эмиттера транзистора VT1, а на неинвертирующий вход через резистор R6 подается напряжение с движка переменного резистора R7.

Это напряжение задает температуру, при которой будет отключаться нагрузка. Резисторами R8, R9 задаются верхний и нижний диапазон установки порога срабатывания компаратора, а следовательно пределы регулирования температуры. С помощью резистора R4 обеспечивается необходимый гистерезис срабатывания компаратора.

Устройство управления нагрузкой

Устройство управления нагрузкой выполнено на транзисторе VT2 и реле Rel1. Здесь же находится индикация режимов работы терморегулятора. Это светодиоды HL1 красного цвета, и HL2 зеленого. Красный цвет означает нагрев, а зеленый, что заданная температура достигнута. Диод VD1, включенный параллельно обмотке реле Rel1, защищает транзистор VT2 от напряжений самоиндукции, возникающих на катушке реле Rel1 в момент отключения.

Современные малогабаритные реле позволяют коммутировать достаточно большие токи. Примером такого реле может служить реле фирмы Tianbo, показанное на рисунке 2.

Рисунок 2. Малогабаритное реле фирмы Tianbo.

Как видно на рисунке реле допускает коммутацию тока до 16А, что позволяет управлять нагрузкой мощностью до 3Квт. Это максимальная нагрузка. Чтобы несколько облегчить режим работы контактной группы, мощность нагрузки следует ограничить на уровне 2…2,5 КВт. Такие реле в настоящее время применяются очень широко в автомобильной и бытовой технике, например, в стиральных машинах. При этом габариты реле не превышают размеров спичечного коробка!

Работа и наладка терморегулятора

Как было сказано в начале статьи, при комнатной температуре напряжение на эмиттере транзистора VT1 около 6,8 В, а при нагревании до 90°C напряжение понижается до 5,99 В. Для проведения подобных опытов в качестве нагревателя подойдет настольная лампа с металлическим абажуром, а для измерения температуры китайский цифровой мультиметр с термопарой, например DT838. Если датчик собранного устройства укрепить на абажуре, а лампу включить через контакт реле, то можно будет на такой установке проверить работу собранной схемы.

Работа компаратора построена таким образом, что если напряжение на инвертирующем входе (напряжение термодатчика) выше, чем напряжение на входе неинвертирующем (напряжение уставки температуры), на выходе компаратора напряжение близко к напряжению источника питания, в данном случае его можно назвать логической единицей. Поэтому транзисторный ключ VT2 открыт, реле включено, и контакты реле включают нагревательный элемент.

По мере разогрева отопительной системы нагревается и датчик температуры VT1. Напряжение на его эмиттере с ростом температуры понижается, и когда оно станет равно, а точнее чуть меньше, чем напряжение, установленное на движке переменного резистора R7, компаратор переходит в состояние логического нуля, поэтому транзистор запирается и реле отключается.

Нагревательный элемент обесточивается, и радиатор начинает остывать. Транзисторный датчик VT1 также остывает, а напряжение на его эмиттере повышается. Как только это напряжение станет выше, чем установлено резистором R7 компаратор перейдет в состояние высокого уровня, реле включится и процесс повторится снова.

Немного о работе схемы индикации, точнее о назначении ее элементов. Светодиод HL1 красного цвета включается вместе с обмоткой реле Rel1, и указывает на то, что происходит нагрев отопительной системы. В это время транзистор VT2 открыт, и через диод D2 шунтирует светодиод HL2, зеленый свет погашен.

Когда заданная температура будет достигнута, транзистор закроется и отключит реле, а вместе с ним красный светодиод HL1. В то же время закрытый транзистор перестанет шунтировать светодиод HL2, который зажжется. Диод D2 необходим для того, чтобы светодиод HL1, а вместе с ним и реле не могли включиться через светодиод HL2. Светодиоды подойдут любые, поэтому их тип не указан. В качестве диодов D1, D2 вполне подойдут широко распространенные импортные диоды 1N4007 или отечественные КД105Б.

Блок питания терморегулятора

Потребляемая схемой мощность невелика, поэтому в качестве блока питания можно использовать любой сетевой адаптер китайского производства, либо собрать стабилизированный выпрямитель на 12В. Ток потребления схемы не более 200мА, поэтому подойдет любой трансформатор мощностью не более 5Вт и выходным напряжением 15…17В.

Схема блока питания показана на рисунке 3. Диодный мост выполнен также на диодах 1N4007, а стабилизатор напряжения +12В на интегральном стабилизаторе типа 7812. Потребляемая мощность невелика, поэтому устанавливать стабилизатор на радиатор не потребуется.

Рисунок 3. Блок питания терморегулятора.

Конструкция терморегулятора произвольная, большая часть деталей смонтирована на печатной плате, лучше, если там же будет смонтирован и блок питания. Транзисторный датчик присоединяется с помощью экранированного двухжильного кабеля, при этом коллектор транзистора соединяется посредством экрана.

Желательно, чтобы на конце кабеля был трехконтактный разъем, а на плате ответная его часть. Можно также на плате установить малогабаритную клеммную колодку, хотя это менее удобно, нежели разъем. Такое соединение значительно облегчит установку датчика и всего устройства в целом на месте применения.

Готовое устройство следует разместить в пластиковом корпусе, а снаружи установить резистор установки температуры R7 и светодиоды HL1 и HL2. Лучше, если эти детали также будут распаяны на плате, а в корпусе для них сделаны отверстия.

Подсоединение к силовой сети и подключение нагревателя осуществляется через клеммник, который следует укрепить внутри пластмассового корпуса. Для защиты всего устройства в целом подключение следует производить согласно ПУЭ, используя аппаратуру защиты.

Подобных терморегуляторов было изготовлено несколько штук и все они показали приемлемую точность регулирования температуры, а также очень высокую надежность, ведь при такой простоте схемы ломаться собственно говоря нечему.