Как работает регулятор мощности для ТЭНов?

Уже много десятилетий в домах на столах не стоят самовары на дровах. Да и на печке никто не греет воду, чтобы потом залить ее в стиральную или посудомоечную машину. Пользователь нажимает кнопку включения, и начинается процесс преобразования электрической энергии в тепловую в ТЭНе. И через несколько минут он получает горячую воду в нужных объемах.

Первые электрические приборы необходимо было отключать принудительно. Иначе процесс нагрева продолжался бесконечно. На современном этапе и стиральные машины, и чайники, и бойлеры, и прочую технику с ТЭНами обязательно оснащают регуляторами мощности.

Задача этого прибора — контроль процедуры нагрева. Его помещают между блоками питания и собственно ТЭНа. Пользователь только задает желаемое значение температуры воды или иной рабочей среды. И далее он может не беспокоиться о том, что бойлер закипит и выйдет из строя.

Нельзя забывать и о том, что трубчатые нагревательные элементы используют не только в быту, но и в промышленности. И здесь востребованы ТЭНы мощностью в десятки и сотни киловатт. Значит, и потребность в постоянном контроле существенно увеличивается.

О том, как работает регулятор мощности для ТЭНа, речь и пойдет далее. На чтение потребуется всего 10–15 минут. Начинаем?!

Виды регуляторов мощности для ТЭНа

Наиболее востребованные разновидности регуляторов мощности для нагревательных элементов:

1. Простые механические. Достаточно распространены, но функционал не отличается разнообразием. В большинстве случаев приборы позволяют задавать только верхний предел температуры. Термодатчик проверяет отклонения от этого значения. Если фиксируется превышение в большую сторону, мощность нагрева снижается. Если же температура снижается, регулятор включает ТЭН.

2. С возможностью программирования. Утром требуется больший нагрев, а вечером хотелось бы получить более прохладную воду? Нужные форматы работы можно задавать именно при помощи регулятора. Прибор оснащен дисплеем — ЖК или сенсорным — для выставления желаемых значений. Самые современные регуляторы позволяют, контролировать работу сразу нескольких нагревательных приборов.

3. Электронные. Эту группу можно считать развитием предыдущей. Основное преимущество приборов — максимальная точность измерения и поддержания заданной температуры. В основном подобные регуляторы предназначены для промышленного использования.

Разновидностей регуляторов на самом деле не так уж и много. И они в большинстве случаев не взаимозаменяемы. Многое в данном случае зависит от конкретных условий эксплуатации и типа оборудования, предназначенного для нагрева воды.

Предназначение регуляторов мощности для ТЭНа

За счет установки несложного прибора можно решить сразу несколько задач:

1. Регулировка мощности нагрева. В самом простом случае воду или иную рабочую среду необходимо нагреть, например, до температуры кипения. А дальше прибор просто отключается. В более сложных ситуациях требуется поддержание температуры на определенном уровне или в заданном диапазоне. Чтобы не тратить время на ручное включение и выключение оборудования, и устанавливают регуляторы мощности. При их наличии ТЭН работает более плавно и реже выходит из строя.
2. Защита от перегрева и общее повышение безопасности эксплуатации. Как только вода (иная среда) нагрелась до нужного значения, бойлер отключается или переходит в режим ожидания (поддержания заданного уровня). Можно не опасаться чрезвычайных ситуаций, например, связанных с запуском в режиме «сухого» хода или полным выкипанием воды. Эта функция особенно полезна, если ТЭН расположен в труднодоступном месте, его достаточно сложно извлечь для замены в случае такой необходимости.
3. Обозначение длительности циклов нагрева/охлаждения. Не всегда воду (иную жидкость или газ) нагревают до температуры кипения/испарения. Например, может потребоваться поддержание в течение некоторого времени строго заданного значения. А потом ТЭН нужно отключить. И решить эту задачу можно именно за счет установки терморегулятора.
4. Индикация параметров нагрева. Конечно, самые простые регуляторы предназначены просто для включения и выключения ТЭНа. Они не оснащены дисплеями для отображения текущих параметров работы. Но более сложные модификации позволяют не просто проверить температуру рабочей среды, но и, например, уточнить время до достижения нужного значения.
5. Экономия электроэнергии. Это особенно заметно, если требуется не именно нагрев с последующим охлаждением, а поддержание некоторого заданного значения температуры. При наличии регулятора мощности можно не опасаться скачкообразного потребления электроэнергии. ТЭН не перегревается, не включается без необходимости.

Все вместе перечисленные выше пункты можно резюмировать так — повышение надежности и нагревательного оборудования в целом, и ТЭНа в частности. Исключаются перегревы, сводится к минимуму количество ненужных включений и выключений. Достаточно правильно провести настройку регулятора в соответствии с рекомендациями производителя и условиями эксплуатации конкретной техники, чтобы реже проводить замену нагревательных элементов. Если же ТЭН потребуется, заказать его можно здесь.

Принцип работы регулятора мощности для ТЭНа

В основе принципа действия регулятора — управление силой тока в сети, в которую встроен нагревательный элемент. Если ее повышать или понижать в определенные моменты времени, будет меняться объем тепла, выделяемого нихромовой или вольфрамовой спиралью. Если сила тока будет низкой, значит, и ТЭН будет оставаться практически холодным. Если же нужно прогреть рабочую среду, достаточно повысить силу тока в сети.

Собственно регулятор функционирует по следующему алгоритму:

1. Измерение выходного напряжения. А оно пропорционально мощности, потребляемой нагревательным элементом.
2. Сопоставление реального и расчетного напряжения. Последнее должно соответствовать мощности, характерной для конкретного уровня нагрева.
3. Формирование ШИМ-сигнала.

На этом моменте нужно остановиться более подробно. ШИМ-сигнал — это совокупность импульсов определенной продолжительности. И чем они длиннее, тем больше подаваемая на ТЭН мощность. Если же импульсы короткие, мощность нагрева будет снижаться. Соответственно, если ШИМ-сигнал долгий, будет увеличиваться продолжительность активного режима в работе ТЭНа.

Управлять непосредственно ШИМ-сигналом помогает триггер. Его задача и заключается во включении и выключении рабочей нагрузки с учетом требуемой и реальной мощностей.

Как настроить регулятор мощности для ТЭНа?

Чтобы регулятор действительно контролировал работу нагревательного элемента, его необходимо правильно настроить. А для этого нужно выполнить следующие действия:

1. Проверка регулятора и ТЭНа на совместимость. Например, бойлер старой модели не имеет смысла оснащать современным регулятором с сенсорным дисплеем. Если приборы несовместимы по техническим параметрам, результат их совместной работы будет неудовлетворительным. ТЭН может полностью выйти из строя.
2. Отключение нагревательного элемента от электросети. И на этом же этапе между источником питания и ТЭНом встраивают собственно регулятор. Важно проверить надежность и изоляцию подключения, чтобы избежать «утечки» тока на корпус.
3. Подключение ТЭНа к электросети и проведение тестовых испытаний. На регуляторе выставляют желаемое значение и проверяют, как сработает нагревательный элемент. Нельзя ограничиваться одной-двумя проверками. Желательно, если их будет хотя бы десяток. При этом нужно учитывать рекомендации производителя. Это особенно актуально при установке электронного или программируемого регулятора.
4. Проведение дополнительных настроек, если это необходимо. Например, может оказаться, что реальная мощность для нагрева до максимальной температуры несколько отличается от декларативной.

Важный момент! Установка и настройка регулятора только кажутся несложной задачей. На самом же деле для ее решения нужны хотя бы минимальные знания в части электротехники, а может, и электроники (если речь идет об электронных модификациях). Если же собственного опыта нет, лучше сразу обратиться к профессионалам. Иначе может оказаться, что требуется не просто монтаж регулятора, но и замена ТЭНа или даже всей электрической части оборудования.