Устройство конвектора и принцип его действия

В условиях сурового российского климата зимой может быть холодно даже в хорошо утепленных квартирах и домах. А если центральное отопление дает сбои, то жилье лишается комфорта. Появляется необходимость в другом источнике тепла. И выбором современного человека становится электрический конвектор, принцип работы которого мы рассмотрим в этой статье.

Устройство и принцип действия электрического конвектора

Слово «конвектор» происходит от названия одного из видов теплопередачи – конвекция. Его суть заключается в непрерывном перемещении воздушных масс из-за неравномерного нагрева различных слоев. Плотность газов зависит от температуры: чем теплее воздух, тем он легче. А по закону Архимеда все менее плотные тела в жидкости или газе всплывают наверх. Поэтому теплый воздух всегда под потолком, а холодный – над полом.

Вы скажете: причем тут конвектор, как работает прибор? Устройство снабжено нагревательным элементом. А если специально подогревать воздух снизу, то он становится теплым и перемещается наверх. На его место приходит порция холодного газа, который тоже нагревается и всплывает под потолок. И так происходит до тех пор, пока весь воздух в помещении не станет примерно одинаковой температуры.

Устройство и электрическая схема

В устройство конвектора электрического входят:

• Металлический корпус;
• Нагревательные элементы;
• Датчик температуры;
• Терморегулятор;
• Панель управления (включение и выключение, регулировка температуры);
• Датчик безопасности (отключение автоматическое при перегреве);
• Датчик опрокидывания (отключение автоматическое при падении прибора).

Внимание! Не все элементы обязательно должны входить в конструкцию: на рисунке выше отсутствует датчик опрокидывания.

Нагреватель и датчики с терморегулятором заключаются в корпус из металла, а панель управления выносится на его поверхность сверху или сзади, иногда сбоку. Нижняя часть открыта для свободного поступления холодного воздуха внутрь. В верхней части корпуса видно решетку, шторки которой направляют теплые массы вверх.

Выше приведена электрическая схема конвектора. В ней указаны основные элементы:

• Шнур с вилкой на конце включается в сеть 220В и обеспечивает прибору питание;
• С помощью клавишного выключателя можно включить или выключить конвектор, не вынимая вилки из розетки;
• Панель управления (контактная) для установки температуры, до которой должен нагреться воздух;
• Электронагреватели – элементы, выполненные из металла с большим сопротивлением. Благодаря этому они обеспечивают нагрев при прохождении по ним электрического тока;
• Термовыключатель, или датчик безопасности, размыкает цепь, если температура стала выше допустимой;
• Терморегулятор постоянно сравнивает значение установленной температуры с реальной. Если реальная больше указанной, то цепь размыкается, и нагрев прекращается. Если реальная меньше, то цепь замыкается, воздух снова греется.

Рассмотрим подробнее, как регулируется температура, и почему конвектор автоматически отключается при перегреве и опрокидывании.

Как регулируется температура

Установить желаемую температуру воздуха можно с помощью панели управления, повернув рукоятку. Что же происходит с конвектором внутри во время этого поворота?

Чтобы происходил нагрев, цепь должна быть замкнута. Терморегулятор должен размыкать ее, если температура стала слишком высокой. Но при охлаждении он должен автоматически замкнуть ее снова, чтобы воздух продолжал нагреваться. Для этого терморегулятор оснащают подвижным элементом. Поворачивая ручку, мы меняем угол наклона этого элемента.

Датчик температуры имеет пластинку, выполненную из материала с высоким температурным расширением. Пока воздух холодный, она контактирует с подвижным элементом терморегулятора. Пластинка меняет свое положение в зависимости от степени нагрева воздуха. Чем жарче, тем сильнее она откланяется. И отклоняться она будет до тех пор, пока не разомкнет цепь. Причем это произойдет быстрее, если установить низкую температуру.

При разомкнутой цепи нагрев не идет, поэтому воздух охлаждается. Пластинка на термодатчике тоже охлаждается и возвращается в исходное положение – к элементу терморегулятора, угол наклона которого задает пользователь. Цепь снова замыкается, и воздух греется.

Отключение при перегреве

Если терморегулятор или термодатчик вышел из строя, нагревание будет беспрерывное. При этом температура поднимется до такого уровня, что появляется риск возгорания. Для исключения таких случаев в электрическую цепь конвектора включают размыкающий ключ, изготовленный из материала с высоким температурным расширением. При достижении определенного значения температуры, ключ изгибается, размыкая цепь. Поэтому конвекторы – безопасные электрические обогреватели.

Отключение при опрокидывании

Мобильные конвекторы легко опрокинуть. Это опасно, потому что корпус нагрет до температуры 50-60 градусов: могут испортиться легкоплавкие материалы на полу. Чтобы при падении прибора прекратился нагрев, цепь должна разомкнуться. Это возможно благодаря ключу, работающему по принципу маятника.

На вертикальном участке цепи расположена пластинка, которая свободно вращается вокруг своей оси. При вертикально стоящем конвекторе пластинка соединяет верхнюю часть цепи с нижней. Но стоит прибору упасть, электроцепь примет горизонтальное положение. При этом пластинка, повернувшись под действием силы тяжести, все равно будет направлена вниз. Образуется зазор, и ток перестает поступать к нагревательному элементу.

Совет! Поднимите конвектор и поставьте вертикально. Он автоматически заработает, потому что пластинка снова повернется, замкнув цепь.

Отличие от радиатора

Чтобы сделать выбор между двумя видами обогревателей нужно знать, чем отличается конвектор от радиатора. Устройство и принцип работы первого прибора мы уже знаем. Теперь изучим радиатор.

Конструкция и принцип действия

Радиатор – полая металлическая конструкция, заполненная теплоносителем. В электрических моделях это минеральное масло, в центральных системах отопления – вода. Но нас интересуют только масляные (электрические) радиаторы.

Внутри полости расположен нагревательный элемент. Сначала он нагревается сам, потом оно передает тепло маслу, которое делится тепловой энергией с корпусом. Только потом воздух, касаясь нагретого металла, становится теплым, и он всплывает. Тут тоже речь идет о конвекции, но путь нагрева слишком долгий и затратный.

Преимущества конвекторов перед радиаторами

Технические характеристики – это то, чем отличается конвектор от обогревателя радиаторного типа еще кроме принципа действия. Сравним их:

1. Расходы электроэнергии. Конвекторы экономичнее, поскольку включаются только на время, чтобы подогреть воздух до нужного значения. Затем отключаются;
2. Масса. Масляные радиаторы могут весить до 15-20 кг, а самые массивные конвекторы – не более 10 кг;
3. Температура корпуса. У конвекторов – не более 60 градусов, а у радиаторов она равна температуре нагретого масла. Это может быть 80, 90 и выше (легко получить ожог);
4. Скорость обогрева. Пока у радиатора нагреется внутренний элемент, потом масло, потом корпус, потом воздух, конвектор уже прогреет почти всю комнату (газ контактирует с нагревателем без посредников).

Единственное, чем радиатор лучше конвектора, — это стоимость. Если для обогрева комнаты площадью в 15 квадратов масляный обогреватель стоит около 1000, то простой конвекционный камин обойдется в 2000 рублей. Конечно цена может варьироваться в зависимости от модели прибора, важно на этапе покупки понимать по каким критериям выбирать конвектор для дома . Но разница в цене окупается долговечностью — конвекторы служат более 10 лет.

Подключение электрических конвекторов через контактор

Экологичная усадьба: Рассмотрим правила и схемы подключения электрических конвекторов и обогревательных приборов через контакторы. При правильном использовании они делают работу отопления стабильной, незаметной и очень удобной для пользователя.

Функция контактора

Отопление электрическими конвекторами отличается малой инерционностью. Чтобы поддерживать комфортную температуру, приборам приходится работать в повторно-кратковременном режиме.

При высокой нагрузке и частоте включения невозможно разместить устройства коммутации в одном корпусе с термостатами, которые традиционно выполняются в виде компактной панели.

Поэтому такой вид отопления подразумевает организацию двух сетей: нагрузочной или силовой, а также контрольной, которая управляет работой первой сети.

Компактные и модульные контакторы позволяют коммутировать достаточно высокие нагрузки — до 63 А на каждом полюсе. При этом сила тока в цепи питания самого контактора ничтожна, она редко оказывается выше нескольких десятых долей ампера.

Столь малая нагрузка вполне по силам цепям управления термостатирующих устройств всех типов. Таким образом, включение и выключение нагревательных приборов выполняется ступенчато, что способствует увеличению срока службы и ремонтопригодности всей системы отопления.

Схема и принцип работы трёхполюсного контактора: 1 — неподвижные силовые контакты; 2 — подвижный сердечник с контактами; 3 — нагрузка; 4 — электромагнитная катушка

Важно понимать, что контактор способен управлять значительной нагрузкой не только за счёт более массивных токоведущих частей и увеличенной площади контакта. Механизм этих приборов предусматривает возможность сверхбыстрого замыкания и размыкания контактной группы, плюс внутри корпуса расположены устройства для ускоренного гашения электрической дуги.

Именно эти отличия позволяют контакторам срабатывать по нескольку сотен раз в течение суток не испытывая перегрева и без образования нагара на контактных поверхностях. Поэтому установка контактора строго рекомендована даже если коммутационная способность релейной группы термостата (обычно 10 или 16 А) существенно превосходит токи потребления, например, при подключении к ней конвектора мощностью 500–800 Вт.

Метод управления

В отличие от магнитных пускателей для управления двигателями и другого рода потребителями, контактор для конвекторов работает по иному принципу.

В случае коммутации электрических отопительных приборов не требуется устройство схемы самоподхвата. Таким образом, контактор не обязательно должен иметь дополнительные блокирующие контакты, их наличие приводит лишь к неоправданному удорожанию электрической установки.

Поскольку питанием катушки контактора управляет дополнительное устройство, схема сборки оказывается крайне простой. К месту установки терморегулятора прокладывается провод из трёх или более жил.

Две из них — фаза и ноль — питания самого термостата. При этом фаза также используется в качестве питания средней точки релейной группы. Третья и прочие дополнительные жилы — возврат сигнала для подключения одного или нескольких контакторов.

Схема подключения конвекторов через контактор: 1 — автоматические выключатели; 2 — кросс-модуль; 3 — контактор; 4 — терморегулятор; 5 — электрические конвекторы

Место размещения терморегулятора определяется с учётом двух обстоятельств. Первое — требование к удобству доступа для управления, при этом терморегулятор не должен нарушать интерьерную композицию.

Второй аспект — близость к месту размещения датчика температуры. Обычно термочувствительный элемент размещают на потолке, при этом температура отсечки выбирается на 3–4 °С выше той, которая должна соблюдаться в обитаемой зоне помещения. Гистерезис срабатывания выбирают в пределах 2–3 °С, таким образом, запас перегретого воздуха в верхней зоне обеспечивает минимальную инерционность, которая обеспечивает помещение остаточным теплом во время простоя нагревательных приборов.

Забегая вперед отметим, что такая схема управления не всегда оказывается самой удобной и потому не является единственной. Сам факт использования контакторов допускает возможность применения абсолютно разных систем управления: удалённого, таймингового, а также комбинированного и даже с переключением на ручное.

Место установки и проводка

Несмотря на компактные размеры модульных контакторов, их не принято размещать в жилых помещениях. Причина тому проста: модульный щиток даже скрытого типа нарушает внешний вид отделки, к тому же в процессе работы контакторы не могут похвастать абсолютно нулевым уровнем шума. Однако размещение устройств коммутации в обитаемых помещениях и не требуется, всё равно электроснабжение линий питания электрическим отоплением осуществляется от ВРУ, именно там лучше всего располагать управляющую сборку.

Естественно, все конвекторы в здании необязательно должны подключаться через один контактор, управляемый единственным терморегулятором. Как правило, для каждой жилой комнаты собирается своя схема, в которой, в зависимости от количества конвекторов, используется либо несколько однополюсных контакторов, либо один многополюсный. Подключение нескольких линий на один полюс контактора крайне нежелательно, иначе ремонтные работы на одном участке потребуют отключения всей группы.

Практика подключения мощных электроприборов отдельными линиями полностью вписывается в специфику современного электромонтажа. В отличие от розеточных групп общего назначения, в отопительной электросети не принято использовать распределительные коробки. От щита управления к каждому конвектору прокладывается отдельный кабель 3х2,5 мм 2 , к которому подключается только один нагревательный прибор.

В зависимости от плана здания, компоновка электрической распределительной сети может отличаться. Скажем, если в крупном здании имеется возможность размещения промежуточных щитков в необитаемой зоне, от ВРУ к ним будет следовать по одной магистральной линии, защищённой отдельными автоматами. В каждом щитке устанавливается сборка контакторов, подключенных сигнальным проводом к местному управляющему устройству, ну а дальше отдельными линиями прокладывается разветвлённая сеть питания потребителей.

Электрический монтаж

Типичная схема сборки электрощитка начинается с вводного устройства, в качестве которого в данном случае оптимально подходит дифференциальный автомат. Его выходные клеммы соединяются перемычками с кросс-модулем, от которого выполняется дальнейшая разводка. Поскольку контакторы не предназначены для защиты от токов короткого замыкания, для оптимальной компоновки электротехнических устройств лучше использовать двухрядные щитки. В верхнем ряду устанавливается требуемое количество автоматических выключателей для защиты каждой линии.

Непосредственно под каждым из автоматов устанавливается соответствующий ему контактор, к которому подключается фазный проводник той линии, которой он управляет. При подключении кабелей питания конвекторов защитный и рабочий нулевые проводники не объединяются ни в одной точке схемы, их разводят на разные колодки кросс-модуля.

Схема подключения электрических конвекторов: 1 — вводной автомат; 2 — счётчик; 3 — УЗО/дифавтомат; 4 — кросс-модуль; 5 — автоматический выключатель; 6 — терморегулятор; 7 — датчик температуры воздуха; 8 — контактор; 9 — электрический конвектор

Ситуация осложняется в тех случаях, когда устройства управления также монтируются в модульном щитке. Это могут быть как программируемые термореле с выносным датчиком, так и приборы удалённого управления («Кситал») или логические контроллеры (CCU). В таких случаях щиток должен быть трёхрядным: в верхнем ряду устанавливают вводное устройство вместе с приборами управления и автоматики, нижние два отводят для размещения автоматических выключателей с контакторами.

Поскольку линии питания конвекторов относятся к проводке стационарного типа, их следует выполнять кабелем с однопроволочными жилами в виниловой изоляции. Такие жилы не требуют опрессовки для подключения к клеммам, достаточно просто зачистить их и свернуть в кольцо. При числе управляемых линий более двух крайне желательно выполнить маркировку: в месте ввода кабеля в щиток цепляется поясная бирка, при этом фазная жила обжимается соответствующей кабельной меткой на конце.

Проводка цепи управления, как говорилось, представлена кабелем с тремя или более жилами. Нейтральная (синего цвета) подключается к соответствующей колодке кросс-модуля, фазная — к выводу низкотокового защитного автомата. Остальные жилы согласно маркировке подключаются к клеммам катушек контакторов, обозначенным буквой А с индексом 1 или 2. Вторая клемма соединяется перемычкой с нейтральной колодкой кросс-модуля.

Примечание: такое подключение корректно только если напряжение питания катушек контакторов сетевое, если же используются устройства на 24 или 36 В, схема дополняется понижающим трансформатором. При этом в сигнальном кабеле, идущем к терморегулятору, должна быть предусмотрена дополнительная жила, по которой пониженное напряжение подаётся на среднюю точку контактов релейной группы терморегулятора.

Повышение гибкости работы системы

В заключение отметим, что работа электрических конвекторов в автоматическом режиме не всегда удобна. Так происходит, если один из группы нагревательных приборов, подключенных к одному терморегулятору, располагается вблизи рабочего места и температура в этой зоне существенно превышает комфортную.

Выход из такой ситуации заключается в установке на щитке переключателя на ручную работу, что можно сделать даже после полного завершения монтажа электросети. Суть заключается в том, чтобы врезать в корпус щитка обычный двухпозиционный тумблер с двумя группами контактов обязательно встречного типа включения. В этих же целях можно использовать и двойные модульные кнопки с фиксацией.

Первый контакт устанавливается в разрыв фазы питания катушки, второй используется для принудительной подачи питания и, соответственно, включения линии на постоянной основе. При работе в ручном режиме конвектор управляется либо встроенным регулятором температуры, либо розеточным термостатом проходного типа.

Точно такой же принцип можно использовать для перевода системы с удалённого контроля на местную автоматику или для переключения на работу по таймингу, что часто используется в зданиях, не предназначенных для постоянного проживания. Разница в устройстве схемы небольшая: вместо того, чтобы переключать фазу питания катушки одного контактора, происходит встречная коммутация фазы питания терморегулятора и второго, альтернативного источника управляющего сигнала.

Чтобы исключить встречное включение, достаточно не использовать один фазный провод для подключения контактной группы и питания самого устройства. опубликовано econet.ru Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ: