Link Building
Школа автоматчиков » Blog Archive » Урок №14. Автоматизация вентиляционных систем.Часть 3

Урок №14. Автоматизация вентиляционных систем.Часть 3

Здравствуйте, уважаемые коллеги!

Давно мы с Вами не встречались. Все как-то было некогда, а ведь в области автоматизации вентиляционных установок еще есть о чем поговорить.
На прошлом уроке мы разобрались с работой одного из основных блоков в составе вентиляционных установок – воздухонагревателя с водяным теплоносителем. Но не всегда в качестве теплоносителя может быть использована вода. Альтернативным источником тепла может быть электроэнергия.
Использование для нагрева других источников обуславливается следующими причинами:
- отсутствием на объекте водяного теплоносителя или его недостаточное количество для обеспечения теплом систем вентиляции;
- необходимостью нагрева воздуха в период выходящий за рамки отопительного сезона;
- экономической целесообразностью.
Сегодняшний наш урок будет посвящен автоматизации электрических воздухонагревателей.
Сначала о конструкции.
Электрический воздухонагреватель представляет собой блок в составе вентиляционной установки или отдельный блок, устанавливаемый в воздуховоде, внутри которого размещены ТЭН’ы.

ЧТО ТАКОЕ ТЭН?
Трубчатые электронагреватели (ТЭНы) предназначены для преобразования электрической энергии в тепловую.
Трубчатый электронагреватель состоит из тонкостенной металлической оболочки, выполненной из трубы соответствующего диаметра, внутри которой помещена спираль из проволоки высокого удельного электрического сопротивления. Концы спирали соединены с контактными стержнями, снабженными с внешней стороны контактными устройствами, токопроводы выполняются в виде флажков или резьбовых соединений.
Между торцом трубы и контактным устройством установлен изолятор. Свободное пространство внутри оболочки заполнено наполнителем, обладающим высокими диэлектрическими свойствами и имеющим значительный коэффициент теплопроводности. Как правило, в качестве наполнителя применяется периклаз (кристаллическая окись магния) или керамика. Торцы электронагревателя заполняются влагозащитным термостойким лаком (герметиком), снижающим влияние внешней среды на электроизоляционные свойства наполнителя ТЭНа в процессе его хранения и эксплуатации.
Принцип работы ТЭНа основан на выделении тепла при прохождении тока через спираль из проволоки высокого омического сопротивления. При этом тепловой поток проходит от спирали через периклаз (керамику) на оболочку и далее к нагреваемой среде.
Важное преимущество ТЭНов - возможность эксплуатировать их при непосредственном контакте с нагреваемыми газообразными, жидкими и твердыми средами.

Количество ТЭН’ов, установленных в электрическом воздухонагревателе, зависит от мощности нагрева данного воздухонагревателя и применяемых производителем оборудования типов ТЭН’ов. Как правило, мощность установленных ТЭН’ов небольшая, в пределах 1 … 6 кВт. Применяются ТЭН’ы как с рабочим напряжением ~220В, так и ~380В.
Все ТЭН’ы, установленные в воздухонагревателе, могут быть закоммутированы между собой в одну группу или, при большой мощности нагрева, закоммутированы несколькими группами (секциями). У некоторых производителей оборудования количество секций в электронагревателях может доходить до 6-ти. В пределах секции ТЭН’ы соединяются в цепь различным образом в зависимости от своего рабочего напряжения и напряжения питания, подаваемого на нагреватель. В нагревателе все секции могут быть как одинаковой, так и различной мощности.

Я думаю, нет необходимости напоминать о том, что, как ко всякому токоприемнику, к нагревателю также должно быть приведено заземление (РЕ).
Согласно «Правилам устройства электроустановок» (ПУЭ) питание на электронагреватели должно осуществляться через коммутационные и защитные аппараты, которые должны соответствовать характеристикам нагревателя и осуществлять защиту нагревателя от токов коротких замыканий и токов перегрузки.
В качестве защитных аппаратов могут применяться:
- выключатель (рубильник с дугогасящими контактами, пакетный выключатель) и предохранители;
- блок выключатель-предохранители;
- автоматический выключатель с электромагнитными тепловым расцепителями.
В автоматических выключателях защиту от токов коротких замыканий выполняет электромагнитный расцепитель, а защиту от токов перегрузок - тепловой расцепитель.
Коль мы уже заговорили о защите электронагревателя, вышеуказанными устройствами дело не ограничивается. Практически у всех производителей тепловая защита нагревателя также осуществляется установкой двух, а то и трех термостатов в корпусе самого нагревателя. Если термостаты не установлены производителем, то их необходимо установить при проектировании системы автоматики.
Места установки термостатов и величины их уставок срабатывания в зависимости от конструкции нагревателя и производящей его компании варьируются. Как правило, уставки срабатывания у двух термостатов разные.
Термостат с более низкой уставкой срабатывания защищает нагреватель от перегрева путем отключения его цепи питания. При остывании нагревателя на nºС цепь автоматически восстанавливается.
Термостат с более высокой уставкой срабатывания является защитой от пожара. Действует он также как и предыдущий, отключая цепь питания. Но после его срабатывания при остывании нагревателя цепь питания автоматически не восстанавливается. Это термостат с так называемым «ручным возвратом», т.е. для возобновления работы нагревателя эксплуатационный персонал должен подойти к нагревателю и нажать кнопку, которая вынесена на корпус нагревателя. Таким образом, производители нагревателей заставляют эксплуатацию разобраться в причинах перегрева.
Возможны различные варианты подключения термостатов:
а) контакты термостатов последовательно включены в фазовую цепь питания внутри нагревателя

б) контакты обоих термостатов внутри нагревателя последовательно соединены в цепь и на клемник выведены как один контакт тепловой защиты

в) контакт каждого из термостатов выведен на клемник электронагревателя

Вариант а) встречается в нагревателях малой мощности и с напряжением питающей сети ~220В. Варианты б) и в) встречаются в равной степени в нагревателях всех мощностей и напряжений питающей сети и зависят от производителя.
В вариантах б) и в) разработчик схемы питания и управления нагревателем должен сам закоммутировать этот контакт в схеме таким образом, чтобы гарантировано отключить нагреватель по перегреву. Если это нагреватель небольшой мощности и с напряжением питающей сети ~220В, то во внешних цепях можно повторить вариант а). При этом обязательно надо проверять может ли контакт данного термостата скоммутировать такую нагрузку. Если это нельзя проверить или нагреватель имеет двух- или трехфазное питание, то контакт при срабатывании должен размыкать цепь управления аппарата, коммутирующего цепи питания нагревателя. Таким аппаратом может быть магнитный пускатель или силовое реле. При этом я настоятельно рекомендую для этой цели устанавливать отдельный аппарат, а не включать этот контакт в цепь управления аппарата, работающего с нагревателем в штатном режиме.
Ну вот, с защитами закончено, и мы добрались до основного предназначения нагревателя – поддержания температуры приточного воздуха на заданном значении при необходимости нагрева этого воздуха. Осуществить данную функцию можно только путем включения и выключения нагревателя, если он состоит из одной секции, или последовательным включением секций многосекционного нагревателя по определенному алгоритму.
Такая работа нагревателя предполагает частое срабатывание аппарата, коммутирующего цепи питания нагревателя в нормальном режиме работы. Остановимся на выборе этого аппарата. Необходимо обратить внимание на два фактора:
- возможность работы в режиме частых включений/выключений – заявленное производителем количество циклов срабатывания;
- шумовые характеристики, если аппарат расположен в помещении с постоянным присутствием людей.
Хочу вам напомнить, что наш урок №9 был посвящен коммутационной аппаратуре и, в частности, пускателям. Вот выдержка из текста того урока.

По своему конструктивному исполнению пускатели подразделяются на контактные (магнитные) и бесконтактные (симисторные и др.). Магнитные пускатели применяются в тех случаях, когда управляемое ими оборудование включается/выключается не очень часто. Например, не чаще чем 1 раз в час. Для работы с часто включаемым оборудованием лучше применять бесконтактные пускатели, поскольку, в отличие от магнитных пускателей, срок их службы не зависит от количества циклов включения/выключения. Отсутствие коммутационных помех и долговечность бесконтактных пускателей обеспечивает большую надежность работы оборудования. Но они имеют большую стоимость, по сравнению с магнитными пускателями.
Исходя из вышесказанного, в схемах управления инженерным оборудованием зданий для двигателей насосов и вентиляторов, для нерегулируемых секций электрических воздухонагревателей применяются магнитные пускатели, а для управления регулируемыми секциями электрических воздухонагревателей – бесконтактные.

Таким образом, для коммутации силовых цепей нагревателя устанавливаем контактный или, что предпочтительнее, бесконтактный пускатель или силовое реле.
Далее, в зависимости от решаемой задачи по автоматизации вентиляционной установки в целом, возможны такие варианты выбора аппаратуры управления.
1. Для управления нагревателем устанавливается пускатель с регулятором температуры и подключенным к нему термодатчиком.
2. Для управления нагревателем устанавливается специализированное устройство, совмещающее в себе бесконтактный пускатель и электронный блок, управляемый дискретным или аналоговым (0..10В) сигналом от контроллера системы автоматизации вентиляционной установки.
3. Для управления нагревателем устанавливается специализированное устройство, совмещающее в себе бесконтактный пускатель и контроллер, управляющий работой всей вентиляционной установки.
Во всех вариантах выбора аппаратуры регулирование температуры одно- или многосекционным электрическим нагревателем с заданной точностью осуществляться по ПИД-закону с ограничением выходного сигнала широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). По ПИД-закону вычисляется необходимая в данный момент времени мощность нагрева, а ШИМ ограничивает время, на которое нагреватель может быть включен и время паузы между включениями. Акцентирую внимание на том, что ШИМ только ограничивает время включенного состояния, а реальное время, на которое каждый раз включается нагреватель, вычисляется. Применение ШИМ несколько ухудшает качество регулирования, но позволяет ограничить частоту включений, о чем было написано ранее. Кроме того, это существенно влияет на качество регулирования температуры по датчику, установленному в приточном воздуховоде.
В специализированных устройствах время полного цикла (сумма времен включенного и отключенного состояний) фиксировано и составляет у разных устройств от 2-х до 60-ти секунд. В контроллерах для управления вентиляционными установками (специализированных для этих задач или свободно программируемых) время цикла является задаваемым параметром.
При управлении многосекционным нагревателем вышеуказанным способом, одна из секций назначается «регулируемой», а остальные – «базовыми». При необходимости нагрева базовые секции подключаются последовательно только в том случае, если требуемая мощность больше, чем мощность регулируемой секции.
Выбор, какую из секций назначить регулируемой, алгоритмы последовательности включения регулируемой и базовых секций разрабатываются производителями контроллеров. Отличия в этих разработках и объясняют, почему качество регулирования у разных производителей разное.
Ну вот, если кратко резюмировать все вышесказанное, то задачи по управлению электронагревателем сводятся к следующим:
1. Поддержание температуры воздуха путем включения/выключения всего нагревателя или его отдельных секций по соответствующему алгоритму.
2. Защита нагревателя от перегрева путем:
- обязательной блокировки его работы с работой вентилятора
- отключения питания при срабатывании защитных термостатов, контролирующих температуру элементов его конструкции
- отключения питания по току короткого замыкания и току перегрузки
- снятия остаточного тепла с его поверхности отключением вентилятора с задержкой времени.

Задать вопрос
или оставить свой комментарий