В последнее время стоимость централизованного отопления растет месяц от месяца, а качество предоставляемых услуг не всегда соответствует установленным нормам. В качестве выхода из положения многие жители сделали для себя выбор в пользу индивидуального отопления, в основе которого лежит котел и независимая разводка труб по жилищу. Хозяева ставят перед собой цель получить как можно более дешевое отопление с максимальной эффективностью и теплоотдачей. На данный момент в этой связи все большую популярность набирают одно- и двухконтурные газовые котлы отечественного и импортного производства. Отдельного внимания заслуживает схема электрического отопления, но целью этой статьи является объяснить, как работает электрическая схема котла, работающего на газу.
Современный газовый котел – это сложное электротехническое устройство, способное с помощью подводимого газа нагревать проходящую через него воду, которая, проходя через радиаторы, будет не только согревать комнаты, но и поступать к кранам горячего водоснабжения. Газовые котлы, как известно, могут быть настенными и напольными, атмосферными и турбированными. В независимости, имеет ли оборудование один контур или два, любой из современных экземпляров снабжен довольно сложной электрической схемой, отвечающей за многие его функции. В этой статье мы рассмотрим основные его узлы, принцип их работы, предназначение и управление функциональными модулями и блоками. В окончании статьи мы приведем пример схемы электрического котла, который используется в качестве замены газовому оборудованию в регионах, где цена газа довольно высока.
Основные функциональные блоки котла
Перед тем, как приступить к описанию электрической схемы котла нам необходимо описать его основные функциональные блоки, а так же объяснить их предназначение и принцип работы. В качестве примера будем использовать известный и популярный газовый настенный котел Ariston модели City (для Италии) / Uno (для других стран) модификации 24MFFI. В данном случае 24 – это максимальная мощность подогрева горячей воды в кВт, M – комбинированная система отопления и приготовления горячей воды, FF – определяет наличие в котле закрытой камеры сгорания и применение дополнительного вытяжного вентилятора (котел турбированный), I – электронный контроль пламени горелки. Открыв переднюю защитную крышку котла, мы увидим:
1. Реле с датчиком, определяющее давление воздуха, которое отслеживает состояние вытяжной системы и, в случае изменения давления за пределы допустимых границ, электроника отключает подачу пламени на газовую горелку, а индикатор внешней панели сигнализирует об ошибке. Это устройство называют релейным датчиком тяги.
2. Вентилятор – собственно, основной элемент «турбированности» котла, который осуществляет принудительную вытяжную вентиляцию продуктов горения газа, а так же дает возможность прикреплять к котлу довольно длинную вытяжную трубу. Причем прошивкой главного управляющего процессора предусмотрен неотключаемый режим предварительного управления вентиляцией, когда перед воспламенением горелки включается вентилятор. Если с ним возникнут проблемы, котел уйдет в ошибку.
3. Датчик температуры на выходе основного теплообменника (NTC) – очень важный элемент в электрической схеме любого котла, который контролирует температуру воды, передает данные в виде изменения напряжения на нем электронной плате управления. С помощью этого датчика котел может поддерживать постоянную заданную температуру на выходе, а так же сможет оперативно отключить горелку в случае неисправности отопительного водяного конура или отсутствия минимального давления воды в системе. Данный датчик имеет отрицательную температурную характеристику. При температуре в 0 С градусов его контакты имеют сопротивление 27кОм, а при температуре + 80 С, сопротивление датчика уменьшается до 1,5 кОм. Таким образом, при увеличении температуры воды на выходе теплообменника, на плату поступает большее напряжение управления, которое котел отрабатывает, уменьшая степень горения пламени. Датчик температуры организует обратную связь по температуре воды на выходе.
4. Электронная плата – основной контролирующий и регулирующий узел работы газового котла. На процессор платы приходят все напряжения с установленных датчиков, а так же подключены регуляторы температуры, индикатор давления/температуры и кнопки управления котлом. Электронная плата является «мозгом» котла. Ее описание и принцип работы мы рассмотрим ниже.
5. Расширительный бак – включен в контур отопительной системы как элемент регулировки избытка воды в случае ее неизбежного расширения при нагреве. За счет применения расширительного бака давление системы остается стабильным вне зависимости от температуры. Максимальная температура воды не должна превышать + 90 С градусов, а давление в системе не выше 3 bar.
6. Датчик температуры воды (NTC), приходящей по «обратке» в основной теплообменник (втекающей воды). Благодаря этому датчику процессор знает, насколько открыть газовую горелку и увеличить подачу газа, чтобы достичь подогрева воды в теплообменнике до заданного уровня.
7. Основной теплообменник – представляет собой змеевик с радиатором из цветных металлов (из меди или алюминия), в котором происходит подогрев воды с использованием специальной газовой горелки (8), расположенной непосредственно под ним. В теплообменнике предусмотрены отверстия для установки температурных датчиков 3 и 6.
8. Газовая горелка – управляется газовым клапаном, который представляет собой сложное устройство с управляемым процессором газовым портом. Газовый клапан состоит из: 1 основного газового порта, 2 управляющего порта, 3 модулятора давления газа (датчика, фиксирующего давления газа в системе). Газовый клапан — это очень сложное устройство, отъюстированное на заводе изготовителе. Его ремонт и настройка должны осуществляться только опытным и подготовленным специалистом.
9. Привод трехходового клапана – представляет собой 3-х выводное электромагнитное реле, которое переключает ход протекающей подогретой воды либо в отопительную систему, либо на кран горячей воды. Из-за ее плохого качества 3-х ходовой клапан часто ломается, в результате чего перестает работать отопление или из горячего крана течет холодная вода. Таким образом, происходит реализация и отопления, и подогрев горячей воды с помощью одного контура подогрева (котел одноконтурный).
10. Циркуляционный насос – производит прокачку воды по отопительной системе. Такие насосы так же устанавливают в газовые котлы Ferroli, Immergas, Hermann. Со временем, из-за старения и качества воды «мокрый» ротор насоса имеет свойство подклинивать, поэтому на его передней части предусмотрен винтовой болт, под которым присутствует сам ротор, который можно провернуть отверткой и осуществить принудительный пуск. Данная заглушка предназначена для спуска воздуха из жидкой роторной камеры. Подклинивание насоса с уходом котла в защиту из-за перегрева теплообменника – второй признак того, что котел и, собственно, сам насос нуждается в чистке и ревизии. Первым признаком является ухудшение обогрева помещения котлом, в результате чего владелец вынужден увеличивать температуру регулятором.
Кроме указанных элементов в процессе розжига особую роль играет генератор искры со специальным трансформатором зажигания. Генератор искры работает совместно с газовым клапаном и является неотъемлемой его частью. Он состоит из: 1 – вывода, подсоединенного к электроду розжига, 2 – крепление к датчику протока с заземляющим контактом, 3 – защищенным гнездом для подключения переменного сетевого напряжения 220 В.
Датчик протока воды – крепится за генератором искры и трансформатором зажигания непосредственно в систему ГВС. С помощью этого датчика система определяет наличие движения воды, а так же осуществляется контроль работы циркуляционного насоса. Как правило такие датчики бывают двух типов. Дешевые датчики имеют магнитный поплавок с герконом. Более дорогие модели – вентилятор и датчик Холла. Дорогие датчики могут определять не только наличие потока воды, но и ее скорость.
Электронная плата управления и электрическая схема котла
Электронная плата управления
Как мы уже говорили, плата управления осуществляет полный контроль и управление всеми режимами и функциями нашего котла. В основе ее работы лежит фирменный микропроцессор, который управляет работой всей электронной части и память Atmel 93C56WP, в которую зашита прошивка котла. Блок питания аналоговый, со стабилизацией напряжения на «кренках». Он не имеет защит от перегрузки и превышения лимитов напряжения питания. Именно поэтому стоит заранее побеспокоиться о специализированных сетевых фильтрах и барьерах. Это же утверждение касается любого другого котла. Для управления прессостатом, трехходовым и газовым клапаном, используются электромагнитные реле на 33 вольта. Утеря контроля пламени – основная болезнь этой модели. В этом случае необходимо проверить радиоэлементы, которые относятся к этой функции, а особенно неполярный конденсатор C903 на 0.1 мкФ х 275В (на рисунке внизу синий). Так же необходимо проверить рядом стоящие транзисторы, оптрон cny17-3 и обрыв резисторов мощностью 1 Вт. Так же можно воспользоваться схемой ниже. В различного рода проблемах часто бывают виноваты сами управляющие реле (при включении/выключении режимов котла они должны тихо щелкать), а так же микросхема ULN2003N, в которой находятся 7 ключей Дарлингтона. Сигналы с микропроцессора приходят на микросхему, усиливаются ею и передаются на реле.
Электрическая схема котла
Электрическая схема котла состоит из обозначения основных блоков электронных плат и радиоэлементов на них, которые участвуют в работе, настройке и управлении газовым котлом. На рисунке ниже:
А – регулятор температуры котла (по паспорту переключатель зима — лето), а по сути, переменное сопротивление, варьирующее напряжением управления.
B – кнопка сброса ошибки и перезапуска котла (Reset).
С – включение/выключение котла (Power).
D – кнопка включения режима комфорта.
E – сопротивление, регулирующее температуру горячей воды в кране.
F, G, H, I – светодиоды — индикаторы контроля работы или неисправности оборудования.
J – гнездо для подключения внешнего таймера
K и L – реле подачи питания на насос и трехходовой клапан соответственно.
M и N – реле управления вентилятором и газовым клапаном.
O – разъем подключения пульта управления.
P, Q, R, S – перемычки, которые устанавливают мощность искрообразования, задержки воспламенения, выбор температурного режима и плавного воспламенения с максимальной мощностью.
T – специальный двухпроводный разъем, позволяющий подключить внешний термостат для поддержания заданной температуры в точке расположения термостата.
U – питающий трансформатор, являющийся составной частью бока питания электронной схемы управления котлом.
А11 – датчик наличия пламени
Разъем CN301 содержит контактную колодку A02 – A05, к которой подключаются газовый клапан, привод трехходового клапана, циркуляционный насос, трансформатор розжига.
К разъему CN201 (контакты А06 – А10) подключаются температурные датчики подачи и возврата воды, датчик дымохода (прессостат), датчик протока воды, модулятор.
Перемычка CN102 в положении А позволяет настроить регулятором температуры отопления мощность воспламенения горелки котла при использовании разного газа (сжиженного или газообразного) с различной калорийностью. Во время настройки красный индикатор будет мигать. Настройка подразумевает регулировку давления газа. Согласно заводским настройкам она соответствует 60% от общей мощности котла.
CN101 в положении А отключает задержку воспламенения, в положении B – задержка на 2 минуты.
CN104 – устанавливает пределы потенциометра температуры отопления. В положении А это 38 – 44 градуса, в положении В это 42 – 82 градуса.
CN100 производится настройка максимальной мощности отопления и воспламенения.
Конечно, приведенный котел Ariston UNO 24MFFI далек от эталонного примера, однако он в большей части раскрывает суть работы многих настенных газовых котлов. О принципе работы котла, его функциональности можно более подробно узнать из сервисной инструкции, которую можно скачать в интернете.
Принцип работы и электрическая схема котла, работающего на электричестве
Судя по названию, становится понятно, что основным источником энергии для такого котла является электричество. Основным нагревательным элементом электрического котла является нагревательный элемент или ТЭН. Визуально такой котел ничем не отличается от обыкновенного газового котла, однако, принцип его работы полностью другой. Использование электричества позволяет удешевить его внутренний конструктив, но отказаться от основных датчиков температуры невозможно, поскольку это в значительной степени увеличит его аварийность. Именно поэтому в электрическом котле присутствует не менее сложная система электронного управления и стабилизации мощности ТЭНа. Электрический котел состоит из:
1. Воздушного автоматического клапана, стравливающего воздух и защищающий от «завоздушивания» системы.
2. Ограничителя температуры, защищающего систему котла и внутренние радиаторы помещения от перегрева.
3. Электронного пульта управления – представляющего собой специальную схему гибрида ПИД регулятора, анализирующую данные от различных датчиков котла и поддерживающую постоянную установленную температуру, а так же регулятора мощности. В самом простом варианте это тиристорная схема. В нашем случае это отдельная плата.
4. Управляемый электронным пультом управления регулятор мощности.
5. Термобак, в который встраивается нагревательный элемент. Производится из малоокисляемых цветных металлов.
6. Циркуляционный насос с «мокрым ротором» — нагнетает давление горячей воды в системе.
7. Водный узел – используется в связке с платой управления для подачи сигнала о достаточном давлении в системе и наличию циркуляции воды для подачи напряжения на ТЭНы.
8. Манометр – отображает текущее значение давления в системе.
9. Сбросовый клапан безопасности – в случае превышения критического давления (обычно более 3 бар) открывается и сбрасывает излишки воды в системе.
Данные котлы имеют высокое энергопотребление до 15 кВт. Поэтому их применяют большей частью для больших помещений и подключают к трехфазной сети переменного тока. На рисунке ниже представлен пример подключения электрического трехфазного котла.
