Как правильно подключить ТЭНы последовательно и параллельно. Какие преимущества дает каждый способ подключения. Как рассчитать мощность и сопротивление при разных схемах подключения ТЭНов.
Основные принципы подключения нагревательных элементов
При проектировании нагревательных систем часто возникает вопрос, как наиболее эффективно подключить несколько ТЭНов. Существует два основных способа соединения нагревательных элементов:
- Последовательное соединение
- Параллельное соединение
Каждый из этих способов имеет свои особенности и преимущества. Рассмотрим их подробнее.
Последовательное соединение ТЭНов
При последовательном соединении ТЭНы подключаются друг за другом в цепочку. Основные характеристики такого подключения:
- Общее сопротивление цепи равно сумме сопротивлений всех ТЭНов
- Через все элементы протекает одинаковый ток
- Напряжение распределяется между элементами пропорционально их сопротивлению
- Общая мощность уменьшается с увеличением количества элементов
Как рассчитать параметры при последовательном соединении?
Для расчета параметров цепи при последовательном соединении используются следующие формулы:
- Общее сопротивление: R = R1 + R2 + R3 + …
- Сила тока: I = U / R
- Мощность: P = U^2 / R
Например, при последовательном соединении двух ТЭНов по 1,25 кВт (сопротивление каждого 38,725 Ом) получаем:
- Общее сопротивление: 77,45 Ом
- Сила тока: 2,84 А
- Мощность: 625 Вт
Параллельное соединение ТЭНов
При параллельном соединении все ТЭНы подключаются к одним и тем же точкам цепи. Особенности такого подключения:
- На всех элементах одинаковое напряжение
- Общее сопротивление цепи уменьшается
- Общая мощность равна сумме мощностей всех элементов
- Сила тока в цепи увеличивается
Расчет параметров при параллельном соединении
Для параллельного соединения используются следующие формулы:
- Общее сопротивление: 1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + …
- Общая мощность: P = P1 + P2 + P3 + …
- Сила тока: I = U / R
При параллельном соединении двух ТЭНов по 1,25 кВт получаем:
- Общее сопротивление: 19,3625 Ом
- Общая мощность: 2,5 кВт
- Сила тока: 11,36 А
Преимущества и недостатки разных способов подключения
Каждый способ соединения имеет свои плюсы и минусы:
Последовательное соединение:
- Снижает ток через элементы, увеличивая их срок службы
- Позволяет получить низкую мощность
- Уменьшает риск пригорания нагреваемой жидкости
Параллельное соединение:
- Позволяет получить высокую мощность
- Обеспечивает равномерный нагрев
- При выходе из строя одного элемента остальные продолжают работать
Практическое применение разных схем подключения ТЭНов
Выбор схемы подключения зависит от конкретной задачи:
- Для плавного регулирования мощности используют последовательное соединение с переключением количества элементов
- Для быстрого нагрева больших объемов применяют параллельное подключение
- В бытовых приборах часто используют комбинированные схемы для получения разных режимов работы
Особенности подключения трехфазных ТЭНов
При работе с трехфазной сетью возможны два варианта подключения ТЭНов:
Соединение звездой:
- Напряжение на каждом ТЭНе в 1,73 раза меньше линейного
- Общая мощность равна утроенной мощности одного элемента
- Подходит для ТЭНов с номинальным напряжением 220В в сети 380В
Соединение треугольником:
- На каждый ТЭН подается полное линейное напряжение
- Общая мощность в 3 раза больше мощности одного элемента
- Применяется для ТЭНов с номинальным напряжением 380В
Как правильно выбрать схему подключения ТЭНов?
При выборе способа соединения нагревательных элементов следует учитывать несколько факторов:
- Требуемую мощность нагрева
- Номинальное напряжение имеющихся ТЭНов
- Параметры электросети (однофазная или трехфазная)
- Необходимость регулировки мощности
- Условия эксплуатации (риск пригорания, требуемый ресурс работы)
Правильно подобранная схема позволит добиться максимальной эффективности и надежности нагревательной системы.
Меры безопасности при работе с ТЭНами
При монтаже и эксплуатации нагревательных элементов важно соблюдать следующие правила:
- Использовать ТЭНы только при соответствующем номинальном напряжении
- Не превышать максимально допустимую мощность электросети
- Обеспечить надежное заземление оборудования
- Использовать качественные коммутационные устройства и проводку
- Регулярно проверять состояние изоляции и контактов
Соблюдение этих мер позволит избежать аварийных ситуаций и обеспечит безопасную работу нагревательной системы.
информационная статья компании Полимернагрев на сайте tvoy-nagrev.ru
В промышленных нагревательных системах большинство электронагревателей обычно используются вместе в группах. Вопрос о том, как подключить эти нагревательные элементы для достижения необходимого эффекта нагрева, часто поднимается при проектировании системы нагрева.
Два базовых закона, применяемых при подключении нагревателей:
1. Подключение нагревательных элементов не требует различения положительных и отрицательных полюсов.
Основным греющим элементом электрических нагревателей является проволока сопротивления (обычно нихромовый сплав — Ni80Cr20 или фехраль), которая является резистивным элементом с высоким сопротивлением, поэтому нет различия между положительными и отрицательными полюсами.
2. Значение сопротивления нагревательных элементов фиксировано.
Значение сопротивления = номинальное напряжение * номинальное напряжение / номинальная мощность
(Номинальное напряжение и мощность фиксированы, значение сопротивления может быть установлено с помощью значений параметров напряжения и мощности.
)
Фактическая мощность = рабочее напряжение * рабочее напряжение / значение сопротивления
Исходя из приведенной выше формулы, рабочее напряжение изменяет фактическую мощность. Неправильный ввод напряжения приведет к выходу из строя нагревательных элементов, даже к проблемам с безопасностью. Пожалуйста, всегда подключайте нагреватели с соответствующим номинальным напряжением.
Ниже приведены некоторые распространенные методы подключения:
1. Последовательное соединение нагревателей
Последовательное соединение ТЭНов является одним из основных типов подключения, просто соедините нагреватели из конца в конец, как показано на рисунке выше.
При последовательном соединении каждый нагревательный элемент имеет одинаковый ток (ток = значение напряжения / сопротивление). Если несколько элементов с разным значением сопротивления соединены последовательно, напряжение для одного элемента = ток * значение сопротивления элемента.
2. Параллельное соединение нагревателей
Соедините один конец каждого ТЭНа вместе, а затем другой конец, как показано на рисунке выше.
При параллельном подключении каждый нагреватель имеет одинаковое напряжение и разный ток в зависимости от значения сопротивления. Например, как показано на рисунке, ток в элементе A = значение напряжения / сопротивление A.
3. Соединение звездой (Y-соединение ТЭНов)
Соединение звездой — это способ подключения, используемый в трехфазном источнике переменного тока. Соединение звездой предназначено для подключения одного конца каждого нагревателя к общему разветвлению, а другой конец подсоединяется к отдельной клемме, как показано на рисунке выше в U, V и W.
При соединении звездой линейный ток равен фазному току, а фазное напряжение равно √3-кратному линейному напряжению.
4. Соединение нагревателей треугольник (дельта-соединение)
Соединение треугольником также используется в трехфазном источнике питания переменного тока.
Чтобы получить соединение треугольником, каждый нагревательный элемент подключается встык, затем три общие точки U, V и W образуют три фазы. Соединение треугольником не имеет нейтральной точки и не может вести к нейтральной линии, поэтому существует только трехфазная трехпроводная система. В трехфазной системе с соединением треугольником линейное напряжение совпадает с фазным напряжением, а линейный ток равен √3-кратному фазному току.
Калькулятор расчета тока и напряжения для каждого нагревательного элемента с разной мощностью, подключенных в 3-фазном режиме
Сложнее рассчитать текущую или фактическую выходную мощность нагревательных элементов с разной мощностью (разным значением сопротивления), когда они используются в трехфазном напряжении.
Представляем вам несколько удобных калькуляторов для расчетов параметров:
Подключение Звезда
|
|
Подключение Треугольник
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Заметки
Пожалуйста, сообщите менеджеру Полимернагрев при заказе нагревателей требуемое напряжение и предположительный вариант подключения нагревателей.
Меры предосторожности: Работайте с нагревательными элементами при соответствующем номинальном напряжении. Неправильное напряжение изменяет мощность, что приведет к отказу нагревателя или серьезным авариям.
Подключение уже имеющихся нагревательных элементов
Перед началом работы обратите внимание на номинальное напряжение нагревателя. Например, в России стандартное трехфазное напряжение — 380 В. Если номинальное напряжение нагревательных элементов составляет 380 В, то нагреватели должны использовать соединение треугольником. Если номинальное напряжение 220 В, то соединение должно быть Y (соединение звездой).
Расчет мощьности ТЭНов — Нагревательных элементов |
Оптимальным источником энергии, для нагрева испарительной емкости, является квартирная электрическая сеть, напряжением 220 В. Можно просто использовать для этих целей бытовую электроплиту. Но, при нагреве на электроплите, много энергии расходуется на бесполезный нагрев самой плиты, а также излучается во внешнюю среду, от нагревательного элемента, не совершая при этом, полезной работы.
Эта, понапрасну затрачиваемая энергия, может достигать приличных значений — до 30-50 %, от общей затраченной мощности на нагрев куба. Поэтому использование обычных электроплит, является нерациональным с точки зрения экономии. Ведь за каждый лишний киловатт энергии, приходится платить. Наиболее эффективно использовать врезанные в испарительную емкость эл. ТЭНы. При таком исполнении, вся энергия расходуется только на нагрев куба + излучение от его стенок вовне. Стенки куба, для уменьшения тепловых потерь, необходимо теплоизолировать. Ведь затраты на излучение тепла, от стенок самого куба могут так же, составлять до 20 и более процентов, от всей затрачиваемой мощности, в зависимости от его размеров. Для использования в качестве нагревательных элементов врезанных в емкость, вполне подходят ТЭНы, от бытовых эл.чайников, или другие подходящие по размерам. Мощность таких ТЭНов, бывает разная. Наиболее часто применяются ТЭНы с выбитой на корпусе мощностью 1.0 кВт и 1.25 кВт. Но есть и другие.
Поэтому мощность 1-го ТЭНа, может не соответствовать по параметрам, для нагрева куба и быть больше или меньше.
В таких случаях, для получения необходимой мощности нагрева, можно использовать несколько ТЭНов, соединенных последовательно или последовательно-параллельно. Коммутируя различные комбинации соединения ТЭНов, переключателем от бытовой эл. плиты, можно получать различную мощность. Например имея восемь врезанных ТЭНов, по 1.25 кВт каждый, в зависимости от комбинации включения, можно получить следующую мощность.
- 625 Вт
- 933 Вт
- 1,25 кВт
- 1,6 кВт
- 1,8 кВт
- 2,5 кВт
Такого диапазона вполне хватит для регулировки и поддержания нужной температуры при перегонке и ректификации. Но можно получить и иную мощность, добавив количество режимов переключения и используя различные комбинации включения.
Последовательное соединение 2-х ТЭНов по 1.25 кВт и подключение их к сети 220В, в сумме дает 625 Вт. Параллельное соединение, в сумме дает 2.5 кВт.
Рассчитать можно по следующей формуле.
Мы знаем напряжение, действующее в сети, это 220В.
Далее мы так же знаем мощность ТЭН, выбитую на его поверхности допустим это 1,25 кВт, значит, нам нужно узнать силу тока, протекающую в этой цепи. Силу тока, зная напряжение и мощность, узнаем из следующей формулы.
Сила тока = мощность, деленная на напряжение в сети.
Записывается она так: I = P / U.
Где I — сила тока в амперах.
P — мощность в ваттах.
U — напряжение в вольтах.
При подсчете нужно мощность, указанную на корпусе ТЭН в кВт, перевести в ватты.
1,25 кВт = 1250Вт. Подставляем известные значения в эту формулу и получаем силу тока.
I = 1250Вт / 220 = 5,681 А
Далее зная силу тока подсчитываем сопротивление ТЭНа, по следующей формуле.
R = U / I, где
R — сопротивление в Омах
U — напряжение в вольтах
I — сила тока в амперах
Подставляем известные значения в формулу и узнаем сопротивление 1 ТЭНа.
R = 220 / 5.681 = 38,725 Ом.
Далее подсчитываем общее сопротивление всех последовательно соединенных ТЭНов.
Общее сопротивление равно сумме всех сопротивлений, соединенных последовательно ТЭНов
Rобщ = R1+ R2 + R3 и т.д.
Таким образом, два последовательно соединенных ТЭНа, имеют сопротивление равное 77,45 Ом. Теперь нетрудно подсчитать мощность выделяемую этими двумя ТЭНами.
P = U2 / R где,
P — мощность в ваттах
U2 — напряжение в квадрате, в вольтах
R — общее сопротивление всех посл. соед. ТЭНов
P = 624,919 Вт, округляем до значения 625 Вт.
Далее при необходимости можно подсчитать мощность любого количества последовательно соединенных ТЭНов, или ориентироваться на таблицу.
В таблице 1.1 приведены значения для последовательного соединения ТЭНов.
Таблица 1.1
| Кол-во ТЭН | Мощность (Вт) | Сопротивление (Ом) | Напряжение (В) | Сила тока (А) |
| 1 | 1250,000 | 38,725 | 220 | 5,68 |
| Последовательное соединение | ||||
| 2 | 625 | 2 ТЭН = 77,45 | 220 | 2,84 |
| 3 | 416 | 3 ТЭН =1 16,175 | 220 | 1,89 |
| 4 | 312 | 4 ТЭН=154,9 | 220 | 1,42 |
| 5 | 250 | 5 ТЭН=193,625 | 220 | 1,13 |
| 6 | 208 | 6 ТЭН=232,35 | 220 | 0,94 |
| 7 | 178 | 7 ТЭН=271,075 | 220 | 0,81 |
| 8 | 156 | 8 ТЭН=309,8 | 220 | 0,71 |
В таблице 1.
2 приведены значения для параллельного соединения ТЭНов.
Таблица 1.2
| Кол-во ТЭН | Мощность (Вт) | Сопротивление (Ом) | Напряжение (В) | Сила тока (А) |
| Параллельное соединение | ||||
| 2 | 2500 | 2 ТЭН=19,3625 | 220 | 11,36 |
| 3 | 3750 | 3 ТЭН=12,9083 | 220 | 17,04 |
| 4 | 5000 | 4 ТЭН=9,68125 | 220 | 22,72 |
| 5 | 6250 | 5 ТЭН=7,7450 | 220 | 28,40 |
| 6 | 7500 | 6 ТЭН=6,45415 | 220 | 34,08 |
| 7 | 8750 | 7 ТЭН=5,5321 | 220 | 39,76 |
| 8 | 10000 | 8 ТЭН=4,840 | 220 | 45,45 |
Еще один немаловажный плюс, который дает последовательное соединение ТЭНов, это уменьшенный в несколько раз протекающий через них ток, и соответственно малый нагрев корпуса нагревательного элемента, тем самым не допускается пригорание браги во время перегонки и не привносит неприятного дополнительного вкуса и запаха в конечный продукт.
Так же ресурс работы ТЭНов, при таком включении, будет практически вечным.
Расчеты выполнены для ТЭНов, мощностью 1.25 кВт. Для ТЭНов другой мощности, общую мощность нужно пересчитать согласно закона Ома, пользуясь выше приведенными формулами.
электричества — Почему яркость лампочки уменьшается, когда параллельно ей подключен обогреватель?
$\begingroup$
Всякий раз, когда мы подключаем электрическую лампочку параллельно с электронагревателем, яркость лампочки уменьшается, но позже она приобретает свою первоначальную яркость, несмотря на параллельное соединение (при котором напряжение на лампочке остается одинаковым). Почему?
- электричество
$\endgroup$
4
$\begingroup$
Когда нагреватель холодный, его сопротивление мало, и через него будет протекать большой ток.
Это приводит к падению напряжения в помещении, так как соединение медных проводов с электросетью также имеет некоторое сопротивление.
Через некоторое время обогреватель становится горячим. Это вызывает увеличение удельного сопротивления провода нагревателя. Он будет потреблять меньше тока, падение напряжения станет меньше, лампочки снова станут немного ярче.
Насколько велико падение напряжения, зависит от «внутреннего сопротивления» или «выходного сопротивления» подключения к сети.
$\endgroup$
$\begingroup$
Почему уменьшается яркость лампочки при подключении обогревателя в параллельно ему?
Учитывая отсутствие контекста, наиболее вероятным ответом будет то, что добавочный ток через нагреватель вызывает падение напряжения на параллельной комбинации из-за сопротивления проводки, питающей цепь.
В качестве практического примера, для недавнего домашнего проекта мы с женой установили электрический «камин», который содержит нагревательный элемент мощностью 1,4 кВт, который составляет примерно 11,7 А от источника 120 В (переменного тока).
Предполагая, что проводка от панели выключателя к розетке имеет общее сопротивление всего 1 Ом, напряжение на розетке должно упасть более чем на 10 В при включенном нагревателе.
С помощью ваттметра Kill A я измерил напряжение на выходе: 122 В при выключенном нагревателе и 116 В при включенном. Поскольку в этой комнате розетки и освещение подключены к общему автомату защиты, я заметил небольшое приглушение света в комнате при включении обогревателя.
$\endgroup$
Зарегистрируйтесь или войдите в систему
Зарегистрируйтесь с помощью Google
Зарегистрироваться через Facebook
Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но никогда не отображается
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie
.
Таблица различных способов подключения нагревательных элементов – JPC France
Перейти к содержимому| Формула мощности | Закон Ома | ||||
| P = мощность в ваттах | U = Напряжение | ||||
| U = Напряжение | П = УИ | R = сопротивление в омах | У = РИ | ||
| I= ток в амперах | I= ток в амперах | ||||
| И= П/У | U= P/I | И= У/Р | Р= У/И | П= У2/Р | Р= У2/Р |
(Сопротивление элементов отопления «r» мощности «P» с номинальным напряжением «U»)
