Схема подключения радиаторов. Особенности однотрубной, двухтрубной системы и коллектора. Способы подключения и выбор батарей

Монтаж радиаторов отопления своими руками: в доме или квартире, схемы обвязки

Чтобы произвести самостоятельный монтаж радиаторов отопления, предварительно нужно разобраться в особенностях установки различных видов батарей (алюминиевые, стальные, биметаллические и т.д.), определить какие инструменты и материалы нам понадобятся, изучить правила навески, схемы обвязки и другие аспекты этого на первый взгляд простого дела.

Как учесть все нюансы монтажа батарей отопления определённых моделей и не допустить ошибок – обо всём этом речь пойдёт ниже.

Монтаж батарей отопления весьма ответственная задача для застройщиков. Успешное её решение зависит от многих факторов, начиная от типа отопительной системы, теплотехнического расчёта помещений здания и заканчивая правильным выбором вида батарей и схемами их подключения.

Существует множество вариантов установки радиаторов отопления.

Это зависит от типа подводки трубопроводов с теплоносителем, обвязки приборов обогрева и даже от материала ограждающих конструкций.

Современный рынок теплотехники в России заполнен обширным ассортиментом радиаторов отопления различного класса, конструкции, размеров. В каждом конкретном случае, будь то замена старых батарей или подключение радиаторов отопления в новостройке, монтировать приборы нужно строго следуя инструкциям, разработанным на основе нормативной документации – СНиП. При определённых навыках правильно смонтировать систему отопления квартиры или частного дома вполне сможет своими руками сам владелец жилья.

Особенности установки различных видов радиаторов

Приборы для обогрева помещений по материалу изготовления подразделяются на несколько видов, каждые из которых имеют свои особенности установки. Давайте перечислим их:

  • алюминиевые;
  • стальные;
  • биметаллические;
  • чугунные;
  • медные;
  • пластиковые.

Алюминиевые

Отопительные алюминиевые батареи считаются моделями бюджетной линейки. Корпуса водяных обогревателей изготавливают методом экструзии, то есть вдавливанием расплавленной массы металла в форму под давлением. В результате получают лёгкие неразборные цельные конструкции с проточными каналами внутри. Поверхности изделия подвергаются анодному оксидированию, что создаёт на алюминии прочную защитную плёнку.

К особенностям установки батарей отопления следует отнести сложность подсоединения алюминиевых патрубков к сети теплоснабжения, состоящей из стальных труб.

Дело в том, что прямой контакт алюминия со сталью приводит к возникновению разрушительных процессов в цветном металле.

Чтобы этого не происходило, подключение приборов осуществляют посредством прикручивания специальных переходных муфт для подсоединения к трубам с теплоносителем. Также используют запорные краны с бронзовыми патрубками.

Стальные

Отопительные приборы из стали, обладая такими же качествами теплоотдачи, как у чугунных «собратьев», весят намного меньше и нагреваются в два раза быстрее. Они бывают двух видов – это монолитные панели и секционные трубчатые батареи.

Трубчатые модели по своей конструкции «копируют» чугунные изделия. Они также состоят из секций. Особенностью установки стальных радиаторов отопления является то, что всегда можно увеличить или уменьшить количество регистров в одном приборе, заменить вышедший из строя треснувший или засорившийся элемент на новый сегмент.

Биметаллические

Название изделия говорит о том, что структура корпуса представлена двумя металлами. Основой биметаллического радиатора является стальной трубчатый каркас, где две горизонтальные трубки (коллекторы) соединены между собой вертикальными каналами.

Вся конструкция завёрнута, как конфета в обёртку из алюминиевого кожуха. Такое решение строения радиатора было вызвано тем, чтобы использовать высокие теплотехнические характеристики алюминия максимально эффективно, не допуская его контакта с агрессивным теплоносителем.

Монтаж биметаллических приборов может выполнить своими руками домашний мастер, придерживающий всех пунктов инструкции. Её, как правило, поставляют практически все фирмы-изготовители вместе со своей продукцией. Из-за простоты монтажа биметаллическими радиаторами чаще всего производят замену старых батарей отопления, не меняя расположение подводящих трубопроводов с горячей водой. Сгоны или переходники позволяют соединять радиатор с трубой отопительного контура без сварки.

Чугунные

Первые батареи отопления были изготовлены из чугуна. На сегодняшний день этот металл не потерял своей актуальности в производстве отопительных приборов. Современные чугунные радиаторы выполняют в стильном дизайне, ими дополняют роскошные интерьеры особняков и зрелищных учреждений.

В России сохранилось производство чугунных батарей в их традиционном виде. Они дёшевы и неприхотливы в эксплуатации. Их устанавливают на производстве и общественных помещениях различного назначения, где внешний вид приборов не имеет значения.

Благодаря секционной конструкции, батарею можно собирать из различного количества регистров, начиная от 2 шт. В радиаторе можно изъять или добавить секцию. Таким образом, корректируют производительность обогревающих приборов или ремонтируют их.

Медные

Медь – один из дорогих металлов, который является превосходным проводником тепловой энергии. Медные теплообменники по своей эффективности не имеют себе равных среди радиаторов отопления из других материалов. Минимальный срок службы медных приборов составляет 30 лет.

Внутренняя медная поверхность коллекторов и вертикальных трубок отталкивает водные примеси теплоносителя, тем самым сохраняя чистоту просветов водоводов. Цветной металл абсолютно индифферентен к коррозии.

К особенностям монтажа медных обогревателей относится способ крепления батареи к трубам отопительной системы. Для этого применяют специальные фитинги, сгоны и переходники, чтобы избежать прямого контакта меди с железом. Для подключения к полипропиленовым трубам применяют специальный набор фитингов.

Пластиковые

Радиаторы из пластика являются новинкой на рынке теплотехники России. Это пробные модели с максимальной степенью нагрева 80 0 С. Также есть ограничение в предельном давлении теплоносителя в системе отопления.

Оно не должно быть не больше 3 атм. Приборы рассчитаны на работу с пластиковыми трубами в автономных отопительных системах частных домов, загородных коттеджей и дач. Радиаторы изготавливают в широкой цветовой гамме, что даёт возможность придать интерьеру помещения необычайно красивый колорит.

Материалы и инструменты, необходимые для монтажа

Грамотная установка радиаторов отопления самостоятельно хозяином жилья потребует наличие специального инструмента и определённых расходных материалов. Что касается первых и вторых, то их вид и размеры зависят от выбранных моделей приборов отопления, способа их подключения и пр. В любом случае для монтажа радиаторов обязательно потребуется необходимый набор инструментов и материалов.

Инструмент и приспособления

Так, как все батареи, кроме напольных приборов, крепятся к стенам, то для этого нужно будет вооружиться следующим:

  • перфоратор;
  • дрель-шуруповёрт;
  • сварочный аппарат для полипропиленовых труб;
  • молоток;
  • уровень;
  • рулетка и линейка;
  • маркер;
  • гаечный и трубный ключи;
  • торцевой ключ для сборки секций.
  • шнур или намотка для резьбовых соединений;
  • герметик.
Читайте также:
Стиральные машины Whirlpool рейтинг лучших моделей отзывы и обзор бренда

Материалы

Обычно фирма-изготовитель к своим радиаторам отопления поставляют в продажу монтажные наборы, как для сборки и подключения батарей, так и для навески их на стены. В данных наборах встречается минимально необходимый для установке комплект состоящий из:

  1. Кронштейнов.
  2. Кран Маевского или автоматический воздухоотводчик.
  3. Заглушек.
  4. Запорной арматуры.
Кронштейны

Они могут присутствовать в комплекте поставки радиаторов. Если их нет, то необходимый крепёж можно приобрести в ближайшем строительном супермаркете.

Существует много разных по конструкции и форме опор для батарей, но всех их объединяет высокая несущая способность и передача нагрузки от веса радиатора на стену. Кронштейны могут быть строго фиксированными конструкциями и с регулировочными механизмами, как по длине, так и высоте.

Кран Маевского или автоматический воздухоотводчик

В процессе прохождения теплоносителя по системе отопления, захваченный им воздух попадает в радиаторы. Обычно это происходит при запуске отопительной системы по окончании тёплого времени года. Воздушные пробки, если их не удалить, сдерживают прохождение горячей воды в верхнем коллекторе батареи, и она будет оставаться холодной.

Изначально вверху радиаторов устанавливали обычные водопроводные краны. Сброс воздуха с их помощью сопровождался извержением большого количества воды. Все современные батареи отопления оснащаются кранами Маевского или в них вкручивают воздухоотводчики.

Кран Маевского — небольшое устройство, которое вкручивают с одной из сторон верхнего коллектора в свободное отверстие. Если диаметр крана отличается от размера резьбового входа в коллектор, то применяются специальные переходники. На резьбу устройства наматывают уплотнитель. Гаечным ключом осторожно закручивают кран до упора.

Сброс воздуха производят откручиванием винта или ручки. Поворотом кольца меняют направление воздушного потока. Воздух сбрасывают до появления сплошной струи воды. В многоквартирных домах важно произвести сброс воздуха в радиаторах верхних этажей.

Работа автоматического воздухоотводчика, построена по принципу действия поплавка. Поплавок под давлением воздуха давит на ниппель, который открывается до полного удаления воздушной пробки из радиатора.

Автоматы, по отзывам специалистов довольно капризные устройства и не переносят загрязнённый теплоноситель. Со временем автоматический воздухоотводчик, установленный в системе централизованного отопления, начинает протекать. Поэтому рекомендуется их использовать в автономном отоплении частных домов, где применяется чистый теплоноситель.

Заглушки

Универсальность батарей отопления с боковым подключением заключается в том, что 4 выходных отверстия – по два на нижнем и верхнем коллекторе. Два из них в зависимости о схемы подключения заняты подающим и обратным патрубками.

В третье отверстие устанавливают кран Маевского или автоматический воздухоотводчик. Остаётся четвёртое отверстие, которое «глушат» резьбовой пробкой (заглушкой). Её вкручивают в отверстие коллектора гаечным ключом с накрученной на резьбу подмоткой (паклей, уплотнительным шнуром или лентой).

Запорная арматура

Запорная арматура для радиаторов отопления — это три вида кранов.

Шаровые. Используются в двух крайних положениях: «закрыто» или «открыто». Их ставят на входе и на выходе батареи. Роль в кране запора исполняет поворотный металлический шар со сквозным отверстием. Поворачивая его наружным рычагом, добиваются полного открытия или закрытия прямотока теплоносителя.

Штоковые. Это традиционная схема перекрытия протока подвижным штоком, находящимся на одной оси с поворотной головкой. В отличие от шарового устройства штоковым краном изменяют скорость прохода горячей воды, следовательно, регулируют степень нагрева батареи.

Обратный клапан. Краном с обратным клапаном отсекают отток теплоносителя на определённом участке отопительной системы. Их редко применяют в централизованных сетях отопления. Чаще всего их используют в особо сложных автономных отопительных системах.

Как установить батарею отопления

Существует два способа установки радиаторов для обогрева помещений. В настенном варианте крепления батареи навешивают на кронштейны. Форма и конструкция опор для батарей может быть различной, главное они должны быть надёжно закреплены на стене и выдерживать вес отопительного прибора.

Крепежом для кронштейнов служат анкерные болты. Их применяют в бетонных, кирпичных стенах или кладке из другого материала (шлакоблоки, пеноблоки и др.). Есть опоры, которые одновременно являются анкерными болтами и кронштейнами.

Существуют нормативы, определяющие количество опор для секционных радиаторов. Для чугунных батарей кронштейны устанавливают между каждыми 6- и секциями. В панельных приборах заводом изготовителем предусмотрен крепёж к стене с тыльной стороны.

Правила навески отопительных приборов

Отопительные изделия устанавливают строго в определённых местах помещений – это:

  • подоконные ниши;
  • протяжённые межоконные расстояния;
  • глухие стены в угловых комнатах;
  • санузлы, кладовые и прочие подсобные помещения, смежные стены, которых являются наружными ограждениями;
  • межэтажные площадки лестничных клеток и фойе подъездов.

Установочные размеры отопительного прибора

Зазоры между радиатором и ограждающими конструкциями при установке прибора выполняются на основе нормативных установочных размеров.

На фото буквами обозначены установочные размеры. В таблице ниже указаны предельные величины этих параметров.

Литера Величина Норматив
A 50 мм СНиП 3.05.01-85 п. 3.20
B До 400 мм — «- п. 3.24
C 300, 350, 400, 500, 600 и 800 мм ГОСТ 8690-94 п. 4.1
D От 100 мм до 150 мм СНиП 3.05.01-85 п. 3.24
F От 100 мм 2 СНиП 41-01-2003 п. 6.5
L 25 – 60 мм СНиП 3.05.01-85 п. 3.20
H От 60 мм до 100 мм СНиП 3.05.01-85 п. 3.20
V Не более 1500 мм СНиП 2.04.05-91* п. 3.52

Установка напольных приборов отопления

Следует отметить, что наряду с настенными приборами, существуют напольные радиаторы. В основном это высокие чугунные батареи с декоративной отделкой и низкие приборы, устанавливаемые под панорамными окнами.

В некоторых случаях к полу крепят ножки этих изделий, чтобы предотвратить их случайный сдвиг.

Схемы обвязки радиаторов отопления

Существуют три основные схемы подключения батарей – это однотрубная, двухтрубная и коллекторная (лучевая) система.

Схемы подключения радиаторов к системе отопления

Важным вопросом при монтаже отопления в доме является выбор схемы подключения радиаторов. Приняв правильное решение, вы оптимизируете расходы на отопление, как при монтаже, так и при эксплуатации оборудования. Важно, чтобы схема подключения радиаторов была правильно подобрана к вашей системе отопления дома.

Читайте также:
Установка обратного осмоса принцип работы. Как понять принцип работы фильтра обратный осмос и самому отремонтировать его

Нижнее подключение радиаторов

При таком подключении подающая труба, как и обратная, входят в нижние заглушки батареи. Теплоноситель имеет приоритетное направление движения вдоль нижнего коллектора. Дополнительный теплообмен осуществляется за счет того, что нагретый теплоноситель поднимается по радиатору вверх. Такая схема является самой малозатратной по материалам, и её удобно выполнять даже при производстве работ своими руками в «одни руки».

Наиболее часто такая схема применяется при устройстве однотрубной системы отопления, она позволяет незаметно пустить трубу, а при укладке основной трубы в пол, оставить на виду только короткие патрубки для подключения батареи.

Одним существенным недостатком такого подключения радиаторов является пониженная эффективность теплообмена по сравнению с диагональным подключением на двухтрубной системе. Разница составляет порядка 12–15%.

Однако следует отметить, что при устройстве отопления в небольшом доме при малом бюджете, в том числе на отопление, использование этой схемы оправдано, и в дальнейшем вы никогда не задумаетесь об этих процентах. Схема надежна, проверена временем и служит верой и правдой не одному поколению владельцев частных домов.

На наш взгляд схема не приемлема при работе отопления без насоса. Ещё одной её особенностью следует отметить необходимость выполнения на однотрубной системе «тормозов» под радиатором, участков заужения диаметра основной трубы между двумя точками врезки. Это заужение позволяет перенаправить поток теплоносителя через радиатор, а не мимо. Однако, как уже говорилось, не следует пользоваться подобной схемой при значительной длине трубопровода системы отопления.

Возможно использование подобной схемы и при двухтрубной разводке, однако здесь схема подключения теряет достоинства при сохранении недостатков.

Диагональное подключение на двухтрубную систему

Самой правильной с точки зрения теплообмена является отопление, выполненное в двухтрубном исполнении, при диагональном подключении радиаторов. Подающая труба подключается к верхней пробке, а обратная — к нижней, с противоположной стороны. Такая система принимается в расчетах за 100% эффективности. Но среди прочих это более затратная по материалам и времени исполнения система.

При диагональном подключении горячий теплоноситель на входе в радиатор и по верхнему коллектору встречается с уже подогретым в нижних частях радиатора воздухом помещения и подогревает его до более высокой температуры. Таким образом, тепло переданное от теплоносителя (воды) воздуху в доме используется с наибольшей эффективностью.

Незначительным недостатком этой системы подключения, как и оговоренных выше, будет невозможность добавления дополнительных секций без резки труб и их переварки. Однако при тщательном расчете количества радиаторов на стадии проектирования системы этот недостаток можно не учитывать.

Диагональное подсоединение прекрасно показало себя при работе с принудительной циркуляцией и с самоциркуляцией. В системах, работающих на естественной циркуляции, диагональная разводка дает возможность отказаться от установки терморегулирующих кранов, что уменьшает гидравлическое сопротивление системы трубопроводов и положительно сказывается на работе системы. Правда в настоящее время выпускаются радиаторные краны с минимальным сопротивлением, и мы рекомендуем их устанавливать для удобства обслуживания.

Безусловно, диагональное подключение батарей отопления является наиболее желательным, однако не всегда это однозначно возможно.

Подключение по диагонали для однотрубной разводки

Таким способом подключения пытаются уйти от тех 12–15% снижения эффективности теплообмена при нижней разводке. Подключение происходит в верхнюю пробку радиатора и в противоположную нижнюю при сохранении последовательности подключения батарей в контуре.

Использование диагонального подключения радиаторов на однотрубной системе не дает тех преимуществ, которые оно имеет при выполнении на двухтрубной разводке. По контуру существенно увеличивается перекос по теплоотдаче и температуре теплоносителя. Фактически в первых теплообменниках сбрасывается большая часть тепла. Даже наличие байпаса уже не исправит ситуацию.

Одностороннее подключение

Является достойной альтернативой диагональному подключению и имеет свои особенности. Подающая труба входит в верхнюю пробку радиатора, а обратная — в нижнюю с той же стороны. Эффективность такого подключения по сравнению с диагональным ниже на 2–7%.

1. Двухтрубная разводка. 2. Однотрубная разводка

Такое подключение часто применяется в системах отопления со стояками, идущими с одного этажа на другой. Многие применяют его, когда нет возможности установить должное количество секций батареи уже при первичном монтаже, и предполагается в дальнейшем наращивать их количество. Односторонне подсоединение позволяет в любой момент, при наличии запорной арматуры, добавить некоторое количество секций.

Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов

Схемы подключения радиаторов отопления: обзор самых лучших способов

Вы планируете поменять приборы отопления в собственном доме? Для этого пригодятся знания о видах разводки батарей, способах их присоединения и размещения. Согласитесь, ведь от правильности подобранной схемы подключения радиаторов отопления в конкретном доме или помещении напрямую зависит ее эффективность.

Правильное подключение батарей – очень важная задача, ведь оно способно обеспечить во всех комнатах комфортную температуру в любое время года. Хорошо, когда расход топлива минимальный, а в жилище тепло в самые холодные дни.

Мы поможем вам разобраться в том, что потребуется для максимально эффективной работы радиаторов. В статье вы найдете много полезной информации о способах подключения батарей и о их реализации без привлечения специалистов. Приведены схемы, а также видеоматериалы, которые помогут наглядно понять суть вопроса.

Что нужно для эффективной работы батарей?

Эффективная система отопления способна сэкономить средства на оплату топлива. Поэтому, занимаясь ее проектированием, следует взвешенно принимать решения. Ведь иногда совет соседа по даче или знакомого, рекомендующего такую систему как у него, совсем не подходит.

Бывает, что нет времени самому заниматься этими вопросами. В таком случае лучше обратиться к профессионалам, работающим в этой сфере от 5-ти лет и имеющим благодарные отзывы.

Решив самостоятельно заниматься установкой новых батарей или заменой радиаторов отопления, нужно учитывать, что на их эффективность прямое влияние оказывают следующие показатели:

  • размер и тепловая мощность отопительных приборов;
  • место их расположения в комнате;
  • способ подключения.

Выбор отопительных приборов поражает воображение неискушенного потребителя. Среди предложений настенные батареи из различных материалов, напольные и плинтусные конвекторы. Все они имеют различную форму, размер, уровень теплоотдачи, тип подключения. Эти характеристики нужно учитывать при монтаже отопительных приборов в систему.

Читайте также:
Чем отмыть бачок унитаза внутри от ржавчины: 5 способов

Для каждого помещения количество радиаторов и их размер будет отличаться. Все зависит от площади комнаты, уровня утепления внешних стен здания, схемы подключения, тепловой мощности, указанной производителем в паспорте изделия.

Места расположения батарей – под окном, между окнами, расположенными на довольно длинном расстоянии друг от друга, вдоль глухой стены или в углу комнаты, в прихожей, кладовой, ванной, в подъездах многоквартирных домов.

Между стеной и отопительным прибором рекомендуется установить теплоотражающий экран. Его можно изготовить своими руками, использовав для этого один из материалов, отражающих тепло – пенофол, изоспан или другой фольгированный аналог.

Также следует придерживаться таких основных правил монтажа батареи под окном:

  • все радиаторы в одной комнате располагаются на одном уровне;
  • ребра конвекторов в вертикальном положении;
  • центр отопительного оборудования совпадает с центром окна или находится на 2 см правее (левее);
  • длина батареи не менее 75% от длины самого окна;
  • расстояние до подоконника не менее 5 см, до пола – не меньше, чем 6 см. Оптимальное расстояние – 10-12 см.

От правильного подключения радиаторов к системе отопления в доме зависит уровень теплоотдачи приборов и потери тепла.

Бывает, что хозяин жилища руководствуется советами товарища, но результат получается совсем не такой, как ожидалось. Все сделано как у него, да только батареи не хотят греть.

Значит, выбранная схема подключения не подошла конкретно для этого дома, не были учтены площадь помещений, тепловая мощность отопительных приборов или были допущены досадные ошибки при монтаже.

Особенности схем подключения

Существует принципиальное отличие в схемах подключения отопительных приборов в зависимости от типа разводки труб. Она бывает однотрубная и двухтрубная. Каждый из этих типов подразделяется на систему с горизонтальными магистралями или вертикальными стояками.

В зависимости от выбранного типа разводки будет отличаться вариант подключения батарей. Для однотрубной и двухтрубной систем возможно использовать боковое, нижнее, диагональное подключение отопительных приборов.

Основная задача – выбрать оптимальный вариант, который сможет удовлетворить потребности конкретного жилища в необходимом количестве тепла.

Эти два типа разводки относятся к тройниковой системе подсоединения труб. Кроме нее выделяют коллекторные схемы. Их еще называют лучевой разводкой. Ее основная особенность заключается в прокладывании трубопровода по отдельности к каждому отопительному прибору.

Недостаток – трубы проходят напрямую через помещения всего этажа и их потребуется достаточно много. Это повлияет на стоимость системы. Существенный плюс – они монтируются чаще всего в пол, не влияя на дизайн помещения.

Такой вариант, существенно увеличивающий расход труб, последнее время активно применяется при проектировании отопительных схем. Коллекторное соединение приборов отопления используется в системе «теплый пол». В зависимости от типа проекта она может служить как дополнительный источник отопления или основной.

Особенности однотрубной системы

Вид отопления, в котором все батареи подсоединяются в один трубопровод, называют однотрубным. Нагретый и остывший теплоноситель движется по одной трубе, поочередно поступая во все приборы. Важно для нее правильно подобрать диаметр, иначе труба не справится со своими обязанностями и эффекта от такого отопления не будет.

У однотрубной системы есть свои недостатки и достоинства. Многие начинающие мастера считают, что выбрав этот тип разводки, можно здорово сэкономить на монтаже отопительных приборов и труб. Но это заблуждение. Ведь для качественной работы системы потребуется правильно все подключить, учитывая массу нюансов. В противном случае в комнатах будет холодно.

Однотрубная система действительно способна экономить средства при использовании подающего вертикального стояка. Это актуально для 5-этажек, где выгодно монтировать одну трубу, чтобы уменьшить расход материалов.

При таком варианте нагретая вода поступает по главному стояку вверх, распределяясь далее по остальным стоякам. Поочередно теплоноситель заходит в отопительные приборы каждого этажа, начиная с самого верхнего.

Чем ниже вода опускается, следуя по стояку, тем меньше становится ее температура. Эта проблема решается путем увеличения площади радиаторов на нижних этажах. Радиаторы однотрубной системы желательно оборудовать байпасами.

Это даст возможность без проблем демонтировать отопительный прибор, например, для ремонта, не нарушая работоспособность всей системы.

В однотрубной системе горизонтальной разводки можно использовать попутное или тупиковое движение теплоносителя. Она хорошо работает для трубопроводов с общей протяженностью до 30 м. Оптимальное количество подсоединенных отопительных приборов в этом случае – 4-5 шт.

Двухтрубная разводка: основные отличия

Двухтрубная разводка предполагает использование 2 трубопроводов: один для прохождения нагретого теплоносителя (подача), второй – для остывшего, направляющегося обратно в нагревательный бак (обратка). В результате каждая батарея принимает воду примерно одинаковой температуры, что позволяет равномерно прогревать все комнаты.

Использование двухтрубной разводки считается наиболее желательным. При таком присоединении отопительных приборов происходят наименьшие потери тепла. Циркуляция воды может быть попутной и тупиковой.

Эта система обслуживания радиаторов характеризуется удобной регулировкой их тепловой производительности.

Многие мастера, самостоятельно монтирующие систему отопления своего дома, отзываются о двухтрубке неодобрительно. Основной аргумент – большой расход труб, что существенно удорожает проект.

При детальном рассмотрении этого утверждения выясняется, что при правильном подключении приборов и использовании оптимальных диаметров труб в частном доме система обойдется не намного дороже однотрубной.

Ведь для устройства последней нужен больший диаметр труб и большая площадь приборов. На окончательную цену повлияет стоимость труб меньшего диаметра, лучшая циркуляция теплоносителя и минимальные потери тепла.

Подсоединение приборов отопления в двухтрубной системе может осуществляться по диагонали, сбоку, снизу. Допустимо использование горизонтальных и вертикальных стояков. Самый эффективный вариант – диагональное подключение. Он позволяет максимально использовать тепло, равномерно распределяя его по всем отопительным приборам.

Боковое присоединение батарей

Боковое подсоединение используется в двух- и однотрубных разводках. Оно еще называется односторонним. Основная особенность – труба подачи и обратка монтируются с одной стороны батареи.

Такая система применяется в многоэтажных домах при вертикальной подаче теплоносителя. Главное условие – установка перемычки перед присоединением к трубопроводу, именуемой байпас, и кранов, чтобы была возможность снять радиатор, не нарушив всю систему.

Читайте также:
Устройство сетей для аспирации воздуха на производстве

Одностороннее подключение эффективнее всего работает при незначительной длине отопительного прибора – 5-6 секций. Присоединение радиаторов большой протяженности таким способом будет иметь большие теплопотери.

Специфика нижнего подключения

Схема, при которой используется нижнее подключение, чаще всего применяется для решения дизайнерских задач. Когда нужно скрыть трубы, вмонтировав их в стену или пол.

Производители приборов отопления предлагают различные модели и вариации радиаторов с нижним присоединением. В паспорте изделия указано, как правильно подключить конкретную модель батареи отопления.

Внутри узла подключения радиатора есть встроенные производителем шаровые краны, позволяющие при необходимости его демонтировать. Такая информация позволяет своими руками установить приборы в систему.

Нижнее подключение не рекомендуется использовать при естественной циркуляции воды. Высокие потери тепла от нижнего присоединения компенсируются за счет большей мощности радиаторов.

Диагональная схема подключения

Подключение по диагонали характеризуется минимальной теплопотерей. Его особенность – тепло подается с одной стороны прибора, проходит через все секции и выходит через отверстие другой стороны. Оно применяется для одно- и двухтрубных систем.

Этот вариант присоединения батарей можно реализовать двумя способами:

  • Теплоноситель заходит в верхнее отверстие прибора, циркулирует по нему и вытекает из нижнего бокового отверстия с другой стороны.
  • Вода поступает в нижнее отверстие с одной стороны и, пройдя по всему радиатору, выходит из его верхнего противоположного отверстия.

Диагональная схема эффективно работает при подключении длинных батарей, с общим количеством секций 12 шт и более.

Естественное или принудительное движение воды?

Вариант подключения батарей зависит от того, какой тип движения воды или антифриза предполагается использовать для функционирования системы. Есть всего 2 варианта: естественная циркуляция и принудительная.

Первый вариант предполагает использование физических законов без покупки и установки дополнительных устройств. Подходит в том случае, когда теплоносителем выступает вода. Любая незамерзайка будет хуже циркулировать по системе.

Система состоит из котла, подогревающего воду, расширительного бачка, подающего и обратного трубопроводов, батарей. Вода, нагреваясь, расширяется и начинает свое движение по стояку, посетив по очереди установленные радиаторы. Охлажденная же вода из системы самотеком идет обратно в котел.

При таком варианте циркуляции горизонтальный трубопровод устанавливают с небольшим наклоном в сторону движения теплоносителя. Эта система является саморегулируемой, ведь в зависимости от температуры воды меняется и ее количество. Циркуляционный напор повышается, позволяя водице равномерно нагревать помещение.

При естественной циркуляции применяются двухтрубная и однотрубная схемы с верхней разводкой, двухтрубная с нижней. Такие способы подключения радиаторов к системе отопления выгодно использовать для небольших помещений.

Важно оборудовать батареи воздушными спускниками для удаления лишнего воздуха или установить на стояках автоматические воздухоотводчики. Котел лучше всего располагать в подвале, чтобы он находился ниже, чем отапливаемое помещение.

Для домов площадь которых 100 м 2 и более предстоит менять систему циркуляции теплоносителя. В таком случае понадобится специальный прибор, стимулирующий движение воды или антифриза по трубам. Речь идет об установке циркуляционного насоса. Его мощность зависит от площади отапливаемого помещения.

Устанавливается насос на подающем или обратном трубопроводе. Чтобы удалять из системы лишний воздух, предстоит в самой верхней точке трубопровода вмонтировать автоматические спускники или использовать батареи с кранами Маевского для ручного стравливания.

Циркуляционный насос применяется в двух- и однотрубных схемах с горизонтальной и вертикальной системой подключения отопительных приборов.

Правила подключения радиаторов отопления

Вне зависимости от выбранного типа радиаторов и подходящей для них схемы подключения, важно правильно все рассчитать и смонтировать.

В каждом конкретном случае оптимальной будет своя система. Для дорогостоящих домов большой площади целесообразно обратиться к специалистам, которые могут предложить оптимальный проект. Это не тот вопрос, на котором нужно экономить.

Для небольших жилых домой можно самостоятельно выбрать подходящую схему и вмонтировать отопительные приборы. Обязательно нужно учитывать особенности своего жилища, правила установки батарей и целесообразность использования той или иной схемы.

При монтаже радиаторов не нужно забывать, что тип материала у самой батареи и труб должен быть одинаковым. Пластиковые трубы, подключенные к чугунным отопительным приборам принесут много проблем, испортив систему отопления.

Выводы и полезное видео по теме

Ролик об отличии естественной и принудительной циркуляции теплоносителя в системе отопления:

Видео, наглядно демонстрирующее отличия разных схем системы отопления:

Схема эффективного подключения батарей отопления при двухтрубной системе:

От выбора схемы подключения батарей для своего жилища напрямую зависит эффективность отопления. При правильном варианте минимизируются потери тепла. Это позволяет получить максимальный эффект при наименьшем использовании топлива. Монтаж батарей можно выполнять своими руками. Важно учитывать особенности постройки, чтобы холодные батареи не помешали комфортной жизни в уютном доме.

Если вас заинтересовал предложенный нами к рассмотрению материал, возникли вопросы и повод для дискуссии, приглашаем к размещению комментариев.

Схемы любительских частотных преобразователей

Одна из первых схем преобразователя для питания трехфазного двигателя была опубликована в журнале «Радио» №11 1999г. Разработчик схемы М. Мухин в то время был учеником 10 класса и занимался в радиокружке.

Преобразователь предназначался для питания миниатюрного трехфазного двигателя ДИД-5ТА, который использовался в станке для сверления печатных плат. При этом следует отметить, что рабочая частота этого двигателя 400Гц, а напряжение питания 27В. Кроме того, средняя точка двигателя (при соединении обмоток «звездой») выведена наружу, что позволило предельно упростить схему: понадобилось всего три выходных сигнала, а на каждую фазу потребовался всего один выходной ключ. Схема генератора показана на рисунке 1.

Как видно из схемы преобразователь состоит из трех частей: генератора-формирователя импульсов трехфазной последовательности на микросхемах DD1…DD3, трех ключей на составных транзисторах (VT1…VT6) и собственно электродвигателя M1.

На рисунке 2 показаны временные диаграммы импульсов, сформированных генератором-формирователем. Задающий генератор выполнен на микросхеме DD1. С помощью резистора R2 можно установить требуемую частоту вращения двигателя, а также изменять ее в некоторых пределах. Более подробную информацию о схеме можно узнать в указанном выше журнале. Следует отметить, что по современной терминологии подобные генераторы-формирователи называются контроллерами.

Рисунок 2. Временные диаграммы импульсов генератора.

На базе рассмотренного контроллера А. Дубровским из г. Новополоцка Витебской обл. была разработана конструкция частотно-регулируемого привода для двигателя с питанием от сети переменного тока напряжением 220В. Схема устройства была опубликована в журнале «Радио» 2001г. №4.

В этой схеме, практически без изменений, используется только что рассмотренный контроллер по схеме М. Мухина. Выходные сигналы с элементов DD3.2, DD3.3 и DD3.4 используются для управления выходными ключами A1, A2, и A3, к которым подключается электродвигатель. На схеме полностью показан ключ A1, остальные идентичны. Полностью схема устройства показана на рисунке 3.

Подключение двигателя к выходу трехфазного инвертора

Для ознакомления с подключением двигателя к выходным ключам стоит рассмотреть упрощенную схему, приведенную на рисунке 4.

На рисунке показан электродвигатель M, управляемый ключами V1…V6. Полупроводниковые элементы для упрощения схемы показаны в виде механических контактов. Питание электродвигателя осуществляется постоянным напряжением Ud получаемым от выпрямителя (на рисунке не показан). При этом, ключи V1, V3, V5 называются верхними, а ключи V2, V4, V6 нижними.

Совершенно очевидно, что открытие одновременно верхних и нижних ключей, а именно парами V1&V6, V3&V6, V5&V2 совершенно недопустимо: произойдет короткое замыкание. Поэтому, для нормальной работы такой ключевой схемы, обязательно, чтобы к моменту открытия нижнего ключа верхний ключ уже был закрыт. С этой целью контроллеры управления формируют паузу, часто называемую «мертвой зоной».

Величина этой паузы такова, чтобы обеспечить гарантированное закрытие силовых транзисторов. Если эта пауза будет недостаточна, то возможно кратковременное открытие верхнего и нижнего ключа одновременно. Это вызывает нагрев выходных транзисторов, часто приводящий к выходу их из строя. Такую ситуацию называют сквозными токами.

Вернемся к схеме, показанной на рисунке 3. В данном случае верхними ключами являются транзисторы 1VT3, а нижними 1VT6. Нетрудно заметить, что нижние ключи гальванически связаны с управляющим устройством и межу собой. Поэтому управляющий сигнал с выхода 3 элемента DD3.2 через резисторы 1R1 и 1R3 подаются непосредственно на базу составного транзистора 1VT4…1VT5. Этот составной транзистор есть не что иное, как драйвер нижнего ключа. В точности также от элементов DD3, DD4 управляются составные транзисторы драйверов нижнего ключа каналов A2 и A3. Питание всех трех каналов осуществляется от одного и того же выпрямителя на диодном мосте VD2.

Верхние же ключи гальванической связи с общим проводом и управляющим устройством не имеют, поэтому для управления ими кроме драйвера на составном транзисторе 1VT1…1VT2 пришлось в каждый канал установить дополнительный оптрон 1U1. Выходной транзистор оптрона в этой схеме также выполняет функцию дополнительного инвертора: когда на выходе 3 элемента DD3.2 высокий уровень открыт транзистор верхнего ключа 1VT3.

Для питания каждого драйвера верхнего ключа используется отдельный выпрямитель 1VD1, 1C1. Каждый выпрямитель питается от индивидуальной обмотки трансформатора, что можно рассматривать как недостаток схемы.

Конденсатор 1C2 обеспечивает задержку переключения ключей около 100 микросекунд, столько же дает оптрон 1U1, тем самым формируется вышеупомянутая «мертвая зона».

Достаточно ли только регулирования частоты?

С понижением частоты питающего переменного напряжения падает индуктивное сопротивление обмоток двигателя (достаточно вспомнить формулу индуктивного сопротивления), что приводит к увеличению тока через обмотки, и, как следствие, к перегреву обмоток. Также происходит насыщение магнитопровода статора. Чтобы избежать этих негативных последствий, при уменьшении частоты приходится снижать и эффективное значение напряжения на обмотках двигателя.

Одним из способов решения проблемы в любительских частотниках предлагалось это самое эффективное значение регулировать при помощи ЛАТРа, подвижный контакт которого имел механическую связь с переменным резистором регулятора частоты. Такой способ был рекомендован в статье С. Калугина «Доработка регулятора частоты вращения трехфазных асинхронных двигателей». Журнал «Радио» 2002, №3, стр.31.

В любительских условиях механический узел получался в изготовлении сложным, а главное ненадежным. Более простой и надежный способ использования автотрансформатора был предложен Э. Мурадханяном из Еревана в журнале «Радио» №12 2004. Схема этого устройства показана на рисунках 5 и 6.

Напряжение сети 220В подается на автотрансформатор T1, а с его подвижного контакта на выпрямительный мост VD1 с фильтром C1, L1, C2. На выходе фильтра получается изменяемое постоянное напряжение Uрег, используемое собственно для питания двигателя.

Напряжение Uрег через резистор R1 также подается на задающий генератор DA1, выполненный на микросхеме КР1006ВИ1 (импортный вариант NE555). В результате такого подключения обычный генератор прямоугольных импульсов превращается в ГУН (генератор, управляемый напряжением). Поэтому, при увеличении напряжения Uрег увеличивается и частота генератора DA1, что приводит к увеличению частоты вращения двигателя. При снижении напряжения Uрег пропорционально уменьшается и частота задающего генератора, что позволяет избежать перегрев обмоток и перенасыщение магнитопровода статора.

В той же журнальной статье автор предлагает вариант задающего генератора, который позволяет избавиться от использования автотрансформатора. Схема генератора показана на рисунке 7.

Генератор выполнен на втором триггере микросхемы DD3, на схеме обозначен как DD3.2. Частота задается конденсатором C1, регулировка частоты осуществляется переменным резистором R2. Вместе с регулировкой частоты изменяется и длительность импульса на выходе генератора: при понижении частоты длительность уменьшается, поэтому напряжение на обмотках двигателя падает. Такой принцип управления называется широтно импульсной модуляцией (ШИМ).

В рассматриваемой любительской схеме мощность двигателя невелика, питание двигателя производится прямоугольными импульсами, поэтому ШИМ достаточно примитивна. В реальных промышленных частотных преобразователях большой мощности ШИМ предназначена для формирования на выходе напряжений практически синусоидальной формы, как показано на рисунке 8, и для реализации работы с различными нагрузками: при постоянном моменте, при постоянной мощности и при вентиляторной нагрузке.

Рисунок 8. Форма выходного напряжения одной фазы трехфазного инвертора с ШИМ.

Силовая часть схемы

Современные фирменные частотники имеют на выходе мощные транзисторы структуры MOSFET или IGBT, специально предназначенные для работы в преобразователях частоты. В ряде случаев эти транзисторы объединены в модули, что в целом улучшает показатели всей конструкции. Управление этими транзисторами производится с помощью специализированных микросхем-драйверов. В некоторых моделях драйверы выпускаются встроенными в транзисторные модули.

Наиболее распространены в настоящее время микросхемы и транзисторы фирмы International Rectifier. В описываемой схеме вполне возможно применить драйверы IR2130 или IR2132. В одном корпусе такой микросхемы содержится сразу шесть драйверов: три для нижнего ключа и три для верхнего, что позволяет легко собрать трехфазный мостовой выходной каскад. Кроме основной функции эти драйверы содержат также несколько дополнительных, например защита от перегрузок и коротких замыканий. Более подробную информацию об этих драйверах можно узнать из технических описаний Data Sheet на соответствующие микросхемы.

При всех достоинствах единственный недостаток этих микросхем их высокая цена, поэтому автор конструкции пошел другим, более простым, дешевым, и в то же время работоспособным путем: специализированные микросхемы-драйверы заменены микросхемами интегрального таймера КР1006ВИ1 (NE555).

Выходные ключи на интегральных таймерах

Если вернуться к рисунку 6, то можно заметить, что схема имеет для каждой из трех фаз выходные сигналы, обозначенные как «Н» и «В». Наличие этих сигналов позволяет раздельно управлять верхними и нижними ключами. Такое разделение позволяет формировать паузу между переключением верхних и нижних ключей при помощи блока управления, а не самими ключами, как было показано в схеме на рисунке 3.

Схема выходных ключей с применением микросхем КР1006ВИ1 (NE555) показана на рисунке 9. Естественно, что для трехфазного преобразователя понадобится три экземпляра таких ключей.

В качестве драйверов верхних (VT1) и нижних (VT2) ключей используются микросхемы КР1006ВИ1, включенные по схеме триггеров Шмидта. С их помощью возможно получить импульсный ток затвора не менее 200мА, что позволяет получить достаточно надежное и быстрое управление выходными транзисторами.

Микросхемы нижних ключей DA2 имеют гальваническую связь с источником питания +12В и, соответственно, с блоком управления, поэтому их питание осуществляется от этого источника. Микросхемы верхних ключей можно запитать так же, как было показано на рисунке 3 с использованием дополнительных выпрямителей и отдельных обмоток на трансформаторе. Но в данной схеме применяется иной, так называемый, «бустрепный» метод питания, смысл которого в следующем. Микросхема DA1 получает питание от электролитического конденсатора C1, заряд которого происходит по цепи: +12В, VD1, C1, открытый транзистор VT2 (через электроды сток – исток), «общий».

Другими словами заряд конденсатора C1 происходит в то время, когда открыт транзистор нижнего ключа. В этот момент минусовой вывод конденсатора С1 оказывается практически накоротко соединен с общим проводом (сопротивление открытого участка «сток – исток» у мощных полевых транзисторов составляет тысячные доли Ома!), что и обеспечивает возможность его заряда.

При закрытом транзисторе VT2 также закроется и диод VD1, заряд конденсатора C1 прекратится до следующего открытия транзистора VT2. Но заряд конденсатора C1 достаточен для питания микросхемы DA1 на время, пока закрыт транзистор VT2. Естественно, что в этот момент транзистор верхнего ключа находится в закрытом состоянии. Данная схема силовых ключей оказалась настолько хороша, что без изменений применяется и в других любительских конструкциях.

В данной статье рассмотрены лишь самые простые схемы любительских трехфазных инверторов на микросхемах малой и средней степени интеграции, с которых все начиналось, и где можно даже по схеме рассмотреть все «изнутри». Более современные конструкции выполнены с применением микроконтроллеров, чаще всего серии PIC, схемы которых также неоднократно публиковались в журналах «Радио».

Микроконтроллерные блоки управления по схеме более просты, чем на микросхемах средней степени интеграции, имеют такие нужные функции, как плавный пуск двигателя, защита от перегрузок и коротких замыканий и некоторые другие. В этих блоках все реализовано за счет управляющих программ или как их принято называть «прошивок». Именно от этих программ и зависит насколько хорошо или плохо будет работать блок управления трехфазного инвертора.

Достаточно простые схемы контроллеров трехфазного инвертора опубликованы в журнале «Радио» 2008 №12. Статья называется «Задающий генератор для трехфазного инвертора». Автор статьи А. Долгий является также автором цикла статей о микроконтроллерах и многих других конструкций. В статье приведены две простых схемы на микроконтроллерах PIC12F629 и PIC16F628.

Частота вращения в обеих схемах изменяется ступенчато с помощью однополюсных переключателей, что вполне достаточно во многих практических случаях. Там же дается ссылка где можно скачать готовые «прошивки», и, более того, специальную программу, с помощью которой можно изменять параметры «прошивок» по своему усмотрению. Возможна также работа генераторов режиме «демо». В этом режиме частота генератора уменьшена в 32 раза, что позволяет визуально с помощью светодиодов наблюдать работу генераторов. Также даются рекомендации по подключению силовой части.

Но, если не хочется заниматься программированием микроконтроллера фирма Motorola выпустила специализированный интеллектуальный контроллер MC3PHAC, предназначенный для систем управления 3-фазным двигателем. На его базе возможно создание недорогих систем регулируемого трехфазного привода, содержащего все необходимые функции для управления и защиты. Подобные микроконтроллеры находят все более широкое применение в различной бытовой технике, например, в посудомоечных машинах или холодильниках.

В комплекте с контроллером MC3PHAC возможно использование готовых силовых модулей, например IRAMS10UP60A разработанных фирмой International Rectifier. Модули содержат шесть силовых ключей и схему управления. Более подробно с этими элементами можно в их документации Data Sheet, которую достаточно просто найти в интернете.

Любите умные гаджеты и DIY? Станьте специалистом в сфере Internet of Things и создайте сеть умных гаджетов!

Записывайтесь в онлайн-университет от GeekBrains:

Изучить C, механизмы отладки и программирования микроконтроллеров;

Получить опыт работы с реальными проектами, в команде и самостоятельно;

Получить удостоверение и сертификат, подтверждающие полученные знания.

Starter box для первых экспериментов в подарок!

После прохождения курса в вашем портфолио будет: метостанция с функцией часов и встроенной игрой, распределенная сеть устройств, устройства регулирования температуры (ПИД-регулятор), устройство контроля влажности воздуха, система умного полива растений, устройство контроля протечки воды.

Вы получите диплом о профессиональной переподготовке и электронный сертификат, которые можно добавить в портфолио и показать работодателю.

Скалярный частотник для однофазного асинхронного двигателя

Начнём с того, что у каждого программера должен быть токарный станок. Ну… Или, как минимум, у меня он должен быть. И пусть даже без ЧПУ. Это моя мечта.

И мечта сбылась. Станок куплен, привезён, поставлен на место парковки и… Надо бы его включить. А включить его не так и просто. И если не искать простых путей, то нужен «частотник», а по-научному: преобразователь частоты. И пусть я в этом профан, но я его сделал.

И вот с подключения двигателя и начинаются интересности. Сам по себе я в таком профан, есть некоторые общие знания, но как оно реально работает — понятия не имел. А уж когда вместо ожидаемых 3-х выводов 3-х фазника я узрел 4, да ещё и не 3 обмотки с общей точкой, а отдельные 2, да ещё с разным сопротивлением… Ну, я, кхм, скажем так — «удивился».

Так вот, двигатели. Они бывают трёхфазные, трёхфазные, включенные треугольником через конденсаторы и… однофазные конденсаторные.

Трёхфазные — «полноценные» асинхронники. 3 обмотки, по-хорошему включённые звездой и повешенные на полноценные 3 фазы. Ну, или 3-х фазный частотник, коих валом на али.

Трёхфазные + треугольник + конденсаторы. Тут мы уже теряем в КПД, мощности и моменте, ну да если 3-х фаз нету, то вполне себе решение. Дёшево, просто, надёжно, сердито.

Однофазные конденсаторные

Вот о них то и пойдёт речь. Вообще, такие двигатели очень распространены. Это и вентиляторы моторчиков проекторов и приводы некоторых часов, и моторчики для маленьких наждаков и остальные применения, где не надо большой мощности, но нужны плюсы асинхронников: огромная надёжность + обороты, зависящие только от частоты питающего напряжения.

Базовая схема включения (картинка не моя, честно найденная на просторах интернета):

В общем, грубо, принцип такой: Есть стартерная обмотка, она наводит ЭДС в короткозамкнутом роторе. Со смещением по фазе включается рабочая обмотка. Она «отталкивает» замагниченный якорь, начинается вращение. При повороте на некий угол, всё повторяется. Мотор начинает крутиться.

Итого — нужно 2 фазы, смещённые на некий угол. Обычно это 90 градусов. Это и обеспечивается пусковым конденсатором. Ну а после набора оборотов — якорь начинает работать от самой же рабочей обмотки и стартерную обмотку можно вообще даже отключить. Ну, или запитать от рабочего конденсатора, существенно меньшей ёмкости.

Но это всё теория. А на практике то чего хочется? Хочется частотник. Что б само разгонялось, тормозило, крутилось в обе стороны, ну и с разными оборотами, конечно! И вот тут становится всё несколько сложнее. Дело в том, что таких частотников в продаже в разы меньше. И стоят они в разы больше. В общем — экзотика.

А ведь, если так задуматься, то разница от 3-х фазного не так и велика. И даже можно использовать ту же схемотехнику. При этом, есть те же 3 отвода: общий, стартерная обмотка, рабочая обмотка. И всё дело в прошивке. А значит — это можно сделать. И пусть это будет не векторное управление с кучей математики, а простое скалярное, но… как умею.

Итак — что требуется. Для начала посмотрим на графики синуса и косинуса (у нас же смещение 90 градусов) УСЛОВНО оно будет выглядеть так:

Т.е. задача элементарна: «притягиваем» к земле общий, подаём пачку положительных импульсов в стартерную обмотку, подаём пачку импульсов в рабочую. Затем подтягиваем общий к плюсу и подаём пачку отрицательных импульсов к стартерной, а затем и рабочей обмотке. Т.о. грубо получаем имитацию смены полярности и сдвиг фаз. От того, как часто мы это будем делать — будет зависеть «частота».

В общем — теория проста. В качестве контроллера ATMega 328 с бутлоадером ардуины (да по сути, сама ардуина, просто без лишней обвязки), в качестве драйвера IR2132 (старая, но с IR2136 не сложилось) и выходные ключи IRG4BC30. Дя моего 1.1КВт-го мотора этого более чем достаточно.

(Если повторять схему, то просто делается плата, в Arduino Duemilanove заливается скетч, затем Mega328 выдёргивается и впаивается в плату. Готово.)

А вот дальше… Дальше я погрузился в удивительный мир индуктивностей и силовой электроники. И всё оказалось не так и просто, как думалось вначале:

1. Скорость открытия и закрытия ключей — это важно. Deadtime — это ОЧЕНЬ важно.
2. Включение балласта — обязательно с использованием диода, обращённого плюсом на силовой фильтрующий конденсатор. Иначе выбросы при снятии нагрузки с индуктивности на раз выводят из строя силовые IGBT.
3. Охлаждение. На плате маленькие радиаторы — плохо. Либо перегреется, либо надо обдувать. Но если обдувать, то вся металлическая взвесь от станка, рано или поздно, закоротит что-то и будет бах.
3+. Слюда, а точнее ОЧЕНЬ ТОНКАЯ слюда, это плохо. Она пробивается и получается то, что в заглавии статьи. В то же время силиконовые термопрокладки хуже по теплопроводности. Ну а керамика… У меня её нет.
4. Торможение методом длинной пачки импульсов одной полярности на одну обмотку, быстро перегревает транзисторы и они сгорают. А так же, очень весело прыгает мотор, раскрученный до 3-х тыс оборотов и остановленный за 0.3 сек до 0.
5. Когда у вас всё заработает и вы расслабитесь, включите схему без балласта и нажмёте пуск — будет бах. Это приводит ещё и к замене драйвера.

Скетч: Сейчас реализовано вращение в обе стороны с плавной перестройкой частоты 25-75Гц с шагом 0.25. Была идея с тормозом. Сейчас закомментировано и надо будет менять схему. А именно, идея такая: я правильно подавал импульсы одной полярности, НО. Это надо делать через балластное сопротивление отдельным ключом.

Силовая часть: схема ещё будет дорабатываться, но на данный момент станок стоит в не отапливаемом помещении и работать с ним крайне сложно из-за замерзания масла.

Схема:

В общем-то почти классик, но собранная из 5-и разных схем. Диоды по «высоким» плечам в общем-то при применении IGBT транзисторов и не обязательны, но я сначала сделал, а потом только подумал

В итоге: оно работает. Многое ещё стоит доделать, например выносной «пультик», тормоз. Может стоит поэкспериментировать с длительностью импульсов или сделать таки полноценный ШИМ имитирующий синус, а не постоянную скважность. Но пока это так. Может кому пригодится.

И в окончание, хотелось бы спросить: вместо балласта я поставил дроссель, «зажатый» диодами. На сколько я не прав в таком решении? Дроссель, я даже не знаю какой индуктивности. Взят из БП ATX, где он стоял в блоке компенсации реактивной мощности.

Ну а опыт… Опыт очень интересный. Я никогда б не подумал что это может быть столь сложно. И что 30В и 300В это огромная разница. Очень зауважал людей, которые такие вещи проектируют.
А это цена моих ошибок:

Видео всего процесса можно посмотреть тут: 1 2 3

Вопросы более знающим, ответы хотелось бы в комментариях:

1. Дроссель что стоит по цепи +310. Стоит ли мне от него избавляться? Я поставил его в надежде что нарастание тока, в случае сквозного тока, будет медленней и драйвер успеет уйти в защиту по току.

2. У меня получаются импульсы одинаковой скважности. Критически ли это важно? Оставить, или всё ж таки делать нечто «синусозависимое» по скважности?

Частотный привод 5-200Гц (10-400Гц) своими руками

В данной статье речь пойдет о частотном преобразователе, в простонародье, частотнике. Данный частотник, а в дальнейшем частотный привод, способен управлять 3-х фазным асинхронным двигателем. В данном частотном приводе (ЧП) я использую интеллектуальный силовой модуль компании International Rectifier, а конкретно IRAMS10UP60B (на AliExpress), единственное, что с ним сделал, это перегнул ножки, так что, по сути, модуль получился IRAMS10UP60B-2. Выбор на данный модуль пал преимущественно из-за встроенного драйвера. Главной особенностью встроенного драйвера является возможность использования 3 ШИМ вместо 6 ШИМ каналов. Кроме того цена на данный модуль на eBay около 270 рублей. В качестве управляющего контроллера использую ATmega48.

Разрабатывая данный привод я делал упор на эффективность конструкции, минимальную себестоимость, наличие необходимых защит, гибкость конструкции. В результате получился частотный привод со следующими характеристиками (функциями):

  1. Выходная частота 5-200Гц
  2. Скорость набора частоты 5-50Гц в секунду
  3. Скорость снижения частоты 5-50Гц в секунду
  4. 4-х фиксированная скорость (каждая из которых от 5-200Гц)
  5. Вольт добавка 0-20%
  6. Две “заводских” настройки, которые всегда можно активировать
  7. Функция намагничивания двигателя
  8. Функция полной остановки двигателя
  9. Вход для реверса (как без него)
  10. Возможность менять характеристику U/F
  11. Возможность задания частоты с помощью переменного резистора
  12. Контроль температуры IGBT модуля (сигнализация в случае перегрева и остановки привода)
  13. Контроль напряжения DC звена (повышенное-пониженное напряжение DC звена, сигнализация и остановка привода)
  14. Пред заряд DC звена
  15. Максимальная мощность с данным модулем 750вт, но крутит и 1.1кв на моем ЧПУ
  16. Все это на одной плате размером 8 х 13 см .

На данный момент защита от сверх тока или кз не реализованы (считаю нет смысла, хотя, свободную ногу в МК с прерыванием по изменению оставил)

Собственно, схема данного девайса .

Проект в layout

Ниже фото того, что у меня получилось

Печатная плата данного девайса (доступна в lay под утюг)

На данном фото полностью рабочий экземпляр, проверенный и обкатанный (не имеет панельки расположен слева). Второй для теста atmega 48 перед отправкой (расположен справа) .


На данном фото тот самый irams (делал с запасом, должен поместится iramx16up60b )

Алгоритм работы устройства

Изначально МК (микроконтроллер) является настроенным на работу с электродвигателем номинальным напряжением 220В при частоте вращающего поля 50Гц (т.е. обычный асинхронник, на котором написано 220в 50Гц). Скорость набора частоты установлена на уровне 15Гц/сек.(т.е. разгон до 50 гц займет чуть более 3 сек., до 150 Гц-10 сек ). Вольт добавка установлена на уровне 10 %, длительность намагничивания 1 сек. (постоянная величина неизменна ), длительность торможения постоянным током 1 сек. (постоянная величина неизменна). Следует отметить ,что напряжение при намагничивании, как и при торможении, является напряжением вольт добавки и меняется одновременно. К слову, преобразователь частоты является скалярным, т.е. с ростом выходной частоты увеличивается выходное напряжение.

После подачи питания происходит заряд емкости dc звена. Как только напряжение достигает 220В (постоянное ) с определенной задержкой включается реле предзаряда и загорается единственный у меня светодиод L1. С этого момента привод готов к запуску. Для управления частотником имеется 6 входов:

  1. Вкл (если подать лишь этот вход, ЧП будет вращать двигатель с частотой 5Гц)
  2. Вкл+реверс(если подать лишь этот вход, ЧП будет вращать двигатель с частотой 5Гц, но в другую сторону)
  3. 1 фиксированная частота (задается R1)
  4. 2 фиксированная частота (задается R2)
  5. 3 фиксированная частота (задается R3)
  6. 4 фиксированная частота (задается R4)

В этом управлении есть одно Но. Если в процессе вращения двигателя менять задание на резисторе, то оно изменится лишь после повторной подачи команды (вкл.) или (вкл+реверс.). Иначе говоря, данные с резисторов читаются пока отсутствуют эти два сигнала. Если планируется регулировать скорость с помощью резистора в процессе работы, то необходимо установить джампер J1.В этом режиме активен лишь первый резистор, причем резистор R4 ограничивает максимальную частоту, то есть если его выставить на 50% (2.5 вольта 4 “штырь”. на фото ниже 5 земля), то частота R1 будет регулироваться резистором от 5 до 100Гц.

Для задании частоты вращение нужно учитывать, что 5v на входе в МК соответствует 200Гц., 1v-40Гц, 1.25v-50Гц и т.д. Для измерения напряжение предусмотрены контакты 1-5, где 1-4 соответствуют номерам резисторов, 5- общий минус(на фото ниже). Резистор R5 служит для подстройки маштабирования напряжения DC звена 1в -100в (на схеме R30).


Расположение элементов

Внимание! Плата находится под напряжением опасным для жизни. Входа управления развязаны оптопарами.

Особенности настройки

Настройка привода перед первым включением сводится к проверке монтажа электронных компонентов и настройки делителя напряжения для DC звена (R2).

100 Вольтам DC звена должно соответствовать 1 вольт на 23 (ножке МК)- это ВАЖНО. На этом настройка завершена.

Перед подачей сетевого напряжения необходимо промыть плату (удалить остатки канифоли) со стороны пайки растворителем или спиртом, желательно покрыть лаком.

Привод имеет “заводские ” настройки, которые подходят как для двигателя с напряжением 220В и частотой 50Гц), так и для двигателя с напряжением 380в и частотой 50гц. Данные настройки всегда можно установить если вы не решаетесь сами настраивать привод. Для того чтобы установить “заводские ” настройки для двигателя (220в 50Гц) :

  1. Включить привод
  2. Дождаться готовности (если подано питание только на МК , просто подождать 2-3 секунды)
  3. Нажать и удерживать кнопку В1 до тех пор, пока светодиод L1 не начнет мигать, отпустить кнопку В1
  4. Подать команду выбора 1 скорости. Как только светодиод перестанет мигать, убрать команду
  5. Привод настроен . В зависимости от того . светодиод горел (если не горел, то привод ожидает напряжения на DC звене).

При такой настройке автоматически в записываются следующие параметры:

  1. Номинальная частота двигателя при 220В – 50Гц
  2. Вольт добавка (напряжение намагничивания, торможения ) – 10%
  3. Интенсивность разгона 15Гц./сек
  4. Интенсивность торможения 15Гц./сек

Если подать сигнал выбора второй скорости, то в EEPROM запишутся следующие параметры (разница лишь в частоте):

  1. Номинальная частота двигателя при 220В- 30Гц
  2. Вольт добавка (Напряжение намагничивания, торможения ) 10%
  3. Интенсивность разгона 15Гц./сек
  4. Интенсивность торможения 15Гц./сек

Наконец, третий вариант Настройки:

  1. Нажать на кнопку В1 и держать
  2. Дождаться, когда светодиод начнет мигать
  3. Отпустить кнопку В1
  4. Не подавать напряжение на входа выбора 1-ой или 2-ой скорости
  5. Задать параметры подстроечными резисторами
  6. Нажать и удерживать кнопку В1 до тех пор, пока светодиод не начнет моргать

Таким образом, до тех пор, пока светодиод мигает, привод находится в режиме настройки. В этом режиме при подаче входа 1-ой или 2-ой скорости в EEPROM записываются параметры. Если не подавать напряжение на входа выбора 1-ой или 2-ой скорости, то фиксированные параметры в EEPROM не запишутся, а будут задаваться подстроечными резисторами.

  1. Резистор задает номинальную частоту двигателя при 220 В ( Так, например, если на двигателе написано 200Гц /220 то резистор нужно выкрутить на максимум; если написано 100Гц/ 220в нужно добиться 2.5 Вольта на 1-ом контакте. (1Вольт на первом контакте соответствует 40Гц); если на двигателе написано 50Гц/400В то нужно выставить 27Гц/0,68 В (например:(50/400)*220=27Гц )так, как нам необходимо знать частоту двигателя при 220В питания двигателя. Диапазон изменения параметра 25Гц – 200Гц.(1 Вольту на контакте 1-ом соответствует 40 Гц)
  2. Резистор отвечает за вольт добавку. 1 Вольт на 2-ом контакте соответствует 4% напряжения вольт добавки (мое мнение выбрать на уровне 10% то есть 2.5 вольта повышать с осторожностью) Диапазон настройки 0-20% от напряжения сети (1 Вольту на контакте 2-ом соответствует 4%)
  3. Интенсивность разгона 1 В соответствует 10Гц/сек (на мой взгляд оптимально 15 -25 Гц/сек) Диапазон настройки 5Гц/сек – 50Гц/сек. (1 вольту на контакте 3-ом соответствует 10 Гц/сек)
  4. Интенсивность торможения 1 В соответствует 10Гц/сек (на мой взгляд оптимально 10 -15 Гц/сек) Диапазон настройки 5Гц/сек – 50Гц/сек. (1 вольту на контакте 4-ом соответствует 10 Гц/сек)

После того, как все резисторы выставлены нажимаем и держим кнопку В1 до тех пор пока светодиод не перестанет мигать. Если светодиод моргал и загорелся, то привод готов к запуску.Если светодиод моргал и НЕ загорелся, то ждем 5 секунд, и только потом отключаем питание от контроллера.

Ниже представлена вольт-частотная характеристика устройства для двигателя 220в 50Гц с вольт добавкой в 10 % .

  • Uмах- максимальное напряжение, которое способен выдать преобразователь
  • Uв.д.- напряжение вольт добавки в процентах от напряжении сети
  • Fн.д.- номинальная частота вращения двигателя при 220В . ВАЖНО
  • Fmax- максимальная выходная частота преобразователя.

Еще один пример настройки

Предположим, у вас имеется двигатель, на котором указана номинальная частота 50Гц , номинальное напряжение 80В, Чтобы узнать какая будет номинальная частота при 220В необходимо: 220 В разделить на номинальное напряжение и умножить на номинальную частоту (220/80*50=137Гц). Таким образом, мы получим,что напряжение на 1 контакте (резисторе) нужно выставить 137/40=3,45 В.

Симуляция в протеусе разгон 0-50Гц одной фазы (на 3-х фазах зависает комп )

Как видно из скриншота с ростом частоты увеличивается амплитуда синуса. Разгон занимает примерно 3.1 сек.

По поводу питания

Рекомендую использовать трансформатор, так как это самый надежный вариант. На моих тестовых платах нет диодных мостов и стабилизатора для igbt модуля 7812. Для скачивания доступны две печатные платы. Первая та которая представлена в обзоре. Вторая имеет незначительные изменения, добавлен диодный мостик и стабилизатор. Защитный диод ставить обязательно P6KE18A или 1.5KE18A ставить обязательно.

Пример размещения трансформатора, как оказалось найти совсем нетрудно.

Какой двигатель можно подключить к данному преобразователю частоты?

Все зависит от модуля. В принципе можно подключить любой, главное, чтобы его сопротивление для модуля irams10up60 было более 9 Ом. Нужно учесть, что модуль irams10up60 рассчитан на маленький импульсный ток и имеет встроенную защиту на уровне 15 А Этого очень мало. Но для двигателей 50Гц 220В 750 Вт, этого за глаза. Если у вас высокооборотистый шпиндель, то скорее всего он имеет маленькое сопротивление обмоток. Данный модуль может пробьет импульсным током. При использовании модуля IRAMX16UP60B (ножки придется загнуть самостоятельно) мощность двигателя по даташиту возрастает с 0.75 до 2.2 КВт.

Главное у данного модуля: ток короткого замыкания 140А против 47А, защита настроена на уровне 25А. Какой модуль использовать решать вам. Нужно помнить что на 1 кВт необходимо 1000мкФ емкости dc звена.

По поводу защиты от КЗ. Если у привода сразу после выхода не ставить сглаживающий дроссель (ограничивает скорость нарастания тока) и коротнуть выход модуля, то модулю придет “хана”. Если у вас модуль iramX, шансы есть. А вот с IRAMS шансов ноль, проверено.

Программа занимает 4096 кБ памяти из 4098. Все сжато и оптимизировано под размер программы по максимум. Время цикла есть фиксированная величина равная 10мс.

На данный момент всё вышеописанное работает и испытано.

Если использовать кварц на 20МГц, то привод получится 10-400Гц; темп разгона 10-100Гц/сек; частота ШИМа возрастет до 10кГц; время цикла упадет до 5мс.

Забегая вперед следующий частотный преобразователь будет реализован на ATmegа64, иметь разрядность ШИМ не 8, а 10 Бит, иметь дисплей и множество параметров.

Ниже смотрите видео настройки привода, проверки защиты перегрева, демонстрации работы (использую двигатель 380В 50Гц, а настройки для 220В 50Гц). Так сделал специально, чтобы проверить как работает ШИМ с минимальным заданием.)

В свободном доступе прошивке не будет, НО запрограммированный контролер ATmega48-10pu или ATmega48-20pu будет дешевле mc3phac. Готов ответить на все ваши вопросы.

Частотник для трехфазного и однофазного электродвигателя: частотный преобразователь своими руками, как сделать

Автор: DC-AC, k-d-n-electronics@yandex.ru
Опубликовано 29.07.2014
Создано при помощи КотоРед.

Всем здравствуйте. Вот решил написать статейку про асинхронный привод и преобразователь частоты, который я изготавливал. Моему товарищу надо было крутить пилораму, и крутить хорошо. А сам я занимался импульсной электроникой и сразу предложил ему частотник. Да, можно было купить фирмовый преобразователь, и мне приходилось с ними сталкиваться, параметрировать, но захотелось своего, САМОДЕЛАШНОГО! Да и привод циркулярки к качеству регулирования скорости не критичен, только вот к ударным нагрузкам и к работе в перегрузе должен быть готов. Также максимально-простое управление с помощью пары кнопок и никаких там параметров.

Основные достоинства частотнорегулируемого привода (может для кого-то повторюсь):

Формируем из одной фазы 220В полноценные 3 фазы 220В со сдвигом 120 град., и имеем полный вращающий момент и мощность на валу.

Увеличенный пусковой момент и плавный пуск без большого пускового тока

Отсутствует замагничивание и лишний нагрев двигателя, как при использовании конденсаторов.

Возможность легко регулировать скорость и направление, если необходимо.

Вот какая схемка собралась:

3-фазный мост на IGBT транзисторах c обратными диодами (использовал имеющиеся G4PH50UD) управляется через оптодрайвера HCPL 3120 (бутстрепная схема запитки) микроконтроллером PIC16F628A. На входе гасящий конденсатор для плавного заряда электролитов DC звена. Затем его шунтирует реле и на микроконтроллер одновременно приходит логический уровень готовности. Также имеется триггер токовой защиты от к.з. и сильной перегрузки двигателя. Управление осуществляют 2 кнопки и тумблер изменения направления вращения.

Силовая часть мною была собрана навесным монтажом. Плата контроллера отутюжина вот в таком виде:

Параллельные резисторы по 270к на проходных затворных конденсаторах (забыл под них места нарисовать) припаял сзади платы, потом хотел заменить на смд но так и оставил.

Есть внешний вид этой платы, когда уже спаивал:

С другой стороны

Для питания управления был собран типовой импульсный обратноходовой (FLAYBACK) блок питания.

Можно использовать любой блок питания на 24В, но стабилизированный и с запаздыванием пропадания выходного напряжения от момента пропажи сетевого на пару тройку секунд. Это необходимо чтобы привод успел отключиться по ошибке DC. Добивался установкой электролита С1 большей ёмкости.

Теперь о самом главном. о програме микроконтроллера. Программирование простых моргалок для меня сложности не представляло, но тут надо было поднатужить мозги. Порыскав в нете, я не нашёл на то время подходящей информации. Мне предлагали поставить и специализированные контроллеры, например контроллер фирмы MOTOROLA MC3PHAC. Но хотелось, повторюсь, своего. Принялся детально разбираться с ШИМ модуляцией, как и когда нужно открыть какой транзистор. Открылись некие закономерности и вышел шаблон самой простой программы отработки задержек, с помощью которой можно выдать удовлетворительно синусовую ШИМ и регулировать напряжение. Считать ничего контроллер конечно не успевал, прерывания не давали что надо и поэтому я идею крутого обсчёта ШИМ на PIC16F628A сразу отбросил. В итоге получилась матрица констант, которую отрабатывал контроллер. Они задавали и частоту и напряжение. Возился честно скажу, долго. Пилорама уже во всю пилила конденсаторами, когда вышла первая версия прошивки. Проверял всю схему сначала на 180 ватном движке вентиляторе. Вот как выглядела “экспериментальная установка”:

Первые эксперименты показали, что у этого проекта точно есть будущее.

Программа дорабатывалась и в итоге после раскрутки 4кВТ-ного движка её можно было собирать и идти на лесопилку.

Товарищ был приятно удивлён, хоть и с самого начала относился скептически. Я тоже был удивлён, т.к. проверилась защита от к.з. (случайно произошло в борно двигателя). Всё осталось живо. Двигатель на 1,5кВт 1440об/мин легко грыз брусы диском на 300мм. Шкивы один к одному. При ударах и сучках свет слегка пригасал, но двигатель не останавливался. Ещё пришлось сильно подтягивать ремень, т.к. скользил при сильной нагрузке. Потом поставили двойную передачу.

Сейчас ещё дорабатываю программу она станет еще лучше, алгоритм работы шим чуть сложнее, режимов больше, возможность раскручиваться выше номинала. а тут снизу та самая простая версия которая работает на пиле уже около года.

Выходная Частота: 2,5-50Гц, шаг 1,25Гц; Частота ШИМ синхронная, изменяющаяся. Диапазон примерно 1700-3300Гц.; Скалярный режим управления U/F, мощность двигателя до 4кВт.

Минимальная рабочая частота после однократного нажатия на кнопку ПУСК(RUN) – 10Гц.

При удержании кнопки RUN происходит разгон, при отпускании частота остаётся та, до которой успел разогнаться. Максимальная 50Гц- сигнализируется светодиодом. Время разгона около 2с.

Светодиод “готовность” сигнализирует о готовности к запуску привода.

Реверс опрашивается в состоянии готовности.

Режимов торможения и регулирования частоты вниз нет, но они в данном случае и не нужны.

При нажатии Стоп или СБРОС происходит остановка выбегом.

На этом пока всё. Спасибо, кто дочитал до конца.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: