Решим любую задачу по нагреву
28.03.2023
Как и любое электротехническое оборудование, хомутовые нагреватели могут подключаться путем последовательного или параллельного соединения. Несмотря на то, что оба варианта считаются приемлемыми и применяются в различном промышленном оборудовании, здесь имеются некоторые нюансы.
В этой статье мы детально разберем природу последовательного и параллельного подключения, проанализируем, чем конкретно они отличаются друг от друга, представим примеры использования; определим, какой именно вид соединения к источнику питания лучше всего подходит для кольцевых и других типов промышленных электронагревателей.
Если через несколько соединенных между собой электрических устройств проходит один и тот же ток, это подключение называется последовательным. При этом подаваемое напряжение делится между всеми устройствами цепи в зависимости от значений их индивидуальных сопротивлений. Чем больше показатель последнего, тем выше напряжение на конкретном оборудовании.
Как и все физические процессы в электрике, значения сопротивления, силы тока и напряжения подчиняются закону Ома. Он выступает основой всех расчетов при проектировании того или иного оборудования, где используются электрические нагреватели. В случае с последовательным соединением этот закон гласит, что ток, протекающий через нагреватель, прямо пропорционален приложенному к нему напряжению и обратно пропорционален его сопротивлению. Для определения значения тока для оборудования последовательной цепи следует напряжение разделить на сопротивление конкретного компонента – I = V/R, где I – ток, V – напряжение, а R – сопротивление компонента.
Зная значение силы тока, требуемого для нагревателей последовательной цепи, можно рассчитать, какое питание необходимо для их нормальной работы.
Закон напряжения Кирхгофа – еще один фундаментальный закон электрических цепей, который гласит, что сумма напряжений вокруг любого замкнутого контура в цепи равна нулю. В последовательной силовой цепи закон напряжения Кирхгофа можно применить к любому замкнутому контуру в цепи. Например, если в цепи два электронагревателя, падение напряжения на каждом из них должно составлять общее напряжение, приложенное к цепи. Математически это можно выразить как V1 + V2 = V, где V1 и V2 – напряжение на каждом нагревателе, а V – общее напряжение, приложенное к цепи.
Если вам требуется подключить два хомутовых нагревателя, при этом один работает от 110 В, а второй 220 Вольт, это означает, что вы должны обеспечить подачу напряжения в последовательной сети равной сумме этих ТЭНов: 110+220=330 В.
Цепи последовательного питания имеют широкое применение как среди бытового, так и промышленного оборудования. Одним из наиболее ярких примеров выступает освещение в вагонах поездов, фонарики и гирлянды. Показателем того, что во всех этих случаях питание выполнено по последовательной схеме, является общее сопротивление цепи, которое равно сумме сопротивлений отдельных устройств, а падение напряжения на каждом пропорционально его сопротивлению.
Этот же принцип применим к источникам питания, где несколько компонентов, таких как аккумуляторы или батарейки, могут быть соединены последовательно для обеспечения требуемого выходного напряжения.
Наиболее важной особенностью параллельных цепей питания является то, что они позволяют распределять электроэнергию на несколько нагрузок, поддерживая при этом постоянное напряжение на каждой. Если использовать это соединение на примере электронагревателей, получается, что напряжение будет одинаково на каждом подключенном устройстве, но ток может варьироваться в зависимости от сопротивления на каждой отдельной ветви.
Преимуществом параллельных цепей является то, что они обеспечивают резервирование в случае отказа одного компонента. Например, если один нагреватель выходит из строя или целая ветвь цепи, другие продолжают нормально работать. Кроме того, параллельное соединение позволяет одновременно использовать несколько источников питания, которые не будут влиять на работу друг друга. Это касается и отключения ненужного в конкретный промежуток времени оборудования.
Одним из основных недостатков параллельного подключения является сложность проектирования и устранения неполадок по сравнению с последовательным. Это связано с тем, что каждая линия имеет свой набор компонентов, которые необходимо правильно подобрать и установить. Кроме того, создание параллельных цепей может быть более дорогостоящим из-за необходимости в дополнительной проводке и компонентах.
Закон Ома и закон Кирхгофа являются фундаментальными принципами, регулирующими поведение параллельных цепей. Закон Ома гласит, что сила тока в проводнике между двумя нагревателями равна сумме токов этих электронагревателей. Это правило относится и к сопротивлению участка параллельного соединения. Значение напряжения при этом везде будет одинаково.
В соответствии с законом Кирхгофа, параллельное соединение способствует снижению сопротивления линии и увеличению общей проводимости по сравнению с последовательным.
Наиболее ярким примером применения параллельных цепей питания выступает разводка проводов в зданиях. Это позволяет добиться подачи стабильного напряжения 220 Вольт на все розетки и лапочки, а значение силы тока зависит от имеющейся нагрузки. Кроме того, параллельные подключения используются в электронных схемах, например, в компьютерах и других цифровых устройствах.
Необходимость выбора типа подключения возникает, когда к одному источнику питания требуется подключить несколько электронагревателей. Исходя из особенностей параллельного и последовательного подключений, выходит, что при внедрении первого типа можно использовать любое количество нагревательных элементов, главное, чтобы общая потребляемая мощность и сила тока не превышала выдаваемое значение самого источника питания. В случае с последовательным соединением ситуация выглядит сложнее: нужно четко рассчитать, чтобы выдаваемое источником напряжение равномерно распределялось между всеми подключенными в цепи нагревательными элементами. Например, для питания двух хомутовых ТЭНов с напряжением 110 В при последовательном подключении необходимо, чтобы источник питания выдавал не менее 220 В.
Рассмотрим конкретные примеры, как влияет выбор схемы подключения питания.
Стоит отметить, что при последовательном подключении сильно возрастает общее сопротивление цепи.
Если не учитывать необходимость выполнения расчетов при последовательном подключении, самым главным его минусом является выход из строя или обрыв цепи, если ломается хотя бы один нагреватель. Для поисков неисправного электронагревателя потребуется выполнить «прозвон» каждого и всех проводов питания между ними, чтобы исключить вероятность обрыва. Весь этот процесс занимает много времени, потеря которого на производственной линии приводит к существенным убыткам.
Параллельное подключение исключает выход из строя всей линии питания из-за поломки одного нагревателя или обрыва линии. Перестает работать только неисправное оборудование, что существенно упрощает поиск проблемы и ускоряет обслуживание.
При реализации параллельного подключения электронагревателей потребуется потратить больше проводки и других компонентов цепи, что повышает ее себестоимость. Это единственный недостаток, но в условиях стабильного производства вложенные средства быстро окупаются.
По сути, все реально работающие электронагреватели в экструдерах на требующих подогрев линиях трубопроводов подключены к параллельным линиям питания. Последовательное соединение применяется только в нестандартных ситуациях, когда нет источника питания необходимого номинала или требуется снизить напряжение в сети. Например, когда имеется два нагревателя с напряжением 110 Вольт и нет понижающего трансформатора. В таком случае для обеспечения их работы осуществляется последовательное подключение нагревателей к сети 220 В.
Если требуется помощь в выборе подходящего нагревательного элемента для экструдера или других производственных задач (подогрева цистерн, воздуха), обращайтесь в «Электронагрев». Компания является непосредственным производителем хомутовых и других типов ТЭНов. Продукция «Электронагрев» сертифицирована, полностью соответствует заявленным характеристикам и качеству. Поэтому, выполнив заказ одного экземпляра или целой партии, вы будете уверены в надежности приобретенного оборудования.
Важно! Кроме изделий стандартных размеров, компания изготовляет нагревательные элементы по индивидуальным чертежам. В случае необходимости вы можете сделать заказ на проектирование для решения конкретных задач производства.
