Бойлер для нагрева воды электрический

Бойлер для нагрева воды электрический — экономия электроэнергии

Бойлер для нагрева воды электрический-1

Бойлер для нагрева воды электрический — в данной статье описан процесс создания электронного блока для автоматического управления нагревом воды. То есть задача заключается в том, чтобы водонагреватель мог включаться и отключаться в специально определенное время.

Такое решение было продиктовано экономией электроэнергии, а также возможностью существенного снижения образования накипи на трубчатом электро нагревателе. В случае необходимости водонагреватель можно привести в действие минуя блок автоматического управления, а просто включить обыкновенной кнопкой. В моем случае, собранный мной модуль автоматики подключен к промышленному бойлеру Ariston.

Принципиальная схема модуля автоматического управления бойлером

Данное устройство является ничем иным как обыкновенными часами реального времени, выполненными на микросхеме PCF8563 и измерителе температуры на PIC16F676. Именно этот микроконтроллер выполняет функцию включения нагревателя через реле.

Бойлер для нагрева воды электрический-2

Принцип его действий такой: импульс снимается с микродатчика тока, проходящего по цепи электро нагревателя и подается на контроллер. Для обеспечения продолжительной работы часов реального времени в схеме установлен EDLC, что означает: конденсатор с двойным электрическим слоем. Еще его называю ионистор — как бы конденсатор и аккумулятор в одном флаконе.

Бойлер для нагрева воды электрический-3

Напряжение питания бойлер для нагрева воды электрический получает от импульсного блока питания собранного на основе импульсного регулятора напряжения LNK306PN. Данный блок питания отличается незначительным потреблением тока, когда он находится в состоянии ожидания и предполагает работу в круглосуточном режиме.

Порядок работы устройства

• Нормальный, в автоматическом режиме, главный режим, делает возможным включать агрегат по предварительно назначенному времени. Установочные диапазоны разбиты на шесть значений. По умолчанию пред установки имеют такие временные параметры: 6:00, 11:30, 17:30.
• Режим ручного включения нагревателя кнопкой на 32 минут.
• Режим выключения.

Порядок действий в графическом изображении показан ниже.

Бойлер для нагрева воды электрический-4

Установленный в схеме микроконтроллер PIC16F676 обладает малой памятью — 1 Кб, а этого явно недостаточно. В связи с этим отдельные функции были уменьшены до минимального состояния. Как пример: что бы установить параметр времени для включения бойлера, то это можно выполнить только в начальном коде. А потом уже преобразовать в прошивку. Но это скорее исключение, чем правило. В моем случае, бойлер для нагрева воды электрический, мне за все время работы устройства не потребовалось ни разу ничего изменять.

Контроль и управление устройством и модулем индикации

Сам управляющий алгоритм осуществляется только одной клавишей. Для начального назначения точного времени и включения прибора в работу нужно сделать следующее. В 12 часов дня при отключенном сетевом питании нажать и удерживать пусковую кнопку. Затем включить напряжение электросети и подождать пару секунд пока погаснут светодиоды. После выполнения этой процедуры, часы реального времени должны показывать точное время 12:00.

Если продолжительно нажать на кнопку, примерно 5 секунд, то произойдет переход устройства в состояние отключения. Это тот момент, при котором система полностью отключена, но происходит редкое мигание светодиода желтого свечения. Чтобы вывести модуль из режима ожидания необходимо коротко нажать на пусковую кнопку и бойлер для нагрева воды электрический включится.

Во время работы устройства, если сделать одно быстрое нажатие кнопки, то это выведет автоматику из ожидающего состояния. Далее сработает реле и модуль перейдет в состояние авто-включения электро нагревателя по предварительно назначенному времени.

Автоматический режим аппарата

В автоматическом состоянии аппарата, светится желтый светодиод, но при совпадении настоящего времени с заранее назначенным, водонагреватель включится. Об этом будут сигнализировать синий, а потом и красный светодиоды. Выключение нагревательного элемента выполняется встроенным термостатом.

Когда бойлер для нагрева воды электрический находится в автоматическом состоянии, недолгое нажатие пусковой кнопки приведет к включению режима нагревания на полчаса. После этого начинают сразу светится светодиоды красного и синего цвета, и на ТЭН бойлера подается напряжение. В случае если устройство поддержки постоянной температуры (термостат) не сработал на включение (вода уже горячая), тогда в течении получаса напряжение отключится. Ну, а как включился? Тогда автоматика сработает на отключение по завершению набора температуры. Через некоторое время аппарат снова включится в режим автомата и будет ждать очередного промежутка времени срабатывания.

Индикация состоит из трех светодиодов: синего, желтого и красного.
Мигании желтого светодиода означает, что прибор находится в режиме ожидания. Автоматика выключена и не включится, если не нажать кнопку. Практически такой режим работы в действительно применяется не очень часто. Чтобы аппаратура перешла в этот режим, нужно держать нажатой кнопку в пределах 5 сек.

Бойлер для нагрева воды электрический-5

Светится желтый светодиод — это означает, что устройство находится в стандартном автоматическом режиме функционирования таймера. Когда подходит предварительно установленное время, автоматика пытается включить бойлер для нагрева воды электрический. Затем на ТЭН подается напряжение питания и определяется потребляющий ток. В случае потребления устройством тока, то есть термостат находится во включенном состоянии, тогда модуль будет обеспечивать ток пока не отключится термостат бачка. Тем временем желтый светодиод гаснет и начинает светиться красный.

Бойлер для нагрева воды электрический-6

Когда отключится термостат, то опять начинает светиться желтый светодиод и выполняется переход в режим автоматической работы. Когда наступит время срабатывания ток нагревателем не потребляется, то есть термостат находится в выключенном состоянии, вода уже горячая. Вот в этот момент устройство переходит в состояние ожидания очередного времени определенного в программе.

На случай если вы решили воспользоваться душем, но емкость с водой уже нагрета. То-есть термостат выключен, а вы хотите чтобы бачок нагревался и во время принятия душа. В таком случае имеется возможность включить нагрев воды в баке самостоятельно. Для этого нужно включить выключатель на устройстве. Сразу же начнут светиться красный и синий светодиоды и в цепь нагревателя бака поступит напряжение на полчаса.

Бойлер для нагрева воды электрический-7

Особенности конструкции и детали

Бойлер для нагрева воды электрический-8

Устройство состоит из двух печатных плат, которые соединены специальными стойками, электрически они связаны пяти-пиновым коннектором и встроены в пластиковый корпус.

Бойлер для нагрева воды электрический-9 Бойлер для нагрева воды электрический-10

Постоянное сопротивление R1 указанное в схеме блока питания должно быть мощностью не менее 2 Вт. Катушка индуктивности L2 была использована промышленного образца с параметрами: 2200 мкГн 0,18A 7R. Если нет именно такой, то можно поставить и другую, рассчитанную на индуктивность 1000…2000 мкГн.(ред)

Переменный конденсатор С4 дает возможность установить оптимальную точность работы часов реального времени. По моим наблюдениям в течение недели, включение бойлера выполнялось довольно четко и точно по времени. За время эксплуатации на протяжении шести месяцев неточность составила около четырех минут. Поэтому не было необходимости что-то подстраивать. Можно поставить пару постоянных емкостей C3 и C4 с одинаковыми параметрами, как правило, это 10 pF…33 pF.

Бойлер для нагрева воды электрический-11

• Трансформатор выполнен на двух сложенных вместе ферритовых кольцах марки: HM2000 с размерами К20×12х6.
• Первая обмотка с выводами 1 – 2 содержит 2500 вит. Эмаль-провод Ø = 0,1 мм.
• Вторая обмотка с выводами выводы 3 – 4 содержит 1500 вит. Провод Ø = 0,1 мм.
• Число витков здесь отображено примерно, потому что определить точное количество не удалось.
• Нужно добавить еще обмотку по току — всего один виток провода Ø = 1.38 мм.

В качестве магнитопровода для трансформатора вполне подойдут сердечники и из других материалов, таких как: электротехническая сталь, сплав железа и никеля (пермаллой). Тогда количество витков на вторичной обмотке значительно сократится и составит примерно 220-320 вит. Используя данный вариант изготовления трансформатора, следует экспериментальным путем постоянный резистор R7 в модуле питания. В итоге параметры трансформатора по току получились вот такие: с подключенной к вторичной обмотке нагрузки — резистор 1 кОм. Напряжение составило 10.5v.

Конденсатор C5 (ионистор) имеет емкостью 0,047F, можно найти на рынке радиотоваров, раньше такие применялись в Советских видеомагнитофонах.

Бойлер для нагрева воды электрический-12

Если установить компонент с большей емкостью, то значительно увеличится временной диапазон удерживания хода часов, когда нет сетевого напряжения.

Бойлер для нагрева воды электрический-13 Бойлер для нагрева воды электрический-14

Установленное электромагнитное реле P1 рассчитано на ток 30A. Силовые цепи проводников на печатной плате усилены кусками медного провода Ø = 1мм.

В итоге получилось следующее:

В процессе использования бойлера удалось получить такие данные, которые показывают, что экономическая выгода данного устройства составила 10%. И это в то время когда водонагреватель включается существенно меньшее количество раз, тем не менее горячая вода всегда есть. После эксплуатации бойлера с установленной автоматикой в течении одного года, был произведен осмотр внутри водяного бака. Обследование емкости показало, что слой накипи на ТЭНе намного меньше, чем было без автоматического прибора.

• Здесь архивы с инструкцией по эксплуатации устройства.
instrukciya.7z 14,76 Kb

• Прошивка и исходники.
soft.7z 19,77 Kb

• Чертежи печатных плат.
plata.7z 27,62 Kb

Дополнение: после двух лет работы

Автоматическое устройство прекрасно работает уже более двух лет. В процессе работы каких либо проблем ни разу не было, даже невзирая на разовые перерывы с подачей электроэнергии по сети. Горячая вода в доме всегда гарантирована, никаких замечаний по работе водонагревателя нет.