Бойлер для нагрева воды электрический — экономия электроэнергии
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Особенности конструкции и детали
Устройство состоит из двух печатных плат, которые соединены специальными стойками, электрически они связаны пяти-пиновым коннектором и встроены в пластиковый корпус.
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.
• 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.
Если установить компонент с большей емкостью, то значительно увеличится временной диапазон удерживания хода часов, когда нет сетевого напряжения.
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.