Зі збільшенням попиту на більш ефективні та економічні рішення для нагрівання використання електричних нагрівальних елементів стає все більш популярним у різних галузях промисловості. Ефективність електричних нагрівальних елементів значною мірою залежить від використовуваних методів підключення.

У світі промислових систем нагріву зазвичай використовується кілька нагрівальних елементів разом. У зв’язку з цим виникає питання, як з’єднати ці нагрівачі, щоб домогтися бажаного результату.

   При підключенні нагрівальних елементів необхідно пам’ятати про двох ключових моментах:

• Полярність не має значення. Основним компонентом електричного нагрівача є дріт опору, який зазвичай виготовляється з ніхромового сплаву (Ni80Cr20). В якості резистивного елемента немає різниці між позитивним і негативним полюсами.
• Опір нагрівального елемента фіксовано. Опір нагрівального елемента можна розрахувати за формулою:
  Значення опору = Номінальна напруга * Номінальна напруга / Номінальна потужність

Оскільки Номінальна напруга та потужність відомі, можна визначити значення опору. Фактичну потужність, вироблену нагрівальним елементом, можна розрахувати за формулою:
Фактична потужність = Робоча напруга * Робоча напруга / значення опору.

Важливо зазначити, що робота нагрівача при напрузі, відмінній від номінальної, може призвести до неправильної вихідної потужності та потенційно призвести до пошкоджень або проблем із безпекою. Тому дуже важливо завжди використовувати номінальну напругу при експлуатації нагрівальних елементів.

   Варіанти підключення.

Існує кілька способів підключення нагрівальних елементів, в тому числі:

• Паралельне підключення тенів
• Послідовне підключення тенів
• Підключення нагрівачів “трикутник”
• Підключення нагрівачів “зірка”
• Комбіноване підключення

   Паралельне підключення нагрівальних елементів.

При паралельному підключенні кожен нагрівальний елемент підключається до свого окремого контуру, який потім підключається до спільної точки. Цей тип конфігурації підключення часто використовується для нагрівальних елементів, яким потрібен великий струм для роботи, наприклад, у великих промислових технологічних процесах нагріву. У конфігурації з паралельним підключенням нагрівальні елементи підключаються паралельно до джерела живлення, і кожен нагрівальний елемент має власне окреме підключення живлення.

Однією з переваг паралельного підключення є те, що воно дозволяє живити кілька нагрівальних елементів від одного і того ж джерела живлення. Це корисно у випадках, коли неможливо або недоцільно мати кілька джерел живлення. Крім того, паралельне підключення також дозволяє ізолювати окремі нагрівальні елементи в разі відмови, так як інші нагрівальні елементи можуть продовжувати працювати в звичайному режимі.

Ще однією перевагою паралельного підключення є те, що воно забезпечує підвищену гнучкість і контроль над нагрівальними елементами. У конфігурації з паралельним підключенням нагрівальні елементи можуть включатися і вимикатися незалежно один від одного, що дозволяє точно контролювати процес нагріву. Це може бути особливо корисно у випадках, коли необхідно точно контролювати температуру нагрівальних елементів.

Важливо відзначити, що при використанні паралельного підключення Тени повинні бути однакового опору, щоб розподіляти потужність рівномірно. Якщо нагрівальні елементи мають різні значення опору, елементи з меншим опором будуть споживати більше енергії та потенційно перегріватися, що призведе до пошкодження нагрівального елемента та, можливо, блоку живлення.

Паралельне підключення нагрівачів є популярним методом підключення нагрівальних елементів у великих промислових установках. Цей тип підключення забезпечує підвищену гнучкість, контроль і дозволяє ізолювати окремі нагрівальні елементи в разі відмови. Щоб забезпечити ефективність паралельного підключення, важливо переконатися, що нагрівальні елементи мають однаковий опір для рівномірного розподілу потужності.

   Розрахунок сумарної потужності однакових тенів при паралельному включенні.

Коли ви знаєте, що потужність одного нагрівального елемента і всі нагрівальні елементи в конфігурації з паралельним підключенням ідентичні, можна легко розрахувати загальну потужність всіх нагрівальних елементів в ланцюзі.

У конфігурації з паралельним підключенням напруга джерела живлення розподіляється порівну між усіма нагрівальними елементами, і кожен нагрівальний елемент несе рівну частку загального струму в ланцюзі. Це означає, що кожен нагрівальний елемент матиме однаковий струм і однакову потужність.

Щоб розрахувати сумарну потужність всіх тенів при паралельній схемі підключення, можна просто помножити потужність одного Тена на кількість ТЕНів в ланцюзі.

P = n * P1

де P-загальна потужність, n-кількість нагрівальних елементів у ланцюзі, а P1 — потужність одного нагрівального елемента.

   Загальний опір тенів при паралельному підключенні.

Загальний опір нагрівальних елементів при паралельній схемі підключення дорівнює зворотній сумі зворотних величин опорів окремих нагрівальних елементів.

Для розрахунку загального опору тенів при паралельній схемі підключення потрібно визначити опір кожного окремого тена. Отримавши цю інформацію, ви можете використовувати наступну формулу для обчислення загального опору:

R = 1 / (1/R1 + 1/R2 + … + 1/Rn)

де R-загальний опір, R1, R2,…, Rn-опір окремих нагрівальних елементів.

   Якщо Тени однакові, то значення опору одного просто ділиться на кількість нагрівачів в ланцюзі.

R  = R / n

   Послідовне підключення нагрівачів.

У конфігурації послідовного підключення нагрівальні елементи з’єднуються встик, при цьому струм протікає через один нагрівальний елемент, а потім через наступний. При послідовному підключенні один і той же струм протікає через всі нагрівальні елементи, але напруга на кожному нагрівальному елементі пропорційна його опору.

   Розрахунок опору і потужності нагрівальних елементів при послідовному включенні.

Загальний опір нагрівальних елементів при послідовному підключенні дорівнює сумі опорів всіх нагрівальних елементів. Це пов’язано з тим, що струм, що протікає по ланцюгу, зустрічає опір кожного нагрівального елемента по черзі, а загальний опір ланцюга дорівнює сумі опорів всіх нагрівальних елементів.

R = R1 + R2 + … + Rn

   При використанні однакових нагрівальних елементів в конфігурації послідовного підключення розрахунок загального опору і потужності системи опалення не представляє складності.

Загальний опір: загальний опір нагрівальних елементів при послідовному підключенні дорівнює опору одного нагрівального елемента, помноженому на кількість нагрівальних елементів в ланцюзі.

R = R1 * n

   Наприклад, якщо кожен нагрівальний елемент має опір 10 Ом, а в ланцюзі три нагрівальних елемента, то загальний опір ланцюга складе 10 Ом * 3 = 30 Ом.

   Сумарна потужність: сумарна потужність нагрівальних елементів при послідовному підключенні дорівнює потужності одного нагрівального елемента, оскільки через всі нагрівальні елементи в послідовному ланцюзі протікає однаковий струм.
Наприклад, якщо кожен нагрівальний елемент має потужність 1000 Вт, загальна потужність контуру складе 1000 Вт.

Тобто розрахунок загального опору і потужності однакових нагрівальних елементів при послідовному з’єднанні не представляє складності і вимагає знання тільки опору і потужності одного нагрівального елемента.

   З’єднання тенів типу “трикутник”.

З’єднання “трикутником” – це з’єднання, що використовується в трифазному джерелі змінного струму. У схемі з’єднання трикутником нагрівальні елементи з’єднуються з кожного кінця, утворюючи трикутний ланцюг. Струм, що протікає по ланцюгу, ділиться на кожному з’єднанні, при цьому частина струму проходить через кожен нагрівальний елемент. Напруга на кожному нагрівальному елементі при схемі з’єднання трикутником однакова.

При використанні однакових нагрівальних елементів в схемі підключення трикутником розрахунок загального опору і потужності системи опалення не представляє складності.

Загальний опір: загальний опір нагрівальних елементів при схемі з’єднання трикутником дорівнює опору одного нагрівального елемента, поділеному на корінь з числа нагрівальних елементів в ланцюзі.

R = R / √n

   Наприклад, якщо кожен нагрівальний елемент має опір 10 Ом, а в ланцюзі три нагрівальних елемента, то загальний опір ланцюга становить 10 Ом / √3 = 5,77 Ом.

Сумарна потужність: сумарна потужність нагрівальних елементів при підключенні трикутником дорівнює потужності одного нагрівального елемента, помноженої на корінь з числа нагрівальних елементів в контурі.

P = P1 * √n

   Наприклад, якщо кожен нагрівальний елемент має потужність 1000 Вт, а в ланцюзі три нагрівальних елемента, то загальна потужність ланцюга складе 1000 Вт * √3 = 1732 Вт.

Розрахунок загального опору і потужності однакових тенів при схемі підключення трикутником вимагає знання опору і потужності одного Тена, а також кількості ТЕНів в ланцюзі. Важливо відзначити, що загальний опір і потужність нагрівальних елементів в схемі з’єднання трикутником залежать від кількості нагрівальних елементів в ланцюзі, на відміну від конфігурації послідовного з’єднання, де загальний опір і потужність є постійними.

   Підключення нагрівачів за схемою “зірка”.

З’єднання зіркою також використовується в трифазному живленні змінного струму. При розведенні по даному типу нагрівальні елементи з’єднуються в Y-подібної конфігурації, утворюючи схему «зірка». Цей спосіб підключення зазвичай використовується для нагрівальних елементів, які потребують низької напруги та низького струму.

У схемі з’єднання зіркою нагрівальні елементи одним кінцем підключаються до загального вузла, а інший кінець кожного нагрівального елемента підключається до окремого вузла. Напруга на кожному нагрівальному елементі в схемі з’єднання зіркою не однакова, при цьому напруга на кожному нагрівальному елементі пропорційна опору нагрівального елемента.

   Розрахунок опору і потужності нагрівальних елементів в схемі “зірка”.

Загальний опір нагрівальних елементів при схемі з’єднання зіркою дорівнює опору одного нагрівального елемента, помноженому на кількість нагрівальних елементів в ланцюзі. Це пов’язано з тим, що струм, що протікає по ланцюгу, ділиться між нагрівальними елементами в загальному з’єднанні, при цьому опір кожного нагрівального елемента впливає на загальний опір ланцюга.

При використанні однакових нагрівальних елементів в схемі підключення зіркою розрахунок загального опору і потужності системи опалення не представляє складності.

Загальний опір: загальний опір нагрівальних елементів в схемі з’єднання зіркою дорівнює опору одного нагрівального елемента, помноженому на кількість нагрівальних елементів в ланцюзі.

R = R1 * n

   Наприклад, якщо кожен нагрівальний елемент має потужність 1000 Вт, а в ланцюзі три нагрівальних елемента, то загальна потужність ланцюга становить 1000 Вт / 3 = 333,33 Вт.

   Комбінована схема підключення.

Комбінована схема являє собою комбінацію способів підключення, при яких Тени можуть підключатися послідовно і паралельно. Прикладом такого варіанту підключення можуть бути групи по 2 тена з послідовним з’єднанням, з’єднані паралельно.

   Вибір правильного методу підключення.

Вибір правильного методу підключення нагрівального елемента залежить від декількох факторів, в тому числі:

• Вимоги до напруги і струму нагрівального елемента
• Вимоги до температури нагрівального елемента
• Довжина нагрівального елемента
• Необхідна кількість нагрівальних елементів
• Вимоги до управління нагрівальним елементом

Щоб вибрати правильний метод підключення, необхідно врахувати всі ці фактори та вибрати метод підключення, який відповідає вашим конкретним вимогам.

Перед установкою нагрівачів зверніть увагу на номінальну напругу нагрівача. Наприклад,  стандартна трифазна напруга становить 380 В. Якщо номінальна напруга нагрівальних елементів 380В, то нагрівачі повинні бути підключені трикутником. Якщо номінальна напруга 220 В, то це має бути з’єднання  зіркою.

   Висновок.
Методи підключення відіграють вирішальну роль в ефективності та дієвості нагрівальних елементів. Важливо вибрати правильний метод підключення нагрівального елемента, щоб забезпечити його максимальну продуктивність.