Принцип работы выключателя чайника

Электронное реле для чайника

Дорогие друзья, предлагаю вашему вниманию электронную схему термореле для электрических чайников, самоваров и других, очень нужных в любом хозяйстве водонагревательных приборов. Данная схема была применена для ремонта китайского электрочайника, в котором термореле вышло из строя, но нагревательный элемент остался не повреждённым. На мой взгляд, это довольно распространённая ситуация, когда невозможно найти комплектующие для вашего любимого чайника из-за особенностей его конструкции. В общем, если нам не повезло и на рынке нет запчастей, это нас не остановит в стремлении попить горячего чая или кофе.

Функционирует устройство следующим образом: термореле непрерывно находится в режиме ожидания нажатия кнопки S2. При замыкании кнопки формируется импульс тока, который поступает на счётный вход T-триггера DA1 (вывод 3) и переключает его из состояния 0 в состояние 1 (вывод 1). Это приводит к открытию транзистора VT2 и срабатыванию реле, которое своими контактами подключает нагреватель к электросети. В случае повторного нажатия кнопки S2, следующий импульс переключит триггер в противоположное состояние, что приведёт к отключению нагревателя. Таким образом, нажатия на кнопку S2 включают или выключают чайник. Теперь давайте разберёмся, каким образом происходит отключение нагревателя при закипании воды. Триггер приведён в единичное состояние, вода нагревается и кипит. Пар, испаряющийся с поверхности воды, через паропровод (есть в каждом автоматическом электрочайнике) поступает на терморезистор R3 с отрицательным температурным коэффициентом. Это приводит к уменьшению его сопротивления, что в свою очередь открывает транзистор VT1. Положительное напряжение с эмиттера VT1 подаётся на установочный вход R (вывод 4) триггера, что приводит к его сбросу (Reset). Триггер переключается в состояние 0, нагреватель отключается. К входу R также подключена цепь задержки C4-R7, формирующая почти двухсекундный импульс сброса в первоначальный момент, когда схема получает питание. Это необходимо для удерживания триггера в нулевом состоянии до завершения всех переходных процессов при подключении чайника в сеть. Для подавления дребезга контактов S2, в схему введена цепь С5-R8, благодаря которой на счётный вход триггера поступают чёткие одиночные импульсы и предотвращаются множественные быстрые срабатывания.

Процесс наладки сводится к подбору сопротивления резистора R4. Делается это следующим образом: вместо R4 подсоединяют переменный резистор c сопротивлением 10 КОм, а терморезистор R3 опускают в кипящую воду. Переменный резистор выкручивается на максимальное сопротивление. Затем переводим триггер в единичное состояние, реле должно замкнуть контакты без нагрузки и плавно уменьшаем сопротивление переменного резистора. Как только реле выключится (триггер сброшен), измеряем сопротивление переменного резистора. Полученное значение для температуры 100°С, но у нас нет необходимости так нагревать терморезистор R3 (датчик), т.к. если вода не кипит, то пар практически не образовывается, следовательно датчик не нагревается. А если пар интенсивно выделяется, ещё не факт, что его температура 100°С. При пониженном атмосферном давлении, например, высоко над уровнем моря, вода будет кипеть и интенсивно выделять пар при 70-80°С. Поэтому увеличиваем полученное значение сопротивления на 300 Ом и впаиваем ближайший по значению постоянный резистор. Таким образом порог срабатывания реле снижается приблизительно до 85°С (триггер сбросится, как только датчик нагреется до 85°C, это означает, что вода в чайнике кипит, пар уже интенсивно выделяется, тепло по паропроводу переносится к датчику и быстро его нагревает). В любом случае рекомендую ориентироваться на парообразование. Можно попробовать подсоединить датчик, например, к корпусу чайника, однако из-за тепловой инерции, устройство не будет достоверно определять момент кипения воды – если воды мало, она вся выкипит до отключения нагревателя. Если её много, реле может выключиться до закипания воды (внутри чайника все компоненты схемы греются, шутка ли – рядом ТЭН в 1,5-2 КВт). Возможно отрегулировать датчик на меньшую температуру срабатывания реле, и по её достижении включать таймер задержки, который через несколько секунд отключит нагреватель. Но определить, сколько секунд необходимо ожидать очень сложно из-за разного объёма воды. Я так пробовал и у меня не получилось, реле работает не адекватно. Поэтому – самый лучший признак того, что вода кипит – это бурное выделение пара.

Питается схема постоянным током с напряжением 15V. Блок питания выполнен по бестрансформаторной схеме с гасящим конденсатором С1. Амплитуда напряжения ограничивается симметричным супрессором (защитным диодом) до 16V и поступает на выпрямительный мост VD2, на котором падает от 0.5 до 1V. В результате на конденсаторе C2 получаем напряжение 15-15.5V. Стоит отметить, что при срабатывании реле, напряжение на выходе блока питания «просаживается» на 5V, до 10.5V, но это никак не влияет на работу устройства и вполне достаточно для надёжного удержания контактов реле.

На входе термореле в обязательном порядке следует установить термопредохранитель F1 с температурой перегорания 130-140°С. ВНИМАНИЕ! Это самый важный элемент схемы, это тот последний рубеж, за которым следует пожар при нештатной ситуации. Стоит деталь копейки, но убережёт от большой беды. Ещё раз повторюсь: установка термопредохранителя обязательна, замена обычным плавким предохранителем недопустима. Принцип действия другой. Термопредохранитель – разрывает цепь при достижении определённой температуры, плавкий предохранитель разрывает цепь при достижении определённой силы тока, это не одно и то же. При сборке устройства требуется предельная аккуратность в изготовлении и монтаже, применение исключительно качественных электронных компонентов, рассчитанных на высокую температуру. Недопустимо применение для пайки и лужения печатной платы легкоплавких припоев (сплав Розе, Вуда и др.) Электрочайник – это настоящие адские условия работы для электронного устройства с высокой температурой и влажностью. Также будьте предельно внимательны при наладке устройства, во избежание поражения электрическим током. В этой схеме применён бестрансформаторный блок питания и разность потенциалов между любой частью устройства и землёй практически равна амплитудному напряжению электросети.

В схеме применены радиоэлементы как в SMD исполнении, так и в обычных выводных корпусах. Размер всех SMD деталей – 1206. Неполярные конденсаторы – керамические, SMD, можно снять с неисправной материнской платы компьютера, там же можно достать SMD транзистор VT1, подойдёт любой, со структурой NPN. С неисправного компьютерного блока питания можно снять термистор R2, назначение которого ограничивать броски тока в момент зарядки конденсатора. Весьма надёжная штука, практически никогда не ломается. Применять плёночные или проволочные резисторы не рекомендую, со временем пробиваются между витками и начинают подгорать. Но если ничего другого нет – ставьте несколько штук (лучше три по пол ватта) последовательно. Сопротивление R2 – до 50 Ом. Транзистор VT2 – с коэффициентом усиления не менее 200, иначе реле не будет срабатывать. Возможно применение составного или полевого транзистора. Но у меня прекрасно работает и обычный кремневый.

Элементы F1,C1,R1,HL1,R10,R3,S2,REL1 вынесены за пределы печатной платы и располагаются в любом удобном месте корпуса чайника, желательно как можно дальше от нагревательного элемента. Термопредохранитель припаивается непосредственно к контактам нагревателя, для крепления остальных элементов оптимально использовать силиконовый клей-герметик, при застывании он превращается в резину и выдерживает высокую температуру – до 180°С. На печатной плате достаточно места для сверления отверстий под монтаж на болтах. Печатную плату после сбора необходимо покрыть двумя слоями лака, со всех сторон, с просушкой перед нанесением второго слоя. Провода применять с изоляцией 105°С или выше. Для кнопки S2, питания реле и терморезистора R3 провода можно нарезать из старого компьютерного шлейфа IDE 40 pin. В нём довольно толстая (300V) и термостойкая изоляция (105°C) – то, что надо. После закрепления всех узлов конструкции внутри чайника, их необходимо дополнительно теплоизолировать куском стеклоткани или другого не горючего материала, с высокой температурой плавления (подойдёт кевлар, можно взять из старых рукавиц сварщика). Термодатчик также необходимо тщательно защитить. Припаиваем к нему провода, с термоусадочными трубками, затем окунаем датчик в лак, высушиваем его, одеваем на контакты термоусадку, нагреваем, чтобы она стянулась, затем снова окунаем датчик в лак и высушиваем.

Автомат для отключения электрочайника

Электрические чайники отечественного производства используются довольно широко. Их часто можно встретить в рабочих лабораториях, небольших цехах, на рабочих столах радиолюбителей и т.д. Их недостатками являются отсутствие автовыключателя сети и звуковой сигнализации при закипании. Предлагаемое устройство использует в качестве датчика закипания промышленный пожарный тепловой извещатель (ИП105-2/1), изготавливаемый заводом металлокерамических приборов (г.Рязань).

Автомат содержит сетевой бестрансформаторный выпрямитель на R2, С1…С3, VD1…VD3, нагрузкой которого является обмотка реле К2 (РП-21-003) на 24 В постоянного напряжения с сопротивлением обмотки около 700 Ом. Последовательно с обмоткой включены нормально замкнутые контакты геркона извещателя К1. На стеклянную колбу геркона надеты кольцевые ферритовые магниты. При нормальной температуре окружающей среды контакты геркона замкнуты под действием магнитного поля ферритовых магнитных колец. При увеличении температуры колец до 70°С их магнитное поле резко уменьшается (точка Кюри), и контакты размыкаются. Гер-кон с магнитными кольцами помещен в пластмассовый кожух с отверстиями для прохождения тепла.

Датчик закипания К1 располагается на вертикальной стойке рядом с чайником — на уровне его крышки на расстоянии около 5 см от нее, напротив имеющегося в крышке отверстия для выхода пара. Обычно в заводской конструкции крышки их два. Одно из них следует устранить (заплющить молотком), а второе — очистить от накипи и слегка увеличить в диаметре. При закипании воды в чайнике струйка пара из отверстия в крышке начинает бить на геркон извещателя и нагревать его. Температура ферритовых колец на герконе повышается, и его контакты размыкаются, выключая реле К2. На VT1, VT2 собран звуковой сигнализатор.

Работает автомат следующим образом. При нажатии кнопки «ПУСК» (кнопку нужно держать 1…2 секунды до загорания светодиода) реле К2 срабатывает, блокируя контакты кнопки при ее отпускании. Через контакты К2.3 напряжение сети поступает на электрочайник, о чем сигнализирует световой индикатор на R5, VD6, VD7. На VD4, С4 собран источник питания звукового сигнализатора. После закипания воды геркон К1 размыкается, реле К2 выключается, чайник обесточивается, светодиод гаснет. Контактная пара К2.2 подключает заряженный конденсатор С4 к звуковому сигнализатору. Последний срабатывает и оповещает звуковым сигналом, что вода в чайнике закипела. Если не требуется звуковой сигнализатор, то конструкция автомата существенно упрощается и содержит минимум элементов.

Уровень воды в чайнике должен обеспечивать перекрытие отверстия, соединяющего резервуар с его носиком. Следует учитывать, что все элементы автомата находятся под напряжением сети, поэтому все цепи должны иметь надежную изоляцию.

Электрические чайники. Виды и работа. Функции и особенности

Для многих людей любимым напитком является чай, для приготовления которого необходим чайник. В старые времена чай готовили в обычных чайниках, без применения электричества. Сейчас же, наверное, нет такого дома или квартиры, где бы на кухне не было таких бытовых устройств, как электрические чайники.

В торговой сети сегодня предлагается множество различных видов электрических чайников. И практически все они китайского производства. Но это не значит, что качество всех таких чайников оставляет желать лучшего. Имеется много моделей, которые достаточно качественные и долговечные.

Несведущему в бытовой технике человеку будет очень трудно сделать правильный выбор при покупке электрического чайника, так как для этого необходимо знать их разновидности, устройство, качество материалов и много других факторов.

Классификация

По материалу корпуса:

• Пластиковые.
• Из нержавеющей стали.
• Стеклянные.
• Керамические.

Тип нагревательного элемента с:

• Открытым электронагревателем.
• Закрытым электронагревателем.

Мощностью электрические чайники выпускаются от 1 до 3 киловатт. Оптимальным считаются электрические чайники мощностью 2,2 кВт.

Объемом чайники производятся от 1,5 до 2,5 литров.

По виду подставки:

• С подставкой, имеющей прямоугольный контакт.
• С подставкой «пируэт».

Наличие дополнительных функций с:

• Терморегулятором.
• Нейлоновым или металлическим фильтром.
• Таймером.
• Блокировкой от включения пустого чайника.
• Подсветкой.
• Дистанционным управлением.

По конструктивному исполнению:

• Электрочайник.
• Самовар.
• Термопот.
• Дорожный.

Особенности устройства и работы

Материал корпуса чайника играет важную роль в его работе. Существует небольшое количество видов материалов, из которых изготавливают корпус чайника. От этого также зависит ценовая категория устройства, скорость остывания воды, шумность, качество сборки, долговечность.

Пластмассовые электрические чайники

Являются наиболее популярными и приемлемыми по цене. Качественный пластик имеет высокую долговечность, прочность, не изменяет внешний вид от времени при правильном пользовании. Масса такого чайника намного меньше, по сравнению с моделями из других материалов.

Материал пластмассы позволяет изготовить корпуса чайников с оригинальным дизайном, различной формы и многообразием цветов, который подойдет для любого интерьера помещения.

Из недостатков стоит отметить недостаточную экологическую безопасность пластика. Он всегда считался не самым полезным материалом. В теории вода может реагировать на пластик, однако этот негативный фактор настолько незначителен, что угроза для здоровья человека несущественна, при применении пищевых типов пластмассы.

Электрические чайники из нержавеющей стали

Наиболее долговечным материалом для чайников является нержавеющая сталь. Корпус из нее обладает высокой прочностью, по сравнению с моделями, выполненными из стекла или пластика. С точки зрения экологии чайник из нержавейки – один из самых экологически безопасных вариантов.

Имеются некоторые негативные моменты:

• Повышенная шумность при нагревании воды.
• Вес больше пластиковой модели, однако, такой чайник имеет массу меньше стеклянного.
• Есть вероятность ожога, так как металл обладает большой теплопроводностью, и сильно нагревается.
• Нет большого выбора дизайна корпусов.
• Высокая стоимость, так как нержавеющая сталь является дорогостоящим материалом.

При хороших технических параметрах металлические электрические чайники являются неплохим вариантом при выборе. При этом стоит обратить внимание на наличие дополнительных функций.

Существуют также металлические чайники, покрытые пластмассой. В нем сочетаются достоинства двух материалов.

Стеклянные

Самыми экологически безопасными считаются чайники, корпус которых выполнен из стекла. Дизайнерские решения стеклянных чайников не знают предела. Их изготавливают в различных стилях, с подсветкой и другими интересными решениями. В качественных дорогих моделях стеклянных чайников вода очень быстро нагревается, и медленно остывает.

Стеклянный корпус чайника не проводит электрический ток, цена такого чайника меньше керамической модели.

Есть незначительные недостатки:

• Хрупкости материала, если неаккуратно обращаться с чайником, то недолго его разбить.
• Высокой теплопроводности, что также может привести к ожогу при неосторожном обращении.

Однако не весь чайник изготавливается из стекла, все-таки значительная часть выполнена из металла и пластика. Поэтому не стоит, слишком осторожничать и бояться каких-либо проблем.

Если вы решили выбрать стеклянную модель чайника, то основной задачей будет выбор технических параметров, фирмы производителя и внешнего оформления.

Керамические

Керамика при изготовлении электрических чайников появилась недавно, и является новинкой. Основным недостатком таких моделей является хрупкость материала, повышенная стоимость, и немалая масса. В остальном прослеживаются только положительные моменты. Их легко мыть, они имеют долгий срок службы, экологически безопасны. В керамических чайниках вода не имеет неприятного вкуса и запаха, в отличие от пластмассовых чайников. На внутренних стенках корпуса не оседает ржавчина и накипь, даже после долгого использования.

Хорошая шумоизоляция обеспечивается толстыми стенками корпуса. Тепло в чайнике сохраняется длительное время, что экономит электрическую энергию. Керамические корпуса выполняются с разными рисунками и дизайнерским оформлением стиля.

Типы нагревательных элементов

На сегодняшний день существует только два типа ТЭНов: это открытые и закрытые. Чтобы в магазине определить тип нагревательного элемента чайника, достаточно открыть его крышку. Если нагреватель выполнен в виде спирали, закрепленной на задней стенке или дне, то это открытый тип. А если внутри чайника ничего не видно, а только блестящее металлическое дно, то этот чайник имеет закрытый тип нагревателя.

Открытый нагреватель

Открытый вид ТЭНов выполнен в виде витой спирали. Ранее выпускались отечественные электрические чайники с таким нагревателем. В настоящее время также имеются в продаже чайники с открытым нагревателем. Они стоят намного дешевле остальных, и являются бюджетными моделями.

Их недостатками являются:

• Основной недостаток – это ограничение наименьшего уровня воды. Спираль имеет значительные габариты, поэтому чтобы не оставить спираль без воды и не допустить ее перегорания, требуется наливать столько воды, чтобы нагреватель был полностью скрыт в воде.
• Вода в таком чайнике греется дольше, по сравнению с другими моделями, так как площадь соприкосновения нагревателя с водой меньше.
• Трудность в очистке спирали от накипи.

Такие чайники подходят тем, кто ищет бюджетный вариант для применения на даче. Для повседневного применения лучше приобрести чайник с закрытым дисковым нагревателем.

Закрытый нагреватель

Такой вид ТЭНа смотрится на дне чайника в виде стального диска.

Такие чайники не имеют допустимого наименьшего уровня наливаемой воды. Они удобны в обслуживании и чистке. Недостатком модели с дисковым закрытым нагревателем считается шумность и цена. Однако это с лихвой окупается качеством устройства и долговечностью.

Мощность

Электрочайники относятся к наиболее популярным устройствам в доме и офисе. Поэтому мощность этого прибора должна быть достаточной для быстрой работы. Главной задачей чайника является быстрый нагрев воды до кипения.

Мощность чайников обычно не превышает 3 киловатт, и зависит от фирмы производителя и модели. Чем выше мощность, тем быстрее закипит вода. Для чайника небольшого объема не требуется большая величина мощности. Для литрового чайника вполне достаточно 1 киловатта.

При выборе слишком мощного чайника, следует помнить, что нагрузка на электрическую проводку будет возрастать, так же как и потребление электроэнергии.

Подставка

Вид подставки определяет удобство применения чайника. Обычная подставка имеет прямоугольный контакт, находящийся сбоку. Чайник стоит на ней жестко, его нельзя никуда повернуть. Это неудобный вариант подставки.

Подставка, которую называют «пируэт», выполнена круглой формы, контакты находятся в центре подставки. Это наиболее удобный и практичный вариант. Чайник на такой подставке можно поворачивать в любую сторону.

Почему электрочайник отключается до закипания воды и можно ли отремонтировать?

В магазинах бытовой техники можно найти большое количество инновационных и просто уникальных электрических чайников от разных компаний-производителей. Подобные приборы достаточно надежные, но иногда электрочайник отключается до закипания воды, хотя до этого все время работал как надо. Не стоит сразу же наводить панику, звонить мастеру или и вовсе выбрасывать прибор на свалку.

1. Принцип работы
2. Как работает система защиты
3. Причины неисправности
4. Когда обращаться к мастеру

Принцип работы

Несмотря на тот факт, что существует много производителей электрических чайников, в каждом из них совершенно аналогичная электрическая схема. Отличия могут быть только в небольших элементах. Например, сейчас усовершенствуют электрические приборы, монтируя систему управления, содержащую разные таймеры.

Но даже все инновационные лампочки и подсветки не делают внутреннее строение более сложным, оно по-прежнему остается предельно простым, чтобы в работе приборе мог разобраться даже новичок.

Все современные устройства имеют две части:

• устойчивую подставку со шнуром;
• корпус изделия, содержащий емкость и тэн.

Устройство электрического чайника

По проводу подается электричество на контакты аппарата, которые находится внутри подставки. Это сделано для того, чтобы человек случайно не дотронулся до провода с током. Некоторые контакты расположены прямо на дне подставки от электрочайника.

Когда чайник стоит на подставке, во время работы происходит замыкание клемм, в результате чего электричество дальше по проводам подходит к термическому выключателю, который делает свою работу в двух режимах:

• механическое отключение путем нажатия на кнопку, расположенную на корпусе;
• автоматическое отключение после закипания воды.

Сразу после включения прибора электричество проникает на тэн. И человек видит, что горит лампочка, которая говорит о том, что чайник работает.

После того, как электрочайник дойдет до кипения, пар проникает на биметаллическую пластину в термическом выключателе, обычно располагающемся возле крышки, где соприкасаются друг с другом два разных металла. В случае нагревания одна из пластин изгибается, из-за чего и происходит автоматическое выключение.

Принцип работы электрочайника

Как работает система защиты

Тэн и прочие нагревательные элементы монтируются в ходе производственной сборки и во многом зависят от объема емкости — предельная мощность тэна составляет 0.5 — 2.5 кВт.

Тэн при нагревании начинает выделять огромное количество тепла, из-за чего разработчики придумали довольно хитрую противопожарную систему. Круглые биметаллические пластины применяются в качестве температурных датчиков, в центре них создана специальная выборка. Они должны плотно прилегать к основанию чайника, для повышения уровня теплоотдачи их поверхность обрабатывают пастой с хорошими теплопроводящими свойствами.

Принцип действия пластин достаточно простой — одна из пластин загибается, специальный шток начинает движение, и контакты выключаются. Подобный вид защиты от возгорания имеет только один значительный недостаток — когда металлические элементы остынут, мембрана возвращается в свое исходное положение, из-за чего возрастает риск замыкания контактов.

Чтобы электрочайник автоматически не выключался, монтируют два особых диска — один служит в системе защиты от перегревания, а второй имеет прямую взаимосвязь с термическим выключателем и полностью выключает устройство от сети.

Причины неисправности

Главной причиной поломки электрического чайника является большое скопление накипи на дне и стенках прибора. Данная неприятность чаще случается с устройствами, где тэн полностью открыт. Если же накипь уже полностью покрыла дно чайника, то не стоит его сразу же разбирать, это не поможет. Можно просто починить его путем очистки при помощи лимонной кислоты — это самый надежный метод.

Накипь в электрочайнике

В ситуации, когда чайник отключается раньше времени, то есть до того, как закипит вода, это может указывать на поломку термостойкого выключателя. В таком случае придется отнести прибор мастеру или приобрести новый.

Внимание! Даже небольшие протечки электрического чайника способны привести к преждевременному выключению прибора. В таком случае первым делом нужно тщательно проверить корпус на наличие трещин и сколов. Чаще всего такая проблема наблюдается у чайников, выполненных из низкокачественного пластика или стекла.

Еще одной частой причиной неисправности чайника является ненадежное закрепление тэна внутри электрического чайника. Если чайник имеет открытый доступ к нагревательному элементу, то проверить это можно с помощью специально прибора, а вот если у чайника тэн спрятан внутри, то придется разбирать устройство.

Неисправность термопредохранителя — это особая защита, которая необходима на тот случай, когда чайник по каким-либо причинам не может выключаться даже после срабатывания термостата. Практически во всех случаях размыкание наблюдается при 100 градусах по Цельсию. Но в ситуации, когда термический предохранитель поломан, чайник может автоматически отключиться при более низкой температуре, тем самым электрочайник отключается до закипания воды.

Когда обращаться к мастеру

Специалисты не советуют самостоятельно начинать ремонт электрического чайника в следующих ситуациях:

• когда человек не имеет нужных знаний и практического опыта в этом деле;
• когда поломка наблюдается в термостате;
• в ситуации, когда в корпусе чайника образовалась трещина или надкол;
• когда необходимо поменять отремонтировать тэн в модели с закрытым типом нагревателя.

Ремонт электрочайника

Таким образом, преждевременное выключение электрического чайника еще до закипания воды может быть вызвано большим количеством накипи на его стенках и тэне или поломкой, когда из строя вышел термостат или предохранитель. Другие причины — сколы и трещины на корпусе либо плохое закрепление тэна внутри устройства. Если накипь можно очистить в домашних условиях, то в других ситуациях лучше обратиться в сервисный центр и отдать электрочайник на ремонт.

На видео об отключении чайника

Подпишись на Техносовет в социальных сетях, чтобы ничего не пропустить: