Архив / 2001 / №1(19) / О новых приборах

Блок управления тиристорами или симисторами

Многочисленные производственные предприятия постоянно сталкиваются с проблемой снижения надежности управления мощностью нагревателей при использовании электромагнитных пускателей. В значительной мере это происходит из-за подгорания и окисления контактов, а так же создания большого уровня помех при коммутации. Кроме того, электромагнитные пускатели имеют ограниченный механический ресурс. Использование же их совместно с ПИД-регуляторами просто нецелесообразно.

Наиболее современными и эффективными в настоящий момент являются хорошо зарекомендовавшие себя в работе электронные приборы тиристоры и симисторы, которые могут коммутировать мощные нагрузки с токами достигающими нескольких сотен ампер.

Некоторое время производственнымобъединением ОВЕН выпускался блок БСТ-2, а затем и БСТ-3, оснащенный установленными на радиатор оптосимисторами, рассчитанными на максимальный ток нагрузки до 30 А на одну фазу. Но, как выяснилось, такой блок пользовался ограниченным спросом, т.к. при больших мощностях нагрузки требовалось дополнительное охлаждение радиатора, либо замена оптосимистора на более мощный. Но и маломощные нагрузки не оправдывали стоимость данного блока.

Рис. 2
Рис. 2

После проведенного анализа спроса было решено создать универсальный блок управления тиристорами и симисторами, менее дорогостоящими по сравнению с оптосимисторами, и предоставить пользователю возможность устанавливать внешние тиристоры или симисторы с учетом требуемой мощности нагрузки.

Вновь созданный прибор позволяет подключать либо два тиристора, либо симистор на каждую используемую фазу (рис. 1). Управляются тиристоры и симисторы сигналами, поступающими с импульсных трансформаторов, установленных на выходах блока. Поскольку амплитуда управляющих импульсов неизменна, то момент открытия не зависит от напряжения питающей сети и обеспечивает надежное открытие тиристоров и симисторов. Для управления мощностью в нагрузке может использоваться одна, две или все три фазы электросети.

В приборе предусмотрены два метода управления мощностью в нагрузке фазовый или по числу пропускаемых в зависимости от уровня управляющего сигнала полупериодов сетевой частоты. Каждый из этих методов имеет свои преимущества и недостатки. Выбор метода управления предоставлен пользователю.

При методе фазового управления уровень мощности, отдаваемой в нагрузку, определяется начальной фазой открытия тиристора или симистора (рис. 2).

Рис. 3
Рис. 3

Данный метод наиболее эффективен при управлении осветительными приборами, т.к. уровень мощности, отдаваемый в нагрузку, определяется каждый полупериод частоты питающей сети и не вызывает "мерцания". Этот метод так же оправдан при применении маломощных нагрузок. При использовании метода фазового управления уровень помех, создаваемых в электросети, если мощность нагрузок велика, может быть довольно значительный, особенно, если открытие тиристора происходит на пике максимального напряжения. Кроме того, при применении этого метода для мощных нагрузок, включенных "звездой" (другой способ в блоке не предусмотрен) в цепи нейтрального провода, протекающий ток может достигать максимального значения тока одной фазы.

При управлении мощными нагревателями, значительно влияющими на нагрузку сети, наиболее эффективен другой метод управления по числу пропускаемых, в зависимости от управляющего сигнала, полупериодов из 128 периодов сетевой частоты (рис. 3). Это позволяет совместно с ПИДрегуляторами обеспечивать высокую точность поддержания заданных режимов. При использовании этого метода уровень помех в электросети минимальный.

Рис. 4
Рис. 4

В качестве входных управляющих сигналов могут быть использованы стандартные: либо напряжение 0...10 В, либо ток 0...20 мА или 4...20 мА, либо внешний переменный резистор сопротивлением 10 кОм для "ручного" задания уровня мощности (рис. 4).

Блок обеспечивает плавный выход на заданный уровень мощности, что не перегружает питающую электросеть при включении питания или резком изменении внешних управляющих сигналов.

В процессе работы возможно экстренное выключение мощности в нагрузке. Для этого в приборе имеется вход "БЛОКИРОВКА" к которому могут быть подключены либо контакты кнопки, реле и т.д., либо устройство, имеющее на выходе n-p-n транзистор с открытым коллектором (рис. 5).

Рис. 5
Рис. 5

При поступлении сигнала низкого уровня на этот вход управление тиристорами или симисторами прекращается, а при его снятии происходит плавный выход на заданный уровень мощности, определяемый сигналом управления.

В блоке предусмотрена возможность защиты от перегрузки по току. Она может использоваться по желанию пользователя, т.е. может быть включена при установке соответствующей перемычки, расположенной внутри блока, или запрещена при ее снятии. При использовании защиты к его входам нужно в цепи нагрузки каждой из используемых фаз включить соответствующий трансформатор тока, обеспечивающий на входе прибора ток не более 2 А при максимальной нагрузке. При превышении порога защиты, который задается внешним переменным резистором на предназначенном для этого входе, происходит прекращение управления тиристорами и прибор переходит в режим "Авария". Выход из режима "Авария" возможен только при снятии напряжения питания.

Схема подключения приведена на рис. 6.

Рис. 6
Рис. 6
Сергей Шануренко