Архив / 2003 / №2(22) / Новости компании овен

БУСТ и его возможности

Современные полупроводниковые средства коммутации силовых цепей — тиристоры и симисторы — имеют значительные преимущества по сравнению с традиционными электромеханическими пускателями и контакторами.

Рис. 1
Рис. 1
Рис. 2
Рис. 2
Рис. 3
Рис. 3
Рис. 4
Рис. 4
Рис. 5
Рис. 5

1. Более высокая частота срабатывания полупроводниковых элементов позволяет добиться высокой точности управления объектом.

2. Ресурс работы коммутационных элементов значительно больше электромеханических пускателей.

3. Габариты силового блока сильно уменьшены.

4. Обслуживание коммутационных элементов упрощено, поскольку нет необходимости контролировать состояние силовых контактов.

5. Снижен уровень шума при коммутации силовых цепей.

Однако применение таких схем управления, ограничено сложностью их самостоятельной реализации.

ОВЕН уже несколько лет серийно выпускает универсальный блок БУСТ, обеспечивающий управление симисторами и тиристорами, работающими с активной нагрузкой.

Принцип работы БУСТа заключается в преобразовании сигналов, поступающих на его вход от регулятора, в управляющие сигналы для внешних тиристоров или симисторов.

Блок применяется как для автоматического регулирования мощности активной нагрузки с помощью сигналов управления 0(4)…20 мА, 0…5 мА, 0…10 В, так для ручного регулирования с помощью внешнего переменного резистора 10 кОм.

Широкие функциональные возможности БУСТа делают его применение эффективным во многих системах управления.

  • БУСТ обеспечивает защиту силовых тиристоров или симисторов при возникновении аварийных ситуаций: короткого замыкания или превышения номинального тока в нагрузке. Для этого последовательно с нагрузкой на каждой фазе устанавливается трансформатор тока, вторичная обмотка которого подключается к соответствующему входу прибора. Уровень защитного отключениязадается пользователем при помощи внешнего переменного резистора номиналом 100 кОм.
  • Прибор позволяет плавно достигать заданной мощности, и тем самым избегать резких перегрузок питающей сети. При включении прибора или при скачкообразном изменении управляющего БУСТом сигнала мощность в нагрузке возрастает не скачкообразно, а плавно. При скачкообразном изменении уровня сигнала на входе БУСТа мощность на нагрузке возрастает со скоростью 20 % в секунду, а время изменения мощности на нагрузке от минимального значения до максимального составляет 5 секунд.
  • Для регулирования мощности на нагрузке прибор позволяет формировать управляющие тиристорами или симисторами сигналы двумя методами: фазовым или по числу полупериодов. Выбор метода управления зависит от инерционности нагрузки.

При фазовом методе в зависимости от величины входного сигнала БУСТ изменяет форму своего выходного сигнала, от которой, в свою очередь, зависит угол открытия симистора или тиристора (рис. 1). Прибор обеспечивает 256 уровней изменения угла открытия полупроводников на один полупериод, что позволяет плавно изменять напряжение на нагрузке (см. рис. 1). Фазовый метод используется для управления малоинерционными объектами, быстро реагирующими на изменение напряжения на нагревателе, а также для управления освещением. Однако такой метод управления не может защитить питающую сеть от помех, так как переключение полупроводниковых элементов происходит не при нулевом значении сетевого напряжения.

Метод управления по числу полупериодов позволяет значительно уменьшить уровень помех в электросети за счет включения и отключения нагрузки в момент перехода сетевого напряжения через нуль.

Однако период следования управляющих сигналов с БУСТа (T) составляет 256 целых полупериодов колебаний сетевого напряжения, или 2,56 с, поэтому этот метод применим только для инерционных нагрузок. Количество полупериодов на выходе БУСТа (n), а значит мощность на нагрузке, зависит от величины сигнала на входе БУСТа: при максимальном уровне сигнала (100 %) на нагрузку подаются все 256 полупериодов, при 50 % — 128, при минимальном уровне полупроводниковые элементы закрыты и на нагрузкунапряжение не поступает (рис. 2)

  • Нередки случаи, когда требуется, чтобы оператор мог определить уровень мощности, выдаваемой на нагрузку. Для этой цели прибор имеет линейку светодиодов, которая дискретно показывает уровень мощности: каждый светящийся светодиод соответствует 10 % максимальной мощности.
  • Прибор имеет функцию блокировки, позволяющую организовать аварийное или технологическое отключение нагрузки. На вход прибора «Блокировка» подается внешний сигнал с одного из устройств: TTL-уровня, сухого контакта, транзистора n-p-n–типа, источника напряжения 0…10 В. При снятии блокировки прибор плавно возвращается на заданный уровень мощности.
  • Прибор может работать как с однофазной, так и с двухи трехфазной нагрузкой.
  • Импульсный трансформатор на выходе прибора, имеющий две вторичные обмотки, позволяет подключать к каждому каналу прибора либо симистор, либо два тиристора с током управления в импульсном режиме до 300 мА, что позволяет управлять нагрузкой величиной до 1000 А.

Примеры использования БУСТа

Пример 1
Для автоматизации процесса поддержания температуры в сушильной камере нужно плавно изменять мощность излучения ИКламп. Использование БУСТ совместно с ПИД-регулятором ОВЕН ТРМ101 в модификации с токовым выходом 4...20 мА позволяет управлять мощностью излучения, обеспечивая точное поддержание температуры в камере (рис. 3).

ТРМ101 получает сигнал с датчика температуры, обрабатывает его и формирует сигнал, управляющий БУСТом. БУСТ в свою очередь управляет однофазной нагрузкой с помощью фазового метода. В результате мы получаем плавное изменение мощности на нагрузке в зависимости от рассогласования заданной температуры и реальной.

Пример 2
Поддержание температуры с помощью ТЭНов в инерционной печи осуществляется подобно процессу, описанному в предыдущем примере, но здесь БУСТ управляет трехфазной нагрузкой (рис. 4). В этом случае рекомендуется использовать метод управления по числу пропускаемых полупериодов, поскольку пульсации действующего значения напряжения на нагревателях не приведут к значительным колебаниям поддерживаемой температуры.

БУСТ позволяет увеличить срок службы нагревательных элементов и сократить до минимума уровень помех в электросети, так как переключение симисторов или тиристоров происходит при значении сетевого напряжения, равном нулю.

Пример 3
Иногда при испытаниях опытного образца в лабораторных условиях в качестве измерителя-регулятора используют персональный компьютер или контроллер. В компьютер устанавливают платы: АЦП для измерения и преобразования температуры в цифровую форму; ЦАП для выдачи токового сигнала управления (рис. 5). Компьютер производит обработку измеренного значения температуры и формирует сигнал управления, поступающий на вход БУСТ, управляющий симисторами. Таким образом, БУСТ с помощью симисторов обеспечивает точное управление температурой экспериментального образца.

Андрей Пугачев