Какой поставить симистор для коммутации индуктивной нагрузки: Щелкаем реле правильно: коммутация мощных нагрузок: olegart — LiveJournal

Щелкаем реле правильно: коммутация мощных нагрузок

Привет, Geektimes!

Управление мощными нагрузками — достаточно популярная тема среди людей, так или иначе касающихся автоматизации дома, причём в общем-то независимо от платформы: будь то Arduino, Rapsberry Pi, Unwired One или иная платформа, включать-выключать ей какой-нибудь обогреватель, котёл или канальный вентилятор рано или поздно приходится.

Традиционная дилемма здесь — чем, собственно, коммутировать. Как убедились многие на своём печальном опыте, китайские реле не обладают должной надёжностью — при коммутации мощной индуктивной нагрузки контакты сильно искрят, и в один прекрасный момент могут попросту залипнуть. Приходится ставить два реле — второе для подстраховки на размыкание.

Вместо реле можно поставить симистор или твердотельное реле (по сути, тот же тиристор или полевик со схемой управления логическим сигналом и опторазвязкой в одном корпусе), но у них другой минус — они греются. Соответственно, нужен радиатор, что увеличивает габариты конструкции.

Я же хочу рассказать про простую и довольно очевидную, но при этом редко встречающуюся схему, умеющую вот такое:

• Гальваническая развязка входа и нагрузки
• Коммутация индуктивных нагрузок без выбросов тока и напряжения
• Отсутствие значимого тепловыделения даже на максимальной мощности

Но сначала — чуть-чуть иллюстраций. Во всех случаях использовались реле TTI серий TRJ и TRIL, а в качестве нагрузки — пылесос мощностью 650 Вт.

Классическая схема — подключаем пылесос через обычное реле. Потом подключаем к пылесосу осциллограф (Осторожно! Либо осциллограф, либо пылесос —, а лучше оба — должны быть гальванически развязаны от земли! Пальцами и яйцами в солонку не лазить! С 220 В не шутят!) и смотрим.

Включаем:

Пришлось почти на максимум сетевого напряжения (пытаться привязать электромагнитное реле к переходу через ноль — задача гиблая: оно слишком медленное). В обе стороны бабахнуло коротким выбросом с почти вертикальными фронтами, во все стороны полетели помехи.

Выключаем:

Резкое пропадание напряжения на индуктивной нагрузке не сулит ничего хорошего — ввысь полетел выброс. Кроме того, видите вот эти помехи на синусоиде за миллисекунды до собственно отключения? Это искрение начавших размыкаться контактов реле, из-за которого они однажды и прикипят.

Итак, «голым» реле коммутировать индуктивную нагрузку плохо. Что сделаем? Попробуем добавить снаббер — RC-цепочку из резистора 120 Ом и конденсатора 0,15 мкФ.

Включаем:

Лучше, но не сильно. Выброс сбавил в высоте, но в целом сохранился.

Выключаем:

Та же картина. Мусор остался, более того, осталось искрение контактов реле, хоть и сильно уменьшившееся.

Вывод: со снаббером лучше, чем без снаббера, но глобально проблемы он не решает. Тем не менее, если вы желаете коммутировать индуктивные нагрузки обычным реле — ставьте снаббер. Номиналы надо подбирать по конкретной нагрузке, но 1-Вт резистор на 100–120 Ом и конденсатор на 0,1 мкФ выглядят разумным вариантом для данного случая.

Литература по теме: Agilent — Application Note 1399, «Maximizing the Life Span of Your Relays». При работе реле на худший тип нагрузки — мотор, который, помимо индуктивности, при старте имеет ещё и очень низкое сопротивление — добрые авторы рекомендуют уменьшить паспортный ресурс реле в пять раз.

А теперь сделаем ход конём — объединим симистор, симисторный драйвер с детектированием нуля и реле в одну схему.

‘

Что есть на этой схеме? Слева — вход. При подаче на него »1» конденсатор C2 практически мгновенно заряжается через R1 и нижнюю половину D1; оптореле VO1 включается, дожидается ближайшего перехода через ноль (MOC3063 — со встроенной схемой детектора нуля) и включает симистор D4. Нагрузка запускается.

Конденсатор C1 заряжается через цепочку из R1 и R2, на что уходит примерно t=RC ~ 100 мс. Это несколько периодов сетевого напряжения, то есть, за это время симистор успеет включиться гарантированно. Далее открывается Q1 — и включается реле K1 (а также светодиод D2, светящий приятным изумрудным светом). Контакты реле шунтируют симистор, поэтому далее — до самого выключения — он в работе участия не принимает. И не греется.

Выключение — в обратном порядке. Как только на входе появляется »0», C1 быстро разряжается через верхнее плечо D1 и R1, реле выключается. А вот симистор остаётся включённым примерно 100 мс, так как C2 разряжается через 100-килоомный R3. Более того, так как симистор удерживается в открытом состоянии током, то даже после отключения VO1 он останется открытым, пока ток нагрузки не упадёт в очередном полупериоде ниже тока удержания симистора.

Включение:

Выключение:

Красиво, не правда ли? Причём при использовании современных симисторов, устойчивых к быстрым изменениям тока и напряжения (такие модели есть у всех основных производителей — NXP, ST, Onsemi, etc., наименования начинаются с «BTA»), снаббер не нужен вообще, ни в каком виде.

Более того, если вспомнить умных людей из Agilent и посмотреть, как меняется потребляемый мотором ток, получится вот такая картинка:

Стартовый ток превышает рабочий более чем в четыре раза. За первые пять периодов — то время, на которое симистор опережает реле в нашей схеме — ток падает примерно вдвое, что также существенно смягчает требования к реле и продлевает его жизнь.

Да, схема сложнее и дороже, чем обычное реле или обычный симистор. Но часто она того стоит.

© Geektimes

Трехфазные твердотельные реле для коммутации резистивной нагрузки серии HT

01.09.2022

Нагревательные элементы, в том числе трубочные (ТЭН), наряду с другими типами нагрузки, могут подключаться к трехфазной сети с использованием трех основных схем соединений:

«Звезда»

«Звезда с нейтралью»

«Треугольник»

Для управления трехфазной нагрузкой при использовании одного твердотельного реле (ТТР) рекомендуется использовать схемы соединения нагрузки «звезда с нейтралью» (для случаев номинального рабочего напряжения нагрузки 220В) и «треугольник» (для случаев номинального рабочего напряжения нагрузки 380В). Схема соединения «Звезда без нейтрали» не рекомендуется к применению совместно с трехфазным ТТР, поскольку она не обеспечивает равномерности распределения нагрузки по фазам как в рабочем, так и в аварийном режимах.

Трехфазные общепромышленные ТТР серии HT-xx44.ZD3 (управление постоянным током) и HT-xx44.ZA2 (управление переменным током) предназначены для коммутации трехфазных, либо трех однофазные цепей питания резистивной нагрузки. Реле обеспечивают одновременную коммутацию по каждой из трех фаз.

Схема подключения трех однофазных нагрузок

Надежная работа этих ТТР в заданном диапазоне токов обеспечивается следующими техническими решениями:

• Медное основание обеспечивает максимально эффективный отвод тепла от выходного силового элемента.
• Применение различных типов выходных силовых элементов (в зависимости от модификации) гарантирует высокую надежность ТТР.
• Встроенная шунтирующая RC-цепочка повышает надежность работы ТТР в условиях импульсных помех.

Твердотельные реле HT могут иметь (в зависимости от модификации) в качестве выходного ключа:

• симисторный выход (TRIAC)  –  для реле с током до 80А.
• SCR (триодный тиристор, или просто тиристор) выход  –  для реле с током 100А и выше.

SCR выход позволяет в значительной степени понизить тепловое сопротивление подложки реле и повысить характеристик теплоотвода. Реле такого типа ориентированы на работу в сложных эксплуатационных условиях при наличии быстрых переходных процессов в сети питания: работа в сети с больших уровнем помех, работа на индуктивную нагрузку, работа в условиях высоких скачков тока нагрузки.

При эксплуатации твердотельных реле необходимо учитывать, что рекомендуемые значения тока всегда будут ниже, чем справочные (указанные в обозначении ТТР).

Справочная таблица рекомендуемых токов нагрузки

Управление переменным током	Управление постоянным током	Максимально допустимый ток нагрузки (справочно)	Рекомендуемый ток резистивной нагрузки (на каждую фазу)	I²t
HT-1044. ZA2	HT-1044.ZD3	10А	8А	85А²с
HT-2544.ZA2	HT-2544.ZD3	25А	19А	450А²с
HT-4044.ZA2	HT-4044.ZD3	40А	30А	840А²с
HT-6044.ZA2	HT-6044.ZD3	60А	45А	1800А²с
HT-8044.ZA2	HT-8044.ZD3	80А	60А	3200А²с
HT-10044.ZA2	HT-10044.ZD3	100А	75А	5000А²с
HT-12044.ZA2	HT-12044.ZD3	120А	90А	7200А²с

Кроме того, при отключении нагрузки, ТТР не обеспечивают полного размыкания электрической цепи, и выходные клеммы находятся под напряжением. Для полного отключения нагрузки (например, в период технического обслуживания оборудования) необходимо применять дополнительные меры по отключению цепи питания нагрузки, используя для этого контакторы, рубильники, выключатели нагрузки. При управлении индуктивной нагрузкой, параллельно цепи нагрузки необходимо установить варистор.

Схемы подключения ТТР

Габаритные и установочные размеры

– Как безопасно переключать большую индуктивную нагрузку с помощью симистора с помощью конденсаторного демпфера?

Задавать вопрос

спросил 4 года 3 месяца назад

Изменено 4 года, 3 месяца назад

Просмотрено 590 раз

\$\начало группы\$

Я строю аппарат точечной сварки с большим мощным трансформатором. Мне нужно подключить большую индуктивную нагрузку 70 мГн (вход трансформатора) Переключение будет выполняться с помощью SSR (оптотриак с нулевым пересечением SSR-90DA).

Когда трансформатор находится под нагрузкой, входное сопротивление почти равно активному. Моя проблема в том, что этот трансформатор также иногда является выходом разомкнутой цепи. Это эквивалентно переключению 120 В переменного тока на индуктивность 70 мГн. Функция перехода через ноль великолепна, но при чисто индуктивной нагрузке это становится проблемой. Включение в порядке. Выключение недопустимо, так как индуктивная нагрузка стрелять большим обратным импульсом, намного превышающим максимальное напряжение SSR. Я хочу поставить биполярный конденсатор переменного тока параллельно катушке индуктивности, снижение импульса до приемлемого напряжения. Мне не хватает математики, необходимой для расчета значения Cap. Какая энергия хранится в катушке при выключении? При каком напряжении эта энергия зарядит конденсатор при выключении?

Вопросы:
Как рассчитать импульсное напряжение . vs. Значение конденсатора (в момент выключения) ?
Как рассчитать необходимое значение этого конденсатора?

• силовой
• симисторный
• энергетический
• емкостный
• индуктивный

\$\конечная группа\$

4

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

TRIAC управление индуктивной нагрузкой. Текущий звонок при более высокой мощности приводит к тому, что TRIAC остается включенным

\$\начало группы\$

Вот схема, которую я использую для управления двигателем. L2 предназначен для обозначения двигателя, а C3 — это конденсатор, который поставляется с двигателем. Здесь находится однофазный двигатель переменного тока.

Эта схема взята из LTSpice. Это конкретное моделирование предназначено для имитации срабатывания симистора при 50% мощности на каждом пике синусоиды. В моделировании я вижу звон тока двигателя, из-за которого TRIAC остается включенным в течение нескольких полупериодов переменного тока.

В реальной схеме я начинаю видеть такое поведение только при уровне мощности 65% и выше. При 65% симистор срабатывает в нужном месте в течение первого полупериода, но в течение следующего полупериода симистор не выключается из-за ненулевого тока, и поэтому 100% мощности передается на двигатель для этого полуцикл. После этого я предполагаю, что ток действительно падает до нуля, потому что TRIAC выключается. Затем он снова срабатывает в следующем полупериоде, и процесс повторяется. Таким образом, общая средняя мощность, отдаваемая в нагрузку, составляет не 65 %, а (65 + 100)/2 = 82,5 %.

Это не останавливает проект. Мы можем управлять этим. Мне просто интересно, есть ли у кого-нибудь из вас какие-либо предложения по дополнениям, которые нужно внести в схему, чтобы помочь уменьшить этот звон для более надежного управления TRIAC индуктивной нагрузкой.

• токовый
• симисторный
• нагрузочный
• индуктивный
• вызывной

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

Разве R1C1 уже не действует как демпфер на симисторе?

Да, но R1 слишком высок для симисторного демпфера, на самом деле R1C1 также является демпфером для оптронного симистора.