Как работает однофазный тиристорный регулятор
В электротехнике довольно часто приходиться встречаться с задачами регулирования переменного напряжения, тока или мощности. Например, для регулирования частоты вращения вала коллекторного двигателя необходимо регулировать напряжение на его зажимах, для управления температурой внутри сушильной камеры нужно регулировать мощность, выделяемую в нагревательных элементах, для достижения плавного безударного пуска асинхронного двигателя – ограничивать его пусковой ток. Распространенным решением является устройство, называемое тиристорный регулятор.
Устройство и принцип действия однофазного тиристорного регулятора напряжения
Тиристорные регуляторы бывают однофазные и трехфазные соответственно для однофазных и трехфазных сетей и нагрузок. В этой статье мы рассмотрим простейший однофазный тиристорный регулятор, трехфазные – в других статьях. Итак, на рисунке 1 ниже представлен однофазный тиристорный регулятор напряжения:
Сам тиристорный регулятор обведен голубыми линиями и включает в себя тиристоры VS1-VS2 и систему импульсно-фазового управления (далее – СИФУ).
Тиристоры VS1-VS2 – полупроводниковые приборы, имеющие свойство быть закрытыми для протекания тока в нормальном состоянии и быть открытыми для протекания тока одной полярности при подаче напряжения управления на его управляющий электрод. Поэтому для работы в сетях переменного тока необходимо два тиристора, включенных разнонаправлено – один для протекания положительной полуволны тока, второй – отрицательной полуволны. Такое включение тиристоров называется встречно-параллельным.
Однофазный тиристорный регулятор с активной нагрузкой
Работает тиристорный регулятор так. В начальный момент времени подается напряжение L-N (фаза и ноль в нашем примере), при этом импульсы управляющего напряжения на тиристоры не подаются, тиристоры закрыты, ток в нагрузке Rн отсутствует. После получения команды на запуск СИФУ начинает формировать импульсы управления по определенному алгоритму (см.рис. 2).
Рисунок 2 Диаграмма напряжения и тока в активной нагрузке
Сначала система управления синхронизируется с сетью, то есть определяет момент времени, в который напряжение сети L-N равно нулю.
Эта точка называется моментом перехода через ноль (в иностранной литературе – Zero Cross). Далее отсчитывается определенное время T1 от момента перехода через ноль и подается импульс управления на тиристор VS1. При этом тиристор VS1 открывается и через нагрузку протекает ток по пути L-VS1-Rн-N. При достижении следующего перехода через ноль тиристор автоматически закрывается, так как не может проводить ток в обратном направлении. Далее начинается отрицательный полупериод сетевого напряжения. СИФУ снова отсчитывает время Т1 относительно уже нового момента перехода напряжения через ноль и формирует второй импульс управления уже тиристором VS2, который открывается, и через нагрузку протекает ток по пути N-Rн-VS2-L. Такой способ регулирования напряжения называется
Время Т1 называется временем задержки отпирания тиристоров, время Т2 – время проводимости тиристоров. Изменяя время задержки отпирания T1 можно регулировать величину выходного напряжения от нуля (импульсы не подаются, тиристоры закрыты) до полного сетевого, если импульсы подаются сразу в момент перехода через ноль.
Время задержки отпирания T1 варьируется в пределах 0..10 мс (10 мс – это длительность одного полупериода напряжения стандартной сети 50 Гц). Также иногда говорят о временах T1 и Т2, но оперируют при этом не временем, а электрическими градусами. Один полупериод составляет 180 эл.градусов.
Что представляет выходное напряжение тиристорного регулятора? Как видно из рисунка 2, оно напоминает «обрезки» синусоиды. Причем чем больше время Т1, тем меньше этот „обрезок“ напоминает синусоиду. Из этого следует важный практический вывод – при фазо-импульсном регулировании выходного напряжение несинусоидально. Это обуславливает ограничение области применения — тиристорный регулятор не может быть применен для нагрузок, не допускающих питание несинусоидальным напряжением и током. Так же на рисунке 2 красным цветом показана диаграмма тока в нагрузке. Поскольку нагрузка чисто активная, то форма тока повторяет форму напряжения в соответствии с законом Ома I=U/R.
Случай активной нагрузки является наиболее распространенным.
Одно из самых частых применений тиристорного регулятора – регулирование напряжения в ТЭНах. Регулируя напряжение, изменяется ток и выделяемая в нагрузке мощность. Поэтому иногда такой регулятор также называют
Регулирование напряжения и тока в активно-индуктивной нагрузке
Мы рассмотрели простейший случай активной нагрузки. Зададимся вопросом, что изменится, если нагрузка будет иметь помимо активной еще и индуктивную составляющую? Например, активное сопротивление подключено через понижающий трансформатор (рис.3). Это кстати очень распространенный случай.
Рисунок 3 Тиристорный регулятор работает на RL-нагрузку
Посмотрим внимательно на рисунок 2 из случая чисто активной нагрузки.
Рисунок 4 Диаграмма напряжения и тока для RL-нагрузки
После включения тиристора ток в нагрузке нарастает постепенно, благодаря чему кривая тока сглаживается. Чем больше индуктивность, тем более сглаженная кривая тока. Что это дает практически?
- Наличие достаточной индуктивности позволяет приблизить форму тока к синусоидальной, то есть индуктивность выполняет роль синус фильтра. В данном случае это наличие индуктивности обусловлено свойствами трансформатора, но часто индуктивность вводят преднамеренно в виде дросселя.
- Наличие индуктивности уменьшает величину помех, распространяемых тиристорным регулятором по проводам и в радиоэфир.
Резкое, почти мгновенное (в течение нескольких микросекунд) нарастание тока вызывает помехи которые могут препятствовать нормальной работе другого оборудования. А если питающая сеть «слабая», то бывает и совсем курьез – тиристорный регулятор может „глушить“ сам себя своими же помехами. - У тиристоров есть важный параметр – величина критической скорости нарастания тока di/dt. Например, для тиристорного модуля SKKT162 эта величина составляет 200 А/мкс. Превышение этой величины опасно, так как может привести к выходу тиристору из строя. Так вот наличие индуктивности дает возможность тиристору остаться в области безопасной работы, гарантированно не превысив предельную величину di/dt. Если же это условие не выполняется, то может наблюдаться интересное явление – выход тиристоров из строя, притом что ток тиристоров не превышает их номинального значения. Например, тот же SKKT162 может выходить из строя при токе в 100 А, хотя он может нормально работать до 200 А. Причиной будет превышение именно скорости нарастания тока di/dt.
Резкое, почти мгновенное (в течение нескольких микросекунд) нарастание тока вызывает помехи которые могут препятствовать нормальной работе другого оборудования. А если питающая сеть «слабая», то бывает и совсем курьез – тиристорный регулятор может „глушить“ сам себя своими же помехами.
Кстати, надо оговориться, что индуктивность в сети есть всегда, даже если нагрузка носит чисто активный характер. Ее наличие обусловлено, во-первых, индуктивностью обмоток питающей трансформаторной подстанции, во вторых, собственной индуктивностью проводов и кабелей и, в третьих, индуктивностью петли, образованной питающими и нагрузочными проводами и кабелями. И чаще всего этой индуктивности хватает, чтобы обеспечить условие непревышения di/dt критического значения, поэтому производители обычно не ставят в тиристорные регуляторы дроссели, предлагая их как опцию тем, кого беспокоит «чистота» сети и электромагнитная совместимость устройств к ней подключенных.
Также обратим внимание диаграмму напряжения на рисунке 4. На ней также видно, что после перехода через ноль на нагрузке появляется небольшой выброс напряжения обратной полярности. Причина его возникновения – затягивание спадания тока в нагрузке индуктивностью, благодаря чему тиристор продолжает быть открытым даже при отрицательной полуволне напряжения.
Запирание тиристора происходит при спадания тока до нуля с некоторым запаздыванием относительно момента перехода через ноль.
Случай индуктивной нагрузки
Что будет если индуктивная составляющая много больше составляющей активной? Тогда можно говорить о случае чисто индуктивной нагрузки. Например, такой случай можно получить, отключив нагрузку с выхода трансформатора из предыдущего примера:
Рисунок 5 Тиристор регулятор с индуктивной нагрузкой
Трансформатор, работающий в режиме холостого хода – почти идеальная индуктивная нагрузка. В этом случае из-за большой индуктивности момент запирания тиристоров смещается ближе к середине полупериода, а форма кривой тока максимально сглаживается до почти синусоидальной формы:
Рисунок 6 Диаграммы тока и напряжение для случая индуктивной нагрузки
При этом напряжение на нагрузке почти равно полному сетевому, хотя время задержки отпирания составляет всего половину полупериода (90 эл.
градусов) То есть при большой индуктивности можно говорить о смещении регулировочной характеристики. При активной нагрузке максимальное выходное напряжение будет при угле задержки отпирания 0 эл.градусов, то есть в момент перехода через ноль. При индуктивной нагрузке максимум напряжения можно получить при угле задержки отпирания 90 эл.градусов, то есть при отпирании тиристора в момент максимума сетевого напряжения. Соответственно, случаю активно-индуктивной нагрузки максимум выходного напряжения соответствует углу задержки отпирания в промежуточном диапазоне 0..90 эл.градусов.
Тиристорные регуляторы мощности TYA – BG electric e.K.
Регуляторы мощности
- ESGT и Tyco (BG electric)
- REVO, Relay, CD3000
- REVEX
- Thyro (Advanced Energy)
- TYA (JUMO)
Хотите узнать цену? [x]
Вставьте заказной номер:
Немецкая компания JUMO предлагает полную линейку тиристорных регуляторов мощности серии TYA 200.
Каждый регулятор мощности состоит из двух встречно-параллельно включенных силовых тиристоров, изолированного радиатора и электроники управления. Микропроцессорное управление гальванически отделено от силовой схемы. Регуляторы содержат ограничитель тока и специальные алгоритмы для нагрузки разных типов. Регуляторы имеют различные входы управления, выходы извещений, обратную связь по мощности, току или напряжению в нагрузке.
Однофазные регуляторы мощности
JUMO TYA 201
70.9061
- Послать запрос
- Тех. данные (англ.)
- Инструкция (англ.)
Однофазные тиристорные регуляторы разработаны для регулирования мощности индуктивной или смешанной нагрузки, например, трансформатора. Регуляторы оснащены дисплеем и интерфейсом, располагают аналоговыми входами управления, а также электронным ограничителем максимального тока.
Складские модели с коротким сроком поставки:
Software:
| ||||||||||||||||||||
01.xx/1.xx, 00432892Трёхфазные регуляторы мощности
JUMO TYA 202
70.9062
- Послать запрос
- Тех. данные (англ.)
- Инструкция (англ.)
Трехфазный тиристорный регулятор мощности JUMO TYA 202 с регулированием по двум фазам представляет собой системное развитие технологии контроллеров мощности JUMO. Он управляет резистивной или индуктивной нагрузкой в трехфазной схеме звезда-треугольник. Он используется там, где необходимо управлять большими резистивными или индуктивными нагрузками.
Складские модели с коротким сроком поставки:
| ||||||||||
Трёхфазные регуляторы мощности
JUMO TYA 203
70.
9063- Послать запрос
- Тех. данные (англ.)
- Инструкция (англ.)
Трехфазный тиристорный регулятор мощности JUMO TYA 202 представляет собой системное развитие технологии контроллеров мощности JUMO. Он управляет резистивной или индуктивной нагрузкой в трехфазной схеме звезда-треугольник. Он используется там, где необходимо управлять большими резистивными или индуктивными нагрузками.
Складские модели с коротким сроком поставки:
| ||||||||||
Однофазные регуляторы мощности
JUMO TYA S201
70.
9065- Послать запрос
- Тех. данные (англ.)
- Инструкция (англ.)
Однофазные тиристорные регуляторы для работы с пакетной коммутацией. JUMO TYA S201 представляет собой оптимизированную по стоимости версию JUMO TYA 201 и используется для управления резистивными и индуктивными нагрузками. Области применения включают промышленные печи и переработку пластмасс.
Складские модели с коротким сроком поставки:
| ||||||||||
Трёхфазные регуляторы мощности
JUMO TYA S202
70.
9066- Послать запрос
- Тех. данные (англ.)
- Инструкция (англ.)
Трехфазный тиристорный регулятор мощности JUMO TYA S202 с регулированием по двум фазам для работы с пакетной коммутацией. JUMO TYA S201 представляет собой оптимизированную по стоимости версию JUMO TYA 202 и используется для управления резистивными и индуктивными нагрузками. Области применения включают промышленные печи и переработку пластмасс.
Складские модели с коротким сроком поставки:
| ||||||||||||||||||||||
Индуктивно-трансформаторная связь | Control Concepts, Inc.
Индукционный нагрев, трансформаторная связь
Просмотреть все типы нагрузки
Контроллеры, рекомендуемые для индуктивных нагрузок, перечислены ниже:
| Модель | Фаза | Режим | Напряжение | Текущий | Основные моменты |
|---|---|---|---|---|---|
| 1022 | Один | Фазовый угол | 120-575 В переменного тока | 10-70 А | Принимает команды Vdc и потенциометра. |
| 1025 | Один | Фазовый угол | 120-575 В переменного тока | 10-70 А | Принимает команды мА. |
| 1029Д | Один | Фазовый угол | 120-575 В переменного тока | 50-2000 А | Более высокие номинальные токи, чем у наших моделей твердотельных реле. Функции включают в себя: ограничение тока, обнаружение короткого замыкания тиристора, отключение при перегрузке по току, измерительные выходы, выбираемые пользователем режимы обратной связи. |
| 1032А | Один | Фазовый угол | 120-575 В переменного тока | 10-70 А | Принимает большинство команд. Ограничение тока, регулируемое в полевых условиях. |
| 1600 | Один/три | Фазовый угол или пересечение нуля | 120-575 В переменного тока | 10-70 А | Принимает большинство команд. Позволяет смешивать линейные напряжения и токи нагрузки для нескольких зон на небольшой площади. |
| 2022 | Один | Фазовый угол | 120-575 В переменного тока | 10-70 А | Принимает большинство команд. Двойные уставки для быстрых переходов. |
| 3629С | Три | Фазовый угол | 208-575 В переменного тока | 50-1000 А | Более высокие номинальные токи, чем у наших моделей твердотельных реле. Особенности включают в себя: ограничение тока, обнаружение короткого замыкания SCR, отключение по перегрузке по току. |
| FUSION Однофазный | Один | Фазовый угол или пересечение нуля | 24–600 В перем. тока, 45–65 Гц (автоматический выбор диапазона) | 50–1200 А | 24–600 В перем. тока. Микропроцессорный контроллер SCR, работающий как с аналоговым, так и с цифровым интерфейсом. Контроллер фазового угла или нулевого перекрестного запуска, который линейно регулирует относительно заданного значения переменное напряжение, ток или фактическую мощность, подаваемую на электрическую нагрузку. Управление осуществляется с помощью пары встречно-параллельных тиристоров. |
| FUSION Трехфазный | Три | Фазовый угол или пересечение нуля | 24–600 В перем. тока, 45–65 Гц (автоматический выбор диапазона) | 50–1200 А | 24–600 В перем. тока. Микропроцессорный контроллер SCR, работающий как с аналоговым, так и с цифровым интерфейсом. Контроллер фазового угла или нулевого перекрестного запуска SCR, который линейно регулирует относительно заданного значения напряжение переменного тока, ток или фактическую мощность, подаваемую на трехфазную электрическую нагрузку. Трехфазный контроллер можно заказать с 2-х или 3-х фазным управлением, причем 2-х ветвевое управление ограничено перекрестным запуском через ноль. Управление достигается для 3-х ветвей тремя парами встречно-параллельных SCR или для 2-х ветвей двумя парами встречно-параллельных SCR. |
| Компактный FUSION, однофазный | Один | Фазовый угол, пересечение нуля, импульс | 24–600 В перем. тока, 45–65 Гц (автоматический выбор диапазона) | 10–160 А | 24–600 В перем. тока. Микропроцессорный контроллер SCR, работающий как с аналоговым, так и с цифровым интерфейсом. Выход управляется линейно по отношению к командному сигналу и может быть установлен на среднее или среднеквадратичное значение напряжения или тока, а также на истинную мгновенную мощность или внешнюю обратную связь. |
| Компактный трехфазный FUSION | Три | Фазовый угол, пересечение нуля, импульс | 24–600 В перем. тока, 45–65 Гц (автоматический выбор диапазона) | 10–160 А | 24–600 В перем. тока. Микропроцессорный контроллер SCR, работающий как с аналоговым, так и с цифровым интерфейсом. Можно заказать с 2-х или 3-х опорным управлением, при этом 2-х опорное положение ограничено нулевой перекрестной стрельбой. Выход управляется линейно по отношению к командному сигналу и может быть установлен на среднее или среднеквадратичное значение напряжения или тока, а также на истинную мгновенную мощность или внешнюю обратную связь. |
| Однофазный MicroFUSION | Один | Фазовый угол, переход через ноль, режим преобразования через нуль | 24–600 В перем. тока, 45–65 Гц (автоматический выбор диапазона) | 8 – 400 А | MicroFUSION — это сверхкомпактный высокопроизводительный цифровой контроллер SCR, который адаптируется как к аналоговой, так и к цифровой среде. |
| Трехфазный MicroFUSION | Три | Фазовый угол, переход через ноль, переход через ноль Режим трансформатора | 24–600 В перем. тока, 45–65 Гц (автоматический выбор диапазона) | 8 – 400 А | MicroFUSION — это сверхкомпактный высокопроизводительный цифровой контроллер SCR, который адаптируется как к аналоговой, так и к цифровой среде. |
Узнайте больше о режимах стрельбы здесь.
Узнайте больше о подключениях нагрузки здесь.
Использование симисторов для управления индуктивными нагрузками
You are here: Home / Home Electrical Circuits / Использование симисторов для управления индуктивными нагрузками
Искать на веб-сайте
Последнее обновление от Swagatam 53 комментариев
Здесь мы попытаемся исследовать несколько усовершенствованных схем фазового регулятора на основе симистора, которые можно рекомендовать для управления или эксплуатации индуктивных нагрузок, таких как трансформаторы и двигатели переменного тока. намного безопаснее, чем более ранние традиционные схемы диммера на основе симистора.
Симистор — это полупроводниковое устройство, используемое для переключения нагрузок переменного тока. Обычно рекомендуется, чтобы нагрузки, которые должны работать через симисторы, были резистивными по своей природе, а это означает, что следует избегать нагрузок, которые включают в себя катушки или конденсаторы.
Поэтому в целом нагрузки, которые преобразуют энергию в тепло, такие как лампы накаливания или нагреватели и т. д., подходят только с симисторами в качестве выключателей и устройств, таких как трансформаторы, двигатели переменного тока и электронные схемы, — это большое НЕТ!
Однако недавние разработки и исследования значительно улучшили ситуацию, и сегодня новые симисторы и связанные с ними улучшенные конфигурации цепей сделали абсолютно безопасным использование симисторов даже для коммутации чисто индуктивных нагрузок.
Я не буду обсуждать технические аспекты конфигураций, имея в виду новых любителей электроники и ради простоты.
Давайте проанализируем несколько исследованных конструкций, которые поддерживают симисторы с индуктивной нагрузкой.
Схема управления симистором подходит только для резистивных нагрузок
Первая схема показывает общий способ использования комбинации симистора и диода для реализации требуемого управления конкретной нагрузкой, однако эта конструкция не подходит для индуктивных нагрузок.
В схеме реализован принцип запуска с синхронизацией через симистор. Конфигурация самая простая по форме и имеет следующие преимущества:
Конструкция очень простая и дешевая.
Использование только двухконцевого провода и отсутствие внешнего источника питания.
Но одним большим недостатком этой конструкции является ее неспособность работать с высокоиндуктивными нагрузками.
Цепь управления симистором, достаточно подходящая для работы с индуктивными нагрузками
Однако небольшое размышление показывает, что приведенную выше схему можно просто преобразовать в конструкцию, показанную на следующей диаграмме.
Здесь принцип трансформируется в срабатывание симистора с синхронизацией по напряжению сети.
Идея в значительной степени нейтрализует вышеуказанную проблему и очень хорошо согласуется даже с индуктивными нагрузками.
Обратите внимание, что в приведенной выше конструкции, что очень интересно, положение нагрузки и подключения резистора было изменено для получения ожидаемых результатов.
Преимущества можно оценить следующим образом:
Опять же простая конструкция и очень низкая стоимость.
Лучшее управление равномерными нагрузками, которые по своей природе являются индуктивными.
Как обычно, для работы не требуется внешний источник питания.
Недостатком является использование 3-х оконечных проводов для предполагаемых соединений.
Операции становятся очень асимметричными, поэтому схему нельзя использовать для управления нагрузками с высокой индуктивностью, такими как трансформаторы.
Схема управления симистором идеально подходит для высокоиндуктивных нагрузок, таких как трансформаторы и двигатели переменного тока.
Разумная настройка приведенной выше схемы делает ее очень желательной даже для самых табуированных индуктивных нагрузок, таких как трансформаторы и двигатели переменного тока.
Здесь еще один небольшой чувствительный симистор искусно введен для устранения основной проблемы, которая, в первую очередь, делает симисторы неподходящими для индуктивных нагрузок.
Второй маленький симистор следит за тем, чтобы симистор никогда не выключался и не блокировался полностью, генерируя последовательность импульсов, поддерживая симистор активным и все время «пинающим».
Преимущества представленной выше окончательной конструкции можно отметить следующими пунктами:
Очень простая конструкция,
Превосходная точность при управлении высокоиндуктивными нагрузками,
Не требуется внешний источник питания.
Приведенная выше схема была разработана исключительно лабораторией приложений SGS-THOMSON Microelectronics и успешно использовалась для широкого спектра оборудования.
