Carsevolution.ru

КАРС Эволюшн
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Принцип работы симисторных регуляторов мощности

Принцип работы симисторных регуляторов мощности

Полупроводниковый прибор, имеющий 5 p-n переходов и способный пропускать ток в прямом и обратном направлениях, называется симистором. Из-за неспособности работы на высоких частотах переменного тока, высокой чувствительности к электромагнитным помехам и значительного тепловыделения при коммутации больших нагрузок, в настоящее время широкого применения в мощных промышленных установках они не имеют.

Сегодня схемы на симисторах можно найти во многих бытовых приборах от фена до пылесоса, ручном электроинструменте и электронагревательных устройствах – там, где требуется плавная регулировка мощности.

Регулятор мощности

Способы регулировки тока

Существуют множество способов регулировки тока, и выше мы писали о вторичной и первичной обмотке. На самом деле, это очень грубая классификация, поскольку регулировка еще делится на несколько составляющих. Мы не сможем разобрать все составляющие в рамках этой статьи, поэтому остановимся на наиболее популярных.

Один из самых часто применяемых методов регулировки тока — это добавление баластника на выходе вторичной обмотки. Это надежный и долговечный способ, баластник можно легко сделать своими руками и использовать в работе без дополнительных приборов. Зачастую баластники используют исключительно для уменьшения силы тока.

пружина регулятор тока

В этой статье мы подробно описывали принцип работы и особенности использования баластника для сварочного полуавтомата. Там вы найдете подробную инструкцию, как изготовить прибор в домашних условиях и как использовать его в своей работе.

Несмотря на множество достоинств, метод регулировки тока по вторичной обмотке при использовании в связке с трансформатором для сварки может быть не очень удобен, особенно для начинающих сварщиков. Прежде всего, баластник довольно громоздкий и его размер может достигать метра в длину. Еще прибор часто находится под ногами и при этом сильно нагревается, а это грубое нарушение техники безопасности.

Если вы не готовы мириться с этими недостатками, то рекомендуем обратить внимание на метод, когда производится регулировка сварочного тока по первичной обмотке. Для этих целей зачастую используются электронные приборы, которые можно легко сделать своими руками. Такой прибор будет беспроблемно регулировать ток по первичке и не доставит сварщику неудобств при эксплуатации.

Электронный регулятор станет незаменимым помощником дачника, который вынужден проводить сварку в условиях нестабильного напряжения. Часто домам просто не положено использование электроприборов более 3-5 кВт, а это очень ограничивает в работе. С помощью регулятора можно настроить свой аппарат таким образом, чтобы он мог бесперебойно работать даже с учетом низкого напряжения. Также такой прибор пригодится мастерам, которым необходимо постоянно перемещаться с места на место во время работы. Ведь регулятор не нужно таскать за собой, как баластник, и он никогда не станет причиной травм.

Теперь мы расскажем о том, как самому изготовить электронный регулятор из тиристоров.

Принцип работы

Принцип работы симистора довольно прост. Это своего рода электронный ключ, который то закрывает двери, то открывает их с заданной частотой. При открытии P-N перехода симистора он пропускает небольшую часть полуволны и потребитель получает только часть номинальной мощности. То есть чем больше открывается P-N переход, тем больше мощности получает потребитель.

К достоинствам этого элемента можно отнести:

    Симисторы довольно долговечны, так как в них отсутствуют механические контакты.
  • Из-за отсутствия механической составляющей отсутствует искрообразование.
  • В моменты нулевого сетевого тока симистор может проводить коммутацию, что тем самым снижает количество помех и обеспечивает высокую точность работы схемы.

В связи с вышесказанными достоинствами симисторы и регуляторы на их основе используются довольно часто.

Выбираем схему

Существует множество схем плавного пуска, постараемся подобрать что-нибудь подходящее и наиболее доступное для нас.

Читайте так же:
Щупы для регулировки зазора клапанов 0 15мм

На дискретных элементах

Регулятор, схема которого представлена ниже, собран на симметричном тиристоре (симисторе) КУ208Г и позволяет осуществлять плавный пуск электроинструмента мощностью до 2 кВт.

Плавный пуск электроинструмента в переноске

Сразу после подачи напряжения на схему (тумблер SA1) Конденсатор С1 разряжен, симистор VS1 закрыт и двигатель М не вращается. Далее конденсатор постепенно заряжается через диод VD1 и резистор R2, симистор начинает открываться, но с большой задержкой от начала полуволны сетевого напряжения. На мотор поступает небольшое начальное напряжение, и он запускается на минимальных оборотах.

По мере зарядки конденсатора задержка открывания симистора уменьшается, напряжение на моторе увеличивается, а значит, увеличиваются и обороты. Как только конденсатор зарядится полностью, симметричный тиристор будет открываться в начале каждой полуволны, подавая на двигатель полное сетевое напряжение, и последний выйдет на полные обороты.

Время плавного включения можно регулировать, подбирая емкость конденсатора С1. При указанных номиналах (500 мкФ) инструмент выйдет на рабочий режим примерно через 2-3 сек после включения.

Важно! При мощности электроинструмента более 500 Вт симметричный тиристор необходимо установить на радиатор.

На микросхеме и симисторе

Эта схема собрана на отечественной универсальной микросхеме КР1182ПМ1. С ее помощью можно построить как устройство плавного пуска, так и регулятор напряжения. На схеме, приведенной ниже, микросхема включена в режиме плавного пуска.

Плавный пуск электроинструмента в переноске

Поскольку микросхема имеет относительно малую выходную мощность – до 150 Вт, – то оснащена мощным выходным ключом, в роли которого выступает симметричный тиристор ТС122-20-10, выдерживающий ток до 20 А. Время выхода двигателя на рабочий режим зависит от емкости конденсатора С1. Такая схема сможет работать без радиатора при мощности нагрузки до 1 кВт.

Полезно! При необходимости симистор ТС122-20-10 можно заменить на КУ208Г, но мощность устройства при такой замене упадет вдвое.

Интегральный регулятор

Схема на дискретных элементах достаточно проста и не содержит дефицитных элементов, но она слишком громоздка и ее придется поместить в отдельный корпус, особенно если электроинструмент мощный и потребуется радиатор. В этом плане намного удобнее использовать готовые интегральные блоки плавного пуска. Самый удобный для нас вариант – KRRQD20A.

Плавный пуск электроинструмента в переноске

Компактный интегральный блок плавного пуска (БПП) рассчитан на ток до 20 А и способен коммутировать мощность до 4 кВт. Модуль имеет 2 вывода и включается в разрыв одного из питающих проводов двигателя инструмента. Если оснастить им удлинитель (многие почему то называют его переноской), то электроинструмент, подключенный через него, будет плавно запускаться при нажатии на кнопку включения.

Плавный пуск электроинструмента в переноске

На фото хорошо видно, что модуль предназначен для установки на радиатор, но если мощность электроинструмента не превышает 1 кВт, то радиатор не потребуется.

Важно! Существуют похожие модули с теми же функциями, но имеющие три вывода. Для наших целей они не подходят, поскольку включаются не просто в разрыв питающего провода, а подают напряжение на мотор по отдельной линии.

Плавный пуск электроинструмента в переноске

Схема подключения нанесена прямо на корпусе прибора и очевидно, что его можно использовать, только установив после выключателя в сам электроинструмент. Тоже неплохой вариант, но, во-первых, удлинитель более универсальное решение (можно подключать любой инструмент или даже лампу), а, во-вторых, разбирая инструмент, мы лишаемся гарантийного обслуживания.

Читайте так же:
Регулировка подачи воздуха в двигатель

Обзор устройств плавного пуска –применение, принципы действия, разновидности, схемы включения

Одна из особенностей работы асинхронного двигателя, которую можно назвать недостатком – большой пусковой ток при старте, который может превышать номинальный в 8 и более раз. Это обусловлено принципом его работы – при подаче на него номинального напряжения он стремится сразу выйти на полную мощность. Данная особенность проявляется в большой мере при пуске через линейный контактор, это также называют прямым пуском двигателя.

В некоторых механизмах принципиально важно, чтобы пуск был плавный, без рывков и ударов. Это касается прежде всего технологического оборудования, у которого высокий момент инерции при запуске. Например, тяжелые маховики и конвейеры с продукцией, а также мощные насосы и вентиляторы.

Иными словами, большой пусковой ток и большой момент инерции механической нагрузки на валу двигателя – взаимосвязанные вещи, от который часто необходимо избавляться.

Кстати, в некоторых странах законодательно запрещено включать электродвигатели большой мощности прямой подачей напряжения, поскольку это создает помехи, падение напряжения и перегружает электросети, что может вызвать проблемы у других потребителей и даже стать причиной аварий.

Как обеспечить плавный пуск двигателя

Существуют несколько вариантов уменьшения пускового тока, которые используются на практике.

1. Применение преобразователей частоты. В этом случае можно обеспечить сколь угодно долгий разгон, а также ограничить превышение номинального тока, например, на уровне 110%. Это лучший способ плавного пуска, однако, он используется далеко не всегда, поскольку преобразователь частоты – дорогостоящее электронное устройство, которое имеет множество функций. Если нужно только ограничение пускового тока и плавный разгон, преобразователь частоты будет избыточен, и большинство его функций останутся не востребованы.

2. Схема «Звезда – Треугольник». Двигатель при этом должен быть таким, чтобы номинальное напряжение питания при включении его обмоток «треугольником» было 380 В. В этом случае двигатель запускается в два этапа. На этапе разгона обмотки включаются «звездой». Таким образом получается, что 380 В подается на схему, которая для нормальной работы требует напряжения порядка 660 В. Поскольку двигатель в «звезде» работает при пониженном напряжении, разгон (выход на рабочие обороты) получается сравнительно плавным. На втором этапе обмотки включаются «треугольником», и двигатель выходит на свою номинальную мощность. Минус этого способа – разгон получается ступенчатым, а пусковые токи могут принимать большое значение.

3. Когда речь идет только о минимизации пускового тока, наиболее оптимальный вариант – использование устройства плавного пуска (softstarter).

Ниже рассмотрим принципы работы устройств плавного пуска (УПП) и схемы их включения.

Как работает устройство плавного пуска

Рассмотрим пошагово, какие процессы происходят при работе УПП, и какие регулировки влияют на его работу.

В минимальной конфигурации устройства плавного пуска (УПП) имеют три регулировки – время разгона, время торможения, и напряжение пуска.

При включении действующее напряжение на двигателе определяется регулировкой напряжения пуска, которое обычно составляет 30…80 % от номинала. Понижение напряжения и его регулировка производится тиристорами, которые открываются (пропускают ток) только в части полупериода сетевого напряжения. Фазой открытия тиристоров можно менять напряжение на двигателе.

Таким образом, регулируя фазу открытия тиристоров, можно менять ток и крутящий момент двигателя.

В зависимости от конкретного случая может потребоваться большой начальный момент, чтобы двигатель мог тронуться с места. Но для уменьшения пускового тока начальное напряжение лучше устанавливать минимально возможным.

Читайте так же:
Регулировка маятникового рычага соболь

При большом времени разгона пусковой ток будет минимальным. Однако, следует выбирать его оптимальным, обычно 10…20 секунд, в зависимости от типа нагрузки. При слишком большом времени разгона возможен излишний нагрев тиристоров. Критерием оптимального времени разгона служит время выхода двигателя на номинальные обороты и номинальный рабочий ток. По истечении времени разгона включается контактор байпаса, который может быть установлен внутри УПП, или быть внешним. Во время работы двигателя на номинальном режиме весь питающий ток идет только через этот контактор, при этом тиристоры в работе не участвуют.

Если пришел сигнал на остановку двигателя, контактор байпаса выключается. Вступают в работу тиристоры, которые работают в обратном режиме – постепенно уменьшают фазу (время открытия в течение полупериода) с максимальной до нуля. Если время торможения не важно, то можно его установить минимальным (0-2 секунды), это увеличит ресурс тиристоров, и улучшит тепловой режим электрощита в целом. Двигатель будет останавливаться на выбеге, к ак при питании через обычный контактор. Но если важно исключить гидроудар, или плавно замедлить движение объектов без их резкой остановки и падения, то функция плавной остановки будет очень полезной.

В УПП также могут присутствовать такие регулировки: управление крутящим моментом двигателя, конечное напряжение при останове, номинальный ток двигателя, ограничение пускового тока. Современные УПП имеют ЖК-дисплей и кнопки управления, которые позволяют конфигурировать несколько десятков различных параметров для тонкой настройки.

Схемы включения

Как во всех подобных устройствах, в схеме включения УПП имеется силовая часть, и часть управления.

Силовая часть схемы – это та часть, через которую проходит ток питания двигателя. Ток двигателя поступает через силовые клеммы L1, L2, L3 (или R, S, T) на входы тиристоров или контактора байпаса, и затем через выходные клеммы T1, T2, T3 (U, V, W) подается на двигатель.

Схема управления включает в себя в основном цепи запуска и остановки. Напряжение питания цепей управления обычно составляет 24…220 В, и может быть внешним, либо браться из УПП.

С участием УПП можно реализовать схему плавного пуска электродвигателя с реверсом. Для этого нужно на входе установить реверсивный контактор по классической схеме. Важно сделать блокировку для предотвращения реверса двигателя во время его вращения.

Допускается запускать УПП и начинать вращение двигателя подачей питания на цепи управления и силовые цепи. Это может быть удобно при дистанционной подаче силового питания. Однако, при этом следует предусмотреть меры безопасности – обслуживающий персонал должен понимать, что при подаче питания на УПП двигатель может начать вращаться.

Пример схемы

Рассмотрим для примера схему включения УПП ABBPSTX.

В силовую часть входят: автомат защиты двигателя (вводной), тиристоры и контактор байпаса (внутри УПС), и собственно двигатель.

Для питания цепей управления подается фазное напряжение 220В и нейтраль на клеммы 1, 2. В УПП имеется встроенный блок питания, который вырабатывает напряжение 24 В для питания органов управления. Допускается также применение внешнего БП 24 В, при этом напряжение на клеммы 1, 2 подавать не нужно.

При соответствующем подключении и настройках кнопки могут быть как с фиксацией, так и без. Управление может производиться не только с кнопок, но и через контакты реле или контроллера.

Читайте так же:
Регулировка подшипника ступицы заднего колеса зил 130

Имеются и другие входы для различных режимов работы, а также три выходных реле с сухими контактами, которые могут использоваться по необходимости для включения дополнительных контакторов и индикации.

Защита

В дешевых УПП часто не реализована защита от перегрузки по току, перегреву и короткому замыканию. В таких случаях необходимо устанавливать нужную защиту и включать УПП по схеме, рекомендованной производителем.

В состав защиты могут входить:

  • Мотор-автомат (автомат защиты двигателя),
  • Полупроводниковые предохранители, либо защитные автоматы с характеристикой «В»,
  • Тепловое реле,
  • Короткое либо межвитковое замыкание в обмотках двигателя,
  • Контактор аварийной цепи, выключающий питание УПП при срабатывании внутреннего аварийного реле либо нажатии кнопки «Аварийный останов».

Пример неправильной установки защиты, в результате которой произошел пожар:

Следует сказать, что даже если в УПП входят все виды защит, необходимо на вводе силового питания и питания схемы управления устанавливать соответствующие защитные автоматы либо предохранители.

Двухфазные УПП

В некоторых бюджетных моделях управление выходным напряжением происходит только по двум фазам. Таким образом, происходит экономия на тиристорах и на одном контакте контактора байпаса.

Это решение имеет право на жизнь, и главный плюс таких УПП – цена.

Однако, имеются минусы, о которых стоит знать:

  • При запуске и торможении происходит перекос фаз, который приводит к дополнительному нагреву двигателя,
  • Пусковой ток по «прямой» фазе почти не уменьшается,
  • Постоянное присутствие фазного напряжения на двигателе представляет опасность для персонала.

Заключение

УПП нашли достойное место там, где не нужна регулировка скорости вращения двигателя, но важным аспектом является минимизация пусковых перегрузок питающей сети и приводимых в движение механизмов. Однако, в последнее время их всё больше вытесняют преобразователи частоты, которые имеют гораздо более широкий спектр возможностей управления двигателем.

Принцип работы твердотельного реле

твердотельные реле

Рис. №3. Схема работы с использованием твердотельного реле. В положении выключено, когда на входе наблюдается 0 В, твердотельное реле не дает пройти току через нагрузку. В положение включено, на входе есть напряжение, ток идет через нагрузку.

Основные элементы регулируемой входной цепи переменного напряжения.

  1. Регулятор тока служит для поддержки неизменного значения тока.
  2. Двухполупериодный мост и конденсаторы на входе в устройство служат для преобразования сигнала переменного тока в постоянный.
  3. Встроенный оптрон оптической развязки, на него подается питающее напряжение и через него протекает входной ток.
  4. Тригерная цепь служит для управления эмиссией света встроенного оптрона, в случае прекращения подачи входного сигнала ток прекратит свое протекание через выход.
  5. Резисторы, расположенные в схеме последовательно.

В твердотельных реле используется два распространенных типа оптических развязок – семистор и транзистор.

Симистор обладает следующими преимуществами: включение в состав развязки тригерной цепи и ее защищенность от помех. К недостаткам следует отнести дороговизну и необходимость больших величин тока на входе в устройство, необходимого для переключения выхода.

твердотельные реле

Рис. №4. Схема реле с семистором.

Тиристор — не нуждается в наличии большого значения тока для переключения выхода. Недостаток – нахождение триггерной цепи вне развязки, а значит большее число элементов и слабая защита от помех.

твердотельные реле

Рис. №5. Схема реле с тиристором.

твердотельные реле

Рис. №6. Внешний вид и расположение элементов в конструкции твердотельного реле с транзисторным управлением.

Принцип работы твердотельного реле типа SCR полупериодного управления

При прохождении тока через реле исключительно в одном направлении величина мощности снижается почти на 50%. Для предотвращения этого явления используют два параллельно подключенных SCR, расположенные на выходе (катод соединяется анодом другого).

Читайте так же:
Как регулировать фары на японских авто

твердотельные реле

Рис. №7. Схема принципа работы полупериодного управления SCR

Типы коммутирования твердотельных реле

  1. Управление коммутационными действиями при переходе тока через ноль.

твердотельные реле

Рис. №8. Коммутация реле при переходе тока через ноль.

Преимущество способа – отсутствие помех при включении.

Недостатки – прерывание выходного сигнала, отсутствие возможности применения с нагрузками, обладающими высокой индуктивностью.

Используется для резистивной нагрузки в системах управления и контролирования нагревательных устройств. Использование в слабоиндуктивных и емкостных нагрузках.

  1. Фазовое управление твердотельным реле

твердотельные реле

Рис.№9. Схема фазного управления.

Преимущество: непрерывность и плавная регулировка, возможность изменять значение выходного напряжения.

Недостатки: присутствуют помехи при производстве переключений.Область использования: управление систем нагрева, индуктивные нагрузки (трансформаторы), инфракрасные выключатели (резистивная нагрузка).

Основные показатели для выбора твердотельных реле

  • Ток: нагрузки, пусковой, номинальный.
  • Тип нагрузки: индуктивность, емкость или резистивная нагрузка.
  • Тип напряжения цепи: переменное или постоянное.
  • Тип сигнала управления.

Рекомендации по подбору реле и эксплуатационные нюансы

Токовая нагрузка и ее характер служат главным фактором, определяющим выбор. Реле выбирается с запасом по току, в который входит учет пускового тока (он должен выдержать 10-кратное превышение тока и перегруз на 10 мс). При работе с обогревателем номинальный ток превышает номинальный ток нагрузки не менее чем на 40%. При работе с электродвигателем запас по току рекомендован быть больше номинала не менее чем в 10 раз.

Ориентировочные примеры выбора реле при превышении тока

  1. Нагрузка активной мощности, например, ТЭН – запас 30-40%.
  2. Электродвигатель асинхронного типа, 10 кратный запас по току.
  3. Освещение с лампами накаливания – 12 кратный запас.
  4. Электромагнитные реле, катушки – от 4 до 10 кратного запаса.

твердотельные реле

Рис. №10. Примеры выбора реле при активной нагрузке по току.

Такой электронный компонент электрических цепей как твердотельное реле становиться обязательным интерфейсом в современных схемах и обеспечивает надежную электрическую изоляцию между всеми задействованными электроцепями.

Пишите комментарии,дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Итоги

Так уж повелось, что производитель не особо стремится посвящать пользователя в технические подробности своих решений. Получить информацию о методе регулирования мощности практически нереально. Ее нет ни на сайтах производителей техники, ни в инструкциях по эксплуатации. В качестве наглядного примера ниже представлены выдержки из инструкций бюджетной и довольно дорогой индукционных панелей, в которых даны советы по выбору уровня мощности при приготовлении различных блюд.

В них также содержатся рекомендации производителей по использованию режимов мощности плиты.

Как видим, по сути, в обоих случаях текст идентичен — в нем нет ни слова об используемом методе регулировки мощности.

Наиболее правильным будет ориентироваться на стоимость конкретной модели: чем она выше, тем более удобные и «правильные» технические решения реализованы в устройстве. И, конечно же, при выборе варочной поверхности стоит внимательно изучить обзоры понравившихся моделей и опыт их использования другими пользователями. Или довериться компетентности продавца, ведь наиболее ответственные из них указывают в фильтрах интересующий нас параметр.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector