Тиристорное управление нагрузки
Управление различного рода нагрузкой при помощи тиристоров является очень распространённым способом регулирования выходных параметров. Устройства на основе тиристоров отличает ряд преимуществ, в сравнении с прочими типами преобразователей. Такие устройства стойки к большим значениям ударных токов, отличаются простотой, надёжностью и низкой себестоимостью. На сегодняшний день тиристорные преобразователи используются, в основном, в качестве следующих функциональных узлов: как регуляторы мощности, регулируемые выпрямители и как схемы коммутации трёхфазных асинхронных электродвигателей. В данных областях применения тиристоры выигрывают у транзисторов с полевым управлением по многим показателям.
Вышеуказанные тиристорные преобразователя выпускаются многими производителями, как в России, так и за рубежом. В свою очередь, ЗАО «Электрум АВ» так же имеет ряд тиристорных преобразователей направленных на решение основных, наиболее распространённых задач: это М25 (регулятор мощности); МО30 (регулируемый выпрямитель); МО27 (реле коммутации трёхфазного электродвигателя). О этих устройствах и пойдёт речь ниже.
Данные преобразователи построены на одной схемотехнической базе и выполнены в одном и том же конструктивном исполнении. Преобразователи отличаются малыми габаритами, гибкостью в плане применения и, в то же время, простотой эксплуатации. Внешний вид приборов, на примере модуля регулятора мощности М25, приведён на рисунке 1.
Рисунок 1 – Внешний вид М25
Размер основания таких модулей составляет всего 104 х 74 мм, а высота модулей не превышает 35 мм. При том, что указанные тиристорные модули во многом сходны, они всё же выполняют различные функции, а потому далее пойдёт речь о каждом типе модуля в отдельности.
М25. Модуль регулятора мощности с защитой по току (М25Т) и без защиты по току (М25М) предназначен для регулирования мощности активной и активно-индуктивной нагрузки в сетях переменного тока напряжением 220/380В. В модулях М25 применен фазовый метод регулирования мощности в нагрузке, при котором изменение мощности на нагрузке производится изменением длительности открытого состояния пары включенных встречно-параллельно тиристоров, в течение соответствующего полупериода сетевого напряжения. Величина мощности регулируется подачей управляющего сигнала стандартного вида (0…5 В, 0…10 В, 4…20 мА, 0…5 мА, 0…20 мА), изменение которого от минимума до максимума меняет величину выходной мощности от 0 до 100%. В модуле обеспечена гальваническая развязка цепей управления и силовых цепей.
Модуль обеспечивает следующие функции:
- коммутацию переменного напряжения;
- изменение выходной мощности фазовым методом;
- плавный пуск при включении питания;
- защиту от перегрузки по току (модули М25Т);
- индикацию срабатывания токовой защиты (модули М25Т).
Модуль обеспечивает работу от сети переменного тока с линейным напряжением до 430 В и обеспечивает управление напряжением нагрузки с током потребления до 250 А (ср.кв. значение). Базовая структурная схема модуля М25 приведена на рисунке 2.
Рисунок 2 – Базовая структурная схема модуля регулятора мощности М25
При том, что модули М25 являются однофазными преобразователями, на их основе можно построить регулятор мощности для трёхфазных цепей питания и трёхфазной нагрузки. Пример схемы трехфазного регулятора мощности на основе М25 (открытое соединение в «треугольник») приведён на рисунке 3.
Рисунок 3 – Пример схемы соединения М25 при управлении трёхфазной нагрузкой
Такого рода регулятора мощности могут использоваться для решения целого спектра задач, в частности – для регулирования температуры в системах нагрева и в составе прочего технологического оборудования. На основе модулей М25 построены тиристорные регуляторы мощности блочного исполнения ТРМ1 и ТРМ3, которые входят в состав технологического оборудования ряда отечественных заводов и управляются от микропроцессорных регуляторов температуры МИНИТЕРМ производства ОАО «МЗТА»; у ряда потребителей регуляторы управляются от схем собственной разработки.
МО30. Модуль трехфазного (МО30) и однофазного (МО30.1) регулируемого выпрямителя предназначен для формирования из трехфазного (однофазного) напряжения сети 50 или 400 Гц выпрямленного пульсирующего напряжения, регулируемого фазовым методом. Величина напряжения регулируется подачей управляющего сигнала стандартного вида (0…5 В, 0…10 В, 4…20 мА, 0…5 мА, 0…20 мА), изменение которого от минимума до максимума меняет величину среднеквадратичного значения выпрямленного напряжения в диапазоне от 0 до 100%. В модуле также обеспечена гальваническая развязка цепей управления и силовых цепей, а также имеется встроенная система защиты от перегрузки.
Модуль обеспечивает следующие функции:
- выпрямление переменного напряжения;
- изменение амплитуды постоянного напряжения на выходе фазовым методом;
- плавный пуск при включении питания;
- защиту от перегрузки по току;
- индикацию наличия напряжения питания и срабатывания токовой защиты.
Модуль обеспечивает работу от сети переменного тока с линейным напряжением до 430 В и обеспечивает управление напряжением нагрузки с током потребления до 250 А (ср.кв. значение). Структурная схема модуля МО30 приведена на рисунке 4.
Рисунок 4 – Структурная схема модуля регулируемого выпрямителя МО30
Модули регулируемого выпрямителя, в частности, могут использовать для управления электродвигателем постоянного тока. Преимущество тиристорного регулятора напряжения перед транзисторным, в данном случае, в том, что тиристоры гораздо более устойчивы к пусковым токам, возникающим при работе двигателя, а так же при заряде ёмкостей низкочастотных фильтров. Такая устойчивость, в свою очередь, позволяет обойтись без относительно сложных схем защит, необходимых для работы транзисторных инверторов.
МО27. Твердотельные полупроводниковые оптоэлектронные тиристорные трехфазные реле переменного тока с контролем перехода фазы через «ноль» типов МО27А, МО27.1А предназначены для управления трехфазными асинхронными двигателями. Реле обеспечивает включение / выключение двигателя и изменение направления вращения вала двигателя и имеет оптронную развязку управляющих сигналов от силовых цепей, а также вход сигнала блокировки включения реле.
Модуль обеспечивает следующие функции:
- управление трёхфазным асинхронным электродвигателем;
- возможность включения и отключения двигателя от сети;
- возможность выбора направления вращения и осуществление реверса;
Модуль обеспечивает работу от сети переменного тока с линейным напряжением до 430 В и обеспечивает управление напряжением нагрузки с током потребления до 100 А (ср.кв. значение). Структурная схема, совмещённая со схемой включения, модуля МО27 приведена на рисунке 5.
Рисунок 5 – Структурная схема совмещённая со схемой включения модуля управления трёхфазным электродвигателем МО27
В отличии от предыдущих типов модулей, модули МО27 не обладают возможностью регулирования мощностью или напряжением на нагрузке фазовым методом и представляют собой, по сути, специализированное реле. Но, тем не менее, МО27 так же предназначены для управления нагрузкой, а потому относятся в ту же группу тиристорных приборов, что и М25 или МО30.
Таким образом, модули М25, МО27 и МО30 перекрывают весь перечень основных задач, стоящих перед преобразователями на основе тиристоров. А малые габаритные размеры и различные варианты управления позволяют использовать модули в большинстве конструкций и практически со всеми типами датчиков или схем управления с аналоговыми выходными сигналами. По крайней мере, опыт эксплуатации вышеуказанных модулей потребителями не выявили недостатков в идеологии схем управления и недостатков в реальной работе на реальную нагрузку.
