Тиристорные регуляторы мощности

Точность поддержания температуры является одним из основных параметров любой электротермической установки. Наиболее распространённому на сегодняшний день двухпозиционному способу регулирования температуры присущи два недостатка: большая величина перерегулирования при выходе на заданную температуру и большие пусковые токи. Данные недостатки не позволяют применять этот способ для современных методов термообработки материалов и принципов энергосбережения. Для исключения этих недостатков применяются различные устройства, которые обеспечивают плавный выход на заданную температуру, её поддержание и регулирование в соответствии с заданной программой. Силовой составляющей таких устройств являются тиристорные регуляторы мощности.

Как показывает практика, тиристорные регуляторы мощности нашли широкое применение в производстве полупроводниковой продукции, ионно-плазменном выращивании монокристаллов, термообработке материалов, в том числе в вакууме и среде инертных газов, установках обработки пластмасс. Все указанные технологические процессы требуют плавного вывода на заданную температуру, её поддержание и регулирование.

Благодаря своей надёжности и неприхотливости в эксплуатации тиристорные регуляторы мощности имеют низкую стоимость и малый срок окупаемости, потому они на протяжении многих лет производятся рядом отечественных и зарубежных производителей, таких как ЗАО «Запорожский электроаппаратный завод» (серия «РОТ»), ЗАО «Протон-Импульс» (серия «МРМ»), «CD Automation» (серия CD3200), «Solkon», а так же множеством компаний из Восточной Азии. Данные устройства обеспечивают регулирование мощности нагрузки пропорционально входному сигналу, снабжены необходимым набором защит и индикации, пользовательским интерфейсом и возможностью внешнего конфигурирования. В качестве таковых регуляторов мощности ЗАО «Электрум АВ» выпускает тиристорные регуляторы ТРМ1, ТРМ3 и ТРМ3-Т, внешний вид которых изображён на рисунках 1 и 2.

Рисунок 1 – Внешний вид ТРМ1                                   Рисунок 2 – Внешний вид ТРМ3

При разработке тиристорных регуляторов мощности серии ТРМ были учтены следующие аспекты:

 - использование проверенной временем модульной конструкции силовой части на основе давно выпускаемого ЗАО «Электрум АВ» модуля регулятора мощности М25Т;

- предусмотрена возможность работы на нагрузку, подключенную через трансформатор с регулированием по первичной обмотке;

- предусмотрена возможность плавного пуска;

- применена токовая защиты силовых цепей с выдачей статусного сигнала;

- осуществлена гальваническая развязка цепей управления и силовых цепей.

В результате имеется прибор, типовая структурная схема которого приведена на рисунке 3, а пример схемы включения приведён на рисунке 4

Рисунок 3 – Типовая структурная схема приборов серии ТРМ

Рисунок 4 – Схема включения ТРМ1 в однофазном режиме «Фаза – Ноль»

ТРМ работает следующим образом:

Узел синхронизации с сетью формирует импульсы в момент перехода напряжения сети через нуль, которые синхронизируют генератор пилообразного напряжения (ГПН). В компараторе сравнивается напряжение ГПН и управляющего сигнала «U_упр», получаемого со схемы преобразователя входного сигнала. Когда напряжение ГПН достигает величины «U_упр» вырабатывается импульс, включающий силовой вентиль (тиристор). Изменяя величину управляющего сигнала, тем самым изменяется момент равенства напряжения ГПН и U_упр и, соответственно, фаза включения силового вентиля. Этим самым и достигается регулирование мощности в нагрузке.

В ТРМ предусмотрен режим плавного пуска (длительностью 500 мс тип.) по включению питания, чем обеспечивается снижение величины пускового тока при работе на активно-индуктивную нагрузку (трансформатор). Также в ТРМ предусмотрена защита от перегрузки при достижении мгновенного значения тока в нагрузке выше 1,41 х I_{ком. ср. кв}.  ТРМ снимает напряжение с нагрузки, происходит открытие статусного транзистора. Через 300 мс защита снимается, происходит закрытие транзистора статусного оптрона и осуществляется плавный пуск (плавное нарастание напряжения на нагрузке от нуля до величины, определяемой величиной сигнала управления). Если аварийная ситуация не устранена, цикл защиты повторится снова.

Помимо защиты от перегрузки по току, в ТРМ3 имеется защита, позволяющая контролировать наличие напряжения на всех трех фазах. Тем самым исключается работа в неполнофазном режиме. При обрыве одной из фаз со стороны сети происходит снятие напряжения с нагрузки и открытие статусного транзистора «Обрыв». В ТРМ1 данная функция отсутствует. В целом же ТРМ3 состоит из тех же узлов, что и ТРМ1, однако данный тип регулятора предназначен для эксплуатации в трёхфазных сетях. Подключение нагрузки к ТРМ3 осуществляется по трёхпроводной схеме («звезда» или «треугольник»), что делает его более универсальным при работе как на активную, так и на активно-индуктивную нагрузку. Трёхпроводная схема подключения нагрузки имеет достоинства перед четырёхпроводной, к одному из которых относится отсутствие в гармоническом составе тока нагрузки третьей гармоники, компенсация которой представляет большую сложность по сравнению с гармониками третьего порядка. К тому же подобная схема подключения нагрузки используется практически во всех установках термической обработки.

Тиристорный регулятор мощности ТРМ3-Т является дальнейшим развитием серии ТРМ и отличается от ТРМ3, в основном, только большими токами нагрузки (до 1000 А); в остальном – это так же регулятор мощности для трёхфазной нагрузки с аналогичными принципами работы и той же типовой структурной схемой.

Основные параметры приборов серии ТРМ приведены в сводной таблице 1.

Таблица 1 – Сводная таблица параметров приборов серии ТРМ

Независимо от исполнения ТРМ все регуляторы данной серии выполнены в виде функционально законченного блока. Блок состоит из силового модуля регулятора мощности М25Т, снабберной цепи модульного исполнения, источника питания, охладителя, вентилятора, силовых и сигнальных разъёмных соединителей. Такая относительная простота конструкции позволила добиться хороших массогабаритных показателей, повысить надёжность конструкции и схемы, снизить стоимость изделия в целом.

На данный момент тиристорные регуляторы мощности серии ТРМ производства АО «Электрум АВ» успешно эксплуатируются на ряде отечественных предприятий точного машиностроения. На данных предприятиях регуляторы мощности ТРМ1 и ТРМ3 входят в состав технологического оборудования и управляются от микропроцессорных регуляторов температуры МИНИТЕРМ производства ОАО «МЗТА»; у ряда потребителей регуляторы управляются от схем собственной разработки. Всё это указывает на гибкость в применении ТРМ и способность работы данных регуляторов мощности не только с различными схемами нагрузки, но и с различными управляющими схемами.