Тиристорный регулятор мощности.
Тиристорный регулятор мощности является незаменимым устройством для точной и непрерывной регулировки мощности резистивной и индуктивной нагрузки, включая трансформаторы.
Одна из самых распространенных областей применения тиристорных регуляторов мощности это точное поддержание заданной температуры печей, ТЭНов и электронагревателей
Схемы с использованием тиристоров стали широко распространены в 70-годы прошлого столетия, и обусловлено это тем, что они имеют высокий КПД и очень надежны.
Эти качества вместе с доступной ценой сделали тиристорные регуляторы мощности самым приемлемым вариантом решения задач по регулированию мощности в современных устройствах автоматизации технологического процесса.
В распоряжении любого крупного производства, будь оно пищевое, химическое или металлургическое находятся трансформаторы и электрические печи, которые могут быть самые разные: плавильные, вакуумные, индукционные, печи сопротивления и т.д. Для выпуска высококачественной продукции, обязывает таких производителя осуществлять на только плавный пуск тэна, но и с высокой точность регулировать температуру, а иногда осуществлять многозонную регулировку температурного режима технологического процесса. Это становится возможным благодаря регулированию активной мощности, выделяющейся на соответствующих нагревательных элементах.
Тиристорные регуляторы имею много преимуществ
к числу которых относятся:
- высокое быстродействие;
- возможность непрерывного регулирования;
- ограничение пусковых токов;
- отсутствие механических контактов.
Все это позволяет получать продукцию высочайшего качества, при этом сокращаются издержки на обслуживание. Нельзя забывать и об энергосбережении, которое достигается благодаря повешению точности управления процессом.
Система управления современных регуляторов мощности на базе тиристоров основана на макропроцессоре с высокими эксплуатационными качествами.
Эти регуляторы мощности могут предлагать потребителям широкое разнообразие сервисных функций, самыми важными из которых являются:
- Извещатель потери фазы. Если произойдет потеря одной фазы, то это может привести к «перекосу» токов, возникающих в сопротивлениях нагрузки. В большинстве случаев такое явление просто недопустимо и может выступить причиной выхода из строя дорогостоящего оборудования. Наличие системы управления поможет отслеживать напряжение сети, а в случае сбоя она должна немедленно отреагировать и принять меры к стабилизации сети;
- Извещатель короткого замыкания. Микропроцессорная система, управляющая работой тиристорных регуляторов, непрерывно осуществляет аналого-цифровое преобразование, а также цифровую обработку поступающих с датчиков тока сигналов. Датчиком тока может быть либо трансформаторы тока, либо магниточувствительные элементы Холла. Если будет зарегистрирован факт возрастания тока многократно, то система управления мгновенно отреагирует на сбой, при этом выдаст предупредительную информацию;
- Извещатель перегрева. Превышение допустимой температуры эксплуатации может вывести из строя тиристор и привести регулятор в неработоспособное состояние. Чтобы этого не происходило, регуляторы снабжены специальным дизайном радиатора с высокоэффективным отводом тепла.
- Опция Heater Break Alarm не только известит Вас об остановке нагревателя, но и выполнит диагностику и определит дефект.
- защита от несимметричных параметров выходных токов трехфазного регулятора.
Тиристорный регулятор мощности ESGT быстро получил большую известность в Германии за непревзойденную стабильную работу и простоту в управлении. Затем этот регулятор был адаптирован к особенностям российского электроснабжения, получил сертификат качества ГОСТ Р.
Особенностью этих регуляторов является минимальная базовая комплектация, которой вполне достаточно для решения основных задач по регулированию. Но опции могут быть расширены в соответствии индивидуальным требованиям заказчика.
Тиристорные регуляторы мощности используются во всех отраслях промышленности, где необходимо управлять большими активными и индуктивными нагрузками, например, в промышленных печах, при переработке пластмасс, на транспорте. Тиристорный регулятор мощности состоит из двух встречно-параллельно включенных силовых тиристоров, изолированного радиатора и электроники управления. Микропроцессорное управление полностью гальванически отделено от силовой схемы. Регуляторы содержат ограничитель тока и специальные алгоритмы для кремниевых, карбидных и суперканталовых нагревательных элементов. Регуляторы имеют до пяти различных входов управления на выбор заказчика, выходы для извещений и ретрансмиссии сигнала, обратную связь по мощности, току или напряжению в нагрузке. Встроенный электронный ограничитель тока следит за перегрузками. CD Automation была одной из первых компаний в области разработки тиристорных регуляторов, управляемых микропроцессорами. Регуляторы имеют последовательный интерфейс RS485, который позволяет реализовывать коммуникации с различными полевыми шинами.
Классификация базовых серий тиристорных регуляторов
Серия Relay S (предыдущее исполнение CD3000S)
относится к экономклассу и не располагает шинным интерфейсом. Новая серия Relay S является модернизированным вариантом CD3000S и имеет функциональные и сервисные отличия. В частности, в новой серии опция Heater Break Alarm, а также пакетная коммутация BF(4-8-16) может устанавливаться на все модели, вплоть до макс. тока 700А.
Нижний предел линейки макс. токов в новой серии поднят до 30А. В сегменте до 210А применяются модернизированные модули REVO. Коммутация силовых тиристоров происходит при переходе напряжения через ноль. Применяются для однофазной или трехфазной резистивной нагрузки. Управление осуществляется электрическим логическим сигналом "вкл/выкл" или аналоговым сигналом.
Серия Relay M (предыдущее исполнение CD3000M)
относится к среднему классу и имеет оптимальное соотношение цена/качество. Новая серия Relay M является модернизированным вариантом CD3000M и имеет функциональные и сервисные отличия. В частности, в новой серии предлагается повышенное максимальное напряжение 690В в моделях с максимальным током 400...700А. Нижний предел линейки макс. токов поднят до 30А. В сегменте до 210А применяются модернизированные модули REVO, все модели оснащены дисплеем.
В новой серии пакетная и фазовая коммутация дополнена программируемым плавным пуском. Дополнительно имеется возможность выбирать обратную связь по напряжению или по мощности в нагрузке. Все регуляторы этой серии имеют микропроцессорное управление и располагают интерфейсом RS485 с протоколом MODBUS. Применяются для однофазной или трехфазной нагрузки. На выбор предлагается пять способов (различных входов) управления мощностью в нагрузке в комбинации с различными методами коммутации силовых тиристоров.
Серия Relay CL (предыдущее исполнение CD3200)
представляет собой наилучшее решение для регулирования мощности в однофазной нагрузке с токами до 700А, располагают интерфейсом RS485 с протоколом MODBUS и особенно хорошо подходят для трансформаторной или смешанной нагрузки. Новая серия Relay CL является модернизированным вариантом CD3200 и имеет функциональные и сервисные отличия.
В частности, в новой серии Relay CL предлагается повышенное максимальное напряжение 690В в моделях с максимальным током 400...700А. Нижний предел линейки макс. токов поднят до 30А. В сегменте до 210А применяются модернизированные модули REVO, все модели оснащены дисплеем. В новой серии дополнительно к фазовой коммутации впервые предлагается пакетная коммутация, таким образом достигается универсальность для пользователя.
Серия REVO (составная часть серий Relay)
представляет собой новое исполнение с токами нагрузки от 30А до 210А и включена в соответствующие серии Relay. Модули имеют встроенные трансформатор тока и держатель плавкого предохранителя с быстрым доступом через переднюю панель, что значительно уменьшает потери времени на контроль и замену сгоревших предохранителей. Имеется исполнение в виде компактной комбинации регулятора мощности с интегрированным температурным PID-регулятором.
Серия PM3000 E (предыдущее исполнение CD3000E)
применяется только для трехфазной нагрузки, относится к продвинутому классу и имеет наибольшее в своем классе количество опций и разнообразных возможностей для пользователя. Новая серия Relay E является модернизированным вариантом CD3000E и имеет функциональные, параметрические и сервисные отличия. В частности, в новой серии нижний предел линейки макс. токов поднят до 30А. В сегменте до 210А применяются модернизированные модули REVO, все модели оснащены дисплеем и фронтальным разъёмом для конфигурирования регулятора.
В новой серии стандартная пакетная коммутация дополнена пакетной коммутацией с задержкой тока, что позволяет использовать такой регулятор с индуктивной нагрузкой при двухканальном управлении мощностью и обеспечивает наиболее экономичное решение. Дополнительно имеется возможность выбирать обратную связь по всем возможным параметрам в нагрузке. На выбор предлагается пять способов (различных входов) управления мощностью в нагрузке в комбинации с различными методами коммутации силовых тиристоров. Все регуляторы этой серии имеют полностью цифровое управление, базирующееся на мощном высокопроизводительном микропроцессоре и располагают интерфейсом RS485 с протоколом MODBUS. Применяются в основном для работы с мощными трехфазными трансформаторами с токами до 700А, ко вторичной обмотке которых подключается резистивная нагрузка с высокой зависимостью температурных параметров от срока службы и старения, часто несбалансированная.
Серия POWERSTACK (предыдущее исполнение MULTIDRIVE)
относится к наиболее продвинутому классу в сегменте больших токов, вплоть до 2700А и имеет наибольшее в своем классе количество опций и разнообразных возможностей для пользователя, настоящий «All inclusive» и имеет наибольшее число сервисных функций, логических входов и релейных выходов. Новая серия POWERSTACK является модернизированным вариантом MULTIDRIVE и имеет функциональные, параметрические и сервисные отличия. В частности, в новой серии нижний предел линейки макс. токов для однофазных моделей поднят до 850А.
Серия POWERSTACK, в отличие от MULTIDRIVE предлагает повышенное максимальное напряжение 690В во всй линейке регуляторов для всех нагрузок. Все модели оснащены дисплеем и фронтальным разъёмом для конфигурирования регулятора. Серия содержит все возможные опции, как стандарт. В том числе ограничитель тока, система диагностики нагрузки, последовательный интерфейс. Программное обеспечение поставляется бесплатно, оно хорошо анимировано и позволяет изменять настройки и конфигурацию регулятора даже в «горячем» режиме, без снятия напряжения с нагрузки. Дополнительно имеются два активных входа управления мощностью нагрузки, переключаемых оператором с помощью логического сигнала.
Регуляторы легко монтируются в распределительный шкаф на DIN-рейку или непосредственно на заднюю монтажную панель шкафа, а при применении большого количества мощных регуляторов, для них выделяется специальное помещение. Поскольку такие объекты выделяют много тепла, желательно помещения вентилировать.
Трехфазные тиристорные регуляторы Relay-2РН с регулированием по двум фазам применяются для регулирования трехфазной нагрузки, подключенной по трехпроводной схеме в «звезду без нейтрали» или «треугольник», при этом третья фаза регулируется автоматически. Это экономичное решение имеет наилучшее соотношение цены, возможностей и качества и применяется повсеместно, особенно там, где на производстве имеется много трехфазных нагревателей.
Варианты коммутации силовых тиристоров
Тиристорные регуляторы располагают различными вариантами коммутации силовых тиристоров, каждый из которых выбирается при заказе индивидуально для решения конкретной технической задачи и каждый из которых имеет собственные преимущества и недостатки. Основным критерием правильного выбора способа коммутации является характер нагрузки (резистивная или индуктивная) и выбранный пользователем способ управления мощностью (управляющий вход). В таблице представлены все предлагаемые варианты коммутации силовых тиристоров. Для просмотра содержания таблицы наведите курсор на название, для фиксации используйте двойной клик.
| Символ | Тип коммутации тиристоров | Описание |
| ZC | Zero Crossing Управление «вкл/выкл» (используется для регулирования мощности на нагрузке посредством внешнего логического сигнала вкл/выкл; или, например, сигнала с релейного выхода регулятора температуры. Тиристор при этом работает как выключатель, а время цикла (нагрев/охлаждение) задается внешним сигналом) |
Простейший способ управления нагрузкой, внешнее управление логическим сигналом «вкл/выкл». Переключение тиристоров происходит при переходе напряжения через ноль, не создавая помех. Подходит для термических инерционных процессов. |
| SC | Single Cycle Управление одним периодом. Одиночный период - это метод регулирования мощности на нагрузке посредством внешнего управляющего аналогового сигнала, который определяет число периодов питающего напряжения, при которых нагрузка включена (нагрев) и число периодов, когда нагрузка отключена (охлаждение). Управление числом периодов напряжения на нагрузке пропорционально входному сигналу, переключение при переходе напряжения через ноль. Дискретность регулирования - минимум один период питающего напряжения. Тиристор переключается всегда при нулевом напряжении. При 50% мощности в нагрузке тиристор переключается (вкл/выкл) после каждого периода питающего напряжения. При 75% цикле три периода подряд (вкл), а каждый четвертый период (выкл).Если требуемая мощность составляет, например, 77%, то прибор работает как при 75%, но каждый раз, когда цикл переключается на (вкл), микропроцессор делит 77 на 75 и сохраняет результат. Когда сумма остатков этого деления достигает единицы, прибор добавляет один дополнительный цикл (вкл). При этом режиме необходимо выбирать тип регулятора, имеющий аналоговый вход. |
Управление единичным периодом или числом периодов напряжения на нагрузке пропорционально входному аналоговому сигналу. Это разновидность пакетной коммутации с более равномерным распределением энергии по времени. Подходит для термических неинерционных быстроменяющихся процессов. |
| BF | Burst firing Пакетная коммутация представляет собой широтно-импульсный способ управления, при котором мощность зависит от соотношения длительности напряжения к длительности паузы на протяжении определённого времени. Переключение происходит в момент перехода напряжения через ноль. Для регулирования мощности изменяется ширина пакета периодов напряжения. Пакетная коммутация подходит для активной (резистивной) нагрузки, но не подходит для регулирования уровня освещенности. |
Это управление мощностью на нагрузке посредством внешнего управляющего аналогового сигнала, который определяет длительность или ширину пакета (число периодов напряжения), при которой нагрузка включена (нагрев). Этот режим предоставляет много преимуществ, так как он переключает тиристор при прохождении нуля, то есть без электромагнитных помех. Разрешение составляет 12 бит, то есть 100% мощности в нагрузке соответствует 4096 шагов регулирования, что обеспечивает высокую точность и плавность регулирования. |
| S+BF | Soft Start + Burst Firing Плавный пуск + пакетная коммутация.Совмещает в себе плавный пуск + управление тиристором пакетом импульсов. Эта функция хорошо дополняет пакетную коммутацию. Регулятор запускается в режиме фазового управления углом открывания тиристора, мощность в нагрузке растет от ноля до заданного напряжения в течение определенного времени. По окончанию этого времени регулятор выходит на заданную мощность, которую далее можно изменять от нуля до максимума. Этот режим используется для управления индуктивными нагрузками с целью избежать скачков тока при включении и максимального снижения электрических помех. Также рекомендуется к применению для нагревателей, имеющих малое электрическое сопротивление в холодном состоянии. |
Этот способ представляет собой пакетную коммутацию в сочетании с программируемым плавным пуском, он хорошо подходит для нагрузки с низким сопротивлением в холодном состоянии и нагрузки, подверженной быстрому старению. |
| DT+BF | Delay Triggering + Burst Firing Пакетная коммутация в сочетании с программируемой задержкой включения тиристоров обеспечивает ограничение бросков тока в начале каждого пакета. Задержка может быть установлена от 0 до 100° и оперативно изменена в зависимости от индуктивного сопротивления нагрузки. Хорошо подходит для трансформаторов, не создавая помех в питающей сети. |
Используется чаще всего для управления первичной обмоткой трансформатора при активной (резистивной) нагрузке на вторичной обмотке. Этот режим применяется для создания искусственного отставания вектора тока от вектора напряжения, что приводит к снижению пускового тока. Величина угла задержки может устанавливаться в пределах от 0° до 100°, обычно примерно 80°. При первом запуске регулятор стартует с задержкой на 2 секунды. Микропроцессор определяет величину (угол) оптимальной задержки, разница во времени между прохождением нуля напряжением и током сохраняется в памяти. При последующих запусках регулятора автоматически будет выполняться аналогичная задержка. |
| PA | Phase Angle Фазовая коммутация представляет собой управление моментом открывания тиристоров в каждом периоде напряжения. Ток через нагрузку течёт от момента открытия тиристора до момента перехода напряжения через ноль. Действующее напряжение на нагрузке пропорционально входному аналоговому сигналу. Это наиболее точный и быстрый способ управления, хорошо подходит для трансформаторной нагрузки. |
Метод управления тиристором посредством изменения фазы (угла) открывания, что дает возможность контролировать мощность на нагрузке, позволяя тиристору пропускать ток только в течение изменяемой и задаваемой части периода напряжения питания. Управление углом открывания тиристоров равнозначно управлению действующим напряжением на нагрузке, которое изменяется пропорционально входному сигналу. Мощность нагрузки может плавно регулироваться в диапазоне 0..100%, в зависимости от внешнего аналогового сигнала, например, от регулятора температуры или потенциометра. Этот режим часто используется с индуктивными нагрузками. |
| S+PA | Soft start + Phase Angle Плавный пуск + фазовая коммутация. Это дополнительная сервисная функция к режиму фазового регулирования. В этом режиме мощность на нагрузке регулируется управлением по аналоговому входу посредством изменения фазы (угла) открывания тиристоров, но при этом дополнительно задается длительность плавного пуска и также плавного отключения (параметр Setpoint Ramp Up / Setpoint Ramp Down) Функция плавного пуска является важным элементом для снижения пускового тока при индуктивной нагрузке или при включении нагревательных элементов, имеющих в холодном состоянии низкое сопротивление. |
Этот способ представляет собой фазовую коммутацию в сочетании с программируемым плавным пуском, он хорошо подходит для трансформаторной и смешаной нагрузки, особенно с низким сопротивлением в холодном состоянии и нагрузки, подверженной быстрому старению. |
Входы управления регулятором мощности
Тиристорные регуляторы располагают различными вариантами входов управления мощностью. Подходящий вход выбирается при заказе индивидуально, в соответствии с требованиями заказчика. В большинстве случаев заказчик может оперативно изменить тип используемого входа, изменив конфигурацию регулятора с помощью кнопок или с помощью бесплатного программного обеспечения. В последнем случае потребуется дополнительно кабель-адаптер.
| Символ | Тип входа | Управление мощностью |
| SSR | Логический вход | ВКЛ/ВЫКЛ постоянным напряжением 4...30 В |
| 110 VAC | ВКЛ/ВЫКЛ переменным напряжением 110 В +/- 15% | |
| 230 VAC | ВКЛ/ВЫКЛ переменным напряжением 230 В +/- 15% | |
| 4-20 mA | Аналоговый вход | Непрерывное управление постоянным током 4...20 мА |
| 0-10 VDC | Непрерывное управление постоянным напряжением 0...10 В | |
| 10K POT | Ручное управление потенциометром 10 кОм | |
| COMM | Интерфейс RS485 | Непрерывное или ручное управление от компьютера |
Дополнительные опциональные функции и возможности
| Название | Описание |
| Feedback | Встроенная обратная связь может быть выбрана по току нагрузки, по среднеквадратичному напряжению или по мощности. Правильный выбор обратной связи обеспечивает оптимальный алгоритм регулирования. При нестабильном напряжении сети лучше выбирать обратную связь по мощности. |
| Current limiter | Ограничитель тока служит для установки величины тока в процентах от номинала. Необходимость в ограничении тока возникает в случае индуктивной нагрузки, а также при применении нагрузки из молибденовых, платиновых, супрканталовых нагревателей или кварцевых ламп. |
| Heater break alarm (HB) | Функция диагностики (сигнал останова нагревателя) извещает о дефекте, распознает и определяет, где именно локализован обрыв цепи нагрузки или пробой силового тиристора. Возможно определить обрыв цепи нагрузки или пробой тиристора. Наличие этой функции незначительно увеличивает стоимость регулятора, но оправдывает себя при первом же случае выхода из строя компонентов. |
Трехфазные тиристорные регуляторы Relay-2РН с регулированием по двум фазам применяются для регулирования трехфазной нагрузки, подключенной по трехпроводной схеме в «звезду без нейтрали» или «треугольник», при этом третья фаза регулируется автоматически. Это экономичное решение имеет наилучшее соотношение цены, возможностей и качества и применяется повсеместно, особенно там, где на производстве имеется много трехфазных нагревателей.
Конфигурирование регуляторов
Тиристорные регуляторы поставляются заказчику полностью готовые к работе с предустановленными параметрами в соответствии с заказным номером. При необходимости пользователь может оперативно изменить многие параметры, включая тип коммутации и управляющий вход. Конфигурирование регуляторов выполняется через последовательный порт RS485 с протоколом Modbus с помощью кнопок и диаплея или же с помощью бесплатного программного обеспечения. В последнем случае потребуется дополнительно кабель-адаптер. Для удобства пользователей в предлагаемом ассортименте имются конверторы интерфейсов для работы как с устаревшим RS232, так и с современными Profibus DP и DeviceNet. Фронтальная клавиатура предназначена для конфигурирования функций и параметров. Конфигурируются все типы входов, все режимы, все типы нагрузки и универсальный режим обратной связи.
Дополнительные компоненты и запчасти
Фирма CD Automation предлагает также дополнительные вентиляторы, внешние держатели предохранителей и токовые трансформаторы для реализации всего многообразия функций и возможностей тиристорных регуляторов. В некоторых исполнениях вентилятор является неотъемлемой частью регулятора, а в некоторых других его можно заказать дополнительно. Фирма поставляет большой ассортимент дополнительных компонентов и запчастей для оперативной замены и ремонта регуляторов на месте установки:
- Платы управления и коммутации
- Силовые тиристоры
- Быстродействующие предохранители
- Держатели предохранителей
- Вентиляторы
- Токовые трансформаторы
Регуляторы производства CD Automation выпускаются в модельном ряду, состоящем из 27 базовых исполнений, для каждого из которых предусмотрено большое число опций, дополнительных и сервисных функций. Все это многообразие зашифровано в полном заказном номере регулятора. В небольшой фотогалерее представлены способы и технологии монтажа тиристорных регуляторов с использованием различных принадлежностей.
