Тиристорные регуляторы - режимы управления

Для разнообразных технологических процессов может понадобиться регулирование мощности.

Главным образом это нужно для того, чтобы поддерживать заданный температурный режим - для этого используются электронагреватели или печи.
За счет того, что тиристорные печи надежны и имеют высокий КПД, они стали популярны еще в 70- е годы. Данные качества, если взять во внимание и то, что стоимость их- невысокая, делают такой регулятор наиболее рациональным решением, чтобы решить задачи по регулированию в автоматизации современности промышленного типа.
Для регуляции мощности в тиристорных регуляторах подразумевается два метода:

1. Фазовый. Для отпирания силовых тиристоров подразумевается определенная задержка времени. То, как выглядит напряжение на выходе, можно увидеть на рисунке 1. Область, которая заштрихована серым цветом, означает наличие нагрузочного напряжения. Чем больше будет составлять задержка времени ТЗ, тем на выходе напряжение будет меньшим. Если проанализировать название этого метода, то станет понятно, почему такие тиристоры именуют фазовыми регуляторами мощности.

Положительные моменты данного метода:

• регулирование производится в непрерывном режиме. Таким образом поддержание температуры объекта производится с высокой точностью. Данный момент будет очень важным для того, чтобы регулировать объекты, тепловая инерция которых — мала. Будет незаменимо также и для тех, которые не допускают и малейших перерывов в подаче напряжения, ведь это однозначно приводит к тому, что температура начинает колебаться, а в результате технологический процесс может быть забракован;
• для того, чтобы исключить большие пусковые токи, можно осуществить плавный пуск. Данное свойство будет очень важным, ведь так часто встречаются случаи, когда сопротивление элемента нагревания - пониженное, если он находится в состоянии охлаждения. Можно привести яркий пример — лампа накаливания. Преждевременный износ будет ожидать ее, если в момент включения через нее будет протекать ток, который превысит номинальные показатели в 10 и более раз. Срок службы любого из объектов будет в разы увеличен, если применять плавный пуск. Благодаря ему пониженное напряжение подается плавно и постепенно увеличивается, как только сопротивление элемента нагревания начинает расти.

Отрицательные стороны

• в сеть, а также радиоэфир могут вноситься достаточно сильные помехи импульсного типа. Они будут созданы из-за коммутационных выбросов, которые возникают, когда тиристоры переключаются, а также когда в нагрузке ток возникает скачкообразно. Такие помехи будут напрямую влиять на чувствительность аппаратуры радиоэлектроники;
• в сеть вносятся нелинейные искажения. Когда используется фазовый метод, такую форму часто называют «рубленой синусоидой». В состав кривой тока, кроме основной гармоники, входят также и другие составляющие — они могут вызвать искажение. В некоторых случаях искажения эти могут быть очень сильными, поэтому форма напряжения сети лишь в некоторой степени будет напоминать синусоиду;
• из сети потребляется реактивный ток, даже, если нагрузка чисто активная. Как результат, коэффициент мощности сети понижается.

Если дополнительно установить сетевые фильтры, то импульсные помехи, а также искажения нелинейного типа могут быть сведены к минимуму. Но, как показывает практика, такие фильтры вовсе не устанавливаются. На это есть особые причины: во многих нагрузках имеется индуктивная составляющая. Кроме того, наблюдается, что помехи и искажения могут быть подавлены при помощи собственной индуктивности. Индуктивное сопротивление обуславливается индуктивностью обмотки вторичного плана на подстанции трансформаторного типа.

2. Пропуск числа периодов. В данном методе тиристоры будут включены и выключены на протяжении определенного целого числа периодов (схема показана на рисунке). Также этот метод могут именовать волновым или числовым.

Положительные стороны:

• в сеть не будут вноситься импульсные помехи. Так как тиристоры включаются в тот момент, когда сетевое напряжение проходит через ноль, ток будет нарастать плавно в нагрузке. Электромагнитные помехи при этом не возникают;
• не будет нелинейных искажений. Это происходит благодаря тому, что нагрузка подпитывается при помощи синусоидального напряжения;
• при активной нагрузке реактивный ток не потребляется.

Негативные моменты:

• температура не будет поддерживаться с высокой точности из-за дискретности регулирования;
• нельзя использовать для того, чтобы отрегулировать уровень освещенности;
• когда достигаются определенные условия, в сети появляются субгармоники — такие гармоники, частоты которых будут в разы меньше сетевой частоты.

Тиристорные регуляторы выпускаются как отечественным производителем, так и зарубежным, одно и трехфазные. При помощи однофазного регулятора можно произвести коммутацию нагрузки фазного и межфазного напряжения (изображено на рисунке).

Достаточно часто встречаемым случаем есть регулирование «многозонное». Данный вариант подразумевает разнесение сопротивлений нагрузки пространственно. В данном случае возникает необходимость регулировать мощность для каждого сопротивления раздельно. Существует несколько вариантов: можно использовать несколько регуляторов одной фазы или же такого оборудования, основной функцией которого является раздельное регулирование напряжения. Нужно понимать, что не каждый тиристор будет иметь в своем арсенале подобную опцию. Такое регулирование может быть подключено только, если использовать схемы «звезда» или «треугольник».
Если подключать нагрузку по вышеуказанным схемам, управлять фазами можно будет лишь совместно. Это происходит оттого, что при изменении напряжения на одном из сопротивлений, оно меняется и на двух остальных.