Особенности регуляторов мощности SCR

Сегодня, более чем когда-либо, инженеры проектируют системы электрического технологического нагрева с использованием регуляторов мощности SCR. Использование регулятора мощности SCR имеет множество преимуществ: более точное управление процессом нагрева, увеличенный срок службы нагревателя, улучшенное качество продукции при более высоких скоростях производства и снижение затрат на обслуживание.

Регулятор мощности SCR - это устройство, являющееся примером правильно спроектированного управления мощностью, имеет в конструкции радиатор охлаждения, защиту от скачков напряжения варистора и предохранитель.

Если вы принимаете решения в своей компании, вы должны выбирать из множества типов компонентов, используемых во всем технологическом процессе. Возьмем, к примеру, контроль мощности. Вы можете спросить: «Зачем использовать кремниевый выпрямитель (SCR), регулирующий мощность?» Давайте ответим на данный вопрос.

В отличие от механического реле или контактора, регулятор мощности SCR не имеет механических частей, которые могут изнашиваться. Регулятор мощности SCR не будет подвергаться дуге или загрязнению контактов. А механическое реле необходимо будет заменить через определенное количество циклов. Из-за медленного (минимум 30 секунд) времени цикла, присущего механическим реле, управление напряжением  с их помощью будет некачественным, в сравнении с SCR. 

Ртутные реле смещения могут работать быстрее, чем механические реле. Однако при перегреве из-за слишком быстрой смены циклов или перегрузки ртутное реле взорвется. Это приводит к проблеме с опасными материалами. Из-за более строгих правительственных нормативов транспортировка и утилизация ртутных реле также становятся все труднее.

Твердотельные реле - популярная альтернатива механическому управлению мощностью. Общие для всех твердотельных устройств твердотельные реле рассеивают тепло, которое необходимо отвести, и они способны рассеивать больше тепла, чем тиристоры. Но твердотельные реле обычно не поставляются с наконечниками, которые обеспечивают надежное электрическое соединение для более высоких уровней мощности. Кроме того, они не всегда продаются с радиаторами, защитой по напряжению или предохранителями, необходимыми для защиты и безопасной работы реле.

Дальнейшие проблемы могут возникнуть из-за характеристик твердотельного реле. Почти все твердотельные реле рассчитаны на максимальную мощность при 25 ^о С. В реальных условиях эксплуатации, где внутренние температуры электротехнических шкафов достигают более чем 40 ^ò С, твердотельное реле может потерпеть неудачу , если используется на полную мощность. У большинства производителей есть таблица снижения номинальных характеристик своей продукции, чтобы компенсировать это несоответствие. К сожалению, при выборе твердотельного реле многие пользователи полагаются только на максимальный рейтинг. Обязательно ознакомьтесь с данными производителя, прежде чем выбирать, какое твердотельное реле лучше всего подойдет для вашего процесса.

Таблица 1: Минимальное номинальное напряжение SCR. Минимальное номинальное напряжение для SCR определяется уровнем напряжения питания, на котором он будет использоваться.

Продление срока службы вашего регулятора мощности

Три вещи разрушат все твердотельные регуляторы мощности:

• Перегрев.
• Короткие замыкания.
• Скачки напряжения.

Вот как уберечь их от выхода из строя на вашей производственной линии.

Перегрев

Почти все полупроводники будут разрушены при температуре внутреннего перехода 125 ^o C. Все твердотельные силовые устройства, такие как тиристоры, симисторы и твердотельные реле, рассеивают тепло. Падение напряжения на силовом устройстве приводит к выделению тепла. Это падение может составлять от 1 до 2 В в зависимости от устройства. Чем больше ток (в амперах) проходит через устройство, тем большую мощность устройство будет рассеивать в виде тепла. Это тепло необходимо убрать, иначе устройство выйдет из строя.

Самый простой и распространенный способ отвода тепла - использование радиатора. Если используется радиатор подходящего размера, SCR может работать на полную мощность при температуре окружающей среды 50 ^o C. Чем выше выходная сила тока, тем больше тепла рассеивается. Многие производители используют вентиляторы для отвода избыточного тепла от высокопроизводительных регуляторов мощности SCR. В некоторых регуляторах мощности SCR со сверхвысокой выходной мощностью (более 1000 А) используются радиаторы с водяным охлаждением.

Одна из проблем с некоторыми SCR или твердотельными реле - это упаковка. Чтобы уменьшить размер радиатора, производители делают его с площадью ребер недостаточной для отвода избыточного тепла. Радиаторы, устанавливаемые на DIN-рейку, позволяют сэкономить место на панели и время установки. Однако, когда многие элементы управления установлены рядом друг с другом на DIN-рейке, удельная мощность внутри корпуса увеличивается. В то же время поток воздуха к радиаторам уменьшается или полностью блокируется. Если вы используете такое расположение, убедитесь, что производитель не потребовал, чтобы радиатор на DIN-рейке охлаждался вентилятором или устанавливался с ребрами радиатора снаружи шкафа. Кроме того, проверьте кривую снижения характеристик устройства на том уровне мощности, который он будет использовать.

Даже при низкой мощности, такой как 25 А, каждая управляемая ножка твердотельного реле будет рассеивать около 50 Вт рассеиваемого тепла. Если у вас есть 20 регуляторов мощности твердотельных реле на DIN-рейке в небольшом корпусе, вам придется избавиться от 1000 Вт тепла! При установке элементов управления питанием следует использовать в два раза большую площадь, занимаемую устройством. Например, если регулятор мощности SCR имеет площадь основания 12 x 12 дюймов, используйте для установки область 24 x 24 дюйма.

Чтобы определить тепло, выделяемое контроллером SCR, используйте следующую формулу: для каждой контролируемой ветви (C) умножьте силу тока нагрузки (I) на 1,5.

C x I x 1,5 = рассеиваемая мощность (Вт)

Пластиковые корпуса действуют как теплоизоляторы. Скорее всего, вы повредите регулятор мощности SCR, если установите его внутри пластикового корпуса. Установка радиатора в сквозное отверстие с ребрами радиатора на внешней стороне корпуса - единственный надежный способ использования пластикового корпуса.

Для создания безопасного расположения элементов, позволяющего поддерживать работу регуляторов мощности SCR в течение многих лет, нужно придерживаться следующих рекомендаций.  Все тиристоры должны иметь предохранители и металлооксидную варисторную защиту по напряжению. Радиаторы должны быть расположены на безопасном расстоянии друг от друга для эффективного охлаждения. На дверце шкафа автоматики должен быть установлен вентилятор и вентиляционные отверстия в верхней части корпуса для обеспечения достаточного охлаждения для всех компонентов.

Защита от короткого замыкания и предохранители

Все полупроводники могут быть повреждены коротким замыканием. Один из простейших способов защитить регулятор мощности SCR - это предохранитель. SCR - это прочные и надежные устройства. Однако для обеспечения максимальной производительности и срока службы необходимо использовать полупроводниковые, субцикловые и токоограничивающие предохранители. Почти все производители регуляторов мощности SCR имеют эти предохранители на своих регуляторах. Токоограничивающие предохранители надежны и легко заменяются. Предохранитель этого типа сработает в течение 2 мс. Эти предохранители также ограничивают ток при отключении.

В случае короткого замыкания нагревателя проще всего заменить предохранитель. Перед установкой нового предохранителя обязательно удалите закороченный нагреватель или проводку. Не использовать полупроводниковый предохранитель - это глупо и безответственно. Без защиты плавким предохранителем SCR может быть поврежден, когда в этом нет необходимости.

Регуляторы напряжения, представленные в нашем интернет-магазине, имеют встроенные предохранители, которые позволят безопасно использовать их в нагревательных системах. Только будьте внимательны при выборе требуемой мощности, а лучше обратитесь к специалистам Элемаг за консультацией.

Помните, что 99,9% отказов предохранителей происходят из-за короткого замыкания нагревателей, слабых соединений, неправильного (слишком большого) согласования нагрузки или неправильного подключения регулятора мощности SCR. При высоких скачках нагрузки (вольфрамовые лампы, коротковолновые галогенные нагреватели) использование чего-либо, кроме плавного пуска, управления тиристором по углу сдвига по фазе, приведет к перегоранию предохранителей. Никогда не включайте холодный пусковой блок нагревателя после того, как был активирован плавный пуск.

Убедитесь, что размер регулятора мощности SCR соответствует нагрузке вашего нагревателя. Помните, что у нагревателей и линий электропередач есть допуски. В целях безопасности используйте регулятор мощности SCR с номиналом от 1 до 10 процентов от максимального потенциала нагрузки нагревателя.

Скачки напряжения

Скачки перенапряжения затронут почти все электронные устройства. Переходные скачки напряжения могут привести к пропуску зажигания в SCR или даже к необратимому повреждению SCR. 

Самым простым в использовании защитным устройством является металлооксидный варистор (MOV). Варистор подключен к тиристору. При использовании варистора с номинальным напряжением выше, чем линейное напряжение, но ниже, чем пиковое напряжение SCR, металлооксидный варистор становится эффективной защитой от скачков напряжения. Если скачок переходного напряжения превышает номинальное напряжение варистора, варистор блокирует этот скачок. Если импульс достаточно мощный, металлооксидный варистор взорвется, защищая тиристор.

Использование платы подавления DV / DT - это следующий шаг в защите от шума линии электропередач и скачков напряжения. Благодаря сети силовых резисторов, высоковольтных конденсаторов и металлооксидных варисторов, SCR имеет лучшую защиту от линейных помех и скачков напряжения. Эта сеть помогает устранить повреждение SCR, а также пропуски зажигания SCR.

Постоянное перенапряжение разрушит SCR. Убедитесь, что тиристоры, используемые в регуляторе мощности, рассчитаны на достаточно высокое напряжение, чтобы выдерживать пики промышленного напряжения. Чем выше пиковое напряжение SCR, тем безопаснее он.
 

Выбор SCR

Фазо-угловые регуляторы пропорционально включают процентную долю каждого полупериода линии электропередачи. Это обеспечивает плавное, бесступенчатое приложение мощности к нагревателям. Самый точный метод управления, фазовый обжиг, также может увеличить срок службы нагревателя до семи раз, в зависимости от типа нагревателя. Кроме того, поджиг по фазе позволяет использовать такие опции, как плавный пуск, ограничение напряжения и тока. Эти параметры недоступны с другими средствами управления.

Элементы управления переключением при нулевом напряжении пропорционально включают и выключают каждый полный цикл линии питания. Изменяя количество циклов линии питания переменного тока, SCR обеспечивает питание нагревателей. Благодаря переменной временной развертке достигается оптимальное количество циклов включения и выключения. Этот метод создает меньше линейных шумов радиочастотных помех (RFI), чем тиристоры с фазо-угловым возбуждением.

Регуляторы включения / выключения работают так же, как механические или ртутные реле, но с тем преимуществом, что они намного сокращают время цикла.

Выполнив несколько простых шагов, регулятор мощности SCR может обеспечить превосходную производительность при минимальных затратах на обслуживание в течение многих лет.