Подскажите схемку ШИМ-регулятора для нагревательной спирали 3 кВт. Опции

[Зверюга]

Подскажите схемку ШИМ-регулятора для нагревательной спирали 3 кВт.
Юзал поиск, видел проекты диммеров - не подходят.
Сам когда-то делал ключ на BT138 и MOC3061 (кажется). Первое что приходит на ум - на вход оптрона подавать ШИМ. ПОлучится ли? И есть какие-нибудь подводные камни в том, что наргузка - спираль все таки имеет индуктивность. И подскажите какой-нибудь не сильно дефицитный симистор для нагрузки 3 кВт.

Спасибо.

[Зверюга]

Все, Татьяна, спасибо, теперь до меня дошло. Я попался на эту удочку, и как-то не подумал, что если включить управляющий импульс где-нибудь посередине полупериода, то только в нем нагрев будет 50 %, а в следующем полупериоде включение произойдет сразу и на весь полупериод.

Ну тогда просветите меня, чтобы я окончательно понял - зачем в оптосиммисторах детеция перехода через ноль, что она дает? Экономит ресурс самого оптосиммистора? Ведь высоковольтному симмистору, которым оптрон управляет по барабану что на его входе до следующего полупериода.

[Tanya]

Ну тогда просветите меня, чтобы я окончательно понял - зачем в оптосиммисторах детеция перехода через ноль, что она дает? Экономит ресурс самого оптосиммистора? Ведь высоковольтному симмистору, которым оптрон управляет по барабану что на его входе до следующего полупериода.

Позволяет экономить на внешних детекторах нуля сети.

[=AK=]

Позволяет экономить на внешних детекторах нуля сети.

Это более-менее верно только для маломощных нагрузок и для очень редко включаемых-выключаемых мощных нагрузок.

Дело в том, что без привязки к моменту перехода сети через 0, невозможно гарантировать, что на нагрузке будет одинаковое количество положительных и отрицательных полупериодов. Если же их будет разное количество, то устройство в сущности станет выпрямителем. Значит, оно будет потреблять помимо переменного тока некоторый постоянный ток. Этот постоянный ток, проходя через обмотку распределительного трансформатора, создаст подмагничивание сердечника. В результате ворастут потери в трансформаторе, нагрев, и т.п.

Вообще-то стандарты регламентируют уровень постоянной составляющей потребляемого тока. Обычно он не должен превышать нескольких миллиампер. Это довольно жесткое требование, не всякий диммер с ним справится, приходится принимать специальные меры для симметричного отпирания симистора в каждой полуволне. А для оптосимисторов со встроенным детектором нуля все равно приходится следить за сетью, чтобы гарантировать одинаковое кол-во положительных и отрицательных полупериодов в нагрузке.

[Tanya]

Это более-менее верно только для маломощных нагрузок и для очень редко включаемых-выключаемых мощных нагрузок.

Дело в том, что без привязки к моменту перехода сети через 0, невозможно гарантировать, что на нагрузке будет одинаковое количество положительных и отрицательных полупериодов. Если же их будет разное количество, то устройство в сущности станет выпрямителем. Значит, оно будет потреблять помимо переменного тока некоторый постоянный ток. Этот постоянный ток, проходя через обмотку распределительного трансформатора, создаст подмагничивание сердечника. В результате ворастут потери в трансформаторе, нагрев, и т.п.

Вообще-то стандарты регламентируют уровень постоянной составляющей потребляемого тока. Обычно он не должен превышать нескольких миллиампер. Это довольно жесткое требование, не всякий диммер с ним справится, приходится принимать специальные меры для симметричного отпирания симистора в каждой полуволне. А для оптосимисторов со встроенным детектором нуля все равно приходится следить за сетью, чтобы гарантировать одинаковое кол-во положительных и отрицательных полупериодов в нагрузке.

Теперь, когда буду включать утюг, обязательно буду быстро-быстро считать полупериоды, чтобы знать, когда его можно выключить, дабы не повредить трансформатор в будке... Боже! Там же терморегулятор релейный... С ним-то что делать? А еще духовка 4 киловатта... Как страшно жить теперь... А террористы... Ведь диоды у нас свободно продаются...

[=AK=]

Теперь, когда буду включать утюг, обязательно буду быстро-быстро считать полупериоды, чтобы знать, когда его можно выключить, дабы не повредить трансформатор в будке... Боже! Там же терморегулятор релейный... С ним-то что делать? А еще духовка 4 киловатта... Как страшно жить теперь... А террористы... Ведь диоды у нас свободно продаются...

Для Австралии действует стандарт AS3300, согласно которому бытовые приборы должны конструироваться так, чтобы DC компонента тока не превышала 5 мА.

Посмотрите, например, http://www.integratedelectronicsolutions.c...4-datasheet.pdf
• All ON cycles consist of an integral number of mains cycles
• No DC component in the mains supply

А так вы вольны, конечно, делать что угодно. Можете хоть взрывчатку в авоськах в автобусах возить, по простоте душевной.

[Tanya]

Для Австралии действует стандарт AS3300, согласно которому бытовые приборы должны конструироваться так, чтобы DC компонента тока не превышала 5 мА.
А так вы вольны, конечно, делать что угодно. Можете хоть взрывчатку в авоськах в автобусах возить, по простоте душевной.

Так то в Австралии... А у нас тут, действительно, многие возят взрывчатку в автобусах и метро. И не все они террористы, некоторые охломоны...
А по поводу 5 миллиампер... Это весьма казуистическая вещь. Вот возьмите мощную лампу и включите ее через то smart-устройство, которое в Вашей ссылке. Так вот если On будет 1 целый период, то за счет изменения сопротивления спирали от температуры dc component будет намного (НАМНОГО) больше 5 миллиампер, уверяю Вас. Даже в Австралии.

[=AK=]

за счет изменения сопротивления спирали от температуры dc component будет намного (НАМНОГО) больше 5 миллиампер, уверяю Вас.

Хотелось бы увидеть хоть какие-нибудь расчеты, подкрепляющие эти уверения.

Я же со своей стороны приведу такие соображения. Предположим, мы управляем спиралью мощностью 2.2 кВт при помощи диммера, т.е. симистором с произвольным углом отпирания. Ток через спираль в рабочем режиме равен 10 А rms, амплитуда тока 14.1 A. Установим угол отпирания симистора равный 90 градусов (т.е. 5 мс). Какой величины может быть при этом разница между углами открывания симистора в положительном и отрицательном полупериодах, чтобы величина выпрямленного тока не превысила 5 мА?
t=(10 мc)*(5 мA)/(14.1 A) = 3.5 мкс. Добиться такой точности непросто даже профессионалам.

Теперь попробуем оценить, какой величины может получиться постоянный ток, если мы начнем регулировать ту же спираль, открывая симистор целиком на полупериод, но не заботясь о том, чтобы он оставался открытым полный период. Не связываясь (для простоты) с алгоритмом Брезенхейма, мы тем не менее хотим получить 256 градаций мощности. Период 256*10 мc = 2.56 сек, за это время разбаланс по времени между положительной и отрицательной полуволнами тока в худшем случае составит 10 мс, величина тока 10 А. Постоянный ток через нагрузку Idc = (10 A)*(10 мс)/(2.56 сек) = 39 мA. Ни за счет динамики нагрева спирали, ни за счет механических регуляторов, вы не получите таких цифр даже близко, "уверяю Вас" ©.

Чтобы не нарушать правила, период цикла регулирования надо увеличить до 20 сек. Или же - все же синхронизировать микроконтроллер с сетью и гарантировать, что симистор будет всегда открыт в течении полного периода. При этом период цикла регулирования возрастет всего вдвое, до 5.12 сек; если же уменьшить число шагов регулирования, то период можно уменьшить как заблагорассудится.

[Tanya]

Хотелось бы увидеть хоть какие-нибудь расчеты, подкрепляющие эти уверения.

Я же со своей стороны приведу такие соображения. Предположим, мы управляем спиралью мощностью 2.2 кВт при помощи диммера, т.е. симистором с произвольным углом отпирания. Ток через спираль в рабочем режиме равен 10 А rms, амплитуда тока 14.1 A. Установим угол отпирания симистора равный 90 градусов (т.е. 5 мс). Какой величины может быть при этом разница между углами открывания симистора в положительном и отрицательном полупериодах, чтобы величина выпрямленного тока не превысила 5 мА?
t=(10 мc)*(5 мA)/(14.1 A) = 3.5 мкс. Добиться такой точности непросто даже профессионалам.

Теперь попробуем оценить, какой величины может получиться постоянный ток, если мы начнем регулировать ту же спираль, открывая симистор целиком на полупериод, но не заботясь о том, чтобы он оставался открытым полный период. Не связываясь (для простоты) с алгоритмом Брезенхейма, мы тем не менее хотим получить 256 градаций мощности. Период 256*10 мc = 2.56 сек, за это время разбаланс по времени между положительной и отрицательной полуволнами тока в худшем случае составит 10 мс, величина тока 10 А. Постоянный ток через нагрузку Idc = (10 A)*(10 мс)/(2.56 сек) = 39 мA. Ни за счет динамики нагрева спирали, ни за счет механических регуляторов, вы не получите таких цифр даже близко, "уверяю Вас" ©.

Чтобы не нарушать правила, период цикла регулирования надо увеличить до 20 сек. Или же - все же синхронизировать микроконтроллер с сетью и гарантировать, что симистор будет всегда открыт в течении полного периода. При этом период цикла регулирования возрастет всего вдвое, до 5.12 сек; если же уменьшить число шагов регулирования, то период можно уменьшить как заблагорассудится.

Могу Вам про лампочку на пальцах... (Могу и не на пальцах, но не хочу...)
Температура холодной и горячей лампочки отличается (грубо) в 10 раз. И в Австралии тоже. Следовательно, сопротивление (тоже грубо) тоже в 10 раз. Пусть лампочка в горячем состоянии кушает 1 ампер. Пусть нагревается за 10 полупериодов. Пусть линейно на начальном этапе (на самом деле, теплоотдача в конце будет пропорциональна температуре в четвертой степени, но тогда на начальном этапе еще быстрее будет... в мою пользу...) Итак, получается (грубо, очень грубо...), что в первый полупериод ток будет 10 ампер, а во второй - 5...
Вот Вы писали - Чтобы не нарушать правила, период цикла регулирования надо увеличить до 20 сек.
А вот Вы объясните, какая трансформатору польза от того, что за 20 секунд - 2000 полупериодов средний ток будет равен нулю. Мне кажется, что у трансформаторов короткая память...

[=AK=]

Температура холодной и горячей лампочки отличается (грубо) в 10 раз. И в Австралии тоже. Следовательно, сопротивление (тоже грубо) тоже в 10 раз. Пусть лампочка в горячем состоянии кушает 1 ампер. Пусть нагревается за 10 полупериодов. Пусть линейно на начальном этапе (на самом деле, теплоотдача в конце будет пропорциональна температуре в четвертой степени, но тогда на начальном этапе еще быстрее будет... в мою пользу...) Итак, получается (грубо, очень грубо...), что в первый полупериод ток будет 10 ампер, а во второй - 5...

Корень десятой степени из 10 равен 1.258, почему у вас ток в два раза скачет?

Поскольку во втором полупериоде ток "недобран", то напряжение во втором полупериоде несколько возрастет, в третьем уменьшится, и т.п. Форма напряжения на вторичке слегка исказится, синусоида немного "съедет" в одну сторону, а затем восстановится. Если параллельно вторичке уже подключен десяток других лампочек, то вообще ничего не будет заметно.

Вот Вы писали - Чтобы не нарушать правила, период цикла регулирования надо увеличить до 20 сек.
А вот Вы объясните, какая трансформатору польза от того, что за 20 секунд - 2000 полупериодов средний ток будет равен нулю. Мне кажется, что у трансформаторов короткая память...

В процессе нагрева спирали каждый последующий полупериод в значительной степени компенсирует предыдущий. После того, как спираль нагреется, остатки "перекоса" быстро и незаметно рассеются, будут демпфированы нагрузкой.

А вот в момент выключения все гораздо хуже. Причем хуже всего как раз для нагрузок с тиристорным управлением - они всегда выключаются при нулевом токе через тиристор. Если в момент выключения через нагрузку прошло четное кол-во полупериодов тока, то все нормально, интеграл тока во вторичной обмотке распределительного транса равен нулю, никаких эксцессов при выключении не будет. А если нечетное - то "недостающий" до нуля ток будет "высосан" из других нагрузок, оставшихся подключенными к распределительному трансу.

Если у двух, трех, ... потребителей такое происходит не чаще чем раз в 20 секунд, то вероятность совпадения момента выключения сравнительно невелика. Чем реже - тем лучше. В этом и будет "сермяжная правда" зачем стОит следовать стандарту, растягивая период повторения до 20 сек при "кривом" однополупериодном управлении.

[Tanya]

Корень десятой степени из 10 равен 1.258, почему у вас ток в два раза скачет?

Это потому, что предполагалось, что вначале сопротивление R, через полупериод - 2R, потом 3R, ....10R.
Такое было приближения для оценки. (Я знаю правильную формулу... Даже для синуса... Будет для Вас хуже...)
А зачем тут корень, да еще 10-й степени...
А мысль была такая, что тот смарт-девайс, на который Вы ссылались, как на "правильный", при малых мощностях, когда 2 полупериода будет в ON, нагруженный на лампочку ничего правильного не обеспечит.

А вот в момент выключения все гораздо хуже. Причем хуже всего как раз для нагрузок с тиристорным управлением - они всегда выключаются при нулевом токе через тиристор. Если в момент выключения через нагрузку прошло четное кол-во полупериодов тока, то все нормально, интеграл тока во вторичной обмотке распределительного транса равен нулю, никаких эксцессов при выключении не будет. А если нечетное - то "недостающий" до нуля ток будет "высосан" из других нагрузок, оставшихся подключенными к распределительному трансу.

Если у двух, трех, ... потребителей такое происходит не чаще чем раз в 20 секунд, то вероятность совпадения момента выключения сравнительно невелика. Чем реже - тем лучше. В этом и будет "сермяжная правда" зачем стОит следовать стандарту, растягивая период повторения до 20 сек при "кривом" однополупериодном управлении.

Автору и было присоветовано делать "длинный" период. Иногда у него (с вероятностью 0.5) будет четное число, а иногда нечетное. А если потребителей много, то что там у них будет высосано...
Мне вот кажется, что наша дискуссия высосана из пальца. В нашей стране есть такое требование? А в стране Оз?

[=AK=]

А мысль была такая, что тот смарт-девайс, на который Вы ссылались, как на "правильный", при малых мощностях, когда 2 полупериода будет в ON, нагруженный на лампочку ничего правильного не обеспечит.

Мысль не уловил, поясните, что значит "ничего правильного не обеспечит"? Вопросов реально два:

-- Какова вероятность "неожиданного выгорания" нагрузок, подключенных к распределительному трансформатору. Упомянутый вами процесс разогрева спирали к такому выгоранию привести не может. А вот использование неполнопериодного тиристорного регулятора для мощной нагрузки - может.

-- Какова вероятность перегрева распределительного трансформатора за счет постоянной составляющей тока нагрузки, создаваемой диммерами. Представьте себе гостиницу на 200-300 номеров, где в каждом номере стоит один-два прикроватных ночника с диммерами одного и того же типа, разведенных проводами "намертво" и единообразно (электрики старательные попались). В погоне за экономией куплены дешевые китайские диммеры, или диммеры локального производства, сделанные местными кулибиными, которым начхать на стандарты, особенно "буржуинские" - мол, "все равно при разогреве нити накала..." и т.д. Соответственно, вместо положенных по стандарту 5 мА они имеют постоянную составляющую тока в 50 мА, а за счет старательности электриков все DC токи текут в одном направлении. В один прекрасный вечер 100 жильцов включают ночники, через вторичку распределительного транса течет DC ток 5 А. Сердечник работает с подмагничиванием, потери в железе возрастают выше предельно допустимых. Через какое-то время срабатывает защита. Все чешут репу, никакого криминала не находят и сходятся на том, что виноват Чубайс. Через несколько месяцев ситуация повторяется.

Мне вот кажется, что наша дискуссия высосана из пальца. В нашей стране есть такое требование?

ГОСТ Р 51317. 3.2-99 (МЭК 61000-3-2-95) ЭМИССИЯ ГАРМОНИЧЕСКИХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ТОКА
ТЕХНИЧЕСКИМИ СРЕДСТВАМИ С ПОТРЕБЛЯЕМЫМ ТОКОМ НЕ БОЛЕЕ 16 А (В ОДНОЙ ФАЗЕ). Нормы и методы испытаний. Госстандарт России. Москва

Нижеследующие методы управления потребляемой мощностью ТС не должны быть использованы в нормальных условиях эксплуатациии:
- метод несимметричного управления, за исключением случаев, когда применение указанного метода является единственным практическим решением для обеспечения условий безопасности;
- метод однополупериодного выпрямления потребляемого из электрической сети тока непосредственно на входных зажимах ТС, за исключением случаев, когда этот метод является единственным практическим решением для обеспечения условий безопасности или когда управляемая активная мощность ТС не превышает 100 Вт, или когда ТС представляют собой переносные устройства, используемые кратковременно (не более нескольких минут), подключаемые к электрической сети двухпроводным гибким шнуром (например, фены).