Стабилизация тиристорного регулятора мощности Опции

[Слесарь]

Есть у меня шесть регуляторов мощности тенов(нагревательных элементов) по ~2 кВатт каждый. Питание трехфазное. Каждая фаза питает пару тенов. У всех тенов общая нейтраль.
Проблема в том, что нестабильно напряжение питающей сети. Напряжение колеблется, как говорят электрики - в пределах нормы, то есть 10%.
Колебание напряжения питающей сети влияет на нагрев тенов, что необходимо исправить. Я не говорю о высокой точности. Меня устроит стабильнисть мощности тенов в пределах 3% по напряжению.

Вот схема:


Извините, схема найдена в интернет, по этому номиналы деталей немного несоответствуют. Но сама схема точна.
Например у меня тиристоры T-122-25-8

Подскажите, как можно стабилизоровать. Компенсировать колебания питающей сети?

Задача (думаю) не в том, чтобы следить за колебаниями напруги -
задача в поддержании заданной (нужной) температуры.

Нет такой возможности. Нет термопар на требуемые температуры.
Так как тены работают совместно, одна группа тенов будет прогревать термопары другой группа тенов. Не получится. Уже пробовали...

А как можно поддерживать заданную температуру, если ее измерить не получается?

А нас прогреваются пластиковые детали в движении. Каждый тен нагревает свою зону на пластике. Если перегрев или недогрев зоны, это сразу видно на выходе. Необходимо чтобы пластик на выходе был нагрет так, как было задано изначально и на всем потяжении рабочей смены. Длоя этого и необходимо, чтоб мощность на тенах не сильно изменялась от 10% изменений питающей эл. сети

Помогите???

[=AK=]

Колебание напряжения питающей сети влияет на нагрев тенов, что необходимо исправить. Я не говорю о высокой точности. Меня устроит стабильнисть мощности тенов в пределах 3% по напряжению.

Подскажите, как можно стабилизоровать. Компенсировать колебания питающей сети?

Для тиристорной регулировки мощности, подаваемой на ТЭН-ы, существуют два популярных метода:
1) "Фазовое управление", при котором регулируется момент открытия тиристора (симистора) в каждом полупериоде сетевого напряжения
2) "Числовое управление", когда тиристор (симистор) в течении некого длительного интервала времени полностью открывается на некое целое число М периодов сетевого напряжения, а в течении N полных периодов остается закрытым. Меняя соотношение M/(N+M) можно регулировать мощность в нагрузке (т.е. в ТЭН-е)

Схема, которую вы привели, использует метод 1). Недостатки этого метода таковы:
- В момент отпирания тиристора (симистора) напряжение на нагрузке меняется скачком, и через нее скачком начинает течь ток. Это создает помехи. Особенно много помех будет при половинной мощности, когда симистор открывается в середине каждого сетевого полупериода. При большой мощности нагрузки помехи могут оказаться так велики, что начнет сбоить близлежащее электронное оборудование - компьютеры, контроллеры, и т.п. Чтобы задавить помехи, очень желательно использовать LC-фильтры (которые в вашей схеме не показаны), а они получаются очень громоздкими и дорогими.
- Если момент отпирания симистора линейно увеличивать, то выходная мощность будет меняться нелинейно. Это понятно, ведь напряжение меняется по синусоиде, а мощность в резистивной нагрузке будет меняться пропорционально квадрату синуса. За счет этой нелинейности весьма трудно обеспечить правильную компенсацию изменений напряжения. Поэтому вам предлагали завести обратную связь (при помощи лампочки и т.п.), это позволило бы избавиться от проблемы с нелинейностью регулирующего элемента, но зато усложняет устройство в целом. Без обратной связи наиболее разумным решением было бы использование микроконтроллера, который бы компенсировал нелинейность при помощи "противоположной" нелинейности при задании момента отпирания симистора. Например, в его памяти можно хранить таблицу, по которой будет расчитываться момент отпирания.

Если использовать метод 2), то у него перечисленных выше недостатков нет. Тем не менее, с ним тоже не все гладко:
- Необходимо как-то гарантировать, чтобы ТЭН-ы были включены целое кол-во периодов сетевого напряжения. Нельзя чтобы ТЭН был включен в течении неравного кол-ва положительных и отрицательных полупериодов: это вызовет появление постоянноого тока, который, протекая через обмотку трансформатора на подстанции, вызовет подмагничивание сердечника, что может послужить причиной неисправности транса. На величину постоянного тока в нагрузке существуют жесткие нормы, и при ваших мощных ТЭН-ах несбалансированность даже на 1 полупериод за минуту может быть чревата.
- Мощность зависит от напряжения нелинейно, а как квадрат. То есть, ваш регулятор должен измерять сетевое напряжение, возводить результат в квадрат (например, при помощи аналогового умножителя) и затем линейно менять соотношение M/(N+M). Чисто аналоговыми методами эта задача решается, но довольно громоздко. Предложенное выше изящное решение с лампочкой можно применить и здесь: если лампочка включена в сеть, ее яркость пропорциональна мощности, так что сигнал со светодиода или фоторезистора можно использовать для регулировки числа периодов M за интервал M+N

Но вообще же, сейчас обе эти проблемы красиво и просто решаются при помощи простейшего микроконтролера.

[Tanya]

Предложенное выше изящное решение с лампочкой можно применить и здесь: если лампочка включена в сеть, ее яркость пропорциональна мощности, так что сигнал со светодиода или фоторезистора можно использовать для регулировки числа периодов M за интервал M+N

Но вообще же, сейчас обе эти проблемы красиво и просто решаются при помощи простейшего микроконтролера.

Лампочка - это плохо. Сопротивление очень сильно меняется, яркость пропорциональна четвертой степени температуры.
Микроконтроллер... тоже не очень - нужна хорошая точность измерения напряжения. Но в данном случае это не важно - автор даже термопару поставить не хочет, что было бы проще всего.

[Guest_orthodox_*]

Лампочка - это плохо. Сопротивление очень сильно меняется, яркость пропорциональна четвертой степени температуры.

Лампочка - это хорошо. Сопротивление очень сильно меняется, яркость пропорциональна четвертой степени температуры.
Потому крутизна регулировки в ОС высокая, позволит точно поддержать нужное значение мощности
Кстати, излучаемая нагревателями мощность совершенно тому же закону подчиняется , так что по мощности излучения - линейная связь...
Они ведь там излучателями, кажется, работают, разве нет?

PS хинт: лампочку надо использовать с недокалом, естественно...Срок службы практически не ограничен будет.


Ну и я намекал, что лампочкой мог бы наверное и сам нагреватель работать , если он так сильно калится...
А прицепить фоторезистор[фотодиод][светодиод] к регулятору - очень простая задача, как раз "конструкция выходного дня"

[Tanya]

Лампочка - это хорошо.

Рекомендую ознакомиться с распределением Планка-Эйнштейна

Можно применит датчики типа ТВБ это вакуумный баллончик, внутри нагреватель и термопара.
Мах ток через нагреватель твб в зависимости от типа 10-50мА.

Для тех, кто не знает. Это - датчик вакуума. Цоколь под ламповую панельку. Бывают металлические и стеклянные. Стекляные откачаны. Поэтому больше 10 ма нельзя (не стоит).
Если разгерметизировать или взять металличесий, то можно значительно больше, так как теплоотдача больше. Однако... время установления - секунды.
Для ТЭНов подойдет. Но стоит не 3 рубля.

[=AK=]

Рекомендую ознакомиться с распределением Планка-Эйнштейна

С учетом того, что сопротивление лампочки с вольфрамовой нитью линейно зависит от температуры, два порядка надо сразу скостить: с ростом температуры нить будет рассеивать все меньшую мощность. А от подводимой мощности температура тоже будет зависеть не линейно, поскольку излучение бyдет расти. Еще можно учесть смещение спектра в голубую область при разогреве и взять ИК приемник. И что останется от "страшной четвертой степени?" Шиш да кумыш.

[Tanya]

С учетом того, что сопротивление лампочки с вольфрамовой нитью линейно зависит от температуры, два порядка надо сразу скостить: с ростом температуры нить будет рассеивать все меньшую мощность. А от подводимой мощности температура тоже будет зависеть не линейно, поскольку излучение бyдет расти. Еще можно учесть смещение спектра в голубую область при разогреве и взять ИК приемник. И что останется от "страшной четвертой степени?" Шиш да кумыш.

Ну, во-первых, нелинейно в широком диапазоне. Не буду с Вами спорить - в спорах такого рода две роли...
У меня в комнате стоят лампа - "черное тело", монохроматор и болометр. Для калибровки. Я знаю, что от чего зависит и что пишу.

ТВБ не датчик вакуума а датчик вакуумный бесконтактный. Стеклянный баллон и 4 гибких вывода.
ТВБ-3 (5 мА) ТВБ-9 (500ма) есть и на другие токи 100ма, 50ма.
Состоит из термопары и нагревателя. Выделенное через спиральный нагреватель тепло измеряют термопарой.
Есть с цоколем в металлическом корпусе называются Т200. Состоит из батарей термопар залитых компаундом.
Стоят ТВБ не дешево, мы покупали от 25 до 70 гривен за штуку. Но в данном случае это вполне реальное решение
данной задачи.

Так и я о том же. Только выводы другие. Про существование гибких выводов не знала. Стандартный термоэлектрический преобразователь - ПМТ-2, или ЛТ-4М. Принцип у всех одинаковый, - в некотором диапазоне давлений (когда длина свободного пробега большая) теплоотдача линейно зависит от давления (числа молекул в единице объема).

[=AK=]

У меня в комнате стоят лампа - "черное тело", монохроматор и болометр. Для калибровки. Я знаю, что от чего зависит и что пишу.

Гораздо практичнее вместо этого было бы иметь ЛАТР и несколько расхожих фотоприемников, включая фоторезисторы. С тем, чтобы можно было быстренько снять реальную характеристику зависимости сигнала фотоприемника от сетевого напряжения на лампе. У меня, увы, этого оборудования под рукой нет.

[Tanya]

Гораздо практичнее вместо этого было бы иметь ЛАТР и несколько расхожих фотоприемников, включая фоторезисторы. С тем, чтобы можно было быстренько снять реальную характеристику зависимости сигнала фотоприемника от сетевого напряжения на лампе. У меня, увы, этого оборудования под рукой нет.

Латров полно. Только напряжение сети не очень стабильное. Автору, наверное, нужен линейный преобразователь мощность - напряжение, чтобы завести в обратную связь.
Если линейность не нужна, то лампочка подойдет. Точность будет разная. При малой мощности - совсем плохая... никакая.

[=AK=]

Если линейность не нужна, то лампочка подойдет. Точность будет разная. При малой мощности - совсем плохая... никакая.

Автор конкретно написал, что ему надо стандартную нестабильность сетевого напряжения (для отечественной сети +10% -15%, если склероз не изменяет) свести не более чем к 3% колебаний мощности ТЭН-ов. Ну что уж тут о линейности и точности беспокоиться-то...

[Tanya]

Автор конкретно написал, что ему надо стандартную нестабильность сетевого напряжения (для отечественной сети +10% -15%, если склероз не изменяет) свести не более чем к 3% колебаний мощности ТЭН-ов. Ну что уж тут о линейности и точности беспокоиться-то...

Линейность в том смысле, что если датчик нелинейный, то и задатчик тоже таким будет.
Так и быть, расскажу простенький способ. Мой. Более сложный денег стоит...
Рассмотрим (U+u)^2. Где U - номинальное напряжение сети, u - отклонение.
Возведем в квадрат.
Получим U^2 +2Uu + u^2 - последний член мал, его отбросим. Интегралы и еще небольшое преобразование опускаю.
Вот и все. Таким образом избавляемся от умножения. Точность 1% при 10% колебаниях сети. Проверено.
Реализацию сами придумаете. Уверена.
Это работает не для фазового управления, а для ШИМа (полу)периодного в предположении, что форма синуса сохраняется.

[=AK=]

Таким образом избавляемся от умножения.

Умножение само по себе не является проблемой. При реализации на МК оно делается в полпинка.

Проблему я вижу в том, что топикстартер выглядит совершенным новичком в электронике. Поэтому ему хочется найти решение, пригодное для исполнения радиолюбителем с уровнем "год занятий в школьном радиокружке". А с таким уровнем, несомненно, правильнее всего взять готовое решение. Например, то, которое которое ненавязчиво предлагает Nikolay1

А самому возиться с МК или термопарами с таким уровнем - бесполезно. С лампочками и фоторезисторами - уж куда ни шло, и то только от безысходности, когда денег совсем нет.

[Tanya]

Умножение само по себе не является проблемой. При реализации на МК оно делается в полпинка.
А с таким уровнем, несомненно, правильнее всего взять готовое решение. Например, то, которое которое ненавязчиво предлагает Nikolay1

То, что я написала, делается без МК. Автор принципиально(?) не хочет тратить ни копейки.

[=AK=]

То, что я написала, делается без МК.

Там у вас проблема true rms возникнет. Которая сама по себе тоже не шибко приятная. А с лампочкой она отрубается под корень.

И еще одна проблема - схемотехника, в частности, развязки. Фоторезистор можно худо-бедно приткнуть куда угодно. Ведь регулирует же сейчас топикстартер чем-то накал ТЭН-ов от 30 до 80%? Вот к этому регулятору и приткнуть.

А ваш вариант наверняка потребует разработки "с нуля".

[Tanya]

Там у вас проблема true rms возникнет. Которая сама по себе тоже не шибко приятная. А с лампочкой она отрубается под корень.
А ваш вариант наверняка потребует разработки "с нуля".

Нет. С лампочкой все намного хуже, чем Вы думаете. Чем хорош термопарный манометр - нагреватель с постоянным сопротивлением и теплоотдача пропорциональна температуре. А у лампочки нет ни того, ни другого.

[=AK=]

С лампочкой все намного хуже, чем Вы думаете.

Я в это, возможно, поверю, когда увижу график зависимости сопротивления фоторезистора от сетевого напряжения при изменениях сетевого +10-15%. Как я тонко намекал раньше (я имею полное право заявить, что намек был очень тонок: отнюдь не все его уловили), сам я таковой график снять не могу в силу отсутствия под рукой ЛАТРа и фоторезисторов.

[Tanya]

Я в это, возможно, поверю, когда увижу график зависимости сопротивления фоторезистора от сетевого напряжения при изменениях сетевого +10-15%. Как я тонко намекал раньше (я имею полное право заявить, что намек был очень тонок: отнюдь не все его уловили), сам я таковой график снять не могу в силу отсутствия под рукой ЛАТРа и фоторезисторов.

А у меня все это есть. Нет только лампочки накаливания на 220 вольт. Только люминисцентные. Большая лампочка низковольтная и питается от стабилизатора с фиксированным током.
Попробую поискать...


Лень было латр откручивать.
220 вольт 180 ом
127 вольт - 700 ом.

[Tanya]

220 вольт 180 ом
127 вольт - 700 ом.
Ладно, с Вас... что с Вас возьмешь...
50 -300к
100 - 2.2к
200 - 220

[=AK=]

220 вольт 180 ом
200 - 220
127 вольт - 700 ом.
100 - 2.2к

Вот спасибо! Четыре значащих точки - это намного лучше, чем две (хотя, конечно, хуже чем, скажем, десять)
Правда, нас конкретно интересует область 187...242 В (то есть, -15+10%)...



Тем не менее, никакого особого криминала в получившемся графике я не усмотрел. В интересующей меня области 187...242 В он, похоже, будет довольно линеен.

ЗЫ: Жалко, что излучение зависит от температуры всего в четвертой степени. Зависело бы в пятой или шестой степени, глядишь, совсем линейный был бы график