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.

[vvs157]

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

Я когда-то лет 20 назад разбирал схему импортного тиристорного блока для печей. Так там была сделана стабилизация по U^2 и фазоимпульсное управление.

[Tanya]

Я когда-то лет 20 назад разбирал схему импортного тиристорного блока для печей. Так там была сделана стабилизация по U^2 и фазоимпульсное управление.

И как?

[vvs157]

И как?

При небольших колебаниях сети мощность на печке не менялась. Точных данных в %% за давностью не помню. Из другой особенности этого блока - у него входное напряжение управляло не фазой открытия тиристоров, а было пропорционально U^2 эффективного напряжения фазы сети (с учетом угла открывания тиристора), от которой питалась электроника модуля.

[Tanya]

При небольших колебаниях сети мощность на печке не менялась. Точных данных в %% за давностью не помню. Из другой особенности этого блока - у него входное напряжение управляло не фазой открытия тиристоров, а было пропорционально U^2 эффективного напряжения фазы сети (с учетом угла открывания тиристора), от которой питалась электроника модуля.

Вот именно, как получали квадрат напряжения и интересно. Вот в еще более старых советских ВРТ-2,3 применялся тепловой способ, которым до сих пор пользуется Nikolay1.

[=AK=]

как получали квадрат напряжения

В аналоговом виде квадрат легко получить при помощи ШИМ-а: сделать и ширину, и амплитуду импульсов пропорциональными напряжению, а затем проинтегрировать

[Tanya]

В аналоговом виде квадрат легко получить при помощи ШИМ-а: сделать и ширину, и амплитуду импульсов пропорциональными напряжению, а затем проинтегрировать

Тут нужно еще пиковый детектор или среднее по периоду брать - ошибки будут. А как же с лампочкой?

[Guest_orthodox_*]

Тут нужно еще пиковый детектор или среднее по периоду брать - ошибки будут.

Да вроде как раз мгновенные значения интересуют, иначе не получается.
А после возведения в квадрат можно и среднее брать уже.

А как же с лампочкой?

Да она тоже самое делает - мгновенные значения в квадрат возводит, а потом усредняет...
Вроде и после нее можно усреднять отдельно, если малоинерционная...

[Tanya]

Да она тоже самое делает - мгновенные значения в квадрат возводит, а потом усредняет...
Вроде и после нее можно усреднять отдельно, если малоинерционная...

Так нарисуйте, как лампочка в квадрат возводит и как потом этот квадрат использовать.

[Guest_orthodox_*]

Так нарисуйте, как лампочка в квадрат возводит и как потом этот квадрат использовать.

Не, не смогу - таланта художника нету...
Пусть остается как есть.

[Tanya]

Не, не смогу - таланта художника нету...
Пусть остается как есть.

Давайте словами, как есть. Или нет?
Я вот словами могу про комбинацию лампочка + фоторезистор...
Наши многолетние исследования (10 минут) показали, что лампочка (40 ватт, 220 вольт) в диапазоне напряжений 50 -220 вольт дает такой световой поток, что проводимость освещаемого им специально отобранного со спецприемкой фоторезистора (из хлама) оказывается линейной функцией квадрата напряжения на лампочке. Таким образом, подавая на фоторезистор постоянное напряжение, можно получить ток, пропорциональный мощности, выделяющейся на нагревателе с постоянным сопротивлением.
Подавая этот ток на суммирующий вход интегратора вместе с выходным сигналом системы управления (задатчика мощности), мы получаем на выходе интеграл от рассогласования мощности - рассогласование энергии. Такой сигнал весьма удобен для управления тиристором, который питает нагреватель.

[=AK=]

лампочка (40 ватт, 220 вольт) в диапазоне напряжений 50 -220 вольт дает такой световой поток, что проводимость освещаемого им ... фоторезистора ... оказывается линейной функцией квадрата напряжения на лампочке. Таким образом, подавая на фоторезистор постоянное напряжение, можно получить ток, пропорциональный мощности, выделяющейся на нагревателе с постоянным сопротивлением.
Подавая этот ток на суммирующий вход интегратора вместе с выходным сигналом системы управления (задатчика мощности), мы получаем на выходе интеграл от рассогласования мощности - рассогласование энергии. Такой сигнал весьма удобен для управления тиристором, который питает нагреватель.

С интегратором - че-то я не понял. Фигня какая-то, не будет это работать.

Для системы, в которой сигнал задатчика является величиной требуемой мощности ТЭН-ов, сигнал с фоторезистора (пропорциональный квадрату сетевого напряжения rms) надо привести к тому же "масштабу" и вычесть из сигнала задатчика.

[Tanya]

С интегратором - че-то я не понял. Фигня какая-то, не будет это работать.

Выделенное правильно, фигня прекрасно работает.
Естественно, что знаки разные. При суммировании происходит вычитание.

надо привести к тому же "масштабу" и вычесть из сигнала задатчика.

"Масштаб" получается автоматически - если бы мы суммировали таким образом сигнал с задатчика с сигналом от термопары (температурой) масштаб был бы температурный. А в этом случае сигнал приобретает смысл мощности, если работает обратная связь.

[=AK=]

Выделенное правильно, фигня прекрасно работает.
Естественно, что знаки разные. При суммировании происходит вычитание.

К знаку придираться я бы не стал. Интегратор там лишний. С интегратором работать не будет. Потому что регулировать надо мощность, а не энергию.

"Масштаб" получается автоматически

"Чем дальше в лес - тем толще партизаны" (с) С чего бы ему вдруг получиться "автоматически"? Подадите маленький компенсирующий сигнал - не получите полной компенсации, подадите избыточный - получите перекомпенсацию, ТЭН-ы начнут остывать при увеличении сетевого напряжения.

[Tanya]

К знаку придираться я бы не стал. Интегратор там лишний. С интегратором работать не будет. Потому что регулировать надо мощность, а не энергию.

"Чем дальше в лес - тем толще партизаны" (с) С чего бы ему вдруг получиться "автоматически"? Подадите маленький компенсирующий сигнал - не получите полной компенсации, подадите избыточный - получите перекомпенсацию, ТЭН-ы начнут остывать при увеличении сетевого напряжения.

Интегратор там не лишний. Вот Вы как система управления температурой выдаете непрерывную функцию. Хотите, чтобы я как система управления мощностью такое выдавала. Но я могу только порциями по половине периода. Вот смотрю я на интегратор - надо выдать - выдаю квант. Дала больше, чем Вы просили... немного опередила, зато потом немного запоздало... Ничего не напоминает?
Вы правы про партизан, но не думала, что Вы пишите о таких простых вещах. Ясное дело, что максимум задатчика должен соответствовать максимальной мощности (той. которую мы выберем).
Имела в виду то, что при подаче на интегратор, например, среднего тока, получили бы задатчик тока (заряда).

[Guest_orthodox_*]

Интегратор там не лишний.

Это точно. Но может быть, имели в виду что не всегда в явном виде.
Иногда тепловая масса может сыграть его роль, если это получается - всегда неплохо.
Максимальная скорость отклика.

[Tanya]

Это точно. Но может быть, имели в виду что не всегда в явном виде.
Иногда тепловая масса может сыграть его роль, если это получается - всегда неплохо.
Максимальная скорость отклика.

Интегратор - неотъемлемая часть сигма-дельта преобразователя.
Напишите, лучше, как лампочка дает квадрат. Из предыдущих намеков ничего не поняла. Или это тайна лампы?