Выходные устройства

  В регуляторах Термодат для управления нагревателями и другими исполнительными устройствами используются следующие выходные устройства:

1) Электромагнитные реле
2) Транзисторный выход для управления внешними силовыми устройствами
3) Выходы для непосредственного включения симисторов
4) Аналоговые выходы (стандартный аналоговый выход)

Электромагнитные реле - выходы Р

  В приборах Термодат применяются реле двух типов. Реле РЭК-51 - одно из лучших отечественных реле, имеет высокую надежность, способно коммутировать ток до 5А на активной нагрузке при переменном напряжении 220 В. Реле BS115 фирмы Bestar имеет прекрасные характеристики, малые размеры, коммутирует до 10А при переменном напряжении до 220 В.
  В большинстве приборов Термодат используется только один нормально разомкнутый контакт реле - то есть контакт реле разомкнут если прибор выключен. Однако, режим работы реле можно задать программно, изменяя параметры в третьем уровне режима настройки. В одном режиме контакты реле буду замкнуты при температурах ниже уставки и разомкнуты при температуре выше уставки, в другом режиме контакты реле будут разомкнуты при температурах ниже уставки и замкнуты при температуре выше уставки.
  Следует помнить, что ресурс работы контактов реле зависит от коммутируемого тока, напряжения и индуктивности нагрузки. Чем выше ток коммутации, тем сильнее эрозия контактов из-за искрообразования. Поэтому при токах выше 3А желательно использовать вторичные силовые реле или пускатели, или тиристорные устройства. Запрещается использовать выходные реле приборов Термодат для коммутации токов более 5А.
  Индуктивность нагрузки значительно уменьшает надежность и износостойкость реле. При использовании индуктивной нагрузки обязательно следует применять искрогасящие цепочки. Поскольку двигатели, вентиляторы, пускатели, электроклапаны, звонки являются индуктивной нагрузкой, остановимся на этом вопросе подробнее. При коммутации индуктивных нагрузок наиболее тяжелыми для контактов является процесс размыкания цепи, так как во время размыкания контактов происходит основной износ их из-за образования искрового разряда и дуги. При размыкании индуктивной нагрузки возникают перенапряжения, усиливается дуга и увеличивается ее длительность. Эрозия контактов реле при коммутации индуктивной нагрузки возрастает с увеличением коммутируемых токов и напряжений, а также постоянной времени коммутируемой цепи.
  Индуктивная нагрузка при коммутации токов от 0,5 до 1,0 А снижает износостойкость реле по сравнению с активной нагрузкой в 2-2,5 раза. Кроме того, коммутация индуктивных нагрузок вследствие значительного искрения и дугообразования может привести к снижению сопротивления изоляции и пробою электрической изоляции между контактами из-за осаждения на поверхности цоколя продукта износа контактов. Поэтому для увеличения износостойкости контактов, коммутирующих индуктивную нагрузку, необходимо в аппаратуре применять искрогасительные контуры, которые следует включать параллельно контактам или нагрузке. Простейшая и достаточно эффективная искрогасительная цепь - RC цепочка, включенная параллельно контактам реле. Номиналы резистора и конденсатора следует подбирать опытным или расчетным путем. Для большинства пускателей и других обычных нагрузок цепей переменного тока напряжением 220 В наиболее приемлемыми являются значения R от 10 до 30 Ом, С от 0,1 до 1 мкФ. Расчетный путь не дает более точных результатов. Процесс искрообразования зависит, оказывается, не только от индуктивности нагрузки, но даже от типа и конструкции магнитопровода. Если речь идет о серийной продукции, то обязательно следует провести испытания. Снять с реле кожух и опытным путем по величине искры подобрать RC или иную, более сложную цепочку. Затем необходимо провести ресурсные испытания.
  При коммутации нагрузок, имеющих емкостной характер наиболее тяжелым для контактов является момент замыкания цепи, когда бросок тока может вызвать сваривание контактов. Поэтому для ограничения тока заряда емкости следует последовательно с ней включать добавочное сопротивление. В цепь реле для его защиты обязательно следует установить плавкие предохранители. Номинал предохранителя должен быть выбран исходя из мощности используемой нагрузки в диапазоне от 1 до 5 А.

Транзисторный цифровой управляющий выход Т

  Транзисторный выход предназначен для управления мощностью нагрева с помощью внешних блоков. Выходное напряжение 5В, ток до 30мА. Выход Т может работать в двух режимах - в режиме передачи цифрового кода и в режиме прямой реализации метода равномерного распределения рабочих полупериодов.

Режим равномерного распределения рабочих полупериодов

  В этом режиме к выходу Т подключается один симисторный блок СБ (для однофазной нагрузки), либо три блока СБ (для трехфазной нагрузки). В блоках СБ используются элементы МОС3082, обеспечивающие гальваническую (оптоэлектронную) развязку управляющих цепей от силовых. Кроме того, элементы МОС3082 открывают симистор в момент, когда напряжение на нем равно нулю (точнее, близко к нулю). При включении симисторов в нуле прибор создает минимальные помехи в сети, даже при коммутации большой мощности. Кроме того, сами симисторы работают в мягком режиме и их надежность резко увеличивается.
  Управляющий сигнал на выходе Т реализует метод равномерного распределения рабочих сетевых полупериодов. Нагрузка включается каждые 10мсек, то есть каждый сетевой полупериод. Выводимая мощность распределяется равномерно по 1024 полупериодам. Если наблюдать форму выходного сигнала осциллографом то при малых выводимых мощностях будут видны отдельные прямоугольные импульсы амплитудой 5В и длительностью 10мсек. В течение этого времени происходи однократное включение симистора. Симистор включается в момент прохождения фазы через ноль и момент включения может не совпадать с началом импульса. Но в любом случае каждому импульсу длиной 10 мсек будет соответствовать одно включение симистора на один полупериод. По мере увеличения выводимой мощности интервал между импульсами будет уменьшаться. При 50% мощности выходной сигнал будет собой представлять меандр - расстояние между импульсами равно длине импульсов (10 мсек). Далее отдельные импульсы начнут сливаться и при мощностях, близких к 100% на выходе почти все время будет уровень сигнала 5В с редкими прямоугольными провалами до 0В длительностью 10мсек, в течение которых симисторы будут выключаться.

Режим передачи цифрового кода

  В этом режиме по выходу Т в цифровом виде передается требуемая мощность нагревателя в виде цифрового последовательного кода. При этом к выходу могут быть подключены силовые устройства с микропроцессорным управлением. Блок ФИУ реализует фазоимпульсное управление симистором. Суть фазоимпульсного управления заключается в том, что симистор каждый полупериод открывается не вблизи нуля, а с регулируемой фазовой задержкой от 0 до 180 градусов. При этом эффективное напряжение на нагревателе изменяется от 0 до максимального. Цифровой выход D может быть использован для подключения цифро-аналогового преобразователя и формирования стандартного токового или потенциального сигнала.

Выходы для непосредственного управления симисторами C

  Приборы Термодат имеют выходные оптоэлектронные устройства для непосредственного управления симисторами. К этому выходу могут быть непосредственно подключены симисторы или тиристоры. В приборах Термодат используются элементы МОС3082, обеспечивающие гальваническую (оптоэлектронную) развязку управляющих цепей от силовых. Кроме того, элементы МОС3082 имеют встроенный детектор фазы и открывают симистор в момент, когда напряжение на нем равно нулю (точнее, близко к нулю). При включении симисторов в нуле прибор создает минимальные помехи в сети, даже при коммутации большой мощности. Кроме того, сами симисторы работают в мягком режиме и их надежность резко увеличивается. При использовании выходов типа C управление мощностью производится по методу равномерного распределения рабочих полупериодов. При подключении симисторов к регулятору следует знать следующие основные положения.

1. Выходной ток МОС3082 может достигать 1А, но только в момент поджига симисторов, поэтому нельзя использовать этот выход как релейный, нагружая постоянной нагрузкой.

2. Не все симисторы поджигаются МОС3082. Например, устаревшие симисторы типа ТС161 требуют однополярного сигнала поджига и не могут быть использованы с МОС 3082. Кроме того, при подключении симисторов следует учитывать ограничение по выходному управляющему току МОС3082. Нельзя непосредственно к элементам МОС3082 подключать мощные симисторы, рассчитанные на токи выше 100А (например, ТС162). Ниже в таблице мы приводим список рекомендуемых нами симисторов для непосредственного подключения к приборам Термодат. Следует подчеркнуть, что рабочие токи, коммутируемые симисторами, зависят от температуры симисторов. Все симисторы должны устанавливаться на радиаторы (охладители). Радиаторы можно использовать покупные, поставляемые с симисторами, или изготовленные своими силами.

3.К одному выходу может быть подключен только один симистор.

4.Каждый выходной симистор может быть подключен к любой фазе, то есть, например, в десятиканальном приборе, три выхода могут быть подключены к фазе А, три к фазе В, остальные четыре - к фазе С.

5.Более мощные симисторы, например типа ТС261 могут быть подключены к прибору через промежуточный усиливающий симистор.

6.В качестве силовых элементов могут быть использованы тиристоры, включенные встречно. Нельзя включать мощные тиристоры без промежуточных усиливающих симисторов. 

Аналоговый выход А (стандартный аналоговый сигнал)

  Этот выход используется для управления пневматическими исполняющими устройствами, пневмоклапанами, задвижками. Выходной сигнал может быть стандартным аналоговым (4-20 мА или 0-5мА) или потенциальным (0-5В). В приборах предусмотрена возможность инверсии сигнала (максимальной мощности регулятора в этом случае соответствует минимальный аналоговый выходной сигнал) и возможность ограничения максимального уровня сигнала.

Способы подавления помех от терморегулятора

  При всех процессах замыкания и размыкания цепи электрическими контактами и электронными ключами наблюдаются радиопомехи, обусловленные резким изменением тока в коммутируемой цепи. Уровень радиопомех определяется крутизной фронтов образующих импульсов, их амплитудой, длительностью. Поскольку регуляторы температур, как правило, коммутируют мощные нагрузки, следует принимать специальные меры для уменьшения помех.
  При коммутации индуктивной нагрузки контактами реле уровень создаваемых радиопомех резко уменьшается искрогасительными цепями. Искрогасители эффективно работают только в цепях с индуктивной нагрузкой там где имеется необходимость в снятии перенапряжения при размыкании контактов. Поэтому в электронагревательных приборах, при прямом управлении ТЭНами и спиралями их применять не следует. В качестве помехоподавляющего устройства в этом случае достаточно применение симметричного конденсатора (например К73-21) емкостью 0,1 - 0,22 мкФ, подключаемого к сетевым зажимам питания нагрузки.
  Интенсивным источником индустриальных помех принято считать коммутационные устройства на симисторах и тиристорах. Мощные высокочастотные помехи возникают в сети переменного тока в момент включения, если зажигание тиристоров происходит при максимальной амплитуде напряжения - угол отсечки около 90. По этой причине схемы с фазоимпульсным управлением являются очень шумящими в диапазоне частот от 0,1 до 15 МГц, и следует применять специальные меры для подавления помех. По нашим представлениям, фазоимпульсное управление следует использовать только в случае особой необходимости.
  Напротив, при включении симисторов в нуле (угол отсечки около 0, напряжение не более 15В) создаются минимальные помехи, уровень которых ниже, чем при включении нагрузки с помощью реле и пускателей. В приборах Термодат поджиг в нуле осуществляется специальными оптоэлектронными устройствами МОС3082, имеющими в своем составе определитель момента прохождения напряжения через ноль. 

Разработка © 2003 ООО"КИП-ЭНЕРГО" Все права защищены.