Trójfazowy Moduł Wykonawczy, Łącznik Półprzewodnikowy

Witam

Tym razem chciałbym przedstawić trójfazowy moduł wykonawczy, łącznik półprzewodnikowy. Urządzenie to a raczej moduł wykonawczy przystosowany jest to pracy z odbiornikami trójfazowymi dużej mocy. Bez problemu radzi sobie z grzałkami o sumarycznej mocy ponad 10kW. W układzie pracują triaki BTA41 o maksymalnym prądzie dochodzącym do 40A, co daje możliwość pracy z odbiornikami pobierającymi na starcie większy prąd. Moduł wykonawczy został tak zaprojektowany aby mógł zastąpić stycznik z cewką na prąd przemienny 230V. Dzięki optotriakom każda faza włączana jest niezależnie w najbliższym zerze sieci, co nie jest bez znaczenia przy tak dużych mocach, jednocześnie optoizolacja zapewnia skuteczne oddzielenie obwodów wysokoprądowych od niskoprądowego sterowania. Dodatkową ochroną przeciwko przepięciom są warystory umieszczone równolegle z triakami. Ponieważ triaki BTA41 mają izolowaną obudowę, zostały one przykręcone bezpośrednio do radiatora, dla którego przewidziano możliwość podłączenia do uziemiania. Zwiększa to ochronę przed porażeniem gdyż przebicie na obudowę jednego z triaków powinno spowodować zadziałanie obwodów ochronnych sieci energetycznej.

Schemat układu:


Schemat modułu może wydawać się znacząco przerośnięty, taka budowa jednak daje oddzielenie obwodów sterowania od wysokoprądowego odbiornika. Sterownik podłączony jest do złącza Ster (ARK), które jednocześnie ma możliwość podłączenia uziemienia do radiatora. Napięcie sterujące 230V jest prostowane za pomocą mostka Br1 (1A). Rezystor dużej mocy R7 (22k) ogranicza prąd i zapewnia poprawne warunki pracy dla prostego stabilizatora zbudowanego na diodzie D2 (24V) i kondensatorze C1 (47uF). W zasadzie dioda D2 pełni raczej rolę zabezpieczenia przed nadmiernym wzrostem napięcia na C1 bo średnia wartość napięcia na niej podczas normalenj pracy nie przekracza 20V.

Dioda D1 (LED Zielona) pełni rolę kontrolki pracy modułu. Rezystor R8 (1,5k) ogranicza prąd płynący przez tą diodę oraz przez struktury LED transoptorów OPT1 - OPT3 (MOC3041). Takie szeregowe podłączenie diody D1 i transoptorów zostało wybrane aby zmniejszyć pobór prądu z prostego zasilacza z diodą D2 i rezystorem R7 a jednocześnie ograniczyć ciepło jakie się na nim wydziela (bo i tak jest duże).

Rezystory R1 - R6 (180R) ograniczają prąd bramki triaków T1 - T3 (BTA41). Zastosowano po dwa rezystory w szeregu do każdego z triaków aby dodatkowo uchronić się przed przebiciami. Wyjścia układu zabezpieczone są warystorami W1 - W3 (14N431) na napięcie 275V AC.

Wykonanie:


Na ostatnim zdjęciu widać sposób testowania układu, gotowanie naraz ponad 10l wody

Układ wygląda całkiem nieźle, to mu trzeba przyznać, jednak:

1. Czy sterowanie polega na podaniu napięcia sieciowego? Jeśli tak, zasilacz beztransformatorowy byłby lepszy (minimum nagrzewania elementów) a tutaj jest ten nieszczęsny rezystor 5W,
2. Sprawdzałeś ten moduł z silnikami elektrycznymi? Jak pewnie wiesz są one trudniejszym przeciwnikiem niż czajnik, który jest w zasadzie niczym więcej niż opornikiem, silnik dołoży prąd rozruchowy i przy odłączaniu może jeszcze powstać przepięcie groźne dla triaków.

1. Tak układ sterowany jest drugim obwodem 230V. Zastanawiałem się nad zasilaczem beztransformatorowym, w którym prąd ograniczał by kondensator. Wybór padł jednak na rezystor 5W bo nie dokońca jestem pewnien czy kondensator 470nF 275V (przeciwzakłuceniowy) nadaje się do tego rozwiązania, czy musi być jakiś specjalny? Na rezystorze wydziela się ok 2W mocy więc jest ciepły.

2. Układ był projektowany jako włącznik dla grzałki 10kW trójfazowej. Więc do testów użyłem 6 czajników elektrycznych. Silnika nie podłączałem ale napewno nie podłączał bym do tego układu silnika 10kW właśnie ze względu na takie problemy jak napisałeś. Co prawda triaki mają wytrzymać nominalnie 40A a chwilowo dużo więcej jednak w chwili ogromnego przepięcia warystor może okazać się niewystarczającym zabezpieczeniem

Właściwie to taki kondensator mógłby być, w końcu i tak pracuje pod napięciem sieciowym. Jeśli chciałbyś dać jakiś inny to na 400V albo i nawet 630V.

Do zasilacza beztransformatorowego można użyć kondensatora MKT lub MKSE o podanych przez Ciebie parametrach

Układ OK, ale następne takie moduły rób tak aby wygodnie było wyjąć resztki po triaku. Zabezpieczenia w domku są za wolne i triak strzela przy byle zwarciu.
Wiem, bo robiłem triaka dla prądu 20A/400V.
Przy naprawie jest dużo roboty bo wszystko okopcone i nie da się lutować.
Może odważysz się podłączyć silnik?
Ciekaw jestem jak sprawdzą się te warystorki.
ps.
Poszukuję postu na elektrodzie gdzie opisywał ktoś układy pracy triaka tzn. obciążenie od strony A1 lub A2. Podobno jedno z nich jest korzystniejsze dla trwałości elementu.

Witam

Nie rozumiem pytania kolegi odnośnie pogarszania parametrów sieci na wyjściu? jeśli chodzi o zakłócenia do sieci to nie ich nie ma bo triaki włączane są w zerze.

Jeśli chodzi o te warystory to starałem się dobrać tak warystor aby miał szansę choć spróbować zareagować na przepięcie. Triaki są na 600V (lub 800V) a warystor na 275AC, więc jest jakaś szansa. Silnika narazie nie podłącze, może w wakacje

sorka za glupie pytanie : mozna to zmodyfikować tak by regulowac tym od zera do pelnego prądu ? chodzi mi o zbudowanie regulatora do spawarki ...

Szukaj pod nazwą Dimmer, jednak do spawarki się nie nadaje (zależy jeszcze jakiej).

Co do silników to jest to obciażenie typu RLE. No i oczywiście ten prąd rozruchowy. Poza tym zamiast triaka lepiej użyć dwóch tyrystorów połaczonych przeciwsobnie. Pewniejsze wyłaczanie sie niz w przypadku traka.

Nie wiem w jaki sposób trzeba sterować spawarką, ale myślę że do grupowej regulacji mocy układ się z powodzeniem nadaje

dlaczego uzyles optotriakow z serii...41 anie moc3061?
Jest szansa ,ze je przebije , podobnie z warystorem przy obciazeniach indukcyjnych pewno bedzie sie niezle grzal.

To już chyba poruszyliśmy, skoro ma sterować grzejnikiem to wszystko gra.

Skoro układ przewidziany jest do zasilania trójfazowego urządzenia grzewczego to wydaje się bezcelowe stosowanie triaków we wszystkich trzech fazach. Jedna z faz może być podana bezpośrednio. Dokąd pozostałe dwie fazy nie zostaną wyzwolone trzecia faza nie będzie wiodła prądu. (oczywiście w przypadku połączenia w gwiazdę nikt rozsądny nie uziemia punktu zerowego gwiazdy). Pozostałe urządzenia elektryczne zabezpieczające są niezbędne: wyłącznik instalacyjny lub (lepiej) różnicowoprądowy, wyłącznik urządzenia - nasz "stycznik" - grzałki.

Lepiej jednak nie podawać żadnej z faz bezpośrednio. W razie czego lepiej panować nad wszystkim.

A jak temperatura na radiatorze przy gotowaniu wody? Nie za mała powierzchnia radiatora?

Pomysłowy układ, jako alternatywa do styczników i wszelkich wyłączników z elementami ruchomymi. Ciekawi mnie praca z odbiornikami typu transformator i silnik elektryczny.
Czy jest możliwe "obcięcie"układu o dwa obwody , tak aby można było go zastosować w jednej fazie? Myślę że na pewno będzie trzeba zmienić wartość opornika R8, i chyba nie tylko rezystancję ale i moc.

Quote:

Lepiej jednak nie podawać żadnej z faz bezpośrednio. W razie czego lepiej panować nad wszystkim.

Nie bardzo rozumiem co kolega ma na myśli z tym panowaniem. Stosowane jest takie rozwiązanie (jedna faza na "sztywno") w fabrycznych modułach. Ma to na celu zmniejszenie strat i temperatury radiatora o 1/3. O koszcie elementów nie wspomnę.

Witam

Ogólnie polecam 3 triaki bo wolę jak na odbiorniku nie ma napięcia podczas wyłączenia. Kwestia bezpieczeństwa. Straty mocy oczywiście są ważne, jednak przy jednostkowym urządzeniu nie ma to znaczenia. jeśli bym miał zrobić takich 10 sztuk pracujących to wtedy inna sprawa.

radiator jest ciepły podczas pracy ok 50 stopni, testowane na dotyk. Ale nie wiem co by się stało gdyby układ pracował o wiele dłużej. Można dać większy radiotor, znaczy się dłuższy z tego samego profilu, bo tak płytkę zrobiłem żeby trafiały triaki i kołki dystansowe między żeberka:)

W sprawie bezpieczeństwa to jakoś nie wierzę, żeby półprzewodniki mogły konkurować ze stycznikami.
Jeśli radiator w ok 2-3 minuty nagrzał się do temperatury ok 50°C to nie ma się zbytnio co martwić.

Chodziło mi o to że bezpieczniejsze są 3 triaki niż 2 i jedna faza na stałe. Stycznik jest najlepszy pod względm bezpieczeństwa bo widać wyraźną przerwę w obwodzie

Witam
Jeżeli układ by mia za zadanie uruchamiać silnik to ja bym dodał test wszystkich faz aby zapobiec uszkodzeniu silnika w razie zaniku jednej z faz, i układ miękkiego startu.

Co do sterowania transformatora to mi się parę triaków spaliło, pewnie dlatego bo włączał się w skrajnych wartościach sieci , a i jeszcze nie byłem zadowolony bo transformator zaczął burczeć przy podłączeniu przez triaka.

Witam

Autor projektu twierdzi że bez problemu radzi sobie z grzałkami o sumarycznej mocy ponad 10kW ale nie mówi nic o tym jak zachowuje się układ z silnikiem o podobnej lub nawet dużo niższej mocy

Witam.

Dla zainteresowanych tematem:

http://www.solidlink.pl/pliki/wiersz/890/S5-225.pdf

3-fazowe też są jak i zasilane innymi napięciami do silników grzałek......

http://relay.gt-marketing.com.tw/solid-state-relay/3phase-heaterload.htm

Tak po pierwsze takim prostym układem nie wysterujesz silnika 10KW, bo trzeba by ich przynajmniej 3 + czasówka, bo silniki takiej mocy trzeba startować w układzie gwiazda/trójkąt. I tu lepiej stosować tradycyjne rozwiązania niż samemu kombinować i budować nie do końca praktyczne konstrukcje. Zwyczajnie ekonomia, i niezawodność.
Więc odpowiedz na pytanie kolegi brzmi maksymalnie silniki do 5,5KW, bo potem trzeba i tak budować układ gwiazda/trójkąt. Jednak w takim wypadku dobierając triaki, trzeba wstawić takie aby ich max prąd pracy był przynajmniej 2,5 do 3 razy większy od prądu znamionowego silnika, aby przy starcie silnika nie padły.
Natomiast my w pracy sami budujemy takie układy tylko że sterowane nie napięciem sieciowym, tylko bezpiecznym + 24V, łatwiejsze i bezpieczne sterowanie takiego stycznika. Ale sterujemy silnikami stosunkowo małej macy od 0,15 do 2,5KW. Jest co prawda parę silników 5,5KW ale tam styczniki stosujemy.
Mają te układy pewną przewagę nad układami fabrycznymi, w postaci gotowych 3 fazowych modułów na triakach. Jak padnie triak w fabrycznym module który jest zintegrowany to trzeba go całego wymieniać, a tu wymieniasz triak za 3zł i układ działa dalej.

Rozumiem że prościej jest sterować optotriaki napięciem niskim, np 24V, jednak miałem zadanie zrobić coś co zastąpiło by stycznik 230V bo sterowniki już pracowały ze stycznikami, tylko ich hałas był nie do wytrzymania

Robiłem podobne rozwiązanie do częstego załączania silnikiem 2,2kW. Działa bezawaryjnie od 5 lat. Ale ja zastosowałem układ kontroli prądu w każdej fazie, który odcina sterowanie triaków po przekroczeniu prądu ustawionego jako maksymalny dla danego silnika.

Quote:

Dzięki optotriakom każda faza włączana jest niezależnie w najbliższym zerze sieci

jak to dziala przecierz na diody optotriaka podane jest napiecie stale ?
czyli np jak na triaku T1 bedzie max napiecie fazy i w tym wlasnie czasie podam napiecie na optotriak to triak t1 sie nie zalaczy ? tylko "poczeka" do 0 sieci... prosil bym troche jasniej jak to dziala