Тиристорный регулятор как средство экономии энергии в нагревательных системах

Оборудование, напрямую преобразующее электрическую энергию в тепло, имеется практически во всех отраслях народного хозяйства — электропечи пищевых предприятий, электрокотлы в жилищно-коммунальном хозяйстве, электротермические установки в различных отраслях промышленности. Несмотря на повышение стоимости энергии, эффективность использования энергоресурсов в России до сих пор остается недопустимо низкой. Поэтому ограничение мощности, потребляемой электрооборудованием — первостепенная задача практического энергосбережения.

Невозможно качественно решить задачу управления мощностью, применяя так называемое «релейное» регулирование, имеющее на предприятиях определенное распространение. Релейный принцип регулирования нагрузки содержит известные «издержки» — невысокая точность установки уровня напряжения, переходные процессы в электрических цепях и колебания напряжения, высокие эксплуатационные затраты на обслуживание релейно-контакторных схем. Кроме того, современные технологические процессы на предприятиях требуют высокой точности регулирования в привязке к параметрам технологических процессов в реальном масштабе времени. Любое электрооборудование имеет максимальный ресурс (срок эксплуатации) только при условии ограничения отклонений (колебаний) напряжения питающей сети в допустимых пределах. Таким образом, для эффективного управления электрической нагрузкой следует применять непрерывные законы регулирования, воплощенные в бесконтактных устройствах — тиристорных регуляторах напряжения (ТРН). Эксплуатационные затраты на такие системы минимизируются за счет надежности основного элемента — тиристора с токовым управлением или оптотиристора. Следует отметить, что оптотиристор уступает тиристору только в диапазоне токов до 160 А, а по показателям безопасности в эксплуатации, стабильности и дешевизны схемы управления оптотиристор имеет лучшие характеристики. Реальная экономия средств в электроустановках напряжением 0,4 кВ может быть получена при использовании ТРН на базе оптотиристорных модулей с цифровой системой управления и стабилизации.

Опыт внедрения этих устройств пришелся на период становления в России новой экономики, в конце 90-х годов ХХ-го века. В 1997 г. кировское предприятие «Энергис» приступило к выпуску ТРН с применением модульных оптотиристоров и цифровой системой управления на импортных компонентах. Основными требованиями при разработке оборудования стали необходимость иметь гибкую конфигурацию, применимость для решения различных задач регулирования и ограничения электрической нагрузки питающей сети. тиристорный регулятор напряжение Разработанный ТРН предназначен для плавного регулирования действующего напряжения на активной, активно-индуктивной нагрузке вручную или дистанционно в стандартной сети напряжением 220/380 В с частотой 50 Гц. Область применения — управление нагревательными установками различного назначения, а также осветительными установками с лампами накаливания. Функции, реализованные в ТРН: — регулирование напряжения в каждой фазе раздельно (или совместно) в % от номинального входного напряжения. Эта функция реализуется вручную кнопками (регулятором) на панели управления ТРН или дистанционно внешним токовым сигналом.

Принцип работы регулятора ТРН основан на изменении угла отпирания силовых тиристоров, величина которого определяется в зависимости от величины внешнего управляющего сигнала, подаваемого на вход ТРН.

Форма синусоиды входного напряжения.

Форма синусоиды выходного напряжения:

Преимущества применения ТРН основаны на конструктивных особенностях изделия:

блочно-модульная схема ТРН доступна при наладке и обслуживании и более того, допускает замену блоков без дополнительной регулировки.

защита настроек ТРН исключает последствия вмешательства или несанкционированного отключения сети дистанционное управление ТРН допускает раздельное регулирование в фазах (группы нагревателей, линии освещения и т. д.).

пуско-наладочные работы с ТРН доступны электромонтеру средней квалификации, выполняющему требования Правил техники безопасности в электроустановках до 1000 В.

Практическое применение разработанные теморегуляторы напряжения ТРН нашли на разных предприятиях России. На предприятии «Аврора-ЭЛМА» (г.Волгоград) для производства пъезокерамических элементов применяются электропечи с особыми характеристиками. Особенность этих печей состоит в применяемых нагревательных элементах полупроводникового типа. Для управления температурой при запуске необходимо глубокое регулирование напряжения на нагревательном элементе. Для этих целей был применен 15 регуляторов ТРН с максимальным током 160 А, управляемые дистанционно от ШИМ регулятора. Применение данной системы позволило исключить сверхвысокие пусковые токи электропечи и обеспечить следящий режим регулирования температуры рабочей зоны.

В химическом производстве, производстве полимеров ТРН обычно применяются для точного регулирования тепловых характеристик компонентов и готовой продукции, как это реализовано на предприятии «КОМИНТЭКС» при производстве полимерных строительных материалов и линолеумов.