автор Дэвид Питерсон

Перевод статьи.

При устранении неполадок с выходами переменного тока, приводимыми в действие симисторами, из-за свойств полупроводниковой последовательной цепи могут быть сбивающие с толку показания счетчика. В этой статье вы узнаете о надлежащих методах устранения неполадок.

В большинстве систем дискретных ПЛК процесс устранения неисправностей устройств вывода довольно прост. Если выходной терминал исправен, то вам следует измерить 0 Вольт при ‘ВЫКЛ.” и полное напряжение источника при “ВКЛ.”. Это верно для цифровых и релейных выходов. Это также должно быть верно для выходов переменного тока, управляемых симисторами, но в этих случаях могут возникнуть некоторые путаницы в показаниях счетчика.

Вольтметр, безусловно, является наиболее полезным инструментом для специалиста по устранению неисправностей электрооборудования. Быстрое считывание показаний с помощью счетчика позволяет различать разомкнутые и замкнутые цепи и может помочь определить проблемные места — часто всего с помощью одного или двух показаний. Одна из лучших особенностей промышленных схем управления заключается в том, что показания напряжения обычно составляют либо 0 Вольт, либо полное напряжение источника (обычно 24 В постоянного тока или 120 В переменного тока для схем управления).

Очень редко вольтметр показывает частичное падение напряжения, хотя иногда это случается. Один из таких редких случаев – устранение неисправностей устройств вывода переменного тока, таких как катушки контактора или соленоиды. Если один из этих выходов переменного тока напряжением 120 В подключен к релейному выходу модуля ПЛК, на замкнутый контакт реле должно подаваться 120 вольт, а на разомкнутый контакт – 0 вольт. Следовательно, специалист по устранению неполадок должен считывать те же напряжения на устройстве вывода, предоставляя доказательства того, заключается ли проблема в устройстве, или в проводке, или в самом ПЛК.

Когда эти катушечные устройства подключены к симисторному выходу переменного тока (иногда называемому просто ‘Выходом переменного тока’), показания неисправной катушки могут показывать промежуточные значения в диапазоне от 100 до менее 120 Вольт – диапазон, который не кажется логичным.

Рисунок 1. Пара примеров выходных модулей переменного тока на базе ПЛК с симисторами, управляющими выходным током.

Интуиция может подсказать, что если выход ПЛК подает слишком низкое напряжение, он неисправен и должен быть заменен. Но будьте осторожны! Как мы увидим, это значение может фактически указывать на обрыв провода внутри неисправного устройства вывода, а сам СИМИСТОР может быть в полном порядке.

Что такое СИМИСТОР?

Этот термин относится к твердотельному устройству, называемому триодом для переменного тока, или симистором. Это переключатель на основе кремния, который активируется небольшим управляющим напряжением от ПЛК. В некотором смысле, это просто транзистор (например, MOSFET), который полезен для нагрузок переменного тока. При включении симистор имеет небольшое падение напряжения, поэтому уровни тока обычно немного более ограничены, чем для релейной схемы. Однако из-за отсутствия движущихся частей они имеют практически бесконечный срок службы при переключении, если используются при максимальном номинальном токе.

Как и во всех твердотельных устройствах, СИМИСТОР никогда полностью не ‘включается’ или “выключается”. Сопротивление просто переключается между чрезвычайно низким для подачи тока на устройство вывода или чрезвычайно высоким для регулирования подачи тока на устройство вывода. Когда на клемму подается напряжение, это очень низкое, но измеримое сопротивление приводит к незначительному падению напряжения и, следовательно, к рассеиванию мощности и нагреву.

Как протестировать СИМИСТОРНЫЙ выход

Чтобы выполнить простую мультиметрическую проверку симисторного выхода переменного тока, поместите выводы вольтметра переменного тока между выходной клеммой и нейтралью (N) линии переменного тока.

Переведите выходной вывод в положение включено. Напряжение на счетчике должно составлять 24 или 120 В переменного тока, в зависимости от используемой системы.

Теперь переведите выходной разъем в выключенное состояние. Теперь напряжение должно составлять чуть больше половины напряжения питания. НЕ 0 вольт. Трудно определить точное ожидаемое значение, поскольку не все СИМИСТОРЫ и не все счетчики имеют одинаковое сопротивление.

Но почему он показывает некоторый промежуточный уровень напряжения? Это из-за тока утечки в твердотельных устройствах.

Проблема с током утечки

Для большинства распространенных симисторов “ток утечки” относится к гарантированному производителем пределу диапазона тока, который можно ожидать при выключении симистора. Это значение чрезвычайно мало, например, в техническом описании BT136, симистора с номинальным напряжением 4 А, указано значение тока отключения, которое совпадает с током утечки.

Рисунок 2. СИМИСТОР BT136, эквивалентный символ и строка из спецификации, указывающая ток отключения (утечки).

Сопротивление СИМИСТОРА в выключенном состоянии

В этом примере применения диапазон составляет от 0,1 мА до 0,5 мА при приложенном напряжении 600 Вольт. Меньшее приложенное напряжение, естественно, приведет к меньшим токам утечки. Расчет эквивалентного значения сопротивления в выключенном состоянии даст диапазон от 6 до 1,2 Мегаом для этих текущих значений.

Помня об этом значении, специалист при устранении неполадок в устройстве с разомкнутой катушкой измеряет напряжение на катушке 112 вольт, ожидая увидеть 0 вольт. Клемма ПЛК отключена, но напряжение по-прежнему составляет 112 Вольт. Неисправен ли выход?

Представление СИМИСТОРА в виде последовательной цепи

Поскольку катушка разомкнута, мультиметр замкнул цепь в момент ее подключения. Этот крошечный ток утечки прошел через измеритель, регистрируя напряжение, но являются ли эти 112 вольт разумным измерением?

Стандартный цифровой преобразователь имеет внутреннее сопротивление от 10 до 20 Мом. Большинство хороших инструментов будут иметь уровень ближе к 20 Мегаом. Если измеренное напряжение равно 112, а внутреннее сопротивление равно 20 Мегаом, ток составляет около 5,6 микроампер.

Возвращаясь к ПЛК, симистор, должно быть, сбрасывает оставшиеся 8 вольт. Учитывая вероятный ток утечки 5,6 микроампер, эквивалентное сопротивление будет составлять около 1,5 Мегаом. Это соответствует разумности для данного симистора в соответствии со спецификацией.

Скорее всего, значение напряжения будет составлять около 80-110 Вольт для источника питания 120 В переменного тока и около 20-23 вольт для источника питания 24 В переменного тока (меньшее напряжение питания = меньший ток утечки и меньшее падение напряжения счетчиком).

Рисунок 3. Две схемы, показывающие фактическую выходную схему с разомкнутой катушкой слева, и эквивалентную схему с каждым компонентом, представленным в виде резистора, справа. Поскольку катушка разомкнута, это можно записать как простую последовательную схему.

Что может изменить падение напряжения?

Несколько факторов могут привести к различию измеряемого напряжения.

Во-первых, измеритель, имеющий меньшее сопротивление, снизит измеряемое напряжение (рассмотрим концепцию последовательного делителя напряжения).

Если выходная клемма действительно включена, напряжение будет составлять 120 Вольт, даже если катушка неисправна. Убедитесь, что клемма выключена, прежде чем принимать решение о неисправности.

Если катушка исправна, сопротивление будет намного ниже, чем указано на счетчике, не более пары сотен Ом. В этом случае даже абсолютный максимальный ток утечки должен быть меньше 0,5 мА согласно спецификации, поэтому падение напряжения должно быть меньше 0,25 вольта для катушки 500 Ом. В случае исправной катушки процесс устранения неполадок ближе к тому, что можно ожидать для релейного выхода.

Если это значение измерения вызывает серьезную озабоченность, параллельно катушке можно подключить резистор. Если значение примерно в 10 раз выше, чем у катушки (возможно, от 5 ком до 10 Ком), то это не сильно повлияет на потребляемый ток цепи, но сопротивление все равно будет намного ниже, чем у самого симистора, так что измеренное напряжение разомкнутой катушки будет ближе к 0, когда клемма выключена.