Подбор радиатора для симистора

[Игорь]

Делаю заметку на память.
Симистор греется. Без отвода тепла при нагрузке в виде ТЭНа на несколько киловатт, время жизни симистора составит считанные секунды.
Какой использовать радиатор?
Есть правильный вариант расчета - по науке, есть упрощенный - по эмпирической номограмме. По вот этой.
[attach=1] .
Сразу отмечу, что номограмма учитывает необходимые запасы надёжности, в дополнительных нет необходимости.

Для расчета нам нужны всего два значения.
Первое - рассеиваемая на симисторе мощность. Она равна падению напряжения на симисторе, умноженному на ток через него.
Опущу скучную арифметику, даю простой способ. Мощность ТЭНа в киловаттах умножаем на 20 и делим на 3. Получаем рассеиваемую мощность в ваттах.
Можно иначе. Симистор рассеивает ⅔ процента мощности, которой управляет. Это одно и то-же.
Если ТЭН выдает мощность 4.5 кВт, то симистор выделяет 30 ватт тепла. Как паяльник средних размеров.
Второе необходимое значение - допустимая разность температур между радиатором и воздухом.
Тут есть варианты.
Коллега Назим, развернувший свою лабораторию в солнечном Узбекистане, имеет счастье наблюдать летом на термометре 40 градусов в тени. Иногда и выше, но в такие дни нефиг заниматься ректификацией:). 
Температура радиатора, при которой можно не переживать за самочувствие симистора, это 70 градусов. Значит для Назима  разность температур радиатор - воздух при наиболее неблагоприятных условиях не должна превышать  30 градусов.
А я живу в Одессе, и когда на градуснике выше 30-ти,  предпочитаю не начинать ректификацию. Поэтому могу позволить себе для подбора радиатора использовать разность температур 40 градусов.

Лезем в номограмму.
Вариант для Назима - красные стрелки и цифры, для меня - синие.
[attach=2]
На горизонтальной оси выбираем ⅔ процента мощности ТЭНа (30 ватт в нашем случае), затем поднимаемся до пересечения с наклонной линией, соответствующей нашей разности температур, и уходим влево, до оси площадей радиатора.
Получаем значения площади.
При мощности ТЭНа 4.5 кВт, радиатор для симистора в Украине должен иметь 750 см² площади поверхности. В Узбекистане нужно а полтора раза больше.

Площадь радиатора, представляющего собой отрезок профиля,  можно вычислить как периметр его поперечного сечения, умноженный на длину.
Лезем в каталог предлагаемого профиля и подбираем вариант.
Последние годы я использую вот такой профиль. 
[attach=3]
Подорожал... Крайний раз брал его по 600...
Но я не об этом.
Нас интересует периметр, который в красном овале.  Ее нужно взять в сантиметрах, то есть поделить на 10
В нашем случае - 105.6 см
Площадь, определенную по номограмме, делим на этот периметр и получаем минимальную длину профиля для ТЭНа 4.5 кВт. 
Для Украины это  7.1 см, для Узбекистана - 11.2 см. 


Практика подтверждаем правильность такого расчета. 
На Росах я использую 8 сантиметров длины радиатора. Все радиаторы греются, иначе не бывает. Но ни один симистор не сгорел.

И в заключение. 
Последнее время в продаже можно найти радиаторы с волнистым профилем. При тех-же габаритах (даже чуть меньше), и той-же цене волнистый профиль имеет  периметр в 1.5 раза больше, а значит длина профиля  понадобится меньше.

[Назим]

Вот она истина, а я то  думаю, почему у меня симисторы дохнут, при радиаторе 700см²... Куллерок пришлось поставить, приняв меры по контролю от перегрева при выходе его из строя конечно .

[Игорь]

Всегда пользовался симисторами фирмы ST, с штампиком phi в кружочке.
И сейчас для рос посоветовал Валере симисторы этой фирмы. Он взял, но пожаловался, что проверяя Росы, заметил, что некоторые из них греются больше, чем обычно.
Я взялся за раскопки этой проблемы.  Делюсь результатами

Набрал разных симисторов, ставил их на одинаковый радиатор и давал ему стабилизированное напряжение. От симистора питался ТЭН мощностью 4.5 кВт, а нагрев был на мощности 73% .
На радиаторе я ставил два термодатчика от Фанкойла, которые собирали данные для графиков.
Радиатор был установлен горизонтально - как на Росе, на  подставку из фитинга ПВХ,  чтобы провода, подходящие снизу, не мешали.
[attach=1]
При измерении в помещении была примерно одинаковая температура cквозняков не было.
Результаты замеров - на графике.
[attach=3]
По графику видно, что некоторые симисторы греются заметно сильнее других несмотря на то, что падение напряжения в открытом состоянии не выходят за норму, а ток и температура воздуха не менялись.
Выводы из этого графика я сделал такие. 
1. Прямой зависимости между ценой и качеством симистора нет. 
2. Не исключено, что показателем нормального симистора есть сопротивление между крайними ножками симистора. У всех симисторов, которые грелись больше обычного, это сопротивление превышало 65 ом.


Радиатор можете греться из-за своих свойств, из-за слишком большой мощности, а может и из-за неправильного положения или слишком высокой температуры воздуха.
Поэтому проследил влияние перегрева на симистор, опишу позже. Пока отмечу, что температура сбоку радиатора выше 65 градусов уже опасна, надо принимать меры. 
В первую очередь. Радиатор может стоять вертикально или горизонтально, при его размерах разницы нет. Но очень важно чтобы ничего не препятствовало движению воздуха если Роса установлена на стене, нужно обеспечить между стеной и задней стенкой Росы зазор как минимум один сантиметр. Разница температур радиаторов с таким зазором и без него доходит до семи градусов. 

Принудительный обдув очень облегчает работу радиатора. Но какой использовать вентилятор?
Я начала проверку с самого маленького, который у меня был. Это кулер размером 40 на 40 мм. Я просто положил его сверху на радиатор, не над термодатчика и и симисторов, а подальше от них.
[attach=2]
Для проверки взял два симистора, которые грелись сильнее других.
Даже такой маленький вентилятор даёт мощный эффект. Результаты на графике.
[attach=4]
Это говорит о том, что совершенно неважно каким вентилятором обдувать радиатор. Можно хоть бытовым. Достаточно просто создать поток воздуха.

Чтобы не создавать лишний ажиотаж...
Это сообщение не повод срочно ставить вентилятор.
Это призыв обратить внимание на температуру радиатора.
Если руку сбоку на плоскости ребра радиатора невозможно удержать секунду, значит надо сунуть между ребрами термодатчик (прямо над симистором) и измерить температуру. Если она меньше 60, опасности нет. При 70-ти нужно делать обдув. А пока его нет, избегать работы на полном нагреве.

Теперь все симисторы будут проходить двойную  проверку -перед сборкой и после нее.
Такие экземпляры, как два верхних на первом графике, будут отбракованы. 
Тем, кто уже получил новые Росы, нужно обязательно проверить не перегревается ли радиатор

[Игорь]

Как влияет перегрев на работу симистора. 
Подключил симистор к ТЭНу, дал нагрев 66%. 
На радиатор установил термодатчик, и ⅔ радиатора накрыл тканью
Как зажимам ТЭНа подключил осциллограф.

Что ожидал. 
Если мощность ТЭНа 4.5 кВт, то максимальный ток через симистор - около 20 ампер.

При таком токе разница температур между кристаллом симистора и радиатором - 20, ну пусть 25 градусов.
Предельная температура кристалла симистора - 125 градусов. Значит теоретически максимально допустимая температура радиатора - 100 градусов.
Я решил не упираться в предел, а довести температуру радиатора до 90 градусов и проверить его самочувствие.
Не вышло.
Первые проблемы появились при температуре радиатора 76 градусов.
Периодически стала исчезать регулировка отрицательного полупериода синусоиды. При температуре 80 положительный полупериод работал как надо, синусоида обрезалась, а отрицательный шел в нагрузку полностью. Фактическая мощность оказалась больше заданной, и это ускорило нагрев симистора.
После отключения и остывании симистора ниже  70 градусов, проблема уходила бесследно, симистор возвращался к нормальной работе.
Серьезные проблемы появляются при температуре 82-83 градуса. Симистор как-бы "защелкивается", выдавая в нагрузку примерно 90% синусоиды. При этом увеличить нагрев получается (синусоида становится полной), а вот уменьшить - нет.
Для нас это очень опасно, так как даже если Роса даст команду симистора отключиться, эта команда будет проигнорирована, ТЭН продолжит нагрев.

Что ещё. Защелкнувшийся в открытом состоянии симистор возвращается нормальной работе только после остывания, но остыть он не может - тэн работает почти на полную.
Если его отключить из розетки или автоматом, после включения вроде регулируется, но греется сильнее обычного. В экспериментах я "защелкнул" три симистора, ни один из них после этого не заработал как прежде.
Прошу почтить их память рюмкой во время обеда. :)
Кроме перечисленного, я провел ещё кучу замеров, но их результаты ещё предстоит переварить. :)

[Назим]

Даже такой маленький вентилятор даёт мощный эффект.

Мне не довелось найти радиатор с достаточной площадью. Нашелся только порядка 650-700см². Для нашего чуток теплого климата, этого мало. Радиатор грелся до 75-80⁰С. Ушли в небытие пару симмисторов, хорошо в моем присутствии, а то уходили они, прям с серьезным дымком. Пришлось поставить куллерочек , 40х40 мм, он сдувает до 35-40⁰С при температуре в комнате 25⁰С (поставил в лаборатории кондиционер, чего не сделаешь для любимого дела). Для страховки от выхода из строя куллера(и как следствие симимстора), т.е  для контроля  нагрева радиатора, был использовано герметичное нормально-разомкнутое термо-реле с биметаллом ksd9700 на 50⁰С установленное на радиаторе, и подключенное контактами к разъему датчика потопа. Можно было нормально-закрытое, с подключением через него управляющего электрода симистора. Замеры температуры делал инфракрасным термометром, для коррекции коэффициента отражения рисовал маркером на радиаторе черное пятно(он у меня не крашенный). 

[Игорь]

Я не могу понять что вызывает разный нагрев при одинаковых напряжениях на открытом симисторе и одинаковом токе.
Это может быть только не мгновенный переход симистора из закрытого состояния в открытое. Переходный процесс.
Я внимательно рассматривал осциллограммы напряжений симистором, которые греются по разному. Разницы не нашел. Включения одинаково чёткие, никаких задержек нет.
Чудеса...

[Игорь]

Назим, я думал о КСД, он поможет если симистор не защелкнулся в открытом состоянии. Правда при 50-ти  градусах не защелкнется. Можно КСД на 70 использовать.
Дальше. Я не напрасно начал проверку с маломощного кулера. Если поставить 5-вольтовый, питание на него можно дать с контактов сервопривода. Там есть запас по току.
Была мысль сделать схемку термостата чтобы не крутить кулер напрасно, но поленился... Хотя там 3-4 детали.

[Назим]

он поможет если симистор не защелкнулся в открытом состоянии.

я боялся, что куллер откажет, и система перейдет в пассивное охлаждение, для моего радиатора это критично. Наверное нагрев будет иметь место в любом случае.
50 градусный КСД... поставил чтоб с запасом и наверняка, да и тормознутые они немного, около минуты инерция кажется.

Если поставить 5-вольтовый, питание на него можно дать с контактов сервопривода

у меня так и сделано... но изначально я поставил 12 вольтовый от процессора компа, запитав его 5в. Медленно, но крутился. Сдувал до 50-60⁰С, но оставить не рискнул, поставил куллер 5вольтовый.

Была мысль сделать схемку термостата чтобы не крутить кулер напрасно, но поленился... Хотя там 3-4 детали.

но тогда...   через нормально открытый КСД можно тоже куллер включать, дошло до порога срабатывания КСД замкнулся, куллер включился, отпустило куллер отключился. Зря не крутится, на одной детальке. А еще лучше наверное два поставить... на 50 нормально открытый для включения куллера, и еще один  на 70, тоже нормально открытый, для замыкания линии потопа.

[Игорь]

KSD нормально разомкнутые на 60 градусов есть в Киеве, Днепре, Львове и Одессе по 14 грн. 

[vadiv]

Я не могу понять что вызывает разный нагрев при одинаковых напряжениях на открытом симисторе и одинаковом токе.

У каждого из них свое падение напряжения

[Игорь]

Напряжение на открытом симисторе - это и есть падение напряжения на нем. По идее, симистор выделяет нагрев, пропорциональный току и этому падению напряжения.
Вот кусочек моих ночных поисков причины перегрева.
На фото 4 симистора с одинаковой маркировкой.
На трёх маркировка нанесена краской, на одном (правом) - гравировкой.  Три с краской - скорее всего левые. Греются до 60 вольт ( верхняя кривая на графике). Симистор с гравировкой - один из нижних на графике, греется намного меньше.
Я как и ты, полагал, что делала падении напряжения. Поэтому я соединил симисторы последовательно,открыл их, запитал через них 200- ваттнкю лампу, и измерил падение напряжения на каждом из них. Значения падений  напряжения  записаны карандашом над радиатором.
Симисторы соединены последовательно и с помощью резистора между второй и третьей ножкой, открыты.
Ты можешь увидеть, ч юто у наименее греющегося симистора, падение напряжения чуть ли не самое высокое.
Действительно - чудеса.

[ivan_fd]

Скоріш за все ті, що гріються - лівак. Можна пожертвувати одним і зробити йому трепанацію(для інтересу). Мабуть кристал там маленький і сама підкладка
тонка.

[Игорь]

Це зрозуміло.
Незрозуміла фіізика перегріву. Закону збереження енергії байдуже який розмір кристалу та підложки ;)
Якщо у відкритому стані симістор недовідкривається на 1 вольт,то він отримує ( та має передати) 1 ват тепла на кожен ампер струму 
Але чомусь деякі екземпляри  гріються по різному коли на них однакове падіння напруги та ідентична осцилограма :(
Але це не завадить знайти спосіб боротьби з проблемою, і деякими спостереженнями готовий поділитись.

Симістори маловідомих брендів не підробляють.
Всі симістори, що працювали не так, були марковані як "ST", та мали тавро "PHIL".
Всі вони мали не рельєфне маркування, зроблене фарбою. 
Але...
Мені не траплявся жоден симістор, що працює погано. Єдина проблема - це перегрів. Але навіть  самий маленький вентилятор вирішує проблему перегріву.
Далі.
Без обдуву перегріваються не всі марковані фарбою симістори PHIL, а лише ті, що мають опір між тершою та третьою ніжками більший за 65 ом. 
Серед симісторів інших виробників, я не спостерігав перегрівів. Всі вони мали опір між першою та третьою ніжками 65 ом, чи менше.
Далі. В схемі обв'язки симістора та зерокросної МОСьки, між першою та третьою ніжками симістора ставлять резистор 360 от, а для радянських КУ 208 там ставили резистор 51 ом. 
В принципі, його задача- допомогти  симістора закритись, але це відбувається в момент зерокросу, коли напруга нульова, енергії нема, тому я не очікував впливу такого резистору на перегрів.
Не очікував, але сподівався...
Марно.   
3 години часу та 9 кіловат-годин вистачило щоб впевнитись. Фізика рулить, цей резистор може на щось впливає, але не на перегрів.
Динаміка нагріву радіатора без такого резистора, з резистором 360 ом, та з резистором 51 ом виявилась повністю ідентичною, як три краплі самогону :) 

Такий резистор я обов'язково ставлю в карлсонах та фанкойлах, без нього вентилятор погано керується.

[vova0869]

Проще увеличить площадь радиатора.Чем проще тем надёжней.

[Игорь]

Я тоже так думаю, но симистор надо будет проверять на динамику прогрева.
Сегодня приехала Роса, которая еще не работала. Приехала на доукомплектацию распределителем.  Решил проверить на прогрев.
Сначала измерил сопротивление между крайними ножками. 65 ом, вроде отлично. Но нагрев... Я офигел.
Радиатор прогрелся на 15 градусов выше, чем худшие экземпляры при вчерашних проверках.  При аналогичных условиях.
Симистор заменил, хозяину ничего не скажу.
попался симистор, который при  нагреве как на графиках выше прогрелся до 80 градусов.
Заменил.