Тиристорні контактори змінного струму.

ТИРИСТОРНІ КОНТАКТОРИ

Принцип дії електромагнітних контакторів базується на механічній взаємодії окремих вузлів і деталей. Наявність рухомих вузлів і деталей обумовлює інерційність процесів замикання і розмикання електричних контактів. Час включення і виключення таких апаратів знаходиться в діапазоні від десятих до сотих доль секунди, залежно від типу комутаційного апарату.

Напівпровідникові елементи дозволяють істотно підвищити швидкодію комутаційних апаратів. З цією метою розроблений ряд схем безконтактних комутаційних апаратів, вико­наних переважно на основі тиристорів. У літературі такі апарати називають тирис­торними контакторами. Відсутність рухомих частин і металевих контактних з'єднань робить ці пристрої значно надійнішими і швидкодіючими.

Силова частина простого однофазного тиристорного контактора змінного струму утворюється двома зустрічно - паралельно включеними тиристорами (рис. 12.5а). Відмінність між тиристорним контактором та регулятором напруги, що має такуж схему силової частини, полягає в законі управління тиристорами. У регуляторі напруги керуючі імпульси формуються так, щоб забезпечити різні кути відкривання тиристора і тим самим регулювати напругу, яка подається на навантаження, а в контакторі - так, щоб тиристор проводив відповідну півхвилю струму, або обидва тиристори були вимкнені. Якщо тиристори проводять струм, то контактор включений. Якщо тиристори струм не проводять, то він вимкнений.

Рис. 12.5. Однофазний тиристорний контактор змінного струму.

Тиристор – це напівпровідниковий елемент, що не закривається шляхом подачі сигналу на його керуючий електрод. Для його виключення необхідно забезпечити спад струму до нуля.

Якщо контактор включений в коло з активним опором, то моменти проходження через нуль струму і напруги співпадають. При активно-індуктивному навантаженні струм відстає від напруги, і перехід струму з одного тиристора на інший відбувається пізніше на кут j (рис. 12.5б), який визначається коефіцієнтом потужності навантаження. Для того, щоб вимкнути тиристор раніше проходження струму комутованого кола через нуль, необхідно застосовувати штучну комутацію тиристорів.

Залежно від того, вимикаються тиристори під впливом природного зниження струму до нуля або за допомогою їх штучної комутації, розрізняють тиристорні контактори з природною комутацією (ТКП) і штучною комутацією (ТКШ).

Для виключення ТКП, достатньо припинити подачу керуючих імпульсів на тирис­тори. В цьому випадку максимальний час виключення тиристорів не перевищуватиме половини періоду вихідної напруги. При необхідності мати час виключення менше, ніж половина періоду вихідної напруги, слід застосовувати ТКШ, проте в цьому випадку виникає проблема відведення енергії, накопиченої в індуктивностях навантаження, при знеструмленні кола. Для усунення перенапруг необхідно передбачати можливість відведення енергії в який-небудь приймач або накопичувач. Зокрема, таким приймачем може служити конденсатор.

Рис. 12.6. Схеми тиристорних контакторів зі штучною комутацією.

На рис. 12.6а представлена схема ТКШ, в якій відключення основних тиристорів VS1 і VS2 від­бувається за допомогою колив­ного контуру, елементами якого є конденсатор Ск і індуктивність Lк. Такі схеми називають схемами з паралельною комутацією. Коли ТКШ включений, струм наванта­ження протікає в один півперіод через тиристор VS1 і діод VD1, а в інший – через тиристор VS2 і діод VD2. Комутуючий конденсатор Ск заряджений від малопотужного допоміжного трансформатора Тр з

вказаною полярністю і відокремлений від основних тиристорів і діодів комутуючим тиристором VSк. Для виключення основних тиристорів необхідно подати керуючий імпульс на комутуючий тиристор VSк. При цьому, в результаті розряду конденсатора Ск в коливному контурі виникає струм i_к, який протікатиме через той основний тиристор, який у цей момент проводить струм і буде направлений назустріч цьому струму. Наприклад, допустимо, що струм навантаження проводить тиристор VS1. При включенні тиристора VSк через тиристор VS1 починає протікати різниця струмів навантаження i_н і контура i_к. Доки струм i_к менше струму i_н тиристор VS1 буде включений, а до діода VD2 прикладена зворотна напруга, зумовлена падінням напруги на тиристорі VS1.

При рівності струмів i_н і i_к тиристор VS1 вимикається, струм i_к продовжує зростати, різниця струмів i_н і i_к протікатиме через діод VD2. На інтервалі провідності діода VD2 до тиристора VS1 буде прикладено зворотну напругу, рівну падінню напруги на діоді VD2. Коли струм i_к стане менше струму i_н, діод VD2 закривається і струм навантаження i_н починає протікати по контуру діод VD3 – конденсатор Ск - індуктивність Lк – тиристор VSк – діод VD1 – навантаження – джерело живлення – діод VD3. При цьому відбуватиметься перезаряд конденсатора Ск. Ця обставина викликає необхідність істотно завищувати встановлену ємність конденсатора.

Швидкодія такого ТКШ при використанні його для комутації кіл з активним навантаженням обмежена практично тільки часом виключення тиристора (десятки мікросекунд), проте при активно-індуктивному навантаженні цей час зростає і залежить вже від параметрів схеми і навантаження.

Кількість основних тиристорів в даному ТКШ може бути зменшено до одного, як це показано на рис. 12.6б. В цьому випадку спрощується управління, але одночасно збільшуються втрати в схемі. Останнє пояснюється тим, що при включеному ТКШ струм навантаження в кожен момент часу протікає по трьох елементах: по двох діодах і одному тиристорі, в основному ж процеси в обох схемах схожі.

У багатофазних системах статичні контактори зазвичай встановлюють окремо на кожну фазу, при цьому деякі функціональні вузли фазних контакторів можуть бути схемно і конструктивно об'єднані.

Дата добавления: 2017-02-01