Тиристорные контакторы переменного тока

⇐ ПредыдущаяСтр 14 из 15Следующая ⇒

Для коммутации силовых цепей переменного тока разработано много различных типов электрических аппаратов: автоматические выключатели, электромагнитные онтак-торы и др. Большинство из них основано на механическом взаимодействии отдельных узлов и деталей. Наличие подвижных узлов и деталей обуславливает инерционность процессов замыкания и размыкания электрических контактов. Обычно время включения и выключения таких аппаратов находится в диапазоне от десятых до сотых долей секунды, в зависимости от типа коммутационного аппарата.

Полупроводниковые ключевые элементы позволяют существенно повысить быст-родействие коммутационных аппаратов. С этой целью разработан ряд схем, так называе-мых бесконтактных коммутационных аппаратов, выполненных преимущественно на основе тиристоров. В литературе такие аппараты часто именуются тиристорными контакторами. Отсутствие подвижных частей и металлических контактных соединений делает эти устройства значительно более надёжными и быстродействующими. Кроме того, как и все схемы с полупроводниковыми приборами, они обладают большим сроком службы.

В простейшем исполнении силовая часть однофазного тиристорного контактора представляет собой два встречно - параллельно включенных тиристора (рис. 16.1) или один симметричный тиристор. Если тиристоры проводят ток, то контактор включен. Если тиристоры ток не проводят, то он выключен. Так как ток переменный, то одну полуволну тока проводит тиристор VS1, а вторую – VS2. Силовая схема такого контактора подобна силовой схеме регулятора переменного напряжения, изображённого на рис. 14.2. Различие между ними заключается в законе управления тиристорами. В регуляторе управляющие импульсы на тиристор поступают с различными углами управления α, а в контакторе таким образом, чтобы каждый тиристор проводил одну или несколько полуволн тока, либо оба тиристора были выключены.

Рис. 16.1. Тиристорный контактор с естественной коммутацией: а) Принципиальная схема б) Диаграмма напряжения и тока при включенном контакторе.

Поскольку тиристор является незапираемым по управлению элементом, для его выключения необходимо обеспечить спадание тока до нуля. Если контактор включен в цепи с активным сопротивлением, то моменты прохождения через ноль тока и напряжения совпадают. При активно-индуктивной нагрузке ток отстаёт от напряжения, переход тока с одного тиристора на другой происходит позже на угол ϕ н, который определяется коэффициентом мощности нагрузки (рис. 16.1.б). Для того, чтобы выключить тиристор раньше прохождения тока коммутируемой цепи через ноль, необходимо применять искусственную коммутацию тиристоров.

В зависимости от того, выключаются тиристоры под воздействием естественного снижения переменного тока до нуля или посредством их искусственной коммутации, различают тиристорные контакторы с естественной коммутацией (ТКЕ) и искусственной коммутацией (ТКИ). Для того, чтобы выключить ТКЕ, достаточно прекратить подачу управляющих импульсов на тиристоры. В этом случае максимальное время выключения тиристоров не будет превышать половины периода выходного напряжения. Например, ес ли прекратить подачу управляющих импульсов в момент включения очередного тиристора, то он будет проводить полуволну тока в течение 180^о, а другой тиристор уже не сможет включиться из-за отсутствия управляющего импульса.

При необходимости иметь время выключения меньше, чем половина периода вы-ходного напряжения, следует применять ТКИ, однако в этом случае возникает проблема отвода энергии, накопленной в индуктивностях нагрузки, при обесточивании цепи, соединяющей источник электрической энергии с нагрузкой. Для устранения перенапряжений следует в случае применения ТКИ предусматривать возможность отвода или сброса энергии, накопленной в индуктивностях нагрузки в какой-либо приёмник или накопитель электрической энергии. В частности, таким приёмником может служить конденсатор или источник переменного тока, способный принимать электрическую энергию.

На рис. 16.1.а представлена схема ТКИ, в которой отключение основных тиристо-ров VS1 и VS2 производится с помощью колебательного контура, элементами которого являются конденсатор Ск и реактор Lк.

Такие схемы в литературе иногда называют схемами с параллельной коммутацией. Когда ТКИ включен, ток нагрузки протекает в один полупериод через тиристор VS1 и диод VD1, а в другой – через тиристор VS2 и диод VD2. Коммутирующий конденсатор Ск заряжен от маломощного вспомогательного трансформатора Тр с полярностью, указанной на рис. 16.2.а и отделён от основных тиристоров и диодов коммутирующим тиристором VSк.

Для выключения основных тиристоров необходимо подать управляющий импульс на коммутирующий тиристор VSк. При этом, в результате разряда конденсатора Ск, в ко-лебательном контуре возникает ток iк, который будет протекать через тот основной тиристор, который в этот момент проводит ток и будет направлен навстречу этому току. Например, допустим, что ток нагрузки проводит тиристор VS1. При включении тиристора VSк через тиристор VS1 начинает протекать разность токов нагрузки iн и контура iк. Пока ток iк меньше тока iн, тиристор VS1 будет включен, а диод VD2 – выключен, т.к. к нему приложено обратное напряжение, обусловленное падением напряжения на тиристоре VS1. При равенстве токов iн и iк тиристор VS1 выключается, ток iк продолжает возрастать, разность токов iн и iк будет протекать через диод VD2. На интервале проводимости диода VD2 к тиристору VS1 будет приложено обратное напряжение, равное падению напряжения на диоде VD2. Когда ток iк станет меньше тока iн, диод VD2 выключается и ток нагрузки iн начинает протекать по контуру диод VD3 – конденсатор Ск - реактор Lк – тиристор VSк – диод VD1 – нагрузка – источник питания – диод VD3. При этом будет происходить перезаряд конденсатора Ск. Это обстоятельство вызывает необходимость существенно завышать его установленную ёмкость или вводить в схему дополнительные устройства, поглощающие энергию.

Быстродействие рассмотренного ТКИ при использовании его для коммутации цепей с активной нагрузкой ограничено практически только временем выключения тиристора (десятки микросекунд), однако при активно-индуктивной нагрузке это время увеличи-вается и зависит от параметров схемы и нагрузки.

⇐ Предыдущая 6 7 8 9 10 11 12 131415 Следующая ⇒