Бесконтактные контакторы и пускатели на базе тиристорных элементов

Лекция №16.

Тема лекции:

16. Бесконтактные контакторы и пускатели на базе тиристорных элементов.

БЕСКОНТАКТНЫЕ  КОММУТИРУЮЩИЕ  И РЕГУЛИРУЮЩИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ   УСТРОЙСТВА   ПЕРЕМЕННОГО   ТОКА (БКРПУ)

а) Общие сведения. На основе тиристоров возможно осуществление следующих операций:

1) включение и отключение электрической цепи с актив­ной и смешанной (индуктивной и емкостной) нагрузкой;

2) изменение тока нагрузки за счет регулирования мо­мента подачи сигнала управления.

Наиболее широкое применение в бесконтактных элек­трических аппаратах получили фазовое и широтно-импульс-ное управление (рис. 16.1).

В первом случае среднее и действующее значения тока меняются зa счет изменения момента подачи на тиристор открывающего сигнала — за счет угла  . Угол   называется углом управления. Действующее напряжение на на­грузке при двухполупериодной схеме и встречно-парал­лельном включении двух тиристоров  (рис. 16.2)

Рекомендуемые материалы

где U_т — амплитуда напряжения питания; U_c, U_но — дей­ствующее и среднее значения напряжения питания; у — угол регулирования.

Рис. 16.1. Напряжение на нагрузке при фазовом  (а), фазовом с принудительной коммутацией   (б)   и широтно-импульсном   (в)   управлении

Рис. 16.2. Встречно-параллельное включение тиристоров (а) и форма тока при активной нагрузке (б)

Кривая тока в сети и в нагрузке не синусоидальна, что вызывает искажение формы напряжения сети и наруше­ния в работе потребителей, чувствительных к высокочастот­ным помехам. Для уменьшения этих искажений необходи­мы специальные меры.

При широтно-импульсном управлении (рис. 12.46, в) в течение времени Т_откр на тиристоры подан открывающий сигнал, они открыты и к нагрузке приложено напряжение U_H. В течение времени   Т_закр   управляющий сигнал снят и ти­ристоры закрыты. Действующее значение тока в   нагрузке

где — ток нагрузки при Т_закр=0.

Регулирование тока нагрузки возможно за счет изменения как угла , так и угла . Принудительная коммутация (<18О°) осуществляется с помощью специальных узлов или специальных тиристоров, которые могут запи­раться подачей сигнала управления. При больших токах из-за сложности такие схемы не применяются. Создание транзисторов на большие токи (сотни ампер) и большие напряжения (сотни вольт) позволяет упростить принуди­тельную коммутацию цепей постоянного и переменного то­ка, что особенно важно в аппаратах повышенного быстро­действия.

На основе тиристоров работают следующие бесконтакт­ные электрические аппараты:

1) тиристорные пускатели для прямого пуска асинхрон­ных двигателей;

2) тиристорные пускатели для плавного пуска, реверса и останова асинхронных двигателей большой мощности (до 5000 кВт);

3) регуляторы мощности и напряжения;

4) автоматические выключатели переменного тока высо­кого и низкого напряжения повышенного быстродействия;

5) регулирующие аппараты для управления двигателя­ми электрического транспорта переменного тока с рекупе­рацией энергии при торможении.

Для тиристорных аппаратов, как правило, необходима защита от токов перегрузки и КЗ, а также от недопустимого повышения темпера­туры корпусов тиристоров. Защита от КЗ в данном случае осуществля­ется с помощью быстродействующих токоограничивающих предохрани­телей или автоматических выключателей.

Ниже приводятся основные технические данные тиристорных пуска­телей и регуляторов, выпускаемых отечественной промышленностью.

Пускатели тиристорные серии ПТ. В фазах А и В пускателя (рис. 16.3) установлены трансформаторы тока ТА1 и ТА2, обеспечива­ющие работу устройства токовой зашиты. Защита тиристоров от пере­грузки осуществляется терморезистором R_t. Поскольку пускатель пред­назначен для реверса двигателя, то в фазах А и В установлены допол­нительные комплекты встречно включенных тиристоров. При нажатии кнопки «Пуск вперед» включается реле KI, которое подает напряжение на управляющие электроды тиристоров, участвующих в пуске «Вперед». При нажатии кнопки «Пуск назад» включается реле КЗ и подастся на­пряжение на управляющие электроды тиристоров, участвующих в пус­ке «Назад». Питание блока защиты и реле К1 и КЗ осуществляется выпрямителем, питающимся от фаз В и С.

Основные параметры пускателя: U_ном — 380 В; I_ном—40 А; I_пуск = 360 А при t_пуск =0,4с; электрическая износостойкость  циклов; ре­сурс работы не менее 10 000 ч.

Рис. 16.3. Тиристорный пускатель типа ПТ

ТИРИСТОРНЫЙ ПУСКАТЕЛЬ

На рис. 16.4 показан один из вариантов схемы бесконтактного — тиристорного пускателя. Силовой блок Б1 содержит силовые тиристоры VS1—VS3 и диоды VD1—VD3, рассчитанные на номинальный и пуско­вой токи двигателя М. При подаче сигнала управления на электроды /—2, 3—4, 5—6 тиристоры открываются и двигатель подключается к се­ти. В отрицательный полупериод, когда тиристоры закрываются отри­цательным анодным напряжением, ток двигателя проходит по диодам VD1—VD3. Диоды могут быть заменены тиристорами.

При снятии сигнала управления (при перегрузке, потере фазы, на­жатии кнопки «Стоп») тиристоры закрываются. Следующий полупериод тока пропускается диодами. После этого диоды VD1, VD2, VD3 за­крываются и двигатель отключается от сети. По тиристорам и диодам протекает лишь небольшой ток утечки.

Сигналы управления тиристорами формируются в блокинг-генераторе Б2, который получает напряжение от блока питания БЗ. При на­жатии кнопки «Пуск» включается тиристор VS5 и все напряжение при­кладывается к резистору R3. При этом транзистор VT3 закрыт, так как напряжение на резисторе R3 больше, чем на резисторе R4. По мере за­ряда конденсатора С2 наступают условия для открытия транзистора VT3 и конденсатор С2 начинает разряжаться на обмотку , трансфор­матора Т2. Электродвижущая сила, наводящаяся при этом на обмотке способствует быстрому и полному открытию транзистора VT3. При разряде конденсатора напряжение на резисторе R3 возрастает, транзис­тор VT3 закрывается и снова начинается заряд конденсатора С2. Та­ким образом, генерируются импульсы тока в обмотке   и в трех вы­ходных обмотках   появляются управляющие импульсы. Диоды VD5—VD7 пропускают  импульсы только   положительной   полярности.

Длительность импульса  30 мкс при  паузе  между импульсами  300 мкс (частота около 3 кГц).

Аналогичные схемы могут управляться сигналами постоянного тока или переменным током низкой частоты. Использование блокинг-генератора дает возможность быстро включать тиристор и уменьшить нагруз­ку по его управляющему электроду.

При нормальном режиме транзистор VT2 блока Б2 насыщен и лам­па Л2 не горит. Если на контакты 7, 8 блока Б2 подано напряжение с одноименных контактов блока защиты Б4, тиристор VS4 открывается и блокинг-генератор лишается питания. Блок питания БЗ включается только на резистор R8. При потере питания генерация в блоке Б2 пре­кращается и тиристор VS5 отключается. Одновременно транзистор VT2 закрывается и загорается лампа Л2, сигнализируя об отключении пус­кателя от защиты. В случае потери фазы в выходном напряжении (по­сле диодов VD8—VDW) появляется пауза. В эту паузу блок Б2 оста навливается и тиристор VS5 отключается, что ведет к закрытию си­ловых тиристоров.

Блок Б4 защиты двигателя и силовых тиристоров от перегрузки питается от трансформаторов тока ТА1—ТАЗ. Напряжение с нагрузоч­ных резисторов выпрямляется и подается на потенциометр R1. Пара­метры трансформаторов ТА1—ТАЗ и резисторов Rl, R5—R7 выбира­ются так что при номинальном токе во всех трех фазах напряжение, снимаемое с потенциометра R1, меньше напряжения пробоя стабили­трона VD11. До тех пор пока напряжение на стабилитроне меньше на­пряжения пробоя (1/<У_Проб), сопротивление стабилитрона очень вы­соко. При этом ток базы транзистора VT1 недостаточен для его откры­тия. Если ток хотя бы в одной фазе превысит номинальное значение, то возникает неравенство U>U'проб, сопротивление стабилитрона резко падает, ток в базе VT1 возрастает и он насыщается. Ток в стабилитро­не ограничивается резистором R2 до допустимого значения. Если вос­становится неравенство U<U_nJme, то сопротивление стабилитрона снова возрастет, транзистор VT1 закроется. После открытия транзистора VT1 начинается заряд конденсатора С1. Напряжение с конденсатора С1 на выход 7, 8 не подается до тех пор, пока не превысит напряжение пере­ключения динистора VD4. Динистор имеет такую же вольт-амперную характеристику, как и тиристор при /_у=0. Если перегрузка была на­столько кратковременной, что конденсатор С2 не успел зарядиться, то напряжение на выходе 7, 5 не появится и пускатель останется в работе. Если Uc станет больше напряжения переключения динистора VD4, про­изойдет разряд конденсатора С1 на цепь управления тиристора VS4 блока Б2 и последний откроется. При этом прекратится генерация им­пульсов, открывающих VS1—VS3, и двигатель остановится. Параметр срабатывания блока защиты регулируется потенциометром R1. За счет усложнения блока защиты можно создать выдержку времени в зависи­мости от условия перегрузки. Защита двигателя и силовых тиристоров от токов КЗ в данном пускателе осуществляется быстродействующими предохранителями Fill—FU3 типа ПНБ-5.

Рис. 16.4. Тиристорный пускатель

По сравнению с контактными тиристорный пускатель обладает следующими преимуществами:

1.Отсутствие электрической дуги при коммутациях делает аппарат незаменимым при работе во взрывоопасных и пожароопасных средах.

6 Последовательный и параллельный порты - лекция, которая пользуется популярностью у тех, кто читал эту лекцию.

2.Высокая электрическая износостойкость (15-10^е циклов).

3.Совершенная защита от токов перегрузки и КЗ, а также при по­тере фазы, что обеспечивает увеличение срока службы двигателей.

4.Допустимое число включений достигает 2000 в час.

5.Длительность отключения не превышает 0,02 с.

6.Высокая надежность и долговечность, а также отсутствие необ­ходимости в уходе при эксплуатации.

Недостатками тиристорного пускателя являются сложность схемы, большие габариты и высокая стоимость. Несмотря на эти недостатки, бесконтактные пускатели находят широкое применение во взрыво- и по­жароопасных производствах и других областях техники, требующих вы­сокой надежности.