§ 18. Бесконтактные электрические аппараты.
Бесконтактные электрические аппараты – тиристорные пускатели, предназначены для дистанционного включения трехфазных асинхронных электродвигателей. Принцип работы пускателей заключается в бесконтактном включении и отключении трехфазной нагрузки при помощи силовых тиристоров. Принципиальная электрическая схема пускателя состоит из силовой цепи, блока управления и блока защиты.
Рис. 2.30. Включение тиристоров в одной фазе тиристорного пускателя
Силовая цепь состоит из тиристоров, включенных в каждую фазу встречно-параллельно (рис. 2.30 – 2.31). Управление силовыми тиристорами осуществляется широтно-импульсным методом. Импульсы управления, тиристорами формируются из анодного напряжения тиристоров. В исходном состоянии тиристоры закрыты и находятся под фазным напряжением. В блоке управления БУ стоит реле К1, которое срабатывает при получении сигнала на включение нагрузки. После замыкания контакта реле К1.1 при положительной полуволне напряжение сети приложено к аноду тиристора V1. Ток управления протекает от анода к катоду тиристора V1 через управляющий электрод тиристора V2, контакт реле К1.1, резистор R1 и управляющий переход тиристора V1. Тиристор V1 откроется. С открытием тиристора автоматически снимается сигнал управления, так как падение напряжения на открытом тиристоре не превышает 1 В. При переходе тока через нуль тиристор V1 закрывается. Положительная полуволна напряжения сети при следующем полупериоде приложена к аноду тиристора V2, и ток управления протекает от анода к катоду тиристора V2, через управляющий электрод тиристора V1, резистор R1, контакт реле К1.1 и управляющий электрод тиристора V2. Тиристор V2 откроется, и сигнал управления автоматически снимается. Импульсы управления поступают на тиристоры синхронно с напряжением сети в начале каждого полупериода. Контакты реле практически токовой нагрузки не имеют, так как через них проходит сигнал управления в течение нескольких микросекунд в начале каждого полупериода тока. Блок управления пускателем может быть кнопочным или бесконтактным (управление от логических элементов). Блок защиты БЗ обеспечивает максимальную токовую защиту и электротепловую защиту от перегрузок.
На рис. 2.32 приведена схема тиристорного выключателя, с помощью которого осуществляется подключение нагрузки R1 к источнику постоянного тока. В качестве такой нагрузки может быть и двигатель постоянного тока.
Если напряжение источника питания меньше напряжения включения тиристора при токе управления, равном нулю, то тиристор закрыт, и практически все напряжение приложено к нему, а напряжение на нагрузке равно нулю. При нажатии на кнопку S1 через управляющий переход тиристора VT пройдет ток по цепи: (+) - резистор R2 - контакт кнопки S1 - управляющий электрод - (-). Значение этого тока ограничивается сопротивлением резистора R2. После открытия тиристора V1 практически все напряжение прикладывается к нагрузке.
Рис. 2.31. Силовая цепь реверсивного тиристорного пускателя.
Рис. 2.32. Принципиальная схема тиристорного выключателя.
При размыкании контактов кнопки S1 тиристор V1 остается во включенном состоянии, и для его выключения требуется снизить анодный ток до значения меньшего, чем ток удержания тиристора, или зашунтировать тиристор дополнительным контактом.
Более распространенными являются способы приложения к тиристору обратного напряжения, например, с помощью коммутирующего конденсатора С (см. рис. 2.32). Когда нагрузка включена, то конденсатор заряжен до напряжения, близкого к напряжению сети. При нажатии на кнопку S2 зажим конденсатора, имеющий положительный потенциал, соединяется с катодом тиристора. В результате этого к тиристору прикладывается импульс отрицательного напряжения, под действием которого тиристор закрывается. Ток в цепи нагрузки выключается.
В случае активно-индуктивной нагрузки она шунтируется обратным диодом V2.
В современных электрических аппаратах применяют комбинированные (гибридные) коммутационные устройства, в которых ток во включенном состоянии аппарата проходит через контакт Q, а выключение выполняется при выключенном контакте Q силовыми полупроводниковыми приборами, включенными параллельно контакту (рис. 2.33). Такое сочетание позволяет совместить положительные качества контактных аппаратов (малые потери мощности и габаритные размеры) и полупроводниковых (бездуговая коммутация). Гибридные аппараты, у которых параллельно силовым контактам включают тиристоры, обеспечивают повышенное значение надежности и долговечности, а также существенную экономию материалов: меди и стали.
Рис. 2.33 Гибридное силовое коммутационное устройство.
В системе автоматики для коммутации управляющих цепей тиристоров применяют специальные безъякорные реле, выполненные на базе герконов (герметизированные магнитоуправляемые контакты). Герконы более чувствительны, время их срабатывания намного меньше, чем у якорных электромагнитных реле. Они просты по конструкции, надежны в работе и не нуждаются в регулировке. Электрические контакты герконов размещены внутри герметичной оболочки, не подвержены воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды, срабатывают в результате воздействия внешнего магнитного поля. В силовых цепях применяют герсиконы – герметичные силовые контакты, которые используют в агрессивной среде вместо открытых контакторов. Принцип действия аналогичен герконам.