книги / Электрические аппараты. Общий курс

входа 1 (подается нуль) конденсатор Ci разряжается на резистор Ri. Диод открывается и на выходе появляется положительный импульс. Такая ячейка (Логика Т-104, Т-105) служит для превращения дли­ тельных сигналов 0 и 1 в соответствующие импульсы. Вернемся к схеме рис. 13-25. Пусть 7^ открыт, а Т2 закрыт. На выходе 8 име­ ем выходной сигнал 1, а на выходе 7— нулевой сигнал 0. Большой отрицательный потенциал с коллектора Т2 подается через резистор Rz на базу Т{ и обеспечивает его надежное открытие. Поскольку

1

Рис. 13-25. Элемент Т-102 (маломощный триггер).

транзистор T1 открыт, то за счет напряжения смещения +£/см (ток течет от +£/см через резисторы R7l /?4, транзистор Т{) создается положительный потенциал на базе Г2, что обеспечивает его закры­ тие, Поскольку к катоду диода Д2 приложен положительный по­

ния. Если теперь подать и снять сигнал на входе 2, то транзистор

ет нормальную работу триггера при объединении входов 1 и 2. При первом сигнале закрывается транзистор Г/, при втором — за­ крывается транзистор Т2.

1 с не должно превышать 5000. Для повышения частоты операций (до 15 000) резисторы R5 и R8 шунтируются диодами Да и Д5.

б) Элемент времени. Простейшим элементом малой задержки времени являются #С-иепочки (Т-301).

Для создания больших выдержек времени служит элемент Т-303. Упрощенная схема элемента дана на рис. 13-27, а. При отсутствии входного сигнала на входах /, 2, 3 транзистор Т2 находится в на­

сыщении, так как к его базе приложен потенциал —Un через рези­

открытия T1 вначале на базу Т2 подается положительный потенциал (зажим 6 конденсатора Ci). Этот потенциал спадает по закону: £/6=

= UB- 2 Ua(l—e ~~t/TV), где ГР = С,Я7.

Через время t= 0J Гр потенциал точки 6 упадет практически до нуля. Под действием положительного потенциала + £/б2 транзи­ стор Т2 закрывается и остается в отсечке до тех пор пока Uq2 не достигнет нуля. В этот момент времени Г3 находится в насыщении за счет тока базы 1*бз> определяемого сопротивлениями R% и R9 (транзистор Т2 закрыт). После открытия Т2 транзистор Г3 запира­ ется напряжением смещения + С см. На выходе появляется сигнал, который будет держаться до тех пор, пока имеется сигнал на входах /, 2, 3. После снятия входного сигнала транзистор Тх закры­ вается, при этом открывается Тг через резисторы Ri3 и Ru. Вы­ ходной сигнал пропадает. Конденсатор Ci заряжается через рези­ стор /?5. Так как то время заряда конденсатора значитель­ но меньше выдержки времени реле. Для правильной работы реле повторный ймпульс на вход реле можно подавать не ранее, чем через (3-J-4)/?5Ci= (3-4-4)Г3. В противном случае конденсатор Сх не будет успевать заряжаться до напряжения Un. Временная диа­ грамма работы реле представлена на рис. 13-27, б.

Если транзистор Т2 находится в насыщении, то при подаче входного сигнала возможен случай, когда транзистор Тх откроется раньше, чем закроется транзистор Т2. При этом на выходе реле мо­ жет появиться напряжение — ложный сигнал. Конденсатор С2 пред­ отвращает появление такого сигнала. В полной схеме элемента Т-303 вместо одного транзистора Т2 используются два транзистора для повышения коэффициента усиления и получения необходимого выходного сопротивления.

Выдержка реле регулируется в пределах от 1 до 10 с. Макси­ мальное значение сопротивления #7^150 кОм.

Для получения большей выдержки времени (до 100 с) приме­ няется элемент Т-304.

Функциональные элементы на полупроводниковых приборах подробно рассмотрены в [Л. 13-7]. В настоящее время выпускаются логические элементы серии «Спектр», позволяющие осуществить бо­ лее широкую гамму операций [Л. 13-13].

13-9. Применение тиристоров в аппаратах управления

а) Свойства тиристора. Тиристор является управля­ емым полупроводниковым вентилем. Условное обозна­ чение тиристора дано на рис. 13-28, а. Там же приведена его вольт-амперная характеристика. Ток управления подается на у п р а в л я ю щ и й э л е к т р о д . При от­

сутствии сигнала управления (/у= 0 ) и UM8iKc< .U T:MdiKQ тиристор имеет большое (но конечное) сопротивление и через нагрузку протекает небольшой ток (ветвь 1 на рис. 13-28,а). Если UMaLKC> U TM3iKC, то тиристор открыва­ ется и через нагрузку течет ток, определяемый ее сопро­ тивлением. При номинальном токе управления / у.н пере­ ход на ветвь 2 происходит по пунктирной кривой. Таким

образом, при отсутствии тока управления / у= 0 тиристор ведет себя как очень большое сопротивление, при наличии номинального тока управления — как очень малое сопро­ тивление. После прохождения переменного тока через нуль тиристор восстанавливает свои вентильные свойст­ ва, цепь тока обрывается.

Эти свойства тиристора могут быть использованы для построения схем автоматического управления, создания усилителей, релейных элементов и для бездуговой ком­ мутации электрических* цепей.

Для регулирования тока в оба полупериода применя­ ется схема включения рис. 13-28,6. В настоящее время

тор, обладающий свойствами схемы рис. 13-28,6. Услов­ ное обозначение симистора дано на рис. 13-28, в. Большим недостатком тиристора является гальваническая связь между входной цепью и управляемой цепью. В настоя­ щее время созданы тиристоры с оптической системой уп­

равления (оптроны). Управляющий сигнал воздействует на светодиод. Световой поток этого диода воздействует на фототиристор, который открывается под действием светового потока. Уже сейчас созданы оптроны на ток / н= 1 5 0 А, напряжение источника 380 В, ток управления открытия 30 мА, срок службы 180 000 ч.

б) Тиристор.как релейный элемент. Простейший ре­ лейный элемент, использующий тиристор, показан на рис. 13-28, г. Источник питания переменного тока. Цепь управления питается от того же источника. Напряжение питания выбирается так, что t/максС^т.макс- ’При разомк­ нутом ключе К\ ток /у = 0 , тиристор закрыт и ток в на­ грузке Ru равен нулю. После замыкания К\ при положи­ тельной полуволне напряжения тиристор открывается и через нагрузку протекает ток, пока полярность напряже­ ния не станет отрицательной. В следующий положитель­ ный полупериод через нагрузку снова протекает ток. После размыкания ключа К\ в положительный полупери­ од напряжения ток продолжает протекать через нагруз­ ку до своего нулевого значения. После прохода тока че­ рез нуль цепь разрывается.

Резистор R 1 ограничивает ток / у, а вентиль Д\ защ и­ щает управляющий переход тиристора от обратного на­ пряжения. Следует отметить,, что принципиально схема может работать и на постоянном токе, но для закрытия тиристора после снятия управляющего сигнала необхо­ димо применение специальных схем, которые отключае­ мый постоянный ток превращают в переменный, после чего цепь разрывается тиристором.

Ключ Ki может быть бесконтактным (транзистор, магнитный усилитель).

На рис. 13-29 представлена схема управления обмот­ кой Л мощного контактора. Элемент Т-402 имеет мощ­ ность 3 Вт, недостаточную для управления таким контак­ тором. При подаче напряжения на вход 3 или 5 транзи­ стор открывается. Точка 9 соединяется с нулевой шиной. Потенциал управляющего электрода становится поло­ жительным. Тиристор открывается, и через него получа­ ет питание обмотка Л. Резистор R ограничивает ток уп­ равляющего электрода. Коэффициент усиления тиристо­ ра по току достигает 104, а по мощности 105.

в) Тиристор как регулирующий элемент. Если исполь­ зовать для управления тиристором МУС или БМУ, то, изменяя ток управления усилителя, мы можем изменять

угол насыщения магнитопровода и момент появления на­ пряжения на нагрузке, которое открывает тиристор. Та­ ким образом, система МУС — тиристор позволяет осу­ ществить ш и р о т н о - и м п у л ь с н о е регулирование то­ ка в нагрузке.

~2208

Рис. 13-29. Схема тиристорного усилителя.

Рис. 13-30. Тиристорная схема управления двигателем постоянного тока.

На рис. 13-30 представлена тиристорная схема управ­ ления двигателем постоянного тока. Тиристор в этой схе­ ме является управляемым выпрямителем. Управление ти­ ристором производится напряжением, создаваемым на резисторе RK током нагрузки МУС. Магнитодвижущая сила обмотки смещения wCmвыбирается такой, чтобы при

Токе управления МУС, равном нулю, ток нагрузки через резистор Rh был минимальным. Диод Д 2 служит для то­ го, чтобы тиристор Т не открывался током холостого хода МУС (напряжение холостого хода на резисторе RHмень­ ше порогового напряжения диода Д2). При подаче тока управления в МУС напряжение, создаваемое на резисто­ ре Я* открывает тиристор, через двигатель протекает ток ia. Из-за наличия индуктивности цепи якоря тиристор за ­

МУС, можно менять угол открытия тиристора а и сред­ ний ток, протекающий через якорь.

г) Тиристорный пускатель. На рис. 13-31 приведена одна возможных схем тиристорного пускателя. Пускатель имеет следу­ ющие основные блоки: Б\— силовой блок. В рассечку каждой фазы включены тиристоры ВУi—ВУ3 и диоды Д\—Д3, рассчитанные на но­ минальный и пусковой токи двигателя АД. При подаче сигнала на управляющие электроды тиристоров они переходят в открытое со­ стояние и подключают двигатель к сети. В отрицательный полупериод, когда тиристоры закрываются отрицательным анодным на­ пряжением, ток двигателя пропускается диодами. В более дорогих схемах вместо диодов тоже установлены тиристоры.

При снятии сигнала управления с тиристоров (при перегрузке, потере фазы, нажатии кнопки Стоп) они закрываются. Следующий полупериод тока пропускается диодами. После этого все три диода Ди Д2, Дг закрываются и двигатель отключается от сети (протека­ ет небольшой ток утечки тиристоров и диодов).

Управляющие сигналы на тиристоры подаются от В2— блокинггенератора. Транзистор Т3 работает в генераторном режиме. При подаче напряжения кнопкой Пуск (включается тиристор ВУ5) все напряжение прикладывается к резистору Ri$. При этом транзистор Г3 закрыт, так как напряжение на резисторе Ri5 больше, чем на резисторе Rj3. По мере заряда конденсатора С4 наступают условия для открытия транзистора Т3 и конденсатор начинает разряжаться на обмотку W\. Электродвижущая сила, возникающая на обмотке до0.с, способствует быстрому и полному открытию транзистора 7’3. При разряде конденсатора напряжение на резисторе R\$ возраста­ ет, Т3 закрывается и снова идет процесс заряда конденсатора С4. Таким образом генерируются импульсы тока в обмотке W\ и в трех выходных обмотках w2 появляются управляющие импульсы. Диоды Д\ъ—Д17 пропускают импульсы только положительной полярности. Длительность импульса 30 мкс, пауза между импульсами 300 мкс (частота около 3 кГц).

Возможны схемы с управлением сигналами постоянного тока •или переменным током низкой частоты. Использование блокинг-гене- ратора дает возможность быстро включать тиристор и уменьшить тепловую нагрузку по управляющему электроду.

Питание блокинг-генератора осуществляется от блока Б3. При нормальном режиме транзистор Т2 находится в насыщении и лам­ па Л2 не горит. Если на зажимы 7, 8 подано напряжение от блока защиты Б4, тиристор ВУ4 включается и закорачивает источник пи­ тания, при этом генерация в блоке Б2 прекращается, тиристор ВУ5

Д7—Д9) появляется пауза. В эту паузу блок Б2 останавливается, тиристор ВУ5 отключается. Все это ведет к закрытию силовых ти­ ристоров.

Блок Б4 защиты от перегрузки двигателя и силовых тиристо­ ров питается от трансформаторов тока 7Т,—ТТ3. Напряжение с на­ грузочных резисторов Ri—R$ после выпрямления подается на по­ тенциометр /?4.

Стабилитрон CtÎ работает в режиме пробоя. До тех пор, пока напряжение на нем меньше напряжения пробоя (£/<£/мр0б), ста­ билитрон имеет очень высокое сопротивление и ток базы транзи­ стора Ti недостаточен для его открытия. При напряжении U> >с/яроб сопротивление стабилитрона резко падает, ток в базе Тх возрастает и он насыщается. Ток в стабилитроне ограничивается резистором Rs до величины, безопасной для него. Если восстановит­

ся неравенство £/<£/пр0б, то стабилитрон снова приобретет высо­ кое сопротивление и Т{ закроется. После открытия триода Тх начи­ нается заряд конденсатора С2. Однако напряжение на конденсато­ ре С2 на выход 7, 8 не подается до тех пор, пока это напряжение не превысит напряжение переключения динистора Дц. Динистор имеет такую же вольт-амперную характеристику, как и тиристор при /у = 0. Если перегрузка была кратковременной, то напряжение на выходе не появляется и пускатель остается в работе. Если UС2 станет больше напряжения переключения динистора Дц, произой­ дет разряд конденсатора С2 на цепь управления тиристора ВУА и последний откроется. Параметр срабатывания изменяется потен­ циометром R4. В более сложных блоках защиты можно создать выдержку времени в зависимости от перегрузки.

Защита двигателя и силовых тиристоров от токов короткого за­ мыкания в данном аппарате осуществляется специальными предо­ хранителями типа ПНБ-5 (§ 17-4). По сравнению с контактными пускателями (§ 10-3) бесконтактный аппарат обладает следующими преимуществами.

1.Отсутствие электрической дуги при коммутациях делает ап­ парат незаменимым при работе во взрывоопасных и пожароопас­ ных средах.

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

3.Возможность осуществления совершенных защит от пере­ грузки, токов короткого замыкания, потери фазы, что безусловно увеличит срок службы двигателя.

4.Допустимое число включений в час 2000,

5.Длительность отключения не более 0,02 с.

Следует отметить, что ограничение по износостойкости и числу включений в час зависит от конструкции и технологии производ­ ства тиристоров, В настоящее время уже созданы тиристоры новой конструкции, у которых эти величины практически не ограничены.

Недостатками тиристорного пускателя являются сложность схе­ мы, громоздкость и высокая стоимость. Несмотря на эти недостат­ ки, эти аппараты уже сейчас находят широкое применение во взрыво- и пожароопасных производствах. По мере совершенствования тиристорные пускатели найдут самое широкое применение.

Значительное уменьшение износа контактов и длительности го­ рения дуги можно получить в тиристорно-контактной схеме рис. 13-32.

Контакт аппарата К шунтирован двумя тиристорами 7Т и Т2. При появлении тока в замкнутой цепи на выходе трансформаторов тока TTi и ТТ2 появляется напряжение, которое подается на управ­ ляющие электроды тиристоров. Диоды Д\ и Д2 обеспечивают воз­ можность открытия одного тиристора только в положительной по­ луволне тока, а другого — только в отрицательной.

В момент размыкания контактов К они оказываются шунтиро­ ванными открытым тиристором, например Ти и ток из ветви кон­ тактов перебрасывается в этот тиристор. После прохождения тока через нуль тиристор закрывается и цепь

ного значения, что позволяет брать ти­ ристор на малый номинальный ток.

В ВЭИ инж. И. В. Зайцевым разработан контактно-тиристор­ ный выключатель высокого напряжения со следующими парамет­ рами! Un—10 кВ, /н= 300 А, /ном.отк= 5000 А.

Применение тиристоров для шунтирования контактов позволи­ ло увеличить электрическую износостойкость контакторов серии КТ-7000Б с 0,5-10б до 10-106, а серии КТП-7000Б до 15-106 циклов. Число допустимых включений в час возросло с 1200 до 2000.

Следует отметить, что после перехвата тока тиристором к мо­ менту прохождения тока через нуль электрическая прочность междуконтактного промежутка должна быть достаточной, чтобы вы­ держать восстанавливающееся напряжение. Поэтому в качестве коммутатора используется камера КВД-21 (§ 19-9) с индукцион­ но-динамическим приводом (§ 19-10). Каждый тиристор представ­ ляет собой столбик из 20 тиристоров без радиаторов. Номиналь­ ный ток тиристора 500 А, номинальное напряжение тиристора 1,5 кВ. Полное время отключения аппарата 0,01 с. Время расхождения кон­ тактов 0,001 с. Применение тиристоров позволило резко повысить число допустимых отключений токов короткого замыкания камерой КДВ-21.

д) Выбор тиристоров. 1. Н о м и н а л ь н ы й т о к ти­ ристора— среднее значение за период выпрямленного