I. Гашение дуги с помощью полупроводниковых элементов

Бесконтактная коммутация. При боль­шом числе коммутаций в час возрастает износ контактов при обычной дуговой коммутации. Для повышения износо­стойкости контактов используются полупроводниковые приборы − тиристоры, транзисторы и диоды.

Тиристор является управляемым полупроводниковым вентилем. На рис. 1, а показано условное обозначение тиристора: А − анод; К − катод; У − управляющий элек­трод. На управляющий электрод подается положительный потенциал относительно катода. На рис. 1 ,б показаны два тиристора,

Рисунок 1 − Применение тиристоров в электрических аппаратах:

а − условное графическое обозначение; б − встречно-параллельное включение тиристоров в цепи переменного тоха; в − симистор; г − ВАХ − вольт-амперная ха­рактеристика тиристора; д − релейный элемент на тиристоре

включенных в цепь переменного тока. На рис. 1, в показан симистор, представляющий собой сдво­енный тиристор. Симистор обладает свойствами двух тири­сторов по схеме рис. 1, б. Ток управления подается на уп­равляющий электрод. При отсутствии сигнала уп­равления (I_у=0) и U_max<U_Tmaxтиристор имеет большое конечное сопротивление и через нагруз-

ку R_н протекает не­большой ток (ветвь / на рис. 1, г). Если U_max > U_Tmax, то тиристор открывается и через нагрузку течет ток I_н, оп­ределяемый ее сопротивлением. При номинальном токе уп­равления Iу=I_ун переход на ветвь 2 происходит по штри­ховой кривой. Таким образом, при отсутствии тока управле­ния Iу = 0 тиристор ведет себя как очень большое активное сопротивление, при наличии номинального тока управле­ния − как очень малое сопротивление. После прохождения переменного тока через нуль тиристор восстанавливает свои вентильные свойства, цепь тока обрывается.

На рис. 1, д показана схема релейного элемента на тиристоре. При отключенном К тиристор VS закрыт и ток в нагрузке I_н равен 0. При включении К положительный ток управления I_у подается на управляющий электрод ти­ристора и он открывается. Через нагрузку протекает ток I_н. В следующий полупериод тиристор закрывается и ток I_н =0. Диод VD защищает тиристор от отрицательного тока управления. В настоящее время применяются так называе­мые гибридные схемы коммутаторов на тиристорах (рис., 2). Главные контакты ГК, рассчитанные на пропускание номинального

Рисунок 2 – Схема полюса гибридного коммутатора переменного тока

тока и тока КЗ, шунтированы встречно включенными тиристорами VS1 и VS2, В цепь ГК включен трансформатор тока ТА, вторичные обмотки которого через диоды VD1 и VD2 подключены к управляющим электродам тиристоров. На эти электроды должен подаваться только положительный сигнал относительно катода. В каждом плече схемы включены стабилитроны VD3−VD6 для огра­ничения сигнала. Конденсатор СЗ и резистор R4 облегчают условия восстановления напряжения на тиристорах. Во включенном положении аппарата ГК замкнуты и на вто­ричных обмотках трансформатора тока присутствует сиг­нал управления. Пусть в данный положительный полупе­риод тока положительный сигнал управления подается на тиристор VS1 и он подготавливается к открытию. В этот момент тиристор VS2 закрыт, так как к нему приложено напряжение обратной полярности. Благодаря диоду VD2 сигнал управления на этот тиристор не подается. Для про­текания тока через тиристор напряжение между катодом и анодом должно быть не менее 1−2 В. Переходное сопро­тивление ГК мало, и падение напряжения на них и пер­вичной обмотке трансформатора составляет доли вольта. Поэтому, несмотря на то, что на тиристор VS1 подан от­крывающий сигнал, он остается закрытым. При размыкании ГК напряжение на дуге достаточно для открытия тиристора VS1 и ток переходит в его цепь. Поскольку ток в первичной обмотке трансформатора прекратился, сигнал, открываю­щий тиристор, стал равным нулю. Однако ток через тирис­тор продолжает протекать до своего естественного нулево­го значения. При прохождении тока через нуль тиристор закрывается, и отключение цепи заканчивается. Если кон­такты расходятся в отрицательный полупериод, то подоб­ным образом работает тиристор VS2. Процесс перехода тока в цепь тиристора показан на рис. 2, б. Здесь ток ти­ристора обозначен i_T, ток ГК — iгк, напряжение на ГК игк, напряжение, восстанавливающееся на тиристоре, u_в. В мо­мент t1, начинается переход тока в цепь тиристора. В мо­мент t₂ процесс перехода тока закончен, и ток цепи полно­стью переходит в тиристор. Длительность перехода тока t1—t2 определяется параметрами тиристора и его цепей уп­равления, а также активным сопротивлением и индуктив­ностью цепи ГК. Длительность горения дуги ГК составля­ет малую долю полупериода, что резко ограничивает их износ. Электрическая износостойкость ГК приближается к механической. При прохождении тока через нуль в мо­мент времени t₃ тиристор закрывается. Длительность про­текания тока через тиристор не превышает полупериода. В таком режиме тиристор выдерживает ток, значительно больший номинального. Это позволяет использовать тири­сторы на небольшие номинальные токи (по сравнению с то­ком КЗ цепи), что уменьшает габаритные размеры и стои­мость аппарата.

Описанная схема используется и в аппаратах высокого напряжения. Поскольку номинальное напряжение тиристо­ров не превышает 1,5 кВ, то в этих случаях используется цепочка последовательно включенных тиристоров. До­стоинствами рассмотренной схемы являются простота, высокая надежность и облегченный режим работы тиристоров. К недостаткам можно отнести увеличение стоимости и га­баритов, отсутствие гальванической развязки между сетью и нагрузкой после отключения. В схеме на рис. 3

Рисунок 3 – Силовая часть коммутационного устройства с диодами для гашения дуги

глав­ные контакты ГК шунтированы цепями дугогасительных контактов 1 и 2. В цепь контактов 1, 2 включены дио­ды VD1, VD2 и синхронизирующие электромагниты 3, 4, имеющие обмотки тока. После размыкания ГК ток цепи перебрасывается в цепь диода VD1 или VD2 в зависимости от полярно сти тока. При указанном на рисунке направле­нии ток I протекает через электромагнит 3 и его якорь удерживает контакты 1 замкнутыми. При подходе тока к нулю сила электромагнита уменьшается и контакты / размыкаются. Таким образом, дуга возникает вблизи нуля тока и горит кратковременно, что уменьшает ее энергию, облегчает гашение и снижает износ контактов. После прохождения тока через нуль диод находится в непроводящем состоянии, что облегчает процесс восстановления напряже­ния на промежутке, так как восстанавливающееся напря­жение в основном приложено к диоду (Ro6p>> Rnp). Про­цесс отключения заканчивается. Контакторы с диодной ком­мутацией созданы на напряжение до 1140 В и ток до 250 А. Применяемые в таких устройствах кремниевые диоды бо­лее дешевы, чем тиристоры, и допускают 15—16-кратную токовую перегрузку в течение 0,01 с. Большим достоинст­вом схемы является отсутствие гальванической связи на­грузки и сети после отключения.

II. Определение времени трогания, движения и отпускания электромагнитов.

Дата добавления: 2015-07-11