В процессе различных переключений с использованием электромагнитных пускателей, реле, контакторов и другой аппаратуры, в коммутирующем органе изменяется электрическое сопротивление. В данных приборах эту функцию выполняет промежуток между контактами. В замкнутом состоянии сопротивление становится очень маленьким, а по мере размыкания контактов оно начинает возрастать.
Такие изменения происходят очень быстро, в скачкообразном порядке и сопровождаются разрывом цепи. В некоторых случаях требуется избежать такого разрыва, поэтому в таких цепях для коммутации используются бесконтактные приборы. Типичным представителем этой группы является тиристорный контактор, в состав которого входят тиристоры, имеющие нелинейное электрическое сопротивление, способное изменяться в сторону увеличения или уменьшения.
Принцип действия тиристорного контактора
Действие тиристорного контактора основано на бесконтактной коммутации. Данное физическое явление заключается в изменяющейся проводимости полупроводников, подключаемых в цепь вместе с нагрузкой. Во время работы не наблюдается видимых разрывов цепи, а сам процесс выглядит следующим образом: когда цепь выключена – проводимость полупроводника резко снижается, а сопротивление может достигать нескольких десятков МОм. После включения проводимость элемента восстанавливается, а сопротивление стремится к нулю и измеряется уже в миллиОмах (мОм).
Полупроводниковыми приборами служат различные виды симисторов, тиристоров и транзисторов, включаемых последовательно с нагрузкой в электрическую цепь. Их действие основано на явлении электронно-дырочного перехода (р-п), обеспечивающего одностороннюю проводимость от анода (р) к катоду (п).
На этих же принципах осуществляется работа тиристорного контактора или переключателя переменного тока. Наиболее часто используются схемы со встречно-параллельным включением тиристоров VS1 и VS2, отмеченных на рисунке. Вырабатывание импульсов производится блоком управления при переходе напряжения через нулевую отметку. Под действием импульсов тиристоры открываются поочередно, за счет их сдвига между собой на 180 градусов. В результате, в цепи начинается движение синусоидального переменного тока. Когда мгновенное значение тока нагрузки снижается, тиристоры выключаются.
Выключатели тиристорные
Для коммутации силовых цепей переменного тока используются преимущественно тиристоры. Они способны пропускать большие токи при малом падении напряжения, включаются сравнительно просто подачей на управляющий электрод маломощного импульса управления. При этом их основной недостаток — трудность выключения — в цепях переменного тока не играет роли, так как переменный ток обязательно два раза за период проходит через нуль, что обеспечивает автоматическое выключение тиристора.
Схема однофазного тиристорного коммутирующего элемента приведена на рис. 9.1.9. Импульсы управления формируются из анодных напряжений тиристоров. Если на аноде тиристора VS1
положительная полуволна напряжения, то при замыкании контакта
К
через диод
VD1
и резистор
R
пройдет импульс тока управления тиристором
VS1.
В результате тиристор
VS1
включится, анодное напряжение упадет почти до нуля, сигнал управления исчезнет, но тиристор останется в проводящем состоянии до конца полупериода, пока анодный ток не пройдет через нуль. В другой полупериод, при противоположной полярности напряжения сети, аналогично включается тиристор
VS2.
Пока контакт
К
будет замкнут, тиристоры будут автоматически поочередно включаться, обеспечивая прохождение тока от источника к нагрузке.
Контакторы (пускатели).Тиристорные элементы (рис.9.1.9) являются основой однофазных и трехфазных контакторов. На рис. 9.1.10 в качестве примера изображена схема реверсивного пускателя для асинхронных двигателей. Силовыми коммутирующими элементами являются тиристоры VS1 — VS10,
которые открываются контактами
К11, К12, К13
реле
К1
(вперед) или контактами
К21, К22, К23
реле
К2
(назад). Трансформаторы тока
ТА1
и
ТА2
подают сигнал перегрузки в блок защиты
БЗ,
который, воздействуя на базу транзистора
VT,
снимает питание реле
К1
и
К2
и тем самым отключает пускатель.
Аналогично устроены тиристорные станции управления асинхронными нерегулируемыми электроприводами мощностью до 100 кВт типа ТСУ. Станции выполняют операции пуска, останова, динамического торможения и реверса двигателя.
Использование тиристоров в качестве бесконтактных аппаратов на постоянном токе затруднительно из-за проблемы отключения. Если в цепях
переменного тока тиристоры включаются автоматически при прохождении тока через нуль, то в цепях постоянного тока приходится применять специальные меры по принудительному снижению тока тиристора до нуля, т. е. производить так нарываемую принудительную коммутацию тока тиристора. Существует много разнообразных схем принудительной коммутации. Большинство из них содержит коммутирующие конденсаторы, которые в нужный момент с помощью вспомогательных тиристоров вводятся в цепь основного тиристора и включают
его.
Рис. 9.1.9. Схема однофазного тиристорного коммутирующего элемента
На рис. 9.1.11 изображена одна из схем принудительной коммутации. При подаче управляющего импульса на силовой тиристор VS
включается цепь нагрузки
R
н, (ток через тиристор
i
T равен сумме токов нагрузки
i
Н и через конденсатор
i
С), коммутирующий конденсатор
С
заряжается до напряжения источника
U.
Полярность напряжения
ис
указана на рис. 9.1.11,
а
. Схема готова к отключению, и если в момент
t
1подать управляющий импульс на вспомогательный тиристор
VSB,
то конденсатор С окажется включен ым
Рис. 9.1.10. Схема нереверсивного пускателя
параллельно тиристору VS,
ток нагрузки перейдет с тиристора
VS
на конденсатор
С
и тиристор
VS
выключится. Под действием ЭДС источника конденсатор будет перезаряжаться. Напряжение конденсатора
ис
изменится в процессе перезаряда от —
U
до
+U
(рис. 9.1.11,
б
), а ток
ic
постепенно спадет до нуля. Нагрузка
Rн
окажется отключенной от источника. Если теперь снова в момент
t2
включить нагрузку
Rн
, открыв тиристор
VS,
то опять конденсатор
С
зарядится до напряжения —
U
и схема будет готова к повторному отключению.
Таким образом, отключение тиристора на постоянном токе оказывается сложнее, чем на переменном. Эта проблема решится окончательно лишь после
Рис. 9.1.11. Схема тиристорного выключателя постоянного тока (а
) и диаграмма его работы (
б
)
Рис. 9.1.12. Схема бесконтактного выключателя Рис. 9.1.13. Осциллограмма отключения тока короткого замыкания
создания мощных, полностью управляемых тиристоров, способных запираться при воздействии только на цепь управления.
Выключатели автоматические.На базе тиристорных элементов (см. рис. 9.1.9) выполняются автоматические бесконтактные выключатели серии ВА81 на токи до 1000 А. Они предназначены для защиты электрических установок в сетях напряжением 380/660 В переменного тока частотой 50 — 60 Гц при перегрузках и коротких замыканиях, а также для коммутаций с различной частотой включения. В этих выключателях применяется принудительное выключение тиристоров с помощью схемы принудительной коммутации (рис.
9.1.12). Основной тиристор VS1
серии Т-160 управляется импульсами от генератора повышенной частоты (на рисунке не показан). Выключение тиристора
VS1
производится разрядом конденсатора С через коммутирующий тиристор
VS2.
Последний включается от напряжения коммутирующего конденсатора
С
через маломощный тиристор
VS3,
что обеспечивает снижение мощности схемы управления. Конденсатор С
заряжается от напряжения сети через трансформатор и диод
VD1.
Каждый выключатель состоит из трех силовых блоков с встречно-параллельно включенными основными тиристорами.
Благодаря использованию принудительной коммутации тиристоров защита от коротких замыканий осуществляется с ограничением тока в процессе отключения. На рис. 9.1.13 изображена осциллограмма отключения тока короткого замыкания тиристорным выключателем. Кривая 1
показывает нарастание тока короткого замыкания при отсутствии защиты, а кривая 2 — при отключении тиристорного выключателя схемой принудительной коммутации. Как видно из рисунка, в этом, случае нарастание тока короткого замыкания прерывается и максимальный ток imax составляет не более 0,02 — 0,05 ударного тока короткого замыкания.
Устройства выходные (промежуточные реле).Схемы на рис. 9.1.9 широко используются в качестве коммутирующих устройств цепей управления исполнительных аппаратов (пускатели, контакторы, электромагниты, муфты и т. п.). Примером могут служить устройства выходные бесконтактные типа УВБ-11, которые предназначены для усиления выходных командных сигналов логических устройств и коммутации цепей нагрузки переменного и постоянного тока. Они рассчитаны на коммутацию цепей переменного тока до 6 А и напряжением до 380 В, цепей постоянного тока до 4 А и 220 В.
На рис. 9.1.14 приведена схема усилителя УВБ-11-19-3721, предназначенная для коммутации цепей переменного тока. В качестве коммутирующего элемента используется симистор VS
типа ТС2-25, зашунтированный варистором
R
для защиты . от перенапряжений. Включение симистора осуществляется путем соединения его управляющего электрода с одним из силовых выводов с помощью контакта герконового реле
К.
Это реле одновременно осуществляет и гальваническую развязку входной и выходной цепей. Выключение сеимистора
Рис.
Тиристорные контакторы постоянного тока
Контакторы постоянного тока имеют ряд индивидуальных особенностей и характеристик. Одной из них является возможность работы с гораздо более высокими частотами переключения, во время регулировок и преобразований тока и напряжения. Этим они заметно отличаются от тиристорных регуляторов, осуществляющих стабилизацию в цепях с переменным током. Устройства постоянного тока обеспечивают более высокий уровень быстродействия, и данный фактор в значительной степени определяет сферу их использования.
Тиристорный пускатель , собрать пускатель из тиристоров Т161
9.1.14. Усилитель УВБ-11-19-3721: а —
условное обозначение;
б
— функциональная схема
при разомкнутом контакте К
происходит самопроизвольно при первом переходе тока нагрузки через нуль.
Для того чтобы схема управлялась логическими сигналами от других элементов, предусмотрен согласующий каскад на ИС типа К511ЛИ1, выход которого подключен к обмотке герконового реле К.
В усилителях, предназначенных для коммутации цепей нагрузки
постоянного тока, эта коммутация осуществляется тиристором, который выключается с помощью схемы принудительной коммутации, т. е. путем разряда на тиристор заряженного заранее конденсатора.
ЛЕКЦИЯ № 30
9.2. Микропроцессоры и электронные управляющие машины
9.2.1. Общие сведения.
9.2.2. Функциональная схема ЭВМ.
9.2.3. Электронные и микропроцессорные аппараты, их классификация и
физические явления в них.
9.2.4.Функциональная схема управления электродвигателем постоянного
тока с помощью микропроцессора.
Общие сведения
В настоящее время для улучшения технических характеристик, повышения надежности и сокращения времени монтажа аппараты автоматического управления и регулирования электрического привода выполняются в виде комплектных станций управления (КСУ). Эти станции проектируются по типовым схемам и собираются на заводе-изготовителе с применением наиболее высокопроизводительного оборудования, что ведет к сокращению материалоемкости и трудоемкости, позволяет быстро внедрять новейшие достижения науки и техники. КСУ создаются на базе либо традиционных электромагнитных аппаратов (автоматов, пускателей, контакторов, реле), либо дискретных полупроводниковых элементов, либо совместного использования и тех и других изделий. Для КСУ характерна фиксированная последовательность всех функциональных операций. Любое изменение поставленной ранее функциональной задачи требует перемонтажа принципиальной схемы КСУ и последующей наладки, что связано с затратами дополнительного труда и, времени. Поэтому создаваемые в настоящее время системы программного управления металлорежущими станками, роботами, технологическими процессами требуют наличия легко изменяемой программы управления.
Развитие полупроводниковой техники привело к созданию больших
Рис. 9.2.1. Функциональная схема ЭВМ
интегральных микросхем (БИС) с очень высокой степенью интеграции. БИС на одном кристалле имеют несколько десятков тысяч элементов и способны реализовать сложнейшие функции управления. Применение БИС в комплектных
устройствах автоматического управления создает исключительно широкие возможности в гибком изменении их программ, уменьшении габаритов, повышении надежности и долговечности. На основе БИС создаются микропроцессоры.
Дата добавления: 2017-05-02; ;
Преимущества и недостатки
Несомненные плюсы тиристорных контакторов в сравнении с обычными устройствами заключаются в следующем:
- При регулярных включениях и отключениях отсутствует электрическая дуга, вызывающая разрушение контактов у электромагнитных устройств.
- Небольшой промежуток срабатывания дает возможность выполнять учащенные коммутации, практически без ограничений. Рабочие режимы могут быть не только длительными, но и повторно-кратковременными.
- Отсутствуют движущиеся части, подверженные механическому износу. Поэтому срок эксплуатации тиристорных контакторов намного выше, чем у обычных устройств.
- Бесшумная работа, благодаря особенностям конструкции.
- Очень простой ремонт и обслуживание. Любую деталь контактора можно легко заменить в течение короткого времени без демонтажа основного устройства.
- В случае необходимости тиристорный контактор легко переделывается под другой номинал тока. Для этого устанавливается подходящий тиристор с соответствующими техническими характеристиками.
