Бесконтактные коммутаторы

Основным элементом бесконтактного коммутатора является тиристор, включенное и выключенное состояния которого соответствуют замыканию и размыканию электрической цепи. Бесконтактные коммутаторы, выполненные на полупроводниковых элементах, или, как их иначе называют, тиристорные контакторы, служат для:

- пуска и реверса ЭД:
- переключения питания в многоскоростных ЭД;
- торможения ЭД;
- ступенчатого регулирования частоты вращения ЭД.

Замена контактных коммутационных устройств (электромагнитных контакторов) бесконтактными позволяет:

- повысить надежность работы и увеличить межремонтный период, упростить обслуживание самого коммутатора и ЭП в целом;
- увеличить допустимое число включений ЭП;
- расширить возможности управления пуском, торможением и другими переходными режимами ЭП.

Применяют БК постоянного и переменного тока. Однако БК постоянного тока не получили распространения в ЭП. Для управления АД применяются БК переменного тока (особенно в тех ЭП, где требуется реализовать большое количество переключений). Контактные коммутаторы для таких ЭП при всех преимуществах, обусловленных их простотой и низкой стоимостью, имеют один существенный недостаток: процесс коммутации индуктивных цепей АД ведет к быстрому изнашиванию контактов, в результате чего необходимы частые ремонты коммутационных устройств.
В простейшем случае силовая часть 1-фазного БК (рис. 4.3а) представляет собой 2 встречно-параллельно включенных тиристора. Если тиристоры проводят ток, то БК включен, если тиристоры ток не проводят, то БК выключен. (Так как ток переменный, то одну полуволну тока проводит тиристор VS1, а другую - тиристор VS2. Наиболее просто реализуется подобная коммутация тиристоров при использовании геркона К (рис. 4.3б), имеющего высокое быстродействие, и диодов VD1-VD4. При этом каждый тиристор переводится в состояние проводимости в течение того полупериода приложенного напряжения, когда его анод имеет положительный потенциал. Например, (при положительном потенциале анода тиристора VS1 на его управляющий электрод подается импульс через диоды VD3 и VD1, и он открыт.В следующую полу волну напряжения положительный потенциал будет уже на аноде тиристора VS2, одновременно на управляющий электрод этого тиристора через диоды VD2 и VD4 подается импульс, следовательно, VS2 открыт и проводит вторую полу волну напряжения.

Отключение БК обеспечивается размыканием контакта геркона, который отключает управляющие электроды обоих тиристоров. Поскольку тиристор является не запираемым элементом, то для его выключения необходимо обеспечить спадание тока до нуля. Если контактор включен в цепи с активным сопротивлением zH = RH (см. рис. 4.3, а), то моменты прохождения через нуль тока и напряжения совпадают. При активно-индуктивной нагрузке ток отстает от напряжения, переход тока с одного тиристора на другой происходит
позже на угол фн (рис. 4.3, в), который определяется коэффициентом мощности нагрузки. Для того чтобы выключить тиристор раньше момента прохождения тока коммутируемой цепи через нуль, необходимо применять искусственную коммутацию тиристоров.

В зависимости от того, выключаются тиристоры под воздействием естествен-ного спадания переменного тока до нуля или посредством их искусственной коммутации, различают БК с естественной и искусственной коммутацией. Для того чтобы выключить БК с естественной коммутацией, достаточно прекратить подачу импульсов управления на тиристоры. В этом случае максимальное время выключения тиристора не будет превышать половины периода выходного напряжения. Например, если прекратить подачу импульсов управления в момент включения очередного тиристора, то он будет проводить полуволну тока, т.е. в течение полупериода, а другой тиристор уже не сможет включиться из-за отсутствия импульса управления.

При необходимости обеспечить время выключения меньше, чем половина пе- риода выходного напряжения, следует применять БК с искусственной коммутацией тиристоров. Однако в этом случае возникает проблема отвода энергии, накопленной в индуктивностях нагрузки (электродвигателя) при обесточивании цепи, соединяющей источник электроэнергии с нагрузкой. Это связано с тем, что согласно основным законам коммутации ток в индуктивности не может изменяться скачком. Поэтому чем быстрее происходит отключение цепи, содержащей, индуктивность с током, отличным от нуля, тем большие перенапряжения возникнут на отключающем аппарате. Указанные перенапряжения являются следствием наведения ЭДС в индуктивности, препятствующей изменению тока нагрузки. Для устранения перенапряжений в тиристоре следует в случае применения БК
с искусственной коммутацией предусматривать возможность отвода или сброса энергии, накопленной в индуктивностях нагрузки, в какой-либо приемник или накопитель электроэнергии. В частности, таким приемником может; служить конденсатор или источник переменного тока, способный принимать электроэнергию.

Рисунок 4.3 – Схемы бесконтактных коммутаторов

• < Схемы силовых цепей тиристорных коммутаторов
• Схема управления линейным контактором в контактном и безконтактном вариантах судовой аппаратуры >