 |
Применение полупроводниковых приборов для облегчения гашения дуги
|
|
|
|
Одним из перспективных путей повышения эффективности коммутации силовых цепей, позволяющим исключить возникновение дуги отключения или ограничить время ее горения, является использование силовых полупроводниковых приборов. Во многих странах и у нас в РФ ведутся работы по
созданию коммутационных аппаратов на базе тиристоров и симисторов, однако до настоящего времени такие аппараты имеют ограниченное применение. Основными факторами, препятствующими широкому применению указанных аппаратов, даже при низком напряжении, являются высокая стоимость, значительные габариты, отсутствие видимого разрыва цепи, чувствительность к перегрузкам, скорости нарастания тока и напряжения.
Более приемлемыми для сильноточных аппаратов признаны устройства с бездуговой коммутацией, основанные на использовании механических контактов и тиристоров или механических синхронизирующих устройств, контактов и неуправляемых диодов.
Коммутация цепей переменного тока. Для аппаратов с высокой частотой оперативных включений и отключений заслуживает внимания контактная система с тиристорным блоком бездугового отключения (рис. 6-28). Тиристоры VS1 и VS2 включены параллельно контакту. При разомкнутом контакте К они заперты — ток в цепи отсутствует. При замыкании контакта и возникновении тока в цепи трансформаторы тока ТА1 и ТА2 (или другое устройство) через диоды VD1 и VD2 подают соответственно полярности полуволны отпирающие сигналы на управляющие электроды тиристоров. Однако ток через тиристоры не протекает, так как они шунтированы контактом. В момент размыкания контакта ток переходит в цепь того из тиристоров, направление проводимости которого соответствует полярности тока. Прямое падение напряжения, на открытом тиристоре мало (1,5 — 2 В на одном тиристоре), и дуга на контактах не возникает. При переходе тока через нуль проводящий тиристор закроется, а второй не откроется ввиду отсутствия сигнала. Ток в цепи прекратится. Коммутационная износостойкость контактов при этом способе гашения сильно возрастает (например, у контакторов серий КТ64 и КТ-65 — в 10 раз).
|
|
|
Так как тиристоры обтекаются здесь током только в течение полупериода, то они могут выбираться на малые номинальные токи с большими перегрузками. Габариты тиристорного блока оказываются малыми.
Принципиальная электрическая схема коммутационного устройства с синхронизированным размыканием контактов приведена на рис. 6-29.
Контакты К1 и К2 замыкаются и удерживаются в замкнутом положении приводом. Встречно-параллельно включенные диоды VD1 и VD2 представляют собой незначительное нелинейное симметричное малоинерционное сопротивление, они не искажают форму тока и не влияют на него. Ток протекает в параллельных цепочках в соответствии с полярностью диодов. При отключении привод освобождает подвижные контакт-детали, предоставляя возможность контактам К1 и К2 разомкнуться с помощью своих отжимающих пружин. Контролирующие электромагниты 1 и 2 удерживают контакты замкнутыми до перехода тока через нуль и до закрытия диодов. Если в момент отключения привода ток проходит через электромагнит 2, то контакт К2 удерживается в замкнутом положении до конца полупериода, а контакт К1 размыкается одновременно с приводом. Аналогично происходит, если в момент отключения привода ток протекает через электромагнит 1: контакт К2 (обесточенный) отключается одновременно с приводом, а контакт К1 — в конце полупериода тока, проходящего по нему.
Контролирующие электромагниты обеспечивают размыкание контактов не синхронно с приводом, а в паузу тока, создаваемую диодами после перехода тока через нуль.
|
|
|
Устраняя электрическую дугу, устройство, выполненное по этой схеме, обеспечивает высокую изолирующую способность межконтактного промежутка в отключенном состоянии (контакты разомкнуты) и малое сопротивление во включенном состоянии. При больших токах это устройство может быть использовано как дугогасительный контакт, у которого основной контакт отключается одновременно с приводом, а контакты К1 и К2 – соответственно полупериоду протекающего по ним тока.
Рис. 6-30. Схемы бездуговой коммутации на постоянном токе
Коммутация цепей постоянного тока. Отключение постоянного тока представляет собой процесс принудительного его обрыва. Схемы, обеспечивающие либо ограничение времени горения дуги, либо полностью бездуговую коммутацию, многообразны и сложны. Они основаны, как правило, на конденсаторном гашении в сочетании с искусственной коммутацией тиристоров.
* В схемах, выполненных по принципу, показанному на рис. 6-30, а, после размыкания контакта К открывается тиристор VS. Заранее заряженный конденсатор С разряжается через дугу и катушку индуктивности L, благодаря
чему ток в дуге дважды меняет свое направление. В один из переходов тока через нуль возможно гашение дуги. Такие схемы при токах свыше 100 А требуют значительных емкостей (конденсатор имеет большие габариты и время заряда), обеспечивают только сокращение времени горения дуги и, таким образом, малоэффективны.
В схемах, подобных показанной на рис. 6-30,б, процесс отключения цепи двухступенчатый: сперва открывается тиристор VS1, ток переводится в цепь тиристора и контакт К размыкается без дуги. Затем открытием тиристора VS2 осуществляется разряд конденсатора С и запирание тиристора VS1, достигается полное бездуговое отключение тока.
Во всех случаях амплитуда тока разряда конденсатора должна быть больше тока цепи. Цепь диода VD и резистора R служит для снижения напряжений и повышения отключающей способности, тиристор VS3 — для заряда (одна из схем) конденсатора.
Бездуговая коммутация цепей постоянного тока в сочетании с другими мероприятиями позволяет проектировать выключатели с полным временем отключения не более 0,01 с, а также повышать коммутационную износостойкость аппаратов (для контакторов — в 5 — 10 раз).
|
|
|
23…………………Динамика и время срабатывания электромагнита.
Изменения времени срабатывания обладают статической и динамической характеристиками. Динамическая дает возможность оценить время срабатывания механизма и отпускания, выяснить, как механизм влияет на эти характеристики.
Полное время срабатывания состоит из времени трогания и времени движения.
Скорость нарастания тока в момент включения не зависит от активного сопротивления цепи R 
.
Электромагнит срабатывает быстрее, если R меньше. При уменьшении R возрастает P потребляемая обмоткой 
.
Для ограничения температуры нагрева необходимо увеличить площадь охлаждения обмотки. Увеличение размеров обмотки требует увеличения размеров магнитопровода.
Схема форсировки
Размыкающий контакт связан с якорем. В отключающем положении 
шунтирован размыкающим контактом, связан с якорем. После, замыкая контакт К1 малое сопротивление обмотки способно быстро нарастить i до iтр. После начала движения якоря контакт размыкается и в цепь вводится Rдоб. Ограничивающий мощность, выделяющуюся в обмотке.
Иногда Rдоб шунтируют С для ускорения срабатывания. Конденсатор уменьшает падение напряжения на резисторе в первый момент времени, благодаря чему обеспечивается форсировка электромагнита. В установившемся режиме ток в цепи ограничивается Rдоб.
,
.
Увеличение напряжения питания без изменения R ведет к ускорению срабатывания.
Обмотка электромагнита может сгореть. Рекомендуется при повышении напряжения питания в цепь включать добавочное сопротивление, чтобы установить остаточный ток неизменным. Ускорение срабатывания происходит за счет уменьшения постоянной времени ln=cont. При равных условиях увеличения напряжения питания и введения R, то 
и 
также увеличивается. Время отпускания равно времени спада потока до потока отпускания и времени движения при отпускании.
|
|
|
Время движения якоря больше времени спада потока. Для создания электромагнита замедленного действия применяется к.з. обмотка или гильза.
Наводится в к.з. обмотки эдс, направленное встречно намагничивающему потоку.
При отключении электромагнита i1 спадает до 0 мгновенно из-за нарастания Rдугового. Изменение потока определяется процессом затухания потока в к.з. обмотке. В W2 наводится эдс и возникает i, который препятствует снижению магнитного потока в системе. Замедленное спадение потока создает выдержку времени при отпускании.
24……………………
25…………………Электрическая дуга.
В коммутационных аппаратах при отключении возникает разряд в газе либо в виде тлеющего разряда, либо в виде дуги.
Тлеющий разряд возникает при токах до 100А и напряжениях до 300В. Такой разряд встречается либо в контактах маломощных реле, либо как переходная фаза к возникновению дуги.
Свойства дугового разряда:
1) Возникает только при больших токах (для металлов более 0,5А);
2) В центральной части дуги очень высокая температура (от 6 до 18 тысяч К);
3) На катоде дуги очень высокая плотность тока (от 100 до 1000 на мм 
);
4) Падение напряжения на катоде составляет 10-20 В и практически не зависит от тока.
В дуговом разряде можно выделить 3 области: околокатодную, околоанодную и ствол дуги.
Дуга представляет из себя проводник. В каждой из областей дуги процессы ионизации и деионизации протекают по разному в зависимости от условий, но ток, проходящий через эти три области одинаков, следовательно обеспечивается возникновение необходимого количества зарядов.
|
|
|
