Бесконтактные переключатели

Свойства тиристоров

Бесконтактные переключатели (пускатели, выключатели) пред­назначены для выполнения операций включения, выключения, а также переключения электрических цепей.

Переключатели выполняются на базе различных электриче­ских аппаратов, таких, как магнитные усилители, герметизиро­ванные магнитоуправляемые контакты, тиристоры и т. д. В дан­ной главе рассматриваются бесконтактные переключатели, выпол­ненные на тиристорах, так как они широко распространены в схемах автоматического управления (магнитные усилители см. гл. 11, магнитоуправляемые контакты — гл. 8).

Тиристор является управляемым полупроводниковым вентилем (рис. 12.1). Если ток управления подается на управляющий элек­трод Т при отсутствии сигнала управления (I_у = 0 и U_макс<U_т.макс), тиристор имеет большое сопротивление и через нагрузку протекает небольшой ток (ветвь 1 на рис. 12.1, а). Если же U_макс>U_т.макс, то переходное сопротивление тиристо­ра резко уменьшается и тиристор от­крывается. Через нагрузку течет ток, определяемый ее сопротивлением. При номинальном токе управления I_у = I_у.н переход на ветвь 2 происхо­дит по пунктирной кривой. Таким об­разом, при отсутствии тока управле­ния (I_у = 0) тиристор является очень большим сопротивлением, а при наличии номинального тока управления I_у = I_у.н) — очень малым сопротивлением. После прохождения переменного тока через нуль тиристор восстанавливает свои вентильные свойства и цепь тока, обрывается. Эти свойства тиристора ис­пользуют для построения схем автоматического управления, создания усилителей, релейных элементов и бездуговой коммутации электриче­ских цепей.

Для регулирования тока в оба полупериода применяется схема включения тиристоров, пред­ставленная на рис, 12.2. В настоящее время со­здан полупроводниковый управляемый вентиль на оба направления — симметричный тиристор или симистор. К недостаткам тиристоров относится наличие гальванической связи между входной цепью и управляемой.

Тиристорный пускатель

Бесконтактный тиристорный пускатель — наиболее широко распространенное устройство, обеспечивающее бездуговое включение и отключение силовых электрических цепей. На рис. 12.3 приве­дена одна из возможных схем тиристорного пускателя, коммути­рующего цепь асинхронного двигателя. Пускатель состоит из си­лового блока Б₁ с тиристорами ВУ₁—ВУ₃ и диодами Д₁—Д₃, рас­считанными на номинальный и пусковой ток и двигателя Д. при подаче сигнала на управляющие электроды тиристоров они откры­ваются и подключают двигатель к сети. В отрицательный полупериод, когда тиристоры закрываются отрицательным анодным напряжением, ток двигателя пропускается диодами (возможен вариант установки вместо диодов также тиристоров). |

При снятии сигнала управления с тиристоров (при перегрузке или нажатии кнопки Стоп) они закрываются. Следующий полупериод тока пропускается диодами. После этого все три диода Д₁, Д₂, Д₃ закрываются и двигатель отключается от сети.

Блок формирования управляющих сигналов Б₂ является в данном случае блокинг-генератором. Транзистор Т₃ работает в гене­раторном режиме. При включении кнопки Пуск включается тири­стор ВУ₅ и все напряжение прикладывается к резистору R₁₅. При этом транзистор Т₃ закрывается, так как напряжение на резисторе R₁₅ больше, чем на резисторе

R₁₃. По мере заряда конденсатора С₄ наступают условия для открытия транзистора Т₃ и конденсатор начинает разряжаться на обмотку , электродвижущая сила, возникающая на обмотке , позволяет открыть транзистор Т_3. При разряде конденсатора напряжение на резисторе R₁₅ возрас­тает, Т₃ закрывается и снова идет процесс заряда конденсатора С₄. Таким образом, генерируются импульсы тока в обмотке и в трех выходных обмотках появятся управляющие импульсы.

Б₃ — блок питания блокинг-генератора. При нормальном ре­жиме транзистор Т₂ находится в насыщении и лампа Л₂ не горит. Если на зажимы 7, 8 подано напряжение от блока защиты Б ₄, тиристор ВУ₄ включается и закорачивает источник питания, При этом генерация в блоке Б₂ прекращается, тиристор ВУ₅ отклю­чается. Одновременно транзистор Т₂ закрывается и лампа Л₂ за­горается, сигнализируя об отключении пускателя по сигналу блока защиты Б ₄.

Блок Б ₄ обеспечивает защиту двигателя и силовых тиристоров от перегрузки. Стабилитрон Ст₁ работает в режиме пробоя. До тех пор, пока напряжение на нем меньше напряжения пробоя (U<U_пpo6), стабилитрон имеет высокое сопротивление, и ток базы транзистора Т₁ недостаточен для его открытия. При напряжении U>U_пpo6 сопротивление стабилитрона резко падает, ток в базе Т₁ возрастает и он открывается. Ток в стабилитроне ограничи­вается резистором R₅ до значения, безопасного для него. Если восстановится неравенство U<U_пpo6,то стабилитрон снова при­обретет высокое сопротивление и Т₁ закроется. После открытия транзистора Т₁ начинается заряд конденсатора С₂, но напряжение на конденсаторе С₂ на выход 7, 8 не подается до тех пор, пока это напряжение не превысит напряжение переключения динистора Д₁₁. Если перегрузка кратковременна, то напряжение на выходе не появится и пускатель останется включенным. Если U_c2 (напряжение на конденсаторе С₂) станет больше напряжения переключения динистора Д₁₁, произойдет разряд конденсатора С₂ на цепь управления тиристора ВУ₄ и последний откроется.

По сравнению с контактными пускателями бесконтактное уст­ройство имеет следующие преимущества: 1) отсутствие электри­ческой дуги при коммутации, что позволяет применить его при работе во взрыво- и пожароопасных средах; 2) высокая электри­ческая износостойкость (10⁵ - 10⁶ циклов); 3) возможность осу­ществления надежных быстродействующих защит от перегрузки, токов короткого замыкания, что увеличивает срок службы двига­теля (потребителей); 4) значительное увеличение числа включе­ний в нас (до 2000); 5) снижение времени отключения потреби­теля до 0,2 с.

иристор-регулятор

Широкое применение получили устройства с использованием ти­ристоров в качестве регуляторов. Если использовать для управ­ления тиристором магнитный усилитель, то, изменяя ток управ­ления усилителя, можно изменять угол насыщения магнитопровода и момент появления напряжения на нагрузке, которое открывает тиристор. Таким образом, можно получать широтно-импульсное ре­гулирование тока в на­грузке.

На рис. 12,4 представ­лена тиристорная схема управления двигателем постоянного тока. Тири­стор в этой схеме явля­ется управляемым вы­прямителем. Управление тиристором производится напряжением, создаваемым на резисторе R_н током нагрузки магнитного усилителя (МУС). Магнитодвижущая сила обмотки смещения выбирается такой, чтобы при токе управления МУС, равном нулю, ток нагрузки через резистор R_н был мини­мальным. Диод Д₂ служит для того, чтобы тиристор Т не откры­вался током холостого хода МУС (напряжение холостого хода на резисторе R_H меньше порогового напряжения диода Д₂). При подаче тока управления в МУС напряжение, создаваемое на ре­зисторе R_н, открывает тиристор, через двигатель протекает ток i_а. Из-за наличия индуктивности цепи якоря тиристор закрывается не в нуле напряжения, а в момент t₂, когда ток становится равным нулю. Регулируя ток управления МУС, можно менять угол открытия тиристора α и средний ток, протекающий через якорь.