Гибридные контакторы переменного тока

 

Схемотехника исполнения ГА переменного тока отличается в основном организацией управления полупроводниковыми ключами. При использовании в качестве последних тиристоров управление ими может выполняться от напряжения коммутируемой сети, от напряжения дуги на контактах, от тока коммутируемой сети.

На рис 4.1 приведена схема управления ГА от напряжения сети с помощью контактных устройств. Контактный аппарат имеет главные контакты (ГК) и вспомогательные контакты (ВК). Контакты регулируются так, чтобы ВК замыкались раньше чем ГК, а размыкание ГК должно опережать ВК. Сопротивление R должно быть минимально возможным, чтобы уменьшить запаздывание включения тиристоров при мало индуктивной нагрузке.

 

Рис. 4.1

 

При включении ГА первыми замыкаются ВК и включается VS 1 или VS 2, шунтируя ГК в течение времени включения или вибрации ГК. Напряжение на ГК при этом не превышает (1,5-2)В. После замыкания ГК тиристор выключается, так как падение напряжения на ГК (7-10)мВ не достаточно для поддержания открытого состояния тиристоров.

При отключении ГА ток из цепи ГК под действием короткой дуги переходит в цепь тиристоров, управляющий сигнал к которым поступает через ещё замкнутый ВК. Следовательно, размыкание ГК в течении (10-20)мс происходит при низком напряжении, недостаточном для образования дуги.

Такая схема является достаточно эффективной по массо-габаритным показателям, потерям мощности, диапазону коммутируемых токов. Однако ей присущи определённые недостатки:

- пониженная надёжность из-за обычно малой износостойкости ВК и возможно потери их проводимости;

- при повышенной вибрации ГК возможно образование и горение дуги до 0,5 мс при опережении размыкания ВК размыкания ГК;

- возможность неограниченного по времени включения тиристора при потери проводимости ГК;

Последнее возникает при понижении напряжения сети или при вероятности возникновения непроводящих плёнок на поверхности контактов при эксплуатации аппарата в агрессивных средах.

В случае если аппарат имеет для ГК мостиковую контактную систему, то схема управления ГА представлена на рис 4.2. Для полярности сети, показанной на рис 4.2, при включении ГА тиристор VS 1 включается от напряжеия сети, если первым замыкается контакт S 1. Если первым замыкается S 2, затем S 1, а тогда вследствие вибрации S 2 размыкается с возникновением дуги, то включение VS 1 происходит от напряжения дуги. Существенным недостатком этой схемы является сложность конструкции гибкого соединения диодов с мостиком.

 

Рис. 4.2

 

Для повышения надёжности схемы с контактным управлением в качестве ВК используют герконы. Управление герконом осуществляется или от перемещения ГК или от тока в цепи ГК. В первом случае устанавливают на подвижных элементах конструкции контактного аппарата постоянные магниты, которые или непосредственно воздействуют на геркон или наводят в катушке управления герконом ЭДС, вызывающую его срабатывание.

Во всех случаях необходимо обеспечить защиту геркона от воздействия внешних магнитных полей. Одна из таких конструкций схемы управления тиристорами с использованием герконов, управляемых током, представлена на рис 4.3.

 

Рис. 4.3

1 - магнитная система; 2 - шины полюсов; 3 - постоянный магнит; 4 - герконы; 5 - к.з. обмотки (позволяющие уменьшить пульсацию магнитного потока); 6 -экран, защищающий от внешних магнитных полей.

 

При отсутствии тока в шинах поляризующий магнитный поток постоянного магнита замыкается через перемычку, в которой расположены токовые шины аппарата. Поток в области, где расположены герконы, практически отсутствует. При возникновении тока перемычка магнитопровода насыщается и магнитный поток вытесняется в область герконов, вызывая их срабатывание.

Достаточно эффективные ГА могут быть построены, когда в качестве контактного аппарата используется силовой геркон-герсикон (рис 4.4).

При подаче напряжения на обмотку управления герсикона или при её отключении изменяющийся магнитный поток наводит в обмотках w₁ и w₂ ЭДС, обеспечивающую включение VS1 или VS до начала движения ГК.

Рис. 4.4

 

Бесконтактная система управления ГА по току коммутируемой цепи с использованием трансформатора тока приведена на рис 4.5. При замыкании ГК ток первичной обмотки ТА индуктирует напряжение на обмотках w ₁ и w ₂, которое включает тиристор VS 1 или VS 2, обеспечивая шунтирование ГК на время вибрации.

Рис. 4.5

 

При размыкании ГК возникает короткая дуга (U _д≈(10÷12)В), под действие которой ток переходит в тиристор. Время перехода составляет порядка 0,4 мс и определяется скоростью изменения тока

где L ₁ – индуктивность первичной обмотки ТА; U _та-падение напряжения на первичной обмотке ТА; L ₂ – индуктивность контура контакты – ГК – тиристоры;

Для увеличения трансформатор ТА должен иметь минимальную индуктивность и обеспечивать минимальный угол сдвига между током в первичной обмотке ТА и в цепи тиристоров. С этой целью тиристоры устанавливаются непосредственно на ГК. К достоинствам схемы управления (рис 4.5) следует отнести:

- минимальное количество элементов;

- практически отсутствует влияние внешних магнитных полей;

- исключается повреждение тиристоров при резком увеличении сопротивления ГК, т.к. при этом снимаются сигналы управления с тиристоров.

По этой схеме выполнены полупроводниковые блоки БПК 21, используемые совместно с контакторами КТ-6000, КТА-6000. Основные технические характеристики гибридных контакторов переменного тока представлены в таблице 10.

Более совершенный вариант ГА с управлением от трансформатора тока, который обеспечивает эффективную коммутацию нагрузки при номинальных токах, но и предотвращает выход из строя тиристоров при сквозных токах короткого замыкания, вызывающих отброс ГК и превышающих максимально допустимую перегрузочную способность тиристоров, представлен на рис 4.6.

 

Таблица10.

Рис. 4.6

 

Рассмотрим работу схемы защиты от сквозных токов в полуволну первичного тока, соответствующую проводимости тиристора VS 1. При сквозном токе короткого замыкания, превышающем 10-ти кратный номинальный ток контактора (максимальный коммутируемый ток контактора), но меньшем тока, при котором происходит отброс ГК, напряжение на обмотке w 3 становится достаточным для пробоя стабилитрона VD 5. Транзистор VT 1 открывается падением напряжения на резисторе R 4. Тиристор VS 3 включается и шунтирует цепь управления тиристора VS 1, не допуская его включение при отбросе ГК.

Цепь R 1, C 1 служит для снижения амплитуды и скорости нарастания восстанавливающегося напряжения на тиристорах в момент их выключения, а также исключает включение тиристоров от кратковременных перенапряжений в сети.