Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
14.
Электронными называются бесконтактные аппараты, выполненные на базе полупроводниковых приборов, позволяющие осуществлять коммутацию электрических цепей и управление протекающими через них токами. Поскольку в закрытом состоянии сопротивление электронного аппарата имеет конечное значение, через него протекает малый ток, называемый током утечки.
Основой для изготовления полупроводниковых приборов являются кремний, германий, арсенид галлия и др. При этом два первых используются для создания высоковольтных (до 6,5 кВ) и сильноточных (до 4 кА) приборов. Классификация аппаратов приводилась в лекции 1.
Электронный аппарат как функционально законченный элемент электрической схемы может содержать от одного до нескольких полупроводниковых и иного рода составных частей (например, встроенных в корпус полупроводникового прибора устройств управления им). Условно-графическое обозначение некоторых полупроводниковых приборов приводится на рис. 63:
Тиристор - VS
Транзистор - VT
Однофазный диодный выпрямительный мост – VD1…VD4
Рис. 63
А
К
УЭ
Э
К
Б
Выводы тиристоров: А – анод, К – катод, УЭ – управляющий электрод. Выводы транзисторов: Э – эмиттер; К – коллектор, Б – база.
Свойства полупроводниковых приборов определяются их вольтамперными характеристиками (ВАХ), т.е. зависимостями протекающих через них токов от падения напряжения на них i(u). ВАХ тиристора была приведена на рис. 33.
ВАХ полупроводникового прибора далеко не полностью отражает его свойства. В частности, состояние прибора существенно зависит от его динамических свойств. Поэтому применение того или иного прибора зависит не только от характера нагрузки, на которую он работает, но и от динамики воздействующих на него факторов, таких, как величины и скорости нарастания приложенного к нему напряжения, величины и скорости нарастания протекающего через него тока и т.д. Если при этом учесть, что параметры полупроводникового прибора зависят и от температуры окружающей среды и его собственной, то становится понятно, что выбор прибора для конкретной электрической цепи представляет собой достаточно сложную инженерную задачу.
К силовым (сильноточным) полупроводниковым приборам (СПП) относятся следующие виды приборов: диоды, триодные тиристоры (непроводящие в обратном направлении), тиристоры, проводящие в обратном направлении, и симметричные тиристоры на максимально допустимые средние токи 10А и более или максимально допустимые импульсные токи 100А и более, стабилитроны и симметричные стабилитроны с максимально допустимой величиной рассеиваемой мощности тепловых потерь 15Вт и более, ограничители напряжения и симметричные ограничители напряжения с максимально допустимой величиной рассеиваемой тепловой энергии потерь 5Дж и более, транзисторы с током коллектора 10А и более.
Внутри каждого вида СПП подразделяются на типы: диоды – по значению максимально допустимого среднего прямого тока, тиристоры – по значению максимально допустимого прямого тока в открытом состоянии и т.д.
Приборы одного типа подразделяются на классы: диоды – по значениям повторяющегося импульсного обратного напряжения, тиристоры – по значениям повторяющегося импульсного обратного напряжения и повторяющегося напряжения в закрытом состоянии и т.д.
Кроме того, виды диодов и тиристоров в зависимости от коммутационных параметров подразделяются на группы по: времени включения и выключении, скорости нарастания напряжения (du/dt), тока (di/dt) и т.д.
В зависимости от отличительных признаков диоды и тиристоры подразделяются на: фототиристор (фотодиод), оптотиристор (оптопара), тиристор-диод, лавинный тиристор (диод).
Кроме того, СПП подразделяются по конструктивному исполнению (см. лекцию 1) и по полярности.
В качестве примера рассмотрим какими параметрами характеризуются наиболее распространенные СПП – диод, SCR-тиристор и IGBT- транзистор.
Основными параметрами, характеризующими сильноточные диоды, являются прикладываемое к ним в обратном направлении напряжение и величина номинального прямого тока. Поскольку диапазон рабочего напряжения для СПП изменяется в широких пределах (от 100 до 6000 В и выше), то для упрощения маркировки их по этому параметру введено понятие класса по напряжению, который определяется как частное от деления значения номинального напряжения прибора на 100. Таким образом, диод 27 класса по напряжению рассчитан на работу при напряжении до 2700В.
Отечественная стандартная линейка значений номинальных токов представляет собой последовательность чисел: 6, 10, 16, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 140, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250.
Дополнительным параметром, характеризующим диод, является время обратного восстановления его. Диоды с малым временем восстановления используются в высокочастотных электронных аппаратах. По времени восстановления диоды входят в группы от 0 (с ненормируемым временим восстановления) до 9 (со временем восстановления 0,4 мкс).
Основными параметрами, характеризующими SCR-тиристоры являются: номинальное напряжение (по группам, как и у диодов), прикладываемое в прямом направлении; номинальный прямой ток (как и у диодов); по скорости нарастания напряжения в закрытом состоянии; по значению времени выключения; по значению времени включения (аналогично диодам).
По критической скорости нарастания напряжения в закрытом состоянии тиристоры входят в группы от 0 (с ненормируемой скоростью нарастания) до 9 (со скоростью нарастания 2500В/мкс).
Кроме того, в паспорте СПП указывается скорость нарастания тока в проводящем состоянии – di/dt.
Тиристоры отпираемые и запираемые по управляющему электроду (GTO,IGCT) характеризуются параметрами управляющего сигнала – величиной и длительностью отпирающего и запирающего сигналов.
Помимо перечисленных выше основных параметров в паспортных данных на СПП указываются до 30 и более дополнительных параметров. Кроме того, в паспорте на прибор дается рекомендация по области применения его в аппаратуре (высокочастотной, низкочастотной и т. д.).
Основные параметры сильноточных транзисторов те же, что слаботочных – значение максимально допустимого импульсного напряжения, прикладываемого в прямом направлении, значение максимально допустимого тока коллектора, тока базы, прямого падения напряжения, коэффициента передачи тока и др.
Отличительной особенностью IGBT-транзисторов, по сравнению с обычными, является способность работы на частотах до 10кГц. При этом номинальные параметры сохраняют свои значения практически до 2кГц. Кроме того, одним из основных критериев выбора транзистора является энергия потерь на его переключение из непроводящего состояния в проводящее и наоборот.
15.
В отличие от регуляторов напряжения (тока) электронные коммутаторы (ключи) работают в тех же режимах, что нагрузка.
В качестве примера рассмотрим варианты исполнения ключей для цепей постоянного и переменного тока.
На рис. 74 приведена схема автоматического выключателя постоянного тока на базе SCR-тиристора. Схема включает в себя тиристор VS1, осуществляющий коммутацию цепи питания нагрузки (R1), вспомогательный (гасящий) тиристор VS2, а также цепи управления (на базе механических кнопок SB1-“Пуск” и SB2-“Стоп”), позволяющие осуществлять включение и отключение автоматического выключателя вручную, и цепь автоматического управления отключением на базе датчика тока, выполненного на резисторе R5.
Принцип работы выключа-теля заключается в следующем. При нажатии на кнопку SB1 (“Пуск”) ток управления, протекающий по цепи “+” источника – R1 – R3 – SB1 – управляющий электрод VS1 – R5 – “–” источника, отпирает тиристор, подключая нагрузку к (резистор R1) к источнику питания. Одновременно происходит заряд конденсатора С по цепи “+” источника – R2 – VS1 – R5 – “–” источника до напряжения источника питания с минусовым потенциалом на обкладке, присоединенной к общей точке анода тиристора VS1 и нагрузочного резистора R1. В штатном режиме работы при необходимости отключения нагрузки нажимается кнопка SB2, что приводит к отпиранию тиристора VS2. После отпирания тиристора конденсатор С оказывается подключенным параллельно тиристору VS1, при этом на аноде тиристора появляется отрицательный потенциал, а на катоде – положительный, что приводит к запиранию VS1.
В случае превышения током нагрузки величины тока уставки (регулируется резистором R5) за счет возросшего на R5 падения напряжения отпирается тиристор VS2, что и приводит к запиранию тиристора VS1.
В том случае, когда нагрузка имеет активно-индуктивный характер, она должна быть зашунтирована обратным диодом (VD1). Для защиты тиристора VS2 от пробоя по di/dt при высоком напряжении питания ключ SA1 необходимо перевести из положения 1 в положение 2.
При использовании в выключателе тиристоров, запираемых по управляющему электроду (GTO), в котором запирание осуществляется током управления, протекающим встречно прямому току тиристора, выключатель постоянного тока может быть выполнен, например, по схеме, представленной на рис. 75.
Процесс включения тиристора аналогичен тиристору типа SCR и поэтому не рассматривается. Для отпирания VS1 системой управления подается сигнал на клеммы Х1 и Х2.
Процесс запирания обеспечивается предварительно заряженным конденсатором С2 с полярностью, указанной на рисунке без скобок. При включении гасящего тиристора VS2 конденсатор оказывается подключенным к тиристору VS1 и по цепи С2 – VS2 – катод VS1 – управляющий электрод VS1 – С2 ток конденсатора, равный по величине току нагрузки, но направленный навстречу ему, вытесняет последний, что и приводит к запиранию тиристора VS1.
Для защиты тиристора от коммутационных перенапряжений при выключении его используется RC-цепочка с шунтирующим диодом VD. При запирании тиристора напряжение на нем возрастает одновременно с напряжением на конденсаторе С1. Скорость нарастания определяется постоянной времени цепи R1 – C1. Для предотвращения пробоя тиристора по току при включении в цепь разряда конденсатора С1 включен токоограничивающий резистор R2.
16.
Схемные решения сильноточных цепей выключателей переменного тока, работающих на нагрузку R, приведены на рис. 76. Вариант а) предполагает использование в качестве СПП симистора VS. Выключение симистора в каждый полупериод происходит автоматически после смены полярности приложенного напряжения. Для запирания симистора в течение полупериода необходимо применять узлы принудительной коммутации.
Выключатели схем б) и в) могут быть выполнены, как на SCR-тиристорах, так и на GTO- или IGCT-тиристорах. В последнем случае запирание тиристоров может производиться в течение любого полупериода, что способствует ограничению амплитуды выключеемого тока. Для запирания SCR-тиристора в течение полупериода необходимо применять узлы принудительной коммутации.
В каждом конкретном случае при выборе варианта схемы должны учитываться следующие факторы: параметры по напряжению и току разрабатываемого аппарата, число используемых приборов, нагрузочная способность в длительном режиме и устойчивость к перегрузкам по току, степень сложности управления СПП, требования к массе и габаритам, стоимость.
Сравнение приведенных на рисунках силовых блоков показывает, что наибольшими преимуществами обладает схема со встречно-параллельно включенными тиристорами. Такая схема содержит меньше приборов, отличается меньшими габаритами, массой, потерями энергии и стоимостью. По сравнению с симисторами тиристоры с односторонней (однонаправленной) проводимостью имеют более высокие параметры по току и напряжению, способны выдерживать значительно большие перегрузки по току. Схемы, изображенные на рис. 76 б, в, иллюстрируют возможность проектирования коммутирующих устройств переменного тока с применением диодов. Обе эти схемы отличаются простотой управления, но имеют недостатки, обусловленные применением большого числа приборов. В схеме на рис. 76в управление нагрузкой осуществляется двумя встречно включенными тиристорами, каждый из которых шунтирован в обратном направлении неуправляемым вентилем. Тиристоры в схеме на рис. 76в защищены от обратного напряжения и, следовательно, должны выбираться только по прямому напряжению. По габаритам, техническим характери-стикам и экономическим показателям устройства, выполненные по схемам, приведенным на рис. 76 б, в, уступают коммутирующим устройствам, схемы которых показаны на рис. 76а. Тем не менее, они широко применяются в устройствах автоматики и релейной защиты, где коммутируемая мощность измеряется сотнями ватт.
Особенность полупроводниковых коммутационных устройств состоит в том, что они без принципиальных изменений в силовой части могут выполнять различные функции. Так, тиристорный блок, выполненный по схеме на рис. 77, одинаково успешно может работать и в качестве контактора, и в качестве регулятора напряжения, подводимого к нагрузке (R1). Применение блока в качестве контактора предполагает использование кнопки SA, посредством которой контактор включается и отключается. Для изменения угла отпирания тиристоров в каждый полупериод используется резистор R3, регулирующий изменение потенциала на управляющих электродах тиристоров. Предельный угол задержки включения тиристоров, который можно обеспечить резисторной управляющей цепью, равен 90°. Сам процесс регулирования тока (напряжения, мощности) в цепи посредством изменения угла задержки включения тиристора называют фазовым регулированием.
17
.Контроллером называется электрический аппарат с ручным управлением, предназначенный для изменения схемы подключения электродвигателя к электропитанию. По конструктивному исполнению контроллеры делятся на барабанные, кулачковые и плоские.
Барабанные контроллеры. На рис. 123а показан контактный элемент барабанного контроллера. На валу 1 укреплен сегментодержатель 2 с подвижным контактом в виде сегмента 3. Сегментодержатель изолирован от вала изоляцией 4. Неподвижный контакт 5 расположен на изолированной рейке 6. При вращении 1 сегмент 3 набегает на неподвижный контакт 5, чем осуществляется замыкание цепи. Необходимое контактное нажатие обеспечивается пружиной 7. На одном валу устанавливается ряд таких контактных элементов.
Сегментодержатели соседних контактных элементов можно соединять между собой в различных необходимых комбинациях. Определенная последовательность замыкания различных контактных элементов обеспечивается различной длиной их сегментов. Схема соединений сегментодержателей для пуска асинхронного двигателя с фазным ротором показана на рис. 123б. Неподвижные контакты контроллера обозначены С1, Л1, С3, ЛЗ, жирными горизонтальными линиями обозначены подвижные контакты-сегменты, косыми линиями — перемычки между сегментами. В положении «Вперед» обмотка статора подключается к напряжению сети, а резисторы в цепях обмотки ротора включены полностью. По мере вращения барабана эти резисторы выводятся из цепи обмотки ротора.
Вследствие малой износостойкости контактов допустимое число включений контроллера в час не превышает 240. При этом мощность запускаемого двигателя приходится снижать до 60 % номинальной, из-за чего такие контроллеры применяются при редких включениях.
Кулачковые контроллеры. В кулачковом контроллере переменного тока (рис. 124) перекатывающийся подвижный контакт 1 имеет возможность вращаться относительно центра 02, расположенного на контактном рычаге 2. Контактный рычаг 2 поворачивается относительно центра О1. Контакт 1 замыкается с неподвижным контактом 3 и соединяется с выходным контактом с помощью гибкой связи 4. Замыкание контактов 1, 3 и необходимое контактное нажатие создаются пружиной 5, воздействующей на контактный рычаг через шток 6. При размыкании контактов кулачок 7 действует через ролик 8 на контактный рычаг. При этом сжимается пружина 5 и контакты. 1, 3 размыкаются.
Момент включения и отключения контактов зависит от профиля кулачковой шайбы 9, приводящей в действие контактные элементы. Малый износ контактов позволяет увеличить число включений в час до 600 при ПВ-60 %. В контроллер входят два комплекта контактных элементов I и II, рас положенных по обе стороны кулачковой шайбы 9, что позволяет резко сократить осевую длину устройства. Как в барабанном, так и в кулачковом контроллере имеется механизм для фиксации положения вала. Контроллеры переменного тока в виду облегченного гашения дуги могут не иметь дугогасительных устройств. В них устанавливаются только дугостойкие асбестоцементные перегородки 10. Контроллеры постоянного тока имеют дугогасительное устройство, аналогичное применяемому в контакторах.
Выключение рассмотренного контроллера происходит при воздействии на рукоятку и передаче этого воздействия через кулачковую шайбу, включение происходит с помощью силы пружины 5 при соответствующем положении рукоятки. Поэтому контакты удается развести даже в случае их сваривания. Недостаток конструкции заключается в большом моменте на валу за счет включающих пружин при значительном числе контактных элементов. Надо отметить, что возможны и другие конструктивные решения привода контактов контроллера.
На рис. 125 показана схема для пуска
сасинхронного двигателя с фазным ротором с помощью кулачкового контроллера. Контакты обозначены римскими цифрами, позиции вала аппарата — арабскими. При пуске «Вперед» работают контактные элементы, расположенные справа. Например, в третьей позиции замкнуты контакты 1—IV. При этом статор подключен к сети, а в цепи ротора выведены первые ступени пусковых резисторов в двух фазах. В положении 5 все контакты замкнуты и ротор двигателя закорочен.
Плоские контроллеры. При большом числе контактов габариты и масса кулачковых и барабанных контроллеров резко возрастают. В этом случае, если число операций в час при регулировании и пуске невелико (10—12), применяются плоские контроллеры. В плоском контроллере на плите из изоляционного материала располагаются неподвижные контакты, по которым скользит подвижный контакт мостикового типа, одновременно соприкасающийся с токосъемной шиной. Такой контроллер показан на рис. 126, где по неподвижным цилиндрическим контактам 0 —13 и шинам 14, 15 скользит подвижный контакт 16 мостикового типа
18.
Командоаппаратом называется устройство, предназначенное для переключений в цепях управления силовых электрических аппаратов (контакторов). Иногда они применяются для непосредственного пуска электродвигателей малой мощности, включения электромагнитов и другого электрооборудования. Командоаппараты могут иметь ручной привод (кнопки, ключи управления, командоконтроллеры) или приводиться в действие контролируемым механизмом (путевые выключатели).
Кнопки управления. Простейшим командоаппаратом является кнопка управления. Кнопка используется для схем пуска, остановки и реверса электродвигателей путем замыкания и размыкания обмоток-контакторов, которые коммутируют главную цепь, а также для управления самыми различными схемами автоматики. Один из вариантов конструктивного выполнения кнопки управления показан на рис. 127. Для повышения надежности контакты часто выполняются из серебра. При переменном токе электрическая дуга надежно гаснет при напряжении до 500 В и токе 3 А благодаря двум размыкающим контактам для одной коммутируемой цепи. При постоянном токе и напряжении 440 В отключаемый ток не превышает 0,15 А. При использовании кнопки для включения электромагнитов переменного тока (например, контакторов) ее контакты в замкнутом положении должны надежно пропускать пусковые токи обмоток, которые могут достигать 60 А. Следует отметить, что схемы управления целесообразно проектировать так, чтобы непосредственное отключение цепи производилось не кнопкой, а другим, более мощным аппаратом, имеющим вспомогательные контакты. В том случае, когда необходимо производить переключение нескольких цепей по определенной программе с большой частотой включений, применяются командоконтроллеры.
Командоконтроллеры. Широкое распространение получили нерегулируемые кулачковые командоконтроллеры. На рис. 128 показан нерегулируемый командоконтроллер постоянного тока, по принципу устройства аналогичный кулачковому контроллеру. С помощью мостикового контакта 1 в отключаемой цепи создаются два разрыва, что облегчает гашение дуги. Кулачковый привод, большое расстояние контактов от центра вращения О рычага 2, большой межконтактный промежуток позволяют получить высокую скорость расхождения контактов и увеличить ток отключения почти в 4 раза по сравнению с током отключения кнопочного элемента. Моменты замыкания и размыкания контактов зависят от профиля кулачка 3. Положение вала фиксируется с помощью рычажного фиксатора 4. С помощью командоконтроллера производится управление силовыми контакторами, которыми в свою очередь коммутируются силовые цепи.
Путевые выключатели и переключатели. Путевой выключатель предназначен для замыкания или размыкания слаботочных сигнальных цепей в зависимости от пространственного положения рабочего органа управляемого электропривода. Контактные путевые выключатели можно подразделить на кнопочные (см. рис. 129) и рычажные (см. рис. 130). В микропереключателе, используемом в качестве путевого выключателя, контролируемый рабочий орган воздействует на головку 6, упирающуюся в специальную пружину, состоящую их плоской 4 и фигурной 5 частей, на конце которой укреплен подвижный контакт 3. Неподвижные контакты 1 и 2 укреплены в пластмассовом корпусе 7. В изображенном на рисунке положении пружина прижимает контакт 3 к контакту 2. При нажатии на головку 6 происходит деформация пружины и в течение 0,01…0,02 с – переброс контакта 3 в нижнее положение, в котором он замыкается с контактом 1. Ход головки составляет десятые доли миллиметра. Микровыключатель типа ВМК-В3Г, например, отключает ток величиной 2,5А при постоянном напряжении 220В или переменном – 380В.
19.
Реостат является совокупностью резисторов и контроллера, позволяющей изменять вводимое в цепь сопротивление.
В зависимости от назначения резисторы делятся на следующие группы:
пусковые резисторы для ограничения тока в момент подключения к сети неподвижного двигателя и для поддержания тока на определенном уровне в процессе его разгона;
тормозные резисторы для ограничения тока двигателя при его торможении;
регулировочные резисторы для регулирования тока или напряжения в электрической цепи;
добавочные резисторы, включаемые последовательно в цепь электрического аппарата с целью снижения напряжения на нем;
разрядные резисторы, включаемые параллельно обмоткам электромагнитов или других индуктивностей с целью ограничения пере напряжений при их отключении или для замедления отпускания реле и контакторов; такие резисторы используются также для разряда емкостных накопителей;
балластные резисторы, включаемые в цепь последовательно для поглощения части энергии или параллельно источнику с целью предохранения его от пере напряжений при отключении нагрузки;
нагрузочные резисторы для создания искусственной нагрузки генераторов и других источников; они используются при испытаниях электрических аппаратов;
нагревательные резисторы для нагрева окружающей среды или аппаратов при низких температурах;
заземляющие резисторы, включенные между землей и нулевой точкой генератора или трансформатора с целью ограничения токов КЗ на землю и возможных перенапряжений при замыкании на землю;
установочные резисторы для установки определенного значения тока или напряжения в приемниках энергии.
В зависимости от материала проводника различают резисторы металлические, жидкостные, угольные и керамические. В промышленном электроприводе наибольшее распространение получили металлические резисторы. Керамические резисторы (с нелинейным сопротивлением) широко применяются в высоковольтных разрядниках.
Таблица. Свойства материалов, используемых для изготовления резисторов и реостатов
Резисторы в виде спирали из проволоки или ленты изготавливаются путем ее навивки на цилиндрическую оправку «виток к витку». Необходимый зазор между витками устанавливается при растяжении спирали и креплении ее к опорным изоляторам в виде фарфоровых роликов. Для увеличения жесткости спирали проволока может наматываться на керамический каркас в виде трубки (рис. 131) со спиральным пазом на поверхности, предотвращающим замыкание витков между собой. Такая конструкция позволяет повысить рабочую температуру резистора из константана до 500 °С.
Для пуска двигателей мощностью до 10 кВт широко применяются так называемые проволочные или ленточные поля (рис. 132), иногда называемые рамочными резисторами. На стальной пластине 1 укреплены изоляторы 2 из фарфора или стеатита. Константановая проволока 3 наматывается в канавки на поверхности изоляторов. Для резисторов на большие токи используется лента. Максимальная допустимая температура равна 300 °С, Рассеиваемая мощность достигает 350 Вт.
Для двигателей мощностью от трех до нескольких тысяч киловатт применяются высокотемпературные резисторы на основе жаростойких сплавов ОХ23Ю5 (рис. 133). С целью уменьшения габаритных размеров и получения необходимой жесткости жаростойкая лента наматывается на ребро и укладывается в канавки, фиксирующие положение отдельных витков.
Чугунные резисторы (рис. 134) широко применяются для двигателей мощностью от трех до нескольких тысяч киловатт.
20.
Контакторы постоянного тока предназначены для коммутации цепей постоянного тока и, как правило, приводятся в действие электромагнитом постоянного тока.
Одним из наиболее распространенных коммутационных аппаратов является контактор, содержащий следующие основные узлы: контактную систему, дугогасительное устройство, электромагнитный привод и систему вспомогательных контактов (см. рис.34 и 35). Система вспомогательных слаботочных контактов служит для согласования работы контактора с другими устройствами.
На рис. 34 показана конструкция контактора серии КПВ-600. Неподвижный контакт 1 установлен на скобе 2, к которой присоединен один конец дугогасительной катушки 3. Второй конец дугогасительной катушки с выводом 4 закреплен в пластмассовом основании 5. Последнее крепится к прочной стальной скобе 6. Подвижный контакт 7 выполнен в виде толстой пластины, нижний конец которой может поворачиваться относительно точки опоры 8. Благодаря этому контакт 7 может перекатываться и скользить по поверхности неподвижного контакта 1. Вывод 9 соединяется с подвижным контактом 7 гибкой связью 10. Контактное нажатие создается пружиной 12.
При износе контакт 1 заменяется новым, а пластина подвижного контакта переворачивается на 180° и используется ее неповрежденная сторона.
Для уменьшения оплавления контактов дугой при токах более 50 А контактор имеет дугогасительные контакты — рога 2, 11. Под действием магнитного поля опорные точки дуги 14 быстро перемещаются на скобу 2, соединенную с неподвижным контактом 1 и на защитный рог подвижного контакта 11. Возврат якоря в начальное положение (после отключения электромагнита) производится пружиной 13. В контакторах КПВ-600, как и во многих других, вывод подвижного контакта электрически соединен с корпусом. Как при включенном, так и при отключенном состоянии контактора его конструктивные детали могут находиться под напряжением, и соприкосновение с ними опасно для жизни. Контакторы серии КПВ имеют два исполнения контактной системы: с замыкающим и размыкающим главными контактами. В первом исполнении замыкание главных контактов производится при подаче напряжения на обмотку электромагнита, а размыкание—под действием возвратной пружины. Во втором исполнении контакты замыкаются под действием пружины, а размыкание контактов происходит при подаче напряжения на обмотку электромагнита.
21.
Контакторы переменного тока предназначены для коммутации цепей переменного тока. Электромагниты этих контакторов могут быть как переменного, так и постоянного тока.
Контакторы переменного тока выпускаются на номинальный ток от 100 до 1000А при числе главных контактов от одного до пяти. Наиболее распространены контакторы трехполюсного исполнения. Наличие большого числа контактов приводит к увеличению усилия электромагнита и соответственно момента, необходимого для включения контактора. Так же как и контакторы постоянного тока, контакторы переменного тока имеют вспомогательные контакты, которые приводятся в действие тем же электромагнитом, что и главные контакты.
Из-за более благоприятных условий гашения дуги зазор между главными контактами делается меньше, чем в контакторах постоянного тока. Уменьшение зазора позволяет уменьшить мощность электромагнита, его габариты и массу.
На рис. 35а показан разрез по магнитной системе, а на рис. 35б — разрез по контактной системе и общий вид одного полюса контактора КТ-6000. Подвижный контакт 1 с пружиной 2 укреплен на рычаге 3.
Подвижный контакт 1 и якорь 4 электромагнита связаны между собой через вал
контактора 6. В отличие от контакторов постоянного тока подвижный контакт в контакторе КТ-6000 плоский без перекатывания. Отключение аппарата происходит под действием контактных пружин и массы подвижных частей.
Для удобства эксплуатации подвижный и неподвижный контакты сделаны легко сменяемыми. Контактная пружина 2, так же как и в контакторах постоянного тока, имеет предварительное нажатие, составляющее примерно половину конечного.
Все детали контактора укреплены на изоляционной рейке 5. Рычаг 3 подвижного контакта 1 укреплен на валу 6, покрытом изоляционным материалом. Вал вращается в подшипниках 7. Система дугогашения состоит из последовательной катушки 8, сердечника 9, полюсных пластин 10 и керамической камеры 11. Катушка 8 включена в цепь последовательно с неподвижным контактом 12 и подвижным контактом 1. Главные контакты подключаются к схеме выводами 13 и 14. Подвижный контакт 1 соединяется с выводом 13 с помощью гибкой связи 15.
Блок вспомогательных контактов 16 приводится в действие от вала 6. Крепление всех деталей на рейке позволяет использовать контактор в комплектных станциях реечной конструкции и сократить объем и массу станции управления. Допустимое число включений достигает 1200 в час.
В контакторах переменного тока широко распространена мостиковая контактная система с двумя разрывами цепи на каждый полюс (рис. 17), которая обеспечивает быстрое гашение дуги при отсутствии гибких связей. Отсутствие гибкой связи облегчает работу электромагнита и уменьшает габариты аппарата, В качестве материала главных контактов применяется металлокерамика, а для вспомогательных - серебро или биметалл. Основой биметаллического контакта является медь, покрытая тонкой пластиной из серебра.
В контакторах переменного тока наряду с магнитным гашением дуги широко применяются дугогасительные решетки, особенно при облегченных режимах работы.
22.
Магнитным пускателем называется электрический аппарат, предназначенный для пуска и отключения короткозамкнутых асинхронных двигателей. Как правило, в пускатель помимо контактора встроены тепловые реле для защиты двигателя от токовых перегрузок и «потери фазы». Работа асинхронных двигателей в значительной степени зависит от таких свойств пускателей, как износостойкость, коммутационная способность, надежность защиты двигателя от перегрузок. В процессе эксплуатации довольно часто обрывается одна из фаз трехфазного питающего напряжения, например из-за перегорания предохранителя. К двигателю при этом подводятся, только две фазы и ток в статоре резко возрастает, что приводит к выходу его из строя из-за нагрева обмотки до высокой температуры. Тепловые реле пускателя от этих токов должны срабатывать и отключать двигатель.
Магнитные пускатели серии ПМЛ работают в сети переменного тока напряжением 660В при номинальном токе от 10 до 200 А.
Магнитный пускатель на номинальный ток 10 А (рис. 119а) имеет мостиковую контактную систему (позиции 3, 9, 11) с металлокерамическими контактами 4, расположенными в ДУ 1. Контактное нажатие создается пружиной 14, упирающейся в траверсу 2.
На контакты воздействует электромагнит 10 с Ш-образным магнитопроводом и короткозамкнутым витком 13, расположенным на неподвижной части магннтопровода 6. Возвратная пружина 7 расположена внутри электромагнита. На его среднем стержне размещена катушка 8. При Iном>10А ДУ выполняется в виде дугогасительной решетки на каждом разрыве. В системе вспомогательных контактов можно установить до четырех дополнительных контактов 5 (рис. 119 б). Детали пускателя прикреплены на основании 11. В корпусе пускателя устанавливается тепловое трехфазное реле типа РТЛ, позволяющее регулировать ток срабатывания.
В пускателях серии ПМА на токи от 40 до 160А и напряжение 380-660 В электромагнит может быть как переменного, так и постоянного тока. Частота включений достигает 1200 в час. Коммутационная износостойкость составляет от 0,5 до 2,5-106 циклов в зависимости от условий работы.
Включение пускателя в цепь двигателя может быть осуществлено по схеме, приведенной на рис. 120. В двух фазах двигателя включены нагревательные элементы тепловых реле КК1, КК2. Тепловые реле защищают двигатель от перегрузки, а предохранители FU1-FU3 защищают питающую сеть от КЗ в двигателе.
Главные контакты КМ1—КМЗ пускателя включены последовательно с предохранителями FU1-FU3. Катушка КМ контактора подключается к сети через контакты тепловых реле и кнопок управления «Пуск» и «Стоп». При нажатии кнопки «Пуск» напряжение на катушку КМ подается через замкнутые контакты кнопки «Стоп» и замкнутые контакты тепловых реле. При срабатывании контактора замыкаются вспомогательные контакты К.М, шунтирующие замыкающие контакты кнопки «Пуск», которую после этого можно отпустить. Для отключения двигателя нажимается кнопка «Стоп», после чего контакты КМ1-КM3 размыкаются. При токовой перегрузке двигателя срабатывают КК1, КК2, контакты которых разрывают цепь катушки КМ. При этом контакты КМ1-КМЗ размыкаются, и двигатель отключается.
Высокий коэффициент возврата электромагнитов контакторов переменного тока позволяет защищать двигатель от понижения напряжения сети [электромагнит отпускает при U=(0,6—0,7)Uном. При восстановлении напряжения сети до номинального значения самопроизвольное включение пускателя не происходит, так как после размыкания контакта КМ цепь катушки КМ не замкнута.
На рис. 121 показан реверсивный магнитный пускатель. Такой пускатель помимо пуска и защиты двигателя обеспечивает его реверс с помощью изменения последовательности фаз.
Пускатель содержит два контактора 1 и 5, якоря которых соединены между собой рычагом 2 механической блокировки. При наличии напряжения на катушке контактора его якорь притягивается и с помощью рычага 2 удерживает якорь контактора 3 в крайнем положении. Благодаря этому появление напряжения на катушке контактора 3 не приводит к его срабатыванию. При этом зазор в электромагните контактора 3 остается максимальным, что приводит к большому току в его катушке. Для того чтобы катушка не вышла из строя, механическая блокировка дополняется электрической.
Схема подключения реверсивного магнитного пускателя к цепи двигателя переменного тока приведена на рис. 122.
24.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ РЕЛЕ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ.
Электромагнитные реле благодаря простоте конструкции и надежности широко распространены в цепях электроприводов и защит энергосистем. Электромагнитные реле приводятся в действие с помощью электромагнитов постоянного или переменного тока (см. выше). Рассмотрим работу максимального реле постоянного тока с простейшей магнитной системой клапанного типа (см. рис. 44).
На рис. 106 приведены кривые тягового усилия электромагнита РЭ и противодействующего усилия Рп реле. Противодействующее усилие Р1 создается возвратной, а Р2 - контактной пружинами.
Усилие Р2 контактной пружины создается предварительным сжатием ее, что приводит к скачку Рп в момент соприкосновения кон-тактов. Регулировка величины предварительного сжатия контактной пружины позволяет добиться уменьшения или исключения вибрации контактов при срабатывании и обеспечения необходимого контакт-ного нажатия.
Для срабатывания реле необходимо, чтобы тяговая характери-стика РЭ1 во всех точках хода якоря шла выше суммарной противодействующей характеристики Рп=Р1+Р2. Для токового реле при данном начальном зазоре н положение РЭ1 зависит от тока и при ненасыщенной магнитной системе тяговая сила пропорциональна квадрату тока.
Наименьшее значение тока, при котором кривая РЭ1 начинает проходить выше зависимости Рп определяет ток трогания Iтр реле. Срабатывание реле определяется точкой в (зазор =н). при которой РЭ1 идет выше Рп. Для надежного включения в обмотку реле обычно подается ток Iраб>Iтр. Коэффициент запаса при этом kз=Iраб/Iср и обычно составляет kз=1;4.
Для устранения залипания якоря, в магнитной системе всегда создается конечный зазор к. При этом зазоре тяговое усилие значительно превышает противодействующее (Ра-Рб=Pизб). Для отключения реле тяговая характеристика РЭ2 во всех точках должна быть ниже характеристики Рп. В силу того, что усилие, развиваемое противодействующими пружинами, больше электромагнитного усилия, якорь возвратится в начальное положение. Ток Iотп, при котором начинается возврат якоря, называется током отпускания или током возврата. Отношение тока отпускания к току срабатывания называется коэффициентом возврата
где - усилие электромагнита при δ=δк и токе срабатывания Iср; S – площадь зазора; w- количество витков катушки электромагнита; Pб=k1Iотп2 - усилие электромагнита при δ=δк и токе отпускания Iотп.
При отпускании реле определяющей точкой является точка б, в которой характеристика РЭ идет ниже характеристики Рп.
В реле, как правило, основное противодействующее усилие создается возвратной пружиной. Усилие контактной пружины невелико, и при рассмотрении коэффициента возврата им можно пренебречь.
Коэффициент возврата зависит от:
- жесткости возвратной пружины;
- сил сопротивления движению (трения) подвижных частей реле;
- конфигурации петли гистерезиса магнитного материала магнитопровода.
В цепях защиты энергосистем и крупных силовых установок (электрических машин, трансформаторов и т.д.) применяются реле серии РТ-40 (см. рис. 107).
Шихтованный магнитопровод 1 реле выполнен из электротехнической стали. Обмотка 2 реле состоит из двух секций, которые могут включаться последовательно или параллельно. Якорь 3 Г-образной формы выполнен из тонкого листа электротехнической стали. С осью якоря связаны два мостиковых контакта (размыкающий и замыкающий) с серебряными накладками. Ток срабатывания регулируется изменением натяга спиральной противодействующей пружины 4. Уставка тока срабатывания реле индицируется указателем 5 на шкале 6 реле. За счет изменения натяга пружины уставка тока срабатывания изменяется в 4 раза. С осью якоря связан демпфер 7, выполненный в виде тороида, заполненного кварцевым песком. С помощью демпфера уменьшается вибрация всей подвижной системы, а также контактов при их включении.
Реле выпускаются на токи от 0,2 до 200А. Время срабатывания составляет 0,03 с при токе I=3Iср.
На базе реле РТ-40 выпускаются реле минимального и максимального напряжения.
На рис. 108 приведено реле типа РЭВ-300, используемое в цепях защиты и управления в качестве реле тока (в данной серии выпускаются и реле напряжения).
Магнитопровод 1 реле выполнен в виде U-образного стержня из прутка круглого сечения. Плоский якорь 2 вращается на призме. Обмотка 3 выполнена из медной шины. Регулирование усилия возвратной пружины 5 осуществляется гайкой 6. Изоляционная пластина 7 связывает якорь с подвижным контактом 8. Реле имеет два неподвижных контакта (9 и 10). Подвижный контакт 8 связан с выводом 11 с помощью гибкого медного шунта 12. Посредством шпилек 4 реле крепится к панели.
Высокий коэффициент возврата реле обеспечивается малым ходом якоря и достаточно большим конечным зазором.
Регулировка тока уставки (напряжения срабатывания) в пределах 30…65% от Iном (30…50% от Uном) достигается изменением величины предварительного сжатия возвратной пружины.
Повышение быстродействия реле напряжения достигается использованием низкого напряжения питания (24В, 48В) и включением в цепь питания катушки реле добавочного резистора из константана (для исключения влияния температуры.
Коэффициент возврата реле регулируется изменением конечного зазора (см. рис. 108б) путем изменения положения неподвижных контактов 9 и 10. Минимальная величина зазора – 1,5.10-3м.
25.
В поляризованных реле, кроме основного потока, создаваемого катушкой, действует дополнительный поляризующий магнитный поток, который создается установленным в реле постоянным магнитом (см. подраздел 4.9). Благодаря поляризующему потоку направление электромагнитного усилия, действующего на якорь, изменяется в зависимости от направления тока в катушке.
На рис. 6.4 показаны возможный вариант выполнения магнитной системы поляризованного реле и схема замещения его магнитной цепи.
Потоки постоянного магнита в зазорахи , , (6.1)
где – МДС постоянного магнита; и – магнитные сопротивления зазоров и ; – магнитное сопротивление паразитного зазора , обусловленного конструкцией магнитопровода.
Магнитный поток, создаваемый катушкой
, (6.2)
где—МДС катушки.
Результирующее усилие, действующее на якорь, равно разности усилий, создаваемых в зазорах и.
Воспользовавшись выражением (4.18), получим
, (6.3)
где – площадь рабочего зазора. Срабатывание реле происходит
при < 0.
Для определения потока срабатывания , создаваемого катушкой, воспользуемся предельным случаем, когда перед изменением знака усилие проходит через нулевое значение. Из этого следует
.
Поскольку, то . (6.4)
Тогда из (6.1) – (6.3) получим
. (6.5)
Если значения и близки, то МДС срабатывания очень мала. Благодаря этому, мощность срабатывания поляризованных реле снижается до Вт. Следует отметить, что сила контактного нажатия определяется разностью значений и .
Из рис. 6.4 следует
.
Анализируя последнее выражение, можно сделать вывод, что чем ближе значения и , тем ближе значения и и тем меньше контактное нажатие, которое обычно не превышает.
Поляризованные электромагнитные реле имеют следующие преимущества перед нейтральными:
1) Выходной параметр (состояние контактной системы) зависит от полярности управляющего импульса, что расширяет функциональные возможности реле.
2) Реле могут управляться кратковременными импульсами тока.
3) Замкнутое состояние контактов сохраняется после окончания управляющего импульса, что позволяет использовать реле как элемент памяти.
4) После срабатывания не потребляется мощность для удержания якоря в притянутом положении.
5) Реле обладают высокой чувствительностью и высоким коэффициентом усиления по мощности.
6) За счет положения упоров можно осуществлять однопозиционную, нейтральную и двухпозиционную настройку реле.
24.
Электромагнитные реле – это электромеханические реле, функционирование которых основано на воздействии магнитного поля неподвижной обмотки с током на подвижный ферромагнитный элемент, называемый якорем. Электромагнитные реле подразделяются на собственно электромагнитные (нейтральные), реагирующие только на значение тока в обмотке, и поляризованные, функционирование которых определяется как значением тока, так и его полярностью.
Электромагнитные реле для промышленных автоматически устройств занимают промежуточное положение между сильноточными коммутационными аппаратами (контакторы, магнитные пускатели и т.д.) и слаботочной аппаратурой. Наиболее массовым видом этих реле являются реле управления электроприводом (реле управления), а среди них – промежуточные реле.
Для реле управления характерны повторно-кратковременный и прерывисто-продолжительный режимы работы с числом коммутаций до 3600 в 1час при высокой механической и коммутационной износостойкости (последняя – до циклов коммутации).
26.
Тепловое реле
Долговечность энергетического оборудования в значительной степени зависит от перегрузок во время работы. Для защитты оборудования от таковых перегрузок широко распространены тепловые реле с биметаллическим элементом.
Биметаллический элемент состоит из 2х пластин с различным температурным коэффициентом расширения. Пластинки между собой жестко скреплены. При нагревании такой элемент изгибается в сторону материала с меньшим альфа. В качестве материала в биметаллических пластинах используют инвар (малые альфа) и хромоникелевую сталь (большие альфа).
Нагрев пластины осуществляется за счет прохождения токоперегрузки: как только значения тока достигает тока уставки реле, контакты смыкаются, и реле срабатывает, подавая сигнал на отключение (сигнал на контактор).
Основная характеристика теплового реле - это зависимость срабатывания от токонагрузки. При повышении токонагрузки выше заданного предела, пластина выгибается, и реле срабатывает.
27.
Эл.мех. реле времени.
Схема защиты реле автоматики-часто требуется выдержка времени, когда выдержка устанавливается для предотвращения срабатывания защиты от пусковых токов.
Стабильность выдержки времени при колебаниях напряжения, частоты питания, температуры окр. среды.
Малая потребляемая мощность
Масса, габариты
Износостойкость
Существуют реле времени с эл.магнитным и мех. замедлением.
В 1м случае реле содержат П-образный магнитопровод и якорь с немагнитной прокладкой.
Реле с мех. замедлением - воздействие на контактную систему с помощью замедляющего устройства в виде пневматического демпфера часового анкерного механизма.
Пневматическое реле типа ПРВ применяется в системах РЗиА эл.привода металлорежущих станков и др. механизмов. Оно позволяет регулировать выдержку времени в диапазоне от 0,4 до 100 сек. с точностью +-10%.
В анкерных механизмах замедляющая пружина заводится с помощью эл.магнита. Для создания выдержки времени в 20-30 мин. используются моторные реле времени, в состав которых эл.двигатель с заданной частотой вращения.
28.
Магнитоуправляемый контакт (МК) - контакт эл. цепи, изменяющий состояние эл. цепи посредством замыкания или размыкания ее при воздействии управляющего магнитного поля на его элементы, совмещающие функции контактов и участков эл. и магн. цепей. МК, помещенный в герметизированный баллон, называется герконом
Герконовые реле могут содержать один или несколько МК; одну или несколько обмоток (или шин); поляризующие постоянные магниты (ПМ); дополнительные ферромагнитные детали, играющие роль магнитопровода, кожуха, магн. экрана (для снижения влияния внешних магнитных полей), другие детали конструкции.
На основе МК создают и многоцепные реле, располагая, например, в обмотке несколько коммутационных элементов.
Существуют конструкции герконовых реле и с внешним по отношению к обмотке расположением МК.
29.
Рубильник предназначен для ручного включения и отключения электрических цепей постоянного тока напряжением до 440В и переменного – до 500В.
Переключатель в отличие от рубильника имеет две системы неподвижных контактов и три коммутационных положения. В среднем положении ножей (подвижных контактов) производится их фиксация, цепи при этом – разомкнуты.
Пакетные выключатели и переключатели являются малогабаритными коммутационными аппаратами с ручным приводом, предназначенные для одновременной коммутации большого количества цепей. Пакетные выключатели используются для нечастых коммутаций в цепях с токами до 400А при напряжении до 220В постоянного тока и до 380В – переменного. В трехфазном рубильнике с центральной рукояткой (применяется только для бестоковой коммутации цепей), конструкция которого представлена на рис. 95, подвижный контакт-нож 1 вращается в шарнирной стойке 2. При размыкании нож 1 выходит из зацепления с подпружиненными контактными губками 4 стойки 3. Для коммутации цепей с током подобные рубильники оснащаются боковой рукояткой или рычажным приводом. Гашение дуги постоянного тока до 75А происходит за счет удлинения дуги между расходящимися контактами. На процесс гашения дуги влияют также тепловые потоки воздуха, создаваемые дугой. Дуга гасится более интенсивно, если ее растяжение за счет конвективного движения воздуха совпадает с направлением действия электродинамических сил (рубильник устанавливается так, что кривизна дуги обращена вверх).
При отключении переменного тока дуга гасится за счет возникновения электрической прочности 200—220 В около каждого катода рубильника. В однофазной цепи двухполюсный рубильник позволяет легко гасить дугу с номинальным током при напряжении до 380 В. Однополюсный рубильник с одним разрывом надежно работает в цепи с напряжением до 220 В.
Для рубильников и переключателей с боковой рукояткой или рычажным приводом отношение отключаемого тока к номинальному составляет 0,2 при постоянном напряжении 220В и 0,3 при переменном напряжении 380 В. При постоянном напряжении 440 и переменном 500 В указанные аппараты используются только для отключения обесточенных цепей. Для увеличения отключающей способности рубильник снабжается дугогасительной решеткой.
В пакетном выключателе (см. рис. 96) каждый из трех коммутируемых полюсов конструктивно оформлен в виде отдельного элемента – пакета (поз. 5). Соединенные вместе пакеты одновременно приводятся в движение посредством механизма 4. Неподвижные контакты 1 выполнены в виде массивных пластин из латуни. Подвижный контакт 2 насажен на квадратный изолированный вал выключателя. Нажатие контактов создается за счет упругих свойств губок подвижного контакта 2. К подвижному контакту прикреплены две щечки 3 из фибровых пластин. Расстояние между щечками несколько больше толщины неподвижного контакта, что позволяет подвижному контакту свободно вращаться внутри пакета. Подвижный контакт перемещается с помощью приводного механизма. При вращении рукоятки сначала заводится пружина, а затем эта пружина сообщает необходимую скорость контакту.
При расхождении контактов дуга загорается в месте возникновения двух разрывов, что обеспечивает надежное гашение дуги переменного тока за счет восстановления электрической прочности околокатодной зоны. Дуга гаснет при первом прохождений переменного тока через нуль.
Гашение дуги постоянного тока обеспечивается за счет повышения давления выделяющегося из фибровых стенок газа при горении ее в пространстве между фибровыми щечками.
Недостатками выключателя ПВМ являются невысокая износостойкость (до 20-103 циклов) и недостаточная надежность механизма привода.
Более совершенен пакетный кулачковый выключатель серии ПКВ (рис. 97). На валу 1 укреплены кулачки 2 (по одному на пакет). Каждая цепь имеет два разрыва, образуемые мостиками 3 и контактами 4, При вращении вала кулачок поворачивается и в его углубление попадает шток 5. При этом цепь замыкается. Нажатие контактов создается стальной пружиной 6. Для повышения износостойкости используются металлокерамические контакты. Наибольший ток выключателей серии ПКВ составляет 160 А. Электрическая износостойкость достигает 2.105 циклов. Все пакетные выключатели используются для коммутации токов, равных номинальному.
Пакетные выключатели и переключатели по сравнению с рубильниками имеют меньшие габариты, удобнее в монтаже. Дуга гасится в замкнутом объеме, без выброса пламени и газов. Контактная система позволяет управлять одновременно большим количеством цепей. Эти выключатели коммутируют номинальные токи, имеют высокую вибро- и ударостойкость.
30.
Масляные выключатели
В дугогасительных устройствах масляных выключателей гашение дуги осуществляется путем эффективного ее охлаждения в потоке газопаровой смеси, вырабатываемой дугой в результате разложения и испарения масла.
В зависимости от назначения масла можно выделить 2 основные группы масляных выключателей:
1. Баковые (многообъемные), в которых масло используется для гашения и изоляции токоведущих частей от заземленного бака.
2. Маломасляные (малообъемные), в которых масло используется только для гашения дуги и изоляции между разомкнутыми контактами одного полюса.
В состав газопаровой смеси, возникающей в результате разложения масла под действем дуги входит до 70% водорода, обладающего по сравнению с воздухом в 8 раз более высокой теплопроводностью, но меньшей предельной электрической прочностью.
Баковый масляный выключатель показан на рис. 158. В стальном баке 1 на маслонаполненных вводах 2 расположены дугогасительные устройства (камеры) 3. Маслонаполненный ввод (проходной изолятор) служит для проведения токоведущей цепи, находящейся под высоким напряжением, через металлическую стенку или другие преграды. Траверса 4 перемыкает выходные контакты 11 камер (рис. 159а). Горячие ионизированные выхлопные газы, выходящие из камер, могут вызвать перекрытие с камер на бак. Для предотвращения этого явления имеется баковая изоляция 5 (рис. 158).
Перемещение траверсы 4 происходит под действием штанги 6, движущейся по направляющим 7 под действием пружин механизма и пружин камер 10 (рис. 159а). На вводных стержнях выключателя установлены трансформаторы тока 8, в нижней части бака – устройство 9 для подогрева масла.
Дугогасительное устройство (см. рис. 159) состоит из стеклоэпоксидного цилиндра 1, в котором расположены неподвижные контакты 2 и 3 в форме многоламельного торцевого контакта. Промежуточный контакт 4 выполнен в виде сквозной розетки. Для уменьшения износа контакты покрыты металлокерамикой. При выключении образуется два разрыва: первый – между контактами 2 и 5, второй – между контактами 3 и 6. Дугогасительная решетка имеет два следующих друг за другом дутьевых канала 8 и 9. Во включенном положении каналы перекрыты стержнями подвижных контактов 5 и 6.
При отключении контакты движутся вниз под действием пружины 10 камеры. Горящая дуга разлагает трансформаторное масло на водород, метан и другие газы, что приводит к повышению давления до 5…8 МПа, и после открытия дутьевых каналов – к выдуванию дуги и ее гашению. Деионизация дуги начинается в дутьевой щели 8, а затем и в 9, что обеспечивает надежное гашение дуги во всем возможном диапазоне отключаемых токов. Выравнивание распределения напряжения между камерами и облегчение отключения емкостных токов обеспечивается шунтирующими резисторами 10 (см. рис. 158).
Обычно бак заполняется маслом на 2/3 объема. Для предотвращения превышения давления в баке при горящей дуге в его крышке предусмотрены аварийные выхлопные трубы с калиброванными мембранами.
Время горения дуги при отключении номинального тока не превышает 0,02 с.
К недостаткам выключателей следует отнести:
- большие габариты и массу;
- необходимость периодической очистки масла;
- сложность и трудоемкость ремонта и ревизии выключателей напряжением 110 кВ и выше;
- взрыво- и пожароопасность.
В маломасляных выключателях с целью уменьшения габаритов и массы изоляция в основном выполнена твердыми материалами. На рис. 160 приведена конструкция распространенного маломасляного выключателя серии ВМП-10 (выключатель масляный подвесного типа), на напряжение 10 кВ с номинальными токами от 600 до 3200А и током отключения до 31,5 кА. Полное время отключения при номинальном токе 0,12…0,13 с.
Контактная система, дугогасительное устройство и приводной механизм смонтированы в виде единого блока полюса 1 (см. рис.160). Блок посредством опорных 2 изоляторов устанавливается на стальной раме 3. В верхней головке 8 полюса расположены подвижный контакт и механизм, а в нижней головке 9 – неподвижный контакт. В раме размещен вал 5 выкличателя, отключающая пружина, пружинный буфер включения и масляный буфер 6 отключения. Вал 5 связан с выходным рычагом 7 механизма полюса с помощью изоляционной тяги 4.
При включении изоляционная тяга 4 поворачивает рычаг полюса 7 против часовой стрелки, что приводит к замыканию контактов и растяжению отключающей пружины. Пружинный включающий буфер при этом сжимается и создает необходимую для гашения дуги скорость перемещения подвижного контакта.
Разрез нижней части блока полюса представлен на рис. 161. Для уменьшения обгорания концы ламелей розеточного контакта 1, подвергающиеся воздействию дуги, облицованы металлокерамикой. Нижняя головка 2 имеет съемную крышку 3, на которой и укреплен розеточный контакт 1. При ревизиях и ремонтах съемная крышка З вынимается вместе с розеточным контактом 1. ДУ газового дутья заключено в стеклоэпоксидный цилиндр 4. ДУ собирается из пластин фибры, гетинакса и электрокартона, в которых вырезаны отверстия, образующие каналы и полости для гашения дуги. Каждый из трех каналов (один из них виден на рис. 161) вначале идет горизонтально, а затем вертикально. Все пластины ДУ стягиваются фибровыми или текстолитовыми шпильками. Камера заполнена трансформаторным маслом 7.
Для ограничения давления при больших токах и создания необходимого давления вблизи нулевого значения тока ДУ имеет воздушный буфер А (рис. 161). Давление в ДУ достигает наибольшего значения вблизи максимального значения тока. Под действием этого давления масло сжимает воздух в буфере, в нем аккумулируется энергия. При приближении тока к нулю мощность в дуге и давление резко уменьшаются. Энергия, накопленная в буфере, позволяет создать вблизи нуля тока такое давление, которое необходимо для гашения дуги.
Под действием дуги, возникающей при расхождении контактов, масло разлагается и образующиеся газы создают в камере давление. В тот момент, когда тело подвижного контакта 6 (свеча) откроет первую щель, возникает газовое дутье, и при прохождении тока через нуль возможно гашение дуги. Обдув дуги газами еще более усиливается после открытия свечей второго и третьего каналов. Обычно гашение дуги с большим током происходит после открытия первых двух щелей.
При отключении малых токов в камере ДУ давление невелико и дуга не гаснет после открытия всех трех щелей, а затягивается в масляные карманы 5 в верхней части ДУ. Когда подвижный контакт, поднимаясь вверх, входит в первый снизу карман 5', под действием дуги масло в кармане разлагается и газы стремятся выйти вниз, охлаждая дуговой промежуток. Процесс усиливается по мере включения новых карманов. В результате удается надежно отключать критические токи (1—2 кА).
Газы, образующиеся в процессе гашения дуги, выходят через зигзагообразный канал в верхней головке полюса. Во избежание выброса масла из полюса в его верхней части установлен специальный маслоотделитель.
На напряжение 110 и 220 кВ созданы маломасляные выключатели серии ВМТ.
31.
Разъединители – аппараты, которые предназначены для включения и отключения участков электрических цепей под напряжением при отсутствии нагрузочного тока. Они применяются во всех высоковольтных установках для обеспечения видимого разрыва при отключении какого-либо участка цепи, а также для производства переключений и набора нужной схемы. Все операции с разъединителями, как правило, выполняются при обесточенных цепях.
После отключения разъединителей с обеих сторон объекта, например, выключатель или транформатор и другие аппараты должны заземляться с обеих сторон, либо при помощи переносных заземлителей, либо спец. заземляющих ножей, встраиваемых в конструкцию разъединителя.
Строятся разъединители, как для внутренней, так и для наружной установки на всю шкалу токов и напряжений.
К разъединителям предъявляются следующие требования:
Контактная система должна надежно пропускать номинальный ток сколько угодно длительное время. В особо тяжелых условиях работают разъединители наружных установок, подвергающиеся воздействию воды, пыли, льда. Контактная система должна иметь необходимую динамическую и термическую стойкость.
Разъединитель и механизм его привода должны надежно удерживаться во включенном положении при протекании тока К3. В отключенном положении подвижный контакт должен быть надежно фиксирован, так как самопроизвольное включение может привести к очень тяжелым авариям и человеческим жертвам.
В связи с особой ролью разъединителя как аппарата безопасности промежуток между разомкнутыми контактами должен иметь повышенную электрическую прочность.
Привод разъединителя целесообразно блокировать с выключателем. Операции с разъединителем должны быть возможны, только когда выключатель отключен.
ОТДЕЛИТЕЛИ И КОРОТКОЗАМЫКАТЕЛИ
В настоящее время применяются высоковольтные подстанции без выключателей на питающей линии. Это позволяет удешевить и упростить оборудование при сохранении высокой надежности. Для замены выключателей на стороне высокого напряжения используются короткозамыкатели и отделители.
Короткозамыкатель – это быстродействующий контактный аппарат, с помощью которого по сигналу релейной защиты создается искусственное КЗ сети.
Отделитель – это аппарат, который предназначен осуществлять под действием защиты быстрое автоматическое отключение поврежденных участков электрической цепи в момент отсутствия в ней тока, т.е. в период бестоковой паузы АПВ, создаваемой выключателем, установленным на питающем конце линии (процесс отключения длится 0,5 – 1 сек.).
Отделитель служит для отключения обесточенной цепи высокого напряжения за малое время (не более 0,1 сек). Он подобен разъединителю, но снабжен быстродействующим приводом.
Конструкция короткозамыкателя подобная конструкции заземляющего устройства разъединителя, но снабженного быстродействующим приводом.
Короткозамыкатели и отделители устанавливаются на стороне высшего напряжения РУ малоответственных потребителей, когда в целях экономии площади и стоимости РУ выключатели предусмотрены только на стороне низшего напряжения.
Отделители и короткозамыкатели устанавливаются на стороне высшего напряжения в менее ответственных РУ в целях экономии капитальных затрат и места. Выключатели при этом предусматриваются только на стороне низшего напряжения. При перегрузках силового трансформатора, повреждении его внутренней изоляции, повышенном газовыделении внутри бака, происзодит срабатывание реле газоанализатора среды, либо реле дифференциальной защиты. Срабатывание этих реле дает команду на автоматическое срабатывание короткозамыкателя, провоцирующего действительное КЗ на стороне высшего напряжения. В цепи протекания тока КЗ короткозамыкателя установлены трансформаторы тока, которые дают команду о чрезмерном токе в систему релейной защиты, в свою очередь включающей систему управления выключателем на отключение выключателя. После отключения искусственно созданного КЗ линейным выключателем, часто находящимся на значительном удалении от данного РУ, исчезновение тока КЗ дает команду на отключение отделителя данного РУ. Вследиствие чего питание вновь возобновляется, т.е. обеспечивается отключение трансформатора в аварийном состоянии без использования выключателя на стороне высшего напряжения. Отлючение короткозамыкателя осуществляется приводом, включение с помощью возведенных пружин. Отделитель отключается автоматически, включается вручную для исключения возможности ошибочного автоматического включения при неотключенном короткозамыкателе.
32.
Реактор — это электрический аппарат в виде катушки с неизменной индуктивностью для ограничения токов КЗ и поддержания напряжения на шинах при аварийном режиме. Для пояснения рассмотрим схему рис. 135. Генератор G питает сборные шины 1, от которых отходят линии 2 к потребителю. Возьмем два случая: в первом за выключателем QF1 отсутствует реактор, во втором за выключателем QF2 установлен реактор L. Обычно один генератор обслуживает несколько десятков потребителей. Поэтому номинальный ток линии во много раз меньше номинального тока генератора. Длительный ток реактора выбирается равным току линии.
В случае КЗ за выключателем QF1 напряжение на сборных шинах будет равно нулю и на всех отходящих линиях пропадет напряжение.
В случае КЗ за выключателем QF2 напряжение на сборных шинах будет мало отличаться от номинального фазного напряжения (рис. 136а).
При номинальном режиме ХР<<ZН , поэтому падение напряжения на реакторе незначительно (рис. 1366).
При чисто индуктивной нагрузке =90° потеря напряжения равна падению напряжения на реакторе. При активно индуктивной нагрузке с соs =0,8 потеря напряжения равна 0,6 хр%. Обычно Xр%<10 %. Таким образом, в длительном режиме потеря напряжения на реакторе невелика.
Наиболее распространены (на напряжение до 35 кВ) бетонные реакторы. На рис. 137 представлен трехфазный комплект таких реакторов. Из многожильного провода 1 соответствующего сечения намотаны катушки реакторов А, В, С. Заливкой в специальные формы получаются бетонные вертикальные стойки — колонны 2, которые скрепляют между собой отдельные витки катушки. Торцы колонн имеют шпильки с изоляторами 3,4.
Для получения необходимой прочности электрической изоляции после затвердевания бетона реактор подвергают интенсивной сушке под вакуумом и пропитке влагостойким изоляционным лаком.
Между витками и рядами выдерживается зазор (3,5…4,5).10-2м. В качестве обмоточного провода используется многожильный медный либо алюминиевый кабель, покровная изоляция которого выполнена из нескольких слоев кабельной бумаги и хлопчатобумажной оплетки. Допустимая максимальная температура в длительном режиме – 1050С, при КЗ – не выше 2500С.
Мощное магнитное поле реактора создает электромагнитные усилия, которые могут разрушить изоляторы. В целях уменьшения разрывающего усилия изменяют направление магнитного поля среднего реактора на обратное путем изменения направления намотки кабеля.
Силы растяжения и сжатия (см. рис. 138), действующие на каждый изолятор (пренебрегая влиянием третьей фазы)
где - усилие, отталкивающее реакторы;
- усилие, притягивающее реакторы;
G – вес реактора; - ударный ток реактора; w – количество витков катушки реактора; ψ – справочный коэффициент, зависящий от размеров катушек и расстояния между ними.
При напряжениях более 35 кВ используются масляные реакторы.
Для снижения потерь в реакторах в номинальном режиме, а также упрощения и удешевления распределительных устройств используются сдвоенные реакторы, питающие две линии (см. рис. 139б).
В номинальном режиме магнитные поля реакторов направлены встречно, благодаря чему уменьшается их реактивное сопротивление, а, следовательно, и падение напряжения на реакторе. При КЗ в одной из линий влияние поля другой незначительно и величина реактивной составляющей электрического сопротивления остается достаточно большой, что способствует сохранению напряжения на распределительной шине. Если при этом другая линия была отключена, то в ее реакторе наводится ЭДС, равная E= IкkXрв , где k – коэффициент связи между катушками.
При одновременном КЗ в линиях между реакторами возникают большие электродинамические усилия, для уменьшения которых коэффициент связи между катушками реакторов выбирают (путем соответствующего взаимного расположения) не более 0,3…0,5.
При работе электрических установок возникают напряжения, которые могут в б—8 раз превышать номинальные значения (перенапряжения). С целью снижения толщины изоляции возникающие перенапряжения ограничивают с помощью разрядников и изоляцию оборудования выбирают по этому ограниченному значению перенапряжений. Возникающие перенапряжения делят на две группы: внутренние (коммутационные) и атмосферные. Первые возникают при коммутации электрических цепей (катушек индуктивностей, конденсаторов, длинных линий), дуговых замыканиях на землю и других процессах. Они характеризуются относительно низкой частотой воздействующего напряжения (до 1000 Гц) и длительностью воздействия до 1 с. Вторые возникают при воздействии атмосферного электричества, имеют импульсный характер воздействующих напряжений и малую длительность (десятки микросекунд). Электрическая прочность изоляции при импульсах зависит от формы импульса, его амплитуды. Зависимость максимального напряжения импульса от времени разряда называется вольт-секундной характеристикой. Для изоляции с неоднородным электрическим полем характерна резко падающая вольт-секундная характеристика. При равномерном поле вольт-секундная характеристика пологая и идет почти параллельно оси времени.
33.
Гибридные аппараты представляют собой комбинацию электромеханических и статических аппаратов.
Электрические аппараты классифицируются также: по значению рабочих токов на аппараты слаботочные (до 5 А) и сильноточные (свыше 5 А); по роду тока на аппараты постоянного и переменного тока; по частоте рабочего напряжения на аппараты с нормальной (до 50 Гц) и повышенной (от 400 до 10000 Гц) частотой напряжения.
Комбинированные электрические аппараты (называемые также гибридными) представляют собой устройства, содержащие одновременно контактную систему традиционных электромеханических аппаратов и силовую схему на основе СПП, подключенную параллельно ра змыкаемым контактом. В результате такого, по существу, механического объединения контактных и бесконтактных коммутационных устройств в одной конструкции достигается удачное сочетание преимуществ обоих типов аппаратов и в то же время исключаются многие их недостатки.
Принцип действия комбинированных аппаратов низкого напряжения рассмотрим на простых устройствах (рис. 85), предназначенных для предупреждения возникновения дуги в цепях переменного. Во всех приведенных силовых блоках СПП соединяются параллельно с одним из размыкаемых контактов.
Принцип действия аппарата, выполненного по схеме а) заключается в следующем. Размыкание дугогасительных контактов S1 в схеме необходимо обеспечить в начале полупериода тока, полярность которого совпадает с проводящим направлением диода VD (в интервале времени t2<t<t3 на рис. 86). В этом случае напряжение на образующейся электрической дуге является прямым для диода. По мере увеличения расстояния между контактами и интенсивности воздействия на электрическую дугу, напри мер за счет перемещения ее в воздухе с большой скоростью под воздействием электромагнитного поля, сопротивление межконтактного промежутка растет и, следовательно, повышается напряжение на диоде. В результате создаются условия для переключения его в проводящее состояние. Практически переход диода в проводящее состояние в аппаратах низкого напряжения происходит уже на стадии образования электрической дуги, так как приэлектродное падение напряжения на ней намного превышает пороговое напряжение СПП.
С этого момента времени ток в контактной цепи iк начинает быстро уменьшаться, а ток в полупроводниковой цепи iVD нарастает. Длительность переходного процесса tn, в течение которого коммутируемый ток полностью переходит в цепь диода и электрическая дуга гаснет, определяется в основном индуктивностью контуров, динамическими характеристиками используемого диода, способом воздействия на электрическую дугу. В оставшиеся до конца полупериода время t = t4 - tз завершаются деионизационные процессы в межконтактном промежутке, восстанавливается его диэлектрическая прочность. К моменту времени t4 ток нагрузки спадает до 0. При обратной полуволне питающего напряжения необходимо разомкнуть контакт S1.
При включении аппарата последовательность замыкания контактов должна быть обратной: в непроводящий для диода полупериод напряжения необходимо замкнуть контакты отделителя S2, а в течение следующего полупериода—дугогасительные контакты S1. Характерным для режима включения является замыкание контактов S1 при малых напряжениях, определяемых падением напряжения на проводящем диоде. Вследствие этого исключаются предварительный пробой промежутка при сближении контактов и связанные с ним явления эрозии и сваривания контактов. В комбинированных аппаратах существует опасность проявления этих же эффектов из-за высокой скорости нарастания тока в контактах после их соприкосновения. Поэтому конструкции контактного устройства и привода должны обеспечивать форсированное увеличение контактного нажатия до конечного значения
Аппараты, выполненные по схеме на рис. 85б, по принципу действия и характеру протекающих процессов не отличаются от рассмотренных выше. Однако наличие двух диодных цепей с встречно ориентированной проводимостью позволяет осуществлять отключение в любой полупериод тока. В результате сокращается собственное и, следовательно, полное время отключения аппарата.
К недостаткам этого варианта относятся увеличение вдвое числа СПП и существенное усложнение конструкции механической части аппарата. Так как синхронизированное размыкание контактов осуществляется в последовательности, определяемой направлением тока в момент подачи команды на отключение, аппарат должен содержать два независимых и быстродействующих привода. Жесткие требования предъявляются также к стабильности срабатывания приводов: они должны обладать малым разбросом времени. Очевидно, что достижение высокого уровня функциональной надежности при таком исполнении силовой части аппарата представляет сложную задачу.
Возможности комбинированных аппаратов могут быть существенно расширены при замене неуправляемых СПП тиристорами (рис. 85,в). Полупроводниковая цепь в этом аппарате, выполненная по схеме с встречно-параллельным соединением тиристоров, подключена параллельно только одним дугогасительным контактам. Но способность тиристоров находиться в закрытом состоянии при напряжении положительной полярности позволяет производить коммутационные операции любой полупериод
Рассмотрим принцип работы аппарата при включении (см. рис. 87). Сначала (момент времени t1) отпирается тиристор VS1 и напряжение на разомкнутых контактах S1 падает до 1…2 В, после чего (момент времени t2) замыкаются контакты S1,S2. После соприкосновения контактов цепь тиристора быстро обесточивается, так как сопротивление контактной цепи намного меньше дифференциального его сопротивления.
При обратной полуволне питающего напряжения на входе отпирается тиристор VS2 (аналогично VS1).
При выключении аппарата (например, при обратной полуволне) размыкается контакт S1, что приводит к росту напряжения на нем и отпиранию тиристора VS2, на управляющий электрод которого поступает сигнал управления одновременно с подачей сигнала на отключение контакта S1. напряжения (тока)
Как и при использовании диодов, в контактно-тиристорных аппаратах размыкание контактов и восстановление электрической прочности межконтактного промежутка должны завершаться до окончания полупериода. Если конструкция аппарата не обеспечивает синхронизированное отключение, контакты могут разомкнуться в любой момент времени, в том числе и в критической зоне полупериода перед прохождением тока через нуль, когда ток не успевает перейти из контактной цепи в полупроводниковую. В этом случае необходимо, чтобы в начале следующего полупериода системой управления обеспечивалось включение тиристора с другим направлением проводимости.
Обобщая рассмотренные возможности создания комбинированных аппаратов, выделим наиболее важные их характеристики:
- во всех вариантах исполнения комбинированных аппаратов СПП (диоды или тиристоры) при длительном номинальном режиме не проводят ток, поэтому исключаются относительно большие потери мощности, характерные для полупроводниковых аппаратов;
- в режимах изменения аппаратом коммутационных положений (моменты включения и выключения) с помощью СПП осуществляется шунтирование межконтактных промежутков малым сопротивлением, свойственным для диодов и тиристоров в проводящем состоянии, что обеспечивает быстрое гашение электрической дуги, возникающей в процессе включения из-за дребезга контактов и при отключении аппарата и повышает коммутационную износостойкость, в 20...50 раз по сравнению с контактными;
- так как СПП в комбинированных аппаратах подвергаются кратковременному воздействию тока, имеется возможность максимально использовать их импульсную перегрузочную способность, создавая комбинированные аппараты без параллельного соединения полупроводниковых приборов. Учитывая, что при кратковременных токовых воздействиях выделяющаяся теплота в структуре СПП не распространяется за пределы непосредственно к ней прилегающих элементов конструкции, отпадает необходимость не только в применении принудительного охлаждения, но и в самих охладителях.
К настоящему времени разработаны и выпускаются промышленностью несколько вариантов таких аппаратов, отличающихся как по конструктивному исполнению контактных и полупроводниковых частей, так и по способу управления тиристорами. Схема одного из вариантов комбинированного контактора с системой управления, питающейся от трансформатора тока, приведена на рис. 88. Полупроводниковый блок в ней подсоединен параллельно цепи, состоящей из контактов S и последовательно включенной с ними первичной
обмотки трансформатора тока ТА. Две вторичные обмотки трансформатора через диоды, согласующие полярность управляющего и анодного напряжения, замкнуты на управляющие цепи тиристоров. При включенных контактах S через них и, следовательно, через первичную обмотку трансформатора тока протекает синусоидальный ток i=Imsinωt. Во вторичных обмотках трансформатора ток в общем случае будет несинусоидальным из-за нелинейности сопротивления управляющей цепи тиристоров и влияния стабилитронов, которые защищают эти обмотки от превышения допустимого напряжения. При номинальном токе в цепи контакторов тиристоры не должны включаться. Это обеспечивается выбором параметров таким образом, чтобы суммарное падение напряжения на первичной обмотке трансформатора и замкнутых контактах не превышало пороговое напряжение UTO используемых силовых тиристоров. При протекании сквозных токов короткого замыкания напряжение между точками присоединения тиристорного блока к главной цепи значительно увеличивается и создаются условия для включения тиристоров. Поэтому тиристоры необходимо выбирать с учетом этого режима работы.
При размыкании контактов между ними возникает электрическая дуга с напряжением Uд>10 В, что обеспечивает быстрый переход коммутируемого тока в цепь тиристора и последующее прерывание его в конце полупериода. Скорость перехода тока в полупроводниковую цепь можно ориентировочно определить из соотношения
где utm — импульсное падение напряжения на проводящем ток тиристоре; L1 и L2— индуктивности контура «контакты — тиристоры» и первичной обмотки трансформатора тока соответственно.
Из-за существующего небольшого угла сдвига фаз между током в контактной цепи и в цепи тиристоров может наблюдаться задержка включения тиристоров, если контакты расходятся в самом начале или в конце полупериода тока. Этот же эффект проявляется и из-за относительно медленного нарастания управляющего тока в начале полупериода.
К преимуществам рассмотренной схемы следует отнести повышенную надежность, которая обусловлена минимальным числом элементов; простоту, защищенность от воздействия внешних магнитных полей, автономность питания управляющих цепей, исключение повреждения тиристоров при резком увеличении сопротивления контактов, так как при этом блокируется поступление управляющих сигналов на тиристоры. Все эти факторы определили широкое применение схемы. В частности, она используется в серийно выпускаемых контакторах КТП64, КТП65 и др.
34.
Защита электронных аппаратов.(11.2)
При проектировании аппаратов может оказаться так, величина тока нагрузки или питающего напряжения превышают предельно допустимые параметры СПП. В этих случаях, а также при стремлении повысить надежность электронного аппарата, приходится прибегать к вынужденному решению – групповому (параллельному или последовательному) соединению электронных приборов. Вследствие различия характеристик СПП групповое их соединение предопределяет применение специальных устройств для обеспечения равномерного деления напряжения или тока между ними.
Наиболее распространенным способом выравнивания токов между параллельно соединенными СПП является применение индуктивных делителей тока. Наиболее распространены схемы: замкнутая цепь (рис. 81а), с задающим диодом (рис. 81б) и с общим витком (рис.81в). Эффективность делителей определяется в основном сечением магнитопровода, которое можно рассчитать по
где ΔUVS – разбаланс прямого падения напряжения на СПП; В0 – остаточная индукция магнитопровода; В1 – индукция, соответствующая напряженности Н1 для точки на начальном участке области насыщения; ΔI – допустимый разбаланс средних значений токов в параллельных ветвях; lμ – средняя длина магнитной линии сердечника; f – частота следования импульсов тока; m – скважность импульсов тока; w – количество витков обмотки.
Минимальная длина средней линии магнитопровода lμ = 2mΔI /H1.
При выборе способа включения СПП рекомендуется при количестве параллельных ветвей < 6 использовать схему рис. 81а, при большем – схемы рис. 81б, в.
С целью выравнивания напряжений на последовательно включенных СПП производится их шунтирование резисторами (см. рис. 82), величина сопротивления которых определяется
где n – количество последовательно включенных СПП; Uраб – рабочее напряжение СПП; Um – максимальное напряжение, приложенное к ветви; IRm – амплитуда тока СПП в закрытом состоянии.
Мощность шунтирующих резисторов может быть рассчитана по известному действующему напряжению UR на резисторе
РR = U2R / R1.
Для выравнивания напряжений в переходных режимах параллельно СПП включаются конденсаторы С, емкость которых ориентировочно можно определить по формуле
Для ограничения разрядного тока конденсатора в момент отпирания тиристоров в цепь включены резисторы R2.
Для ограничения скорости нарастания напряжения на СПП в закрытом состоянии параллельно демпфирующим резисторам устанавливаются диоды VD с минимальным временем восстановления запирающих свойств. В период нарастания прямого напряжения прямого напряжения на тиристоре резистор R2 шунтируется диодом VD. В этом случае скорость нарастания напряжения du/dt определяет постоянная времени цепи нагрузки τ= RнагрС: du/dt=Uпит /τ.
Выравнивание прямого и обратного напряжения можно производить и с помощью лавинных диодов или стабилитронов (см. рис. 83).
Для ограничения скорости нарастания тока при отпирании тиристора используются дроссели насыщения (см. рис. 84). Дроссель, выполняемый на магнитном материале с прямоугольной петлей гистерезиса должен отвечать требованиям:
- ограничения di/dt до величины, предусмотренной паспортными данными на СПП;
- иметь минимальное активное сопротивление после насыщения.
Количество витков обмотки дросселя определяется по
w=tзадUпит / SBr ,
где tзад – время задержки (по паспортным данным на СПП); S – сечение магнитопровода; Br – остаточная индукция.
С другой стороны, должно выполняться требование Iw=Hlμ при I=15…20А.