Тиристорные пускатели

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1 Достоинства и недостатки бесконтактных аппаратов по сравнению с обычными пускателями и контакторами

2 Принцип работы современных тиристорных пускателей

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Бесконтактными электрическими аппаратами называют устройства, предназначенные для включения и отключения (коммутации) электрических цепей без физического разрыва самой цепи. Основой для построения бесконтактных аппаратов служат различные элементы с нелинейным электрическим сопротивлением, величина которого изменяется в достаточно широких пределах, в настоящее время это - тиристоры и транзисторы, раньше использовались магнитные усилители. Они предназначены для управления асинхронными двигателями и для коммутации в цепях переменного тока в отраслях с тяжелыми условиями труда (запыленная среда, повышенные влажность, температура, частота коммутации). Обеспечивают прямой пуск, плавный пуск, динамическое торможение, снабжены тепловой защитой, интегральной защитой от перегрузок, защитой от обрыва и перекоса фаз, от короткого замыкания (КЗ).

Пускатели могут быть использованы для управления приводами рольгангов, ножниц, насосов, вентиляторов и других механизмов. Бесконтактные пускатели, осуществляющие коммутацию нагрузки с сетью переменного тока через полупроводниковые ключи, существуют уже довольно долгое время.

Бесконтактные пускатели, осуществляющие коммутацию нагрузки с сетью переменного тока через полупроводниковые ключи, существуют уже довольно долгое время. Бесконтактный пускатель также обозначается термином тиристорный пускатель, тиристорный усилитель, электронный пускатель, электронный контактор, полупроводниковый пускатель, полупроводниковый контактор и др. В отличие от повсеместно используемых электромагнитных реле, пускателей и контакторов срок службы бесконтактных пускателей мало зависит от количества циклов включения-выключения нагрузки и от степени запыленности окружающей среды, что определяет их повышенную надежность и долговечность. Благодаря незначительной мощности цепей управления, отсутствия коммутационных помех, возможности включения в промышленную сеть АСУ ТП бесконтактные пускатели находят применение в разработках современных электроприводов с микропроцессорным управлением. Когда в качестве коммутируемой нагрузки выступает асинхронный двигатель, полупроводниковые ключи должны быть рассчитаны на коммутацию 5-7 кратного пускового тока двигателя. Поэтому для коммутации асинхронного двигателя полупроводниковые приборы должны выбираться с 3-4 кратным запасом по току по сравнению с резистивной нагрузкой. Это определяет относительно высокую стоимость имеющихся на рынке бесконтактных пускателей для управления асинхронными двигателями. Появление новых силовых полупроводниковых модулей и дискретных элементов, имеющих меньшую цену и размеры, способствует снижению стоимости бесконтактных пускателей.

Для управления трехфазными асинхронными двигателями существует два класса бесконтактных пускателей: нереверсивные и реверсивные. В отличие от нереверсивных бесконтактных пускателей к реверсивным пускателям предъявляются повышенные требования к схемам управления силовыми ключами, т.к. в реверсивном бесконтактном пускателе силовые ключи при неправильном включении могут образовывать контур короткого замыкания. Кроме этого силовые ключи должны быть надежно защищены от влияния скачков входного напряжения.

В настоящее время в классе нереверсивных бесконтактных пускателей в большом ассортименте представлены импортные и отечественные устройства плавного пуска (софтстартеры), осуществляющие плавный запуск двигателя с пониженным напряжением. Данный класс устройств успешно применяется для насосов, вентиляторов и других нереверсивных приводов, не критичных к снижению пускового момента. Большинство устройств плавного пуска имеют встроенные функции защиты и диагностики двигателя, однако для снижения стоимости многие импортные производители идут на ограничение и упрощение функциональности полупроводниковых пускателей. Также существуют относительно недорогие отечественные и импортные трехфазные твердотельные реле, для которых необходим внешний охладитель и не имеющие функций защитного отключения.

В классе реверсивных бесконтактных пускателей представлено значительно меньше разработок. В настоящий момент на рынке широко представлены отечественные реверсивные бесконтактные пускатели для исполнительных механизмов мощностью до 1,5-2,2 кВт. Также существуют устаревшие отечественные разработки реверсивных бесконтактных пускателей на номинальные токи двигателей от 10 до 40 А, которые имеют на сегодняшний день неоправданно высокую стоимость, и, к тому же, имеют релейную схему управления тиристорами. Для данных устройств характерны большие габариты в связи с применением симисторов и тиристоров, каждый из которых должен крепиться на отдельном охладителе. Появившиеся недавно на рынке отечественные реверсивные твердотельные реле, в отличие от нереверсивных, имеют сомнительные достоинства. Согласно рекомендуемым производителем схемам подключения они требуют довольно большое количество внешних дополнительных элементов, таких как внешние R-C цепочки, варисторы, а главное, дополнительные резисторы и индуктивности в силовых цепях. Такое количество внешних элементов, по всей видимости, обусловлено невысокой защищенностью модулей к скачкам входного напряжения.

тиристорный пускатель контактор однополюсной

1 ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ БЕСКОНТАКТНЫХ АППАРАТОВ ПО СРАВНЕНИЮ С ОБЫЧНЫМИ ПУСКАТЕЛЯМИ И КОНТАКТОРАМИ

По сравнению с контактными аппаратами бесконтактные имеют преимущества:

- не образуется электрическая дуга, оказывающая разрушительное воздействие на детали аппарата; время срабатывания может достигать небольших величин, поэтому они допускают большую частоту срабатываний (сотни тысяч срабатываний в час),

- не изнашиваются механически,

В то же время, у бесконтактных аппаратов есть и недостатки:

- они не обеспечивают гальваническую развязку в цепи и не создают видимого разрыва в ней, что важно с точки зрения техники безопасности;

- глубина коммутации на несколько порядков меньше контактных аппаратов,

- габариты, вес и стоимость на сопоставимые технические параметры выше.

Бесконтактные аппараты, построенные на полупроводниковых элементах весьма чувствительны к перенапряжениям и сверхтокам. Чем больше номинальный ток элемента, тем ниже обратное напряжение, которое способен выдержать этот элемент в непроводящем состоянии. Для элементов, рассчитанных на токи в сотни ампер, это напряжение измеряется несколькими сотнями вольт.

Возможности контактных аппаратов в этом отношении неограниченны: воздушный промежуток между контактами протяженностью 1 см способен выдержать напряжение до 30000 В. Полупроводниковые элементы допускают лишь кратковременную перегрузку током: в течение десятых долей секунды по ним может протекать ток порядка десятикратного по отношению к номинальному. Контактные аппараты способны выдерживать стократные перегрузки током в течение указанных отрезков времени.

Падение напряжения на полупроводниковом элементе в проводящем состоянии при номинальном токе примерно в 50 раз больше, чем в обычных контактах. Это определяет большие тепловые потери в полупроводниковом элементе в режиме длительного тока и необходимость в специальных охлаждающих устройствах. Все это говорит о том, что вопрос о выборе контактного или бесконтактного аппарата определяется заданными условиями работы. При небольших коммутируемых токах и невысоких напряжениях использование бесконтактных аппаратов может оказаться более, целесообразным, чем контактных.

Бесконтактные аппараты нельзя заменить контактными в условиях большой частоты срабатываний и большого быстродействия.

Безусловно, бесконтактные аппараты даже при больших токах предпочтительны, когда требуется обеспечить усилительный режим управления цепью. Но в настоящее время контактные аппараты имеют оределенные преимущества перед бесконтактными, если при относительно больших токах и напряжениях требуется обеспечивать коммутационный режим, т. е. простое отключение и включение цепей с током при небольшой частоте срабатываний аппарата.

Существенным недостатком элементов электромагнитной аппаратуры, коммутирующих электрические цепи, является низкая надежность контактов. Коммутация больших значений тока связана с возникновением электрической дуги между контактами в момент размыкания, которая вызывает их нагрев, оплавление и, как следствие, выход аппарата из строя.

В установках с частым включением и отключением силовых цепей ненадежная работа контактов коммутирующих аппаратов отрицательно сказывается на работоспособности и производительности всей установки. Бесконтактные электрические коммутирующие аппараты лишены указанных недостатков.

Отличительная особенность электронных устройств заключается в том, что с их помощью осуществляется управление запуском электродвигателя, в результате работа двигателя оптимальным образом соответствует нагрузке, создаваемой присоединенным исполнительным механизмом.

Использование тиристорных пускателей, являющихся самыми надежными электронными устройствами для запуска асинхронных двигателей, дает возможность:

- уменьшить в 4-5 раз броски пускового тока электродвигателей при плавном пуске;

- уменьшить падение напряжения в питающей сети;

- устранить перекосы фаз из-за несимметричной нагрузки;

- улучшить условия эксплуатации токоподводящего оборудования;

- уменьшить потери электроэнергии;

- сократить финансовые затраты при строительстве более экономичных энергосистем.

Применение позволяет:

- ограничить пусковой момент электродвигателя и, тем самым, исключить ударные нагрузки на механизм, рывки в механической трансмиссии транспортеров, подъемников или гидравлические удары в трубах или задвижках в момент пуска и останова двигателей;

- уменьшить пусковые токи, снизить вероятность нежелательных отключений и перегрева двигателя;

- повысить срок службы двигателя за счет применения полного набора защит;

- уменьшить электрические потери в электродвигателе;

- увеличить частоту пусков и удлинить межремонтные промежутки; оборудования при минимальном обслуживании;

- продлить срок нормальной эксплуатации оборудования.

2 ПРИНЦИП РАБОТЫ СОВРЕМЕННЫХ ТИРИСТОРНЫХ ПУСКАТЕЛЕЙ

Тиристорный однополюсный контактор. Для включения пускателя и подачи напряжения на нагрузку должны замкнуться контакты К в цепи управления тиристоров VS1 и VS2. Если в этот момент на зажиме 1 положительный потенциал (положительная полуволна синусоиды переменного тока), то на управляющий электрод тиристора VS1 будет подано через резистор R1 и диод VD1 положительное напряжение. Тиристор VS1 откроется, и через нагрузку Rн пойдет ток. При смене полярности напряжения сети откроется тиристор VS2, таким образом, нагрузка будет подключена к сети переменного тока. При отключении контактами К размыкаются цепи управляющих электродов, тиристоры закрываются и нагрузка отключается от сети.

Рисунок - Схема электрическая однополюсного контактора

Бесконтактные трехполюсные тиристорные пускатели. Для включения, отключения, реверсирования в схемах управления асинхронными электродвигателями разработаны тиристорные трехполюсные пускатели серии ПТ. Пускатель трехполюсного исполнения в схеме имеет шесть тиристоров VS1, …, VS6, включенных по два тиристора на каждый полюс. Включение пускателя осуществляется посредством кнопок управления SB1 «Пуск» и SB2 «Стоп».

Рисунок - Схема трехполюсного тиристорного пускателя

Схема тиристорного пускателя предусматривает защиту электродвигателя от перегрузки, для этого в силовую часть схемы установлены трансформаторы тока ТА1 и ТА2, вторичные обмотки которых включены в блок управления тиристорами.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Полупроводниковые преобразователи частоты для установок индукционного нагрева: Учеб. пособие / В.М. Яров, В.П. Терехов, А.Н. Ильгачев. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2005, 228 с.

2. Электрические аппараты: Учеб. Пособие / А.А. Чунихин. Москва: Изд-во Энергия 1975 г.

3. Мощные полупроводниковые приборы. Тиристоры: Справочник / Под редакцией В.Я. Замятина. - М.: Радио и связь, 1987. - 576 с.: ил.

Размещено на Allbest.ru