På alle stadier af produktion, transmission, distribution og forbrug af elektrisk energi i næsten alle sektorer af den nationale økonomi spiller elektriske enheder en vigtig rolle.

Elektriske enheder (kontaktorer, startere, elektromagneter) er en del af automatiske, halvautomatiske og manuelle styresystemer til elektriske kraftværker, elektriske drev, elektriske lysanordninger, elektriske tekniske installationer osv. De bruges til at styre opstarten, regulere rotationshastigheden og udføre elektrisk bremsning af elektriske motorer. Elektriske enheder bruges til at regulere strømme og spændinger af generatorer. De udfører funktionerne med at overvåge og beskytte installationer, der forbruger elektricitet.

Således giver brugen af ​​elektromekaniske enheder dig mulighed for at styre driften af ​​elektriske og ikke-elektriske genstande i henhold til et givet program, samt beskytte disse genstande mod uønskede forhold - overbelastninger, overspændinger, uacceptabelt høje strømme osv.

Mange elektriske enheder er designet til at udføre en enkelt funktion i et kontrol- eller beskyttelsessystem, men der er også multifunktionelle enheder.
Driften af ​​elektromekaniske enheder i automatiseringssystemer er baseret på en række fysiske fænomener: interaktionen mellem ferromagnetiske legemer i et magnetfelt, en leders kraftinteraktion med strøm og et magnetfelt, forekomsten af ​​EMF i spoler og hvirvelstrømme i massive legemer af elektrisk ledende materiale, når der opstår et vekslende magnetfelt, den termiske effekt af elektrisk strøm osv.

Hoveddelene af elektriske apparater er

• elektriske kontakter (faste og bevægelige, hoved- og hjælpekontakter),
• mekanisk eller elektromagnetisk drev af kontaktgruppen (kontakt og tryk på bevægelige og faste kontakter)
• kontrolhåndtag (knapper) og arbejdsviklinger.
  Den elektriske enhed udløses, det vil sige, den lukker og åbner kontakter eller forbinder de bevægelige og stationære dele af den elektromagnetiske mekanisme under påvirkning af:

1) servicepersonale, der trykker på kontrolhåndtagene (knapper); i dette tilfælde kaldes enheden manuel eller halvautomatisk;
2) elektriske størrelser, der karakteriserer driften af ​​det kontrollerede (styrede) objekt, skiftende eller på arbejdsviklingerne; i dette tilfælde kaldes enheden automatisk.

Afhængigt af de funktioner, som enheden skal levere, kan der stilles forskellige krav til den, men hovedkravene er pålidelighed og driftsnøjagtighed: pålidelig forbindelse af kontakter, lav elektrisk modstand ved kontakternes kryds, nøjagtighed af afhængigheden af driftsmoment på værdien af ​​styrestrømmen eller spændingen.

Følgende elektriske enheder er kendetegnet ved formål:

1) omskiftning (afbrydere, afbrydere, afbrydere);
2) beskyttende, hvis hovedformål er at beskytte elektriske kredsløb mod uacceptabelt høje strømme, overspændinger, reduktioner osv. (sikringer, beskyttelsesrelæer);
3) ballaster, designet til at styre elektriske drev og andre industrielle forbrugere af elektricitet (kontaktorer, startere, kontrolrelæer);
4) overvågning og regulering, designet til at overvåge og vedligeholde de vigtigste procesparametre (sensorer og relæer) i et givet område;
5) elektromagneter (strøm), der bruges til at holde eller
flytte objekter i produktion eller forvaltning
behandle.

Dette kapitel diskuterer elektriske enheder (relæer, startere, kontaktorer og elektromagneter) og nogle kontrol- og reguleringskredsløb, der bruger elektromekaniske enheder.

Lad os først og fremmest overveje funktionerne ved driften af ​​elektriske kontakter og driften af ​​den elektromagnetiske mekanisme - drevet af kontaktgruppen af ​​elektriske enheder.

Afsnit 2. Lavspændings elektriske apparater

Emne 2.1 Elektriske manuelle styreenheder

1. Afbrydere - formål, design, funktioner i drift og design, anvendelse

2. Kommandoenheder - klassificering, formål, design, funktioner i drift og design, anvendelse.

3. Modstande og reostater - formål, design, funktioner i drift og design, anvendelse

Valget af knivafbrydere, pakkeafbrydere

Spørgsmål 1. Afbrydere

Kontakt– den enkleste manuelle styreenhed, som bruges til at skifte elektriske kredsløb ved spændinger op til 660 V AC og 440 V DC og strømme fra 25 til 10.000 A.

Knivsymbol på elektriske diagrammer: - enkeltpolet

Tre-polet

Kontakter er designet til at skifte kredsløb og er designet til at skabe et synligt brud i elektriske kredsløb. Den mekaniske ressource for knivafbrydere er op til 10.000 operationer.

Afbrydere er lavet en-, to- og trepolet. Deres hovedelementer er: faste indskårne kontakter, bevægelige kontakter hængslet i andre faste kontakter. Afbrydere er monteret på isolerende dele, plader, rammer. Designet af kontakten kan laves til at forbinde ledninger fra bagsiden eller forsiden.

Bue udryddelse jævnstrøm ved lave strømme op til 75 A opstår på grund af dens mekaniske strækning af divergerende knive. Ved høje strømme udføres slukning hovedsageligt på grund af buens bevægelse under påvirkning af strømkredsløbets elektrodynamiske kræfter (afbryderdele osv.).

Når du installerer afbrydere i distributionsbokse eller lukkede koblingsanlæg med lille volumen, bliver det meget vigtigt at begrænse lysbuens størrelse. Det er nødvendigt, at de ioniserede gasser, der er tilbage, efter at lysbuen går ud, ikke forårsager overslag til huset eller mellem strømførende dele. I sådanne tilfælde er kontakter udstyret med forskellige typer buedæmpningskamre.

Fig. 2.1 To-polet omskifter

Strukturel betegnelse af kontakten:

Opgave 1. a). Angiv kontaktpositionerne i figur 2.2.

Spørgsmål 2. Kommandoenheder

Trykknapper– elektriske manuelle styringsanordninger, der er designet til operatøren for at give en kontrolhandling ved styring af forskellige elektromagnetiske anordninger (relæer, startere, kontaktorer osv.), samt til at skifte styrekredsløb, alarmer og elektrisk sammenlåsning af DC- og AC-kredsløb. De består af et hus eller en base, knapper, laver og bryder kontakter. Flere knapper installeret på et fælles panel eller i et fælles hus kaldes en trykknapstation.

STOP-knap, START-knap

Eksempel symbol for trykknapstationen KE

KE XXX XXXX:

KE- seriebetegnelse;

XX- design i henhold til typen af ​​kontrolelement og tilstedeværelsen af ​​specielle enheder: fra 0,1 til 21;

x- antal kontaktelementer: 1-1 eller 2; 2 - 3 eller 4;

XXX- klimatisk modifikation i henhold til GOST 15150-69: U, HL, T - til kontakter på Kamenets-Podolsk elektromekaniske anlæg; U, B - til afbrydere fra Rheostat ballastfabrikken;

Design af trykknapkontakt (fig. 2.3.)

Fig. 2.3 Design og symbol på trykknapper

Knapperne har faste kontakter 1 , kontaktbro med bevægelige kontakter 2 , forår 3 , for at returnere broen.

EN- knap med lukkekontakter ( "Start");
b- knap med normalt åbne kontakter ( "hold op").

Opgave 2. a). Besvar spørgsmålet: Hvilke materialer er trykkontaktkontakter lavet af?

Batchafbrydere og afbrydere(Figur 2.4) – manuelt betjente elektriske enheder designet til at skifte styre- og signalkredsløb i elektriske motorers omvendte startkredsløb, samt elektriske kredsløb på 380 V AC og 220 V DC med lav effekt under belastning.

Fig. 2.4 Generelt billede af pakkekontakten

Symbol for enhver kontakt:

Grundlæggende har kontakter følgende design: koblingspakker (kontakter) identiske i design er samlet på en aksel, holdt i den samlede position af en låsemekanisme. Drejning af omskifterhåndtaget får akslen til at rotere, og med den drejer koblingsanordningernes knaster, som lukker eller åbner kontakterne.

Koblingsenheden har et eller to kontaktsystemer, elektrisk isoleret eller forbundet med en jumper, afhængigt af det elektriske kredsløb, og består af et hus, faste kontakter, kontaktbroer, skubbere, knaster og fjedre.

Universalkontakter. (Fig. 25.) Kontakter kan opdeles i to grupper: med roterende bevægelige kontakter i MK- og PMO-serien og knastkontakter UP5300, PKU.

Universalkontakter i den normale udgave er produceret i UP5300-serien; vandtæt - UP5400-serien; eksplosionssikker - UP5800-serien. De er kendetegnet ved antallet af sektioner såvel som ved håndtagets faste positioner og rotationsvinkel, dets form og andre egenskaber.

Fig. 2.5 Generelt billede af universalkontakter

Kontakterne kan have 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16 sektioner. I afbrydere med et antal sektioner fra 2 til 8 er håndtaget fastgjort i hver position eller der anvendes et håndtag med selvretur til midterposition.

Antallet af faste positioner og håndtagets drejningsvinkel er angivet med det tilsvarende bogstav i midten af ​​kontaktens nomenklaturbetegnelse. Bogstaverne A, B og C angiver kontaktens design med selvretur til midterpositionen uden at låse. Desuden angiver bogstavet A, at håndtaget kan drejes 45° til højre (med uret) og venstre (mod uret), B - kun 45° til højre, C - 45° til venstre. Bogstaverne G, D, E og F angiver, at kontaktens design er fastgjort i positioner ved 90°. Desuden angiver bogstavet G, at håndtaget kan drejes til højre med en position, D - til venstre med en position, E - en position til venstre og højre, F - kan være i venstre eller højre position ved en vinkel på 45° til midten (i gennemsnitsposition er håndtaget ikke fast).

Bogstaverne I, K, L, M, N, S, F, X angiver, at kontakten er låst i positioner ved 45°. Bogstavet I angiver, at håndtaget kan drejes til højre en position, K - venstre en position, L - højre eller venstre to positioner, M - højre eller venstre tre positioner, N - højre otte positioner, S - højre eller venstre en position position, F - højre en position og venstre to positioner, X - højre tre positioner og venstre to positioner.

Håndtaget kan være ovalt eller drejeligt. Typisk har kontakter med op til seks sektioner inklusive cirkulær rotation (otte positioner) et ovalt håndtag.

Betegnelsen for hver kontakt indeholder et forkortet navn, det konventionelle nummer for dette design, et nummer, der angiver antallet af sektioner, typen af ​​lås og katalognummeret på kontaktdiagrammet. For eksempel er betegnelsen UP5314-N20 dechifreret som følger: U - - universal, P - switch, 5 - ureguleret kommandoenhed, 3 - rackless design, 14 - antal sektioner, N - type lås, 20 - katalognummer på diagrammet.

Hoveddelen af ​​UP5300-kontakten er arbejdssektionerne, der er strammet med tapper. En rulle passerer gennem sektionerne, i den ene ende af hvilken der er et plastikhåndtag. For at fastgøre kontakten til panelet er der lavet tre fremspring med huller til monteringsskruer i dens forvæg. Omskiftning af elektriske kredsløb udføres af eksisterende kontakter.

Små afbrydere designet til installation på tavlepaneler, kan bruges til fjernstyring af koblingsenheder, i signal-, måle- og automatiseringskredsløb med vekselstrømspænding op til 220 V og er designet til en mærkestrøm på 6 A.

Hver afbryder har sit eget koblingskredsløb og kontaktlukningsdiagram.

Små afbrydere i serien er designet til installation på kontrolpaneler. De bruges til fjernstyring af koblingsenheder (relæer, elektromagnetiske startere og kontaktorer) og i signal-, måle- og automatiseringskredsløb ved AC- og DC-spændinger op til 220 V. Kontaktkontakter er designet til en strøm på 3 A.

Afbrydere består af 2, 4 og 6 kontaktpakker. Pakke cam universalkontakter PKU bruges i elektriske motorstyrekredsløb i manuel, halvautomatisk og automatisk tilstand. De er designet til 220 V DC og 380 V AC.

Afbrydere i PKU-serien er kendetegnet ved installations- og fastgørelsesmetoden, antallet af pakker, faste positioner og håndtagets rotationsvinkel. De bogstaver og tal, der er inkluderet i betegnelsen for kontakten, for eksempel PKU-3-12L2020, betyder: P - switch, K - cam, U - universal, 3 - standardstørrelse bestemt af strømmen på 10 A, 1 - design i henhold til beskyttelsestypen (uden beskyttelsesskal), 2 - version i henhold til installations- og fastgørelsesmetoden (installation bag panelpanelet med fastgørelse til frontbeslaget med en frontring), L - positionsfiksering ved 45 °, 2020 - diagram og diagramnummer ifølge kataloget.

Opgave 2. b).Navngiv positionerne af pakkeomskifteren vist i figur 2.6.

Fig.2.6.Batchkontakt

Skift kontakter designet til manuel omskiftning af lavspændings, laveffekt elektriske kredsløb, der ikke kræver hyppig omskiftning.

Ris. 2.7. Vippekontakt

Opgave 2.c). Hvad er de omtrentlige overordnede dimensioner af vippekontakten?

Controller– en koblingsenhed, der starter og regulerer elmotorens hastighed. Flerkædet elektrisk apparat med hånd- eller foddrev til direkte omskiftning af strømkredsløb i elektriske motorer. Designet er de opdelt i knast, tromle, flad og magnetisk.

Der er tre typer controllere : flad, tromle, cam.

Flade controllere kan udføres i et større antal trin sammenlignet med tromme- og cam-, men deres omskiftningskapacitet er mindre. Deres design udføres efter princippet om rheostat-omskiftningsenheder

Trommecontrollere bruges til at styre motorer med effekt op til 75 kW. Deres skifteevne er lav. De tillader op til 120-240 skift i timen.

Cam-controllere tillade op til 600 skift i timen. Deres kontaktenhed fungerer på samme måde som kontaktorernes kontaktanordning, dvs. Hvert koblingselement har et lysbuedæmpningssystem.

Opgave 2. d). Navngiv regulatorens positioner i fig. 2.8.

Figur 2.8. Power controller

Fig.2.9. Typer af modstande

Modstande på en termisk ramme er lavet i form af en cylinder eller et rør lavet af varmebestandigt materiale (porcelæn, ildfast ler), hvorpå tråd med høj modstand (konstantan, fechral, ​​støbejern, stål, nichrom, ferronichrom) er viklet. For at forbedre varmeoverførslen og beskytte ledningen mod at glide, er modstandene belagt med et lag emalje eller glas.

Loop modstande bestå af en stålplade, på hvis sidekanter der er fastgjort porcelæns- eller steatitisolatorer, med udsparinger, hvori der er anbragt tråd eller modstandstape. Udgangene fra trinene er lavet i form af klemmer eller loddede kobberspidser.

Støbejern og stemplede stålmodstande er lavet i en zigzag form med ører til fastgørelse.

Rheostat- Dette er en enhed, der består af et sæt modstande og en enhed, hvormed du kan justere modstanden på de medfølgende modstande.

Konventionel grafisk repræsentation af en reostat. Dimensionerne af rektanglet er 8x4.

Afhængigt af formålet skelnes følgende typer af rheostater::

Startanordninger til start af jævn- og vekselstrømselektriske motorer;

Kontrolgear til start og regulering af motorens omdrejningshastighed;

Excitationsrheostater - til regulering af excitationsstrømmen i excitationsviklingerne af elektriske maskiner (fig. 2.10.);

Fig.2.10. Konstruktivt diagram af excitationsreostaten

Last eller ballast - til at absorbere elektricitet.

Opgave 3. a) Prøv ved at se på figur 2.11 selv at finde ud af, i hvilken retning du skal flytte motoren for at:
a) øge modstanden inkluderet i kredsløbet?
b) reducere modstanden?

Fig.2.11

Opgave 4. Kontrol af graden af ​​assimilering af den undersøgte information på spørgsmål 1,2,3

emner 2.1 "Elektriske manuelle styreenheder"

a) navngiv enhederne vist i figur 2.12.

Fig.2.12.

b) Angiv de elementer, som alle manuelle betjeningskontakter har:

Tabel 2.1 Udvalg af afbrydere, batchafbrydere

Opgave 5. Vælg den trefasede hovedafbryder installeret i strømpanelet med en indgangsspænding på 380 V. Effekten transmitteret af kredsløbet er 20 kW. Estimeret værdi af maksimal kortslutningsstrøm svarer til 11,5 kA. Tekniske data for trefaseafbrydere er vist i tabel 2.2. Dechifrer mærket på den accepterede kontakt

Løsning: 1. Bestem den beregnede værdi af omskifterstrømmen

2. Udfyld tabel 2.1 under hensyntagen til dataene og tabel 2.2. (fortsæt på egen hånd)

Tabel 2.2 Tekniske data for afbrydere

Switch type	R-25	RPS-1 (med sikring, sideforskydning)	RC-1 (med centralt håndtag)	RB
Nominel spænding, V
Mærkestrøm, A		100,250,400,630	100,250, 400	100,250,400
Elektrodynamisk modstand, kA	2,8	20,20,30,32	1,2; 3,0; 4,8	1,5; 2,5; 4,5
Termisk modstand, kA 2 s
ydeevne	enkelt stang	tre-polet	tre-polet	tre-polet
Mekanisk slidstyrke		Mindst 2500 VO-cyklusser	Mindst 2500 VO-cyklusser	-

Opgave 6. Emne: "Manuel kontrolenheder"

Vælg det rigtige svar:

Hjemmeopgave. Afslut opgaverne.

Spørgsmål 3. Kontaktorer

Fig. 2.2.1 Udsnit og diagram af friktionskoblingen

Funktionsprincip for friktionskobling. Spænding tilføres gennem slæberinge til feltviklingen monteret på den drevne aksel. Denne vikling skaber en magnetisk flux F, som lukker gennem koblingsarmaturen. Den resulterende elektromagnetiske kraft bevæger ankeret til venstre, og de drivende og drevne dele af akslen går i indgreb gennem friktionsfladerne. Når spændingen fjernes, og den magnetiske flux forsvinder, flytter returfjederen ankeret til højre, og koblingen udkobles. Friktionsflader (friktionsskiver) er fremstillet af slidstærke materialer med høj friktionskoefficient. Konventionelle materialer kan bruges: stål på stål, stål på støbejern, stål på bronze osv. De mest avancerede er metal-keramiske materialer (kobber 68%, tin 8%, bly 7%, grafit 6%, silicium 4%, jern 7%) En ensartet blanding af disse pulvere presses under højt tryk og sintres ved en temperatur på 700-800 C. Lavtsmeltende komponenter trænger ind i blandingens porer og lodder hele sammensætningen.

Feltviklingen kan drives af jævn- eller vekselstrøm. Ved vekselstrømseffekt er der forskelle i koblingens design med hensyn til fremstillingen af ​​det magnetiske kredsløb. Den magnetiske kerne er lavet af lamineret elektrisk stål.

Ferropowder koblinger Det er to koncentriske ståldele med flade overflader mod hinanden, mellem hvilke der er en lille luftspalte. Den ene del er stift forbundet med drivakslen, den anden til den drevne drivaksel. Hvis rummet mellem flade overflader er fyldt med meget fint ferromagnetisk pulver, danner pulverpartiklerne i nærvær af et magnetisk felt i luftgabet mekaniske bindekæder, der skaber en adhæsionskraft af en del til en anden. Som et resultat vil rotation blive overført fra en del til en anden. Når magnetfeltet fjernes, vil ledbåndene gå i opløsning, den mekaniske forbindelse vil blive brudt, og systemet stopper med at rotere. Magnetfeltet skabes af en vikling med en kerne stift fast i rummet. Den magnetiske flux kobles langs koblingens magnetiske materialer (ståldel, ring, ferromagnetisk pulver, rotor)

Til ferro-pulverkoblinger anvendes carbonyl, silicium og vortexjern. Pulveret opnås ved nedbrydning af jernpentacarbonyl (ferum (CO) 5 = ferum + 5 CO). Ferromagnetisk pulver bruges i en lige blanding med en separator - grafit, zinkoxid, talkum osv. Det er designet til at beskytte pulveret mod at klæbe og danne klumper.

Der skabes særlige tætninger i koblingerne, så pulveret ikke kommer ud over luftspalterne, og magnetiske fangere, der tiltrækker pulverpartikler, der kommer ud af koblingen.

I en ferropulverkobling af tromletypen (fig. 2.2.2) er drivakslen 1 forbundet via ikke-magnetiske flanger 2 til en ferromagnetisk cylinder (tromle) 3. Inde i cylinderen er der en elektromagnet 4 forbundet med den drevne aksel 6 Elektromagnetens vikling 5 drives gennem slæberinge (i figuren ikke vist). Det indre hulrum 7 er fyldt med ferromagnetisk pulver (rent eller carbonyljern) med korn, der varierer i størrelse fra 4-6 til 20-50 mikron, blandet med tørt (talkum, grafit) eller flydende (transformer, silikoneolier) fyldstof. Når viklingen er deaktiveret, og drivdelen (tromlen) roterer, forbliver elektromagneten og den drevne aksel stationære, da fyldstoffets ferromagnetiske korn bevæger sig frit i forhold til hinanden. Der er en vis friktion mellem tromlen og elektromagneten, men den er forholdsvis lille.

Ris. 2.2.2. Tromle Type Elektromagnetisk Ferropowder Kobling

Når der påføres spænding til elektromagneten, mister de ferromagnetiske pulverkorn bevægelsesfrihed under påvirkning af viklingens magnetfelt. Mediets viskositet i tromlen stiger kraftigt. Friktionskraften mellem tromlen og elektromagneten øges. Et moment vises på den drevne aksel.
Ved en vis excitationsstrømværdi hærder det ferromagnetiske pulver og fyldstof fuldstændigt. Tromlen og elektromagneten bliver stift forbundet. Det transmitterede moment kan betragtes som momentet fra friktionskraften, der virker mellem pulveret og den indre cylindriske overflade af tromlen.

På grund af det faktum, at mellemrummet mellem tromlen og elektromagneten er fyldt med en ferromagnetisk blanding, er dens magnetiske ledningsevne meget høj, hvilket gør det muligt at reducere den nødvendige MMF af viklingen og øge koblingskontrolkoefficienten, svarende til forholdet af den transmitterede effekt til styreeffekten (elektromagneteffekt).

Det er tilrådeligt at bruge ferro-pulverkoblinger, hvor høj hastighed, høj koblingsfrekvens og jævn kontrol af hastigheden af ​​den drevne aksel er påkrævet. Ulempen ved ferro-pulverkoblinger er den lavere overførte effekt med samme overordnede dimensioner som en friktionskobling.

Fordelen ved pulverkoblinger er deres hastighed, som er 10 - 15 gange højere end for elektromagnetiske friktionskoblinger.

I hysteresekoblinger(Figur 2.2.3) skabes mekaniske adhæsionskræfter mellem de drivende og drevne dele ved at bruge fænomenet restmagnetisering af hårde magnetiske materialer. Det magnetiske system består af to dele: den ene er forbundet til drivakslen, den anden til den drevne aksel. Den magnetiserende vikling er placeret på drivakslen. Den magnetiske flux, der skabes af viklingen, vil krydse akslernes magnetiske systemer, og dens bane vil ligge langs områderne med den laveste magnetiske modstand, hvilket resulterer i, at hysterese magnetiske skiver af den drevne aksel vil blive tiltrukket af tænderne på drivakselkernen (driftsprincippet ligner princippet om drift af IM, kun der er ingen vikling på rotoren)

Fig.2.2.3.Generelt billede af hysteresekoblingen

Elektromagnetiske bremseanordninger– elektromagnetiske fjernbetjeningsanordninger designet til at fastgøre mekanismens position, når den elektriske motor er slukket. De er opdelt i blok, disk og tape.

Opgave 2.a) Lav en logisk kæde af princippet om drift af en friktionskobling.

Opgave 2.b) Prøv at navngive elementerne i koblingen vist i figur 2.2.4.

Fig.2.2.4.

Opgave 2.c) Udfør sætningerne:

Koblingen er...

En elektromagnetisk kobling er...

Ferromagnetisk pulver er...

Fordele ved pulverkoblinger...

Driftsprincippet for hysteresekoblingen er baseret på...

Ordliste

Lov om elektromagnetisk induktion: Skæringspunktet mellem en leder og et magnetfelt bevirker, at der induceres en emk i lederen.

Lov om elektromagnetisk kraft: samspillet mellem strøm i en leder og et magnetfelt forårsager skabelsen af ​​en elektromagnetisk kraft, der virker på denne leder.

Hysterese- forsinkelse i ændringer i en fysisk størrelse, der karakteriserer magnetiseringstilstanden af ​​et stof, især stål

Relæ egenskaber

Relæets hovedegenskaber bestemmes af afhængighederne mellem parametrene for udgangs- og indgangsmængderne.

Følgende hovedkarakteristika for relæet skelnes.

1. Størrelsen af ​​XSR-relædriften– værdien af ​​den indgangsparameter, ved hvilken relæet tænder. Den aktiveringsværdi, som relæet er justeret til, er kaldet sætpunkt.

2. Driftseffekt af PSR-relæ– den minimumseffekt, der skal tilføres det modtagende organ for at overføre det fra en hviletilstand til en arbejdstilstand.

3. Styret effekt Rupr– effekt styret af relæets koblingselementer under koblingsprocessen. Ud fra styreeffekten skelnes der mellem relæer af laveffektkredsløb (op til 25 W), relæer af mellemeffektkredsløb (op til 100 W) og relæer af højeffektkredsløb (over 100 W), som hører til strømrelæer og kaldes kontaktorer.

4. Relæsvarstid tср– tidsrummet fra påføringen af ​​XCP-signalet til relæets indgang, indtil indvirkningen på det kontrollerede kredsløb begynder. Ud fra responstiden skelnes der mellem normale, højhastigheds-, langsomtvirkende og tidsrelæer. Typisk for normale relæer tav = 50...150 ms, for højhastighedsrelæer tav = 1 s.

Opgave 3: EN) Klassificer relæer

Fig.2.2.5

Den modtagende del består af en elektromagnet 1, som er en spole placeret på en stålkerne, et anker 2 og en fjeder 3.

Aktiveringsdelen består af faste kontakter 4, en bevægelig kontaktplade 5, gennem hvilken relæets føledel virker på aktiveringsdelen, og kontakter 6.

Fig.2.2.6

Fig.2.2.7.

Spørgsmål 3. Kontaktorer

Kontaktorer– disse er fjernbetjente enheder designet til hyppig tænding og slukning af strømkredsløb under normale driftsforhold. En kontaktor er måske den ældste enhed, der blev brugt til at styre elektriske motorer. Elektromagnetiske kontaktorer er de mest udbredte i hele verden. De er de vigtigste omskiftningsenheder til kredsløb med strømme på over 50 A.

Klassificering af kontaktorer

Alle kontaktorer er klassificeret:

efter typen af ​​strøm af hovedkredsløbet og styrekredsløbet (inklusive spolen) - jævnstrøm, vekselstrøm, jævnstrøm og vekselstrøm;

ved antallet af hovedpoler - fra 1 til 5;

i henhold til den nominelle strøm af hovedkredsløbet - fra 1,5 til 4800 A;

i henhold til den nominelle spænding af hovedkredsløbet: fra 27 til 2000 V DC; fra 110 til 1600 V AC med en frekvens på 50, 60, 500, 1000, 2400, 8000, 10.000 Hz;

i henhold til koblingsspolens nominelle spænding: fra 12 til 440 V DC, fra 12 til 660 V AC med en frekvens på 50 Hz, fra 24 til 660 V AC med en frekvens på 60 Hz;

i henhold til tilstedeværelsen af ​​hjælpekontakter - med kontakter, uden kontakter.

Fig.2.2.8. Generel visning af kontaktoren

Kontaktorer består af et system af hovedkontakter, lysbueslukning, elektromagnetiske systemer og hjælpekontakter.

Fig. 2.2.9 Diagram af en elektromagnetisk kontaktor

2.2.10.Design af en elektromagnetisk kontaktor: a) generelt billede, b) lysbueslukningssystem og kontaktsystem, c) elektromagnetisk system

På metalskinnen 5 fastholder et beslag 17 kernen 2 af det magnetiske kredsløb med en spole 4. Kernen 2 har en kortsluttet drejning 3 og er dæmpet af en fjeder 18. Gennem isoleringsblokken 15, tre blokke 1 af stænger er fastgjort til skinnen med faste kontaktdele 9 og en lysbueslukkende spole 16. Bevægeligt system Kontaktoren er installeret på en isoleret aksel 7 og roterer i lejer 6. Den bevægelige kontaktdel 11 er fastgjort i kontaktholderen 13 og er fjederbelastet af en fjeder 12. Forbindelsen med kontaktbolten sikres af en fleksibel forbindelse 14. Hver blok har et lysbueslukningskammer 10. Der er også monteret hjælpekontakter 8 på akslen.

Hovedkontakter luk og åbn strømkredsløbet. De skal være designet til at bære mærkestrømmen i lang tid og til at producere et stort antal tænder og slukker ved høj frekvens. Kontaktpositionen anses for at være normal, når der ikke løber nogen strøm rundt om kontaktorens retraktorspole, og alle eksisterende mekaniske låse er udløst.

Hovedkontakterne kan være af stang- eller brotype. Håndtagskontakter kræver et roterende bevægeligt system, mens brokontakter kræver et lineært bevægeligt system. Figur 2.2.11 viser den sekventielle kinematik af kontaktorkontaktens bevægelse under lukning.

Fig.2.2.11.

Som regel falder kontaktens rotationsakser ikke sammen for håndtagskontakter. Derudover rører kontakterne, før det bevægelige system når sin endeposition. Som et resultat, når den lukkes og åbnes, ruller den bevægelige kontakt og glider over den faste. Derfor er det indledende kontaktpunkt ved lukning og det er også slutkontaktpunktet og følgelig det punkt, hvor lysbuen opstår, når åbningen er forskudt i forhold til kontakternes endelige kontaktpunkt. På grund af dette er de overflader, der giver langvarig strømledning, og som bestemmer kontaktmodstanden, fjernt fra det punkt, hvor lysbuen opstår. Nå, glidning af kontakterne med tilstrækkeligt kontakttryk fører til sletning af oxidfilmen og forskelligt akkumuleret snavs fra kontaktfladen, dvs. selvrensning af kontakterne forekommer. Da kontakterne i koblingsenheder måske er de svageste dele af enheden, ser vi, at i dette tilfælde gør selve designet af kontaktorernes strømkontakter, at den transiente kontaktmodstand forbliver stabil i lang tid, hvilket igen i høj grad påvirker pålideligheden og pålideligheden af ​​driften af ​​kontaktoren som helhed. Men intet er perfekt, så denne håndtagskontakt har sine ulemper. Skridning med den ruhed, som kontaktflader normalt har (især arbejdsflader), forårsager yderligere kontaktsnak ved lukning og som følge heraf øget slid. Nå, en fuldstændig afvisning af at glide, selvom trykket ikke er højt nok, vil føre til hurtig overophedning af kontakterne på grund af deres oxidation. Derfor skal du her vælge det mindre onde.

Opgave 4.a) Nævn tre fordele ved håndtagskontakterne vist i fig. 2.2.11

Håndtagskontakter kræver en fleksibel forbindelse for tilslutning til lederen, men i nogle tilfælde er den fleksible forbindelse kontaktsystemets svage punkt. Det er vanskeligt at udføre ved høje strømme, og dets mekaniske slidstyrke er lavere end andre dele.

Dernæst vil vi se på formålet og mulige designs. lysbueslukningssystem kontaktorer. Lysbueslukningssystemet sikrer slukning af den elektriske lysbue, der opstår, når hovedkontakterne åbner. Metoder til lysbueslukning og udformningen af ​​lysbueslukningssystemer bestemmes af typen af ​​strøm i hovedkredsløbet og kontaktorens driftstilstand. Lysbuesystemerne for DC-kontaktorer adskiller sig fra lysbuesystemerne for AC-kontaktorer på grund af det faktum, at principperne for lysbueslukning for jævn- og vekselstrøm er forskellige.

Lysbuekamre af DC-kontaktorer er bygget på princippet om at slukke en elektrisk lysbue ved et tværgående magnetfelt i kamre med langsgående slidser. Magnetfeltet, i langt de fleste designs, exciteres af en lysbueslukningsspole forbundet i serie med kontakterne. I 60'erne af det sidste århundrede blev strukturer med permanente magneter skabt i USSR, men de blev ikke udbredt. Kamre med smalle spalter, som kan være lige eller zigzag, øger brudkapaciteten betydeligt og begrænser størrelsen af ​​lysbuen og dens flamme uden for kammeret, men fuldstændig slukning af den elektriske lysbue i kammerets volumen kan ikke opnås ved hjælp af dette kammer .

AC-kontaktorer er lavet med bueslider med deionisk gitter. Når en bue opstår, bevæger den sig ind på gitteret, bryder i et antal små buer og går ud i det øjeblik, strømmen går gennem nul. Det er i princippet lettere at slukke en lysbue med vekselstrøm end med jævnstrøm, hvorfor jævnstrømskontaktorer har et mere komplekst lysbueslukningssystem.

Kontaktor elektromagnetisk system giver fjernstyring af kontaktoren, dvs. tænd og sluk. Systemets design bestemmes af typen af ​​strøm og kontrolkredsløb for kontaktoren og dens kinematiske diagram.

Det elektromagnetiske system består af en kerne, armatur, spole og fastgørelseselementer. Figur 6 viser et diagram over tænding af en elektrisk motor ved hjælp af en elektromagnetisk kontaktor.

Hjælpekontakter. De laver kontakter i kontaktorstyrekredsløbene såvel som i blokerings- og signalkredsløbene. De er konstrueret til langvarig strømføring på højst 20 A og strømafbrydelse på højst 5 A. Kontakterne er lavet som skabende eller brydende kontakter, i langt de fleste tilfælde af brotypen.

Opgave 4.b) Udfyld tabel 1

tabel 1

Funktionsprincip for kontaktoren. I den oprindelige slukkede position, når spændingen fjernes fra spolen, er det bevægelige system i normal position under påvirkning af fjederen. Kontaktoren tændes ved at trykke på "Start"-knappen. Der skabes en magnetisk flux i spolen, som tiltrækker ankeret til kernen. Samtidig med hovedkontakterne lukkes yderligere (hjælpe) kontakter, som blokerer (omgår) kontakterne på "Start"-knappen. Kontakttryk udføres af en fjeder. Armaturet er udstyret med en pakning lavet af ikke-magnetisk materiale, som reducerer tiltrækningskraften og når spændingen fjernes fra spolen, bevæger ankeret sig straks væk og klæber ikke.

Opgave 4.c) Byg en logisk kæde af operationer for kontaktorens driftsprincip (i alt syv punkter)

PME serie startere

Kontaktorer og magnetiske startere - formål, anvendelseskategorier, hovedparametre. Serie af DC- og AC-kontaktorer, deres design og driftsbetingelser. Vakuum kontaktorer. Magnetiske startere, deres driftsbetingelser og design. Ordninger af ikke-vendende og reverserende startere. Valg af kontaktorer og startere .

Automatiske kontakter. Formål, design og princip for drift af universal- og installationsmaskiner, typer af udløsninger, rolle for den frie udløsningsmekanisme. Hurtige automater. Automatiske feltslukningsmaskiner. Udvalg af maskiner.

Afbrydere og afbrydere.

Lav- og højspændingssikringer Driftsprincip og driftsbetingelser for sikringsforbindelser. Sikringsdesign, tids-strømkarakteristik. Højhastighedssikringer til beskyttelse af halvlederenheder. Valg af sikringer. Højspændingssikringer..

Controllere, kommandoenheder og rheostater - formål, design, skemaer. Typer af modstande og deres valg.

Elektromagnetiske koblinger - friktion, ferro-pulver, hysterese og induktion.

7.1. Retningslinier

Når du studerer hver type elektrisk apparat, er det nødvendigt at forstå følgende række spørgsmål: formålet og princippet om apparatets drift, dets varianter, struktur og elektriske kredsløb; krav til det; betegnelse af apparatet og dets elementer på diagrammerne; formål og arrangement af individuelle enheder af enheden; materialer, der anvendes til fremstilling af kritiske dele; grundlæggende parametre for enheden, tekniske data, driftstilstande, dens fordele og ulemper; ækvivalente kredsløb, karakteristika (i en grafisk repræsentation); grundlæggende kvantitative afhængigheder (formler), der karakteriserer apparatets funktion og dets egenskaber.

Det er også nødvendigt at være opmærksom på forskellene mellem nogle enheder og andre, for eksempel automatiske maskiner fra kontaktorer, kommandocontrollere fra effektcontrollere, reostater fra modstande. Det er nødvendigt at forstå samspillet mellem enheder, der bruges i automatiske styrekredsløb, for eksempel kontaktorer, med kommandoenheder, relæer og modstande.

Du bør være opmærksom på styreenheder baseret på brugen af ​​reed-kontakter og optokoblere.

Det er også påkrævet at blive grundigt fortrolig med designet af mindst ét ​​industrielt design af hver type enhed (DC-kontaktor, magnetisk starter, styreenhed osv.) ved hjælp af billeder og tegninger fra litteraturen og kataloger for industrielt elektrisk udstyr.

Der er ingen grund til at forsøge at huske de numeriske værdier af enhedsparametrene fra reference- og katalogdata; det er nok at have en idé om rækkefølgen af ​​disse værdier.

Elektriske apparater kaldes elektriske enheder til styring af energi- og informationsstrømme, driftstilstande, overvågning og beskyttelse af tekniske systemer og deres komponenter. Elektriske enheder, afhængigt af elementbasen og driftsprincippet, er opdelt i elektromekaniske og statiske.

TIL elektromekaniske anordninger Disse omfatter tekniske anordninger, hvor elektrisk energi omdannes til mekanisk eller mekanisk energi til elektrisk energi.

Elektromekaniske enheder bruges i næsten alle automatiserede systemer. Nogle systemer er udelukkende bygget på elektromekaniske enheder. For eksempel består automatiseringskredsløb til start, reversering og bremsning i et ureguleret elektrisk drev hovedsageligt af elektromekaniske enheder såsom relæer og kontaktorer. Elektromekaniske enheder bruges som sensorer, forstærkere, relæer, aktuatorer osv. Indgangs- og udgangsmængderne for disse enheder kan være enten mekaniske eller elektriske. De skal dog nødvendigvis udføre den gensidige omdannelse af mekanisk energi til elektrisk energi og omvendt.

Statiske enheder udføres på basis af elektroniske komponenter (dioder, tyristorer, transistorer osv.), samt styrede elektromagnetiske enheder, hvor input og output er forbundet gennem et magnetfelt i en ferromagnetisk kerne. Eksempler på sådanne enheder er en konventionel transformer lavet af elektrisk stål og en magnetisk forstærker.

Grundlaget for funktionen af ​​de fleste typer elektriske enheder (afbrydere, kontaktorer, relæer, kontrolknapper, vippekontakter, kontakter, sikringer osv.) er koblingsprocesser (tænding og slukning) af elektriske kredsløb.

En anden stor gruppe af elektriske enheder designet til at styre driftstilstande og beskytte elektromekaniske systemer og komponenter består af regulatorer og stabilisatorer af elektriske energiparametre (strøm, spænding, effekt, frekvens osv.). Elektriske enheder i denne gruppe fungerer på grundlag af kontinuerlige eller pulserende ændringer i elektriske kredsløbs ledningsevne.

Lad os se på nogle typer elektriske enheder.

Kontaktor er en elektrisk enhed designet til at skifte strømkredsløb både ved nominelle strømme og ved overbelastningsstrømme.

Magnetisk kontakt er en elektrisk enhed designet til at starte, stoppe, vende og beskytte elektriske motorer. Dens eneste forskel fra en kontaktor er tilstedeværelsen af ​​en beskyttelsesanordning (normalt et termisk relæ) mod termiske overbelastninger.

Den uafbrudte drift af asynkronmotorer afhænger i høj grad af starternes pålidelighed. Derfor stilles der høje krav til dem med hensyn til slidstyrke, koblingsevne, præcis drift, pålidelighed af motoroverbelastningsbeskyttelse og minimalt strømforbrug.

I kranmekanismer er controllere, der styrer lav- og mellemeffektmotorer, og kommandokontrollere (højeffektmotorer) meget udbredt.

Controller er en enhed, ved hjælp af hvilken den nødvendige omskiftning udføres i kredsløbene af AC- og DC-motorer. Skiftet udføres manuelt ved at dreje svinghjulet.

Kommando controller driftsprincippet er ikke forskelligt fra controlleren, men har et lettere kontaktsystem designet til at koble styrekredsløb.

Relæ Et elektrisk apparat kaldes, hvor der ved en jævn ændring i kontrol-(input)-mængden sker en brat ændring i den kontrollerede (output-) mængde.

Elektromagnetiske relæer er meget udbredt i forskellige automatiserede elektriske drivsystemer. De bruges som strøm- og spændingssensorer, tidssensorer, til at sende kommandoer og multiplicere signaler i elektriske kredsløb. De bruges som aktuatorer i sensorer af teknologiske parametre for forskellige maskiner og mekanismer.

Magnetisk kontakt (reedkontakt) er en kontakt, der ændrer tilstanden af ​​et elektrisk kredsløb ved mekanisk at lukke eller åbne det, når et kontrolmagnetisk felt påføres dets elementer. Reed-kontakter har øget hastighed og på grund af deres designfunktioner driftssikkerhed, hvorfor de er meget udbredt i automatiske systemer. På basis heraf oprettes relæer til forskellige formål, sensorer, knapper osv.

Aktuator- dette er en enhed, der bevæger det udøvende organ eller udøver en kraft på denne krop i overensstemmelse med specificerede funktioner, og når passende signaler leveres til styreviklingerne. Oftest bruges elektromekaniske aktuatorer til at konvertere et elektrisk signal til bevægelse af den bevægelige del af enheden. Eksempler er magnetventiler, magnetkoblinger, magnetlåse, skydeventiler mv.

Alle elementer i enhederne har etableret grafiske billeder og navne, hvoraf nogle er angivet i tabel.

Symboler for enhedselementer

Navn	Betegnelse
Trykknapkontakt: med normalt åben kontakt
med pausekontakt
Enkeltpolet afbryder
Skift af enhedskontakt: normalt åben
åbning
skifte
Kontakt til kobling af højstrømskreds: normalt åben
åbning
lukkebueslukning
lysbueslukning
Normalt lukket kontakt med en retarder, der virker, når den udløses
Elektrisk relæ med normalt åbne, normalt lukkede og skiftende kontakter

Placeringen af ​​kontakterne på enhederne vist på kontroldiagrammerne, i fravær af ekstern påvirkning, svarer til deres normale tilstand. Enhedskontakter er opdelt i at lave, bryde og skifte. I elektriske drevstyrekredsløb skelnes der mellem strøm- eller hovedkredsløb, hvorigennem elektrisk strøm tilføres elektriske motorer, samt hjælpekredsløb, som omfatter styre-, beskyttelses- og alarmkredsløb.

Elektriske drev af pumper,

Ventilatorer, kompressorer

I moderne teknologi består en stor klasse af maskiner designet til at levere væsker og gasser, som er opdelt i pumper, ventilatorer og kompressorer. De vigtigste parametre, der kendetegner driften af ​​sådanne maskiner, er flowet (ydelsen), trykket og trykket, de skaber, samt den energi, der tilføres strømmen af ​​deres arbejdende dele.

Typisk er disse elektriske drivsystemer opdelt i flere grupper:

1) Pumper, ventilatorer, centrifugalkompressorer, hvis statiske effekt på akslen varierer i forhold til omdrejningstallets terning, hvis tomgangstab kan forsømmes, og der ikke er modtryk, dvs. det er mekanismer med bl.a. kaldet fankarakteristik. Dette er den mest almindelige gruppe;

2) Forskellige pumper og kompressorer af stempeltypen, hvis akselkraft varierer sinusformet afhængigt af krumtappens rotationsvinkel. For enkeltvirkende stempelpumper sker forsyningen kun, når stemplet bevæger sig fremad, under omvendt slag er der ingen forsyning;

3) Forskellige dobbeltvirkende pumper og kompressorer af stempeltypen. Fodring udføres, når stemplet bevæger sig i begge retninger.

Justerbart elektrisk drev af mekanismer med blæsermoment

I installationer, der kræver jævn og automatisk foderstyring, anvendes det elektriske drev justerbar.

Egenskaberne ved centrifugalmekanismer skaber gunstige driftsbetingelser for et justerbart elektrisk drev både med hensyn til statiske belastninger og det nødvendige hastighedsreguleringsområde. Når hastigheden falder, i det mindste kvadratisk, falder modstandsmomentet på motorakslen også. Dette letter motorens termiske regime, når den kører ved reduceret hastighed. Fra proportionalitetslovene følger det, at det nødvendige område af hastighedskontrol i fravær af statisk tryk ikke overskrider det specificerede foderskifteområde

Hvis det statiske løftehøjde ikke er nul, så for at ændre flowet fra nul til den nominelle værdi hastighedskontrolområde påkrævet

hvor er trykket udviklet af mekanismen ved .

I gennemsnit for justerbare centrifugalmekanismer overstiger det nødvendige hastighedskontrolområde normalt ikke 2:1. De bemærkede egenskaber ved disse mekanismer og lave krav til stivheden af ​​mekaniske egenskaber gør det muligt med succes at bruge enkle skemaer for et kontrolleret asynkront elektrisk drev til dem.

For laveffektinstallationer (7...10 kW) løses problemet ved hjælp af et spændingsregulatorsystem - en asynkron motor med en egern-burrotor. Thyristorkontakter bruges oftest som spændingsregulatorer. Sådanne systemer har fundet anvendelse i ventilatorudstyrskomplekser designet til at sikre den nødvendige luftudskiftning og skabe de nødvendige temperaturforhold i husdyr- og fjerkræbygninger i overensstemmelse med veterinære standarder.

I installationer, hvor driftsforholdene tillader brugen af ​​en asynkronmotor med en viklet rotor, udvides mulighederne for et kontrolleret elektrisk drev. De mekaniske egenskaber ved dette drev sikrer stabil drift over et ret bredt hastighedsområde med et elektrisk drevsystem med åben sløjfe.

I nogle tilfælde anvendes hastighedskontrol af mekanismer drevet af asynkrone eller synkrone motorer. I dette tilfælde er en væskekobling eller asynkron slipkobling installeret mellem motorerne og produktionsmekanismen, hvilket giver dig mulighed for at ændre produktionsmekanismens hastighed uden at ændre motorens hastighed.

Overvej f.eks Elektrisk diagram overering.

Styrekredsløb for en asynkron egern-burmotor M en ventilator placeret i maskinrummet og designet til uafhængig ventilation af store elektriske maskiner er vist i fig. 4.13. Ventilatoren styres fra kontrolpanelet ved hjælp af en kontroltast K1 , med fire kontakter og et selv-nulstillingshåndtag. Nøgle K2 tjener til at tillade eller forbyde medtagelse af ventilatoren på installationsstedet, når der ikke er behov for dens drift.

Ordningen fungerer som følger. Nøgle K2 indstillet til position R (tilladt). Maskinen tænder AT 2 styrekredsløb og automatik I 1 hovedkredsløb (dens kontakt i starterens selvlåsende kredsløb lukker). Den grønne lampe lyser L3 (motor slukket). For at starte motoren M nøgle K1 bevæger sig fra nulposition 0 til startposition P . dette tænder den magnetiske starter TIL, Den er placeret på selvstrøm og bruger hovedkontakterne til at forbinde motorerne til netværket. Grøn lampe LZ går ud, rødt lys Okay lyser - motoren er tændt.

Nøglehåndtag K1 slippes, og nøglen vender tilbage til nulpositionen, hvor kontakten 2 nøglen lukkes og kontakten 1 forbliver lukket.

Diagrammet giver mulighed for at teste ventilatoren på installationsstedet ved hjælp af en knap KnO . Blokering er også tilvejebragt (ved hjælp af en normalt åben blokkontakt TIL ), som ikke tillader den ventilerede maskine at blive tændt, før ventilatoren starter. Beskyttelse mod kortslutning eller overbelastning af motoren M udføres automatisk I 1 med kombineret udløsning. Og nul beskyttelse - ved starter TIL (det er ikke muligt at genstarte motoren før nøglehåndtaget K1 vil ikke blive placeret i udgangspositionen P) . Når ventilatoren er slukket som følge af beskyttelsen, aktiveres et advarselssignal, da kontakterne 3 Og 4 nøgle K1 mens den er lukket. Ved manuel slukning af ventilatoren ved at flytte og derefter slippe nøglehåndtaget K1 gravid MED der gives ikke et advarselssignal, fordi kontakten er åben 4 .

Grundlæggende elektricitet

Strøm forsyningkaldet generering, transmission og distribution af elektrisk energi mellem forbrugere.

Generering af elektrisk energi skabes af elektriske stationer. Næsten alle industrielle kraftværker har en synkron trefaset sinusformet spændingsgenerator som deres sidste element. Når enhedseffekten af ​​generatoren stiger, øges dens effektivitet, hvorfor moderne stationer har generatorer med meget høj effekt.

Elektriske stationer kan klassificeres som følger:

termiske, hydrauliske, nukleare, vindkraftværker, solkraftværker, geotermiske, tidevandsanlæg mv. mere almindelige end andre termiske kraftværker, som brænder kul, tørv, gas, olie osv. Disse stationer genererer elektrisk energi med en virkningsgrad på omkring 40%. Termiske stationer forurener luften på grund af ufuldstændig forbrænding af brændstof og utilstrækkelig filtrering af udstødningsgasser.

Hydrauliske stationer bruge energien fra vandstrømmen. Sådanne stationer producerer væsentligt billigere elektrisk energi. Et vandkraftværk med høj kapacitet har en virkningsgrad, der nærmer sig 90 %. Hydrauliske stationer forstyrrer vandbalancen i floder og forværrer også miljøet.

Atomkraftværker konvertere atomkernens fissionsenergi til elektrisk energi. Effektiviteten af ​​en atomkraftværksreaktor er 25…35 %. I tilfælde af en ulykke på et atomkraftværk er der en trussel om strålingsforurening af miljøet.

Driften af ​​enhver elektrisk energikilde kan forårsage miljøforstyrrelser. Derfor er der i udviklede lande meget opmærksomhed på teknologien til at generere elektrisk energi. Ved hjælp af moderne teknologi genererer nogle lande sikkert over 60 % af deres elektricitet fra atomkraftværker.

Brugen af ​​vind- og solkraftværker begynder. Lavstrømselektricitet leveres af geotermiske (i Kamchatka) og tidevandsstationer (på Kolahalvøen).

Synkrone generatorer af kraftværker inducerer en trefaset sinusformet EMF på 18 kV. For at reducere tab i elledninger ved step-up transformerstationer transformeres spændingen til 110 og 330 kV og tilføres Unified Energy System. Tab i transmissionsledninger er proportionale med strømmens kvadrat, så elektricitet transporteres med øget spænding og nedsat strøm.

Elledninger Der er overhead og kabel. Luftledninger (kraftledninger) er meget billigere end kabel (underjordiske) og er derfor mere udbredte. Strømledninger er forbundet til transformere med specielle højspændingskoblingsenheder.

Typisk forbruger industrivirksomheder elektrisk energi ved en spænding på 380 V. Derfor installeres distributionspunkter og transformerstationer foran forbrugeren, hvilket reducerer spændingen til 6...10 kV og 380...220 V.

Der er tre hovedordninger for strømforsyning til forbrugere: radial, hoved, blandet.

Radialt strømforsyningskredsløb giver mulighed for brug af en transformerstation for hver forbruger. Dette er en meget pålidelig strømforsyningsordning, men kræver et stort antal understationer.

Trunk kredsløb leverer kun få understationer, der indgår i krafttransmissionsledningen. Mange forbrugere er tilsluttet hver transformerstation.

Blandet skema giver sektioner med radiale og hovedindeslutninger. Forbrugerne hænger forskelligt sammen. Denne ordning bruges oftere.

Strømforsyningskredsløbet for en autonom energienhed kan være ret originalt. Funktioner ved strømforsyning afhænger af aktuatorernes funktionelle opgaver, driftsforhold, særlige krav til vægt, dimensioner, effektivitet af elektriske enheder osv.

Strømforsyning til industrivirksomheder. Omkring to tredjedele af al elektricitet forbruges af industrien. Strømforsyningsordningen for industrivirksomheder er bygget på et trinvist princip, antallet af trin afhænger af virksomhedens kraft og indretningen af ​​de enkelte elforbrugere. I det første trin tilføres elsystemets spænding til hovedtransformatorstationen, hvor den reduceres fra 110-220 kV til 10 -6 kV. Andettrinsnetværk leverer denne spænding til værkstedstransformatorstationer, hvor den reduceres til forbrugerspændingen. Tredje etape består af netværk, der fordeler spændingen i værkstedets transformerstation mellem de enkelte forbrugere.

I store virksomheder med højt elforbrug kan forbrugerne forsynes med en spænding på 660 V. De fleste virksomheder anvender trefasede net 380/220 V. I områder med øget fare bør den tilladte forsyningsspænding for forbrugerne ikke overstige 36 V. I særligt farlige forhold (kedler, metaltanke) – 12 V.

I henhold til den krævede strømforsyningssikkerhed er elektriske energiforbrugere opdelt i tre kategorier. Den første kategori omfatter de forbrugere, hvis afbrydelse af elforsyningen er forbundet med fare for mennesker eller medfører store materielle skader (højovnsbutikker, industrielle dampkedelhuse, løfte- og ventilationsinstallationer af miner, nødbelysning mv.) de skal arbejde løbende. For forbrugere af den anden kategori (den mest talrige) er madpauser tilladt i en begrænset periode. Forbrugere i den tredje kategori omfatter hjælpeværksteder og andre faciliteter, for hvilke der er tilladt strømafbrydelse i op til en dag.

For at øge pålideligheden af ​​strømforsyningen forsynes forbrugerne fra to uafhængige netværk og en automatisk tændt backup strømkilde. Der er "varme" og "kolde" backupkilder. En "varm" backup-kilde giver øjeblikkelig nødstrøm og bruges til problemfri nedlukning af forbrugeren.

Yderligere forbedring af strømforsyningssystemer til industrivirksomheder er forbundet med en stigning i forsyningsspændingen (fra 220 til 380 V, fra 6 til 10 kV osv.), mens højspændingen bringes så tæt som muligt på forbrugerne (dyb input) og reducerer antallet af transformationstrin.

Ledninger og kabler. Forskellige typer blottede ledninger bruges til at lægge luftledninger. Enkeltråds ståltråde er lavet med en diameter på højst 5 mm. De mest almindelige er snoede ledninger, som har høj styrke og fleksibilitet. De er lavet af identiske tråde, hvis antal kan nå 37. Diameteren af ​​trådene og deres antal er valgt på en sådan måde, at der sikres den største pakningstæthed af trådene i tråden. Normalt er 6, 11, 18 ledninger placeret rundt om en central og snoet løst. Strandede ledninger er lavet af stål, aluminium, stål-aluminium og bimetalliske ledninger. I stål-aluminium-tråde er nogle af trådene stål, nogle er aluminium. Dette sikrer mekanisk styrke med øget elektrisk ledningsevne. Bimetalliske ledninger fremstilles ved hjælp af den elektrolytiske metode: en stålkerne er belagt med et lag af kobber eller aluminium.

Til elektriske ledninger indendørs anvendes som regel isolerede ledninger lavet af kobber eller aluminium. Isolerede enkelttråds ledninger har større stivhed og et tværsnitsareal på højst 10 mm 2.

Strandede ledninger er lavet af fortinnet kobber eller aluminiumsledere. De er praktiske til installation og drift.

Elektriske kabler bruges til at lægge skjulte ikke-understøttede ledninger, samt til at kanalisere elektricitet, der leveres til bevægelige genstande. I kablet er ledningerne i en to- eller trefaset ledning indesluttet i en holdbar hermetisk forseglet flerlagskappe, hvilket øger pålideligheden af ​​strømledninger. Kabler kan lægges under jorden og under vandet. Underjordiske kabler er det vigtigste middel til at kanalisere elektricitet i store byer. Ulempen ved kabelledninger er deres høje omkostninger.

Grundlæggende om elektrisk sikkerhed

3.1 GENERELLE PRINCIPPER FOR OPRETTELSE AF DC-HALVLEDERENHEDER

Tyristoren skiftes til en ledende tilstand ved at påføre et styresignal med en vis varighed og amplitude til dens input. Efter fjernelse af styreimpulsen forbliver tyristoren tændt på ubestemt tid, medmindre strømmen i dens anodekredsløb falder til en værdi, der er mindre end holdestrømmen I H, derfor, når du bruger tyristorer som koblingselementer, ikke kun til lukning, men også til åbning af DC-kredsløb, det er nødvendigt at ty til kunstige foranstaltninger for at sikre kortvarig afbrydelse af strømmen i anodekredsløbet af tyristorer eller dens reduktion til værdier

I A> jeg H.

I praksis kan dette implementeres ved hjælp af simple kredsløb vist i figur 3.1. I diagrammet (i figur 3.1, EN) belastningsstrømmen afbrydes ved at åbne den mekaniske kontakt S 1, forbundet i serie med tyristoren VS. Efter en tid tilstrækkelig til at genoprette styrbarheden af ​​tyristoren, kontakten S 1 kan lukkes igen. I dette tilfælde forbliver kredsløbet åbent, da tyristoren er i slukket tilstand. Kredsløbet fungerer på samme måde, når tyristoren kortvarigt omgås med en lukket kontakt S 2, hvis forbindelse er vist i figur 3.1 med stiplede linjer.

I begge tilfælde bærer de mekaniske kontakter fuldlaststrømmen og skal være klassificeret til det. Ulempen ved sådanne kredsløb er også, at tyristorerne i dem, når kontakterne vender tilbage til deres oprindelige tilstand, udsættes for jævnspænding med høje værdier du/dt.

Figur 3.1 - Skematiske diagrammer af tyristor

DC enheder

En forbedret version af omskifteren er kredsløbet vist i figur 3.1, b. Rækkefølgen af ​​dets arbejde er som følger. I den oprindelige tilstand er tyristoren lukket, spændingen ved belastningen R H og kondensator C K fraværende.

Kredsløbet tændes af et styresignal, som skal påføres indgangen til tyristoren (kontrolelektrode-katode). I dette tilfælde samtidig med belastningsstrømmen IH = U/RH, strømmer kondensatorens ladestrøm gennem tyristoren C K. Kondensatoren oplades med polariteten angivet i figuren i en tid bestemt af kredsløbets tidskonstanten τ=R1C K.

Ved efterfølgende lukning af kontakt S er kondensatoren C K, opladet næsten til strømkildens spænding, forbundet parallelt med tyristoren. Det begynder at aflade. Desuden løber udladningsstrømmen gennem tyristoren i modsat retning af anodestrømmen.

Hvis strømmen overstiger i C anodestrøm jeg H Der skabes betingelser for at slukke for tyristoren og følgelig deaktivere belastningen. Denne metode til at slukke for tyristoren, kaldet tvunget (kunstig), kapacitiv, er at foretrække, da den giver dig mulighed for at reducere tiden til at genoprette styrbarheden af ​​tyristoren og hastigheden af ​​påføring af spænding i fremadgående retning umiddelbart efter skift af strømmen .

I figur 3.1, V Et andet diagram af en tyristoranordning er vist, der illustrerer brugen af ​​kapacitiv kunstig omskiftning. I modsætning til diagrammet i figur 3.1, b Kondensatoren C K i den er oprindeligt opladet til strømkildens spænding. Derfor, når tyristoren er tændt VS med en kontrolimpuls begynder belastningsstrømmen og kondensatorafladningsstrømmen C K at strømme igennem den (figur 3.2). Under den anden halve cyklus af oscillerende genopladning af kondensatoren, når strømmen i C, rettet mod anodestrømmen i tyristoren (belastningsstrømmen), bliver større i værdi, slukker tyristoren (figur 3.2). Fra dette tidspunkt virker restspændingen på kondensatoren C K i overensstemmelse med strømforsyningens spænding, så belastningsstrømmen stiger kraftigt og falder derefter, efterhånden som kondensatoren genoplades. Den endelige udligning af strømmen i kredsløbet sker på tidspunktet t z, hvilket svarer til slutningen af ​​kondensatorgenopladningen.

Omvendt spænding over tyristoren opretholdes i en periode t c = t 2 - t 1. Denne tid kaldes kredsløbstid, da den bestemmes af kredsløbselementernes parametre - i dette tilfælde koblingskondensatorens kapacitans C K og spoleinduktans LK.

I de betragtede kredsløb (bortset fra figur 3.1) er strømafbrydelsen i det væsentlige tilvejebragt af traditionelle kontaktanordninger. Derfor giver tilstedeværelsen af ​​tyristorer i dem ingen fordele. Hvad angår omskiftningstilstanden, udføres den af ​​tyristorer, og i dette tilfælde realiseres deres evner med hensyn til hastighed, parathed til arbejde osv.

Hovedformålet med sådanne enheder er at forbinde belastninger med høj tidsnøjagtighed samt at ændre kredsløbsparametre ( R, L, C) til forskellige eksperimentelle undersøgelser af transiente processer, automatisk tilslutning af strømforsyninger. Skiftende enhed (Figur 3.1, V) sammen med afbrydelse af strømmen i kredsløbet, genererer strøm (effekt) impulser. Dette kan bruges til at regulere udgangseffekten i henhold til et givet program, som indstilles af tyristorstyringssystemet.

Figur 3.2 - Tidsdiagrammer for kredsløbsdriften,

vist i figur 3.1

Parametrene for strømimpulser (amplitude, varighed, form) kan ændres ved at ændre strømkildens spænding og parametrene for omskiftningskredsløbselementerne.

3.2 HIGH SPEED DC TYRISTOR KONTAKT

Tvunget udkobling (slukning) af tyristorer er grundlaget for driften af ​​halvleder-DC-enheder og et middel til at øge hastigheden, når AC-enheder slukkes. Der findes forskellige kredsløbsløsninger, der giver en kortvarig reduktion af strømmen i kredsløbet med tyristorer til nul og slukker for dem. Men kun kondensator tvungne koblingskredsløb har fundet praktisk anvendelse i elektriske enheder, hvis funktionsprincip er diskuteret i eksemplet i figur 3.1, b og c. Muligheder for at konstruere tvungne koblingskredsløb og metoder til deres beregning diskuteres i værkerne. Her bemærker vi, at med hensyn til strukturen, der bestemmer forbindelsen af ​​elementerne i omskifterkredsløbet og dens forbindelse til de omskiftelige tyristorer, har de tvungne omskiftningsenheder i vekselstrømsenheder og i jævnstrømsenheder betydelige forskelle. Imidlertid er princippet om deres drift, opgaver og metoder til beregning af konturelementer almindelige. Derfor er hovedopgaverne ved at designe sådanne enheder diskuteret nedenfor ved hjælp af eksemplet på et simpelt DC-switchkredsløb (figur 3.3). Med hensyn til arten af ​​de processer, der forekommer, adskiller det sig praktisk talt ikke fra det allerede diskuterede skema i figur 3.1, b. Udskiftning af den mekaniske kontakt med en ekstra tyristor VS2 kan imidlertid forbedre enhedens koblingskarakteristika betydeligt og gøre den mere følsom over for kontrol.

Figuren viser, at den ekstra (skiftende) tyristor VS 2 kan tændes enten fra anodespændingen (ved at lukke "Stop" knappen), eller fra spændingen taget fra målemodstanden - shunt R w. I sidstnævnte tilfælde skal spændingen på shunten overstige en værdi lig med U=U GT +U F +U C, Hvor U GT− kontrolspænding tilstrækkelig til pålideligt at tænde for tyristoren VS 2; U F− spændingsfald over dioden VD 2 Og U C− stabiliseringsspænding (switching) af zenerdioden VD 1.

I nøddriftstilstande, ledsaget af en multipel stigning i strømmen i forhold til den nominelle, slukkes kredsløbet automatisk, når tyristoren tændes VS 2. Ved at justere modstanden R w og valg af en zenerdiode i henhold til parameteren U C Du kan forudindstille værdien af ​​overbelastningsstrømmen eller kortslutningsstrømmen (SC), ved hvilken afbryderen udløses. Desuden giver kontaktens høje hastighed dig mulighed for at afbryde kortslutningsstrømmen længe før det øjeblik, hvor den når sin maksimale værdi.

I online-tilstand udføres til- og frakobling af mærkestrømme ved at lukke tyristorernes styrekredsløb VS 1 Og VS 2 med henholdsvis "Start" og "Stop" kontrolknapperne. Strømbegrænsning i tyristorernes styrekredsløb udføres af modstande R Y. Driften af ​​kredsløbet i denne tilstand med en aktiv belastning er illustreret ved tidsdiagrammer i figur 3.4

Figur 3.3 - Automatisk tyristor

kontakt

For pålideligt at slukke for tyristoren VS 1 det er nødvendigt, at kredsløbet tid t s, vist på spændingsændringsgrafen u VS 1 =f(t), var der mere tid til at slukke for tyristoren. Ellers kan tyristoren igen gå i en ledende tilstand under påvirkning af jævnspænding, som påføres den under processen med genopladning af kondensatoren (se også figur 3.2).

Den mindste kapacitans af kondensatoren for at opretholde den omvendte spænding over tyristoren VS 1 for en tid t s, kan bestemmes ud fra analysen af ​​omskiftningsprocesser, der forekommer umiddelbart efter at have tændt for tyristoren VS 2.

Det antages, at tyristorens slukkekapacitet VS 1 i den modsatte retning genoprettes øjeblikkeligt (omvendt strøm jeg R mangler), ligningen for afladning af kondensatoren efter at have tændt for tyristoren VS 2 lad os skrive det i formularen

Hvor U− strømforsyningsspænding ;

jeg− strøm gennem serieforbundet R n C K, VS 2.

Figur 3.4 - Elektromagnetiske processer under nedlukning

DC afbryder

Løsningen til denne ligning er kendt:

Kondensator spænding Fra til, som også er spændingen på tyristoren VS 1, findes ved at integrere udtryk (3.1):

På et tidspunkt t = t2 - t1 = tc tyristorspænding VS 1 er lig med nul, og derfor får vi fra udtryk (3.2).

Ved at tage logaritmen af ​​dette udtryk kan vi bestemme forholdet mellem kondensatorens kapacitans Fra til og kredsløbstid

I betragtning af, at forholdet mellem modstand R H og strøm i det koblede kredsløb jeg K ved kildespænding U er udtrykt ved formlen U= R H I K, den sidste ligning kan omskrives som følger

Pålidelig nedlukning af tyristor VS 1, der har en sluk-tid svarende til t q, vil være kl t s >> t q k q, Hvor k q= 1,5...2 – koefficient under hensyntagen til ændringen t q i tilfælde af temperaturuoverensstemmelse PN-struktur, skiftestrøm, omvendt spænding og hastighed for påføring af fremadspænding med klassifikationsværdier. Derfor skal minimumskapaciteten for omskiftningskondensatoren opfylde betingelsen

Hvis belastningen er aktiv-induktiv, så skal den for at sikre spredning af energien, der er lagret i de induktive elementer i det øjeblik strømmen afbrydes, shuntes med en diode, som vist på figur 3.3 med en stiplet linje. Beregning S K i dette tilfælde er det baseret på den antagelse, at belastningsstrømmen forbliver uændret gennem hele koblingsintervallet. Kondensator S K i dette tilfælde vil den blive afladet med en konstant hastighed, og spændingen over den ændres i henhold til ligningen

Som med en resistiv belastning, kredsløbstiden t s bestemmes af det tidsrum, hvorefter omvendt spænding på tyristoren falder til nul. Derfor, når du substituerer til udtryk (3.5) t s i stedet for t vi har t med t K /C K = 0. Med forbehold af betingelsen t с ≥ t q k q Ud fra dette udtryk følger formlen til bestemmelse af kondensatorens minimale kapacitans direkte:

Det skal understreges, at udtryk (3.4) og (3.6) blev opnået uden at tage hensyn til de induktanser og aktive modstande, som kredsløbselementerne, herunder forbindelsesledninger, har. Disse modstande begrænser den maksimale strømværdi i koblingskredsløbet og stigningshastigheden.

Men hvis enheden er designet til at slukke for nødstrømme, er kredsløbselementernes selvinduktans utilstrækkelig til at begrænse di/dt til værdier, der kan tåles af lavfrekvente tyristorer. I dette tilfælde er det nødvendigt at forbinde en ekstra induktansreaktor i serie med skiftetyristoren L K(i figur 3.3 svarer dette til, at kontakt S flyttes til position 2). Parametre for skiftende kredsløbselementer ved shuntning af en effekttyristor VS 1 omvendt forbundne dioder bestemmes af udtrykkene

Hvor Uc 0− kondensator foropladningsspænding.

Den maksimale strømstigningshastighed i koblingskredsløbet, som bestemmer valget af tyristorgruppe VS2 iflg. (di/dt) krit, bestemmes af formlen

di/dt = (Uc0/L K) 10 6.

Idet vi vender os til diagrammerne over transiente processer (figur 3.4), fremhæver vi de karakteristiske træk ved switches med kapacitiv omskiftning af tyristorer.

1. Når skiftetyristoren er tændt, er strømkilden og kondensatoren opladet til kildespændingen forbundet i serie. Dette forårsager en pludselig stigning i strømmen i kredsløbet til en værdi I N = 2U/R N, hvilket har en negativ indvirkning på belastningen, især når nødstrømme afbrydes.

2. Tidsinterval t = t 3 – t 1, hvorunder kondensatoren S K genoplader, bestemmer hastigheden på afbryderen, når den er slukket, og frekvensen af ​​omskiftning. Når tyristoren tændes igen VS 1 kondensatoren skal genoplades og derved sikres klarhed til efterfølgende nedlukning af enheden. For at reducere genopladningstiden for kondensatoren C K, hvilket er vigtigt, når afbryderen arbejder i automatisk genlukningstilstand, er det nødvendigt at reducere ladekredsløbskonstanten τ = R 1 C K. I betragtning af at kapaciteten S K på grund af kredsløbstid t s, kan dette opnås ved at reducere modstanden af ​​modstanden R 1.

3. Processen med at slukke for strømmen i belastningskredsløbet slutter med at slukke for tyristoren VS 2. For at gøre dette er det nødvendigt at sikre, at strømmen er begrænset af en modstand R 1(efter genopladning af kondensatoren S K) til værdier I ≤ I N tyristor. På grund af det faktum, at holdestrømmen af ​​kraftige tyristorer er ti eller hundreder af milliampere, er modstandsmodstanden R 1 skal være tilstrækkeligt store, hvilket er i modstrid med kravet i stk. Derfor, for ikke at reducere omskiftningsfrekvensen af ​​kontakten, opladning af kondensatoren S K udføres normalt ved hjælp af et ekstra ladekredsløb med en lille tidskonstant τ fra en autonom strømkilde.

4. En vigtig opgave ved oprettelse af kontakter med kapacitiv kobling af tyristorer er at begrænse de overspændinger, der opstår på kondensatoren S K. Afhængigt af parametrene for det koblede kredsløb og kortslutningstilstanden kan de overskride værdien (1,5...2)U. For at begrænse niveauet af overspændinger til acceptable værdier er det nødvendigt at bruge forskellige dæmpningskredsløb, halvleder eller zinkoxid (varistorer) ikke-lineære begrænsere. I nogle udviklinger bliver det tilrådeligt at bruge dobbeltkredsløbs- eller to-trins omskifterenheder, ved hjælp af hvilke en reduktion i hastigheden af ​​strømnedbrydning under dens nedlukning og en betydelig reduktion af overspændinger realiseres.

Hvis enheden (se figur 3.3) er designet til kun at fungere med nominelle strømme ved konstante belastningsparametre, opstår der ikke problemer med overspændinger og kortvarige stigninger i strømmen. I dette tilfælde, uden grundlæggende ændringer, kan kredsløbet bruges til at implementere mange andre funktioner. For eksempel ved udskiftning af lademodstanden R 1 med den anden belastning er den i stand til at udføre funktionerne i en højhastighedskontakt, det vil sige at forbinde belastningerne en efter en til strømkilden. Hvis belastningsmodstandene er ens, er det samme kredsløb en symmetrisk trigger, der kan bruges til at styre elektromagneter, relæer eller andre aktuatorer. Samtidig forbliver princippet om drift af kredsløbet, uanset hvilke funktioner det udfører, uændret.

3.3 MÅDER TIL AT REDUCERE OVERSPÆNDINGER I ENHEDER

JÆVNSTRØM

Overspændinger under nedlukning af enheden skyldes hovedsageligt den oscillerende karakter af genopladning af omskiftningskondensatoren. Deres niveau afhænger af parametrene for det frakoblede kredsløb og de dynamiske egenskaber, der bruges i strømkredsløbet til SPP. Da overspændinger bestemmer kravene til isolering af det beskyttede udstyr og isolering af enhederne selv og påvirker dimensionerne, omkostningerne og pålideligheden af ​​strømforsyningssystemer som helhed, er det nødvendigt at stræbe efter at reducere dem.

I kapacitivt koblede tyristorenheder kan overspændingsbegrænsning opnås på forskellige måder. Den enkleste af dem er at forbinde en lineær eller ikke-lineær modstand parallelt med kondensatoren på et bestemt trin af dens genopladning. Essensen af ​​denne tilgang er at dæmpe vibrationer ved at øge deres dæmpningskoefficient. Effektiviteten af ​​denne metode er vist baseret på analysen af ​​switching processer i en AC switch. I DC-afbrydere er brugen af ​​lineære modstande til shuntkondensatorer C K forbundet med behovet for at indføre i kredsløbet en ekstra koblingsenhed (normalt en tyristor), som afbryder strømmen i modstanden.

Et af de mulige designs af switche med to-trins strømskift er vist i figur 3.5. Beredskab til nedlukning i denne enheds kredsløb sikres ved foreløbig opladning af kondensatoren C K fra netværket med polariteten angivet i figur 3.5. For at gøre dette skal du tænde for tyristorerne VS 2 Og VS 5, påføring af styresignaler til deres indgangskredsløb (kontrolelektrode - katode). Ladestrømmen af ​​kondensatoren C K strømmer gennem kredsløbselementerne L 1, L 2, R l, VS 5, S K, jumper P, VS 2, L 3. Når kondensatoren oplades, vil strømmen i tyristorkredsløbet VS 2, VS 5 falder, og når den bliver mindre end holdestrømmen, slukker tyristorerne af sig selv. Under langvarig nominel drift falder spændingen på kondensatoren C K gradvist på grund af ufuldkommenhed i sin egen isolering og på grund af ladningslækage gennem kredsløbene med tyristorer forbundet til kondensatoren. For at forhindre et væsentligt fald i spændingen skal styresystemet sikre periodisk indkobling af tyristorerne VS 2 Og VS 5. Som et resultat på kondensatoren S K en konstant spænding vil automatisk blive opretholdt, næsten lig med netspændingen. Reaktorer L 1, L 2, L 3 i kredsløbet er nødvendige for at begrænse strømstigningshastigheden, når tyristorerne er tændt, og for at implementere den oscillerende tilstand af transiente processer.

Hvis der opstår en kortslutning, og strømmen når den indstillede værdi jeg(Figur 3.6) tænder styresystemet for tyristorerne VS 3 Og VS 4. Som et resultat, som i alle tidligere diskuterede kredsløb, slukker tyristoren VS 1. Efter at have ændret polariteten af ​​spændingen på kondensatoren og øget den til den angivne værdi U m 1 kontrolsystemet afgiver et signal om at tænde for tyristoren VS 5. I dette tilfælde er en modstand forbundet parallelt med kondensatoren R 1, der hjælper med at begrænse yderligere stigning i spændingen over kondensatoren S K. Fra dette tidspunkt falder spændingen over kondensatoren sammen med et fald i skiftestrømmen.

Kondensatoren aflades gennem en tyristor VS 3, og efter at have slukket den - gennem en diode VD 1. Den anden fase af omskiftningsprocesser begynder umiddelbart efter, at tyristoren er slukket VS 3 og reduktion af strømmen til en værdi bestemt af den totale modstand af det eksterne kredsløb og modstanden R 1.

Figur 3.5 – Thyristorkontakt med

to-trins strømskifte

Figur 3.6 – Omskiftningsprocesser i kredsløbet (Figur 3.5)

På dette tidspunkt ( t 2, i figur 3.6), tænder styresystemet for tyristoren VS 2, og strømmen begynder at strømme gennem kredsløbet R l, VS 5, SK, P, VS 2 Og VD 2. Som et resultat ændrer spændingen over kondensatoren polaritet igen. Når den når værdien U m 2 på et tidspunkt t 3 belastningsstrømmen er fuldstændig afbrudt.

Da polariteten af ​​spændingen på kondensatoren efter slukning svarer til starttilstanden, er kontakten klar til drift igen. Desuden, i det pågældende tilfælde, som svarer til belastningens induktive karakter, overstiger spændingen på kondensatoren væsentligt netværksspændingen. Med en aktiv belastning når spændingen over kondensatoren ikke værdien U m 1 så der er ingen grund til at tænde for tyristorerne VS 5 Og VS 2. I dette tilfælde, selv efter at have slukket for strømmen, restspændingen på kondensatoren U C< U . For at sikre driftsklarhed skal kondensatoren genoplades.

Fordelene ved kredsløbsdiagrammer med to-trins strømkobling omfatter optimal udnyttelse af kondensatorer, højere ydeevne og koblingsfrekvens. Dette opnås dog ved betydeligt at komplicere omskifterenheden og styresystemet, som skal reagere på mange parametre i den transiente proces og give en vis sekvens af tænding af tyristorerne.

En anden mulighed for at skabe jævnstrømsenheder med lave skiftende overspændinger og en simpel struktur er forbundet med udviklingen og udviklingen af ​​slukketyristorer. Det vigtigste kendetegn ved disse enheder sammenlignet med konventionelle tyristorer er deres evne til at blive slukket af en strømimpuls i styrekredsløbet. Den grundlæggende mulighed for at udvikle sådanne enheder blev underbygget tilbage i 50'erne, og allerede i 60'erne mestrede industrien enheder, der var i stand til at skifte strøm op til 5A ved en spænding på 100...200V. Hurtige fremskridt i skabelsen af ​​højeffekt-sluk-tyristorer er blevet observeret siden begyndelsen af ​​80'erne. I øjeblikket producerer en række udenlandske virksomheder og i Rusland enheder af denne type til strømme på hundredvis af ampere og spændinger over 1000 V. Litterære kilder rapporterer udviklingen af ​​slukketyristorer med maksimale strøm- og spændingsparametre, der kan sammenlignes med parametrene for konventionelle tyristorer .

Det skematiske diagram af en jævnstrømsenhed baseret på en slukketyristor er vist i figur 3.7. Dens nedlukning er illustreret ved oscillogrammer af ændringer i anodestrømmen I A, spænding på tyristoren U A og pulsstrømstyring af negativ polaritet iG(Figur 3.8).

En vigtig fordel ved kredsløbet i figur 3.7 i forhold til de tidligere diskuterede er, at det kun indeholder én højstrømsenhed - en slukketyristor VS 1. Den styres af multipolære spændingsimpulser. Når den er tændt, leveres en impuls med positiv polaritet (i forhold til katoden) fra en ekstern impulsgenerator til klemme 1. Gennem en strømbegrænsende modstand R 2 denne impuls ankommer til tyristorens kontrolelektrode VS 1. Processen med at tænde for en låsbar tyristor forløber på samme måde som med en konventionel tyristor (ikke-låsbar).

For at slukke for tyristoren skal en spændingsimpuls med negativ polaritet påføres dens kontrolelektrode. I diagrammet vist i figur 3.7 er det dannet af et elektrisk kredsløb baseret på en laveffekttyristor VS 2. Når en spændingsimpuls fra en ekstern impulsgenerator ankommer til tyristorens styreelektrode, tændes den. I dette tilfælde er kondensatoren foropladet fra strømkilden E G C 2(opladningspolaritet er angivet i figuren) aflades til indgangskredsløbet på slukketyristoren VS 1 i retning fra katoden til styreelektroden.

Parallelt forbundet med en tyristor VS 1 kredsløb bestående af en diode VD 1, modstand R 1 og kondensator C 1, udfører beskyttende funktioner. I kredsløb med aktive belastninger er den designet til at begrænse stigningshastigheden for genvindingsspændingen. Som det kan ses af oscillogrammet i A = f(t)(Figur 3.8), afbrydes en strøm omtrent lig med 200A af en tyristor på mindre end et mikrosekund. Uden at tage særlige forholdsregler vil dette forårsage en næsten øjeblikkelig genopretning af netspændingen ved tyristoren.

Sluk-tyristorer er ligesom andre SPP'er følsomme over for effekten (du/dt) cr det, derfor er det nødvendigt at begrænse spændingsstigningshastigheden til de tilladte værdier for den anvendte enhed. I kredsløbet i figur 3.7 er stigningen i spænding over tyristoren, når den er slukket, bestemt af opladningshastigheden af ​​kondensatoren C 1 der er tilvejebragt en tidsforskydning mellem faldet i strøm i kredsløbet og stigningen i spænding over enheden.

Figur 3.7 - Skematisk diagram af en jævnstrømsenhed baseret på en slukket tyristor

Figur 3.8 − Diagrammer over strøm- og spændingsændringer

når den slukkede tyristor er slukket

Modstand R 1 Under opladningsprocessen bliver kondensatoren forbigået (forkortet) af en diode, som i dette tilfælde er forspændt i fremadgående retning. Derfor bestemmes opladningstidskonstanten for kondensatoren kun af modstanden af ​​forbindelsesledningerne, den iboende modstand og induktans af kondensatoren og diodens differentielle modstand. På oscillogrammet (figur 3.8) manifesteres ændringen i diodens differentielle modstand og induktansen af ​​elementerne i beskyttelseskredsløbet ved en kortvarig stigning i genvindingsspændingen på det tidspunkt, der svarer til begyndelsen af ​​faldet af anodestrømmen.

Når den slukkede tyristor er tændt, vil kondensatoren C 1, som er opladet til strømforsyningens spænding, aflades gennem en modstand R 1, siden dioden VD 1 i dette tilfælde viser det sig at være forskudt i den modsatte retning. Dette sikrer, at tyristoren er beskyttet mod at overskride dens tilladte strømstigningshastighed, når den tændes. Bemærk, at kapacitansen af ​​beskyttelseskredsløbskondensatoren, som sikrer normal drift af en slukketyristor i et kredsløb med en aktiv belastning, svarer til enheder af mikrofarader. Især oscillogrammerne vist i figur 3.8 blev opnået med følgende kredsløbsparametre:

U A = 200 V; RH = 2 Ohm; U G = 12 V; R1 = 20 Ohm; C1 = 2 10 -6 F.

En brat afbrydelse af strømmen af ​​en slukket tyristor, når den induktive belastning er slukket, ledsages ikke kun af en høj spændingsgenvindingshastighed, men også af flere overspændinger. For at begrænse overspændinger kan der anvendes et beskyttelseskredsløb med samme struktur (se figur 3.7). Men kondensatorkapaciteten C 1 i dette tilfælde kan det være titusinder og endda hundredvis af mikrofarader.

Hvis den aktive modstand af belastningen er lille, og energidissipationen i den under opladningen af ​​kondensatoren kan negligeres, kan kondensatorens kapacitans omtrent bestemmes ud fra energiens lighed

Hvor L H− belastningsinduktans, H;

jeg− koblet strøm, A;

Umax− maksimalt tilladt spænding, V.

Til sammenligning med tilstanden til at slukke for den aktive belastning, beregner vi kondensatorens kapacitans C 1 nødvendigt for at begrænse genvindingsspændingen på niveauet Umax = 1,5U ved afbrydelse af et kredsløb med induktans LH = 10-3 H:

Ved hjælp af udtryk (3.6) bestemmer vi kapacitansen af ​​kondensatoren, der ville være nødvendig for at afbryde det samme kredsløb med en switch med kapacitiv kunstig switching (se figur 3.3), lavet på basis af T123-200 tyristoren ( t q= 250∙10 -6 s):

Sammenligning af de opnåede værdier C 1 Og S K, kan vi drage en konklusion om deres sammenlignelighed. Men vi skal huske på, at udtryk (3.6) kun bestemmer betingelsen om tilstrækkelig kapacitans af kondensatoren til pålideligt at slukke for tyristoren. Den tager ikke højde for de resulterende overspændinger. Hvis valget af kapacitet S K produceret under hensyntagen til begrænsningen af ​​overspændinger, vil dens numeriske værdi være meget større. På den anden side ved beregning af kapaciteten S K energitab i kredsløbselementerne under opladningen af ​​kondensatoren og den reelle strømændringshastighed, når tyristoren er slukket, blev ikke taget i betragtning ( -di/dt< ∞ ). Disse faktorer bidrager til et fald i amplituden af ​​genvindingsspændingen.

3.4 HOVEDMULIGHEDER FOR BRUG AF AC-HALVLEDERENHEDER

Sammenlignet med DC-omskiftningsenheder har AC-halvlederenheder en mere kompleks struktur. Deres skematiske diagram og design er bestemt af deres formål, krav og driftsbetingelser. Med den brede applikation, som kontaktløse enheder finder, er der en lang række muligheder for deres implementering. Men alle af dem kan repræsenteres af et generelt blokdiagram, der viser det nødvendige antal funktionelle blokke og deres interaktion. Figur 3.9 viser et blokdiagram af en enkeltpolet AC-halvlederenhed. Den omfatter fire funktionelt komplette enheder.

Strømblok 1 med overspændingsbeskyttelseselementer ( RС-kredsløbet i figur 3.9) er grundlaget for koblingsenheden, dens udøvende organ. Det kan laves på grundlag af kun kontrollerede ventiler - tyristorer eller ved hjælp af dioder. Når du designer en enhed til en strøm, der overstiger strømgrænsen for en enhed, kræves en parallelforbindelse. I dette tilfælde skal der træffes særlige foranstaltninger for at eliminere den ujævne fordeling af strøm på tværs af individuelle enheder, hvilket ikke skyldes identiteten af ​​deres strøm-spændingskarakteristika i den ledende tilstand og spredningen af ​​on-tiden.

Styreenheden 2 indeholder enheder, der vælger og lagrer kommandoer, der kommer fra styre- eller beskyttelseselementer, genererer styreimpulser med specificerede parametre og synkroniserer ankomsten af ​​disse impulser ved tyristorindgangene med de momenter, hvor strømmen i belastningen krydser nul. Styreenhedens kredsløb bliver væsentligt mere kompliceret, hvis enheden udover funktionen af ​​omskifterkredsløb skal regulere spænding og strøm. I dette tilfælde er den suppleret med en fasestyringsanordning, som sikrer en forskydning af styreimpulser med en given vinkel i forhold til nuværende nul.

Enhedens driftstilstandssensorblok 3 indeholder strøm- og spændingsmåleanordninger, beskyttelsesrelæer til forskellige formål, et kredsløb til generering af logiske kommandoer og signalering af apparatets omskiftningsposition.

Forceret omskiftningsenhed 4 kombinerer en kondensatorbank, dens ladekredsløb og skiftende tyristorer. Denne blok er kun indeholdt i AC-enheder, hvis de bruges som beskyttelse (afbrydere). Enhedens effektdel kan laves i henhold til et kredsløb med back-to-back forbindelse af tyristorer (se figur 3.9), baseret på en symmetrisk tyristor (triac) (figur 3.10, EN) og i forskellige kombinationer af tyristorer og dioder (Figur 3.10, 6 Og V). I hvert enkelt tilfælde, når du vælger en kredsløbsmulighed, skal følgende faktorer tages i betragtning: spændings- og strømparametrene for den enhed, der udvikles, antallet af brugte enheder, belastningskapaciteten i langsigtet tilstand og modstand mod strømoverbelastninger , graden af ​​kompleksitet af tyristorstyring, krav til vægt og dimensioner og omkostninger.

Figur 3.9 – Blokdiagram af en tyristor enhed

vekselstrøm

Figur 3.10 − Strømblokke for AC-enheder

En sammenligning af effektblokkene vist i figur 3.9 og 3.10 viser, at kredsløbet med back-to-back tyristorer har de største fordele. Denne ordning indeholder færre enheder og er karakteriseret ved mindre dimensioner, vægt, energitab og omkostninger. Sammenlignet med triacs har tyristorer med envejs (envejs) ledningsevne højere strøm- og spændingsparametre og er i stand til at modstå betydeligt højere strømoverbelastninger. Thyristorer af tabletdesign har højere termisk cykling. Derfor kan et kredsløb, der anvender triacs, anbefales til at skifte strømme, der som regel ikke overstiger klassifikationsværdien af ​​strømmen af ​​en enkelt enhed, dvs. når deres gruppeforbindelse ikke er påkrævet. Bemærk, at brugen af ​​triacs hjælper med at forenkle styresystemet for kraftenheden, som skal indeholde en udgangskanal til enhedens pol.

Kredsløbene vist i figur 3.10 b, V, illustrerer muligheden for at designe AC-omskifterenheder ved hjælp af dioder. Begge disse ordninger er nemme at kontrollere, men har ulemper på grund af brugen af ​​et stort antal enheder. I diagrammet i figur 3.10, b Strømkildens vekselspænding omdannes til en fuldbølge pulserende spænding med samme polaritet ved hjælp af en ensretterdiodebro. Som følge heraf bliver kun én tyristor, der er forbundet ved udgangen af ​​ensretterbroen (i diagonalen af ​​broen), i stand til at styre strømmen i belastningen under begge halvcyklusser, hvis i begyndelsen af ​​hver halvcyklusstyring impulser modtages ved dens indgang. Kredsløbet afbrydes, når belastningsstrømmen passerer nul næste gang efter genereringen af ​​styreimpulser ophører.

Det skal dog huskes, at pålidelig afbrydelse af kredsløbet kun sikres med en minimal kredsløbsinduktans på den ensrettede strømside. Ellers, selvom spændingen i slutningen af ​​halvcyklussen falder til nul, vil strømmen fortsætte med at strømme gennem tyristoren, hvilket forhindrer den i at slukke. Faren for nøddrift af kredsløbet (ikke afbrydelse) viser sig også, når frekvensen af ​​forsyningsspændingen stiger. I dette tilfælde kan det vise sig, at kredsløbstiden t C er ikke nok til at genoprette styrbarheden af ​​tyristoren, dvs. t C< .

I kredsløbet i figur 3.10 styres belastningen af ​​to back-to-back tyristorer, som hver er shuntet i den modsatte retning af en ukontrolleret ventil. Da tyristorernes katoder med denne forbindelse har samme potentiale, tillader dette brugen af ​​styreimpulsgeneratorer med en udgang eller to udgange med fælles jord. Kredsløbsdiagrammerne for sådanne generatorer er meget forenklede. Derudover er tyristorerne i kredsløbet i figur 3.10c beskyttet mod omvendt spænding og skal derfor kun vælges til fremadspænding.

Med hensyn til dimensioner, tekniske egenskaber og økonomiske indikatorer for enheden, lavet i henhold til diagrammerne vist i figur 3.10, b, V, ringere end koblingsenheder, hvis kredsløb er vist i figur 3.9 V, 3.10, EN. De er dog meget brugt i automatiserings- og relæbeskyttelsesanordninger, hvor koblingseffekten måles i hundredvis af watt. De kan især bruges som output-enheder af pulsformere til at styre tyristorblokke af mere kraftfulde enheder.

Gennem hver tyristor i kredsløbene vist i figur 3.9 og 3.10, V, flyder halvdelen af ​​belastningsstrømmen. Forholdet mellem den gennemsnitlige strøm gennem tyristoren (klassificeringsstrømmen af ​​SPP, angivet i de tekniske specifikationer) og den effektive strøm i belastningskredsløbet er lig med

Følgelig vil den gennemsnitlige strøm, der flyder gennem tyristoren, hvis den udtrykkes gennem strømmen i belastningen, blive skrevet som følger

Tilsvarende er den gennemsnitlige strøm, der løber gennem tyristoren i kredsløbet i figur 3.10, b, bestemmes af ligheden

Symmetriske tyristorer, som leder strøm i begge retninger, klassificeres efter den effektive strøm. Derfor, for kredsløbet i figur 3.10, EN

3,5 AC TYRISTOR KONTAKTOR MED ANODISK SPÆNDING STYRET

Det ejendommelige ved halvlederomskiftningsenheder er, at de kan udføre forskellige funktioner uden grundlæggende ændringer i strømdelen. Således kan en tyristorenhed fremstillet i henhold til kredsløbet i figur 3.9 med lige så stor succes fungere både som en kontaktor og som en switch. Kun ved at udskifte tyristorer (ændring af enhedens type, spændingsklasse eller gruppe i henhold til dynamiske parametre) kan enhedernes anvendelsesområde udvides med hensyn til strøm eller spænding. Du kan påvirke driften af ​​kredsløbet betydeligt ved hjælp af kontrolsystemet, som vil blive vist ved hjælp af eksemplet på driften af ​​en tyristorkontaktor

Kontaktorens strømblok er lavet i henhold til et kredsløb med en anti-parallel forbindelse af tyristorer VS 1 Og VS 2. Det styres ved hjælp af et kredsløb bestående af modstande R1, R2, R 3 og mekanisk kontakt S. Dette kredsløb er forbundet parallelt med tyristorerne, derfor, når kontakten S er lukket, vil spændingen på dets elementer, og især på modstandene R 1 Og R 3, ændres synkront med anodespændingen på tyristorerne. Og da disse modstande er forbundet parallelt med tyristorernes styrekredsløb, stiger spændingen med samme polaritet samtidigt både ved tyristorens anode og ved dens styreelektrode.

Hvis denne spænding er positiv, for eksempel med hensyn til en tyristor VS 1 og fjernet fra modstanden R 1 spænding overstiger oplåsningsspændingsværdien, tyristor VS 1 tænder. Når spændingens polaritet ændres, tændes tyristoren på samme måde VS 2, dioder VD 1 Og VD 2 i kredsløbet er nødvendige for at beskytte tyristorernes styrekredsløb mod omvendt spænding, når spændingen ved deres anoder er negativ.

Justerbar modstand R 2 i styrekredsløbet vælges fra betingelsen om at begrænse amplituden af ​​styrestrømimpulsen til en værdi, der er tilladt for de anvendte tyristorer I Gmax.

Figur 3.11 − AC-kontaktor

I betragtning af, at kontakt S kan lukkes i halvcyklusintervallet til enhver tid, inklusive i det øjeblik, netværksspændingen når sin amplitudeværdi U m, er modstandsmodstanden bestemt ud fra udtrykket

Hvor R G− egen modstand i tyristorstyrekredsløbet.

Ændring af modstanden i modstanden R 2 det er muligt at styre strømmen i tyristorernes indgangskredsløb og derfor det øjeblik, de tændes i forhold til begyndelsen af ​​spændingshalvcyklussen. Som et resultat bliver kontaktoren i stand til at udføre en funktion mere - regulering af strømmen i belastningen. Grænsevinklen på tyristorens tændingsforsinkelse α max, som kan leveres af et modstandskontrolkredsløb, er 90º.

Processen med at regulere strømmen (spænding, effekt) i et kredsløb ved at ændre tyristorens startforsinkelsesvinkel kaldes fasekontrol. Afhængighederne af spændingsændringen på den aktive belastning og strømmen i den på vinklen for det pågældende kredsløb bestemmes af udtrykkene.

hvor 0< ≤90 °.

Den mindste forsinkelsesvinkel for at tænde for tyristorer med en aktiv belastning er ≈2 °. Dette forklares ved, at alle tyristorer har en følsomhedstærskel for styrekredsløbet, og desuden skal anodespændingen, varierende i henhold til en sinusformet lov, også overskride tærskelværdien U(TO) med mindst to gange. Disse faktorer fører til forekomsten af ​​døde pauser i belastningsstrømkurven t s.

På grund af variationen i tyristorernes kontrolkarakteristika er disse pauser muligvis ikke de samme i varighed, hvilket fører til fremkomsten af ​​en konstant komponent i belastningsstrømmen. Om nødvendigt udjævnes tyristorernes startforsinkelsesvinkler ved at justere styrestrømmene ved at ændre modstanden af ​​konstruktionsmodstandene R 1 Og R 3(Se figur 3.11).

Hvis der er behov for at udvide rækkevidden af ​​strømregulering i belastningen, udføres styrekredsløb vha RС-kæder (Figur 3.12 EN).

Når anodespændingen over tyristoren bliver positiv, vil kondensatoren MED genoplades gennem en variabel modstand R og belastning fra en spænding lig med – U m, til spænding U GT, hvorved tyristoren tændes VS 1(Figur 3.12 b). Ved at ændre kondensatorens ladekredsløb konstant τ = (R+RH)C Ved hjælp af en justerbar modstand R er det muligt at give en forsinkelse i tænding af tyristoren i forhold til den maksimale anodespænding, dvs. til en vinkel > 90 ◦.

Udtryk, der bestemmer ændringen i den gennemsnitlige og effektive spænding over belastningen, afhængigt af vinklen på henholdsvis tyristorens indkoblingsforsinkelse, har formen

a - regulering ordning; b – tidskarakteristik

regulering

Figur 3.12 − Driftsprincip for styrekredsløbet tændt RС-kæder

Metoden til styring af tyristorer, der anvendes i de betragtede kredsløb, er en af ​​de enkleste og mest pålidelige, da den er implementeret af et minimum antal elementer i styrekredsløbene. Samtidig gør den direkte forbindelse mellem styreelektroden og tyristorens anode det muligt at sikre opfyldelsen af ​​andre krav, der gælder for styresystemer: streng synkronisering af modtagelsen af ​​styresignaler med tidspunktet for eventuel tænding af tyristorerne udføres automatisk; effekttab til kontrol er ubetydelige, da varigheden af ​​eksponeringen for styrestrømmen reguleres af selve tyristoren.

Så snart det skifter til den ledende tilstand, shuntes styrekredsløbet med en lille modstand (tyristorens modstand i ledende tilstand), og strømmen i den falder til næsten nul.

På grund af de nævnte faktorer er tyristorstyrekredsløb drevet af anodespænding meget udbredt i lavspændingsenheder. Især ved hjælp af dette kontrolprincip producerer den indenlandske industri tyristorkontrolstationer af BSE-typen, lysdæmpere til glødelamper, tyristorstartere af PT-typen i et trepolet design med en mærkestrøm på op til 63 A.

3.6 KOMBINEREDE KONTAKT-HALVLEDERENHEDER

Kombinerede elektriske enheder (også kaldet hybrid) er enheder, der samtidig indeholder et kontaktsystem af traditionelle elektromekaniske enheder og et strømkredsløb baseret på en SPP, forbundet parallelt med en åben kontakt. Som et resultat af denne i det væsentlige mekaniske kombination af kontakt- og berøringsfri koblingsanordninger i ét design opnås en vellykket kombination af fordelene ved begge typer anordninger, og samtidig er mange af deres ulemper elimineret.

Lad os overveje princippet om drift af kombinerede enheder ved hjælp af simple enheder (figur 3.13), som bruger dioder og tyristorer. I alle de ovennævnte strømblokke er SPP forbundet parallelt med en af ​​de åbne kontakter. Lad os huske på, at i elektromekaniske enheder overstiger spændingsfaldet over lukkede kontakter ved nominelle strømme ikke tiendedele af en volt. Ved sådanne spændinger går SPP'er, der er forbundet parallelt med kontakterne, ikke i en tilstand med høj ledningsevne, og belastningsstrømmen strømmer praktisk talt ikke gennem dem.

Figur 3.13 - Effektblokke af kombinerede enheder

Under processen med at slukke for enheden ændres forholdet mellem modstandene i kontakt- og halvlederkredsløbene, hvilket fører til en omfordeling af strømmen mellem dem.

Lad os overveje essensen af ​​dette fænomen ved at bruge eksemplet med at slukke for enheden, udført i henhold til diagrammet i figur 3.13, EN. Åbning af lysbuekontakter S 1 i kredsløbet er det nødvendigt at tilvejebringe i begyndelsen af ​​halvcyklussen en strøm, hvis polaritet falder sammen med den ledende retning af dioden VD (i tidsintervallet t 2< t< t 3 , i figur 3.14). I dette tilfælde er spændingen på den resulterende elektriske lysbue direkte til dioden. Efterhånden som afstanden mellem kontakterne øges og intensiteten af ​​påvirkningen af ​​den elektriske lysbue, for eksempel på grund af dens bevægelse i luften ved høj hastighed under påvirkning af et elektromagnetisk felt, øges modstanden af ​​interkontaktgabet og følgelig, spændingen på dioden stiger. Som et resultat skabes der betingelser for at skifte det til den ledende tilstand.

I praksis sker overgangen af ​​dioden til den ledende tilstand i lavspændingsenheder allerede på dannelsesstadiet af den elektriske lysbue, da spændingsfaldet nær elektrode over den er meget højere end buens tærskelspænding.

Fra dette tidspunkt begynder strømmen i kontaktkredsløbet hurtigt at falde, og strømmen i halvlederkredsløbet stiger. Varigheden af ​​den transiente proces, hvorunder den omkoblede strøm fuldstændigt passerer ind i diodekredsløbet, og den elektriske lysbue går ud, bestemmes hovedsageligt af induktansen af ​​kredsløbene, de dynamiske egenskaber for den anvendte diode og metoden til at påvirke den elektriske lysbue.

I den resterende tid indtil slutningen af ​​den halve cyklus t = t 4 − t 3 deioniseringsprocesser i interkontaktspalten afsluttes, og dens elektriske styrke genoprettes.

Den endelige afbrydelse af strømmen i kredsløbet udføres af en diode umiddelbart efter tidspunktet t 4 svarende til en ændring i strømmens retning. I den tid, hvor spændingen vendes for dioden, er det nødvendigt at åbne hjælpekontakterne S 2.

Bemærk, at for det illustrerede tilfælde (Figur 3.14) med afbrydelse af et kredsløb med en aktiv-induktiv belastning, er denne tid mindre end en halv cyklus. I grænsen kan det være lig med 5 ms, hvilket fører til behovet for at bruge højhastighedsdrev.

Figur 3.14 − Diagrammer over koblingsprocesser

i en kontaktdiodeanordning

Når du tænder for enheden, skal rækkefølgen af ​​lukning af kontakterne vendes: under den halve spændingscyklus, der er ikke-ledende for dioden, er det nødvendigt at lukke separatorens kontakter S 2, og i løbet af den næste halve cyklus - lysbueslukkende kontakter S 1.

Karakteristisk for omskiftningstilstanden er lukningen af ​​kontakter S 1 ved lave spændinger, bestemt af spændingsfaldet over den ledende diode. Som et resultat elimineres foreløbig nedbrydning af mellemrummet, når kontakterne nærmer sig hinanden, og de tilhørende fænomener med erosion og svejsning af kontakterne.

Men det skal huskes, at der i kombinerede enheder er fare for, at de samme effekter manifesterer sig på grund af den høje strømstigningshastighed i kontakterne efter deres kontakt. Derfor skal udformningen af ​​kontaktanordningen og drevet give en tvungen forøgelse af kontakttrykket til slutværdien.

Enheder lavet i henhold til diagrammet i figur 3.13, b, i henhold til handlingsprincippet og arten af ​​de processer, der forekommer, adskiller sig ikke fra dem, der er diskuteret ovenfor. Tilstedeværelsen af ​​to diodekredsløb med modorienteret ledningsevne tillader imidlertid slukning ved enhver halv-cyklus af strømmen. Som et resultat reduceres enhedens nedlukningstid.

Ulemperne ved denne mulighed inkluderer fordobling af antallet af SPP'er og betydeligt komplicering af designet af den mekaniske del af enheden. Da den synkroniserede åbning af kontakterne udføres i en sekvens bestemt af strømmens retning i det øjeblik, koblingskommandoen gives, skal enheden indeholde to uafhængige og højhastighedsdrev.

Der stilles også strenge krav til drevenes stabilitet: De skal have en lille tidsspredning. Det er klart, at opnå et højt niveau af funktionel pålidelighed med et sådant design af enhedens kraftdel er en vanskelig opgave.

En betydelig forenkling af drivmekanismen og apparatet som helhed kan opnås ved at nægte at synkronisere åbningen af ​​kontakter med den tilsvarende halvcyklus af strømmen. I dette tilfælde åbner begge kontakter, styret af et fælles drev, samtidigt og i enhver fase af strømmen. Som følge heraf opstår der en elektrisk lysbue på begge kontaktpar, men på et af parrene går den ud på grund af diodekredsløbets shunteffekt. På andre kontakter, hvor strømretningen ikke falder sammen med diodernes ledende retning i shuntkredsløbet, opretholdes den elektriske lysbue indtil slutningen af ​​halvcyklussen (indtil strømretningen ændres).

Den maksimale varighed af lysbuen på kontakterne, svarende til ca. 11 ms, svarer til den mest ugunstige tilstand, når kontakterne åbner i et relativt snævert tidsinterval, før strømmen går gennem nul.

I dette tilfælde er processen med strømovergang fra kontaktkredsløbet til diodekredsløbet ikke afsluttet, eller den elektriske styrke af interkontaktgabet har ikke tid til at komme sig; den bryder igennem igen i begyndelsen af ​​den næste halvcyklus.

I tilfælde af et stort antal nedlukninger, kontakt åbning S 1 Og S 2 forekommer med lige stor sandsynlighed både i intervallet af positive og i intervallet af negative halvcyklusser; den samme lov bestemmer fordelingen af ​​kontaktåbningsmomentet inden for hver halvcyklus. Som et resultat falder varigheden af ​​kontakternes eksponering for den elektriske lysbue, og som følge heraf øges enhedens omskiftningslevetid. Desuden, i sammenligning med lignende enheder uden shuntdiodekredsløb, hvor slukning af den elektriske lysbue er sikret i en halv-cyklus, er stigningen i levetiden mindst 150%.

Kombinerede enheders muligheder kan udvides betydeligt ved at erstatte ukontrolleret SPP med tyristorer (Figur 3.13, V).

Halvlederkredsløbet i denne enhed, lavet i henhold til et kredsløb med en anti-parallel forbindelse af tyristorer (se figur 3.9), er forbundet parallelt med kun en lysbueslukkende kontakt. Men tyristorernes evne til at være i en lukket tilstand ved en spænding med positiv polaritet gør det muligt at udføre koblingsoperationer ved enhver halv-cyklus af spænding (strøm).

Figur 3.15 - Transiente processer i en kontakt-tyristor enhed

Lad os overveje samspillet mellem kontaktenheden og tyristorenheden i enhedens skiftetilstand. I betragtning af den store forskel i driftshastigheden af ​​kontaktkredsløbet og tændingskontakten, bør kommandoer til at tænde dem ikke udstedes samtidigt. Først skal der modtages en kommando for at tænde for kontaktdrevet. Efter en vis tid, svarende til den korrekte koblingstid for kontaktenheden, dens kontakter S 1 er lukket. I figur 3.15 svarer kontaktmomentet for kontakterne til tiden t 2.

Med den nødvendige fremrykning af dette tidspunkt afgiver styresystemet en styreimpuls I G 1 til tyristor VS 1, for hvilken spændingen i den pågældende halvcyklus er direkte. Som et resultat af at tænde for tyristoren, reduceres spændingen ved de konvergerende kontakter til værdien af ​​spændingsfaldet over tyristoren i den ledende tilstand, det vil sige til 1,5 ... 2,5 V.

Efter kontakt af kontakterne bliver tyristorkredsløbet hurtigt deaktiveret, da modstanden af ​​kontaktkredsløbet er meget mindre end tyristorens differentielle modstand.

Når enheden er slukket, er driftssekvensen af ​​kontakt- og tyristorkredsløbet den samme som i kontaktdiode-enheder. Den eneste forskel er, at i det øjeblik, kontakterne ( , i figur 3.15) åbnes til tyristoren VS 2 der skal modtages en styrestrømsimpuls I G 2. I praksis er det meget vanskeligt strengt at synkronisere driften af ​​tyristorenhedens styresystem med kontaktdrivmekanismen. I de fleste omskiftningsenheder af denne type tilføres derfor styreimpulser til tyristorindgangene med forventning om kontaktåbning under hensyntagen til ustabiliteten af ​​den mekaniske del af enheden over tid.

Som med brugen af ​​dioder skal åbningen af ​​kontakter og genoprettelse af den elektriske styrke af interkontaktgabet være afsluttet inden afslutningen af ​​halvcyklussen i kontakttyristoranordninger. Hvis enhedens design ikke giver synkroniseret nedlukning, kan kontakterne åbne til enhver tid, herunder i den kritiske halvcykluszone, før strømmen går gennem nul, hvor strømmen ikke når at passere fra kontaktkredsløbet til halvlederkredsløbet. I dette tilfælde er det nødvendigt, at styresystemet i begyndelsen af ​​den næste halvcyklus sikrer, at en tyristor med en anden ledningsretning tændes.

Ved at opsummere de overvejede muligheder for at skabe kombinerede enheder vil vi fremhæve deres vigtigste egenskaber.

I alle varianter af kombinerede SPP-enheder (dioder eller tyristorer) leder de ikke strøm under langvarig nominel drift, derfor elimineres relativt store effekttab, der er karakteristiske for halvlederenheder. Med hensyn til denne indikator adskiller kombinerede enheder sig derfor ikke fra konventionelle kontaktanordninger.

I tilstande til ændring af omskiftningspositionerne af enheden, ved hjælp af SPP, shuntes interkontaktspalterne med lav modstand, karakteristisk for dioder og tyristorer i en ledende tilstand. Dette sikrer hurtig slukning af den elektriske lysbue, der opstår under tænding på grund af kontaktsprængning, og når enheden er slukket. Erfaring med at betjene kombinerede enheder viser, at når der skiftes strømme op til 500A, overstiger lysbuens varighed ikke 100 μs. Som følge heraf har kombinerede enheder en skiftende slidstyrke, der er 20-50 gange større end kontaktenheder.

Da SPP'er i kombinerede enheder udsættes for kortvarig strøm, er det muligt at udnytte deres pulsoverbelastningskapacitet maksimalt. Ved strukturens begyndelsestemperatur (20±5)°C kan de fleste enheder belastes med en halvbølgestrømimpuls af sinusformet form, der varer 10 ms med en amplitude, der overstiger værdien af ​​den gennemsnitlige (klassificerings)strøm i

8-10 gange. For eksempel er dioder af typen D253-1600 i stand til at modstå en strøm med en amplitude på 12 kA uden forringelse. Når pulsvarigheden falder til 2 ms, øges den tilladte strømamplitude ca. tre gange. I nødtilstande, hvis antal under driften af ​​SPP bør begrænses til nogle få, stiger strømamplituden tilsvarende til 28 kA ved en pulsvarighed på 10 ms og til 44 kA ved 2 ms.

I mange tilfælde er den specificerede overbelastningskapacitet tilstrækkelig til at skabe kombinerede enheder uden parallelforbindelse af enheder i kraftenheder. Ved at sikre, at kontakterne åbner umiddelbart før den kritiske zone af den aktuelle halvcyklus, opnås den bedste udnyttelse af pulsbelastningskapaciteten for SPP.

En vigtig omstændighed er, at under kortsigtede strømpåvirkninger spredes den genererede varme i strukturen af ​​SPP ikke ud over grænserne for de strukturelle elementer, der støder op til den. Derfor er der ikke behov for ikke kun at bruge tvungen køling, men også for kølerne selv. Som et resultat er designet af halvlederenheden betydeligt forenklet, dens vægt og dimensioner reduceres.

De bemærkede positive egenskaber ved kombinerede enheder bestemte deres intensive udvikling. Til dato er flere versioner af sådanne enheder blevet udviklet og produceret af industrien, der adskiller sig både i designet af kontakt- og halvlederdele og i metoden til styring af tyristorer. Diagrammet over en af ​​mulighederne for en kombineret kontaktor med et styresystem drevet af en strømtransformator er vist i figur 3.16.

Figur 3.16 - Skematisk diagram af en kombineret

kontaktor

Halvlederblokken i den er forbundet parallelt med et kredsløb bestående af kontakter S og den primære vikling af strømtransformatoren forbundet i serie med dem TA. To sekundære viklinger af transformeren er forbundet gennem dioder, der matcher polariteten af ​​kontrol- og anodespændingerne til tyristor-styrekredsløbene. Når kontakterne S er tændt, strømmer en sinusformet strøm gennem dem, derfor gennem strømtransformatorens primære vikling

I transformatorens sekundære viklinger vil strømmen generelt være ikke-sinusformet på grund af ulineariteten af ​​modstanden i tyristorstyrekredsløbet og påvirkningen af ​​zenerdioderne, som beskytter disse viklinger mod at overskride den tilladte spænding. Ved mærkestrømmen i kontaktorkredsløbet bør tyristorerne ikke tænde. Dette sikres ved at vælge parametre på en sådan måde, at det samlede spændingsfald på transformatorens primærvikling og lukkede kontakter ikke overstiger tærskelspændingen U(TO) brugte krafttyristorer.

Når der strømmer gennem kortslutningsstrømme, øges spændingen mellem tyristorenhedens forbindelsespunkter til hovedkredsløbet betydeligt, og der skabes betingelser for at tænde