Повна версія

Головна arrow Техніка arrow ЕЛЕКТРОННІ АПАРАТИ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

ГІБРИДНІ КОМУТАЦІЙНІ АПАРАТИ

Гібридними комутаційними апаратами називаються комбіновані апарати для комутації електричних ланцюгів шляхом спільної роботи електронних ключів і механічних контактів. Мета такої комбінації - об'єднання корисних якостей електромеханічних і електронних апаратів, а також досягнення нових характеристик з поліпшеними техніко-економічними показниками. Механічні контакти в замкнутому стані мають мале падіння напруги при протіканні струму і мають досить високим опором в розімкнутому стані. Електронні ключі виконують бездуговую комутацію, забезпечують високу швидкодію і дозволяють регулювати параметри електроенергії.

Приклад найпростішої схеми гібридного апарата постійного струму, що реалізує швидкодію тиристора, наведено на рис. 4.12. При подачі імпульсу управління на тиристор відбувається практично миттєве підключення навантаження Z H до джерела напруги Е. Потім відбувається замикання механічних контактів К, шунтуючих тиристор. Діаграма струмів приведена на рис. 4.12, б. У момент часу t 0 відбувається включення тиристора, і через нього починає протікати струм навантаження / м . Потім в момент часу t x цей струм переходить в контакти, опір яких на кілька порядків менше, ніж пряме опір проводить тиристора. Подібна схема може бути успішно використана для швидкого підключення резервних джерел живлення постійного струму, наприклад акумуляторної батареї.

Принцип гібридної комутації

Мал. 4.12. Принцип гібридної комутації:

а - принципова схема; б - діаграми струму; в - графік дугообразованія

на контактах

Гібридні апарати розрізняються по виду електронного ключа (транзисторні, тиристорні і ін.), А також за способом з'єднання його з механічними контактами ', паралельні, послідовні і паралельно-послідовні.

Звичайні тиристори застосовуються в гібридних апаратах постійного струму рідко, так як їх виключення вимагає примусової комутації. Тому в якості електронних ключів зазвичай використовуються повністю керовані ключі: транзистори всіх різновидів або замикаються тиристори.

Принцип роботи різних комбінацій механічних контактів з електронними ключами розглянемо на прикладі схем гібридних контакторів. На рис. 4.13 наведена спрощена схема гібридного контактора з паралельним з'єднанням транзисторів і контактів. Контакти змінюють свій стан за допомогою електромагнітного приводу, як і в звичайних контакторах. Включення апарату відбувається в наступній послідовності. У момент часу t x система управління СУ формує сигнали на включення транзистора VT і контакту К. Транзистор включається практично миттєво, і через нього починає протікати струм навантаження i iv який зазвичай має активно-індуктивний характер. У цьому випадку струм i H буде плавно наростати але експоненціальнимзакону до сталого значення. Із затримкою часу, зумовленої інерційністю електромагнітного приводу, в момент часу t 2 , замикаються контакти К, шунтуючи транзистор VT. В результаті струм навантаження i H переходить в контакт К. Після цього підтримувати транзистор у включеному стані необов'язково.

Гібридний контактор паралельного типу

Мал. 4.13. Гібридний контактор паралельного типу:

а - принципова схема; 6 - діаграми струму

Для виключення контактора необхідно в СУ сформувати сигнали на включення транзистора VT і вимикання контактів К. При подачі цих сигналів в момент часу t 3 транзистор VT виявляється підготовленим до переходу в нього струму, а контакт До йод впливом електромагнітного приводу починає розмикатися. У початковий період розмикання контактів, через які протікає струм навантаження, виникає коротка електрична дуга. На рис. 4.13, б показаний початковий ділянку характеристики зміни напруги на контактах До при їх розмиканні. З урахуванням швидкодії транзистора перехід струму з контакту в транзистор можна вважати практично миттєвим (затримки пов'язані з паразитними індуктивностями конструкції). Після завершення переходу струму г н в транзистор контакти До продовжують розмикання, але вже в знеструмленому стані. В результаті в контакті До не розвивається процес плазмової дуги.

Якщо врахувати, що замикання контактів відбувалося при низькій напрузі, рівному напрузі на провідному насиченому транзисторі, то можна сказати, що всі процеси комутації (при включенні і виключенні) відбуваються в полегшеному для механічного контакту режимі. В результаті досягається мінімальний електричний знос контактів і, відповідно, збільшення ресурсу їх роботи. Крім того, відсутність дугообразованія дозволяє значно спростити конструкцію контактної системи і приводу. Після закінчення розмикання контактів До в момент часу t A припиняється подача сигналу включення на транзистор VT і джерело Е виявляється відключеним від навантаження Z H . При актівноіндуктівной навантаженні струм після виключення транзистора VT протікає через зворотний діод VD. Таким чином, в гібридному контакторі з паралельним з'єднанням контакту і електронного ключа зберігаються швидкодію на включення, властиве електронним апаратів, і низькі втрати потужності у включеному стані, характерні для електромагнітних контакторів. Однак ця схема не забезпечує високий опір ізоляції між джерелом і споживачем в розімкнутому стані, властиве контактним апаратів, і не забезпечує високої швидкодії при виключенні ланцюга, що важливо для виконання функцій захисту при аварійних режимах роботи. Ці завдання дозволяє вирішити варіант з послідовним з'єднанням.

Схема силової частини гібридного контактора постійного струму з послідовним з'єднанням транзистора і механічного контакту приведена на рис. 4.14. У початковому стані гібридний контактор вимкнений і напруга джерела Е докладено до розімкненим контактам К, так як їх опір значно більше опору вимкненого транзистора VT. Для включення гібридного контактора в момент часу t x в СУ формуються сигнали на замикання контакту Кіс деякою затримкою на включення транзистора VT. Після замикання контактів К в момент часу t 2 на транзисторі з'являється пряме напруга і потім він системою управління перекладається в провідний стан в режимі насичення.

Гібридний контактор послідовного типу

Мал. 4.14. Гібридний контактор послідовного типу:

а - принципова схема; 6 - діаграми струму і напруги

Для виключення контактора СУ формує сигнали на вимикання транзистора VT і розмикання контактів К. Завдяки швидкодії першим (в момент часу? 3 ) вимикається транзистор VT і відключає навантаження Z "від джерела напруги Е. Струм активно-індуктивного навантаження починає протікати через зворотний діод VD. Потім, в момент часу? 4 , розмикаються контакти К. Розсування контактів До як при виключенні апарату, так і їх замикання при його включенні відбувається без струму, тобто в холостому режимі. В результаті дугообразованіе в контактах не виникає і їх електрична зносостійкість істотно зростає.

З принципу дії гібридного апарата з послідовним з'єднанням слід, що це рішення дозволяє реалізувати швидкодію електронних ключів при виключенні. В той же час не усуваються значні втрати потужності у включеному апараті, оскільки електронний ключ безперервно проводить струм навантаження.

Частково гідності розглянутих схем гібридних апаратів об'єднує варіант з паралельно-послідовним з'єднанням контактів і електронного ключа, наведений на рис. 4.15, а. Цей гібридний контактор має два механічних контакту К1 і К2. Один з них (К1) підключений паралельно транзистору, а інший (К2) - послідовно. Ці контакти можуть мати загальний привід, але при цьому повинна забезпечуватися затримка на розмикання і випередження на замикання контакту К1 щодо контакту К2, що випливає з принципу дії гібридного апарата. Розглянемо послідовність операцій при комутації апарату (рис. 4.15, б). У стані «вимкнено» обидва контакти розімкнуті і транзистор вимкнений. Для включення контактора в момент часу t x система управління формує імпульси СУ на включення транзистора VT і замикання контактів К1 і К2. Першим повинен замкнутися контакт К2, після чого практично миттєво переходить в провідний стан транзистор VT, так як на нього подано відповідний сигнал управління. Потім в момент часу? 3 замикаються контакти К1 і струм навантаження переходить з транзистора в ланцюг контакту К1. На цьому включення гібридного апарата закінчується.

Гібридний контактор паралельно-послідовного типу

Мал. 4.15. Гібридний контактор паралельно-послідовного типу:

а - принципова схема; б - діаграми струму

Вимкнення контактора відбувається наступним чином. У момент часу t A формуються сигнали на розмикання контактів К1 і К2. Спочатку починає розмикатися контакт К1 і в момент часу t 5 ток переходить в транзистор VT. При цьому протікають ті ж процеси, що і в контакторі з паралельним з'єднанням контактів і транзистора. Після переходу струму навантаження в транзистор VT в момент часу? 6 формується сигнал на вимикання транзистора і джерело напруги Е виявляється відключеним від навантаження, а зворотний діод створює шлях для спадання струму при активно-індуктивному навантаженні. Потім відбувається розмикання кін тактів К2, і схема переходить в вимкненому стані.

Варіант з паралельно-послідовним з'єднанням об'єднує гідності гібридних апаратів тільки з паралельним або з послідовним з'єднанням, крім одного - швидкодії при виключенні, властивого контактора з послідовним з'єднанням. Це обмежує область його використання.

 
<<   ЗМІСТ   >>