Раздел: Документация
0 ... 32 33 34 35 36 37 38 ... 49  Рис 4 23 Тирисгорные контакторы переменного тока с импульсной ком-rav.. t.z. - v гмутацией гой — через тиристор VS2 и диод VD2. Коммутирующий конденсатор Ск заряжен от маломощного вспомогательного трансформатора Тр с полярностью, указанной на рис. 4.23, и отделен от основных тиристоров и диодов коммутирующим тиристором VSK. Для выключения основных тиристоров необходимо подать управляющий импульс на коммутирующий тиристор VSK. При этом в результате разряда конденсатора Ск в колебательном контуре возникает ток /„ который будет протекать через тот основной тиристор, который в этот момент проводит ток, и будет направлен навстречу этому току. Например, допустим, что ток нагрузки проводил тиристор VSt. При включении тиристора VSt через тиристор VSt начинает протекать разность токов нагрузки iH и контура iK. Пока ток /„ меньше тока /н, тиристор VS} будет включен, а диод VD2 выключен, так как к нему приложено обратное напряжение, обусловленное падением напряжения на тиристоре VSt. При равенстве токов /н и iK тиристор VSi выключается, ток /к продолжает возрастать, разность токов /к и /н будет протекать через диод VD. На интервале проводимости диода VD2 к тиристору VSX будет приложено обратное напряжение, равное падению напряжения на диоде VD2. Когда ток /к станет меньше тока /„, диод VD2 выключается, и ток нагрузки iH начинает протекать по контуру диод VD3— конденсатор Ск — реактор LK—тиристор VSK — диод VDX—нагрузка—источник — диод VD3. При этом будет происходить перезаряд конденсатора Ск током нагрузки iH, и энергия, запасенная в индуктивности нагрузки, будет переходить в конденсатор С%. Это обстоятельство вызывает необходимость существенно завышать его установленную емкость или вводить в схему дополнительные устройства, поглощающие энергию. Быстродействие рассмотренного ТКИ при использовании его для коммутации цепей с активной нагрузкой ограничено практически только временем выключения тиристоров (обычно десятки микросекунд). Однако при активно-индуктивной нагрузке это время увеличивается и зависит от параметров схемы и нагрузки. Количество основных тиристоров в данном ТКИ может быть уменьшено до одного, как это показано на рис. 4.23,6. В этом случае упрощается управление ТКИ, но одновременно увеличиваются потери в схеме. Последнее объясняется тем, что при включенном ТКИ ток нагрузки в каждый момент времени протекает по трем элементам: двум диодам и одному тиристору. В основном же процессы в обеих схемах сходны. В многофазных системах статические контакторы обычно устанавливают отдельно на каждую фазу. При этом некоторые функциональные узлы фазных контакторов могут быть схемно и конструктивно объединены. Существует много различных схем полупроводниковых контакторов, отличающихся как принципом действия, так и элементной базой. Большинство из них обладают существенными преимуществами перед электромеханическими аппаратами в части быстродействия, надежности и срока службы, va в некоторых случаях имеют и лучшие мас-согабаритйые показатели. Следует, однако, отметить, что всем полупроводниковым контакторам присущ один общий недостаток — невозможность обеспечения полной гальванической развязки коммутируемых цепей в отключенном состоянии. Это объясняется тем, что сопротивление полностью выключенного полупроводникового прибора всегда имеет конечное значение, в то же время механические контакты обеспечивают полный разрыв цепи. 4.3.2. ТИРИСТОРНЫЕ КОНТАКТОРЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА Для включения и отключения (коммутации) цепей постоянного тока, так же как и цепей переменного тока, разработано много различных типов полупроводниковых аппаратов, называемых обычно статическими контакторами или переключателями. Поскольку основным элементом таких контакторов, предназначенных для коммутации силовых цепей, является тиристор, то они обычно называются тиристорными  О-О—-, Рис. 4.24. Комбинированные контакторы постоянного тока: а—схема с параллельным включением подвижного контакта; 6—схема с последовательным включением подвижного контакта контакторами или прерывателями. Основные преимущества тиристорных контакторов в сравнении с электромеханическими аппаратами указаны в § 4.2. Одной из особенностей тиристорных контакторов постоянного тока является то, что большинство из них может широко использоваться для преобразования и регулирования напряжения и тока в качестве основного узла импульсных регуляторов-стабилизаторов, работающих на значительно более высоких частотах переключения, чем тиристорные - регуляторы-стабилизаторы в цепях переменного тока. В этой связи быстродействие тиристорных контакторов постоянного тока является важнейшим фактором, определяющим в значительной мере области их применения. Однако в некоторых случаях основным требованием к ти-ристорному контактору является обеспечение минимального времени его вступления в работу, например, в некоторых типах установок гарантированного питания. Для этой цели могут быть использованы комбинированные схемы контактора, состоящего из тиристора и электромагнитного контактора обычного типа, изображенные на рис. 4.24. Необходимость введения электромагнитного контактора в этих схемах обусловлена тем, что необходимо обеспечить выключение тиристора. В схеме на рис. 4.24, а выключение тиристора обеспечивается шунтированием его замыкающим контактом К, а в схеме на рис. 4.24,6—размыканием размыкающего контакта К. Включение комбинированного контактора осуществляется подачей управляющего импульса на тиристор VS. Следовательно, время включения комбинированного контактора с момента поступления команды будет определяться временем включения тиристора (т. е. при определенных типах тиристоров измеряться несколькими микросекундами), а время выключения — временем включения (рис. 4.24, а) или временем выключения (рис. 4.24,6) электромагнитного контактора (обычно несколько сотых долей секунды). У большинства типов тиристорных контакторов постоянного тока предусматривается искусственная коммутация тиристоров, для реализации которой разработано много различных схем. В § 3.2 рассмотрены основные способы искус- ственной коммутации тиристоров в автономных инверторах. Эти же способы лежат и в основе схем, обеспечивающих искусственную коммутацию тиристоров в статических контакторах. При классификации схем тиристорных контакторов по способу коммутации тиристоров обычно выделяют такой признак, как связь включения и выключения основного тиристора контактора общим электромагнитным процессом в коммутирующем контуре. В этом смысле различают контакторы однооперационные (или с одноступенчатой коммутацией), двухоперационные и трехоперационные (или с двухступенчатой коммутацией). В однооперационных контакторах включение и выключение основного тиристора неразрывно связаны общим электромагнитным процессом в коммутирующем контуре (или цепи нагрузки, если она имеет колебательный характер). В контакторах этого типа подача управляющего импульса на основной тиристор вызывает его включение, а выключение происходит вследствие колебательного характера тока, протекающего через тиристор. Следовательно, включение и выключение тиристора в таких схемах происходят в течение одной ступени работы контактора, и управлять моментом выключения тиристора независимо от момента его включения нельзя. В контакторах с двухступенчатой коммутацией выключение основного тиристора можно производить практически независимо от момента его включения. В таких схемах выключение основного тиристора производится посредством подключения коммутирующей цепи к основному тиристору через вспомогательный (коммутирующий) тиристор. Поэтому выключение контактору в таких схемах можно рассматривать как вторую независимую рабочую операцию, которая осуществляется подачей управляющего импульса на коммутирующий тиристор. Поэтому схемы подобного типа называются двухоперацион-ными."Если подготовка коммутационного контура к выключению основного тиристора связана с дополнительной операцией, например перезарядом коммутирующей цепи посредством включения тиристора перезаряда (т. е. введением третьей операции — подачи управляющего импульса на тиристор перезаряда), то такие схемы принято называть трехоперацион-ными. Теоретически работа контактора может быть связана и с еще большим количеством операций подобного типа, но такие схемы не получили практического применения. Иногда при классификации схем тиристорных контакторов используются и другие, менее существенные признаки, например элементный состав коммутирующей цепи (емкостный или индуктивно-емкостный), способ включения коммутирующей Цепи (параллельно основному тиристору или нагрузке и др.), наличие трансформатора, разделяющего цепи основного ти-  Рис. 4.25. Тиристорный контактор с конденсаторной коммутацией: а—схема, б—диаграммы токов и напряжений на элементах схемы; в—схема с дополнительным контуром перезаряда ристора и коммутирующую, количество цепей, содержащих основные тиристоры (с одной цепью — однофазные, с двумя цепями — двухфазные и т. д.). Наибольшее распространение получили схемы тиристорных контакторов с двухступенчатой коммутацией, которые можно рассматривать как аналоги полностью управляемых ключевых элементов, используемых для коммутации электрических цепей. Поэтому в дальнейшем будем рассматривать только схемы с двухступенчатой коммутацией основного тиристора, процесс выключения которого можно отделить от процесса его включения [12]. На рис. 4.25, а представлена схема простейшего контактора подобного типа с конденсаторной коммутацией, осуществляемой подключением коммутирующего конденсатора Ct параллельно основному тиристору VS. В данной схеме (так же как и в последующих) нагрузка предполагается активно-индуктивной (например, обмотка возбуждения двигателя). Поэтому в схеме для протекания тока, обусловленного энергией, накопленной в индуктивной составляющей нагрузки на интервале включенного состояния контактора, предусмотрен обратный диод VD. Предположим, что конденсатор Сж заряжен с полярностью напряжения, указанной на рис. 4.25, а. При подаче в момент времени г0 управляющего импульса на тиристор VS он включается и на нагрузку подается входное напряжение Um. Одновременно начинается колебательный процесс перезаряда конденсатора Ск по контуру CX—VS—VD — L. Процесс пере- заряда заканчивается в момент tu когда ток конденсатора достигает нулевого значения. Диод VDt блокирует дальнейшее протекание процесса перезаряда, и в результате на конденсаторе будет напряжение с полярностью, противоположной указанной на рис. 4.25. Таким образом, коммутирующий конденсатор оказывается подготовленным к выключению основного тиристора VS. Для выключения основного тиристора VS на коммутирующий тиристор VSX в момент времени г2 подается управляющий импульс. Включение тиристора VSX приводит к выключению тиристора VS, так как к нему оказывается подключенным заряженный конденсатор Сх, разрядный ток которого направлен навстречу току нагрузки iH, протекающему через тиристор VS. После выключения тиристора VS ток нагрузки iB начнет протекать через тиристор VSt и конденсатор Ск, перезаряжая его. До тех пор пока напряжение на конденсаторе не изменит свой знак (момент г3), к основному тиристору будет приложено обратное напряжение и он имеет возможность выключиться. Процессы, протекающие на интервале перезаряда конденсатора, более скоротечны, чем процессы в нагрузке. Можно считать, что ток нагрузки /н за это время существенно не изменится. Поэтому процесс изменения напряжения на конденсаторе Сх в процессе перезаряда происходит практически по линейному закону. В момент времени /4 напряжение на конденсаторе Сх достигает значения, равного UBX, и процесс перезаряда прекращается. Это объясняется тем, что при дальнейшем повышении напряжения происходит включение обратного диода VD, к которому приложена разность напряжений входного UBX и конденсатора* Uc. В результате ток нагрузки iH начинает протекать через открытый диод VD (ток, обусловленный накоплением энергии в индуктивности составляющей нагрузки ZH). Емкость коммутирующего конденсатора Сх в данной схеме определяется коммутируемым током нагрузки и входным напряжением £/вх. Учитывая, что процесс перезаряда конденсатора Сх на интервале выключения тиристора VS происходит по линейному закону, можно определить емкость конденсатора Ск по формуле C-lh,(4.40) U ax Где К max — максимальное значение тока нагрузки в момент выключения тиристора VS; ta — время выключения тиристора VS. Основным недостатком рассмотренной схемы является увеличение длительности коммутационного процесса при выключе- 0 ... 32 33 34 35 36 37 38 ... 49
|
