Тиристорные контакторы (пускатели)

Тиристорный контактор (ТК) – электронный аппарат управления, предназначенный для частых включений и отключений электрической цепи при нормальных токах нагрузки, а также для редких отключений при токах перегрузки (обычно 7–10 кратных по отношению к номинальным). Обычно ТК, используемые для управления электрическими машинами, по аналогии называются пускателями.

ТК должны удовлетворять следующим требованиям:

– обеспечивать надежную работу в длительном, кратковременном и повторно-кратковременном режимах с учетом специфических требований нагрузки;

– обладать высокой технологичностью конструкции;

– иметь приемлемые габаритные размеры и стоимость;

– иметь незначительную мощность управления;

– удобно сочетаться с современными средствами защиты электрических цепей и элементами автоматики;

– допускать высокую частоту включения вплоть до плавного регулирования тока нагрузки.

ТК переменного тока обычно используются для управления асинхронными электродвигателями. Основным исполнением ТК является трехполюсный переключатель на базе силовых тиристоров или оптотиристоров (рис. 4.17-4.18) [12].

Каждый полюс ТК (рис. 4.17) содержит следующие функциональные узлы:

– ключ, состоящий из силовых тиристоров ;

– схема запуска, состоящая из оптронных тиристоров , ограничивающих резисторов ;

– демпфирующую цепь ;

– защитные элементы исключающие подачу отрицательного напряжения на управляющие переходы и повышающие помехоустойчивость ТК;

– цепь контроля (светодиод горит при отключенном ТК и погашен во включенном);

– схема управления ТК включает: кнопку (пуск) с блокирующим тиристором , кнопку (стоп), шести светодиодов оптотиристоров и цепи контроля .

Рис. 4.17

На рис. 4.18 представлена принципиальная схема одного полюса трехфазного тиристорного контактора, выполненного на симисторе ( ) и обеспечивающего гальваническую развязку силовой цепи и управление. Кроме того для уменьшения помех, создаваемых ТК, симисторный ключ включается только в начале полупериода напряжения питания. Действительно, при отсутствии напряжения управления транзистор находится в режиме насыщения и блокирует цепь управления тиристора который обеспечивает включение . При подаче транзистор запирается и ТК включается, если уровень напряжения сети недостаточен для насыщения транзистора . Последний выполняет такую же функцию, что транзистор , насыщаясь при незначительном росте питающего напряжения после его перехода через ноль.

Рис. 4.18

Аналогичную функцию реализует трехфазный контактор, выполненный на базе оптоэлектронного реле [16]. При этом силовой ключ может быть выполнен или на симисторе (рис. 4.19а), или на паре встречно включенных тиристоров (рис. 4.19б). На этих рисунках показано исполнение для одной фазы ТК.

Рис. 4.19

Принципиальная электрическая схема промышленного тиристорного пускателя серии ПТ представлена на рис. 4.20. В отличии от ТК он кроме коммутации цепи двигателя обеспечивает его защиту от токов перегрузки и короткого замыкания. Силовая схема ПТ выполнена на базе антипараллельного включения тиристоров, управляемых от сетевого напряжения, подаваемого через контакты реле .

Рис. 4.20

При нажатии кнопки «вкл» пульта дистанционного управления (ДУ) от источника, собранного на базе трансформатора ТР, диодах 5, 6 и конденсатора фильтра , напряжение поступает на базу транзистора , при этом реле замыкает свои контакты . При чем последний обеспечивает блокирование кнопки «вкл», а тиристоры силовой части получают управляющий сигнал, т.е. пускатель включен.

Защита от токов короткого замыкании в цепи нагрузки выполнена на базе трансформаторов тока и , выходной сигнал которых выпрямляется диодным мостом и подается на транзисторный ключ . При превышении выходным сигналом напряжения стабилитрона транзистор насыщается и положительное напряжение через диод поступает на базу транзистора , обеспечивая его запирание, а следовательно, отключение ТК.

Аналогично работает и защита от токов перегрузки. При этом датчиком температуры служит терморезистор R10, установленный на общем радиаторе тиристорных ключей. При превышении температурой заданного уровня транзистор открывается через промежуточный ключ на транзисторе . Уровень уставки срабатывания токовой защиты регулируется резистором , температурной - .

Принципиальная электрическая схема контактора постоянного тока показана на рис. 4.21 [12]. Контактор включает в себя:

– силовой, основной тиристор VS1 и блок параллельной принудительной коммутации, состоящий из коммутирующего конденсатора С2, вспомогательного тиристора VS3 и коммутирующей индуктивности L1;

– цепь заряда коммутирующего конденсатора, на базе тиристора VS4, которая служит для предварительного заряда коммутирующего конденсатора до уровня напряжения, необходимого для надежного запирания основного тиристора при отключении контактора;

– схема запуска тиристоров VS1 и VS4 с оптронной развязкой на тиристорных оптронах VS2 и VS5;

– схема запуска тиристора VS3.

Коммутатор работает следующим образом. При подаче управляющего напряжения U_упр обеспечивается зажигание светодиода тиристорного оптрона VS2 и его отпирание. Через последний управляющее напряжение поступает на тиристор VS1 и он включается. Однако при этом в схеме управления открывается транзистор VT1 и шунтирует цепь светодиода оптотиристора VS5, запрещая работу блока включения. При отключении источника управляющего сигнала напряжение на светодиоде VS2 исчезает, транзистор VT1 переходит в закрытое состояние, напряжение с предварительно заряженного накопительного конденсатора С4 через цепь R5, C5 подается на светодиод VS5, обеспечивая кратковременный импульс тока, достаточный для включения зарядного тиристора VS4. По окончанию резонансного заряда конденсатора С2 тиристор VS4 запирается и возникающее на нем обратное напряжение прикладывается к управляющему электроду коммутирующего тиристора VS3. При превышении напряжения на конденсаторе C3 напряжения стабилизации VD2 тиристор VS3 включится и обеспечит выключение основного тиристора VS1.

Рис. 4.21