Коммутационные аппараты постоянного тока

Общие сведения

Электронные коммутационные аппараты предназначены для включения и отключения электрических цепей посредством силовых электронных ключей. Примером таких аппаратов служат электронные реле и контакторы с функциями, аналогичными для электромеханических аппаратов.

Появление электронных аппаратов вызвано следующими основными причинами:

  • - недостаточной электрической износостойкостью электромеханических аппаратов, связанной с разрушающим действием электрической дуги, возникающей на контактах при коммутации;
  • - ограниченной механической износостойкостью электромеханических аппаратов из-за наличия подвижных частей;
  • — относительно низким быстродействием электромеханических аппаратов, ч то ограничивает частоту коммутаций аппаратов управления или допускает протекание значительных сверхтоков при отключении коротких замыканий аппаратами защиты;
  • - ограниченными функциональными возможностями электромеханических реле при создании различных устройств защиты и автоматики.

Электронные ключи прерывают ток без образования дуги, а по быстродействию приближаются к «идеальному ключу». В то же время электронные ключи существенно уступают механическому контакту по тепловым потерям во включенном состоянии и по току утечки в выключенном состо- янии. Поэтому электромеханические и электронные коммутационные аппараты не исключают друг друга, а расширяют круг технических решений, связанных с коммутацией. Более того, попытки взаимно устранить недостатки механического контакта и электронного ключа привели к созданию гибридных аппаратов, в которых коммутация тока выполняется электронным ключом, а коммутационное состояние аппарата: «включено» или «выключено» обеспечивается механическим контактом.

Рассмотрим некоторые особенности электронных аппаратов.

Принципиальное отличие электронного аппарата от электромеханического состоит в способе отвода электромагнитной энергии, накопленной в коммутируемой цепи. При «механической» коммутации активио-индук- тивной нагрузки возникает электрическая дуга, в которой естественным образом и выделяется накопленная энергия. При «электронной» коммутации дугообразоваиия не происходит и накопленная в индуктивностях контура энергия переходит в ключ. Этот процесс сопровождается недопустимым перенапряжением непосредственно на выводах силового полупроводникового прибора и опасным увеличением температуры его кристалла. Для исключения выхода прибора из строя в электронный аппарат вводят специальные цепи формирования траектории переключения ключа (ЦФТП) или дополнительные энергопоглотители (варисторы и др.). В целом, электронные аппараты требуют более детального анализа электромагнитных процессов и режимов работы при проектировании электроустановки на их базе.

Электронные аппараты могут выполнять управляемую коммутацию. Это связано с возможностью транзисторных ключей работать в активном режиме как регулируемое сопротивление, что позволяет в процессе коммутации изменять ток в ключе или напряжение на нем по заданному закону.

В электронных аппаратах силовая часть и схема управления могут быть гальванически связаны, что не всегда приемлемо. В то же время создание гальванической развязки усложняет аппарат.

По аналогии с электромеханическими аппаратами существуют электронные реле, контакторы, пускатели, автоматические выключатели и др. Наблюдается тенденция создания многофункциональных устройств, выполняющих функции коммутации, регулирования, защиты и пр.

Номинальное напряжение электроустановки и мощность нагрузки определяют тип силового полупроводникового прибора, используемого в качестве ключа. Реле и контакторы малой и средней мощности выполняются на биполярных или полевых транзисторах. На большие мощности применяют аппараты на обычных или запираемых тиристорах. При этом устройства на основе обычных тиристоров достаточно сложны, так как содержат узлы принудительной коммутации. При высоких напряжениях применяются тиристорные аппараты.

Изучение электронных аппаратов целесообразно начать с устройств постоянного тока. Хотя электроснабжение большинства потребителей осуществляется на переменном токе, достаточно много объектов работает на постоянном токе. Это, прежде всего, городской электротранспорт, в котором применяются тяговые двигатели постоянного тока. Ряд электротехнологий (электросварка, электролиз, гальваника и др.) используют постоянный ток. Различная передвижная техника имеет автономное электроснабжение от аккумуляторных батарей. Средства промышленной автоматики, связи, информационных технологий требуют организации вторичного электропитания на постоянном токе.

Ниже будут рассмотрены коммутационные аппараты, для которых характерна одиночная коммутация электронных ключей при включении или отключении нагрузки, и регуляторы с периодической коммутацией ключей на повышенной частоте. Следует отметить, что возможности электронных ключей позволяют совместить в одном устройстве функции коммутационного аппарата и регулятора.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >