Схема тиристорного пускателя для асинхронного двигателя

Устройство тиристора

фиксация стабильного состояния устройства возможна благодаря наличию ряда функций во внутренней структуре устройства.

На этой структуре становится очевидно, что тиристор представлен в виде 2-х простых электронных транзисторов, не идентичных по конструкции, но соединенных между собой. Кроме того, следующие три соединения играют ключевую роль в составе электрического полупроводникового устройства:

• Катод;
• Анод;
• Контрольный электрод.

Благодаря тому, что тиристор имеет четыре последовательно соединенных диода, переходной слой имеет следующий вид: (р) — (р) — (р) — (р). Этот факт объясняет пропускную способность I, которая течет только в одном направлении: от плюса к минусу.

Когда мы говорим и описываем внешний вид тиристоров, то нужно сказать, что они выполнены в разных корпусах, поэтому исключается вариант простого отвода тепла, но благодаря наличию массивного металлического корпуса они способны выдерживать большие токи.

Назначение

На рисунке показано тиристорное устройство, позволяющее выполнить аналог многокнопочного выключателя с зависимой фиксацией положения и использующее для управления кнопочные элементы, работающие без фиксации.

В отличие от своего механического прототипа, кнопки электронного переключателя могут быть пространственно разнесены на значительное расстояние, а количество кнопок (каналов переключения) не ограничено.

Тиристоры, как полупроводниковые коммутационные элементы, широко применяются для включения и отключения нагрузки — узлов и блоков электронной аппаратуры, электродвигателей, релейных обмоток, осветительных ламп и т д.

Их особенность и основное отличие от транзисторов в том, что тиристоры имеют два устойчивых состояния , исключая любые промежуточные состояния: «включено», когда сопротивление полупроводникового прибора минимально, и «выключено», когда сопротивление тиристора максимально. В идеале эти сопротивления должны приближаться к нулю или бесконечности.

Известно, что для включения тиристора достаточно хотя бы кратковременно подать на вход управляющее напряжение. Выключить тиристор можно только кратковременным отключением питания или сменой полярности питающего напряжения. Обычно тиристорные выключатели включаются и выключаются двумя кнопками. Менее известны схемы управления тиристорами с одной кнопкой.

Принцип действия тиристорного контактора

Действие тиристорного контактора основано на бесконтактном переключении. Это физическое явление заключается в изменении проводимости полупроводников, включенных в цепь вместе с нагрузкой.

В процессе эксплуатации видимых разрывов в цепи нет, а сам процесс выглядит следующим образом: при отключении цепи проводимость полупроводника резко падает, а сопротивление может достигать десятков МОм. После включения проводимость элемента восстанавливается, а сопротивление стремится к нулю и измеряется уже в миллиомах (мОм).

Полупроводниковые приборы представляют собой различные типы симисторов, тиристоров и транзисторов, включенных последовательно с нагрузкой в ​​электрическую цепь. Их действие основано на явлении электронно-дырочного перехода (pn), обеспечивающего одностороннюю проводимость от анода (p) к катоду (n).

Работа тиристорного контактора или выключателя переменного тока осуществляется по тем же принципам. Наиболее часто используемые схемы с встречно-параллельными тиристорами VS1 и VS2 отмечены на рисунке. Генерация импульсов осуществляется блоком управления при переходе напряжения через нулевую отметку.

Под воздействием импульсов тиристоры поочередно открываются, за счет смещения их между собой на 180 градусов. В результате в цепи начинает двигаться синусоидальный переменный ток. При уменьшении мгновенного значения тока нагрузки тиристоры отключаются.

Раскрытое и замкнутое положение

Итак, как мы понимаем, принцип работы нашего устройства другой. В зданиях с постоянным напряжением уже после кратковременного повышения происходит переход из исходного состояния в «разомкнутое». Далее рассматриваются два варианта:

• положение «открыто» может сохраняться даже после потери контроля напряжения на анодном выходе. Это может быть возможно, если «U», примененное к штифту управления анодом, больше, чем отверстие «U».

Прохождение электрического тока через устройство обычно заканчивается только разрывом электрической цепи или отключением источника питания (при этом оба эти процесса должны быть кратковременными). Почему электрический ток (после того, как восстановление этой цепи прошло) перестает течь. Для того, чтобы ток пустил, необходимо снова подать напряжение.

• Устройство перейдет в положение «закрыто» сразу после снижения значений напряжения.

Поэтому в системах, где ток = постоянный, существует несколько способов работы нашего электрического аппарата:

• Поддерживая «открытое» состояние;
• Полная противоположность первому варианту.

Стоит отметить, что чаще всего используется способ под номером 1. Условия работы тиристора в конструкциях, где напряжение не равно постоянному, иные. Там возврат в исходное положение происходит автоматически, то есть за счет уменьшения тока потока.

В случае, когда напряжение доводится до плюса и минуса часто, на выходе появится образование тока Р с определенной частотой. Так устроены системы пульсирующего питания, способные формализовать синусоиду в П.

Принцип работы тиристорного пускателя трехфазного переменного тока.

Принцип работы пускателя заключается в бесконтактном включении и выключении нагрузки, что осуществляется тремя автоматическими выключателями (рис. 2.4), каждый из которых представляет собой комбинацию двух тиристоров, включенных встречно-параллельно, например ВУ1 и ВУ2. Один из них пропускает ток в первой половине периода, а другой — во второй.

Включение цепи осуществляется подачей управляющих импульсов, синхронных с анодным напряжением. Импульсы управления тиристорами формируются из анодного напряжения тиристоров. В исходном состоянии все тиристоры закрыты и находятся под фазным напряжением.

После включения геркона КГ-1 и замыкания контактов реле К положительная полуволна сетевого напряжения будет приложена к аноду тиристора ВУ1 (рис. 2.4). Так от анода к катоду тиристора ВУ1 через управляющий переход тиристора ВУ2, резистор R1, контакт реле К и управляющий переход тиристора ВУ1 потечет управление.

Тиристор ВУ1 открывается. При открытии тиристора управляющий сигнал автоматически снимается, так как падение напряжения на открытом тиристоре не превышает 1 В. При переходе напряжения на нем через ноль тиристор ВУ1 закрывается. Теперь положительная полуволна сетевого напряжения будет приложена к аноду тиристора ВУ2; тиристор ВУ2 откроется и с него автоматически снимется управляющий сигнал.

Импульсы управления поступают на тиристоры синхронно с сетевым напряжением в начале каждого положительного полупериода, т е через 360 эл.°.

Тиристорный пускатель управляется с помощью герконов (герметичных контактов) КГ1 и КГ2, они замыкаются при воздействии магнитных полей. Герконовые выключатели имеют ряд преимуществ перед кнопочными выключателями:

1) относительно низкие затраты;

2) достаточная долговечность;

3) не требует периодического обслуживания;

4) плотность контактов;

5) возможность использования во взрывоопасных местах.

Характеристики тиристоров

Выбор тиристоров по технико-механическим характеристикам определяется зависимостью напряжений в электрической цепи от требуемого электрического тока. Рассмотрим основные механические свойства тиристоров:

• Максимально допустимый ток (это значение показывает максимально возможное значение; оно показывает максимально возможное значение устройства в положении «открыто);
• Максимально допустимый ток диода;
• Прямое напряжение;
• Индикаторы встречного напряжения;
• Выключите напряженность;
• Наименьшая величина тока на проводнике электрического управления;
• Максимальная разрешенная мощность.

Технические свойства тиристора

Теперь перейдем к техническим характеристикам:

1. Величина максимального обратного напряжения может достигать 100 вольт в «открытом» состоянии;
2. Значение напряжения в положении «закрыто» 100 вольт;
3. Импульс в открытое положение достигает 30 ампер, а повторный — до 10;
4. Среднее напряжение 1,00-1,50 Вольт;
5. Среднее значение тока не устанавливается;
6. Временной интервал включения и выключения устройства очень разный: 10 микросекунд и 100.

Виды тиристоров

Существует несколько изображений тиристоров, которые можно классифицировать по следующим методам:

• по режимам управления;
• по электропроводности;
• в соответствии с нарядом на работу;
• форма управления.

Итак, начнем с классификации тиристоров по режимам управления. Следует сказать, что полупроводниковый инструмент имеет два выходных пути, которые отличаются своими открытиями.

Если один открывается подачей напряжения на анодный блок, то другой — на катод. Однако есть некоторые замечания: подается не только напряжение, но и импульс. Если импульс подключен к управляющему выходу и катоду, то устройство будет иметь следующее название: «Тиристор, управляемый катодом». В противном случае — с анодом.

По электропроводности

Перейдем к другой классификации устройства. Как было сказано ранее, тиристоры (одиночные) проводят ток только в одном направлении, то есть обратной проводимости нет (это первый вид электропроводности).

Однако следует оговориться, так как мы знаем, что наш прибор работает за счет подачи напряжения наподобие ключа (переключателя), а если использовать двойной элемент, то есть симметричный тиристор, то прибор сможет проводить ток в два направлениях одновременно (это обратная электропроводность — вид 2).

По режиму работы

Наконец, обратимся к оценке последнего типа классификации. В современных, более совершенных полупроводниковых элементах чаще всего используются три основных элемента:

Также можно говорить о следующих подвидах тиристора: Запирающий и незапирающий (в первом случае: «+» присоединяется к отрицательно заряженному электроду, а «-» — к положительно заряженному; в второй случай — противоположное условие);

Быстродействующие (способны переходить из «закрытого» состояния в «открытое» за короткое время, без потери эффективности); Электроимпульсные (с минимальными потерями осуществляют процесс перехода фаз).

Схема однокнопочного управления тиристором

На рис. 1 представлена ​​одна из простейших схем однокнопочного управления тиристорным ключом. На схеме (далее) используйте кнопки без фиксации положения. В исходном состоянии нормально замкнутые контакты кнопки шунтируют цепь управления тиристором.

Сопротивление тиристора максимальное, ток через нагрузку не протекает. Схемы основных процессов, происходящих в цепи на рис. 1 рассматривается на рис. 2.

Для включения тиристора (ON) нажмите кнопку SB1. При этом нагрузка подключается к источнику питания через контакты кнопки SB1, а конденсатор С1 заряжается через резистор R1 от источника питания.

Скорость заряда конденсатора определяется постоянной времени цепи R1C1 (см схему). После отпускания кнопки конденсатор С1 разряжается на управляющий электрод тиристора. Если напряжение на нем равно или превышает напряжение включения тиристора, тиристор отпирается.

Выключить нагрузку (OFF) можно кратким нажатием на кнопку SB1. В этом случае конденсатор С1 не успевает зарядиться. Так как контакты кнопки шунтируют электроды тиристора (анод — катод), это равносильно отключению питания тиристора. В результате нагрузка будет отключена.

Поэтому для включения нагрузки необходимо более продолжительное нажатие на кнопку управления, для выключения – повторное короткое нажатие на эту же кнопку.

Простые силовые ключи на тиристорах

На рис. 3 и 4 показаны варианты схемы, представленной на рис. 1. На рис. 3 цепочка последовательно соединенных диодов VD1 и VD2 используется для ограничения максимального зарядного напряжения конденсатора.

Это позволило значительно уменьшить рабочее напряжение (до 1,5…3 В) и емкость конденсатора С1. В следующей схеме (рис. 4) резистор R1 включен последовательно с нагрузкой, что позволяет сделать двухполюсный выключатель нагрузки. Сопротивление нагрузки должно быть намного меньше, чем R1.

Тиристорный коммутатор с двумя кнопками

С помощью тиристорного регулятора нагрузки (рис. 5) можно включать и выключать нагрузку с помощью любой из нескольких последовательно соединенных кнопок, работающих на разрыв цепи. Принцип работы тиристорного ключа следующий.

При включении устройства напряжения, подаваемого на управляющий электрод тиристора, недостаточно для его включения. Тиристор, а следовательно, и нагрузка отключены. При нажатии одной из кнопок SB1 — SBn (и удержании ее нажатой) конденсатор С1 заряжается через резистор R1 от источника питания. Цепь управления тиристором и сам тиристор отключены.

После отпускания кнопки и восстановления цепи тока тиристора энергия, накопленная конденсатором С1, поступает на управляющий электрод тиристора. В результате разряда конденсатора через управляющий электрод включается тиристор, тем самым подключая нагрузку к токовой цепи.

Для выключения тиристора (и нагрузки) кратковременно нажмите одну из кнопок SB1 — SBn. В этом случае конденсатор С1 не успевает зарядиться. При этом цепь тока тиристора разомкнута, тиристор заперт.

Величина резистора R2 зависит от напряжения питания прибора: при напряжении 15 В сопротивление 10 кОм, при 9 В — 3,3 кОм, при 5 6-1,2 кОм.

Схема с эквивалентом тиристора на транзисторах

При использовании транзисторного аналога вместо тиристора (рис. 6) величина этого сопротивления изменяется от 240 кОм (15 В) до 16 кОм (9 В) и до 4,7 кОм (5 В) соответственно).

Тиристорные контакторы постоянного тока

Контакторы постоянного тока имеют ряд индивидуальных характеристик и особенностей. Одним из них является возможность работы с гораздо более высокими частотами переключения при регулировке и преобразовании тока и напряжения.

Этим они заметно отличаются от тиристорных регуляторов, стабилизирующих в цепях переменного тока. Установки постоянного тока обеспечивают более высокий уровень производительности, и этот фактор во многом определяет степень их использования.

Ти­рис­торный кон­тактор ТК-3-RL

Контактор тиристорный (другие названия — тиристорный пускатель, бесконтактный пускатель, тиристорный выключатель) ТК-3-РЛ предназначен для коммутации переменного напряжения на активно-индуктивную нагрузку — электродвигатели, нагревательные элементы и т.п
По сравнению с обычными механическими контакторами тиристорные контакторы обладают следующими преимуществами:

• отсутствие механических контактов, что в результате исключает необходимость периодического обслуживания и замены изношенных контактов;
• тишина на работе;
• отсутствие электрической дуги при включении и выключении;
• частота включения и выключения практически не ограничена;

К сожалению, расплатой за эти преимущества является более высокая цена и тепловыделение тиристоров. Тем не менее, в некоторых случаях использование тиристорных контакторов необходимо.

В таблице ниже представлены их основные характеристики.

Таблица 1 – Технические характеристики ТК-3-РЛ

Читайте также: Тиристорный регулятор мощности своими руками: схемы

Количество фаз	3
Сеть	198-242В, 342/418В, 50Гц
Фазовый контроль	Общие и разделенные
Схема подключения нагрузки	звезда, треугольник, звезда с рабочей нейтралью, открытый треугольник
Вспомогательный ток для системы управления	198-242В 50Гц
Система контроля энергопотребления	20 ВА
Номинальный ток нагрузки In	100, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600 А
Соединительный элемент	Тиристор
Тип системы управления	Аналоговый
Сигнал управления	«сухой» контакт, транзистор с коллектором-эмиттером (или сток-исток) на напряжение пробоя не менее 15 В
Индикация	4 светодиода
Дополнительные контакты	2 реле «Работа» с переключающими контактами
Защита: тиристор от перегрева	Датчик температуры 80 С
Перегрузочная способность (RMS)	I=3 Ом — 3 сек, I=2 I н — 5 сек, I=1,5 Ом — 10 сек, I=1,25 Ом — 30 сек, I=1,1 Ом — 1 мин
Степень безопасности	IP00, IP20
Охлаждение	Принудительные встроенные вентиляторы
Проклятый ресурс	50 000 часов
Температура окружающей среды	0..45 С
Относительная влажность	0,90% без конденсации (сухое помещение)
Изоляция	2,5 кВ между шасси, силовой цепью и цепями управления
Режим работы	Непрерывный, PV = 100%
Продолжительность жизни	Не менее 10 лет
Гарантия	12 месяцев с даты продажи

Таблица 2 Опции и услуги

Разрядка	Для управления обратным двигателем
Питание от сети 3×500 или 3×660 В	Поставляется с нестандартным напряжением сети
Степень защиты IP54, IP66 Открытый или морской	Тиристорный контактор установлен в герметичном шкафу
	Срочное изготовление в течение 2-3 рабочих дней.
Комплект запасных частей	Дополнительный комплект плат и тиристоров позволяет при необходимости провести самостоятельный ремонт в течении 1-2 часов

Тиристорные пускатели выпускаются в двух конструктивных исполнениях — исполнения IP00 и IP20. Оба варианта предназначены для монтажа в шкафу, но если помещение сухое, а воздух чистый и не содержит токопроводящей пыли, для исполнений IP20 шкаф не требуется.

Тиристорный контактор ТК-3-РЛ может использоваться как для управления трехфазной нагрузкой (коммутация напряжения всех трех фаз одновременно — совместное управление фазами), так и для пофазной подачи напряжения на три однополюсные нагрузки (раздельные контроль фаз).

Раздельное управление фазами возможно только при схемах подключения нагрузки «звезда» с рабочей нейтралью или «открытый треугольник”.

При выборе тиристорного пускателя для управления асинхронным двигателем следует учитывать пусковые токи двигателя, в 5-7 раз превышающие его номинальный ток, а также продолжительность пуска и перегрузочную способность контактора. (см. Таблицу 1).

Для обеспечения длительного срока службы контактора необходимо выбирать номинал тока с определенным запасом, иначе тиристоры будут постепенно деградировать и выходить из строя.

Таблица 3 Рекомендуемые значения тока для тиристорных пускателей ТК-3-РЛ для асинхронных электродвигателей

Асинхронный электродвигатель, кВт	Внутри контактора продолжительность пуска 3-5 секунд	Внутри контактора, продолжительность пуска 7-10 секунд	Внутри контактора, продолжительность пуска 15-20 секунд
7,5	100	100	100
11	100	100	100
15	100	100	160
18,5	100	160	160
22	160	160	200
30	160	200	250
37	200	250	315
45	250	315	400
55	315	400	500
75	400	500	630
90	500	630	800
110	630	800	1000
160	800	1000	1250
200	1000	1250	1600
220	1250	1600	—

При необходимости организации реверсивного управления электродвигателем потребуются два тиристорных контактора, при этом для исключения одновременного включения контакторов необходимо установить дополнительный реверсивный стол, обеспечивающий гарантированный разрыв между кл коммутация контакторов 30 -50 мс.

Документация:

Тиристорный контактор ТК-3-РЛ исполнение ИП00 Инструкция по эксплуатации

Тиристорный контактор ТК-3-РЛ, исполнение IP20 Инструкция по эксплуатации

Цены на тиристорные контакторы ТК-3-РЛ:

Тиристорные контакторы ТК-3-РЛ ПРАЙС-ЛИСТ

Срочный заказ — плюс 25% от стоимости, но не менее 15 тыс руб. Рекомендуется заранее узнавать о возможности срочного выполнения того или иного заказа.

Преимущества и недостатки

Несомненные преимущества тиристорных контакторов по сравнению с обычными устройствами заключаются в следующем:

• При регулярном выключении и включении отсутствует электрическая дуга, вызывающая разрушение контактов в электромагнитных устройствах.
• Небольшой интервал срабатывания позволяет проводить частые замены практически без ограничений. Режимы работы могут быть не только длительными, но и периодическими.
• Нет движущихся частей, подверженных механическому износу. Поэтому срок службы тиристорных контакторов намного больше, чем у обычных устройств.
• Бесшумная работа за счет конструктивных особенностей.
• Очень простой ремонт и обслуживание. Любая часть контактора может быть легко заменена за короткое время без разборки основного блока.
• При необходимости тиристорный контактор можно легко переоборудовать на другую силу тока. Для этого устанавливается подходящий тиристор с подходящими техническими характеристиками.

Тиристорные пускатели

В современной электроэнергетике в условиях повышенных требований к потребителям энергии для пуска асинхронных электродвигателей все чаще используются электронные устройства.

Отличительной особенностью электронных устройств является то, что они используются для управления запуском электродвигателя, в результате чего работа двигателя оптимально соответствует нагрузке, создаваемой присоединенным исполнительным механизмом.

Применение тиристорных пускателей, являющихся наиболее надежными электронными устройствами для пуска асинхронных двигателей, позволяет:

• снизить в 4-5 раз пусковой ток электродвигателей при плавном пуске;
• уменьшить падение напряжения в питающей сети;
• устранить перекосы фаз из-за несимметричной нагрузки;
• улучшать условия эксплуатации живой техники;
• уменьшить потери мощности;
• снизить финансовые затраты при построении более эффективных энергосистем.

Применение позволяет:

• ограничить пусковой момент электродвигателя и тем самым исключить ударные нагрузки на механизм, рывки в механической передаче конвейерных лент, элеваторов или гидравлические удары в трубах или арматуре при пуске и остановке двигателей;
• уменьшить пусковые токи, снизить вероятность нежелательных остановов и перегрева двигателя;
• увеличить ресурс двигателя за счет использования полного комплекта защит;
• уменьшить электрические потери в электродвигателе;
• увеличить частоту пусков и увеличить межремонтные интервалы; оборудование с минимальным обслуживанием;
• продлить срок службы оборудования.

ООО «Энергия -Т», г. Тольятти,

Является разработчиком и производителем всей номенклатуры тиристорных (бесконтактных) пускателей серии РТТ, предназначенных для прямого «безударного» пуска, плавного пуска и плавного останова, защиты асинхронных двигателей максимальной номинальной мощностью от 6,6 до 660 кВт, на номинальное напряжение 0,4 кВ и номинальную частоту 50 Гц.

Основные типы тиристорных пускателей, выпускаемых предприятием:

Пускатели с плавным пуском, с прямым «безударным» пуском:

• на напряжение 0,4 кВ, частота 50 Гц
• трехфазный трехполюсный, двухполюсный
• для номинальных рабочих токов от 10 до 1000 А
• модификации с применением тиристоров, симисторов, тиристорных модулей
• исполнение – с (без) маневрированием, с (без) реверсом
• с комплектом защит: от токов короткого замыкания
• встроенная токовая защита
• от обрыва фазы
• от перегрева силовых полупроводниковых приборов

в климатическом исполнении УХЛ, категории размещения 4 по ГОСТ 15543.1-89 степень защиты изделия IP00, IP20.

По техническому заданию заказчика предприятие разрабатывает и изготавливает все тиристорные пускатели на номинальные рабочие токи от 10 до 1000 А.

Пускатели тиристорные трехфазные ПТТ-Х-380-ХХ-УХЛ4

Пускатели предназначены для бесконтактного включения асинхронных двигателей. Основные области применения тиристорного пускателя с безударным пуском (РТТ): для пуска электродвигателей центробежных насосов, компрессоров, вентиляторов и нагнетателей, ненагруженных конвейеров и т.д.

Пускатели тиристорные трехфазные плавного пуска ПТТ-ПП-Х-380-ХХ-УХЛ4

Основные области применения тиристорного пускателя плавного пуска (ПТТ-ПП): насосное, вентиляционное, дымоудаление, подъемно-транспортное оборудование и др. алгоритм плавного пуска (останова) обеспечивается повышением (понижением) напряжения на выход тиристорного пускателя по линейному закону за счет управления фазой.