Преимущества твердотельных реле по сравнению с электромеханическими реле и контакторами
Преимущество твердотельных реле перед электромагнитными пускателями можно продемонстрировать простым арифметическим расчетом.
Предположим, что мы используем электромагнитный контактор для коммутации цепи питания нагревательного элемента, который поддерживает температуру в технологическом процессе при помощи ПИД – регулятора, который обеспечивает двухпозиционное регулирование мощности (включено-отключено). Допустим, что контактор рассчитан на номинальный ток 150А. В среднем при таком режиме работы контактор включает и отключает нагревательный элемент 10 раз в минуту. Число циклов коммутации контактора, рассчитанного на такие токи в среднем составляет 1 200 000 циклов.
Рассчитаем сколько циклов включено-отключено (В-О) будет производить (срабатывать) контактор за один рабочий день (8 часов):
За один час контактор будет срабатывать: 10 х 60 = 600 раз, где 10 – количество включений-отключений в минуту, 60 – количество минут в 1 часе.
За один рабочий день контактор будет срабатывать: 600 х 8 = 4800 раз, где 600 – количество включений контактора в час, 8 – количество часов.
Разделив количество возможных циклов коммутации контактора (справочные данные) на количество срабатываний за один рабочий день, мы получим количество дней, в течение которых контактор сможет функционировать:
где 1200000 – ресурс контакторов (возможное количество циклов в процессе эксплуатации), 4800 – количество включений в день.
Таким образом, контактор будет находиться в рабочем состоянии меньше года, в то время как твердотельное реле, при соблюдении температурного режима, может работать десятилетиями, не производя шума, искрения контактов и электромагнитных помех, оказывающих влияние на работу оборудования, находящегося рядом.
Другими достоинствами твердотельных реле являются:
высокая надежность, обусловленная отсутствием механических контактов;
неизменные характеристики в течение всего срока службы;
отсутствие дребезга контактов, искр и электрической дуги при коммутации, что значительно снижает внутрисхемный уровень помех в аппаратуре и обеспечивает стабильность её работы;
отличные характеристики изоляционных свойств между управляющими и силовыми цепями (до 4 кВ), высокое сопротивление изоляции корпуса;
низкое энергопотребление (твердотельные реле потребляют электроэнергии значительно меньше, чем электромагнитные реле и контакторы);
отсутствие акустического шума;
высокое быстродействие;
малые габариты и вес.
Технические характеристики твердотельных реле приведены в Приложении 8.
Тиристорные контакторы
Тиристорный контактор или тиристорный переключатель переменного тока (ТППТ) - полностью бесконтактный аппарат. Если контактор – это электрический аппарат, предназначенный для дистанционной коммутации силовых электрических цепей низкого напряжения, то полупроводниковый контактор – аппарат, выполняющий функции контактора, посредством использования полупроводниковых коммутационных аппаратов.
Наиболее часто тиристорные переключатели переменного тока строятся по схеме встречно – параллельного включения тиристоров VS1, VS2 (рис.6.6). При этом блок управления (БУ) вырабатывает импульсы в момент перехода питающего напряжения через ноль (для активной нагрузки). Эти импульсы сдвинуты один относительно другого на 1800 и открывают тиристоры поочередно таким образом, что в цепи нагрузки проходит синусоидальный переменный ток. Выключение тиристоров происходит при снижении мгновенного значения тока нагрузки до величины, называемой током удержания. Так как каждый период происходит выключение тиристоров, то в начале следующего периода из БУ должен поступить импульс, вновь открывающий тиристор.
Достоинства ТППТ:
высокий КПД за счет малого падения напряжения в открытом состоянии (около 1-2В);
высокое быстродействие (время включения тиристора не более 10 микросекунд);
большой коэффициент усиления по мощности (порядка 105 - 106);
малые габариты;
постоянная готовность к работе.
На рис.6.6 приведена принципиальная схема тиристорного контактора для управления установкой контактной сварки
При импульсном (кратковременном) замыкании кнопки SB1 по электронному реле времени КT, будет протекать ток и замкнется (без выдержки времени) контакт КT в цепи управления тиристоров, тиристоры VS1, VS2 становятся проводящими: VS1 - в положительную полуволну напряжения, VS2 - в отрицательную. Проводимость тиристоров будет существовать пока контакт реле времени КТ замкнут. По истечение выдержки времени контакт КT размыкается, на управляющие электроды тиристоров не будет поступать отпирающее напряжение, тиристоры теряют проводимость при первом переходе тока через нуль и тем самым «разрывают» первичную цепь сварочного трансформатора, сварочный ток прекращается. Так как длительность протекания тока для получения одной сварочной точки при контактной сварке составляет до 1с, поэтому только тиристорный контактор совместно с электронным реле времени способен обеспечить протекание тока в течение столь непродолжительного времени.
R-C цепь, параллельная тиристорам, необходима для их защиты от возможных коммутационных перенапряжений, так как согласно второму закону коммутации напряжение на конденсаторе не может увеличиться скачкообразно. Сопротивление R0 необходимо для подбора соответствующей величины тока управления тиристорами. Диоды VD1,2 обеспечивают необходимую полярность тока управления на управляющих электродах соответствующих тиристоров в положительную и отрицательную полуволну напряжения сети.
Данный контактор называется неуправляемым, так как не позволяет регулировать величину тока нагрузки, а позволяет лишь подавать на нагрузку определённое число полуволн напряжения, обеспечивая заданную (за счет электронного реле времени) продолжительность тока нагрузки.
|
Рис.6.6. Принципиальная схема машины контактной сварки с тиристорным контактором, позволяющим регулировать длительность протекания сварочного тока |
Пример. Контакт реле времени KТ оказывается замкнут на время 0,04с, тогда через сварочный трансформатор пройдут полные 4 полуволны напряжения, которые трансформируются и во вторичной цепи понижающего сварочного трансформатора TS возникнет такое же количество полуволн тока. Прохождение тока приведет к свариванию деталей. Для увеличения или уменьшения мощности в месте сваривания необходимо увеличить или уменьшить время замкнутого состояния КТ.
На рис. 6.7, 6.8 приведены схемы трехфазных контакторов для управления и регулирования мощности печей сопротивления. При соединении нагревательных элементов в треугольник, требуется тиристорный контактор на 6 тиристорах.
При соединении нагревательных элементов в звезду в одной из цепей каждой фазы возможно тиристор заменить на диод.
Часто вместо тиристоров также применяют симисторы, которые обладают свойствами встречно-параллельного соединения тиристоров, но имеют один управляющий электрод. При снятии управляющего тока закрываются для протекания обе полуволны тока.
|
Рис. 6.7. Электрическая схема трехфазного контактора с регулированием напряжения на каждом тиристоре |
|
Рис. 6.8. Электрическая схема трехфазного контактора с регулированием напряжения в одном тиристоре фазы |
