Конспект лекций по предмету электрические аппараты (стр. 5 )

Если Uпр0 является тем минимальным напряжением, которое необходимо для пробоя околокатодного слоя после прохождения тока через нуль, а дуго­гасительная решетка имеет т катодов (m — 1 пластин), то при Uпр0m >Uв max, дуга на промежутке не восстановится. В решетке (рис.12,а) дуга погаснет в тот полупериод, за который она войдет в решетку. При схеме на рис.12,б дуга за один полупериод может не успеть войти в необходимое число промежутков, так как длина дуги зависит от скорости расхождения кон­тактов.

Как указывалось выше, Uв max практически не превосходит 2Ет. Условие Uпр0m >Uв max определяет число пластин решетки, между которыми должна находиться дуга переменного тока, чтобы получить ее погасание при прохождении тока через нуль. Необходимое для погасания дуги переменного тока число пластин существенно меньше, чем для погасания дуги постоянного тока, где Uэ состав­ляет всего 20 — 25 В. Дугогасительная решетка на переменном токе действует намного эффективнее, чем на постоянном. Этим и объясняется широкое ее применение на переменном токе и ограниченное применение — на постоянном.

Дугогасительная решетка позволяет сильно сократить размеры дуги и гасить ее в ограниченном объеме при малом световом и звуковом эффектах. Это обеспечило ей широкое применение в дугогасительных устройствах контакторов и автоматических выключателей.

2.3.7. Бездуговая коммутация цепей переменного и постоянного тока

Одним из перспективных путей повышения эффективности коммутации силовых цепей, позволяющим исключить возникновение дуги отключения или ограничить время ее горения, является использование силовых полупроводни­ковых приборов. Во многих странах и у нас в России ведутся работы по созданию коммутационных аппаратов на базе тиристоров и симисторов, однако до настоящего времени такие аппараты имеют ограниченное применение. Основ­ными факторами, препятствующими широкому применению указанных аппаратов, даже при низком напряжении, являются высокая стоимость, значительные габари­ты, отсутствие видимого разрыва цепи, чувствительность к перегрузкам, скорости нарастания тока и напряжения. Подробно этот вопрос рассмотрен в разделе 4.

Более приемлемыми для сильноточных аппаратов признаны устройства с бездуговой коммутацией, основанные на использовании механических контактов и тиристоров или механических синхронизирующих устройств, контактов и не­управляемых диодов.

Коммутация цепей переменного тока. Для аппаратов с высокой частотой оперативных включений и отключений заслуживает внимания контактная система с тиристорным блоком бездугового отключения (рис.13). Тиристоры VS1 и VS2 включены параллельно контакту. При разомкнутом контакте К они заперты — ток в цепи отсутствует. При замыкании контакта и возникновении тока в цепи трансформаторы тока ТА1 и ТА2 (или другое устройство) через диоды VD1 и VD2 подают соответственно полярности полуволны отпирающие сигналы на управляющие электроды тиристоров. Однако ток через тиристоры не протекает, так как они шунтированы контактом. В момент размыкания контакта ток переходит в цепь того из тиристоров, направление проводимости которого соответствует полярности тока. Прямое падение напряжения на открытом тиристоре мало (1,5 — 2 В на одном тиристоре), и дуга на контактах не возникает. При переходе тока через нуль проводящий тиристор закроется, а второй не откроется ввиду отсутствия сигнала. Ток в цепи прекратится. Коммутационная износостойкость контактов при этом способе гашения сильно возрастает (например, у контакторов серий КТ-64 и КТ-65 — в 10 раз).

Так как тиристоры обтекаются здесь током только в течение полупериода, то они могут выбираться на малые номинальные токи с большими перегрузками. Габариты тиристорного блока оказываются малыми.

Принципиальная электрическая схема коммутационного устройства с синхрони­зированным размыканием контактов приведена на рис. 14.

Рис. 13. Схема бездугового отключения с шунтирующими тиристорами

Рис. 14. Схема коммутационного устройства с синхронизированным раз­мыканием контактов и бездуговым отключением

Контакты К1 и К2 замыкаются и удерживаются в замкнутом положении приводом. Встречно-параллельно включенные диоды VD1 и VD2 представляют собой незначительное нелинейное симметричное малоинерционное сопротивление, они не искажают форму тока и не влияют на него. Ток протекает в парал­лельных цепочках в соответствии с полярностью диодов. При отключении привод освобождает подвижные контакт-детали, предоставляя возможность контак­там К1 и К2 разомкнуться с помощью своих отжимающих пружин. Контролирующие электромагниты 1 и 2 удерживают контакты замкнутыми до перехода тока через нуль и до закрытия диодов. Если в момент отключения привода ток проходит через электромагнит 2, то контакт К2 удерживается в замкнутом положении до конца полупериода, а контакт К1 размыкается одновременно с приводом. Аналогично происходит, если в момент отключения привода ток протекает через электромагнит 1: контакт К2 (обесточенный) отключается одновременно с приводом, а контакт К1 — в конце полупериода тока, проходящего по нему.

Контролирующие электромагниты обеспечивают размыкание контактов не синхронно с приводом, а в паузу тока, создаваемую диодами после перехода тока через нуль.

Устраняя электрическую дугу, устройство, выполненное по этой схеме, обеспе­чивает высокую изолирующую способность межконтактного промежутка в отключен­ном состоянии (контакты разомкнуты) и малое сопротивление во включенном состоянии. При больших токах это устройство может быть использовано как дугогасительный контакт, у которого основной контакт отключается одновременно с приводом, а контак­ты - К1 и К2 — соответственно полупериоду протекающего по ним тока.

Коммутация цепей постоян­ного тока.

Отключение постоян­ного тока представляет собой процесс принудительного его обрыва. Схемы, обеспечивающие либо ограничение времени горения дуги, либо полностью бездуговую коммутацию, многообразны и сложны. Они основаны, как правило, на конденсаторном гашении в сочетании с искусственной коммутацией тиристоров.

В схемах, выполненных по принципу, показанному на рис. 15,а, после размыкания контакта К открывается тиристор VS. Заранее заряженный конден­сатор С разряжается через дугу и катушку индуктивности L, благодаря чему ток в дуге дважды меняет свое направление. В один из переходов тока через нуль возможно гашение дуги. Такие схемы при токах свыше 100 А требуют значительных емкостей (конденсатор имеет большие габариты и время заряда), обеспечивают только сокращение времени горения дуги и, таким образом, малоэффективны.

В схемах, подобных показанной на рис. 15,б, процесс отключения цепи двухступенчатый: сперва открывается емкость с открытием тиристора VS2 и осуществляется разряд конденсатора С и запирание тиристора VS1, достигается полное бездуговое отключение тока.

Во всех случаях амплитуда тока разряда конденсатора должна быть больше тока цепи. Цепь диода VD и резистора R служит для снижения напряжений и повышения отключающей способности, тиристор VS3 — для заряда (одна из схем) конденсатора.

Бездуговая коммутация цепей постоянного тока в сочетании с другими мероприятиями позволяет проектировать выключатели с полным временем отклю­чения не более 0,01 с, а также повышать коммутационную износостойкость аппаратов (для контакторов — в 5 — 10 раз).

Рис. 15. Схемы бездуговой комму­тации на постоянном токе

3. Электромагнитные механизмы аппаратов

3.1. Основные понятия

Электромагнитные механизмы применяются для приведения в действие мно­гих аппаратов. Конструкции электромагнитов разнообразны, они могут быть клас­сифицированы :

1. по способу действия: удерживающие — для удержания тех или иных грузов или деталей (например, электромагнитные столы станков, электромагниты подъ­емных кранов и т. п.); притягивающие — совершают определенную работу, при­тягивая свой якорь;

2. по способу включения: с параллельной катушкой — ток в катушке опре­деляется параметрами самого электромагнита и напряжением сети; с последовательной катушкой

— катушка включается в силовую цепь, ток в катушке определяется не параметрами электромагнита, а теми устройствами (машины, аппараты), в цепь которых включена катушка;

Рис. 16. Схемы электромагнитов: а, б —с поворотным якорем; в, г —с прямоходовым

якорем 1 — скоба; 2 — якорь; 3 — катушка; 4 — сердечник

3. по роду тока: постоянного тока — при параллельном включении ток в катушке зависит от сопротивления её обмотки и приложенного напряжения, электромагнитная система работает при постоянной МДС; переменного тока — при параллельном включении ток в катушке зависит от индуктивности системы, меняющейся обратно пропорционально воздушному зазору, электромагнитная система работает при постоянстве потокосцеплений;

4. по характеру движения якоря: поворотные — якорь поворачивается вокруг какой-то оси или опоры (рис. 16,а и б); прямоходовые — якорь перемещается поступательно (рис. 16, в и г).

3.2. Электромагниты переменного тока. Короткозамкнутый виток.

При синусоидальном переменном токе поток (рис.18, а) изменяется по закону

Ф = Фmsin щt.                                                                                (3.5)

Сила притяжения электромагнита в таком случае будет

                                                                               (3.6)