9.4. Гібридні напівпровідникові контактори

 

Гібридні НК завдяки високим техніко-економічним показникам займають провідне положення серед силових комутаційних НА різних призначень.

Такі контактори мають в своєму складі:

– електромагнітний контактор КТ6000 (КТП6000), який випускається серійно, без будь-яких суттєвих конструктивних змін;

– спеціальний напівпровідниковий блок (серії БПК21 для апаратів змінного струму та серії БПК51 для апаратів постійного струму), який підключається паралельно головному контакту контактора і забезпечує відсутність електричної дуги на контактах під час комутації струму навантаження.

Відсутність електричної дуги на головних контактах дозволило підвищити комутаційну зносостійкість за одночасного збільшення номінального струму апарата у важких режимах роботи. За комутаційною зносостійкістю гібридні контактори в десятки разів перевищують існуючі електромагнітні контактори. Підвищення комутаційної зносостійкості зумовило економічний ефект від втілення контакторів у народне господарство.

На рис. 9.3 наведена принципова схема гібридного контактора змінного струму, яка є єдиною для серій КТ64, КТП 64, КТ65 та КТП65.

У момент розмикання головних контактів ГК силовий тиристор  () вимикається та шунтує ГК, унеможливлюючи створення дуги на контактах.

Основним елементом схеми керування є трансформатор струму . За умови замикання ГК виникає струм у первинному колі .  почергово подає відпираючи сигнали на керувальні електроди тиристорів  та  колами обмотки ,  та діод  – в один півперіод струму головного кола; обмотки , , діод  – в наступний півперіод струму головного кола.

Рис. 9.3. Принципова схема гібридного контактора змінного струму

 

У момент розмикання ГК струм з обмотки  переходить у коло того з тиристорів, провідність якого відповідає напрямку струму. Під час зникнення струму в колі обмотки  подача напруги на електроди керування тиристорів  і  припиняється. Максимальний прямий спад напруги на відкритому тиристорі  () складає 1,5…2 В, що недостатньо для створення дуги на контактах. У момент переходу струму з кола ГК в коло силового тиристора, через наявність індуктивного опору контуру, виникає коротка дуга. Цей процес, який триває декілька десятків мікросекунд суттєво не впливає на комутаційну зносостійкість ГК. Повне вимкнення комутованого кола відбувається за умови переходу струму в силовому тиристорі через нуль.

Під час комутації контактором струму навантаження існує зона можливого утворення дуги на ГК, коли тиристор не може ввімкнутись. Ця зона існує протягом часу, коли струм у вторинних обмотках  менший за струм керування тиристорів. Ця зона зменшується зі збільшенням комутованого струму та практично не впливає на електричний знос контактів.

Стабілітрони ,  обмежують напругу на керувальних переходах тиристорів  та  у межах допустимих значень.

Резистори  вирівнюють струми в колах керування тиристорів ,  та в колах стабілітронів , .

Резистори  та конденсатори  підвищують завадостійкість схеми.

Коло  служить для зниження амплітуди та швидкості зростання відновлювальної напруги на тиристорах в момент їх вимкнення, а також унеможливлює ввімкнення тиристорів від короткочасних перенапруг в мережі.

Для запобігання виходу з ладу тиристорів під час наскрізних струмів короткого замикання, які викликають відкидання ГК та перевищують максимально допустиму перевантажувальну здатність тиристорів, застосовується схема захисту.

У випадку наскрізного струму короткого замикання, який перевищує 10-ти кратний номінальний струм контактора, але менший за струм, за якого відбувається відкидання ГК, напруга на обмотці  стає достатньою для пробою стабілітрона . Транзистор  відкривається від спаду напруги на резисторі  і подає сигнал на керувальний перехід тиристора . Тиристор  відкривається та шунтує коло керування тиристора . Параметри обмотки W3 підібрані так, щоб під час відпирання  на керувальний перехід тиристора  буде надходити від’ємний сигнал, який забороняє ввімкнення тиристора  за умови відкидання контактів.

Отже, схема гібридних контакторів забезпечує бездугову комутацію кіл як за умови ввімкненні контактора, так і за умови його вимкнення. Якість бездугової комутації не залежить від характеру навантаження та коливань напруги живлення. Сигнал керування подається тільки за наявності струму у колі ГК, тобто, повністю виключена можливість пошкодження тиристорів за умови втрати контакту в колі ГК. Елементи схеми керування працюють у полегшеному режимі, оскільки за умови розімкнених ГК схема повністю знеструмлена, а під час протікання струму навантаження елементи схеми навантажуються почергово протягом одного півперіоду.