29.3 Выключатели тиристорные

Для коммутации силовых цепей переменного тока используются преимущественно тиристоры. Они способны пропускать большие токи при малом падении напряжения, включаются сравнительно просто подачей на управляющий электрод маломощного импульса управления. При этом их основной недостаток — трудность выключения — в цепях переменного тока не играет роли, так как переменный ток обязательно два раза за период проходит через нуль, что обеспечивает автоматическое выключение тиристора.

Схема однофазного тиристорного коммутирующего элемента приведена на рис. 129. Импульсы управления формируются из анодных напряжений тиристо­ров. Если на аноде тиристора VS1 положительная полуволна напряжения, то при замыкании контакта К через диод VD1 и резистор R пройдет импульс тока управ­ления тиристором VS1. В результате тиристор VS1 включится, анодное напряжение упадет почти до нуля, сигнал управления исчезнет, но тиристор останется в проводящем состоянии до конца полупериода, пока анодный ток не пройдет через нуль.

В другой полупериод, при противоположной полярности напряжения сети, анало­гично включается тиристор VS2. Пока контакт К будет замкнут, тиристоры будут автоматически поочередно включаться, обеспечивая прохождение тока от источни­ка к нагрузке.

Контакторы (пускатели). Тиристорные элементы (рис. 129) являются основой однофазных и трехфазных контакторов. На рис. 130 в качестве примера изображена схема реверсивного пускателя для асинхронных двигателей. Силовыми коммутирующими элементами являются тиристоры VS1 —

VS10, которые открываются контактами К11, К12, К13 реле К1 (вперед) или контактами К21, К22, К23 реле К2 (назад). Трансформаторы тока ТА1 и ТА2 подают сигнал перегрузки в блок защиты БЗ, который, воздействуя на базу транзистора VT, снимает питание реле К1 и К2 и тем самым отключает пускатель.

Аналогично устроены тиристорные станции управления асинхронными нерегулируемыми электроприводами мощностью до 100 кВт типа ТСУ. Станции выполняют операции пуска, останова, динамического торможения и реверса двигателя.

Использование тиристоров в качестве бесконтактных аппаратов на постоянном токе затруднительно из-за проблемы отключения. Если в цепях переменного тока тиристоры включаются автоматически при прохождении тока через нуль, то в цепях постоянного тока приходится применять специальные меры по принудительному снижению тока тиристора до нуля, т. е. производить так нарываемую принудительную коммутацию тока тиристора. Существует много разнообразных схем принудительной коммутации. Большинство из них содержит коммутирующие конденсаторы, которые в нужный момент с помощью вспомогательных тиристоров вводятся в цепь основного тиристора и включают

его.

Рис. 129. Схема однофазного тиристорного коммутирующего элемента

На рис. 131 изображена одна из схем принудительной коммутации. При подаче управляющего импульса на силовой тиристор VS включается цепь нагрузки Rн, (ток через тиристор i_T равен сумме токов нагрузки i_Н и через конденсатор i_С), коммутирующий конденсатор С заряжается до напряжения источника U. Полярность напряжения и

с указана на рис. 131, а. Схема готова к отключению, и если в момент t1 подать управляющий импульс на вспомогательный тиристор VS_B, то конденсатор С окажется включённым параллельно тиристору VS, ток нагрузки перейдет с тиристора VS на конденсатор С и тиристор VS выключится. Под действием ЭДС источника конденсатор будет перезаряжаться. Напряжение конденсатора и_с изменится в процессе перезаряда от — U до +U (рис. 131,б), а ток i_c постепенно спадет до нуля. Нагрузка Rн окажется отключенной от источника. Если теперь снова в момент t₂ включить нагрузку Rн, открыв тиристор VS, то опять конденсатор С зарядится до напряжения — U и схема будет готова к повторному отключению.

Рис. 130. Схема нереверсивного пускателя

Таким образом, отключение тиристора на постоянном токе оказывается сложнее, чем на переменном. Эта проблема решится окончательно лишь после создания мощных, полностью управляемых тиристоров, способных запираться при воздействии только на цепь управления.

Рис. 131. Схема тиристорного выключателя постоянного тока (а) и диаграмма его работы (б)

Рис. 132. Схема бесконтактного выключателя Рис. 133. Осциллограмма отключения тока короткого замыкания

Выключатели автоматические. На базе тиристорных элементов (см. рис. 129) выполняются автоматические бесконтактные выключатели серии ВА81 на токи до 1000 А. Они предназначены для защиты электрических установок в сетях напряжением 380/660 В переменного тока частотой 50 — 60 Гц при перегрузках и коротких замыканиях, а также для коммутаций с различной частотой включения.

В этих выключателях применяется принудительное выключение тиристоров с помощью схемы принудительной коммутации (рис. 132). Основной тиристор VS1 серии Т-160 управляется импульсами от генератора повышенной частоты (на рисунке не показан). Выключение тиристора VS1 производится разрядом конденсатора С через коммутирующий тиристор VS2. Последний включается от напряжения коммутирующего конденсатора С через маломощный тиристор VS3, что обеспечивает снижение мощности схемы управления. Конденсатор С заряжается от напряжения сети через трансформатор и диод VD1. Каждый выключатель состоит из трех силовых блоков с встречно-параллельно включенными основными тиристорами.

Благодаря использованию принудительной коммутации тиристоров защита от коротких замыканий осуществляется с ограничением тока в процессе отключения. На рис. 133 изображена осциллограмма отключения тока короткого замыкания тиристорным выключателем. Кривая 1 показывает нарастание тока короткого замыкания при отсутствии защиты, а кривая 2 — при отключении тиристорного выключателя схемой принудительной коммутации. Как видно из рисунка, в этом, случае нарастание тока короткого замыкания прерывается и максимальный ток i

maxсоставляет не более 0,02 — 0,05 ударного тока короткого замыкания.

Устройства выходные (промежуточные реле). Схемы на рис. 129 широко используются в качестве коммутирующих устройств цепей управления исполнительных аппаратов (пускатели, контакторы, электромагниты, муфты и т. п.). Примером могут служить устройства выходные бесконтактные типа УВБ-11, которые предназначены для усиления выходных командных сигналов логических устройств и коммутации цепей нагрузки переменного и постоянного тока. Они рассчитаны на коммутацию цепей переменного тока до 6 А и напряжением до 380 В, цепей постоянного тока до 4 А и 220 В.

На рис. 134 приведена схема усилителя УВБ-11-19-3721, предназначенная для коммутации цепей переменного тока. В качестве коммутирующего элемента используется симистор VS типа ТС2-25, зашунтированный варистором R для защиты . от перенапряжений. Включение симистора осуществляется путем соединения его управляющего электрода с одним из силовых выводов с помощью контакта герконового реле К. Это реле одновременно осуществляет и гальваническую развязку входной и выходной цепей. Выключение сеимистора

Рис. 134. Усилитель УВБ-11-19-3721: а — условное обозначение; б — функциональная схема

при разомкнутом контакте К происходит самопроизвольно при первом переходе тока нагрузки через нуль. Для того чтобы схема управлялась логическими сигналами от других элементов, предусмотрен согласующий каскад на ИС типа К511ЛИ1, выход которого подключен к обмотке герконового реле К.

В усилителях, предназначенных для коммутации цепей нагрузки постоянного тока, эта коммутация осуществляется тиристором, который выключается с помощью схемы принудительной коммутации, т.

е. путем разряда на тиристор заряженного заранее конденсатора.

Быстродействующий тиристорный выключатель постоянного тока

Принудительная коммутация (выключение) тиристоров яв­ляется основой работы полупроводниковых аппаратов постоян­ного тока и средством повышения быстродействия при отклю­чении  аппаратов переменного тока. Существуют различные схемные решения, которые обеспечивают кратковременное сни­жение тока в цепи с тиристорами до нуля и их выключение. Но практическое применение в электрических аппаратах нашли только конденсаторные схемы принудительной коммутации, принцип действия которых рассмотрен на примере рис. 8.1, б. Надо отметить, что по структуре, определяющей соединение элемен­тов коммутирующего контура и подключение его к выключае­мым тиристорам, узлы принудительной коммутации в аппаратах переменного тока и в аппаратах постоянного тока имеют су­щественные отличия. Однако принцип их работы, задачи и ме­тоды расчета элементов контура являются общими, которые можно рассмотреть на примере простой схемы выключателя постоян­ного тока (рис. 8.2). По характеру протекающих процессов она практически не отличается от уже рассмотренной схемы на рис.8.1, б. Однако замена механического контакта дополни­тельным тиристором VS2 позволяет существенно улучшить коммутационные характеристики аппарата и делает его более чувствительным к управлению.

Из рис. 8.2 видно, что вспомогательный (коммутирующий) тиристор VS2 может быть включен либо от анодного напряже­ния (замыканием кнопки «Стоп»), либо напряжением, снимае­мым с измерительного резистора R_ш.  В последнем случае напряжение на резисторе должно превысить значение, рав­ное U = U_у + U_VD+ U_ст, где            U_у – напряжение управления, доста­точное для надежного включения тиристора VS2;

U_VD – паде­ние напряжения на диоде VD2 и U_ст – напряжение стабилиза­ции (переключения) стабилитрона VD1.

В аварийных режимах работы, сопровождающихся много­кратным увеличением тока по отношению к номинальному, от­ключение цепи осуществляется автоматически при включении тиристора VS2. Регулированием сопротивления R_ш и подбором стабилитрона по параметру U_ст можно заранее задать значение тока перегрузки или тока короткого замыкания (КЗ), при кото­рых произойдет отключение выключателя.

Причем высокое бы­стродействие выключателя позволяет прервать ток КЗ задолго до того момента, когда он достигнет максимального значения.

В оперативном режиме включение и отключение номиналь­ных токов производятся замыканием управляющих цепей тиристоров VS1 и VS2 соответственно кнопками управления «Пуск» и «Стоп».

Ограничение тока в управляющих цепях тиристоров осуществляется резисторами R_у. Работа схемы в этом режиме при активной нагрузке поясняется временными диаграммами на рис. 8.3.

Для надежного выключения тиристора VS1 необходимо, чтобы схемное время t_с, показанное на графике изменения на­пряжения U_VS1 = f(t), было больше времени выключения тири­стора. В противном случае тиристор может вновь перейти в проводящее состояние под воздействием прямого напряжения, которое прикладывается к нему в процессе перезарядки конден­сатора.

Минимальную емкость конденсатора, обеспечивающую под­держание обратного напряжения на тиристоре VS1 в течение времени t_с, можно определить из анализа коммутационных процессов, происходящих непосредственно после включения ти­ристора VS2. Предполагая, что запирающая способность тири­стора VS1 в обратном направлении восстанавливается мгно­венно, уравнение разрядки кон­денсатора после включения тиристора VS2 запишем в виде

,

где U – напряжение источника питания; i – ток через последо­вательно соединенные R_н, С_к, VS2.

Со­отношение между емкостью конденсатора С_к и схемным вре­менем определяется следующим образом:

.

Учитывая, что взаимосвязь между сопротивлением R_н и то­ком в коммутируемой цепи I_k при напряжении источника U выражается формулой U=R_нI_k, последнее уравнение можно переписать так:

.

Надежное выключение тиристора VS1, обладающего време­нем выключения, равным t_q, будет при t_c³ t_qk_q ,

где k_q= 1,5…2 – коэффициент, учитывающий измене-   ние t_q при несовпадении тем­пературы pn-структуры, коммутируемого тока, обратного на­пряжения и скорости приложения прямого напряжения с клас­сификационными значениями. Следовательно, минимальная ем­кость коммутирующего конденсатора должна удовлетворять ус­ловию

.

Если нагрузка активно-индуктивная, то для обеспечения рас­сеяния энергии, запасенной в индуктивных элементах к мо­менту прерывания тока, она должна шунтироваться диодом, как это показано на рис. 8.2 штриховой линией. Расчет C_kв этом случае основывается на допущении, что ток нагрузки в тече­ние всего интервала коммутации остается неизменным. Конден­сатор C_k при этом будет разряжаться с постоянной скоростью. Минимальная емкость конденсатора должна быть

.

Если аппарат предназначен для отключения аварийных токов, собственная индуктивность элементов контура является недостаточной для ограничения до значений, выдерживае­мых низкочастотными тиристорами. В этом случае необходимо последовательно с коммутирующим тиристором включать до­полнительно реактор индуктивностью L_k(на рис. 8.2 это соот­ветствует переведению переключателя S в положение 2). Пара­метры элементов контура коммутации при шунтировании сило­вого тиристора VS1 обратно включенным диодом определяются выражениями

,

.

Отметим характерные для выключателей с емкостной коммута­цией тиристоров особенности.

1) При включении коммутирующего тиристора источник пи­тания и заряженный до напряжения источника конденсатор ока­зываются соединенными последовательно. Это вызывает скачко­образное увеличение тока в цепи до значения I_н=2U/R_н, что неблагоприятно сказывается на нагрузке, особенно при отклю­чении аварийных токов.

2) Интервал времени t = t₃ – t₁ (рис. 8.2),  в течение которого конденса­тор C_k перезаряжается, определяет быстродействие выключа­теля при отключении и частоту коммутаций. При повторном включении тиристора VS1 конденсатор вновь должен перезаря­диться и тем самым обеспечить готовность к последующему от­ключению аппарата. Для сокращения времени перезарядки кон­денсатора необходимо уменьшать постоянную цепи зарядки t=R₁C_k. Так как емкость C_k обусловлена схемным временем t_с, это можно достичь уменьшением сопротивления резистора R₁.

3) Процесс отключения тока в цепи нагрузки заканчивается выключением тиристора VS2.

Для этого необходимо обеспечить ограничение тока резистором R₁ (после перезарядки конденса­тора C_k) до значений I£I_н тиристора. Ввиду того, что ток удер­жания мощных тиристоров составляет десятки или сотни милли­ампер, сопротивление резистора R₁ должно быть достаточно большим, что противоречит требова­нию предыдущего пункта.

Поэтому, чтобы не снизить частоту коммутаций выключа­теля, зарядка конденсатора C_k осуществляется обычно с по­мощью дополнительной зарядной цепи с малой постоянной вре­мени t от автономного источника питания.

4) Важной задачей при создании выключателей с емкостной коммутацией тиристоров является ограничение перенапряже­ний, возникающих на конденсаторе C_k.

Для ограничения уровня перенапряжений до приемлемых значений необходимо использовать различные дополнительные меры, например, применение двухконтурных или двух-ступенчатых коммутирую­щих узлов, с помощью которых реализуется снижение скорости спада тока в процессе его отключения и существенное умень­шение перенапряжений.

Рассмотрим в качестве примера один из способов снижения коммутационных перенапряжений в полупроводниковых аппаратах постоянного тока.

Перенапряжения в процессе отключения аппарата обуслов­лены, в основном,   колеба-тельным характером перезарядки ком­мутирующего конденсатора. Уровень их зависит от параметров отключаемой цепи и динамических характеристик, используемых в сило-вой цепи СПП. Так как перенапряжения определяют тре­бования к изоляции защищаемого оборудования и изоляции са­мих аппаратов, влияют на габариты, стоимость и надежность работы систем электроснабжения в целом, необходимо стре­миться к их понижению.

В тиристорных аппаратах с емкостной коммутацией ограни­чение перенапряжений может быть достигнуто различными спо­собами. Наиболее простой из них заключается в подключении параллельно конденсатору на определенном этапе его переза­рядки линейного или нелинейного резистора. Сущность такого подхода заключается в демпфировании колебаний за счет уве­личения коэффициента их затухания. В выключателях постоян­ного тока использование линейных резисторов для шунтирования конденсаторов С_к связано с необходимостью введения в схему дополнительного коммутационного узла (обычно тиристорного), обеспечивающего прерывание тока в резисторе.

Один из возможных вариантов исполнения выключателей с двухступенчатой коммутацией тока представлен на рис. 8.4. Го­товность к отключению в схеме этого аппарата обеспечивается предварительной зарядкой конденсатора С_к от сети с указанной на рис. 8.4 полярностью. Для этого необходимо включить тиристоры VS2 и VS5, подав на них управляющие сигналы. Ток зарядки конден­сатора С_к протекает через элементы схемы LI, L2, R1, VS5, С_к, перемычку П, VS2, L3. По мере зарядки конденсатора ток в цепи тиристоров VS2, VS5 уменьшается и, когда он стано­вится меньше тока удержания, тиристоры самостоятельно вы­ключаются. При длительном номинальном режиме напряжение на конденсаторе С_к постепенно уменьшается из-за несовершен­ства собственной изоляции и вследствие утечки заряда через подключенные к конденсатору цепи с тиристорами. Для пред­отвращения значительного снижения напряжения система уп­равления должна обеспечивать периодическое включение тири­сторов VS2 и VS5. В результате на конденсаторе С_к будет ав­томатически поддерживаться постоянное напряжение, равное практически напряжению сети. Реакторы LI, L2, L3 в схеме необходимы для ограничения скорости нарастания тока при включении тиристоров и реализации колебательного режима переходных процессов.

При возникновении короткого замыкания и достижении то­ком значения уставки I_у системой управления включа­ются тиристоры VS3 и VS4. В результате выключается тиристор VS1. После изменения полярности напряжения на конденсаторе и повыше­ния его до заданного значения системой управления выда­ется сигнал на включение тиристора VS5. При этом парал­лельно конденсатору подключается резистор R1, способствую­щий ограничению дальнейшего повышения напряжения на конденсаторе.   Начиная с этого момента напряжение на кон­денсаторе уменьшается вместе с уменьшением коммутируемого тока. Разрядка конденсатора осуществляется через тиристор VS3, а после его выключения – через диод VD1.

Второй этап коммутационных процессов начинается непосредственно после выключения тиристора VS3 и снижения тока до значения, опре­деляемого общим сопротивлением внешней цепи и резистора R1. В этот момент времени системой управления включается тиристор VS2, и ток начинает протекать по цепи R1, VS5, С_к, П, VS2 и VD2.

В результате напряжение на кон­денсаторе вновь изменяет полярность. По достижении им амплитудного значения противоположной полярности  ток в нагрузке полностью преры­вается.

Так как полярность напряжения на конденсаторе после от­ключения соответствует исходному состоянию, выключатель го­тов к повторному срабатыванию. Причем в рассматриваемом случае, который соответствует индуктивному характеру на­грузки, напряжение на конденсаторе значительно превышает напряжение сети. При активной нагрузке напряжение на кон­денсаторе не достигает амплитудного значения, поэтому нет необходимо­сти включать тиристоры VS5 и VS2. В этом случае и после от­ключения тока остаточное напряжение на конденсаторе U_c<U. Для обеспечения готовности к работе конденсатор необходимо дозарядить.

К достоинствам принципиальных схем с двухступенчатой коммутацией тока следует отнести оптимальное использование конденсаторов, более высокие быстродействие и частоту вклю­чений. Однако это достигается значительным усложнением ком­мутирующего узла и системы управления, которая должна реа­гировать на многие параметры переходного процесса и обеспе­чивать определенную последовательность включения тиристоров.

RobotDyn® Модуль тиристорного переключателя переменного тока 3,3 В/5 В, логика переменного тока, 220 В/5 А, пик 10 А Распродажа

Совместимость

Показать все совместимые автомобили

• Напряжение: 5 В пост. тока, 3,3 В пост. тока

Точная информация>>

Точная информация:

Характеристика:

 

Если вам нужно управлять питанием переменного тока (освещение, бытовая техника), вам нужен тиристор.

Это очень распространенный тиристорный модуль с очень низким сопротивлением во включенном состоянии и управляющим напряжением, который совместим с любым микроконтроллером 3,3 В или 5 В или механическим переключателем.

Позволяет управлять мощными устройствами с очень маломощными механизмами управления.

Эта плата оснащена оптоизолятором для защиты микроконтроллера от сильных токов переменного тока.

Так же мы оставили больше места, если нужно установить радиатор для тиристора.

Характеристики:

.0002 Техническая инструкция :


GND TO GND

Сигнал (VCC) к цифровому ввозу/выводам, или 3,3 В ~ 5 В

Включает в себя:

1 x Thyristort ac Spect -Sweptor ac Spectistort ac switch ac spectistoror ac spectistoror ac spectistoror ac switch ac switch ac switch ac switch oc ac switch oc switch oc switch oc switch. Модуль 

Отзывы клиентов

Вопросы и ответы клиентов

Способы доставки

Общее расчетное время, необходимое для получения вашего заказа, показано ниже:

Общее время доставки рассчитывается с момента размещения вашего заказа до время, когда оно будет доставлено вам. Общее время доставки делится на время обработки и время доставки.

Время обработки: Время, необходимое для подготовки ваших товаров к отправке с нашего склада. Это включает в себя подготовку ваших товаров, проверку качества и упаковку для отправки.

Время доставки: Время, необходимое для доставки вашего товара с нашего склада до места назначения.

Ниже приведены рекомендуемые способы доставки для вашей страны/региона:

Доставка по адресу: Доставка с

Этот склад не может доставлять товары в ваш регион.

Способ(ы) доставки	Время доставки	Информация об отслеживании

Примечание:

(1) Время доставки, указанное выше, относится к расчетному времени в рабочих днях, которое займет доставка после отправки заказа.

(2) Рабочие дни не включают субботу/воскресенье и праздничные дни.

(3) Эти оценки основаны на обычных обстоятельствах и не являются гарантией сроков доставки.

(4) Мы не несем ответственности за сбои или задержки в доставке в результате форс-мажорных обстоятельств, таких как стихийное бедствие, плохая погода, война, таможенные проблемы и любые другие события, не зависящие от нас.

(5) Ускоренная доставка не может быть использована для адресов абонентских ящиков.

* В настоящее время мы предлагаем оплату наложенным платежом для Саудовской Аравии, Объединенных Арабских Эмиратов, Кувейта, Омана, Бахрейна, Катара, Таиланда, Сингапура, Малайзии, Филиппин, Индонезии, Вьетнама, Индии. Мы отправим код подтверждения на ваш мобильный телефон, чтобы убедиться, что ваши контактные данные верны. Пожалуйста, убедитесь, что вы следуете всем инструкциям, содержащимся в сообщении.

* Оплата в рассрочку (кредитной картой) или Boleto Bancário доступна только для заказов с адресами доставки в Бразилии.

Оптовый запрос

Статические переключатели переменного тока и гибридные переключатели, полное руководство

Содержание

1

Статический переключатель:                                                                                                            любым другим способом. Бистабильная характеристика полупроводниковых устройств, таких как тиристоры, то есть существование двух стабильных состояний, проводящего и непроводящего, предполагает, что эти устройства можно использовать в качестве бесконтактного переключателя. Их приложения в области статического переключения включают двухпозиционные выключатели, автоматические выключатели, контакторы, твердотельные реле и так далее.
Сравнение полупроводниковых и механических переключателей:

Полупроводниковый переключатель имеет ряд преимуществ по сравнению с другими переключателями:

1. Он обеспечивает чрезвычайно высокую скорость переключения, поскольку переключатель включается мгновенно.
2. Бесшумная работа, поскольку нет движущихся частей и дугового разряда.
3. Радиочастотные помехи (RFI) устраняются за счет переключения при нулевом напряжении.
4. Не требуется плановое техническое обслуживание, так как нет контактов или движущихся частей, которые изнашиваются.
5. Срок службы оптики намного дольше.
6. Полностью безопасен во взрывоопасной среде.
7. Иммунитет к вибрации и ударам.
8. Может быть установлен в любом положении или месте.
9. Отсутствует дребезг контактов выключателя при замыкании.
10. Маленький и легкий.
11. Легко адаптируется к электронному управлению.
12. Стоимость низкая.
13. Обеспечивает большую надежность.
14. В дополнение к включению или выключению нагрузки его также можно использовать для управления мощностью нагрузки от нуля до максимума.
15. Цепь управления может быть легко изолирована от цепи питания.
16. Легко управлять дистанционно.
Некоторые из недостатков полупроводникового переключателя:
1. Из-за обратного тока утечки в выключенном состоянии он не пропускает нагрузку, когда в выключенном состоянии он не позволяет полностью изолировать нагрузку от источника.
2. Он может выйти из строя при перенапряжении и перегрузке по току, если не защищен цепочкой демпфера RC.
3. Он имеет более высокие потери мощности во включенном состоянии, поэтому требуется охлаждение.
4. Падение напряжения на устройстве во включенном состоянии может быть недопустимым в некоторых приложениях
5. Из-за более высокой стоимости устройства и сложности управления его использование обычно ограничивается однофазными цепями.
6. Один и тот же переключатель нельзя использовать как в цепях переменного, так и в постоянном токе, поскольку переключатель переменного тока выключается естественным образом, в то время как для выключения переключателя постоянного тока требуется дополнительная схема принудительной коммутации.
7. Для поддержания переключателя во включенном состоянии требуются непрерывные импульсы запуска.
8. Может вызвать ложное срабатывание в результате переходных процессов напряжения, вызванных включением индуктивных нагрузок на соседних линиях.
9. Для предотвращения ложного срабатывания цепи зажигания должны быть полностью изолированы или экранированы от силовых цепей.
10. Схемы защиты необходимы для безопасного отключения устройства до того, как будут превышены номинальные значения тока перенапряжения или тока короткого замыкания.
11. Перегрузочная способность ограничена максимальным током полупроводникового устройства.

Статические переключатели используются в операциях переключения переменного и постоянного тока. Переключение переменного тока требует двунаправленного управления, которое обычно реализуется с помощью симистора или двух тиристоров, соединенных встречно-параллельно. Поскольку устройство выключается естественным образом, верхний предел частоты определяется типом используемого устройства. Для высокочастотных приложений используется конфигурация из двух встречно-параллельных SCR. Переключение постоянного тока требует управления только одним направлением тока, а переключающее устройство обычно представляет собой тринистор. Скорость переключения ограничена схемой коммутации и временем обратного восстановления тиристора.

Статические переключатели переменного тока:

Статический переключатель или контактор — это переключающее устройство, которое включает или отключает нагрузку от источника питания. Статический переключатель переменного тока включает в себя три основные цепи: цепь питания, цепь зажигания и цепь защиты.

Антипараллельное соединение SCR:

Для коммутации большой мощности простейшая однофазная. Переключатель переменного тока состоит из двух антипараллельных тиристоров, чтобы включить питание нагрузки, тиристоры должны быть включены в начале положительного полупериода, должны быть включены в начале отрицательного полупериода для отрицательных токов. Ведьма SCR включится немедленно, если на ворота будет получен импульс запуска. Для поддержания ключа во включенном состоянии на затворе требуются непрерывные импульсы отпирания, поскольку тиристоры естественным образом выключаются при переходе через ноль.

Для отключения питания достаточно подавить последующие импульсы зажигания. Переменный ток продолжает течь до тех пор, пока тринистор не отключится естественным образом при нулевом токе. Устройство фактически выключится в течение половины периода частоты источника после первого пересечения нуля после удаления импульсов запуска.

Переходные процессы напряжения могут возникать при переключении, особенно с индуктивной нагрузкой, и они требуют подавления с помощью демпферной цепи RC, подключенной параллельно с SCR.

Среднеквадратичное значение выходного напряжения определяется по формуле:

Где

VM = максимальное значение напряжения источника

⍺ = угол задержки срабатывания определяется как:

I _RMS =I _M /√2

Где I _M — максимальное значение линейного тока. Поскольку каждый тиристор переносит линейный ток только в течение одного полупериода, средний ток, переносимый каждым тиристором, равен

I _(SCR(ср)) =I _M /π

Подставляя I _M , получаем

I _(SCR(ср)) =(√3π29 I _RMS)

Поэтому важно выбирать тиристоры с номинальным током, по крайней мере, в 0,45 раза превышающим ток нагрузки.

Среднеквадратичное значение тока тиристора:

I _(SCR(RMS)) =I _M /2

Напряжение прямой блокировки V _FB должно быть не менее максимального значения напряжения источника то есть

В _FB ≥В _с(м) =√2 В _С

Где V_S представляет среднеквадратичное значение напряжения источника. Выходные данные можно получить из:

P _o =(V _(o(RMS)) ² )/R

пересечение нуля каждым полупериодом напряжения источника переменного тока. Кривые напряжения и тока нагрузки для чисто резистивной нагрузки, где сигнал затвора подается при ⍺=0.
При нагрузке RL ток отстает от напряжения на фазовый угол Φ из-за того, что индуктивность для высокоиндуктивной нагрузки Φ становится больше ширины запускающего импульса, и тринистор не срабатывает. Для обеспечения надежного запуска строб-сигналу необходима широкая ширина импульса от 0 до π. Напряжение нагрузки и кривые тока для чистой катушки индуктивности.

Подключение симистора:

Симисторы еще не доступны с такими же высокими значениями напряжения, тока и частоты, как уже имеющиеся в SCR. Однако для маломощных приложений при условии, что номинальный ток не превышается, использование одного симистора более экономично, чем пары тиристоров. Симистор также устраняет необходимость во второй цепи зажигания. Переключатель переменного тока, использующий схему, симистор может включаться как положительным, так и отрицательным триггерным импульсом и может проводить ток в обоих направлениях. Подобно SCR, когда симистор включил контроль потерь затвора при переключении. Он восстанавливает управление после того, как ток упадет до нуля, и для повторного включения устройства потребуется еще один стробирующий импульс.

Альтернативная реализация переключателя:

Два других способа реализации однофазного статического переключателя переменного тока с использованием комбинаций SCR и диодов. Диоды дешевле тиристоров и не требуют схемы зажигания. На схеме показана схема, в которой требуется только один SCR для управления обеими половинами цикла переменного тока. SCR подключается к клеммам постоянного тока двухполупериодного мостового выпрямителя. Путь положительного тока проходит через диоды D1, D4 и SCR, а отрицательный ток проходит через D2, D3 и SCR. Ток представляет собой переменный ток через нагрузку и постоянный ток через SCR. Нагрузка может быть активной или индуктивной. Схема запуска затвора проста, так как есть только один SCR, который должен запускаться как для положительного, так и для отрицательного полупериода. Однако, поскольку ток должен проходить через три устройства, потери мощности выше из-за прямого падения напряжения устройств.

SCR1 и диод D2 проводят положительный полупериод, а SCR2 и диод D1 проводят отрицательный полупериод. Поскольку два катода SCR являются общими в этой схеме, два затвора могут быть связаны вместе SCR и диодом, что приведет к дополнительным потерям мощности.

Реверсивные соединения:

Статические выключатели часто используются в приложениях, где требуются высокие частоты переключения, например, в реверсивных соединениях, когда машины переменного тока переключаются с одного направления вращения на другое путем реверсирования вращающегося поля. Показанная схема инвертирует трехфазную мощность, подаваемую на нагрузку. Когда переключатели S1, S2 и S3 включены, линия A подает a , линия B подает b и линия C подает c для одного направления вращения. Выключение переключателей S2 и S3 и включение S4 и S5 приводит к строке 9.0003

Питание A a, питание линии B c и питание линии C b, таким образом достигая обратной последовательности фаз напряжений, подаваемых на нагрузку. Необходимо следить за тем, чтобы S2 и S5 никогда не включались одновременно, иначе произойдет короткое замыкание между линиями B и C. То же самое относится к переключателям 3 и 4. Также обратите внимание, что в этой цепи все переключатели должны быть тринисторами. потому что диоды вызовут короткое замыкание между фазами.

Гибридные коммутаторы:

При параллельном подключении статического переключателя и механического переключателя можно получить некоторые из лучших характеристик обоих. Переключение осуществляется статическими выключателями, но в промежутках времени они замыкаются механическим выключателем. Механический переключатель в это время несет ток нагрузки, что позволяет избежать потерь мощности, возникающих в статическом переключателе из-за падения напряжения во включенном состоянии. Когда механический переключатель находится в работе, а статический переключатель работает, падение напряжения во включенном состоянии настолько мало, что не происходит разряда.

Другим преимуществом гибридного переключателя является то, что если статический переключатель выходит из строя, переключение все еще может выполняться с помощью механического переключателя до тех пор, пока статический переключатель не будет отремонтирован. Однако, если в нагрузке возникает обрыв цепи, полное напряжение источника может присутствовать в этой разомкнутой цепи. Этой опасной ситуации можно избежать, включив изолирующий выключатель последовательно со статическим выключателем, чтобы обеспечить изоляцию между нагрузкой и линией.

Твердотельное реле:

Полупроводниковые переключатели переменного тока, не имеющие контактов или движущихся частей, называются твердотельными реле (ТТР). SSR становится все более популярным в приложениях, где ранее использовались электромагнитные реле. ТТР используются в качестве переключающих элементов для управления двигательными нагрузками, в трансформаторах для резистивного нагрева и в осветительных нагрузках. Твердотельные реле могут использоваться для управления нагрузками постоянного и переменного тока. Когда они используются с нагрузками постоянного тока, силовой транзистор соединяет нагрузку с источником. В приложениях переменного тока наиболее часто используемым устройством является симистор. Схема твердотельного реле, в котором используется симистор с оптически изолированной схемой затвора. Он может управлять большим количеством энергии в главной цепи по небольшому сигналу от цепи управления. Обычно SSR использует симистор с оптически изолированной схемой затвора. Он может управлять большой мощностью в основной цепи с помощью небольшого сигнала от схемы управления. Обычно твердотельные реле используют оптопары для обеспечения гальванической развязки между цепью управления и цепью нагрузки. Оптопары представляют собой комбинацию оптоэлектронных устройств, обычно светоизлучающий диод (СИД) и фототранзистор или фототиристор, собранные в одном корпусе. Еще одной полезной особенностью твердотельного реле является переключение при нулевом напряжении, означающее, что коммутационное устройство включается в первый возможный момент после того, как напряжение источника пересекает нулевую ось. SSR предназначен для однополюсного применения с нормально разомкнутым контактом.

Статическое переключение ответвлений Управление:

Однофазное устройство РПН, в котором подача напряжения с ответвлениями обеспечивается трансформатором с ответвлениями. Техника включает в себя переключение ступеней трансформатора. Этот метод включает в себя переключение ступеней трансформатора с помощью статических переключателей и непрерывную регулировку путем управления фазой между ступенями. В идеале выходное напряжение можно регулировать от нуля до максимального вторичного напряжения. Если срабатывают только SCR3 и SCR4, выходное напряжение равно V2. Если срабатывают только SCR1 и SCR2, то выходное напряжение равно V1.

Управление фазой с помощью SCR1 и SCR2 позволяет регулировать выходное напряжение от нуля до полного напряжения V1 этого ответвления. Дальнейшее увеличение напряжения можно получить, увеличивая напряжение в течение частей каждого полупериода с помощью SCR3 и SCR4. SCR1 включается в момент времени t1, когда нулевое напряжение пересекает положительный полупериод. SCR3 начнет проводить, и это автоматически выключит SCR1. В t3 включается SCR2 и, наконец, в t4 срабатывает SCR4.

Выходное напряжение можно непрерывно регулировать до максимального значения, опережая срабатывание SCR3 и SCR4 по отношению к моментам t2 и t4 соответственно. Необходимо следить за тем, чтобы SCR2 оставался выключенным, когда SCR3 включен, поскольку в этом случае вторичная обмотка трансформатора будет закорочена. То же самое верно для SCR4 и SCR1. Этот метод переключения ответвлений может быть легко распространен на трансформатор с многоступенчатой ​​обмоткой для дальнейшей регулировки напряжения.

Регулятор статической реактивной мощности (SVC):

Рассмотрим схему, в которой переключатели переменного тока управляют питанием катушки индуктивности. Если переключатель переменного тока включается после пика напряжения источника, ток нагрузки будет течь менее 180, а его действующее значение будет зависеть от угла задержки ⍺, то есть реактивной мощностью, потребляемой от источника, можно непрерывно управлять, изменяя угол задержки. Эта схема, называемая индуктором с тиристорным управлением, может быть использована для получения регулируемых значений индуктивной или запаздывающей реактивной мощности. К сожалению, большинство практических нагрузок, являющихся индуктивными по своей природе, также получают отстающие VARS от источника. Для этих нагрузок требуются емкостные или опережающие реактивные реактивные мощности, чтобы компенсировать запаздывающий коэффициент мощности.

Конденсатор с тиристорным включением использует конденсатор для создания опережающих реактивных мощностей. Однако, если угол открытия произвольно изменяется для управления реактивной мощностью, ток через переключатель переменного тока протекает с большими пульсациями, поскольку напряжение на конденсаторе выравнивается с напряжением источника. Эти импульсы могут легко повредить коммутационное устройство. Поэтому срабатывание должно быть синхронизировано, чтобы произошло, когда мгновенное напряжение источника равно напряжению конденсатора. Управление реактивной мощностью достигается за счет разделения конденсаторов на группы и управления каждой группой с помощью отдельного переключателя переменного тока. Конденсаторные батареи включаются по мере необходимости для обеспечения необходимой реактивной мощности. Недостаток этой схемы состоит в том, что для каждого банка требуется переключатель переменного тока и связанная с ним схема запуска. Кроме того, поскольку конденсаторная батарея может переключаться только поэтапно, компенсация реактивной мощности достигается дискретными шагами, а не непрерывным управлением. Поэтому схема TSC подходит только в том случае, если нагрузка требует фиксированной регулировки VAR.

Некоммутируемый конденсатор обеспечивает максимальное опережение ВАр, которое потребуется, в то время как переключатель переменного тока с управлением фазой, включенный последовательно с катушкой индуктивности, вычитает постоянно контролируемое количество отстающих ВАр. Это основа статического регулятора VAR.

Статический регулятор реактивной мощности привлекает внимание к использованию в установках с быстро меняющимися требованиями к реактивной мощности, таких как дуговые печи, где они обеспечивают быстрое и точное управление реактивной мощностью. Опережающие реактивные мощности, необходимые для компенсации реактивной мощности, обеспечиваются путем подключения TSC к линиям переменного тока. На схеме показано, как конденсаторные батареи подключаются или отключаются с помощью тиристоров для корректировки коэффициента мощности нагрузки.