Oncool.ru

Строй журнал
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Полупроводниковый выключатель переменного тока

полупроводниковые контакторы, тиристорные устройства коммутации

ТРИД ТРС, полупроводниковые контакторы

Полупроводниковые контакторы предназначены для коммутации силовых цепей исполнительных механизмов – нагревателей, осветительных приборов, маломощных электродвигателей и других устройств, работающих на переменном токе. Полупроводниковые контакторы являются готовыми к использованию устройствами, состоящими из мощных полупроводниковых управляющих элементов, установленных на радиатор, схем управления и других вспомогательных элементов – предохранителей, клемм для подключения проводов.

Технические характеристики

Метод управления: Переключение в «0»

Номинальное управляющее напряжение: 4 — 32 В

Максимальный ток утечки в состоянии ВЫКЛ: ≤3 мA

Время отклика на входной сигнал: менее 10 мс

Диапазон рабочих температур: от минус 20 до +70 °С

МодельНоминальный ток нагрузки, АКоммутируемое напряжение, В (АС)Габариты, мм
ТРС-10/230-Р11023080х50х79
ТРС-10/400-Р11040080х50х79
ТРС-15/230-Р11523080х50х79
ТРС-15/400-Р11540080х50х79
ТРС-25/230-Р225230100х50х124
ТРС-25/400-Р225400100х50х124
ТРС-20/230-Р320230125х72х57
ТРС-20/400-Р320400125х72х57
ТРС-40/230-Р340230125х72х57
ТРС-40/400-Р340400125х72х57
ТРС-50/230-Р450230125х100х57
ТРС-50/400-Р450400125х100х57
ТРС-60/230-Р560230100х115х124
ТРС-60/400-Р560400100х115х124
ТРС-100/230-Р6100230125х80х163
ТРС-100/400-Р6100400125х80х163

БКР блок коммутации реверсивный (пускатель бесконтактный реверсивный)

Особенность пускателя бесконтакного реверсивного БКР состоит в использовании симисторов для управления асинхронными электродвигателями исполнительных механизмов типа МЭО (задвижки, трехходовые шаровые клапаны и краны, поворотные затворы и т.п.), электромагнитными пусковыми устройствами в системах автоматического регулирования. Это позволяет использовать все преимущества бесконтактного управления, продлевая срок службы механизмов и обеспечивая бỏльшую надёжность.

Функции пускателя бесконтактного реверсивного

  • Бесконтактная (симисторной) коммутация механизмов типа МЭО
  • Формирование сигналов БОЛЬШЕ, МЕНЬШЕ и ЗАПРЕТ
  • Формирование паузы между реверсивными включениями не менее 50 мс
  • Управление электромагнитным ТОРМОЗОМ.
  • Блокировка включения исполнительного механизма при наличии сигнала ЗАПРЕТ с выбором пользователем канала, на который распространяется действие сигнала ЗАПРЕТ

Питание нагрузки220 В +10 % / -15 %, 50 ±1 Гц
Ток по входам в открытом состоянии, не более15 мА
Действующие значения коммутируемого тока:
При 100 % времени включения0,5 А (непрерывно)
При 25 % времени включения2 А (длительность непрерывного включения менее 100 с)
Питание блока от сигнала управления(12…36) В, 30 мА макс.
Пауза между размыканием и замыканием ключей при мгновенном реверсе, не менее0,05 с
Условия эксплуатации
Температура(0…50) °С
Влажность80 % при 35 °С
Габариты(96 × 88 × 42) мм
КорпусКА-Р1
Масса, не более200 г
Гарантия36 месяцев

АПР–пускатель реверсивный трехфазный

Областью применения реверсивного пускателя АПР являются системы управления, регулирования, защитной автоматики, в том числе для газовых котельных.

Блок трех фазного реверсивного пускателя предназначен для:

  • обеспечения смены направления вращения асинхронных трехфазных двигателей, в том числе двигателя управления МЭО (механизм электрический однооборотный), построенных на основе трехфазных асинхронных двигателей;
  • сопряжения выходов автоматики 220 В с трехфазными асинхронными двигателями;
  • питания одного измерителя-регулятора типа АДР, АДН.

Технические характеристики

ПараметрЗначение
Напряжение питания, В170…270
Число фаз питания3
Частота, Гц50 (±1%)
Ток потребления, А0,02
Нагрузка силовая (380 В, 3 фазы):
>> Коммутируемое напряжение. Ср. кв. знач, В170…270
>> Минимальный коммутируемый ток по каждой фазе, А0,2
>> Максимальный коммутируемый ток по каждой фазе, А2
>> Максимальный импульсный ток(tимп = 10 мс), А20
>> Ток утечки на выходе, мА2,3
Напряжение изоляции между управляющими и коммутируемыми цепями, VAC1500
Управление «ВПЕРЁД», «НАЗАД» при помощи сигналов 220 В
>> Напряжение, подаваемое на клеммы 1,2 разъёма Х2, В220
>> Частота напряжения, подаваемая на клеммы 1,2 разъёма Х2, Гц50
>> Ток, потребляемый по цепям клемм 1,2 разъёма Х2, В220
Время задержки при переключении направления вращения, с0,5

Принцип работы
АПР поддерживает управление входным напряжением 220 В переменного тока до 80 мА частотой 50 Гц. Подключение производят к разъёму Х2. При этом нейтраль (N) подключают к контакту 3 разъёма Х2. К разъёму Х3 нейтраль (N) не подключается. При появлении сигнала «ВПЕРЁД» и отсутствии сигнала «НАЗАД» происходит включение трёх симисторов, обеспечивающих прохождение переменного тока трёх фаз от клемм 1, 2 и 3 разъёма Х3 к клеммам 1, 2 и 3 разъёма Х4 соответственно. А при появлении сигнала «НАЗАД» и отсутствии сигнала «ВПЕРЁД» происходит включение трёх симисторов, обеспечивающих прохождение переменного тока трёх фаз от клемм 1, 2 и 3 разъёма Х3 к клеммам 1, 3 и 2 разъёма Х4 соответственно. Таким образом, при сигнале «НАЗАД» происходит перекоммутация фаз B и C. Каждая из фаз включается (и отключается) в момент перехода напряжения через «0 В». Это обеспечивает снижение помех при коммутации нагрузки. При одновременном поступлении сигналов «ВПЕРЁД» и «НАЗАД» происходит отключение всех трёх фаз от нагрузки. При смене направления вращения АПР выдерживает паузу 0,5 секунды для снижения пускового тока. Если же после отключения нагрузки происходит повторное включение без смены направления вращения, то пауза не выдерживается.

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ. ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ

Как уже было отмечено, наибольшее применение на электроподвижном составе нашли тяговые двигатели постоянного тока. Для преобразования переменного тока в постоянный (точнее, пульсирующий ) на электровозах переменного тока устанавливают выпрямители . В выпрямителях используют полупроводниковые приборы. Принцип действия этих приборов основан на их свойстве пропускать ток только в одном направлении.
Для изготовления полупроводниковых вентилей используют германий, кремний, селен и другие материалы. Пластины, изготовленные из этих материалов, после внесения специальных примесей имеют слоистую структуру, в которой чередуются проводимости различных типов — электронная (n) и дырочная (р).
В неуправляемых выпрямителях используют неуправляемые вентили — диоды , которые начинают проводить ток, как только к ним прикладывают напряжение, действующее в проводящем направлении. Диоды имеют двухслойную р-n-p-структуру, для них характерна высокая проводимость в прямом направлении и низкая в обратном.
В преобразователях, предназначенных не только для выпрямления, но и для регулирования выпрямленного напряжения и инвертирования (т. е. преобразования постоянного напряжения в переменное) используют полупроводниковые управляемые вентили — тиристоры.
Полупроводниковые приборы подразделяют на различные типы по исходному материалу, назначению, конструкции, мощности, виду охлаждения, диапазону рабочих частот и т. д. В силовых цепях электроподвижного состава используют мощные (силовые) кремниевые полупроводниковые приборы с принудительным воздушным охлаждением.
Силовые диоды способны выдерживать высокое (до 4000 В) обратное (прикладываемое в непроводящем направлении) напряжение при незначительных токах утечки (до 5 мА).

Рис. 59 Общий вид диода штыревой конструкции (а)
и его вольт-амперная характеристика (б)

У силового диода (рис. 59, а) наружный конец гибкого вывода является одним из электродов вентиля, на него насажен стандартный наконечник для включения прибора в схему. Положительный электрод называется анодом , а отрицательный — катодом. Направление тока в вентиле (от верхнего гибкого вывода к основанию или, наоборот, от основания к выводу) указывают значком на корпусе вентиля. Охладители имеют массивное основание и ребра, увеличивающие поверхность охлаждения.
Основной для полупроводниковых вентилей является вольт-амперная характеристика (ВАХ), показывающая зависимость тока, проходящего через прибор в прямом Iпр и обратном Iобр направлении от соответствующего напряжения (рис. 59, б).
При прохождении прямого тока через вентиль в нем вследствие внутреннего электрического сопротивления происходит падение напряжения (прямое падение напряжения) и возникают потери энергии, которые выделяются в виде тепла. Поэтому ток Iпр, проходящий через диод в прямом (проводящем) направлении, ограничивается допустимой температурой нагрева полупроводниковой структуры и условиями охлаждения. Современные силовые диоды с воздушным охлаждением рассчитаны на предельные прямые токи до 1600 А.
При включении диода в непроводящем направлении ток Iобр с увеличением обратного напряжения Uобр возрастает медленно. Затем при достижении предельного напряжения Umax наступает пробой вентиля, т. е. он теряет свои запирающие свойства. Поэтому напряжение, подводимое к вентилю, должно быть меньше значения Umax, при котором происходит пробой.
Вентили рассчитывают на определенное обратное номинальное напряжение (повторяющееся напряжение), при котором завод-изготовитель гарантирует их длительную работу без пробоя.
В зависимости от номинального напряжения Uном вентили подразделяют на классы. Величина Uном/100 означает класс вентиля. Например, кремниевый вентиль 8-го класса имеет повторяющееся напряжение
8 * 100 = 800 В. Вполне понятно, что чем выше класс вентиля, тем больше его стоимость. На электровозах устанавливают вентили не ниже 8-го класса.
Для того чтобы напряжение, приложенное к вентилю, не могло превысить предельного значения, вентили выбирают с соответствующим запасом.
Устанавливаемые на современных отечественных электровозах полупроводниковые вентили могут кратковременно пропускать в прямом направлении ток более 1000 А, не повреждаясь при этом, но не выдерживают обратного тока даже 1 А. Это объясняется тем, что прямой ток, как и выделяемое при прохождении его тепло, распределяется равномерно по всей площади структуры полупроводника. Обратный же ток проходит не по всей поверхности, а по отдельным небольшим каналам. Поэтому в отдельных точках выделяется значительное количество тепла, что способствует пробою вентиля.
Учитывая это, кремниевые пластины вентилей стали изготовлять по особой технологии. Это позволило обеспечить прохождение обратного тока равномерно по всей поверхности пластины, что снизило вероятность его недопустимого нагрева и пробоя. Такие вентили получили название лавинных. Их широко применяют на электровозах.
Силовые тиристоры, широко применяемые на электроподвижном составе, способны находиться в закрытом состоянии в случае приложения к ним как прямого, так и обратного напряжения, если на вентиль не подается сигнал управления, и пропускать ток при весьма малом падении напряжения в прямом направлении, если прибор открыт управляющим сигналом.
После того как тиристор откроется, он продолжает работать независимо от того, поступает или нет сигнал на его управляющий вывод. Закрыть его можно только уменьшив прямой ток практически до нуля. Тиристоры имеют более сложную, четырехслойную р-n-р-n-структуру, обеспечивающую эти свойства.
Управляемые вентили (штыревые и др.) конструктивно сходны с неуправляемыми (см. рис. 59, а). Отличие их состоит в том, что они, кроме силового (гибкого), имеют еще дополнительный вывод в корпусе от управляющего электрода, В мощных тиристорах толщина кремниевой пластинки, находящейся внутри корпуса полупроводникового прибора, не превышает 0,35 мм. Диаметр ее зависит от пропускаемого тока.
Широкое распространение получили тиристоры (рис. 60, а) и диоды таблеточного типа, так как у них по сравнению со штыревыми существенно увеличена поверхность охлаждения, улучшен теплоотвод и выше стойкость к перегрузкам.

Рис.60 Общий вид тиристора таблеточной конструкции

Таблеточные тиристоры и диоды зажимают контактными поверхностями, представляющими собой анодный и ка-
тодный электроды прибора, между двумя половинками охладителей, которые изолированы друг от друга.
Напряжение включения можно значительно снизить, если на управляющий электрод подать импульс тока. Очевидно, что тиристоры должны выдерживать в закрытом состоянии не только обратное напряжение, но и прямое. Переход тиристора в открытое состояние должен происходить только при наличии импульса тока в цепи управления.
Для тиристоров, как и для диодов, основными параметрами являются: предельный прямой ток, обратное повторяющееся напряжение, прямое падение напряжения, обратный ток утечки. Кроме того, существует ряд дополнительных параметров: прямое повторяющееся напряжение, ток управления, напряжение управления, время включения и выключения, а также ряд других пара­метров.
Обозначения тиристоров и диодов расшифровываются следующим образом. Например, в марке ДЛ123-320-20 буквы и цифры означают: Д — диод; Л — лавинный; 123 — группа цифр, характеризующих модификацию прибора, условный диаметр и конструктивное исполнение корпуса; 320 — предельный ток, А; 20 — класс вентиля. В марке Т253-1250-16 буква «Т» означает тиристор, а цифры расшифровываются так же, как в обозначении диода.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ РЕЖИМА ТЯГИ

Неуправляемые выпрямители широко применяют на электровозах переменного тока для питания тяговых двигателей в режиме тяги. Они преобразуют переменный ток в постоянный (пульсирующий). Выпрямители могут быть соединены с обмоткой трансформатора различными способами и вследствие этого имеют различную структуру. Самое простое включение показано на рис. 61, где выпрямитель состоит из одного диода.

Рис. 61. Схема однополупериодного выпрямления (а)
и кривая выпрямленного напряжения (б)

Электродвижущая сила во вторичной обмотке трансформатора, как и в первичной, изменяется по синусоиде. Когда э. д. с, а следовательно, и напряжение U, приложенное к выпрямителю, во вторичной обмотке действуют слева направо (на рис. 61, а направление показано сплошной стрелкой), потенциал анода диода VD выше, чем катода, и через двигатель проходит ток. При изменении направления э. д. с. на противоположное выпрямитель не пропускает тока. Таким образом, по цепи нагрузки проходит не постоянный, а пульсирующий ток: он постоянен только по направлению (рис. 61, б). Рассмотренная схема однополупериодного выпрямления на электровозе не используется. Для того чтобы через выпрямитель проходил ток в оба полупериода, применяют схему двухполупериодного выпрямления либо с нулевым выводом вторичной обмотки трансформатора, либо мостовую.

Рис.62. Схемы двухполупериодного выпрямления (а и б)
и кривая выпрмленного напряжения (в)

В схеме с нулевым выводом вторичную обмотку трансформатора делят на две равные части, выпрямитель и двигатель включают, как показано на рис. 62, а. Когда э. д. с, а следовательно, и напряжение в первый полупериод направлены слева направо (сплошная стрелка на рис. 62, а), проводит ток (открыт) диод VD2, а диод VD1 закрыт. К нему приложено напряжение, действующее в непроводящем направлении. При изменении направления э. д. с. трансформатора на противоположное ток проводит вентиль VD1. Таким образом, в течение обоих полупериодов через двигатель проходит ток, изменяющийся от нуля до амплитудного значения и вновь до нуля.
Недостаток такой схемы выпрямления заключается в том, что в каждый полупериод работает только половина
обмотки трансформатора, а это приводит к плохому использованию, а значит, и большему расходу меди.
Выпрямительная установка, собранная по мостовой схеме, состоит из четырех плеч (рис. 62, б). Когда напряжение во вторичной обмотке трансформатора действует слева направо, ток проходит через диод VD1, нагрузку (двигатель), диод VD3 в обмотку трансформатора (сплошные стрелки). При изменении направления напряжения (штриховые стрелки) ток проходит через диод VD2, нагрузку, диод VD4 и возвращается в обмотку трансформатора. Следовательно, как и в предыдущей схеме, ток в каждый полупериод проодит через нагрузку в одном направ­лении (рис. 62, в).
В мостовой схеме вторичная обмотка тягового трансформатора работает полностью. На первый взгляд кажется, что число вентилей в этой схеме удваивается. Однако напряжение, приходящееся на каждый диод, уменьшается в 2 раза. Поскольку каждое плечо моста VD1—VD4 имеет несколько последовательно включенных вентилей и несколько параллельных ветвей, то общее число диодов, необходимое для выпрямителя, питающего тяговые двигатели и собранного по мостовой схеме (см. рис. 62, б), равно числу диодов в схеме рис. 62, а. Так, один выпрямитель электровоза ВЛ80т(с) имеет в каждом плече моста 12 параллельных ветвей (рис. 63), каждая из которых содержит четыре последовательно включенных лавинных вентиля.

Рис. 63. Схема плеча выпрямительной установки восьмиосного электровоза

Следовательно, в одном выпрямителе имеется 4-4-12= 192 вентиля. Выпрямитель рассчитан на номинальные выпрямленные ток 3200 А и напряжение 1350 В. Он питает два тяговых двигателя. Поэтому на восьмиосных электровозах установлено четыре таких выпрямителя; общее число вентилей в них равно 708. Коэффициент полезного действия выпрямителя 99%. Выпрямитель размещен в двух шкафах и работает только с принудительным охлаждением. Каждый выпрямитель снабжается довольно сложной защитой.
Управляемые выпрямители, собранные на тиристорах, позволили осуществить не только преобразование переменного тока в постоянный, но и плавное регулирование напряжения, подводимого к тяговым двигателям электровозов переменного тока, вместо ступенчатого.
Как же осуществляется плавное регулирование? В выпрямителе, собранном на тиристорах VS по схеме моста (рис. 64, а), можно изменять угол а их включения, т. е. подавать в соответствующие моменты управляющие импульсы тока Iу (см. рис. 60).

Рис. 64. Принципиальная схема плавного регулирования напряжения,
подводимого к тяговым двигателям (а), и кривые напряжения при глубоком регулировании

При этом можно регулировать среднее значение напряжения Ucp от нуля при а = 180° до максимального возможного при а = 0° (рис. 64, б). Последнее соответствует среднему выпрямленному напряжению в неуправляемых выпрямителях (см. рис. 62, в).
Как видно из рис. 64, при таком регулировании, называемом глубоким, возникают большие пульсации напряжения и выпрямленного тока. Это значительно осложняет работу тяговых двигателей. Для устранения таких пульсаций на электровозе ВЛ80р осуществляется более плавное регулирование напряжения. Здесь тяговый трансформатор имеет три секции вторичной обмотки с напряжениями Um/4, Um/4 и Um/2. Выпрямитель выполнен по мост­вой схеме (рис. 65, а), имеет восемь плеч.

Рис.65. Упрощенная силовая схема электровоза ВЛ80р (а)
и кривые напряжения при зонном регулировании
в пределах секции вторичной обмотки трансформатора (б)

Предусмотрено четыре зоны регулирования выпрямленного напряжения, в каждой из которых осуществляется плавное регулирование в пределах четверти амплитуды полного напряжения. Переключение с одной секции на другую тиристоры позволяют осуществлять без тока и необходимость в контакторах с дугогашением отпадает.
Напряжения, возникающие в процессе его плавного изменения в пределах регулируемой секции, складываются с напряжением, индуцируемым в секциях, где уже был завершен этот процесс (рис. 65, б). Поэтому здесь только в первой секции вторичной обмотки (когда на двигатели подается небольшое напряжение) осуществляется глубокое регулирование.

Книга: Башенные краны

Навигация: Начало Оглавление | Другие книги | Отзывы:

§ 34. Полупроводниковые выпрямители

Полупроводниковые выпрямители служат для выпрямления переменного тока в постоянный, который применяют на башенных кранах для питания обмоток возбуждения тормозных машин и тормозных электромагнитов, цепей управления катушек контакторов и цепей управления магнитных усилителей, для динамического торможения асинхронных двигателей, а также для питания цепей ограничителей грузоподъемности и анемометров.

Полупроводниками называются материалы, занимающие промежуточное положение между проводниками и непроводниками электрического тока. В схеме башенных кранов применяют селеновые, германиевые и кремниевые выпрямители.

Рис. 82. Полупроводниковые выпрямители: а — селеновый элемент, б — столб селенового выпрямителя, в— германиевый диод, г— структурная схема тиристора, д— разрез тиристора; 1 — алюминиевая пластина, 2 — слой висмута, 3 — слой селена, 4 — область проводимости, 5 — сплав: олова и кадмия, 6 — контактный зажим, 7 — селеновый элемент, 8 — шпилька, 9 — корпус, 10 — изолятор, 11, 15— верхний электрод, 12 — капля индия, 13 — пластинка германия, 14, 16 — нижний электрод 17 — управляющий электрод

У селенового элемента (рис. 82, а) опорным электродом служит алюминиевая пластина 1, покрытая слоем висмута 2. На пластину наносится слой аморфного селена 3, подвергнутый термообработке и осерненню, который обладает дырочной проводимостью (р-проводимость). Сверху этого слоя наносится сплав олова и кадмия 5. Атомы кадмия проникают в слой селена и играют роль донорной примеси, образуя в селене слой селенида кадмия 4, обладающий электронной проводимостью (п-проводимостью). Следовательно, внутри селена создается переход р—п, обладающий вентильными свойствами. Благодаря этому слою селеновый элемент пропускает ток в одном направлении (прямом) — от алюминиевой пластины к сплаву олова с кадмием и не пропускает его в обратном направлении.

Селеновые элементы 7 собирают на шпильках 8 в столбы (рис. 82, б). Для включения в цепь столбы имеют контактные зажимы 6.

Основой германиевого диода (рис. 82, в) служит пластинка из кристаллического германия 13 с примесью сурьмы или мышьяка, обладающего «-проводимостью. Пластинка 13 спаяна с каплей индия 12. В результате диффузии атомы индия проникают в германиевую пластинку и образуют в ней слой с р-проводимостью (дырочной). Выпрямитель помещается в герметизированный корпус 9 с выводами-электродами 11 и 14. Неуправляемый кремниевый выпрямитель (диод) состоит из слоя кристаллического кремния с примесью фосфора или сурьмы («-проводимость), сплавленного с пластиной алюминия. В результате диффузии алюминия в кремнии образуется слой с р-проводимостью. Управляемый кремниевый выпрямитель (тиристор) имеет четырехслойную монокристаллическую структуру типа п—р—п—р и отдельный управляющий электрод (рис. 82, г, д).

Под действием прикладываемого к управляющему электроду небольшого входного напряжения можно изменять проводимость тиристора в прямом направлении от полностью непроводящего состояния (тиристор закрыт) до полностью проводящего (тиристор открыт). Кремниевые диоды и тиристоры выполняются на большие токи (десятки и сотни ампер) и в схемах кранового электропривода устанавливаются в силовых цепях.

Типы выпрямителей переменного тока

Какие бывают выпрямители?

Ещё в начале ХХ века имел место очень принципиальный спор между корифеями электротехники. Какой ток выгоднее передавать потребителю на большие расстояния: постоянный или переменный? Научный спор выиграли сторонники передачи переменного тока по проводам высоковольтных линий от подстанции к потребителю. Эта система принята во всём мире и успешно эксплуатируется до сих пор.

Но большинство электронной техники и не только бытовой, но и промышленной питается постоянными напряжениями и это привело к созданию целой отрасли электрики – преобразование (выпрямление) переменного тока. После того как электронная лампа была забыта, главным элементом любого выпрямителя стал полупроводниковый диод.

Схемотехника выпрямителей весьма обширна, но самым простым является однополупериодный выпрямитель.

Однополупериодный выпрямитель.

Напряжение с вторичной обмотки силового трансформатора подаётся на один единственный диод. Вот схема.

Поэтому выпрямитель и назван однополупериодным. Выпрямляется только один полупериод и на выходе получается импульсное напряжение. Форма его показана на рисунке.

Схема проста и не требует большого количества элементов. Это и сказывается на качестве выпрямленного напряжения. При низких частотах переменного напряжения (например, как в электросети — 50 Гц) выпрямленное напряжение получается сильно пульсирующим. А это очень плохо.

Для того чтобы снизить величину пульсации выпрямленного напряжения приходится брать величину конденсатора С1 очень большую, порядка 2000 – 5000 микрофарад, что увеличивает размер блока питания, так как электролиты на 2000 — 5000 мкф имеют довольно большие размеры. Поэтому на низких частотах эта схема практически не используется. Зато однополупериодные выпрямители прекрасно зарекомендовали себя в импульсных блоках питания работающих на частотах 10 – 15 кГц (килогерц). На таких частотах величина ёмкости фильтра может быть очень небольшой, а простота схемы уже не столь сильно влияет на качество выпрямленного напряжения.

Примером использования однополупериодного выпрямителя может служить простой зарядник от сотового телефона. Так как зарядник сам по себе маломощный, то в нём применяется однополупериодная схема, причём как во входном сетевом выпрямителе 220V (50Гц), так и в выходном, где требуется выпрямить переменное напряжение высокой частоты со вторичной обмотки импульсного трансформатора.

К несомненным достоинствам такого выпрямителя следует отнести минимум деталей, низкую стоимость и простые схемные решения. В обычных (не импульсных) блоках питания многие десятилетия успешно работают двухполупериодные выпрямители.

Двухполупериодные выпрямители.

Они бывают двух схемных решений: выпрямитель со средней точкой и мостовая схема, известная, как схема Гретца. Выпрямитель со средней точкой требует более сложного в исполнении силового трансформатора, хотя диодов там используется в два раза меньше чем в мостовой схеме. К недостаткам двухполупериодного выпрямителя со средней точкой можно отнести то, что для получения одинакового напряжения, число витков во вторичной обмотке трансформатора должно быть в два раза больше, чем при использовании мостовой схемы. А это уже не совсем экономично с точки зрения расходования медного провода.

Далее на рисунке показана типовая схема двухполупериодного выпрямителя со средней точкой.

Величина пульсаций выпрямленного напряжения меньше чем у однополупериодного выпрямителя и величину конденсатора фильтра так же можно использовать гораздо меньшую. Наглядно увидеть, как работает двухполупериодная схема можно по рисунку.

Как видим, на выходе выпрямителя уже в два раза меньше «провалов» напряжения — тех самых пульсаций.

Активно применяется схема выпрямителя со средней точкой в выходных выпрямителях импульсных блоков питания для ПК. Так как во вторичной обмотке высокочастотного трансформатора требуется меньшее число витков медного провода, то гораздо эффективнее применять именно эту схему. Диоды же применяются сдвоенные, т.е. такие, у которых общий корпус и три вывода (два диода внутри). Один из выводов — общий (как правило катод). По виду сдвоенный диод очень похож на транзистор.

Наибольшую популярность приобрела в бытовой и промышленной аппаратуре мостовая схема. Взгляните.

Можно без преувеличения сказать, что это самая распространённая схема. На практике вы с ней ещё не раз встретитесь. Она содержит четыре полупроводниковых диода, а на выходе, как правило, ставится RC-фильтр или только электролитический конденсатор для сглаживания пульсаций напряжения.

О данной схеме уже рассказывалось на странице про диодный мост. Стоит отметить, что и у мостовой схемы есть недостатки. Как известно, у любого полупроводникового диода есть так называемое прямое падение напряжения (Forward voltage dropVF). Для обычных выпрямительных диодов оно может быть 1 — 1,2 V (зависит от типа диода). Так вот, при использовании мостовой схемы на диодах теряется напряжение, равное 2 x VF, т.е. около 2 вольт. Это происходит потому, что в выпрямлении одной полуволны переменного тока участвуют 2 диода (затем другие 2). Получается, что на диодном мосте теряется часть напряжения, которое мы снимаем со вторичной обмотки трансформатора, а это явные потери. Поэтому в некоторых случаях в составе диодного моста применяются диоды Шоттки, у которых прямое падение напряжения невелико (около 0,5 вольта). Правда, стоит учесть, что диод Шоттки не рассчитан на большое обратное напряжение и очень чувствителен к его превышению.

Большой интерес вызывает выпрямитель с удвоением напряжения.

Выпрямитель с удвоением напряжения.

Принцип удвоителя напряжения Латура-Делона-Гренашера основан на поочерёдном заряде-разряде конденсаторов С1 и С2 разными по полярности полуволнами входного напряжения. В результате между катодом одного диода и анодом второго диода возникает напряжение в два раза превышающее входное. Схема в студию:)

Стоит отметить, что данная схема применяется в блоках питания нечасто. Но её можно смело использовать, если необходимо вдвое увеличить напряжение, которое снимается со вторичной обмотки трансформатора. Это будет более логичным и правильным решением, чем перематывать вторичную обмотку трансформатора с целью увеличить выходное напряжение вторичной обмотки в 2 раза (ведь при этом придётся наматывать вторичную обмотку с вдвое большим числом витков). Так что, если не удалось найти подходящий трансформатор — смело применяем данную схему.

Развитием схемы стало создание умножителя на полупроводниковых диодах.

Умножитель напряжения.

Каждый диод и конденсатор образуют «звено» и эти звенья можно соединять последовательно до получения напряжения в несколько десятков киловольт. Конечно, для этого входное напряжение тоже должно быть достаточно большим.

На рисунке изображён четырёхзвенный умножитель и на выходе мы получаем напряжение в четыре раза превышающее входное (U). Эти выпрямители получили большое распространение там, где нужно получить высокое напряжение при достаточно малом токе. Например, по такой схеме были выполнены источники высокого напряжения в старых телевизорах и осциллографах для питания анода электронно-лучевой трубки.

Сейчас такие источники питания используются в научных лабораториях, в детекторах элементарных частиц, в медицинской аппаратуре (люстра Чижевского) и в оружии самообороны (электрошокер). При повторении подобных конструкций и подборе деталей, следует учитывать рабочее напряжение, как диодов, так и конденсаторов исходя из напряжения, которое вы хотите получить. Весь умножитель, как правило, заливается специальным компаундом или эпоксидной смолой во избежание высоковольтных пробоев между элементами схемы.

Для нормальной работы некоторых устройств как, например, люстры Чижевского необходимы достаточно высокие напряжения. Как считают специалисты, излучатель отрицательных аэроионов, эффективен только при напряжении не менее 60 киловольт.

Трёхфазные выпрямители.

Устройства, которые используются для получения постоянного тока из переменного трёхфазного тока, называются трёхфазными выпрямителями. Трёхфазные выпрямители в бытовой технике, конечно, не используются. Единственный прибор, который может использоваться в быту это сварочный аппарат. В качестве трёхфазных выпрямителей используются наработки двух известных электротехников Миткевича и Ларионова. Самая простая схема Миткевича называется «три четверти моста параллельно», что означает три силовых диода включенных параллельно через вторичные обмотки трёхфазного трансформатора. Схема.

Коэффициент пульсаций на нагрузке очень мал, что позволяет использовать конденсаторы фильтра небольшой ёмкости и малых габаритов.

Более сложной является схема Ларионова, которая называется «три полумоста параллельно», что это такое хорошо видно из рисунка.

В схеме используется уже шесть диодов и немного другая схема включения. Вообще схем трёхфазных выпрямителей достаточно много и наиболее совершенной, хотя редко употребляемой является схема «шесть мостов параллельно», а это уже 24 диода! Зато эта схема может выдавать высокое напряжение при большой мощности.

Трёхфазные мощные выпрямители используются в электровозах, городском электротранспорте (трамвай, троллейбус, метро), в промышленных установках для электролиза. Так же промышленные системы очистки газовых смесей, буровое и сварочное оборудование используют трёхфазные выпрямители.

Теперь вы знаете, какие бывают выпрямители переменного тока и сможете легко обнаружить их на принципиальной схеме или печатной плате любого прибора. А для тех, кто хочет знать больше, рекомендуем ознакомиться с книгой «Полупроводниковые выпрямители».

Выключатели автоматические. Типы, виды, устройство, работа автоматических выключателей.

Выключатели автоматические предназначены для проведения тока в нормальных режимах и автоматического отключения защищаемой цепи при коротких замыканиях (КЗ) и перегрузках, а также для оперативных нечастых отключений.

В отличие от высоковольтных выключателей, конструкция которых содержит контактные, дугогасительные и приводные системы и не содержит устройства измерений и контроля защищаемых цепей (эти устройства выполняются на низком напряжении в виде отдельных аппаратов), автоматические выключатели низкого напряжения, как правило, содержат как узлы конструкции и устройства измерений и контроля заданных параметров защищаемой цепи.

Конструкции, характеристики и защитные функции автоматических выключателей весьма разнообразны. Однако по назначению и принципам конструирования они могут быть разделены на выключатели общего назначения, быстродействующие и специальные.

Выключатели автоматические общего назначения. Эти выключатели по роду тока главной цепи выполняются переменного, постоянного, переменного и постоянного тока.

По собственному времени отключения выключатели могут быть токоограничивающими и нетокоограничивающими.

Общая продолжительность короткого замыкания tк.з., (рис. 4-1, а и б) складывается из трех слагаемых:

to — времени от начала короткого замыкания до момента, когда ток достигает значения Iуст, при котором в стационарном режиме срабатывает выключающее устройство;

собственного времени отключения — времени от момента достижения током значения уставки до момента начала расхождения контактов;

tr — длительности процесса дугогашения.

Время tо зависит в основном от постоянных цепи. Время tоткл определяет быстродействие- выключателя.

Токоограничивающий выключатель выключатель, у которого собственное время отключения таково, что в данной цепи за это время ток не успевает достигнуть установившегося значения Iк.з. и отключаемый ток Iоткл меньше того, который был бы в цепи в случае отсутствия выключателя или при нетокоограничивающем выключателе (рис. 4-1, а). На рис. 4-1, в как пример приведены токоограничивающие характеристики некоторых выключателей серии А-3700. Здесь Iк.з. — возможный ток короткого замыкания; Iоткл — отключаемый выключателем ток (ограниченный); прямая 1 — ток, который отключал бы нетокоограничивающий выключатель.

Рис. 4-1. Процесс отключения при коротком замыкании: а – нетокоограничивающим выключателем; б и в – токоограничивающим выключателем.

Нетокоограничивающие выключатели могут быть с выдержкой времени в зоне токов короткого замыкания или без нее. Первые предназначены для осуществления селективной защиты, суть которой заключается в том, что при токе Iк.з. (рис. 4-2), превосходящем ток уставки Iycт выключателей всех ступеней, отключается ближайший к месту аварии участок, у которого выключатель имеет меньшую выдержку времени t1 (t1

голоса
Рейтинг статьи
Читать еще:  Виды механических выключателей массы
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector