Contactloze thyristorschakelaars en -starters
Stroomschakeling in het circuit van elektromagnetische starters, schakelaars, relais, handmatige bedieningsapparaten (messchakelaars, pakketschakelaars, schakelaars, knoppen, enz.) Wordt uitgevoerd door de elektrische weerstand van het schakellichaam binnen ruime grenzen te veranderen. Bij contactapparaten is zo'n orgaan de contactopening. De weerstand bij gesloten contacten is zeer laag, bij open contacten kan deze zeer hoog zijn. In de schakelmodus van het circuit is er een zeer snelle abrupte verandering in de weerstand tussen de contactafstand van de minimale naar de maximale grenswaarden (uit) of vice versa (aan).
Contactloze elektrische apparaten worden apparaten genoemd die zijn ontworpen om elektrische circuits in en uit te schakelen (schakelen) zonder het circuit zelf fysiek te onderbreken. De basis voor de constructie van contactloze apparaten zijn verschillende elementen met niet-lineaire elektrische weerstand, waarvan de waarde in een vrij groot bereik varieert, momenteel zijn dit thyristors en transistoren, gebruikt voor magnetische versterkers.
Voor- en nadelen van contactloze apparaten in vergelijking met conventionele starters en schakelaars
In vergelijking met contactapparaten hebben contactloze apparaten de volgende voordelen:
- wordt niet gevormd elektrische boogwat een destructief effect heeft op de details van het apparaat; responstijden kunnen kleine waarden bereiken, waardoor een hoge frequentie van bewerkingen mogelijk is (honderdduizenden bewerkingen per uur),
— niet mechanisch verslijten,
Tegelijkertijd hebben contactloze apparaten ook nadelen:
— ze zorgen niet voor galvanische isolatie in het circuit en veroorzaken geen zichtbare onderbreking, wat belangrijk is vanuit het oogpunt van technische veiligheid;
— de schakeldiepte is enkele ordes van grootte kleiner dan de contactinrichtingen,
— afmetingen, gewicht en prijs voor vergelijkbare technische parameters zijn hoger.
Contactloze apparaten op basis van halfgeleiderelementen zijn zeer gevoelig voor overspanningen en overstromen. Hoe hoger de nominale stroom van de cel, hoe lager de sperspanning die de cel kan weerstaan in niet-geleidende toestand. Voor cellen die zijn ontworpen voor stromen van honderden ampère, wordt deze spanning gemeten in enkele honderden volt.
De mogelijkheden van contactinrichtingen zijn in dit opzicht onbeperkt: de luchtspleet tussen de contacten van 1 cm lang is bestand tegen een spanning tot 30.000 V. Halfgeleiderelementen laten slechts een kortstondige overbelastingsstroom toe: binnen tienden van een seconde kan een stroom van ongeveer tien keer de nominale stroom. De contactapparaten zijn bestand tegen een honderdvoudige stroomoverbelasting gedurende de gespecificeerde tijdsperioden.
De spanningsval over een halfgeleiderelement in geleidende toestand bij nominale stroom is ongeveer 50 keer groter dan die van conventionele contacten. Dit bepaalt de grote warmteverliezen in het halfgeleiderelement in continustroommodus en de behoefte aan speciale koelapparaten.
Dit alles suggereert dat de kwestie van het kiezen van een contact- of contactloos apparaat wordt bepaald door de gegeven bedrijfsomstandigheden.Bij kleine geschakelde stromen en lage spanning kan het gebruik van contactloze apparaten geschikter zijn dan contactapparaten.
Contactloze apparaten kunnen niet worden vervangen door contactapparaten bij een hoge werkfrequentie en hoge reactiesnelheid.
Natuurlijk hebben contactloze apparaten, zelfs bij hoge stromen, de voorkeur wanneer het nodig is om een boost-modus van circuitbesturing te bieden. Maar op dit moment hebben contactapparaten bepaalde voordelen ten opzichte van contactloze apparaten, als het bij relatief hoge stromen en spanningen nodig is om een schakelmodus te bieden, dat wil zeggen eenvoudig in- en uitschakelen van circuits met stroom bij een lage werkfrequentie van de apparaat.
Een belangrijk nadeel van elektromagnetische apparatuurelementen die elektrische circuits schakelen, is de lage betrouwbaarheid van de contacten. Het schakelen van grote stroomwaarden gaat gepaard met het verschijnen van een elektrische boog tussen de contacten op het moment van openen, waardoor ze opwarmen, smelten en daardoor het apparaat beschadigen.
In installaties met frequent in- en uitschakelen van stroomcircuits, heeft de onbetrouwbare werking van de contacten van de schakelapparaten een nadelige invloed op de bruikbaarheid en prestaties van de gehele installatie. Contactloze elektrische schakelinrichtingen hebben deze nadelen niet.
Thyristor unipolaire schakelaar
Om de contactor en voedingsspanning naar de belasting in te schakelen, moeten contacten K worden gesloten in het stuurcircuit van thyristors VS1 en VS2. Als er op dit moment een positief potentiaal is op klem 1 (positieve halve golf van een wisselstroom sinusgolf), dan zal een positieve spanning worden aangelegd aan de stuurelektrode van de thyristor VS1 via de weerstand R1 en de diode VD1. De thyristor VS1 gaat open en de stroom gaat door de belasting Rn lopen. Wanneer de polariteit van de netspanning wordt omgekeerd, zal de thyristor VS2 openen, waardoor de belasting op het wisselstroomnet wordt aangesloten. Bij het loskoppelen van contacten K worden de circuits van de stuurelektroden geopend, worden de thyristors gesloten en wordt de belasting losgekoppeld van het netwerk.
Elektrisch schema van een eenpolige schakelaar
Contactloze thyristorstarters
Driepolige thyristorstarters van de PT-serie zijn ontwikkeld voor het in-, uitschakelen en omkeren in de stuurcircuits van asynchrone elektromotoren. De driepolige starter in de schakeling heeft zes thyristors VS1, …, VS6 aangesloten op twee thyristors per pool. De startmotor wordt ingeschakeld met de bedieningsknoppen SB1 «Start» en SB2 «Stop».
Contactloze driepolige thyristorstarter uit de PT-serie
Het thyristor-startcircuit biedt bescherming van de elektromotor tegen overbelasting, hiervoor zijn stroomtransformatoren TA1 en TA2 geïnstalleerd in het vermogensgedeelte van het circuit, waarvan de secundaire wikkelingen zijn opgenomen in de thyristor-regeleenheid.