Contactoare statice de curent continuu

Contactoare statice de curent continuu

Spre deosebire de contactoarele de c.a. la care stingerea tiristoarelor are loc in mod natural la trecarea prin zero a curentului comutat, contactoarele de c.c. functioneaza cu comutatie fortata fiind necesare circuite speciale pentru stin­gerea tiristorului care a condus curentul. In schimb nu sunt necesare circuite spe­ciale pentru comanda grilelor tiristoarelor. Deoarece tiristoarele nu pot fi blocate prin intermediul comenzii pe grila, in structura contactoarelor de c.c. este exis­ten­ta prezenta unei ramuri de comutatie. La majoritatea contactoarelor de c.c. folosite in industrie, blocarea tiristorului principal se realizeaza prin aplicarea unei tensiuni inverse pe tiristorul principal obtinute de la un condensator. In mo­mentul in care se doreste blocarea tiristorului principal, ramura de comutatie este conectata in paralel cu tiristorul principal, cu ajutorul unui tiristor auxiliar, astfel incat tensiunea condensatorului sa forteze prin tiristorul principal un curent in­vers care anuleaza curentul initial blocand tiristorul. In functie de modul in care se realizeaza incarcarea condensatorului din ramura de comutatie, deosebim mai multe scheme de contactoare statice de c.c. prezentate schematic in figurile ur­ma­toare.

In figura 2.20. este prezentata schema unui contactor static de curent con­tinuu, cu circuit de incarcare R, C.

Aplicand un impuls de comanda polarizat pozitiv pe poarta tiristorului principal T₁, aceasta intra in conductie si curentul alimenteaza consumatorul Z_s. Tiristorul auxiliar T₂ fiind blocat, condesatorul C se incarca prin rezistenta R cu tensiunea sursei si polaritatea pozitiva.

Figura 2.20. Contactor static de c.c. cu circuit de incarcare R, C.

Pentru a intrarupe alimentarea sarcinii se comanda intrarea in conductie a tiristorului auxiliar T₂, care descarca condensatorul C peste tiristorul principal T₁. Prin anularea curentului prin tiristorul principal T₁ (polarizat invers de con­densatorul C) acesta se blocheaza, iar condensatorul C se incarca prin impedanta sarcinii Z_s si tiristorul T₂ la polaritatea inversa fata de situatia anterioara (polari­tatea prezentata in paranteza). Tiristorul T₂ continua sa conduca un curent mic, limitat de rezistenta R de valoare mare. La o noua comanda a tiristorului prin­cipal T₁, acesta intra din nou in conductie, condensatorul C rste legat in paralel pe tiristorul T₂ polarizandu-l in sens invers si determinand iesirea lui din con­duc­tie.

Prin tiristorul T₁ se alimenteaza consumatorul Z_s si prin rezistenta R con­densatorul C se incarca cu polaritatea initiala, schema revenind la situatia initi­ala. Acest contactor de c.c. se foloseste la frecvente de comutatie reduse dato­rita timpului necesar incarcarii condensatorului. Pentru a asigura blocarea tiris­toarelor este necesar ca valoarea condensatorului C sa fie suficient de mare, ast­fel ca procesul de incarcare al condensatorului sa aibe o durata suficient de ma­re, asigurand polarizarea inversa a tiristorului care se blocheaza pe un interval de timp mai mare decat timpul de revenire a tiristorului. Din teoria variatoarelor de c.c., (contactorul de c.c. fiind un caz particular al unui variator de c.c.) rezulta ca pe rezistenta si inductivitatea de sarcina, dupa comanda de blocare a tiristorului principal, apare o tensiune tranzitorie ce poate atinge valoarea 2U, motiv pentru care se foloseste dioda de mers in gol D pentru amortizarea supratensiunilor ce apar. Pentru frecvente mari de comutatie se utilizeaza contactoare statice de c.c., cu circuit de incarcare L, C,. Un exemplu de contactor static de c.c. folosit la frec­vente mari de comutatie este prezentat in figura 2.21..

Figura 2.21. Contactor static de c.c. cu circuit de incarcare L, C.

Functionarea acestui contactor este conditionata de aplicarea primului im­puls de comanda, tiristorului auxiliar T₂. In caz contrar functionarea contacto­ru­lui nu este posibila, deoarece la comutarea directa a tiristorului principal, con­den­satorul este descarcat. Astfel prin comanda lui T­₂ condensatorul C se incarca la tensiunea sursei si polaritatea din figura 2.21.. Conductia este asigurata prin sarcina Z_s. La sfarsitul procesului de incarcare a condensatorului curentul ia va­loarea 0, iar conductia prin tiristorul T₂ inceteaza.

Condensatorul C fiiind incarcat la tensiunea de la borne U, la comutarea tiristorului T₁, circuitul de sarcina Z_s este legat la sursa de alimentare, iar in cir­cuitul oscilant T₁, D₂, L, C, curentul variaza sinusoidal conform relatiei:

(2.12.)

unde: (2.13.)

Deoarece dioda D₂ nu permite trecerea curentului in sens invers, curentul se anuleaza dupa o semiperioada (T/2), iar tensiunea pe condensator isi schimba polaritatea (conform polarotatii din paranteza). Pentru deconectarea consuma­to­rului se aplica un impuls de comanda tiristorului auxiliar T₂, care conecteaza in paralel peste tiristorul T₁ condensatorul C cu polaritatea inversa fata de sensul de conductie al tiristorului T₁. Curentul principal este anulat prin tiristorul principal T₁, iar condensatorul se descarca si se incarca apoi cu polaritatea initiala. Dupa terminarea procesului de incarcare tiristorul T₂ se blocheaza, iar schema este pregatita pentru o noua conectare.

Dioda D₁ are rolul de a elimina supratensiunile de comutatie, in cazul sar­cinilor inductive. La frecvente de comutatie mici exista pericolul descarcarii con­densatorului prin rezistenta inversa a ventilelor semiconductoare si prin re­zis­tenta dielectricului. Descarcarea condensatorului are ca urmare imposibi­li­ta­tea blocarii tiristorului principal. Pentru evitarea acestui fenomen s-a introdus in circuit rezistenta R.

Urmatoarea schema de contactor static de c.c. prezentata in figura 2.22. fo­loseste un condensator montat in bratul unei punti de tiristoare.

Figura 2.22. Contactor static de c.c. cu condensatorul montat in bratul unei punti cu tiristoare.

La inceput se comanda tiristoarele auxiliare T₁ si T₂ si condensatorul C se incarca la polaritatea din figura, dupa care cele doua tiristoare se blocheaza. Prin comanda tiristorului principal T, consumatorul Z_s este strabatut de curentul de sarcina. Oprirea functionarii consumatorului se face prin comanda tiristoarelor auxiliare T₃ si T₄, cand condensatorul C se polarizeaza invers tiristorul principal T provocand blocarea lui. Un timp circuitul se inchide prin T₃, C si T₄, incarcand condensatorul cu polaritatea inversa (din paranteze). Dupa incarcarea condensa­torului, tiristoarele T₃ si T₄ se blocheaza. Pentru o noua actionare se comanda tiristorul T, iar pentru o noua oprire se comanda tiristoarele auxiliare T₁ si T₂. Procesul se reia la fiecare comutatie.

Din analiza modului de functionare a contactoarelor statice de c.a. si a celor de c.c. rezulta avantajele si dezavantajele folosirii lor in aplicatiile industri­ale si domeniile in care este recomandata utilizarea lor. Subliniem cateva carac­te­ristici ale regimului de functionare a contactoarelor statice.

Recapituland cele mai importante aspecte legate de functionarea contac­toare­lor statice de c.a. si c.c. rezulta ca spre deosebire de contactoarele de c.a., contactoarele de c.c. functioneaza cu comutatie fortata fiind necesare circuite spe­ciale pentru stingerea tiristorului principal, in schimb nu sunt necesare cir­cu­i­te speciale pentru comanda grilelor tiristoarelor.

La majoritatea contactoarelor de c.c. in structura lor este necesara pre­zen­ta unei ramuri de comutatie.

La contactoarele de c.c. blocarea tiristorului principal se realizeaza prin aplicarea unei tensiuni inverse obtinute de la un condensator. In momentul in ca­re se doreste blocarea tiristorului principal, ramura de comutatie este conectata in paralel cu tiristorul principal, cu ajutorul unui tiristor auxiliar, astfel incat ten­siunea condensatorului sa forteze un current invers prin tiristorul principal pentru al stinge.

Pentru frecvente mari de comutatie se utilizeaza contactoare statice de c.c., cu circuit de incarcare L, C. La frecvente de comutatie mici existand peri­co­lul descarcarii condensatorului prin rezistenta inversa a ventilelor si prin rezis­tenta dielectricului se introduce o rezistenta suplimentara pentru evitarea acestui fenomen.

Contactoarele statice de c.c. se pot realiza si cu punte redresoare coman­da­ta pentru evitarea fenomenului de blocare a tiristorului principal. In acest sens, se utilizeaza un condensator montat in bratul unei punti de tiristoare.

Contactoarele statice de c.a. se pot realiza cu punte redresoare semico­man­data, la care catozii tiristoarelor sunt legati direct, iar fiecare tiristor are mon­tat in antiparalel cu cate o dioda care nu permite aparitia unor tensiuni in­ver­se pe tiristoare si deci asigura protectia la supratensiuni.

La contactoarele statice de c.a. cu doua tiristoare in antiparalel structura este simpla si fiabila permitand utilizarea unui singur dispozitiv de comanda, de­oa­rece tiristoarele au catodul comun.

Contactoarele statice de c.a. se pot realiza si cu un triac care inlocuieste cele doua tiristoare montate in antiparalel. Grupul R, C realizeaza o reducere a vitezei de crestere a tensiunii pe triac, fiind indispensabil in cazul sarcinilor pu­ter­nic inductive.