Барабанов лекции

где Tдоп , Tокр - допустимая температура нагрева и окружающей среды; E -

модуль Юнга; α 1 ,α 2 - коэффициенты линейного расширения материалов;

σ доп - максимальное механическое напряжение в пограничном слое.

где b- ширина пластины.

Максимальное механическое напряжение σ max в пограничном слое не должно превышать допустимое напряжение

По величинам h и F рассматриваются параметры кинематической цепи контактной системы, или решается обратная задача.

Время срабатывания определяется из условия, что вся выделяемая энер- гия идёт на нагрев, т.е.

I 2 R dt = cγ V dΘ .

-45-

г) по команде оператора (электромагнит10).

При этом один из исполнительных элементов устройств 6,8,9,10 через кинематическую систему рычагов воздействует на рычаг с расположенными на нем подвижными контактами. Быстрое размыкание достигается за счет сраба-

тывания взведённой пружины возврата 15. Для быстрого гашения дуги при- меняется система магнитного дутья, включающая катушку (на схеме не пока- зана) и дугогасительную камеру 16.

17

3

16

14

13

YA

SB

R

U с YA2

10

(U мин )

9 Рис. 2.6

на использовании эффекта возникновения магнитного потока в специально вводимой в цепь нагрузки катушки при больших бросках тока. Конструктив- ная схема автомата приведена на рис. 2.7,а.

На магнитопроводе (типа Ш-образного) расположены три катушки: удерживающая Wу , включающая Wв , отключения Wо . Для замыкания кон-

тактов подается напряжение на включающую и удерживающую обмотки, якорь перемещается против часовой стрелки, обеспечивая замыкание контак- тов и взводя пружину возврата. Затем напряжение с катушки Wв снимается. Так как магнитное сопротивление цепи при притянутой нижней части якоря и средней части значительно меньше первоначального, когда она располагается у левой части, то усилие, создаваемое потоком Фу , превышает усилие пру-

жины возврата Fпв , и якорь сохраняет положение, показанное на рис. 2.7,а.

Поток Фу при этом разделяется на два Фу′ и Фу′′ , причем Фу′ >> Фу′′ по от-

меченной выше причине. При больших бросках токов в обмотке Wо наводит-

ся поток Фо , который направлен согласно с потоком Фу′ . Возникающее при

этом электромагнитное усилие вызывает перемещение якоря по часовой стрелке. Высокое быстродействие достигается за счет дифференциальной схемы сложения усилий Fпв и от потоков Фо и Фу′′ .

-47-

Быстродействующий автомат на электродинамическом принципе (рис. 2.7,б) состоит из катушки 1, включённой в цепь тока нагрузки, подвиж- ного алюминиевого диска 2, подвижного штока 3 и размыкающих контактов 4. В режиме замыкания цепи контакты замкнуты при помощи пружинной системы (на схеме не показано). При бросках тока нагрузки в алюминиевом диске наводятся вихревые токи, причем обратного направления по отноше- нию к току в катушке. Вокруг этих проводников (катушки и диска) создаются силовые электрические поля, силовые линии которых в зазоре между катуш- кой и диском направлены согласно. В результате их взаимодействия возника- ет отталкивание проводников. Алюминиевый диск перемещается вправо, вы- зывая размыкание контактов.

2.5. СИНХРОННЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

Предназначены для бездугового или с дугой небольшой мощности раз- мыкания цепей переменного тока. Обеспечивают размыкание контактов не- посредственно перед нулевым значением переменного тока, поэтому их и на- зывают синхронными выключателями (СВ). Рассмотрим принцип действия их на примере выключателя с диодами в силовой цепи (рис. 2.8). Из временной диаграммы рис. 2.8,а видно, что можно выделить моменты времени, когда це- пи с вентилями VD1, VD2 коммутируются управляемыми СВ1, СВ2 ключами К1, К2. Цепь соответствующего вентиля необходимо размыкать в непроводя- щий для него полупериод: вентиля VD1 - в отрицательный, а вентиля VD2 - в положительный. Задача СВ - определить моменты, которые реализуются путем определения полярности импульса Iу . Функциональная схема СВ и

временные диаграммы его работы приведены на рис. 2.9.

СВ состоит из усилителя - ограничителя (УО), линии задержки (ЛЗ), формрователя импульсов (ФИ), вентилей VD1, VD2 и тиристоров VS1,VS 2 . На выходе УО напряжение изменяется ступенчато, причем полярность его соответствует полярности U н коммутируемой цепи. ЛЗ служит для синхрони- зации схемы с огибающей тока. На выходе ФИ формируются положительные и отрицательные импульсы, которые разветвляются вентилями VD1 и VD2 и управляют тиристорами VS1, VS 2 . Например, для размыкания силовой цепи подан управляющий сигнал U у в момент времени t1 . В момент t2 формиру-

ется положительный импульс, который откроет тиристор VS1, и сработает контактор K 2 , размыкая свой контакт в силовой цепи. В момент времени t3

формируется отрицательный импульс, открывающий тиристор VS 2 , и сраба- тывает K1. Если управляющий сигнал подается в положительный полупери- од, то сначала размыкается K1 в следующий полупериод, а затем еще в следующий полупериод размыкается K 2 .

-48-

VD1 СВ1

-49-

Схема управления СВ с использованием пикового трансформатора тока ТТ, тиристора VS , источника питания U н , электромагнита контактора с ка-

тушками возврата Wв и удерживающей Wу приведена на рис. 2.10.

SB

Wу

Us

Uа

VS

Us

Wв

Рис. 2.10

Элементы схемы соответствуют замкнутому состоянию контакта в си- ловой цепи, контакт удерживается защелкой. Импульсы шунтируются кноп- кой С, а на управляющий электрод подано отрицательное напряжение от ис- точника U а . Если разомкнуть кнопку SB, то на управляющий электрод VS

подаётся результирующее напряжение источника U а и от вторичной обмотки пик -трансформатора ТA, который является дифференцирующим элементом и формирует разнополярные импульсы напряжения, соответствующие знаку dI dt в моменты прохождения тока через нулевое значение. Когда импульс с

ТA отрицательный, состояние схемы не меняется. Когда импульс с ТA поло- жительный, результирующее напряжение положительное U тт ≥ (3− 5)Uа и

тиристор открывается. По обмотке Wу течёт ток, создаётся магнитный поток,

порождающий электромагнитное усилие, вызывающее перемещение якоря и освобождение защелки. В результате под действием силы пружины возврата размыкается контакт в силовой цепи. Быстрое размыкание силовой цепи дос- тигается за счет взведенной пружины возврата. Как уже отмечалось самое ба- строе размыкание - бездуговое. Поэтому в быстродействующих автоматах,

ния открывается тиристор VS 2 , и ток Iн тиристора VS1 коммутируется в цепь прерывающего конденсатора C ; одновременно снимается управляющий импульс с тиристора VS 2 . Конденсатор перезаряжается, при этом к аноду VS1 прикладывается отрицательное напряжение, вызывающее его запирание.

На рис. 2.12 приведена схема защиты тиристорного реверсивного преобра- зователя (НИИ объединения ХЭМЗ) с емкостным прерывателем тока и им- пульсным дуговым коммутатором.

Для инвертора, ведомого сетью, характерны следующие виды аварий: внешние короткие замыкания; потеря тиристором вентильных свойств (спо- собности выдерживать обратные напряжения); потеря тиристором запираю- щих свойств в прямом направлении; отказ в системе управления, приводящий к прекращению подачи управляющих импульсов на какой-либо тиристор. Это приводит к несквозному (однофазному) и к сквозному (двухфазному) опро- кидыванию инвертора. Схема обеспечивает защиту преобразователя: при пе- регрузках двигателя (ЗШ); одновременном включении мостов (1Ш, 2Ш); внутренних коротких замыканиях в случае пробоя тиристоров (1ДТ, 2ДТ); при одно - и двухфазном опрокидывании инвертора. По команде датчиков максимального тока 1ДТ или 2ДТ или дифференциальной защиты, сравни- вающей входной ток преобразователя (1ТТ-ЗТТ и (1ТТ-ЗТТ и вы- прямитель В) с выходным (ЗШ), блок управления защитой (БУЗ) обеспечива- ет блокировку прохождения управляющих импульсов на силовые тиристоры в блоке фазового управления (БФУ) и срабатывает импульсный дуговой ком- мутатор (ИДК). Быстродействующие выключатели 1ВБ и 2ВБ являются ре- зервной защитой.

Один из основных элементов защиты - датчик максимального тока (рис. 2.13). При увеличении тока в первичной цепи увеличивается напряже- ние на резисторе. Когда это напряжение превысит напряжение стабилизации стабилитрона, выходной транзистор или тиристор открывается, выдавая тем самым сигнал в последующие звенья защиты. Уставку срабатывания датчика