Licenta Boghian Andrei Contactoare Statice 1 [629335]
LUCRARE DE DIPLOMĂ
STUDIUL CONTACTOARELOR STATICE
Coordonator științific:
Conf .Dr. Ing. Ple șca Adrian
Absolvent: [anonimizat] 2016
1
2
Cuprins
Memoriu justificativ ………………………………………………………………………………………
Capitolul 1 – Utilizarea și întrebuințarea aparatelor electrice ……………………………….
1.1 Generalitați………………………………………………………………………………………….
1.2 Contactoare cu relee ……………………………………………………………………………
Capitolul 2 – Clasificarea contactoarelor ………………………………………………………….
2.1 Contactoare automate de joasӑ tensiune ………………………………………………..
2.2Contactoare si ruptoare electromagnetice de curent continuu. …………………..
2.3 Contactoare electromagnetice de curent alternativ. …………………………………
Capitolul 3 – Tipuri de comutații ale contactoarelor electrice ……………………………..
3.1 Comutația hibridӑ………………………………………………………………………………..
3.2 Comutația in vid ………………………………………………………………………………….
3.3 Comutația staticӑ ………………………………………………………………………………..
3.4 T endințe moderne de realizare a ȋntrerupatoarelor automate de joasa
tensiune………………………………………………………………………………………………….
Capitolul 4 – Contactoare cu comuta ție statică………………………………………………..
4.1 Principiu de func ționare………………………………………………………………………..
4.2 Rezolvarea problemei ȋncalzirii la contactoarele cu comuta ție statică…………
4.3 Aplicații……………………………………………………………………………………………..
Concluzii…………………………………………………………………………………………………….
Bibliografie…………………………………………………………………………………………………
3
Memoriu justificativ
Aparatele electrice consider că sunt o componentă vitală n componen a unei instala ii ȋ ț ț
electrice , de aceea am ales să aprofundez această ramură , facând un studiu asupra
contactoarelor, în special al contactoarelor statice .
Contactoarele statice reprezintă rezolvarea unor probleme de natură electrică
simplificând astfel construc ia unui contactor electric , dezvoltând prin intermediul ț
construc iei acestor tipuri de contactoare de tip static dezvoltarea unor noi tipuri de ț
tehnologii.
Acestea sunt motivele pentru care am ales să studiez contactoarele statice , pornind
de la construcția lui urmând cu asamblarea și testarea în diferite situații și diferite regimuri.
4
Capitolul 1 – Utilizarea i șîntrebuin area aparatelor electrice ț
1.1 Generalită i ț
Cele mai raspândite aparate electrice sunt contactoarele care fac parte din instalațiile
de comandă și automatizare . Practic pentru conectarea și deconectarea fiecărui motor
electric, la fel ca și pentru alte receptoare, cum sunt rezistențe, condensatoare, instalații de
iluminat, cuptoare etc. se folosesc contactoare, deoarece ele permit acționarea de la distanță la
primirea unui impuls care poate fi dat manual sau automat, au o frecvență mare la uzura
electrică și mecanică. Contactorul este un aparat de comutație cu acționare mecanică,
electromagnetică sau pneumatică, cu o singură poziție stabilă, capabil să stabilească, să
suporte și să întrerupă curenții în condiții normale de exploatare a unui circuit, inclusiv
curenții de suprasarcină. Cele mai răspândite contactoare sunt cele electromagnetice, care
acționează în circuitele de curent alternativ. Electromagnetul lor de acționare poate fi
alimentat cu tensiune alternativă sau tensiune continuă.
R
S
TA
B
C
U V 1 3
b p b 0
Schema de
principiu a unui contactor este redată în figura de mai jos.
Figura 1.1 Schema electrică de principiu a unui contactor
5
Oricare ar fi varianta constructivă a contactorului, el este alcătuit din următoarele
elemente:
-circuit principal de curent;
-circuit de comandă;
-circuite auxiliare;
-camere de stingere;
-elemente izolante;
-elemente metalice;
-elemente de fixare.
TCA – 10A AR – 25A RG – 32A RG 125 A
Figura 1.2. Tipuri de contactoare
Circuitul principal de curent este format din: borne de racord la circuitul exterior,
contacte fixe și contacte mobile.
Toate elementele circuitului principal de curent sunt din cupru, cu excepția pieselor de
contact care au aplicate nituri sau plăcuțe de contact din argint sau material de contact din
argint-oxid de cadmiu.
Datorită numărului foarte mare de conectări cărora trebuie să le facă față un contactor,
contactele sale sunt puternic solicitate atât mecanic, prin loviturile puternice pe care le suportă
la închidere, cât și electric și termic, prin efectul arcului de întrerupere.
Circuitul de comandă cuprinde: bobina electromagnetului de acționare, contactele de
autoreținere și butonul de comandă.
6
1
2
3
4
5
6
7 Circuitele auxiliare sunt formate din: contacte de blocare și contacte de semnalizare.
A B
Figura 1.3. Elementele componente ale contactoarelor
A :
1 – carcasă ;
2 – bobină ;
3 – bornă de alimentare a bobinei contactorului ;
4 – miez feromagnetic – armătură fixă ;
5 – miez feromagnetic – armătură mobilă ;
6 – borne de racord la circuitul exterior ;
7 – contacte mobile.
B: contactoare tip AR – 6; AR – 16 A.
Una dintre problemele principale ale folosirii contactoarelor o constituie alegerea
corespunzătoare a acestora, în acord cu solicitările cărora ele sunt supuse în timpul
serviciului, la locul în care sunt montate efectiv.
Figura 1.4. Contactoare de curent continuu
7
Figura 1.5. Contactoare de curent alternativ
Figura 1.6. Contactoare de forță și de comandă
8
Figura 1.7. Minicontactor
Minicontactoarele sunt aparate în construcție compactă, utilizând o tehnologie care
vizează obținerea unor gabarite cât mai reduse.
Principalele lor caracteristici sunt:
circuit de comandă în curent alternativ sau curent continuu
tensiunea de izolație 690 V
curent nominal în AC3: 6-9-12-16 A
număr de poli: 3, 4
9
noutensiune de comandă: 12-660 V
limită tensiune de comandă la funcționare: (0,8-1,1) U c
Auxiliarele și accesoriile acestor contactoare:
bloc de contacte auxiliare instantanee
bloc de contacte auxiliare temporizate
modul de temporizare
Figura 1.8. Contactor cu contacte auxiliare temporizate
Caracteristicile tehnice ale contactorului din figura 5 sunt următoarele:
circuit de comandă în c.a sau c.c.
tensiunea de izolație 750V
curent nominal în AC3 (motoare cu rotorul în scurtcircuit): 9 – 115 A
10
curent nominal în AC1 (sarcini pur rezistive): 25 – 125 A
număr de poli: 3 sau 4
tensiune de comandă: 12-660 V
limită tensiune de comandă la funcționare: (0,8-1,1) U c
Auxiliarele și accesoriile disponibile, în funcție de necesitățile utilizatorului sunt:
bloc de contacte auxiliare instantanee
bloc de contacte auxiliare temporizate
posibilitate de blocare
modul de temporizare (la acționare sau revenire)
lampă de semnalizare
module de antiparazitaj
Figura 1.9. Contactor cu interblocaj mechanic (se utilizează în schemele de acționare
electrică, pentru reversarea sensului de rotație al motoarelor asincrone trifazate)
1.2 Contactoare cu relee
11
R S T
0
C
2
3 5
6
7 9841bp bo BRT
BRTÎn funcționarea motoarelor electrice apar frecvent situații în care motorul este
supraîncărcat, ceea ce, dacă suprasarcina se menține, poate provoca arderea motorului prin
depășirea temperaturilor admise în bobinaj.
Pentru a se rezolva în cât mai bune condiții atât comanda, cât și protecția motoarelor
electrice, se obișnuiește să se asocieze în același ansamblu:
-un contactor;
-trei relee electromagnetice (câte unul pe fiecare fază);
-două sau trei relee termice,
fiecare dintre aceste componente preluând o anumită funcție.
– Contactorul îndeplinește funcția de aparat de manevră, închizând sau deschizând circuitul
principal, la comanda voită a unui operator. Când în instalația protejată se produce însă ceva
anormal, deschiderea sa poate fi provocată și în mod automat de un releu.
– Releele electromagnetice asigură protecția instalației împotriva scurtcircuitelor, comandând
în caz de avarie, fără întârziere, deschiderea contactorului.
– Releele termice asigură protecția instalației împotriva suprasarcinilor, comandând
deschiderea contactorului când curentul depășește valoarea normală un timp îndelungat. Se
obține, în felul acesta, un ansamblu cu care se pot realiza atât operațiile de manevră, cât și
protecția instalației.
Figura 1.10 Schema electrică a unui contactor cu releu termic (TCA – 10 A; cod 3207) –
demaror
În această figură, notațiile au următoarea semnificație:
C – contactor TCA – 10 A;
BRT – bloc de relee termice;
12
bp – buton de pornire;
bo – buton de oprire.
În practică, atât contactorul cât și releul termic se regăsesc ca unități distincte. Pentru a
se realiza montajul corespunzător se înseriază aceste aparate conform schemei din figură.
Aceasta dă posibilitatea de separare spațială a contactorului de blocul său de relee și permite
ca, în anumite scheme de acționări, un singur grup de relee să protejeze un circuit deservit de
mai multe contactoare.
Există situații când legăturile de înseriere a contactorului cu releul termic sunt
efectuate la producător și aparatul respectiv, numit demaror, are o carcasă unică.
Capitolul 2 – Clasificarea contactoarelor
a) După felul curentului care străbate circuitul principal se deosebesc:
-contactoare de curent continuu;
-contactoare de curent alternativ:
b) După modul de deplasare al contactelor mobile ,distingem :
-contactoare cu mi care de transla ie pe verticală a echipajului mobil ; ș ț
-contactoare cu mi care de transla ie pe orizontală a echipajului mobil ; ș ț
-contactoare cu mi care de rota ie ; ș ț
-contactoare cu mi care combinată; ș
c) După numărul de poli, pot fi :
-monopolare (in c.c) ;
-bipolare (in c.c) ;
-tripolare (in c.a) ;
d) După mediul de stingere a arcului electric:
-contactoare în aer ;
-contactoare în ulei (construc ii vechi) ț
e) După tipul de protec ie, distingem: ț
-contactoare în execu ie deschisă; ț
13
-contactoare în execu ie închisă; ț
2.1 Contactoare automate de joasă tensiune
Contactoarele sunt aparate electrice automate de comutație cu o singurǎ poziție de
repaos, acționate altfel decât manual, capabile sǎ conecteze, sǎ suporte și sǎ deconecteze
curenții nominali sau suprasarcinile de serviciu.
-Contactoarele pot fi clasificate dupǎ parametrii nominali, deosebind astfel contactoare de
joasǎ tensiune și respectiv contactoare de înaltǎ tensiune, sau contactoare de curent continuu
respectiv contactoare de curent alternativ, realizate de obicei în variantǎ trifazatǎ.
-Un alt criteriu de clasificare îl constituie sursa de energie care asigurǎ deplasarea
ansamblului mobil, care include și contactele aparatului, deosebind astfel contactoare
electromagnetice, acționate cu electromagneți, respectiv contactoare electropneumatice ,
acționate prin folosirea unui fluid sub presiune (aer), cu ajutorul unui corp de pompǎ și al
unui piston.
-Dupǎ mediul în care are loc stingerea arcului electric de comutație, contactoarele pot fi cu
contacte în aer, obișnuite, sau cu contacte plasate în incinte vidate (contacte în vid).
-Contactoarele mai pot fi realizate cu contacte (cu rupere simplǎ sau cu rupere dublǎ),
respectiv fǎrǎ contacte (statice), fǎrǎ piese în mișcare, cu folosirea, de obicei, a
semiconductoarelor comandate.
2.2Contactoare i ruptoare electromagnetice de curent continuu. ș
Contactoarele electromagnetice sunt foarte utilizate în instalațiile electrice deoarece
acționarea cu electromagneți a aparatelor electrice de comutație se poate face fǎrǎ intervenția
mecanismului de transmitere, caracteristică electromecanicǎ a electromagneților F(
),fiind
adaptatǎ practic la alura tipicǎ a caracteristicii forțelor rezistente proprie AEC.
Construcția contactoarelor electromagnetice de curent continuu se caracterizeazǎ prin aceea
cǎ folosesc un electromagnet de curent continuu cu mișcare de rotație a armǎturii mobile
drept sursǎ de energie pentru deplasarea contactelor, astfel încât stingerea arcului electric de
14
comutație apeleazǎ la un singur contact (rupere simplǎ), în camere de stingere cu suflaj
magnetic, iar pe traseul de forțǎ al circuitului principal intervin, firesc, conexiuni flexibile,
realizate cu fire subțiri împletite sau cu benzi subțiri suprapuse.
Principalii parametri nominali pentru contactoarele electromagnetice de curent continuu de
joasǎ tensiune, sunt:
-tensiunea nominalǎ, U n, cu valori de 250 V pentru variantele monopolare, 500V
pentru variantele bipolare, sau 660 V pentru utilaj minier, ori 750 V pentru tracțiunea
electricǎ;
-tensiunea de serviciu, U s, ca valoare a tensiunii la care funcționeazǎ de fapt
contactorul electromagnetic considerat;
-curentul nominal, I n, cu valori uzuale de 10 A, 16 A, 25 A, 40 A, 63 A, 100 A, 160 A,
200 A, 250 A, respectiv valoare nominalǎ toleratǎ de 80 A;
-curentul de serviciu, I s, ca valoare realǎ a curentului de funcționare;
-numǎrul de poli, putând avea construcții monopolare sau construcții bipolare;
-numǎrul și tipul de contacte auxiliare, de obicei unul sau douǎ, ND sau NI;
-durată relativǎ de conectare, DC, cu valori de 40%, 60% sau 100%;
-frecvența de conectare, f C, cu valori care pot depǎși 1000 manevre/orǎ;
-numǎrul de manevre, N, care definește de fapt durata de viațǎ și care are valori de 105-
106;
tensiunea de comandǎ a bobinei electromagnetului de acționare, U c, continuǎ de obicei, cu
valori posibile de 6 V, 12 V, 24 V, 48 V, 110 V sau 220 V.
Ruptoare electromagnetice:
Similar cu aceste contactoare electromagnetice se realizeazǎ ruptoarele electromagnetice ,
doar în variantǎ monopolarǎ, pentru care, la alimentarea bobinei electromagnetului de
acționare, se obține deschiderea unui contact în circuitul de forțǎ, stingerea arcului electric de
comutație realizându-se tot în camere de stingere cu suflaj magnetic.
Soluția de a utiliza rezistența economizoare în schema de comandǎ a circuitului bobinei
electromagnetului de acționare este oportunǎ mai ales în cazul ruptoarelor electromagnetice,
pentru care caracteristica forțelor rezistente, M R(α), datǎ în Fig 2.1. indicǎ valori mari ale
forțelor la întrefierul maxim, fiind practic inversatǎ fațǎ de caracteristica F R(
)
corespunzǎtoare contactoarelor electromagnetice.
15
Fig 2.1. Caracteristica rezistentǎ pentru un ruptor electromagnetic de c.c.
Pentru scǎderea timpului de acționare la conectare, dar și pentru scǎderea timpului de
revenire la deconectare, ce implicǎ deci și scǎderea duratei ciclului de funcționare sau
posibilitatea creșterii frecvenței de conectare, în schemele de comandǎ pentru contactoarele
electromagnetice de curent continuu se apeleazǎ la rezistențe economizoare, R e. Acestea sunt
plasate în circuitul bobinei electromagnetului de acționare EMA, v. Fig. 2.2. sau, pentru a
evita arcul electric persistent la bornele contactului auxiliar normal-închis, C a, acestea se pot
amplasa în circuitul de curent alternativ, înaintea redresorului Rd, care alimenteazǎ bobina
electromagnetului, ca în Fig.2.2 b.
16
Fig. 2.2: Scheme de comandǎ cu rezistențǎ economizoare pentru contactoare
electromagnetice de curent continuu
Categorii de utilizare pentru contactoare electromagnetice de curent continuu
Categorii de utilizare Tipul consumatorului
DC1 Pentru sarcini neinductive sau slab inductive
DC2 Pentru motoare derivație de curent continuu
DC3 Pentru pornirea motoarelor derivație, mers cu
șocuri, inversarea sensului de rotație
DC4 Pentru motoare serie cu porniri-opriri frecvente
DC5 Pentru pornirea motoarelor serie la funcționarea cu
șocuri și frecvente inversǎri de sens
DC6 Pentru alimentarea lǎmpilor fluorescente
Menționǎm faptul cǎ aceste categorii de utilizare a contactoarelor electromagnetice de
curent continuu sunt încǎ mai diversificate, acestea impunând un numǎr mare de variante
constructive, astfel încât alegerea corectǎ a acestor aparate electrice de comutație, pentru o
aplicație datǎ, apeleazǎ la competențele specialiștilor în acest domeniu.
2.3 Contactoare electromagnetice de c.a.
Contactoarele electromagnetice de curent alternativ se realizeazǎ de obicei în variantǎ
tripolarǎ, fiind acționate cu electromagneți cu mișcare de translație a armǎturii lor mobile,
fǎrǎ mecanism de transmitere, datoritǎ alurii caracteristicii electromecanice a acestora, F(
),
bine adaptatǎ la forma caracteristicii forțelor rezistente, F R(
).
17
a) b)
Fig. 2.3. Contactor electromagnetic de curent alternativ
Asemenea contactoare electromagnetice de curent alternativ se realizeazǎ de obicei în
variantǎ tripolarǎ, dar din considerente legate de creșterea siguranței în funcționare se
apeleazǎ la „rezervarea” contactelor, ca elemente „ slabe”, astfel încât putem întâlni în
instalații și variante terapolare.
Principalii parametri nominali pentru contactoarele electromagnetice de curent alternativ
sunt:
-tensiunea nominalǎ, U n, cu valoarea obișnuitǎ de 500 V;
-tensiunea de serviciu, U s, având de obicei valoarea (efectivǎ) de 380 V între faze și
220 V între oricare dintre faze și nul;
-curentul nominal, I n, cu valori de 6 A, 10 A, 16 A, 25 A, 40 A, 63 A, 100 A, 160 A,
200 A, 250 A, 400 A; de menționat faptul cǎ, datoritǎ utilizǎrii frecvente a
contactoarelor electromagnetice de curent alternativ pentru alimentarea motoarelor
electrice asincrone, se remarcǎ tendința de a accepta puterea nominalǎ a motorului ce
poate fi alimentat prin contactele principale ale aparatului drept parametru nominal,
ceea ce faciliteazǎ alegerea contactoarelor în schemele de acționare electricǎ.
-curentul de serviciu, I s, de valoare mai micǎ sau egalǎ cu curentul nominal;
-durata relativǎ de conectare, DC, cu valori de 40%, 60% sau 100%;
-frecvența de conectare, f C, cu valori de la 120 [cicluri/orǎ] pânǎ la 3000 [cicluri/orǎ],
care reprezintǎ unul din principalele argumente pentru utilizarea contactoarelor în
18
schemele cu funcționare ciclicǎ;
-durata de viațǎ sau numǎrul de manevre, N, cu valori de (1-10)610
manevre, cele
mai mari valori pentru aparatele electrice de comutație;
-numǎrul de poli, deosebind, pentru utilizǎri în scheme trifazate, aparate tripolare sau
tetrapolare;
-tensiunea de comandǎ din circuitul bobinei electromagnetului de acționare, U c,
alternativǎ, cu valori de 12 V, 24 V, 48 V, 110 V, 220 V, 380 V, care impun uneori
utilizarea unui transformator suplimentar pentru alimentarea circuitului de comandǎ.
Schema de principiu a unui contactor electromagnetic trifazat, deosebind electromagnetul de
acționare, EMA, contactele auxiliare ca și butoanele de pornire-oprire, „I”-„O” în circuitul de
comandǎ, respectiv cǎile de curent cu contactele principale și rupere dublǎ, sarcina
(consumatorul) și siguranțele fuzibile pentru deconectarea în caz de scurtcircuit.
Fig. 2.4. Schema de principiu pentru un contactor electromagnetic trifazat
Categorii de utilizare a contactoarelor electromagnetice de c. a.
Categorii de utilizare Tipul consumatorului
AC-1 Sarcini neinductive sau ușor inductive (cuptoare cu
rezistențǎ)
AC-2 Motoare asincrone cu rotor bobinat, funcționare la
conectare-deconectare
AC-3 Motoare asincrone cu rotor în scurtcircuit
(conectare-deconectare)
AC-4 Motoare asincrone cu rotor în scurtcircuit
(conectare-deconectare și inversare de sens)
AC-5a Alimentarea lǎmpilor cu vapori de mercur
19
AC-5b Alimentarea lǎmpilor cu incandescențǎ
AC-6a Alimentarea transformatoarelor
AC-6b Comutarea bateriilor de condensatoare
AC-7a Alimentarea sarcinilor slab inductive pentru
aplicații domestice și similare
AC-7b Alimentarea motoarelor pentru aplicații domestice
și similare
AC-8a Alimentarea compresoarelor ermetice de la
instalații frigorifice
AC-8b Alimentarea cu reanclanșare automatǎ a circuitelor
cu declanșatoarelor de suprasarcinǎ
Schemele de comandǎ pentru contactoare electromagnetice asigurǎ conectarea și
deconectarea de cǎtre operator a circuitului bobinei electromagnetului de acționare, folosind
fie butoane de comandǎ cu menținere, fie butoane de comandǎ duble (ND-NÎ).
Se pot identifica douǎ tipuri de scheme de comandǎ pentru contactoarele electromagnetice:
-scheme de comandǎ cu butoane simple sau duble;
scheme de comandǎ care evitǎ intervenția operatorului la dispariții momentane de tensiune în
circuitul bobinei electromagnetului de acționare
a) comandǎ cu buton simplu b) comandǎ cu douǎ butoane duble
Fig. 2.5 Scheme de comandǎ pentru contactoare electromagnetice
20
Pentru a evita asemenea efecte sunt concepute scheme de alimentare a circuitului bobinei
care apeleazǎ la contacte de automenținere cu temporizare la deschidere, fie existente în
structura contactorului electromagnetic fie atașate aparatului (ca un bloc funcțional
suplimentar), Fig. 2.6. a, dar și contacte ale unui releu de timp RI3T, Fig. 2.6. b, sau ale unui
releu intermediar de curent continuu, RI, Fig. 2.6.c. Atunci când alimentarea releului
intermediar RI apeleazǎ la un transformator curent-tensiune, ca în Fig. 2.6.d, schema poate
funcționa și pentru limitarea duratei de mers în gol a motorului alimentat astfel.
a) b)
c) d)
Fig 2.6 Scheme pentru evitarea efectelor la disparițiile momentane de tensiune
Contactoarele electromagnetice sunt foarte folosite în schemele instalațiilor electrice care
asigurǎ alimentarea consumatorilor cu energie electricǎ conform cerințelor impuse de diferite
procese tehnologice, cu funcționare adesea ciclicǎ, caracterizându-se prin duratǎ de viațǎ
mare, peste 1 milion de manevre, dar și prin valori ridicate ale frecvenței de conectare, pânǎ
la 3000 cicluri/orǎ.
21
Schema de forțǎ a unui inversor de sens cu contactoare electromagnetice este prezentatǎ în
Fig. 2.7 și asigurǎ inversarea sensului câmpului învârtitor prin schimbarea conexiunii a douǎ
faze între sursa de alimentare și motorul electric. Se folosesc practic douǎ contactoare
electromagnetice, C 1 și C2, câte unul pentru fiecare sens de rotație.
Fig. 2.7 Inversor de sens cu contactoare electromagnetice, schema de forțǎ
altǎ aplicație tipicǎ care utilizeazǎ contactoare electromagnetice o reprezintǎ
realizarea comutatoarelor automate stea-triunghi, care amelioreazǎ regimurile de
pornire ale motoarelor asincrone trifazate cu rotor bobinat prin schimbarea
conexiunilor acestora, din „stea” în „triunghi” dupǎ epuizarea regimului tranzitoriu de
pornire, prin folosirea a trei contactoare electromagnetice trifazate.
Schema de principiu a unu comutator automat stea-triunghi cu 3 contactoare
electromagnetice este datǎ în Fig. 2.8.
Fig. 2.8. Comutator automat stea triunghi cu trei contactoare electromagnetice
Schema de forțǎ
22
Capitolul 3 – Tipuri de comutații ale contactoarelor electrice
3.1 Comutația hibridӑ
Pentru a elimina dezavantajele folosi rii contactoarelor electromagnetice cu contacte
care pun probleme la deconectarea sarcinilor de putere mare prin efectele negative ale arcului
de comutație la nivelul contactelor aparatului s-au realizat contactoare hi bride, cu deconectare
f r arc electric, prin utilizarea unui contactor static n paralel cu un contactor electromagӑ ӑ ȋ ne-
tic.
Contactoarele hibride sunt utilizate pentru curenți intenși, ele av nd n componeț ȃ ȋ ӑ
elemente semiconductoare de tip tiristor sau triac pentru preluarea regimului tranzitoriu de
deconectare prin "scurtcircuitarea" contactelor aparatului de comutație la deschi dere,
contactele contactorului electromagnetic fiind utilizate pentru poziția închis (în regim per ma-
nent).
Pe fiecare faz se folosește un tiristor/triac și o diod conectat antipa ӑ ӑ ӑ ralel, ca la
contactoarele statice de c.a. monofazate, conectate n paralel cu contactul normal deschis al ȋ
unui contactor electromagnetic K.
Tiristorul clasic este alc tuit din patru regiuni semiconductoare, P1, N1, P2, N2, ӑ
dopate, care formeaz trei jonctiuni pn cuplate ntre ele. Structura tehnic simplificat și ӑ ȋ ӑ ӑ
schema echivalent a tiristorului sunt ar tate in Fig.3.1. ӑ ӑ
23
Fig. 3.1. Tiristorul. Structur și model echivalent ӑ
Rolul tiristorului este de a permite ca dispozitivul să treac n starea de conducție ӑ ȋ
(într-o stare de rezisten ță mic ) ӑ de la un mod non-conductor (înainte de blocare), prin
aplicarea unui impuls electric pe poart , atunci c nd A-K sunt polarizate direct. ӑ ȃ Astfel, un
mic curent aplicat pe poart este ӑ capabil de a controla trecerea un curent mult mai mare (la o
tensiune mult mai mare) aplicată între anod iș catod. Odată ce tiristorul a intrat n ȋ conducție,
curentul de poart poate deveni zero ӑ , iar dispozitivul va rămâne în starea anterioar . Blocarea ӑ
lui put ndu-se face, n absența impulsului pe poart , prin: ȃ ȋ ӑ
1. trecerea curentului de sarcină prin zero
2. aplicarea unei tensiuni inverse pe A-K
Figura 3.2. prezintă o curbă tipică pentru caracteristica volt-amper pentru un tiristor.
Se poate observa că în regiunea de polarizare inversă tiristorul se comportă într-un mod
similar cu o diodă.
24
Fig.3.2. Caracteristica volt-amper pentru un tiristor.
In regimul normal de funcționare, valorile limit pentru tensiune, curent și putere sunt ӑ
definite de mai multi parametri. n continuare vor fi enumera i principalii parametri ai Ȋ ț
tiristoarelor:
UD – Tensiunea continu n stare blocat . ӑ ȋ ӑ
UDRM – Tensiunea de vârf repetitiv n stare de blocare. ӑ ȋ
UBO – Tensiunea de ntoarcere – este tensiunea anodic n punctul de ntoarcere al ȋ ӑ ȋ ȋ
caracteristicii tiristorului.
UT – Tensiunea continu n stare de conducție – este tensiunea anodic n stare de ӑ ȋ ӑ ȋ
conducție la o valoare specificat a curentului. ӑ
UGD – Tensiunea de poart – este tensiunea aplicat pe poart pentru care tiristorul nu ӑ ӑ ӑ
comut din starea de blocare n starea de conduc ie. ӑ ȋ ț
25
UGT Tensiunea de poart de amorsare – este tensiunea de poart pentru care tiristorul ӑ ӑ
int n ӑ ȋconducție com.
URRM – Tensiunea invers de vârf repetitiv – este valoarea instantanee maxim a ӑ ӑ ӑ
tensiunii inverse pe care o suport tiristorul. ӑ
IDM – Curent direct n stare blocat – este valoarea maxim a curentului n stare de ȋ ӑ ӑ ȋ
blocare.
IGT – Curentul de poartă de amorsare – este curentul de poartă minim necesar pentru a
comuta tiristorul în stare de conducție.
IH – Curentul de menținere este curentul continuu minim prin tiristor A
K necesar
pentru menținerea tiristorului n stare de conducție. ȋ
ITRM – Curentul de vârf repetitiv în stare de conduc ie – este valoarea de v rf a ț ȃ
curentului n stare de conducție. ȋ
ITSM – Curentul de suprasarcin accidental n conduc ie – este curentul de conduc ie ӑ ӑ ȋ ț ț
de formă, amplitudine i durată specificată, care nu distruge dispozitivul. ș
di/dt – Viteza critic de creștere a curentului de conducție este cea mai mare vitez de ӑ ӑ
creștere a curentului n stare de conducție pe care tiristorul o poate suporta. ȋ
du/dt – Viteza critic ӑ de creștere a tensiunii n stare de blocare – este cea mai mic ȋ ӑ
viteza de creștere a tensiunii care antreneaz comutarea din starea de blocare n starea ӑ ȋ
de conducție.
Pentru aplicații sunt importanți și urm torii parametri: ӑ
– curentul continuu direct de menținere, IH(IHOLD)[A]
– curentul de acrosaj, IL (ILATCH)[A]
– viteza critic de creștere a curentului anodic, dI/dt [A/µs] ӑ
– viteza de creștere a tensiunii anodice, dV/dt [V/µs]
26
– timp de dezamorsare prin comutarea circuitului, tq [s]
1. Parametrul IH caracterizeaz trecerea tiristorului din starea de conducție în starea de ӑ
blocare. Dac se micșoreaz curentul anodic printr-un tiristor amorsat, există o valoare critic a ӑ ӑ ӑ
acestuia pentru care tiristorul iese din conducție și se blocheaz . Valoarea critic a curentului ӑ ӑ
anodic pentru care tiristorul dezamorseaz se numeste curent de menținere. ӑ
Dac tensiunea aplicat între anod și catod este alternativ , iar poarta este atacat înӑ ӑ ӑ ӑ
impulsuri sincrone cu frecvența tensiunii anodice, atunci tiristorul amorseaz pentru fiecare ӑ
semialternanț pozitiv a tensiunii anod-catod și se blocheaz pentru semialternanțele negative. ӑ ӑ ӑ
Cunoscând IH se poate determina momentul de tip din semialternanța pozitiv în care tiristorul ӑ
dezamorseaz . ӑ
2. Parametrul IL caracterizeaz trecerea tiristorului din starea de blocare în starea de ӑ
conducție. La aplicarea unui impuls pozitiv pe poart , curentul anodic începe s creasc de la ӑ ӑ ӑ
0 la valoarea maxim determinat de rezistența circuitului exterior. Dac impulsul pe poart ӑ ӑ ӑ ӑ
se întrerupe înainte de a ajunge curentul anodic la o valoare critic , atunci tiristorul nu ӑ
amorseaz . Valoarea critic a curentului anodic pentru care tiristorul amorseaz chiar dac se ӑ ӑ ӑ ӑ
întrerupe semnalul pe poart se numeste curent de acrosaj. ӑ
Observa ie: Cunoasterea lui IL este necesar pentru determinarea duratei minime a impulsului ț ӑ
pe poart . ӑ
3. Viteza critic de creștere a curentului anodic(di/dt). ӑ La amorsarea unui tiristor, tensiunea
la bornele sale nu scade instantaneu la zero și curentul crește dupa o lege care depinde de
impedan a circuitului exterior. Puterea disipat de tiristor este cu atât mai mare cu cât curentul ț ӑ
anodic crește mai repede. n momentul amors rii, conducția se face într-o zon redus în jurul Ȋ ӑ ӑ ӑ
porții. Ca urmare, densitatea de curent este mare. Dacă puterea necesar a fi disipat depășește ӑ ӑ
puterea disipat maxim a dispozitivului, acesta se distruge. ӑ ӑ
4. Viteza de creștere a tensiunii (dV/dt). O vitez excesiv de creștere a tensiunii anodice ӑ ӑ
poate duce la deschiderea tiristorului în absența semnalului de poart la o valoare mai mică decât ӑ
VBO. Acest fenomen se datoreaz capacit ții interne a tiristorului, care se încarc la un curent ӑ ӑ ӑ
i=c dV/dt. Acest curent poate fi suficient, daca dV/dt este mare, pentru a declanșa amorsarea.
Dac viteza de variație a tensiunii anodice este mare (de exemplu cea dată de bobina de induc ieӑ ț
27
de la automobile pentru un circuit de aprindere electronică cu tiristor), atunci tiristorul se
deschide prin efect dV/dt și se poate distruge prin efect dI/dt. Valoarea curentului de acrosaj, IL,
este mai mare decât valoarea curentului de menținere, IH, pentru un tiristor dat.
Triacul este similar în func ionare cuț două tiristoare conectate antiparalel , dar folosind
o conexiune de poart ӑ comun ӑ. Aceasta dă triacului capacitatea de a intra în conduc ie ț pentru
tensiune de polaritate pozitiv și negativ . ӑ ӑDe fapt, acesta ac ionează ț mai degrabă ca un
tiristor pe fiecare alternanț tensiunii de elimentare ӑ . Pot fi utilizate impulsuri pozitive sau
negative pe poart ӑ. Simbolul de circuit pentru triac este prezentat în Fig. 3. 3.
Fig.3. 3. Simbolul de circuit pentru triac
Atunci când tensiunea pe A1 este pozitiv ӑ iș se aplică o tensiune pozitivă poart ӑ, unul dintre
tiristoarele conduce. Atunci când tensiunea este inversată iș o tensiune negativă se aplică pe
poart ӑ, celălalt tiristor intr n ӑ ȋconducție, complementarul s u este blocat fiind polarizat ӑ
invers. Condi ia ț de conducție este menținut at ta timp c t ӑ ȃ ȃ exist suficient tensiune pe ӑ ӑ
dispozitiv pentru a permite menținerea curentului minim de conducție .
Insulated Gate Bipolar Transistor de asemenea, numit un IGBT pentru scurt, este din punct de
vedere tehnologic o combinație între un tranzistor conventional bipolar, conven ional ț Bipolar
Junction Transistor, (BJT) i șun tranzistor cu efect de câmp , (MOSFET), fac ndu-l idealȃ ca
un dispozitiv semiconductor de comutație.
IGBT este un tip de tranzistor care ia avantajele acestor două tipuri de tranzistoare,
impedanța de intrare mare i vitezeș de comutare mare a MOSFET cu tensiunea de satura ie ț
scăzută a unui tranzistor bipolar, iș le combină împreună pentru a produce un alt tip de
dispozitiv tranzistor de comutație care este capabil de a comuta curen i mari ț colector-emi ătorț
cu un curent aproape de zero poarta.
28
Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) utilizează poarta izolată (prin urmare, prima
parte a numelui său), tehnologie de MOSFET cu caracteristicile de performan ă ț de ie ire ș a
unui tranzistor bipolar conven ional ț, (deci a doua parte a numelui său).
IGBT sunt folosite în principal în aplica ii electronice ț de putere, cum ar fi invertoare,
convertoare și surse de alimentare.
Avantajul realizat de poarta izolat a ӑ dispozitivul tranzistor bipolar pe un BJT sau
MOSFET este că oferă câ tigș de putere mai mare decât tranzistorul de tip bipolar, împreună
cu valoarea mare a tensiuneii C-E iș pierderile mai mici de intrare a MOSFET. De fapt, este
un FET integrat cu un tranzistor bipolar într-o formă de configura ie ț Darlington a a cum seș
arată n Fig. 3.4 ȋ.
Fig. 3.4 Tranzistor MOSFET
Se poate observa că poarta izolat a ӑ tranzistorul bipolar este un tranzistor MOSFET
cu trei terminale, dispozitiv care combină o poartă N-canal de intrare MOSFET izolat cu o
ie ireș PNP tranzistor bipolar conectat într-un tip de configura ie ț Darlington. Ca urmare,
terminalele sunt etichetate ca: Colector, Emitor iș Gate. Două dintre bornele sale (CE) sunt
asociate cu un traseu de conducție de putere iș al treilea terminal (G) asociat cu controlul sau
comanda tranzistorului .
Caracteristici
Deoarece IGBT este un dispozitiv controlat de tensiune, necesită doar o tensiune mică
pe Poart ӑ pentru a men ine ț în conducție dispozitivul , spre deosebire de BJT care cer ca
curentul de bază s aib o valoare suficient de mare ӑ ӑ pentru a men ineț satura ia ț. De asemenea
IGBT este un dispozitiv unidirec ional, conducând curentul într-o singur direcție. ț ӑ
29
Principalele avantaje ale folosirii Insulated Gate Bipolar Transistor fa ă de alteț tipuri
de tranzistoare este capacitatea sa de a suporta tensiuni înalte, rezisten ă ț ON joasă, ușurința în
comand ӑ, viteze de comutație relativ mari, ceea ce-l face avantajos pentru aplica ii cum țar fi
surse PWM, controlul variabil al vitezei motarelor , comuta-mode sursele de alimentare în
comutație, invertor DC-AC i aplica iiș ț de conversie de frecven ă ț care operează în gama de
sute de gama kHz.
Comuta ia hibrid este o soluție pentru realizarea comutației fără arc electric a ț ӑ
circutelor de curent alternative și current continuu, și const în preluarea conducției ӑ
curentului de sarcin pe durata regimului tranzitoriu de deconectare a contactelor principale ӑ
ale aparatului electric AE, (Fig. 3.5.) de c tre dou tiristoare antiparalel alternativ comandate. ӑ ӑ
Funcționarea schemei din Fig.3.5 decurge astfel: la deconectarea circuitului, in
momentul deschiderii contactului K al AE, conducția este preluată de tiristorul polarizat
direct de semialternanța tensiunii de alimentare. Deoarece c derea de tensiune la anod-catod ӑ
pentru un tiristor/triac în conducție este de ordinul volților și deci este insuficient pentru ӑ
amorsarea arcului electric, deconectarea sarcinii Z s decurge far arc electric la contactele AE. ӑ
Evoluția în timp a curentului la deconectarea hibrid ӑ a circuitului prezentat în Fig. 3.5
este indicatӑ in Fig. 3.6. n momentul n care se comand deconectarea circuitului la Ȋ ȋ ӑ
momentul td urmat de deschiderea contactului principal al aparatului K, conducția este ӑ
preluat de tiristorul T ӑ2 p n la polarizarea invers a acestuia și blocarea lui și intervineȃ ӑ ӑ
deconectarea consumatorului, reprezentat prin impedan a Z țs .
30Fig. 3.6 Principiul comutației
hibrideFig. 3.5 Schema de principiu a unui
contactor cu comutație hibrid ӑ
Avantajul comutației hibride const n posibilitatea adapt rii acesteia pentru aparate ӑ ȋ ӑ
electrice de comutație cu contacte de construcție clasic , neexist nd nici o restricție privind ӑ ȃ
valorile timpului de deschidere a contactelor, ca în cazul comutației sincronizate.
n ceea ce privește semiconductoarele comandate de tip tiristor sau triac acesteaȊ
preiau conducția la deconectare pentru cel mult o semiperioad a tensiunii de alimentare, ӑ
astefel energia disipat în perioada de conducție a acestora este nesemnificativ n bilanțul ӑ ӑ ȋ
energiilor vehiculate la deconectarea clasic cu arc electric. ӑ
Avantajele comutației hibride sunt puse în evidenț de curbele prezentate în Fig. 3.7. ӑ
ce reprezint comuta ia cu arc electric (cu linie punctat i f r arc electric (hibrid , cu linie ӑ ț ӑ ș ӑ ӑ ӑ
continu ) într-un circuit de current continuu. ӑ
Fig. 3.7 Comutația cu arc și hibrid ӑ
Comutația hibrid prezint avantajele contactoarelor electrice cu contacte la conectare ӑ ӑ
(rezisten ă mic la contacte) și în plus are avantajele oferite de elementele semiconductoare ț ӑ
comandate pe durata regimului tranzitoriu de deconectare, t a. Curbele care descriu evoluția în
timp a tensiunii arcului electric u a , a tensiunii la bornele tiristorului u T, respectiv a curenților
31
arcului electric ia și a tiristorului iT pun n evidenț diminuarea considerabil a energiei ȋ ӑ ӑ
disipate pe durata regimului tranzitoriu de comutație n cazul comutației hibride, care atinge ȋ
(6…10)% din energia arcului electric.
Problemele pe care trebuiesc rezolvate n cazul echipamentelor cu comuta ie hibrid ȋ ț ӑ
sunt:
-Problema separӑrii galvanice a consumatorului în poziția deconectat de c tre un alt ӑ
AE cu contacte;
-Problema realiz rii optime, cât mai eficient , a comenzii semiconductoarelor de ӑ ӑ
preluare a conducției, de tip tiristor sau triac;
-Problema protecției semiconductoarelor de șuntare împotriva supratensiunilor de
comutație și a efectelor curenților de defect;
In cazul realizӑrii comutației hibride la deconectarea circuitelor de curent continuu au
impus necesitatea utiliz ӑrii unor circuite auxiliare care s sting forțat tiristorul dup timpulӑ ӑ ӑ
de deconectare, ta. Pentru asemenea aplicații, prin descarcarea oscilant a unui condesator ӑ
încarcat, se asigur modularea curentului ce parcurge contactele principale ale aparatului, cu ӑ
cateva anul ri ale acestuia, dup care funcționarea decurge conform cu cele prezentate ӑ ӑ
anterior cu privire la comutația hibrid de curent alternativ. ӑ
Schema de principiu a unui contactor cu comutație hibrid de CC este dată în Fig3.8; ӑ
Funcționarea eficient a circuitului din Fig. 8.7 presupune sicronizarea contactelor CA și CP ӑ
32 Fig. 3.8. Principiul comuta iei hibride ț
în c.c.
care s asigure închiderea contactului auxiliar CA, asociat cu deschiderea contactului ӑ ӑ
principal CP, ceea ce permite desc rcarea oscilant a condensatorului C ӑ ӑ 0 și blocarea
tiristorului T1 prin polarizarea invers a acestuia. Eventual se poate utiliza și o diod montat ӑ ӑ ӑ
antiparalel cu T1.
Schema de principiu pentru un contactor monofazat cu comutație hibrid la ӑ
deconectare este dată in Fig. 3.9. Comanda trecerii în conducție a tiristoarelor T 1 si T2 se
realizeaz cu ajutorul transformatorului de curent TC cu două inf șur ri secundare, N ӑ ӑ ӑ 1 si N2.
În funcție de polaritatea sursei alternative de alimentare a circuitului u(t), va intra n ȋ
conducție tiristorul polarizat direct urm nd ca la schimbarea polarit ții s intre n conducție ȃ ӑ ӑ ȋ
cel lalt tiristor. Primarul transformatorului de curent este chiar calea de curent a circuituluiӑ
sarcinii Zs.
Fig. 3.9. Contactor monofazat cu comutație hibrid . Schema de comandă. ӑ
3.2 Comutația în vid
Vidul avansat este utilizat pentru stingerea eficient ӑ a arcului electric de comutație la
deconectarea circuitelor de forț ce ia naștere în camerele de stingere ale aparatelor electrice ӑ
de comuta ie de curent alternative și continuu. Utilizarea vidului în procesul camerele de ț
stingere a aparatelor electrice de comutație prezintă c teva avantaje importante: ȃ
1.rigiditatea dielectrică foarte mare (v. legea lui Paschen ) -de unde rezult distanțe mult ӑ
mai mici între contactele aparatului.
33
2.arcul electric de comutație se dezvolt în incinta vidat pe baza vaporilor metalici ӑ ӑ
proveni i din piesele de contact datorit impactului electronilor accelerați în câmpul ț ӑ
electric dintre contacte și suprafața contactului.
3.Timpi de comutație mici.
4.Exploatarea acestora se face practic far mentenanț . Tehnica vidului permite realizarea ӑ ӑ
unor camere de stingere vidate care-și mențin calit țile pentru o durată de 10….20 de ani. ӑ
Ini ial comutația în vid, a fost utilizat în tehnica curen ilor slabi pentru a realiza releeț ӑ ț
cu un timp cu anclanșare rapid . În ultimii ani construcția contactoarelor și întrerup toarelor ӑ ӑ
cu vid s-a extins și c tre valori mai mari ale tensiunilor și curenților nominali ai AEC. ӑ
La separarea contactelor curentul electric se stabilește inițial pe seama fluxului de
electroni ce vaporizeaza metalul electrozilor. Vaporii metalici difuzează rapid în vidul
avansat (presiunea este de 10-4 – 10-6 mm Hg) și formeaz arcul electric, difuz, care preia ӑ
conducția în circuit pân la stingerea acestuia. Vaporii formați condenseaz ulterior în contact ӑ ӑ
cu pereții unor ecrane metalice reci amplasate n jurul contactelor și se asigur așadar ȋ ӑ
refacerea rapidă a rigidit ții dielectrice a vidului. Dup ce rigiditatea dielectric a vidului se ӑ ӑ ӑ
reface aparatul este din nou în starea inițial de funcționare. ӑ
Arcul electric format la separarea contactelor, care este o plasmă ce se dezvolt în ӑ
condiții de vid avansat, a impus o constructie special a contactelor electrice pentru aparatele ӑ
cu comutație în vid care trebuie s asigure o densitate volumetric suficient de vapori ӑ ӑ ӑ
metalici astfel nc t arcul electric format s permit diminuarea valorilor curentului de t iere. ȋ ȃ ӑ ӑ ӑ
Contactoarele și întrerup toarele cu comutație în vid avansat prin propriet țile ӑ ӑ
specifice, sunt eficiente pentru utiliz ri speciale cum ar fi: ӑ
-alimentarea motoarelor electrice cu pornirea grea ( n sarcin ȋӑ);
-sisteme de comand a acțion rilor electrice unde se inpune o frecvenț de conectare și durat ӑ ӑ ӑ ӑ
de viaț ridicat ; ӑ ӑ
-alimentarea instalațiilor electrice în medii explozive sau agresive din punct de vedere
chimic, deoarece arcul electric se formeaz în incinta vidat (capsulat din punct de vedere ӑ ӑ ӑ
constructiv) și nu este n contact direct cu mediul ambiant; ȋ
– timpi de conectare/deconectare mici n raport cu AEC elctromagnetice clasice cu contacte ȋ
datorit faptului c vidul avansat permite distanțe sensibil mai mici ntre contactele ӑ ӑ ȋ
aparatului.
34
In Fig. 3.10. este prezentat schema de principiu a unui contactor cu comutație în vid ӑ
și cuprinde urmatoarele componente principale: borna contactului fix 2, borna contact mobil
10, capsula de material ceramic electroizolant 5, burduf metalic de etansare 8, ecran de
condensare 12, contactul fix 4, contactul mobil 6.
Fig.3.10. Contactor cu comutație în vid avansat
Construcția contactelor contactoarelor / întreruptoarelor cu comutație în vid trebuie
s ndeplineasc urm toarele cerințe tehnice:ӑ ȋ ӑ ӑ
1.Utilizarea de materiale compozite sinterizate cu un înalt grad de puritate de tipul Cu-
W sau Cu-Cr pentru piesele de contact care s favorizeze redepunerea vaporilor ӑ
metalici pe suprafața electrozilor și reducerea uzurii.
2.Optimizarea cantit ții de vapori metalici produsi de arcul electric la deconectare; ӑ
3.Asigurarea unei uzuri uniform distribuite pe suprafața piesele de contact prin alegerea
adecvat a formei și dimensiunilor pentru contacte. ӑ
4.Utilizarea câmpului magnetic produs de geometria special a contactelor aparatului ӑ
pentru a minimiza uzura suprfeței acestora prin rotirea arcului electric de deconectare
pe suprafața acestora.
Forma specialӑ a contactelor AEC cu comutație în vid este prezentat ӑ n Fig.3.11. ȋ
35
Fig. 3.11. Contacte cu suflaj radial pentru
întrerupatoare cu vid
Creșterea perfirmanțelor contactoarelor și întrerupatoarelor cu comutație n vid în vid se ȋ
axeazӑ pe:
– creșterea capacit ții de rupere; ӑ
-creșterea capacitӑții de conectare;
– minimizarea perderilor de material la nivelul contactelor datorit ӑ migra iei de material pe ț
durata arderii arcului electric și eliminarea pericolului de sudare a contactelor.
Datoritӑ vitezei mari de deplasare a contactului mobil și a mecanismului de acționare
poate conduce la vibrația contactelor la închidere. Din aceasta cauză, unele întrerupatoare în
vid au contacte din material dur sinterizate cu punct de topire ridicat (pentru a evita eventuala
sudur a contactelor). ӑ
Timpilor mici de comutație pot duce la rândul lor la întreruperea curentului înaintea
trecerii naturale prin zero ceea ce poate determina apariția de supratensiuni de comutatie
importante care solicit suplimentar izolația dielectric a aparatului. ӑ ӑ
Întrerupătorul în vid este indicat pentru deconectarea sarcinilor capacitive întrucât
rigiditatea dielectrică a vidului se reface extrem de rapid.
Întrerupătorul cu vid se fabrică în serii la puteri mici i medii, de exemplu de la un ș
curent nominal de 600 A p n la 12 kA / 14,4 kV. ȃ ӑ
36
Calita ile de bază ale întrerupatorului cu vid constau în timpi de acționare/deconectare ț
reduși, datorită distan ei mici între contacte, volumul redus al acestora în raport cu aparatele ț
clasice, consumul redus de materiale, lipsa necesit ții mentananței pe o durat de viaț foarte ӑ ӑ ӑ
ridicat i lipsa de zgomot la deconectare. ӑ ș
Un rol esențial în expltarea optim a avantajelor comutației în vid îl au mecanismele de ӑ
acționare a întrerupatoarelor sau contactoarelor. Acestea sunt ansamble care au rolul de a
transmite energia de la sursa de energie c ӑtre contactele mobile ale AE. Pentru a asigura
viteza mare de deplasare a contactelor la deconectarea curen ilor de scurtcircuit energia ț
necesară este relativ mare.
Ca și în cazul AEC clasice cu comutație în aer mecanismele de acționare trebuie s asigure ӑ
blocarea întrerupatorului în pozi ia deschis și închis. ț
Dup sursa de energie mecanic a AEC, mecanismele de acționare ale întrerupatoarelor ӑ ӑ
de medie tensiune pot fi clasificate astfel:
– mecanisme de acționare cu acumulare de energie în resorturi ;
– mecanisme de acționare cu electromagneți (DSI);
– mecanisme de acționare pneumatice, care folosesc energia înmagazinat în aerul ӑ
comprimat.
n practicȊӑ cele mai utilizate pentru ntrerup ȋӑtoare sunt mecanismele cu acumulare de
energie în resorturi, armarea lui f cându-se print-un motor electric și manual. ӑ Pentru
contactoarele cu vid se utilizeaz ӑ mecanismele de acționare cu electromagneți (DSI).
n Fig. 3.12. este prezentat unȊ mecanism de acumulare a energiei în resoarte MRI.
Sistemul de acumulare a energiei se compune dintr-un motor electric ce transmite mi carea ș
axului principal care acționeaz ӑ sistemul de deplasare al contactelor printr-un sistem de
transmisie cu roți dințate și lanț, sau angrenaj melc-roata melcată.
Acumularea energiei se face în dou resoarte tensionate simultan în paralel. ӑ
Dispozitivul trebuie s permit și armarea manual operativ a resoartelor cu ajutorul unei ӑ ӑ ӑ ӑ
manivele. La aceste mecanisme acumularea de energie se realizează lent, prin rotirea axului
de c tre motorul de armare, iar eliberarea acesteia se face brusc ( la acumulare t = 5s i laӑ ș
eliberare t' = 0,0l s) .
37
Fig. 3.12. Mecanism de acumulare a energiei în resoarte MRI
1, 3- zăvoare, 2- resort de deschidere, 4- manetă de armare, 5- resort, 6, 8- axuri, 7- cuplă.
Axul principal este alc tuit din: axul de armare 6, solidar cu resortul de închidere 5 și ӑ
axul întrerupătorului 8, solidar cu resortul de deschidere 2. Aceste dou axe se pot roti ӑ
independent pe durata acumul rii energiei și respectiv a deschiderii, fiind cuplate între ele ӑ
prin intermediul cuplei 7 numai pe durata închiderii.
Operația de armare constă în tensionarea resortului 5 prin rotirea axului 6, și blocarea prin
sistemul de clichetare 3. Prin cupla 7 se realizeaz cuplarea axului 6 cu axul 8. Pentru ӑ
închiderea întrerup torului se comand clichetul 3 care duce la tensionarea resortului 2. La ӑ ӑ
deschiderea întrerup torului se comanda clichetul 1 iar cupla 7 decupleaz axele 6 si 8. ӑ ӑ
Aceste mecanisme sunt cu liber deschidere deoarece exist prioritatea deschiderii faț de ӑ ӑ ӑ
închidere.
Acționarea întrerup toarelor cu vid cu sisteme cu resoarte armate, reprezint soluția ӑ ӑ
optim din punct de vedere al: gabaritului, randamentului, andurantei i frecven ei de ӑ ș ț
conectare.
Exemple de contactoare/întrerup toare cu vid ӑ:
1140Va.c,- 400A; 630 A
Cod de fabrica ie: CCV – 1140V- 400A ; 630A ț
Standard produs : ST 588 – 04
Conformitatea performan elor tehnice cu standarde (normative europene i/sau interna ionale: ț ș ț
IEC 60947
38
3.13 Schema unui contactor cu vid
Caracteristicile tehnice
Tensiune nominală de utilizare : 1140 Vc.a.
Tensiune nominală de izolare : 1500 Vc.a.
Curent nominal termic 400 A ÷630A
Puterea motorului sau a bateriei de condensatoare 400V 250kW, 250kVar
Comandate la: 660V 425kW, 450kVar, 1140V 710kW, 800kVar
Capacitate de închidere 4000A
Capacitate de rupere 3200A
Curentul de stabilitate termică -1 sec 8000 A
Categoria de utilizare AC1,AC2,AC3,AC4
Puterea maximă absorbită la anclanșare 240W
Puterea absorbită în poziția închis (cu rezistență economizoare): 60 W
Durata de acționare: 100 %
Frecvență maximă de conectare : 1200 con/h
Rezistența la uzură mecanică: 3×106 cicluri
Rezistența la uzură electrică 3×106 cicluri
Tensiune nominală de comandă: (24,48,110,220) Vc.c.
Dimensiuni de gabarit: 272x160x340 mm
Masă netă: 15 kg.
39
3.14. Contactor cu comutație în vid
3.15.Întrerupӑtoare trifazate de medie tensiune (20kV) cu comutație în vid
40
3.3 Comutația static ӑ
Odată cu dezvoltarea performanțelor componentelor semiconductoare pentru curenți
intenși, la prețuri avantajoase, a apărut posibilitatea utiliz rii lor în tehnica comutației ca ӑ
aparate cu comutație static ca o alternativ pentru contactoarele electromagnetice clasice. ӑ ӑ
Comutația static are utiliz ri specifice în practic datorit calit ților superioare pe care le ӑ ӑ ӑ ӑ ӑ
ofer ca și calitate a comutație (AE f r contacte, timpi de deconectare mici, lipsaӑ ӑ ӑ
elementelor n mișcare, etc. ȋ
n general se prefer folosirea semiconductoarelor comandate de tip tiristor sau triacȊ ӑ
însa, în ultimul timp s-au dezvoltat numeroase aplicații care utilizeaz tranzistoare de putere ӑ
(IGBT).
Comuta ia statică, numită adesea și comuta ie fără contacte, propune modificarea între ț ț
limite, de dorit cât mai largi, a valorilor curentului din circuit, asociind valoarea minimă a
acestuia cu situa ia de circuit deconectat, respectiv valoarea sa maximă cu situa ia de circuit ț ț
conectat. Acest deziderat se realizează cu ajutorul unei impedan e comandate Z*, ce asigură ț
modificarea valorilor curentului ce parcurge consumatorul indicat prin impedan a Z țs Fig.3.16
Fig.3.16.Principiul comuta iei statice ț
n legătură cu acesta se poate defini gradul de comuta ie Ȋ țγ, ca raport între valorile maximă
i minimă ale împedan ei Z*:ș ț
γ=Zmax¿
Zmin¿
41
Subliniem faptul că această comuta ie statică poate decurge în mod continuu, a a cum se vede ț ș
în Fig.3.17a sau ca o comuta ie de tipul TOT-NIMIC (DA-NU), ilustrată în Fig.3.17.b. ț
Prima situa ie este proprie mai ales unor bucle de reglaj automat; în timp ce a doua se ț
referă la comuta ia propriu zisă a circuitelor. ț
Fig.3.17.Tipuri de comuta ie statică: a-continuă; b-prin salt. ț
Trebuie remarcat că pentru a realiza comuta ia statică de tipul TOT-NIMIC este necesar ț
ca impedan a Z* să prezinte por iuni cu pantă negativă în raport cu mărimea de comandă X ț ț c ,
printr-o caracteristică voltamper în N sau S.
O altă solu ie pentru ob inerea comuta iei statice de tip TOT-NIMIC o reprezintă ț ț ț
amplificatoarele cu reac ie pozitivă suficient de intensă, a căror caracteristică intrare-iesire ț
dobândeste în asemenea condi ii por iuni cu pantă negativă. ț ț
Rezultă deci ca pentru a realiza comuta ia statică a circuitelor se poate apela la una ț
dintre solutiile de mai jos:
Utilizarea unor elemente de circuit cu impedan ă comandabilă în raport cu un anumit ț
parametru, care prezintă por iuni cu pantă negativă ale caracteristicii lor voltamper, ț
dintre care remarcăm mai ales elemente semiconductoare comandate de putere;
Utilizarea unor circuite în care au loc fenomene neliniare, care permit ob inerea unor ț
discontinuită i (cu evolu ii prin salt) în dependen a impedan ei echivalente în raport cu ț ț ț ț
o mărime de intrare ( de comandă), solu ie ilustrată de amplificatoarele cu reac ie ț ț
pozitivă (electronice, magnetice sau chiar hidrauluice) ca i fenomenul de ș
ferorezonan ă. ț
42
Pentru a contura înca mai clar domeniul comuta iei statice (fără contacte) în tabelul de ț
mai jos se prezintă o sinteză a alita ilor, performan elor reprezentative i particularită ilor ț ț ș ț
proprii aparatelor cu contacte , respectiv cu comuta ie statică. ț
Particularită i ț
Performan e țAparate cu contacte Aparate făra contacte
Existen a ansamblului ț
mobil i uzura acestuia șExistă, numărul de
manevre fiind limitat la
107Nu există ansamblu
mobil i uzură mecanică ș
Apari ia arcului electric ț
i uzura electrică aș
componentelorApare arc electric i se ș
limitează numărul de
manevre pe criterii
electrice la 106 manevreNu apare arc electric i ș
nu este limitat d.p.d.v.
electric numărul de
manevre
Timp de actionare i ș
fregven a de conectare țTimpi de ac ionare de 10 ț-
1…10-2 s, fregven a de ț
conectare de până la 103
cicluri/orăTimp de ac ionare 1ms, ț
fregven a de conectare ț
de 105…106 cicluri/oră
Stabilitate la socuri i ș
vibra ii țAfectează buna
func ionare a acestorațNu influentează
func ionareaț
Comportarea în medii
periculoasePot fi utilizate doar când
se adoptă masuri speciale
de protec ie țFunc ionare normală ț
Posibilitatea modificării
lente a curentului din
circuit cu trecere de la
regimul de amplificator
la regimul TOT-NIMICNU DA
Gradul de comuta ie i ț ș
separarea galvanică în
starea deconectatGrad de comuta ie 10 ț14,
cu separare galvanicăGrad de comuta ie 10 ț7,
necesită pol separator
exterior
Pierderi de energie i ș
încalzirea elementelor de
comuta ie țMici, datorită căderii
neglijabile de tensiune pe
contacte (mV)Mari, căderea de
tensiune pe conducte
fiind de circă 1V
Comportarea la apari ia ț
unor curen i de defect țSunt supor i de aparat țNecesita măsuri speciale
de protec ie ț
43
Cost Poate fi încă scazut De câteva ori mai mare
comparativ cu aparatele
clasice
Fiabilitate Ridicată, dar depinde de
calitatea între inerii țFoarte bună i nu ș
depinde de între inere ț
Dimensiunile aparatului Construc ii compacte țDe câteva ori mai mari în
compara ie cu cele cu ț
contacte
Efecte secundare ale
comuta iei țExista, acustice i ș
luminoaseLipsesc
Op iunea specialistului pentru una sau alta dintre solu iile posibile pentru a realiza ț ț
comuta ia statică a circuitelor va ine desigur seama atât de particularită ile de func ionare ț ț ț ț
proprii fiecărei variante cât i de restric iile corespunzătoare diferitelor tipuri de consumatori. ș ț
Practic definirea unor indicatori sintactici care să permită compararea multiplelor solu ii ce ț
permit realizarea comuta iei statice a circuitelor i aprecierea oportunită ii op iunii pentru o ț ș ț ț
anumită rezolvare, reprezintă o preocupare deplin justificată a cercetărilor în acest domeniu.
Informa ii par iale cu privire la comuta ia statică a circuitelor oferă indicatori de tipul: ț ț ț
-factorul de multiplicare în curent K I , evaluat ca raport între valorile maximă i minimă ș
ale curentului din circuit:
KI = Imax
Imin
-factorul de multiplicare a puterii K p , obtinut ca raport între valoarea maximă a puterii
comandate în circuitul consumatorului, P smax i puterea consumată în circuitul de comandă, ș
Pcmin:
Kp = Psmax
Pcmin
La ace tia se pot adăuga indicatori tehnico-economici, care raportează de obicei ș
performan ele sau costurile la unitatea de volum a ansamblului ca i informa ii cu privire la ș ș ț
timpul de ac ionare, fără a permite totu i compararea concludentă a unor variante ț ș
constructive distincte.
44
3.4 Tendin e moderne de realizare a întrerupatoarelor automate de joasă ț
tensiune.
ntrerupătoarele automate de joasă tensiune sunt aparate electrice de comuta ie care Ȋ ț
adaugă la func ionalitatea contactoarelor, prezentate anterior, posibilitatea de a stabili, suporta ț
i deconecta curen ii de defect. n aceste condi ii întrerupătoarele clasice pun probleme ș ț Ȋ ț
deosebite cu privire la func ionarea contactelor electrice în regim de defect, cu privire la ț
stingerea arcului electric de comuta ie, cu privire la dispozitivul de ac ionare i la asigurarea ț ț ș
parametrilor cinematici pentru ansamblul mobil, cu privire la ac iunea for elor ț ț
electrodinamice la scurtcircuit ca i cu privire la conservarea în timp a calită ilor acestora. ș ț
ntrerupătoarele obi nuite care au încercat să rezolve aceste cerin e s-au dovedit a avea Ȋ ș ț
construc ii complexe i în consecin ă o fiabilitate scăzută. De altfel numărul de manevre ce ț ș ț
caracterizează construc iile obi nuite de întrerupatoare automate de joasă tensiune de ț ș
exemplu este de doar 10-3, fată de circa 106 manevre în cazul contactoarelor. Au fost deci i ș
sunt înca pe deplin justificate preocupările speciali tilor pentru realizarea unor întrerupătoare ș
performante de joasă tensiune, capabile să raspundă cerin elor mereu mai severe impuse de ț
dezvoltarea re elelor de distribu ie a energiei electrice ca i de diversificarea consumatorilor. ț ț ș
O primă orientare a preocupărilor speciali tilor a fost aceea de a realiza întrerupatoare ș
ultrarapide, care prin timpul redus de deconectare asigură în acela i timp i un efect de ș ș
limitare. Aceste performan e deosebite au fost ob inute prin perfec ionarea unor construc ii ț ț ț ț
clasice, care au permis ameliorarea tuturor aspectelor comuta iei care condi ionează buna ț ț
func ionare a acestor aparate electrice: comuta ia electrică, comuta ia magnetică dar i ț ț ț ș
comuta ia mecanică. n acela i timp s-au folosit i dispozitive noi de protec ie, capabile să ț Ȋ ș ș ț
furnizeze în timp mai scurt comenzi convenabile de deconectare a circuitului defect.
O a doaua orientare cu privire la realizarea întrerupătoarelor moderne de joasă
tensiune, adesea o completare a construc iilor ultrarapide anun ate mai sus, dezvolta tehnicile ț ț
moderne ale comuta iei de putere expuse anterior: comuta ia sincronizată, comuta ia hibridă ț ț ț
i comuta ia statică. ș ț
45
3.5 ntrerupătoarele cu comuta ie staticăȊ ț
Primele informa ii cu privire la realizarea de serie a unor întrerupatoare statice se ț
datorează firmei americane Allis-Chalmers, ele func ionând cu o caracteristică de protec ie de ț ț
tip semidependent, dependen a pe por iunea corespunzătoare curen ilor de suprasarcină i ț ț ț ș
independen a, cu deconectare instantanee, pentru curen ii de scurtcircuit. Preocupările pentru ț ț
realizarea unor asemenea aparate electrice de comuta ie s-au extins apoi continuu, în ț
principal datorită scăderii pre ului de cost al semiconductoarelor, dar i ca urmare a scăderii ț ș
gabaritului respectiv a cre terii performan elor acestora. Acceptate la început mai ales pentru ș ț
valori mari ale curentului nominal, peste 600 A, în prezent întrerupătoarele statice realizate de
firme de prestigiu din întreaga lume se referă la tipodimensiuni distincte, pentru a permite
folosirea cat mai deplină a posibilita ilor fizice ale consumatorului în timpul func ionării. ț ț
Utilizările întrerupătoarelor statice au evoluat de asemenea, func ia de la întrerupător ț
de fier cu deconectare ultrarapidă i cu efect de limitare a curentului de defect, la func ia de ș ț
întrerupător specializat pentru asigurarea selectivită ii în scheme de distribu ie complexe, cu ț ț
mai multe tipuri de aparate electrice de comuta ie în componen ă. ț ț
Pentru a asigura func ionaliatatea de întrerupător cu comuta ie statică, se impune ț ț
completarea schemelor de for ă tipice pentru comuta ia statică, cu elemente specializate ț ț
pantru a asigura protec ia de curent, care să controleze atât valorile curentului din circuit cât ț
i viteza de cre tere a acestuia, anticipând printr-o comandă convenabilă de deconectare ș ș
valorile curentului din circuit cât i viteza de cre tere a acestuia, anticipând printr-o comandă ș ș
convenabilă de deconectare valorile curentului periculoase pentru dispozitivele
semiconductoare ale schemei; în plus se impune renun area la comuta ia naturală a ț ț
tiristoarelor în favoarea comuta iei for ate, ce permite ob inerea datorită deconectării ț ț ț
ultrarapide, cu efect de limitare a curen ilor de scurtcircuit. Aceasta conduce desigur la ț
structuri mai complexe ale schemelor întrerupatoarelor statice, atât pentru circuitul de for ă ț
cât i pentru circuitul de for a cât i pentru circuitul de comandă.ș ț ș
46
Schema de principiu a unui întrerupător static trifazat de curent alternativ, Fig.3.18.
eviden iază în structura sa urmatoarele componente: ț
-blocul de for ă BF, ce cuprinde trei module de comuta ie, MC, con inând fiecare câte ț ț ț
două tiristoare antiparalel i o inductan ă de protec ie ce limitează viteza de cre tere a ș ț ț ș
curentului din circuit dar si amplitudinea curentului de scurtcircuit;
Fig.3.18. ntrerupator static. Schema bloc Ȋ
-blocul de comandă BC, ce con ine blocul de comenzi logice BCL, blocul de control al ț
fazei BCF, formatorul de impulsuri FI i traductoarele de curent, TC; blocul de comenzi ș
logice BCL, de realizează selec ia i memorarea semnalelor ce provin de la elementele de ț ș
comandă sau de protec ie; ; la comanda de conectare, blocul BCF asigură func ionarea ț ț
formatelor de impulsuri FI i deci comanda convenabilă a câte unuia dintre tiristoarele ș
antiparalel ale modulelor de comuta ie MC, durata acestor impulsuri fiind controlată cu ț
ajutorul traductoarelor de curent TC; modificarea fazei impulsurilor furnizate de blocul BCF
permite ob inerea unor diferite regimuri de func ionare ale ansamblului; ț ț
-blocul de protec ie BP, ce cuprinde subansamblurile specializate pentru protec ia de ț ț
curent, BPC i respectiv pentru protec ia de tensiune, BPT; se intensifică astfel regimurile de ș ț
supracuren i, de înterupere a unei faze ,de modificare a nivelului tensiunii pe una dintre faze, ț
având în vedere i func ionarea RAR; semanlele de la intrare sunt furnizate de locul de ș ț
masura curent, BMC i respectiv tensiunile de fază ale re elei, la ie irea BP rezultând semnale ș ț ș
de deconectare aplicate blocului de comenzi logice, BCL;
47
Fig.3.19. ntrerupător static de c.c. Ȋ
-sistemul de comuta ie for ată SCF cuprinde schema de comandă a comuta iei SCC, ț ț ț
ansamblul pentru incarcarea condensatoarelor pentru comuta ia for ată IC, ansamblul pentru ț ț
RAR i schema logică de comandă SLC, care furnizează semnale convenabile pentru ș
blocarea tiristorelor în conduc ie ale MC; ț
Fig.3.20.Circuite de stingere
-blocul de alimentare BA, ce trebuie să asigure tensiunile necesare, ca valoare i ș
polaritate, la regimuri normale sau de defect ale circuitului în care este inclus întrerupătorul.
48
Fig.3.20.Circuite de stingere trifazate
49
La scurtcircuit, schema de comanda a comuta iei SCC, furnizează semnal de comandă ț
la schema logică de comandă SLC, se prime te semnal i de la blocul de comenzi logice ș ș
BCL, asigurandu-se blocarea blocului de comuta ie BC. ț
Fig.3.21.Circuit pentru diminuarea supratensiunilor
Schema de principiu a unui întrerupător static de curent continuu este desigur similară,
diferind de cea anterioară prin numarul căilor de curent, prin realizarea modulului de
comuta ie MC (folosind un singur tiristor) prin excluderea blocului de control al fazei BCF, ț
ca i prin substituirea transformatoarelor de curent cu traductoare de curent contrinuu , ș
Fig.3.19.
Fig.3.22.Varianta trifazata pentru diminuarea supratensiunilor
Pentru a realiza mic orarea timpului de conduc ie al tiristoarelor modulului de ș ț
comuta ie MC în condi ii de scurtcircuit, se aplează la comuta ia for ată pentru blocarea ț ț ț ț
acestora, folosind condensatoare auxiliare convenabil încărcate, care se descarcă cu un curent
invers prin tiristorul ce trebuie blocat. Modul în care aceste condensatoare, apar inând SCC, ț
sunt conectate la bornele tiristoarelor principale în cazul unui întrerupător static monofazat
50
este ilustrat în Fig3.19. Cele două moduri de realizare a SCC în cazul întrerupătoarelor statice
este prezentat în Fig.3.20
Analiza riguroasă a proceselor tranzitorii corespunzătoare func ionării întrerupătoarelor ț
statice în condi ii normale sau de defect permite definirea mai riguroasa a parametrilor ț
schemelor de principiu, în concordan ă cu eventualele criterii de optimizare a construc iei ț ț
acestora, având în vedere în acela i timp, pe de o parte necesitatea limitării soclului de curent ș
datorată încărcării condensatoarelor la conectare, iar pe de alta parte necesitatea limitătrii
supratensiunilor datorate comuta iei ultrarapide a acestor aparate. Astfel de exemplu, pentru ț
diminuarea supratensiunilor de comuta ie la func ionarea unui întrerupator static de curent ț ț
continuu se poate apela la solu ia suntării condensatorului cu o rezistentă, R ț s, Fig.3.21..
Analiza proceselor tranzitorii legate de func ionarea unei asemenea scheme cu ț
comuta ie statică, cu interven ia favorabilă a cuplajului magnetic între circuitul de stingere i ț ț ș
cel al rezistorului de suntare , eviden iază posibilită i de optimizare a solu iei ca i valori ț ț ț ș
critice ale perametrilor de circuit, valorile R s confirmându-se de ordinul 0,5 Ω. Varianta
trifazată a unei asemenea scheme este ilustrată în Fig.3.22.
Fig.3.23. ntrerupator static de c.c Ȋ
De men ionat faptul că op iunea pentru schemele cu un singur condensator sau cu două ț ț
condensatoare ine seama de func ionarea întrerupătoarelor statice în scheme cu neutrul tratat ț ț
sau nu, pe langă considerente de gabarit i pre de cost care pot justifica o anumită solu ie. ș ț ț
O primă variantă de întrerupător static de curent continuu este prezentată în Fig.3.23,
asigurând limitarea supratensiunilor de comuta ie pe seama unei rezisten e de suntare. Etapele ț ț
de func ionare ale unui asemenea ansamblu sunt: trecerea în conduc ie a tiristoarelor T ț ț 2 si T3
într-o primă secven ă, cu blocarea tiristorului T ț 1 i transferul curentului în circuitul paralel R-ș
C astfel ob inut; curentul din circuit va fi limitat de rezisten a R ca i de rezisten a circuitului ț ț ș ț
exterior; o parte a energiei înmagazinate în inductan a L va fi disipată de rezisten a R; într-o a ț ț
doua secven a ce trece în conduc ie tiristorul T ț ț 4 , se blocheaza T3 i se realizează ș
51
deconectarea circuitului; capacită ile C ț1 i Cș2 ca i rezisten a R definesc supratensiunile de ș ț
comuta ie, cresterea valorilor R de scădere a tensiunii U ț c2max. Descărcarea condensatoarelor se
poate realiza pe sarcină prin trecerea în conduc ie a tiristoarelor T ț5 si T6. Principalul
dezavantaj al schemei prezentate se refera la necesitatea de a folosi două baterii de
condensatoare, cu efecte nefavorabile asupra gabaritului dar i asupra pre ului de cost. O ș ț
solu ie care permite realizarea comuta iei statice de curent continuu cu func ionalitatea de ț ț ț
întrerupător i folosind o singură baterie de condensatoare este prezentată în Fig.3.24.a. ș
Fig.3.24. ntrerupător static de c.c. folosind o singură baterie de condensatoare Ȋ
n regim normal de func ionare , datorită trecerii curentului prin tiristorul TȊ ț 1 condensatorul
se incarcă la tensiunea U a sursei, cu polaritatea indicată; încărcarea condensatorului se poate
realiza de la tensiunea sursei i prin aplicarea unor impulsuri periodice de comandă pe por ile ș ț
tiristoarelor T4 i Tș5. Dioda D2 i bobina de reactan ă L3 asigură timpul minim de încarcare a ș ț
condensatorului, chiar pentru valori mari ale rezisten ei de sarcină. La apari ia unui ț ț
scurtcircuit i cre terea curentului până la valoarea i ș ș 0 , Fig.3.24. în schema se comandă
trecerea în conduc ie a tiristoarelor T ț2 i Tș3, asigurându-se conectarea condensatorului la
bornele tiristorului T 1, blocarea acestuia i schimbarea polarita ii tensiunii la bornele ș ț
condensatorului, cu cresterea acesteia până la valoarea U max1; limitarea valorii supratensiunii
Umax1 este asigurată prin trecerea în conduc ie a tiristorului T ț4 , ce realizează suntarea
condensatorului cu rezistorul R 1. Pentru descărcarea condensatorului la scăderea valorilor
curentului se folose te dioda D ș1. A doua etapă a comuta iei intervine prin trecerea în ț
conduc ie a tiristorului T ț5 , după un interval de timp suficient pentru blocarea tiristorului T 2 iș
scăderea curentului până la valoarea limitată de rezisten a exterioară a circuitului de sarcină i ț ș
de R1 . Deoarece în momentul t 2 polaritatea tensiunii condensatorului este inversă fată de cea
52
ini ială, se ob ine blocarea tiristorului Tț ț 3 i trecerea curentului prin Rș 1 – T4 – C- T5 . Tensiunea
la bornele condensatorului î i schimbă iar polaritatea, până la al doilea maxim , U ș max2, pentru
care intervine deci deconectarea deplină a întrerupătorului.
De remarcat faptul că polaritatea tensiunii la bornele condensatorului la sfarsitul
procesului de comuta ie este aceea i cu cea ini ială, ceea ce permite cresterea fregven ei de ț ș ț ț
conectare a întrerupătorului. n cazul unor valori mici ale induc iei de sarcină, deci pentru U Ȋ ț c
< Umax1, nu se produce trecerea în conduc ie a tristoarelor T ț4 si T5. De asemenea nu este
esen ial să se asigure trecerea în conduc ie a tiristorului Tț ț 5 imediat dupa blocarea lui T 2 ,
deoarece limitarea vârfului U max2 al tensiunii la bornele condensatorului se realizează pe
schema rezistorului R 1 . n acela i scop se poate introduce în circuitul tiristorului TȊ ș 5 un
rezistor R2 , a cărui valoare maximă se alege din condi ia blocării sigure a tiristorului T ț 3 .
Avantajele schemei legate de fregven a mare de conectare, de utilizare deplină i eficientă a ț ș
condensatorului, limitarea eficientă a supratensiunilor de comuta ie , sunt dublate de ț
dezavantaje cu privire la limitarea mai slabă a curen ilor de scurtcircuit, datorită comuta iei ț ț
de tip deriva ie ț , ca cele referitoare la regimul termic nefavorabil din cauza disipării energiei
reactive pe rezistorul R 1 , deci în incinta întrerupătorului. Nu este de neglijat nici
complexitatea schemei.
Cre terea capacită ii de limitare a curen ilor de scurtcircuit se poate realiza folosind o ș ț ț
schemă cu comuta ie for ată i transformator de separare a condensatorului , Fig.3.25. La ț ț ș
conectarea tiristoarelor T 2 si T3 , t.e.m. ce apare în înfă urarea N ș1 a transformatorului asigură
un curent în circuitul rezistorului de limitare r, astfel încât blocarea tiristorului T 3 este
asigurată tot cu comuta ie paralelă. ț
Fig3.25Schemă de limitare a curentului de scurtcircuit
53
Fig3.26 Scheme de limitare a curentuui de scurtcircuit
Dezavantajul schemei îl reperezintă valorile mari ale capacitătii ca i consumul de ș
materiale feromagnetice. Scăderea capacită ii condensatorului, cu efecte favorabile asupra ț
pre ului de cost respectiv al gabaritului ansamblului, se ob ine folosind solu ia ilustrată în ț ț ț
Fig.3.26, care asigură o reparti ie convenabilă a curentului la divizarea acestuia între ț
capacitatea C i rezistorul r, pe seama t.e.m. ce apar în înfasurarile unui transformator ce ș
completează în fapt o schemă de forma celei din Fig.3.24a. Se mic orează astfel curentul prin ș
condensator, ceea ce permite în consecin ă diminuarea valorii capacită ii acestuia. n plus ț ț Ȋ
scad i supratensiunile de comuta ie. ș ț
De altfel, comportarea multitudinii de scheme de principiu ce permit realizarea
întrerupătoarelor statice de curent continuu, considerând ca indicatori fiabilitatea, respectiv
dimensiunile de gabarit i pre ul de cost, indică drept solu ie mai reu ită varianta prezentată ș ț ț ș
în Fig.3.24a.
Informa iile din literatură indică performan ele a două serii de întrerupătoare statice de ț ț
curent alternativ de joasă tensiune. Pentru seria TIP31, realizată cu tipodimensiuni pentru
curen ii nominali de 63…160 A i tensiune nominală de 380 V, asigură varianta trifazată ca ț ș
un ansamblu de trei module monofazate. Protec ia pentru regimul de scurtcircuit se realizează ț
cu efect de limitare, astfel încat pentru tipodimensiunea având curentul nominal de 160 A,
curentul de soc este de 75 kA, cu limitare la 4 kA.
54
Fig.3.27. ntrerupător static tio ITP31 Ȋ
Fig.3.28. ntrerupător static VA 81 Ȋ
55
Schema de principiu a unui asemenea întrerupător static, pentru o alternantă, este
data în Fig.3.27. i eviden iază tiristorul principal T ș ț 1, tiristorul pentru comuta ia for ată T ț ț2 ,
comandat cu ajutorul tiristorului de mică putere T 3 . Blocarea tiristorului principal este
asigurată de condensatorul C 1, în timp ce ansamblul C 2 i R realizează diminuarea ș
supratensiunilor de comuta ie. ț
ntrerupătoarele statice din seria VA 81 se folosesc pentru tensiuni nominale de 380 V, Ȋ
50 Hz, cu tipodimensiuni având curen ii nominali de la 250 cicluri/ora, dar i puterea ț ș
semnalului de comanda de doar 0,05 W. Schema blocului de comuta ie al unui asemenea ț
întrerupător este dată în Fig.3.28. La func ionarea unor asemenea aparte de comuta ie se ț ț
asigură o caracteristică de protec ie dependentă pentru domeniu curen ilor de suprasarcina, cu ț ț
deconectare instantanee la scurtcircuit în timp de 10 ms, cu posibilitatea de RAR dupa 40 ms
de la deconectarea defectului, controlându-se atat succesiunea fazelor cât i nivelul tensiunii ș
re elei care nu trebuie sa scadă sub 0,7Uț n.
Se semnalează de asemenea seria de întrerupatoare statice de curent continuu tip
VA 83, pentru curen i nominali de la 80 A la 650 A, ce folosesc tiristoarelor cu timp de ț
blocare de 100 μs.
Progresele tehnologice în domeniul semiconductoarelor comandate de putere,
asigură continua ameliorare a performan elor unor asemenea aparate de comuta ie, cu o mare ț ț
diversitate de solu ii constructive. Se impune deci identificarea unor indicatori tehnico- ț
func ionali care să permită alegerea corectă a situa iilor pentru care o anumită solu ie este maiț ț ț
eficientă .
56
Capitolul 4 – Contactoare cu comuta ie statică ț
4.1 Principiu de func ionare ț
Comuta ia statică s-a impus pentru utilizari industriale curente, atât ca efect al ț
progreselor realizate în domeniul semiconductoarelor (mereu mai performante, mai ieftine i ș
cu posibilită i comode de comandă), cât i datorită calita ilor deosebite ale unor asemenea ț ș ț
ansambluri la func ionarea în regim dinamic. Realizările actuale preferă folosirea ț
semiconductelor comandate de tip tiristor sau triac însa există numeroase solu ii care au ț
utilizat tranzistoare de putere de exemplu.
Fig.4.1.Contactor static de c.c.
Schema de principiu a unui contactor static de curent continuu este
reprezentată în Fig.4.1. Contactorul con ine tiristorul T țl care, la o comandă
convenabilă asigurată de tensiunea U cl , continuă sau sub formă de impuls, trece în
stare de conduc ie i asigură alimentarea consumatorului R ț ș s , Ls . n timpul procesuluiȊ
tranzitoriu de conectare se realizează i incarcarea condensatorului C pe traseul T ș l-C-
R, cu o tensiune având polaritatea indicată în Fig.5.1. Pentru a realiza deconectarea
contactorului se comanda trecerea în conduc ie a tiristorului T ț 2; se asigură astfel
activarea circuitului de stingere, ce devine prin descărcarea condensatorului C cu un
57
curent direct pentru T 2; se asigură astfel activarea circuitului de stingere, ce intervine
prin descărcarea condensatorului C cu un curent direct pentru T 2 , respectiv cu un
curent invers pentru T 1, pe traseul C-T1-T2. Daca valoarea rezultată a curentului prin
T1, ca diferenta dintre curentul nominal ce parcurge consumatorul (R s, Ls) i curentulș
de descărcare al condensatorului C, este sub forma limită minimă de conduc ie, se ț
ob ine stingerea acestui tiristor i deci întreruperea circuitului.ț ș
De men ionat faptul că stingerea tiristorului auxiliar T ț 2 se realizează dacă valorile
rezisten ei R sunt suficient de mari; aceasta are efecte nefavorabile asupra fregven ei de ț ț
conectare a contactorului a cărui func ionare presupune condensatorul C încărcat, datorită ț
cre terii valorilor constantei de timpRC. Preocupările pentru realizarea contactelor statice de ș
curent continuu au fost dominate de ideea scăderii valorii capacitătii condensatorului C, care
se reflecta hotărâtor atât în gabaritul cât i în pre ul de cost al ansamblului. n acest scop s-a ș ț Ȋ
preferat folosirea descărcării rezonante a condensatorului, adaugand în serie cu acesta o
inductan a convenabil calibrată. S-a urmarit de asemenea posibilitatea mic orării valorii ț ș
curentului nominal al tristorului auxiliar T 2, prin controlarea riguroasă a timpului său de
conductie, stiut fiind faptul că tiristoarele suportă supracurenti mari pentru durate suficient de
mici, sub 10 ms. Protec ia la suprapresiuni a tiristoarelor schemei, ca i la amorsarea falsă ț ș
pentru viteze prea mari de cre tere a tensiunii, se realizează cu ajutorul unor circuite R-C ș
conectate în paralel. Protec ia împotriva amorsării tiristoarelor datorită vitezelor mari de ț
varia ie a curentului din circuit se ob ine prin amplasarea în serie a unei inductan e de valoare ț ț ț
convenabilă, daca induc ia L țs a consumatorului nu este suficient de mare. Pentru separarea
galvanică a consumatorului fată de sursa de alimentare în situa ia deconectat se poate apela la ț
un pol separator exterior. ncalzirea excesivă a tiristorului T Ȋ 1 datorită pierderilor de putere în
regim normal de func ionare este evitată prin folosirea radiatoarelor. ț
Una dintre cele mai importante probleme legate de realizarea conductelor cu comuta ie ț
statică este aceea a asigurării semnalelor de comandă U c1 si Uc2. Acestea pot fi de tipul
tensiune continuă sau sub formă de impulsuri, a doua solu ie fiind mai convenabilă atât prin ț
trecerea fermă în conduc ie a tiristoarelor cât i datorită consumului mai redus de putere în ț ș
circuitul de comandă. Cum de obicei sursa de alimentare a circuitului asigură i semnele ș
necesare de comandă, apare necesitatea de a realiza separarea galvanică dintre circuitul de
fortă i circuitul de comandă al contactorului static. Acest lucru se ob ine fie prin utilizarea ș ț
unor transformatoare de separare la ie irea formatorului de impulsuri, fie prin utilizarea ș
comenzilor optice ce folosesc optocuploare, fibre optice etc. Atunci cand pe lângă înfă urările ș
primară (N1) respectiv secundară (N a), transformatorul de separare are i o înfă urare de ș ș
58
premagnetizare (Np), a a cum se observă în Fig.4.2, este posibilă în plus o prelucrare logică a ș
impulsurilor de comandă.
Fig4.2.Transformator cu premagnetizare Fig4.3.Optocuplatoare pentru
. tiristoare
Solu iile actuale preferă comandă optică a tiristoarelor din schemele de contactoare ț
statice, realizată cu optocuploare cu sau fără fibre optice. Optocuplatorul este un ansamblu
diodă luminiscentă-fototranzistor sau diodă luminiscenta-fototristor, care converteste
impulsurile de comandă aplicate pe dioda luminiscentă în semnale luminoase.
Fig4.4Contactor static fototranzistor Fig.4.5.Contactor static cu fototiristor
Acestea sunt capabile să asigure trecerea în conduc ie a fototranzistorului respectiv a ț
tiristorului aferent, cu care este asamblat de obicei într-o aceea i capsulă, Fig.4.3. ș
n Fig4.4. este reprezentată o variantă de contactor static de curent nominal limitat de Ȋ
fototrazistorul din schemă, la valori de ordinul a sute de miliamperi, care utilizează diode
semiconductoare în locul obi nuintelor tiristoare. Schema de principiu care asigură comanda ș
de conectare pentru un contactor static de curent continuu folosind un fototiristor este data în
Fig. 4.5. Limitarea curentului prin fototristor se ob ine pe seama ansamblului rezisten elor R ț ț s
i Rș2. Circuitul RC asigură protec ia la suprepresiuni. ț
59
Atunci când se preconizează realizarea unui contactor static având curentul nominal
mai mare decât acela al tiristoarelor se poate apela la conectarea în paralel a acestora. Daca
tensiunea nominală a unui tiristor este mai mică decât tensiunea nominală a contactorului
static se acceptă conectarea în serie a mai multe tiristoare, cu măsuri speciale de uniformizare
a distribu iei tensiunii pe elementele serie. n ambele situa ii trecerea simultană în conduc ie a ț Ȋ ț ț
tiristoarelor utilizate este esen ială pentru buna comportare a ansamblului. n acest scop se ț Ȋ
impune transmiterea comenzii de trecere în conduc ie a tiristoarelor schemei prin fibre optice, ț
a a cum se poate urmări în Fig.4.6. Rezisten ele de mare valoare plasate în paralel cu ș ț
tiristoarele asigură tocmai uniformizarea distribu iei tensiunii pe elemente serie. ț
Fig4.6.Comanda simultană a unui contactor de înaltă tensiune folosind fibre optice
Se poate afirma deci în final ca pentru func ionarea contactelor statice de curent ț
continuu este mai dificil de realizat deconectarea, care presupune utilizarea unui circuit
specializat de stingere, ceea ce practic dubleaza schema ansamblului. Abilitatea în asigurarea
deconectării contactorului conduce la solu ii mai ieftine i bune performante. ț ș
Scheme de principiu ale unor contactoare statice monofazate de curent alternativ sunt
prezente în Fig. 4.7. Se constată că cele două tiristoare antiparalel ale primei variante pot fi
înlocuite cu un triac, dar există i posibilitatea de a folosi un singur tiristor în diagrama unei ș
pun i redresoare cu diode.ț
60
Fig4.7.Scheme de conductoare statice de c.a.
Principala problemă cu privire la func ionarea unor asemenea ansambluri este ț
repetarea semnalului de comandă pe poarta tiristoarelor pentru fiecare semiperioadă de
conduc ie. Semnalul de comandă poate fi desigur o tensiune continuă insă solu ia care s-a ț ț
impus este comandata cu impulsuri, mai sigură i mai economică. n plus aceasta permite i ș Ȋ ș
reglarea comodă a fazei impulsurilor de comandă, ceea ce asigură atât comuta ia cât i ț ș
reglarea puterii transferate prin contactorul static catre consumator. Pentru a simplifica
schemele de comanda ale contactoarelor statice de curent alternativ se poate accepta comanda
doar pentru unul din cele două tiristoare antiparalel, trecerea în conduc ie a celui de al doilea ț
realizându-se prin subordonare, a a cum se poate observa din schema data în Fig.4.8. ș
Fig4.8.Comanda prin subordonare
Schemele de contactoare statice trifazate se realizează în mod obisnuit ca un angamblu
de trei module monofozate, cu câte 2 tiristoare antiparalel pe fază, Fig.4.9a, impedan a de ț
sarcină Zs putându-se conectata în stea sau în triunghi.Considerente legate de pre ul de cost al ț
unui asemenea contactor static, dar i simplificarea circuitelor de comandă, au impus în ș
ultimul timp folosirea unor module tiristor-dioda antiparalel, livrate ca atare de firmele
61
producatoare de elemente semiconductoare de putere. Func ionarea unui asemenea contactor ț
static trifazat decurge similar, Fig.4.9.b, însa presupune comanda a doar trei tiristoare,
eventual chiar cu impulsuri de fază regrabilă. Pentru anumite aplica ii s-au realizat i ț ș
schemele speciale de contactoare statice trifazate ce utilizează doar trei tiristoare, care prin
trecerea în conduc ie asigură conectarea pe conductorul neutru a sistemului trifazat de ț
tensiuni.
Fig4.9.Scheme de contactoare static trifazate
Problema separării galvanice a circuitului de comandă fa ă de circuitul de for ă la ț ț
func ionarea contactelor statice de curent alternativ se rezolvă folosind solu ii similare cu celeț ț
enun ate mai sus pentru contactoarele statice de curent continuu. n Fig.4.10 se prezintă ț Ȋ
scheme de comandă pentru contactoare statice trifazate care folosesc în acest scop
optocuploare, ilustrându-se în acela i timp i posibilita i de sincronizare a semnalelor de ș ș ț
comandă cu re eaua trifazată de alimentare. Atunci când Led-urile celor trei octocuploare ar fi ț
conectate în serie, pentru comanda simultană, impedan a de sarcină se poate conecta în stea ț
sau în triunghi, preferându-se conectarea în stea a modulelor semiconductoare monofazate de
putere pentru a diminua de √3 ori a tensiunii suportate de tiristoarele (triacurile) din
schemă. Semnalele de sincronizare cu re eaua trifazată pot fi generate conectând LED-urile ț
celor trei optocuploare între cele trei faze, în stea sau în triunghi, a a cum se poate observa în ș
Fig.7.50 unde LED-urile sunt amplasate în diagonala unei pun i cu diode pentru a fi ț
alimentate în ambele alternan e. Cand tensiunea între doua faze scade sub 10 V, LED-ul ț
respectiv se stinge, fototranzistorul se blocheaza, Fig.5.10, rezultând semnal logic 1 la
intrarea B a unuia dintre cele doua CBM cuprinse în circuitul integrat. Ie irea P generează ș
cate un impuls la fiecare anulare a tensiunii U r-s , identificând această tensiune. Ie irea Z ș
generează impulsuri la anularea orcăreia din cele trei tensiuni dintre fazele re elei, deci cu ț
fregven a de 3000Hz. Se poate regla temporizarea produsă de cele doua CBM astfel încat ț
frontul descrescător al impulsurilor să coincidă exact cu anularea tensiunilor.
62
Fig4.10.Contactor static trifazat
Deoarece cel pu in doua LED-uri sunt aprinse totdeauna, nu apar fenomene ț
tranzitorii care sa faca necesară folosirea unui filtru trece-jos. Inertia de câteva microsecude a
fototranzistoarelor contribuie i ea la lipsa fenomenelor tranzitorii i la sensibilitatea redusă a ș ș
circuitului fată de perturba ii . ț
Fig4.11.Scheme de comandă a triacurilor
Comanda tiristoarelor sau a triacurilor unor scheme de contactoare statice de curent
alternativ cu controlul fazei se poate realiza cu un optocuplor cu TEC, a a cum se poate ș
urmări in Fig.&.4.11a, sau cu optocuplor cu fotocontactor bilateral pentru care inciden a ț
luminoasă reglează pragul de deschidere a acestuia, Fig.4.11b.
63
Fig4.12.Contactor static monofazat cu separare galvanică
O solutie de separare galvanică între circuitul de comandă i cel de fortă pentru un ș
contactor static monofazat ce folose te optocuplor i tristor auxiliar de mică putere este ș ș
realizată în Fig.4.12.
Fig.4.13
O confirmare a preocupărilor actuale cu privire la realizarea unor contactoare statice
trifazate cu performan e deosebite o reprezintă i solu ia semnalată. Schema de principiu a ț ș ț
unui contactor static trifazat cu posibilităti de programare a fazei de conectare i a timpului de ș
deschidere este prezentată în Fig. 4.13. O asemanea realizare permite pe de o parte studiul
regimurilor tranzitorii pentru diferite tipuri de receptoare electrice, dar anun ă de asemenea ț
posibilitatea utilizării unei protec ii electronice eficiente la supracuren i ce asigură i cre terea ț ț ș ș
fiabilită ii aparatului de comuta ie. ț ț
64
Fig.4.14.Comanda motorului asincron cu contactor static
Un exemplu de utilizare aunui contactor static trifazat pentru alimentarea unui motot
asincron este ilustrat în Fig.4.14, unde comanda tiristoarelor se realizează cu ajutorul unui
amplificator magnetic trifazat AM, functionând în regim de autosaturat prin modificarea
curentului ce parcurge înfa urarea de comandă N ș c.
Evolu ia în domeniul conductoarelorstatice trifazate în ultimii 10 ani se explică în ț
principal pe seama fiabilită ii lor, acestea fiind desigur preferate în medii cu pericol de ț
explozie. Plaja de utilizare se referă în prezent la puteri medii i mari, realizările actuale ș
rezolvând atât problema comuta iei cât i probleme speciale de control pentru anumite ț ș
mărimi în timpul func ionării. ț
Trebuie subliniat faptul că aparatelor electrice de comuta ie cu func ionalitate de ț ț
contactor li se impune să suporte curen ii de scurcircuit până la deconectarea asigurată de un ț
aparat specializat de tip întrerupător; aceasta înseamnă că , în schemele de contactoare
comandate de tip tiristor sau triac trebuie sa suporte valorile mai mari ale curen ilor de defect, ț
desigur prin acceptarea supradimensionării acestora, fiind recunoscută capacitatea lor scazută
de a suporta supracuren i. Cumulând func ia de comuta ie cu func ia de reglare a puterii ț ț ț ț
transferate prin contactor către consumator, contactoarele statice de curent alternativ au
pătruns mai u or în instala iile industriale. Perspectiva unanim acceptată este însă substituirea ș ț
comuta iei naturale a tiristoarelor cu comuta ia for ată , astfel încât prin adaugarea unor ț ț ț
elemente de protec ie adecvate i eficiente să treacă de la func ionalitatea de contactor static ț ș ț
la aceea de întrerupător static.
65
4.2 Rezolvarea problemei încalzirii la contactoarele cu comuta ie statică ț
Contactoarele statice datorită dispozitivelor semiconductoare care sufera încălziri
mari din cauza trecerii curentului electric prin ele necesită surse de răcire aceste surse de
răcire pot fi ventilatoare , grile metalice sau radiatore.
Radiatoarele reprezintă un dispozitiv semiconductor sau un circuit integrat este
caracterizat de un parametru termic important defint prin temperatura maximă admisă a
joncțiunilor. Temperatura atinsă de joncțiune depinde de puterea disipată pe dispozitiv și de
posibilitatea de răcire a acestuia. Pentru creșterea valorii puterii disipate maxime este necesar
să se reducă rezistența termică totală. Acest lucru este posibil prin montarea dispozitivului pe
un corp metalic denumit radiator. O formă constructivă larg răspândită o constituie
radiatoarele realizate ca profile din aluminiu, extrudate, cu nervuri paralele. Transferul termic
de la sursa termică, care este o sursă concentrată pe suprafață, prin radiator către mediul
ambiant, are loc prin toate cele modalități analizate anterior: conducție, convecție și radiație.
Poziția normală de funcționare a unui astfel de radiator este cea verticală, în care nervurile
formează conducte în forme de U. În cazul în care se modifică poziția radiatorului,
eficacitatea radiatorului scade cu 15-20 % .Calculul rezistenței termice a radiatorului
formează un proces complex pe care nu îl abordăm în prezenta lucrare. În practică prezintă un
interes deosebit problema inversă: determinarea diferenței de temperatură corespunzătoare
unei anumite puteri disipate sau dimensionarea radiatorului în condițiile unui flux termic și a
unei diferențe de temperatură impuse. Caracteristica termică globală a radiatorului
Complexitatea calcului analitic în evaluarea caracteristicilor termice ale radiatorului au
condus la determinarea experimentală a rezistenței termice funcție de fluxul termic și
caracteristicile geometrice. Profilele extrudate se realizează la lungimi normalizate, la fel ca
și găurile de fixare a componentei și a radiatorului. În acest mod radiatorul se poate utiliza fie
pentru montarea unei componente sau a unui circuit. Un ansamblu pentru răcirea unui
microprocesor este prezentată în Fig. 4.15 (1-microventilator cu servomotor înglobat; 2-
radiator extrudat; 3-strat termo-conductiv; 4-carcasa circuitului). Această soluție oferă un bun
transfer a căldurii disipate, un montaj ușor a ventilatorului. În plus un arc de presiune integrat
în ansamblu, asigură un montaj fix.
66
Fig. 4.15.
Utilizând o documentație grafică adecvată se poate obține însă prin mijloace proprii (de
ex.:mașini unelte cu comenzi numerice) și un radiator adecvat pentru un caz dat. În Fig. 4.16.
sunt prezentate două modalități de indicare a cotelor de legătură pentru indicarea găurilor de
prindere.
Fig. 4.16.
67
În Fig. 4.16. a se prezintă o vedere a radiatorului și modul de indicare a cotei de
gabarit tolerată. În Fig. 4.16.b se indică modul de cotare admițând punctul de referință într-un
colț exterior a piesei. Considerarea punctului de referință în zona mediană este evidențiată în
Fig. 4.16 c. Pentru asigurarea răcirii componentelor electronice au fost concepute configurații
speciale pentru radiatoare, cu o formă adaptată acestora astfel încât eficiența termică să fie
maximă 4.17. Exemplul un tranzistor de putere disipă o putere de 5 W și este montat pe un
radiator cu forma corespunzătoare profilului din Fig. 4.17 a. Temperatura mediului ambiant
este t0=35 0 C iar temperatura maximă admisă la suprafața radiatorului t1=45 0 C. Se cere să
se determine lungimea profilului astfel încât să se asigure disiparea puterii respective prin
convecție.
Fig. 4.17
Din datele de intrare prezentate se poate determină rezistența termică necesară pentru
radiator:
68
Din curba caracteristică corespunzătoare profilului și prezentată în figura 4.21b pentru
rezistența calculată, se determină parametrul geometric L=65 mm. Acesta reprezintă chiar
lungimea cerută.
4.3 Aplicații
Gefran este una dintre firmele actuale ce produc contactoare statice, iar în cele ce
urmeaz sunt prezentate câteva tipuri de contactoare statice, monofazat în Fig. 9.13 și un ӑ
contactor static trifazat, Fig. 4.19. In Fig. 4.20 sunt prezentate câteva scheme de aplicații ale
acestor contactoare statice.Aceste contactoare sunt cel mai des utilizate în mediile explozive
în locuri unde este necesară o fiabilitate ridicată fară a exista posibilitatea poluarii sonore i ș
unde este nevoie în mod special de eliminarea arcului electric .
Fig. 4.18. Contactor static monofazat Fig. 4.19. Contactor static trifazat
69
Fig. 4.20. Conexiunea monofazat ӑ
70
Fig. 4.21 Conexiunea stea trifazată cu neutru
Fig. 4.21Conexiunea stea sau triunghi fară neutru pe două faze
Fig. 4.22. Conexiunea trifazat în triunghi sau stea ӑ
71
Concluzii
Spre deosebire de contactoarele de c.a., contactoarele de c.c. funcționează cu
comutație forțată, fiind necesare circuite speciale pentru stingerea tiristorului
principal.
La contactoarele de c.c. blocarea tiristorului principal se realizează prin aplicarea
unei tensiuni inverse obținute prin desc rcarea unui condensator care forțeaz un ӑ ӑ
curent invers prin tiristorul principal pentru al stinge.
Pentru frecvențe mari de comutație se utilizează contactoare statice de c.c., cu circuit
de stingere ce folosește grupuri L, C.
Contactoarele statice de c.c. se pot realiza și cu punte redresoare comandate pentru
evitarea fenomenului de blocare a tiristorului principal
Contactoarele statice de c.a. se pot realiza cu punte redresoare semicomandată iar
fiecare tiristor are montat în antiparalel cu câte o diodă care suprim supratensiunile ӑ
inverse pe tiristoare protej ndu-le. ȃ
La contactoarele statice de c.a. folosesc doua tiristoare în antiparalel.
Structura AEC statice de c.a. este simplă și fiabilă permițând utilizarea unui singur
dispozitiv de comandă.
72
Bibliografie
Adrian Baraboi: Tehnici moder ne in comutatia de putere, Editura A 92, Iasi,
1996;
http://www.apar.pub.ro/indrumar/A11.pdf
http://biblioteca.regielive.ro/cursuri/electrotehnica/tehnici-moderne-in-
comutatia-de-putere-la-joasa-tensiune-110623.html
http://www.digikey.com/Web%20Export/Supplier
%20Content/Crydom_172/PDF/Crydom_RHP_Series.pdf?redirected=1
http://www.freepatentsonline.com/6650245.html
http://www.gefran.com/en/product_categories/172-static-
contactors(rc94)/products/36-gts-monophase-solid-state-power-units-with-
heat-sink-vdc-logic-control#downloads
http://www.gefran.com/en/product_categories/172-static-
contactors(rc94)/products/31-gtz-triphase-solid-state-power-units-with-heat-
sink-logic-control
Theil, H., Termotehnică și mașini termice, Litografia IPTVT, Timișoara,
1972
***, katalog 1998, fischer elektornik GmbH & Co KG (Germania)
Nenașev, A.P., Koledob, L.A., Osnovî konstruirovania mikroelektronnoi
apparaturî, Radio i sviazi, Moskva, 1981
Pascu, A.., Transferul termic în aparatele electronice, Editura Tehnică,
București, 1995
73
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Licenta Boghian Andrei Contactoare Statice 1 [629335] (ID: 629335)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.