Cap 4 Contacoare Statice

7/25/2019 Cap 4 Contacoare Statice

1/16

CAPITOLUL 9. COMUTATIA STATICA

9.1 Generalit i

Odat cu dezvoltarea performanelor componentelor semiconductoarepentru cureni inteni, la preuri avantajoase, a aprut posibilitateautiliz rii lor n tehnica comutaiei ca aparate cu comutaie static ca o alternativ pentru contactoarele electromagnetice clasice. Comutaiastatic are utiliz ri specifice n practic datorit calit ilor superioare pe

care le ofer ca i calitate a comutaie (! f r contacte, timpi de deconectare mici, lipsa elementelor n micare, etc."n general se prefer folosirea semiconductoarelor comandate de

tip tiristor sau triac nsa,n ultimul timp s#au dezvoltat numeroase aplicaiicare utilizeaz tranzistoare de putere ("$%&'.

9.2. Contactoare statice de curent alternativ

"n ig.).* este prezentat schema de principiu unui contactor static dec.a. monofazat cu tiristoare, legate n antiparalel pentru a avea conducieelectric pe ambele semiperioade ale tensiunii de alimentare sinusoidaleu(t'. +arametrii sarcinii s sunt -, considerai constani. +entru cacircuitul consumatorului ss fie parcurs de curent, se comand succesivcele dou tiristoare &* i &/ pe fiecare semiperioad. a ntrerupereacomenzii pe porile tiristoarelor acestea vor iei din conducie nmomentul c nd vor fi polarizai invers de c tre semiperioada corespunz toare i astfel se va ntrerupe curentul din circuit.

Cele dou tiristoare antiparalel din varianta de contactor staticprezentat , pot fi nlocuite cu un triac, dar e0ist i posibilitatea de a se folosi un singur tiristor n diagonala unei puni redresoare cu diode.Condiia unei funcion ri corecte a unor asemenea aparate statice decomutaie este repetarea semnalului de comand pe poarta tiristoarelorpentru fiecare semiperioad de conducie de c tre dispozitivul de comand 1C. 2emnalul de comand pe poarta poate fi o tensiune continu nsa soluia optim este comanda cu impulsuri, mai sigur si mai economic , care permite n plus i reglarea fazei impulsurilor de

comand , ceea ce asigur at3t comutaia c3t i reglarea tensiunii (puterii'


2/16

c tre consumator, utilizat la pornirea 4soft start4 a mainilor electrice asincrone.

ig. ).* 2chema de principiu a unui contactorstatic de c.a. monofazat.

2chema prezentat n ig.). *. prezint urmtoarele dezavantaje5# necesit dou dispozitive de comand izolate galvanic ntre ele6# tiristoarele se pot distruge n cazul apariiei unei supratensiuni decomutaie.

1ac la apariia unei supratensiuni tiristorul care este polarizat

direct nu intr n conducie cellalt tiristor se poate distruge. +entru eliminarea acestui dezavantaj tiristoarelor sunt legai ntr#o schem de punte redresoare semicomandat, ig. )./, iar n antiparalel cu fiecaretiristor se conecteaz c3te o diod care are rolul de a nu permite apariiaunor tensiuni inverse prin scurtcircuitarea lor, astfel se asigur protecia lasupratensiuni a tiristoarelor.

ig. )./. Contactor static de c.a. n punte semicomandat.


3/16

2chema prezentat n ig 7. are avantajul c poate utiliza un singur dispozitiv de comand deoarece tiristoarele au catodul comun.

2e poate realiza i o variant de contactor static de c.a. care

utilizeaz un singur tiristor. cesta este conectat n braul unei puni cudiode prezentat n ig. ).7.

ig. ).7. Contactor static de c.a. cu un singur tiristor.

8n schema prezentat tiristorul conduce n ambele alternane aletensiunii alternative, ceea ce impune ca comanda pe poart s fiepermanent sau sincron la nceputul fiecrei semiperioade, ceea ce ducela o solicitare termic a tiristorului & mai mare (lipsete pauza de curentpe o semiperioad' fa de schemele anterioare. 9n dezavantaj al schemei este acela c n momentul bloc riitiristorului, la bornele lui apare brusc tensiunea sursei ceea ce poate ducela acrosajul tiristorului, acesta rm3n3nd n conducie tot timpul.

Cele dou tiristoare montate n antiparal n cazul

contactoarelor staticede curent alternativ pot fi nlocuite cu un triac care ndeplinete funciile celor dou tiristoare. O astfel de schem este prezentat n ig. ).:. &riacul ndeplinete funcia celor dou tiristoare n antiparalel iargrupul -, C reduce viteza de cretere a tensiunii pe triac care poate ducela distrugerea lui prin efect du;dt, acesta fiind indispensabil n cazulsarcinilor puternic inductive.


4/16

ig. ).: Contactor static de c.a. cu triac.

2tructura dispozitivelor de comand ale contactoarelor de c.a.depinde de natura componentelor semiconductoare folosite (tiristoarelesau triacuri' i de regimul lor de funcionare.

O problem important privind realizarea contactoarelor cu comutatie static este aceea a asigura i sicroniza semnalelor lor decomanda 9c* si 9c/ n funcie de tensiunea dealimentare. 1e obiceisemnale de comand a tiristoarelor sunt furnizate de scheme specificealimentate de la sursa de alimentare a circuitului. 1e aici aparenecesitatea de a se realiza separarea galvanic a circuitului de for de circuitul de comand al tiristoarelor contactorului static. cest lucru seobine fie prin utilizarea unor transformatoare de impuls de separare ig.).


5/16

1ac trebuie s comutm o sarcin trifazat vom folosi contactoarestatice trifazate.

2chemele de contactoare statice trifazate se realizeaz n mod

obinuit utiliz nd trei module monofazate, cu c3te dou tiristoare

antiparalel pe fiecare faz , ig. ).=a. "mpetana de sarcina 2 put3nd ficonectat fie n stea sau n triunghi.

a. b.ig.).=. 2chemele de contactoare statice trifazate

2chema prezentat n ig. ).=a. poate fi simplifict utiliz nd

module tiristor#dioda antiparalel av nd ca avantaj principal simplificareacircuitelor de comanda presupun nd comanda a doar trei tiristoare precumi avantaje legate de pretul de cost al unui asemenea contactor static,ig.).=b.

+entru anumite aplicaii s#au realizat scheme de contactoarestatice trifazate ce utilizeaz doar trei triace, care prin trecerea nconducie asigur conectarea sistemului trifazat de tensiuni. 2chema contactorului trifazat ce utilizeaz triace este prezentat n ig.

).>. utilizat n cazul conectrii motoarelor asincrone cu puteri mici (/??#*??? @', cu o frecven de conectare mare (/???#*?.??? conectri;h' idurat relativ de acionare 1A /< # =?B.


6/16

ig. ).>. 2chema unui contactor trifazat ce utilizeaz triace.

8n aceast schem elementul de comutaie semiconductor estetriacul. +rotecia mpotriva scurtcircuitelor este asigurat de siguranele

fuzibile ultrarapide *, /, 7, iar inductivitile *, /, 7 au rolul dereducere a pantei di;dt a curentului de scurtcircuit. $rupurile -#C asigurprotecia mpotriva supratensiunilor. cionarea contactorului estecomandat de un releu trifazat, iar semnalizarea nchiderii se face prindioda luminiscent 1/.

+roblema separ rii galvanice a circuitului de comand fa de circuitul de for la funcionarea contactoarelor statice de curent alternativtrifazat se rezolv folosind soluii similare cu cele anunate mai sus.

2uccesul contactoarelor statice trifazate pe pia se e0plic in

principal pe seama fiabilit ii lor, acestea fiind preferate n medii cu

pericol de e0plozie. +laja de utilizare se refer in prezent la puteri medii imari, soluiile constructive actuale rezolv3nd problema comutaiei,proteciei i problemele speciale legate de de controlul i comandasemiconductoarelor n timpul funcion rii.

paratele electrice de comutaie cu funcie de contactor trebuie ssuporte n funcionare curenii de scurtcircuit p3n la deconectareaasigurat de un aparat specializat de tip ntrerupator sau siguran 6 aceasta

nseamn c semiconductoarele comandate de tip tiristor sau triac trebuie


7/16

sa suporte valorile mari ale curentilor de defect, desigur prinsupradimensionarii acestora, cunosc3ndu#se capacitatea lor redus de asuporta supracureni. Cumul3nd funcia de comutaie cu funcia de reglare

a puterii transferate prin contactor c tre consumator, contactoarele staticede curent alternativ s#au impus ntr#o mai mare m sur n instalaiile industriale de automatiz ri. !0ist perspectiva ca prin ad ugarea unor elemente de protecie adecvate i eficiente sa se substituie comutaianatural a tiristoarelor cu comutaia forat astfel nc3 s se treac de la funcia de contactor static la aceea de ntrerup tor static.

!voluia contactoarelor static a urm rit creterea avantajelor i sc derea dezavantajelor n funcionarea acestora.

9.3 Contactoare statice de curent continu

1ac n cazul contactoarele de c.a. la care stingerea tiristoarelor are loc n mod natural la trecerea prin zero a curentului, sau;i lapolarizarea acestora invers de c tre semiperioada tensiunii de alimentare, la contactoarele de c.c. trebuie g site soluii pentru stingerea forat atiristorului de comutaie aflat n conducie fiind necesare circuite specialede stingere. 1eoarece tiristoarele nu pot fi blocate numai prin suprimareacomenzii pe grila tiristorului sau triacului, n structura contactoarelorstatice de c.c. e0ist un circuit au0iliar format din componente pasive detip condensator C sau circuite -C care asigur stingerea forat a tiristorului principal, cele mai multe ori prin aplicarea unei tensiuniinverse pe acesta.

8n momentul c nd se comand blocarea tiristorului principal, circuitul de stingere este conectat n paralel cu tiristorul, de c tre untiristor au0iliar, astfel nc3t condensatorului s aplice o tensiune inverspe tiristorul principal care anuleaz curentul iniial bloc3ndul pe acesta.n figurile urmtoare sunt prezentate schematic mai multe scheme decontactoare statice de c.c n funcie de modul n care se realizeazncrcarea condensatorului din circuitul de stingere. 8n ig. ).D este prezentat schema simplificat unui contactor static decurent continuu, cu circuit de ncrcare -, C.


8/16

ig. ).D Contactor static de c.c. cu circuit de ncrcare -, C.

2hema funcioneaz astfel5 plic3nd un impuls de comand pepoarta tiristorului principal &*, aceasta intr n conducie i consumatoruls este alimentat. &iristorul au0iliar &/ fiind blocat, condensatorul C sencarc prin rezistena - de la tensiunea sursei cu polaritatea pozitiv aacum este ar tat in if.


9/16

acestuia s aibe o durat suficient de mare, asigur3nd blocarea tiristoruluiaflat in conducie. 1up comanda de blocare a tiristorului principal, apareo supratensiune tranzitorie de restabilire ce poate atinge valoarea /9,

pentru amortizarea acesteia se folosete dioda supresoare 1.+entru frecvene mari de comutaie se utilizeaz contactoarestatice de c.c., cu circuit de ncrcare , C,. 9n e0emplu de contactorstatic de c.c. folosit la frecvene mari de comutaie este prezentat nig.).).

ig. ).) Contactor static de c.c. cu circuit de nc rcare , C.

Comanda de conectare a unui astfel de contactor satatic de curentcontinuu presupune trecerea in conducie a tiristorului principal, &* prinaplicarea unui impuls n circuitului de poart. "ntrarea n conducie a tiristorului principal &* asigur alimentarea consumatorului (-s, s',parcurs de curentul "s de regim nominal, i pe de alt parte incarccondensatorului C, prin &* i rezistenta -* la o tensiune egal cu aceea asursei de alimentare, U, avand polaritatea indicat in ig >.


10/16

1econectare circuitului presupune blocarea tiristorului principal &*si apeleaz la un circuit de stingere format din tiristorul au0iliar &/ sicondensatorul C. plicarea tensiunii /cU pe circuitul de poart conduce latrecerea in conductie a tiristorului &/, cee ce duce la desc rcarea

condensatorul C, furniz nd un curent direct prin & / dar invers pentru &,astfel incat curentul rezultant prin &* este diferena intre "s i ci , valoare

inferioar valorii de men inere pentru &* care se blocheaz intrerupandu#se alimentarea circuitului. &iristorul au0iliar &/ se stinge natural, dupadescrcarea condensatorului C prin rezistena -* de valoare suficient demare. +rin adugarea unor elemente de protecie sensibile la valoareacurentului i sesizarea situaiilor de defect de suprasarcina i scurtcircuit(circuit de protectie i c#d 1C;C+' precum i a vitezei de crestere acurentului se poate utiliza un astfel de circuit ca i intrerupator, ultrarapid,cu efecte de limitare a curenilor de defect.

Ealorile mari pentru capacitatea condensatorului C i pentrurezistena -* impuse de buna funcionare a ansamblului de stingere areefecte nefavorabile asupra frecventei de conectare a contactorului static,prin creterea timpului de nc rcare a condensatorului C. 9tilizarea uneiinductane convenabil alese in circuitul de stingere (&* # &/ # C' poateduce la creterea frecvenei de conectare a aparatului, prin diminuareavalorilor capacitaii condensatorului C.

2e poate afirma c in funcionarea !C statice de curent continuuprincipala problem o reprezint deconectarea, ce impune utilizarea unui

circuit au0iliare de stingere ceea ce duce la complicarea schemei ceasigur alimentarea consumatorului i implicit la creterea costuluiacestora.

9. Intreru! toare statice

Comutaia static poate fi utilizat i n cazul construciei ntrerup toarelor statice, pricipiile utilizate pentru comanda stingerea i

protectia elementelor semiconductoare ce intra ncomponena acestorafiind similare cu cele descrise mai sus pentru contactoarele statice.

"n plus este necesar adugarea unor elemente de protec ie sensibilela valoarea curentului de sarcin i sesizarea situaiilor de defect desuprasarcin i scurtcircuit precum i a vitezei de cretere a curentuluipentru a se realiza funcia de protecie a circuitului cu efecte de limitare acurenilor de defect.

2chema unui intrerup tor static monofazat de c.a. este prezentat n ig.).**.


11/16

ig. ).** "ntrerup tor static monofazat de c.a.

9nde5

# %C este blocul de comand care conine5# %C # blocul de comenzi logice unde se prelucrez semnalele

furnizate de elementele de c#d i protecie6

# %C # blocul de control al fazei #furnizeaz convenabil n funcie de unghiul de faz dorit a impulsurilor de c#da pe poarta tiristoarelor datede "

# %FC# bocul de m sur de curent

# " # formatorul de impulsuri# &C # traductoarele de curen#

# FC # bocul de m sur de curent;tensiune

# %+C# bocul de protecie de curent

# % blocul de protecie de tensiune

# 2C#schemalogic de comand


12/16

# 2C# sistemul de comutaie forat # care in cazul contactoruluistatic de c.a. intr in funciune n cazul necesit ii deconect rii n regim de defect.

"n cazul contactorului static de curent alternativ trifazat se potutiliza c te un circuit ca cel prezentat mai sus pentru fiecare faz -, 2, &. 2chema unui ntrerup tor static monofazat de c.c. este prezentat n

ig. ).*/.

ig. ).*/. "ntrerup tor static monofazat de c.c.

2emnificaiile elementelor ce intr n componena schemei din ig. ).** sunt similare cucele prezentate mai sus.

Conclu"ii

2pre deosebire de contactoarele de c.a., contactoarele de c.c.funcioneaz cu comutaie forat, fiind necesare circuite specialepentru stingerea tiristorului principal.

a contactoarele de c.c. blocarea tiristorului principal serealizeaz prin aplicarea unei tensiuni inverse obinute prindesc rcarea unui condensator care foreaz un curent invers prin

tiristorul principal pentru al stinge.


13/16

+entru frecvene mari de comutaie se utilizeaz contactoarestatice de c.c., cu circuit de stingere ce folosete grupuri , C.

Contactoarele statice de c.c. se pot realiza i cu punte redresoare

comandate pentru evitarea fenomenului de blocare a tiristoruluiprincipal Contactoarele statice de c.a. se pot realiza cu punte redresoare

semicomandat iar fiecare tiristor are montat n antiparalel cu c3teo diod care suprim supratensiunile inverse pe tiristoareprotej ndu#le.

a contactoarele statice de c.a. folosesc doua tiristoare nantiparalel.

2tructura !C statice de c.a. este simpl i fiabil permi3nd

utilizarea unui singur dispozitiv de comand..

A!licaii

$efran este una dintre firmele actuale ce produc contactoarestatice, iar n cele ce urmeaz sunt prezentate c3teva tipuri de contactoarestatice, monofazat n ig. ).*7 i un contactor static trifazat, ig. ).*:. "nig. ). *


14/16

ig. ).*


15/16

ig. ).*= Cone0iunea stea trifazata cu neutru

ig. ).*> Cone0iunea stea sau triunghi fara neutru pe doua faze


16/16

ig. ).*D Cone0iunea trifazat n triunghi sau stea

#i$lio%ra&ie

Adrian #ara$oi' Te(nici )oderne in co)utatia de

!utere* +ditura A 92* Iasi* 199,-

(tt!'///.a!ar.!u$.roindru)arA11.!d&

(tt!'$i$lioteca.re%ielive.rocursurielectrote(nicate(nici0)oderne0in0co)utatia0de0!utere0la0oasa0tensiune0

11,23.(t)l

(tt!'///.di%ie4.co)5e$62+7!ortSu!!lier

62ContentCr4do)812P:;Cr4do)8redirected?1

(tt!'///.&ree!atentsonline.co),,@2@.(t)l

(tt!'///.%e&ran.co)en!roduct8cate%ories120

static0contactorsrc9B!roducts3,0%ts0)ono!(ase0

solid0state0!o/er0units0/it(0(eat0sin0vdc0lo%ic0

controldo/nloads

(tt!'///.%e&ran.co)en!roduct8cate%ories120static0

contactorsrc9B!roducts310%t"0tri!(ase0solid0state0!o/er0units0

/it(0(eat0sin0lo%ic0control
http://www.apar.pub.ro/indrumar/A11.pdfhttp://biblioteca.regielive.ro/cursuri/electrotehnica/tehnici-moderne-in-comutatia-de-putere-la-joasa-tensiune-110623.htmlhttp://biblioteca.regielive.ro/cursuri/electrotehnica/tehnici-moderne-in-comutatia-de-putere-la-joasa-tensiune-110623.htmlhttp://biblioteca.regielive.ro/cursuri/electrotehnica/tehnici-moderne-in-comutatia-de-putere-la-joasa-tensiune-110623.htmlhttp://www.digikey.com/Web%20Export/Supplier%20Content/Crydom_172/PDF/Crydom_RHP_Series.pdf?redirected=1http://www.digikey.com/Web%20Export/Supplier%20Content/Crydom_172/PDF/Crydom_RHP_Series.pdf?redirected=1http://www.digikey.com/Web%20Export/Supplier%20Content/Crydom_172/PDF/Crydom_RHP_Series.pdf?redirected=1http://www.freepatentsonline.com/6650245.htmlhttp://www.gefran.com/en/product_categories/172-static-contactors(rc94)/products/36-gts-monophase-solid-state-power-units-with-heat-sink-vdc-logic-control#downloadshttp://www.gefran.com/en/product_categories/172-static-contactors(rc94)/products/36-gts-monophase-solid-state-power-units-with-heat-sink-vdc-logic-control#downloadshttp://www.gefran.com/en/product_categories/172-static-contactors(rc94)/products/36-gts-monophase-solid-state-power-units-with-heat-sink-vdc-logic-control#downloadshttp://www.gefran.com/en/product_categories/172-static-contactors(rc94)/products/36-gts-monophase-solid-state-power-units-with-heat-sink-vdc-logic-control#downloadshttp://www.gefran.com/en/product_categories/172-static-contactors(rc94)/products/31-gtz-triphase-solid-state-power-units-with-heat-sink-logic-controlhttp://www.gefran.com/en/product_categories/172-static-contactors(rc94)/products/31-gtz-triphase-solid-state-power-units-with-heat-sink-logic-controlhttp://www.gefran.com/en/product_categories/172-static-contactors(rc94)/products/31-gtz-triphase-solid-state-power-units-with-heat-sink-logic-controlhttp://www.apar.pub.ro/indrumar/A11.pdfhttp://biblioteca.regielive.ro/cursuri/electrotehnica/tehnici-moderne-in-comutatia-de-putere-la-joasa-tensiune-110623.htmlhttp://biblioteca.regielive.ro/cursuri/electrotehnica/tehnici-moderne-in-comutatia-de-putere-la-joasa-tensiune-110623.htmlhttp://biblioteca.regielive.ro/cursuri/electrotehnica/tehnici-moderne-in-comutatia-de-putere-la-joasa-tensiune-110623.htmlhttp://www.digikey.com/Web%20Export/Supplier%20Content/Crydom_172/PDF/Crydom_RHP_Series.pdf?redirected=1http://www.digikey.com/Web%20Export/Supplier%20Content/Crydom_172/PDF/Crydom_RHP_Series.pdf?redirected=1http://www.digikey.com/Web%20Export/Supplier%20Content/Crydom_172/PDF/Crydom_RHP_Series.pdf?redirected=1http://www.freepatentsonline.com/6650245.htmlhttp://www.gefran.com/en/product_categories/172-static-contactors(rc94)/products/36-gts-monophase-solid-state-power-units-with-heat-sink-vdc-logic-control#downloadshttp://www.gefran.com/en/product_categories/172-static-contactors(rc94)/products/36-gts-monophase-solid-state-power-units-with-heat-sink-vdc-logic-control#downloadshttp://www.gefran.com/en/product_categories/172-static-contactors(rc94)/products/36-gts-monophase-solid-state-power-units-with-heat-sink-vdc-logic-control#downloadshttp://www.gefran.com/en/product_categories/172-static-contactors(rc94)/products/31-gtz-triphase-solid-state-power-units-with-heat-sink-logic-controlhttp://www.gefran.com/en/product_categories/172-static-contactors(rc94)/products/31-gtz-triphase-solid-state-power-units-with-heat-sink-logic-controlhttp://www.gefran.com/en/product_categories/172-static-contactors(rc94)/products/31-gtz-triphase-solid-state-power-units-with-heat-sink-logic-control

Documents

Cap 4 Contacoare Statice