Temat: Łączniki bezstykowe 1.Łączniki bezstykowe są to

Temat: Łączniki bezstykowe
1.Łączniki bezstykowe są to półprzewodnikowe urządzenia służące do obwodów
elektrycznych. Są one zbudowane z przyrządów półprzewodnikowych (tyrystor
konwencjonalny, tyrystor wyłączalny GTO, tranzystor). Najbardziej spotykane są łączniki
tyrystorowe
Zalety łączników bezstykowych:





krótkie czasy załączania i wyłączania,
bezgłośna praca wskutek braku części ruchowych,
dowolne położenie pracy,
odporność na drgania i wstrząsy,
niski poziom zakłóceń radioelektrycznych (szczególnie łączników załączających
"w zerze" napięcia).
Wady łączników bezstykowych:





większy spadek napięcia w stanie załączenia, większe wymiary i masa,
niekorzystny wpływ temperatury otoczenia,
wrażliwość na przeciążenia elektryczne,
galwaniczne połączenie obwodu wejściowego,
duża cena.
Tyrystor konwencjonalny -ma strukturę czterowarstwową- pnpn. Aby dokonać złączenia
tyrystora muszą być spełnione warunki między anodą A, a katodą K musi być doprowadzony
impuls prądowy o dostatecznym czasie trwania, Wyłączenie konwencjonalnego następuje
wyniku krótkotrwałego zmniejszenia prądu w stanie przewodzenia do wartości wyłączenia I,
doprowadzenia tyrystora do stanu zaworowego za zewnętrznego źródła prądu (komutacja
"wymuszona").
Tyrystor wyłączalny GTO -można przełączać ze stanu przewodzenia w stan blokowania
i odwrotnie impulsem bramkowym.
Tranzystor - jest elementem złożonym, co najmniej z trzech warstw.W zależności od
wzajemnego ułożenia warstw tranzystory mogą być typu pnp lub npn. Tranzystor ma trzy
wyprowadzenia. Noszą one nazwy w zależności od typu tranzystora. B baza lub G -bramka,
C -kolektor lub D -dren, E emiter lub S -źródło. Główny prąd płynie w tranzystorach od
kolektora do emitera lub odwrotnie. Baza jest natomiast tzw. elektrodą sterującą, tak, więc
bardzo małe zmiany prądu bazy powodują wielokrotne większe zmiany prądu głównego
kolektor-emiter.
Zalety wyłączników tyrystorowych to:






duża trwałość,
bez iskrowe łączenie obwodów,
odporność na wstrząsy i drgania,
bardzo duża częstość łączeń,
krótkie czasy przełączania,
możliwość pracy w atmosferze o dużej wilgotności i zapyleniu.
Łączniki tyrystorowe mogą spełniać każdą z funkcji łączników konwencjonalnych z wyjątkiem
funkcji odłączników, a to ze względu na brak galwanicznej przerwy oraz przepływający przez
tyrystor prąd w stanie zaworowym i stanie blokowania. Wskutek tego nie tworzą one
bezpiecznej przerwy w obwodzie.
Odłączniki -zadaniem ich jest zamykanie, otwieranie i przełączanie nieobciążonych
obwodów w urządzeniach rozdzielczych.
Rozłączniki -zadaniem rozłączników jest zamykanie, otwieranie i przełączanie obwodów
obciążonych prądami roboczymi i przeciążonymi.
Wyłączniki -zadaniem ich jest wyłączenie prądów roboczych, przeciążeniowych oraz
zwarciowych.
Łączniki tyrystorowe oprócz załączania i wyłączania obwodów, mogą być wykorzystywane
jako zwierniki.
Przekaźniki prądowe i napięciowe oraz nastawniki.
Przekaźniki są to aparaty, które pod wpływem działającej wielkości fizycznej (Prąd, napięcie,
moc, ciśnienie itd.) powoduje połączenie styków, co umożliwia sterowania pracą innych
urządzeń (np. powoduje drogą pośrednią wyłączenie odbiornika). Wyróżnia się przekaźniki:


pomiarowe,
pomocnicze- służą do zwielokrotnienia liczby zestyków, sygnalizowania działania
przekaźników pomiarowych.
Przekaźnik prądowy zwany również nadprądowym lub nadmiarowo prądowym zwiera (lub
rozwiera) zestyk po przekroczeniu nastawionej na podziałce wartości rozruchowej prądu
i podaje impuls po przez przekaźnik na otwarcie wyłącznika. Rozróżniamy przekaźniki
elektromagnetyczne, indukcyjne, cieplne i statyczne. Najmniejszą wartość prądu powodującą
zmianę przekaźnika nazywamy prądem rozruchowym. Największą wartość prądu, przy której
następuje powrót
przekaźnika
prądem
powrotnym.
Przykład
przekaźnika
elektromagnetycznego:
Przekaźnik napięciowy- zasada pracy jest identyczna jak u przekaźników prądowych
(różnica polega na tym, że cewka elektromagnesu o dużej liczbie zwojów jest nawinięta
cienkim drutem, a podziałka wyskalowana w woltach).
Łączniki tyrystorowe prądu przemiennego- dzieli się na łączniki jednofazowe i trójfazowe.
Z zasady działania łącznika wynika, że musi on przewodzić prąd w dwóch kierunkach, mimo
że tyrystor przewodzi tylko w jednym. Dwukierunkowe przewodzenie uzyskuje się przez
połączenie np. dwóch tyrystorów w układzie przeciwnie równoległym lub jednego tyrystora
dwukierunkowego.
Zasada pracy łączników w obwodach trójfazowych z wyprowadzonym punktem neutralnym
jest podobna.
Łączniki prądu przemiennego załącza się przez podanie na bramki tyrystorów impulsów
wyzwalających, a wyłącza po usunięciu sygnału wyzwalającego z bramki i zmniejszenie
prądu przewodzącego poniżej prądu podtrzymania zasadzie komutacji naturalnej tyrystorów.
Łączniki tyrystorowe stosuje się w układach jedno i trójfazowych w tych przypadka, gdy
wymagana częstość łączeń przekracza możliwość łączników zestykowych lub w obwodach,
gdzie zależy na wyeliminowaniu zjawisk łukowych. Znacznie szersze zastosowanie znajdują
łączniki tyrystorowe w tych przypadkach, gdy oprócz czynności manewrowych spełniają
również zadania sterowników napięcia.
Łączniki bezstykowe prądu stałego dzieli się na:


łączniki okresowe- częstotliwość łączeń jest programowana
łączniki zwarciowe- umożliwiają wyłączenie prądów zwarciowych
kilkudziesięciu mikrosekund
w
czasie
Zasada pracy łączników prądu stałego polega na cyklicznym załączaniu i przerywaniu
obwodu prądu stałego -z tego względu noszą one nazwę "przerywaczy". Napięcie lub prąd
steruje się przez zmianę chwili załączania obwodu w jednym cyklu pracy. Napięcie
wyjściowe przerywacza ma postać impulsów prostokątnych o regulowanej wartości średniej.
W napędach są stosowane zarówno łączniki tyrystorowe, jak i tranzystorowe. Łączniki
tyrystorowe prądu stałego są stosowane do sterowania silników prądu stałego głównie
w trakcji elektrycznej oraz w wózkach akumulatorowych. Przy komutacji naturalnej
wyłączenie tyrystora następowało przy zmianie biegunowości napięcia sieci. Przy zasilaniu
prądem stałym do wyłączenia tyrystora T1 jest wymagana ujemna polaryzacja anody
tyrystora (na czas bardzo krótki), którą realizuje się za pomocą dodatkowego obwodu. Po
wyłączeniu tyrystor nie powróci do stanu przewodzenia, mimo dodatniej polaryzacji anody
dopóty, dopóki nie pojawi się nowy impuls bramkowy. Dla ułatwienia zrozumienia sposobu
komutacji wymuszonej zostanie wyjaśniony proces sterowania łącznikiem. W stanie
wyjściowym łącznik jest wyłączony. Na kondensatorze C powinno być dodatnie napięcie
(+ na anodzie tyrystora T2). Po załączeniu tyrystora T1 płynie prąd I do czasu, aż zostanie
załączony tyrystor T2, co spowoduje pojawienie się dodatniego potencjału na katodzie
tyrystora T1. Czas trwania przeciwnej polaryzacji tyrystora T1 zależy od stałej czasowej
rozładowania kondensatora C przez dławik Lk2. Kondensator C rozładowuje się oscylacyjnie
przez indukcyjność Lk2 do potencjału ujemnego -UB. Ponowne załączenie tyrystora T1
spowoduje oscylacyjne przeładowanie kondensatora C przez diodę D1 indukcyjności, Lk1.
Przy wyłączonych tyrystorach T1 i T2 przez silnik płynie prąd i4=iL (przez diodę D2). Opisany
przebieg wyłączanie tyrystora w sposób sztuczny nosi nazwę komutacji wymuszonej.
Tranzystory jako przyrządy w pełni sterowalne, nie wymagają żadnych pomocniczych
obwodów do ich wyłączania. Zasada działania łącznika tyrystorowego wynika bezpośrednio
z zasady działania tranzystora, który gdy nie ma prądu bazy, znajduje się w stanie
wyłączenia, a przy dostatecznie dużym prądzie bazy pracuje w stanie nasycenia załączony).
Wady łącznika tranzystorowego -ograniczona przeciążalność prądowa tranzystorów, których
maksymalna dopuszczalna wartość natężenia prądu kolektora tylko nieznacznie przekracza
dopuszczalną wartość prądu średniego.