Contactors i arrencadors de tiristors sense contacte

La commutació de corrent en el circuit d'arrencadors electromagnètics, contactors, relés, dispositius de control manual (interruptors de ganivet, interruptors de paquet, interruptors, botons, etc.) es realitza canviant la resistència elèctrica del cos de commutació dins d'amplis límits. En els dispositius de contacte, aquest òrgan és la bretxa de contacte. La seva resistència amb contactes tancats és molt baixa, amb contactes oberts pot ser molt elevada. En el mode de commutació del circuit, hi ha un canvi brusc molt ràpid de la resistència entre la bretxa de contacte des dels valors límit mínims als màxims (desactivat) o viceversa (activat).

Els dispositius elèctrics sense contacte s'anomenen dispositius dissenyats per encendre i apagar (canviar) circuits elèctrics sense trencar físicament el propi circuit. La base per a la construcció de dispositius sense contacte són diversos elements amb resistència elèctrica no lineal, el valor dels quals varia en un rang força ampli, actualment aquests són tiristors i transistors, utilitzat per a amplificadors magnètics.

Avantatges i desavantatges dels dispositius sense contacte en comparació amb els arrencadors i contactors convencionals

En comparació amb els dispositius de contacte, els sense contacte tenen els avantatges següents:

- no està format arc elèctricque té un efecte destructiu en els detalls de l'aparell; els temps de resposta poden arribar a valors reduïts, permetent per tant una alta freqüència d'operacions (centenars de milers d'operacions per hora),

- No es desgasti mecànicament,

Al mateix temps, els dispositius sense contacte també tenen desavantatges:

— no proporcionen aïllament galvànic al circuit i no creen una ruptura visible en ell, la qual cosa és important des del punt de vista de la seguretat de l'enginyeria;

— la profunditat de commutació és uns quants ordres de magnitud menor que els dispositius de contacte,

— Les dimensions, el pes i el preu dels paràmetres tècnics comparables són més elevats.

Els dispositius sense contacte basats en elements semiconductors són molt sensibles a les sobretensions i sobreintensitats. Com més gran sigui el corrent nominal de la cèl·lula, menor serà la tensió inversa que pot suportar la cèl·lula en estat no conductor. Per a les cèl·lules dissenyades per a corrents de centenars d'amperes, aquesta tensió es mesura en diversos centenars de volts.

Les possibilitats dels dispositius de contacte en aquest sentit són il·limitades: l'entrefer entre els contactes d'1 cm de llarg pot suportar una tensió de fins a 30.000 V. Els elements semiconductors només permeten un corrent de sobrecàrrega a curt termini: en dècimes de segon, un corrent de unes deu vegades el corrent nominal. Els dispositius de contacte són capaços de suportar una sobrecàrrega cent vegades de corrent durant els períodes de temps especificats.

La caiguda de tensió a través d'un element semiconductor en estat conductor a corrent nominal és aproximadament 50 vegades més gran que la dels contactes convencionals. Això determina les grans pèrdues de calor en l'element semiconductor en mode de corrent continu i la necessitat de dispositius de refrigeració especials.

Tot això suggereix que la qüestió d'escollir un dispositiu de contacte o sense contacte està determinada per les condicions de funcionament donades.A corrents commutades petites i baixa tensió, l'ús de dispositius sense contacte pot ser més adequat que els dispositius de contacte.

Els dispositius sense contacte no es poden substituir per dispositius de contacte en condicions d'alta freqüència de funcionament i alta velocitat de resposta.

Per descomptat, els dispositius sense contacte, fins i tot amb corrents elevats, són preferibles quan es requereix per proporcionar un mode d'augment de control del circuit. Però actualment, els dispositius de contacte tenen certs avantatges respecte als sense contacte, si a corrents i voltatges relativament elevats cal proporcionar un mode de commutació, és a dir, un simple apagat i encendre circuits amb corrent a baixa freqüència de funcionament del dispositiu.

Un desavantatge important dels elements d'equips electromagnètics que canvien els circuits elèctrics és la baixa fiabilitat dels contactes. La commutació de grans valors de corrent s'associa amb l'aparició d'un arc elèctric entre els contactes en el moment d'obrir-se, cosa que fa que s'escalfin, es fongui i, com a resultat, danyi el dispositiu.

En instal·lacions amb enceses i apagats freqüents dels circuits d'alimentació, el funcionament poc fiable dels contactes dels dispositius de commutació afecta negativament l'operabilitat i el rendiment de tota la instal·lació. Els dispositius de commutació elèctrica sense contacte no tenen aquests inconvenients.

Contactor unipolar de tiristor

Per encendre el contactor i subministrar tensió a la càrrega, cal tancar els contactes K al circuit de control dels tiristors VS1 i VS2. Si en aquest moment hi ha un potencial positiu al terminal 1 (mitja ona positiva d'una ona sinusoïdal de corrent altern), s'aplicarà una tensió positiva a l'elèctrode de control del tiristor VS1 a través de la resistència R1 i el díode VD1. El tiristor VS1 s'obrirà i el corrent fluirà per la càrrega Rn. Quan s'inverteix la polaritat de la tensió de la xarxa, s'obrirà el tiristor VS2, connectant així la càrrega a la xarxa de CA. Quan es desconnecten dels contactes K, s'obren els circuits dels elèctrodes de control, es tanquen els tiristors i la càrrega es desconnecta de la xarxa.

Esquema elèctric d'un contactor unipolar

Arrancadors de tiristor sense contacte

Els arrencadors de tiristors de tres pols de la sèrie PT estan desenvolupats per encendre, apagar i invertir en els circuits de control de motors elèctrics asíncrons. L'arrencada de tres pols del circuit té sis tiristors VS1, …, VS6 connectats a dos tiristors per cada pol. L'arrencada s'encén mitjançant els botons de control SB1 «Start» i SB2 «Stop».

Arrancador de tiristor de tres pols sense contacte de la sèrie PT

El circuit d'arrencada del tiristor protegeix el motor elèctric de la sobrecàrrega, per això s'instal·len transformadors de corrent TA1 i TA2 a la secció de potència del circuit, els bobinatges secundaris dels quals s'inclouen a la unitat de control del tiristor.