Цепь твердотельного контактора для мотор-насосов

В этой статье мы узнаем, как спроектировать и построить цепь твердотельного контактора с использованием симисторов для работы с тяжелыми нагрузками, такими как двигатели погружных скважинных насосов, с высокой надежностью и без каких-либо опасений по поводу износа или долговременной деградации контакторного блока.

Что такое контактор

Контактор - это разновидность переключателя ВКЛ / ВЫКЛ, работающего от сети, рассчитанного на работу с большими нагрузками при высоких токах и высоких импульсах переключения в виде дуги на их переключающих контактах. Он в основном используется для переключения мощных или сильноточных индуктивных нагрузок, таких как погружные трехфазные насосные двигатели или другие подобные типы тяжелых промышленных нагрузок, которые также могут включать соленоиды.

Как работает контактор

Базовый контакторный выключатель будет иметь следующие основные элементы в своей электрической конфигурации:

1. Переключатель Push-to-ON
2. Двухпозиционный переключатель
3. Механизм реле с питанием от сети

В стандартной установке механического контактора пусковой выключатель, который является переключателем включения нажатием, используется для фиксации контактов контактора во включенном положении, так что подключенная нагрузка также включается, в то время как выключатель останова, который является нажимным. Пусковой выключатель используется для размыкания этой защелки и отключения подключенной нагрузки.

Когда пользователь нажимает кнопку включения, включается встроенная электромагнитная катушка, которая вытягивает набор подпружиненных контактов для тяжелых условий эксплуатации и жестко соединяет их с другим набором контактов для тяжелых условий эксплуатации. Он соединяет два смежных набора контактов, позволяя току течь от источника питания к нагрузке. Таким образом, при этой операции включается нагрузка.

Электромагнитная катушка и связанные с ней наборы контактов образуют релейный механизм контактора, который фиксируется и включается каждый раз при нажатии двухпозиционного переключателя или переключателя START.

Выключатель Push-to-OFF действует противоположным образом: при нажатии этого переключателя защелка реле принудительно размыкается, что, в свою очередь, размыкает и размыкает контакты в исходное выключенное положение. Это вызывает отключение нагрузки.

Проблемы с механическими контакторами

Механические контакторы работают довольно эффективно с помощью описанных выше процедур, однако в долгосрочной перспективе они становятся склонными к износу из-за сильной электрической дуги на их контактах.

Эти дуги обычно возникают из-за большого начального тока, потребляемого нагрузкой, которая в основном индуктивна по своей природе, например, двигателями и соленоидами.

Повторяющееся искрение вызывает горение и коррозию на контактных поверхностях, которые в конечном итоге становятся слишком разрушенными, чтобы нормально работать для требуемого переключения нагрузки.

Разработка электронного контактора

Найти простой способ решить проблему износа с помощью механических контакторов выглядит обескураживающим и сложным, если только конструкция не будет полностью заменена электронным аналогом, который будет делать все в соответствии со спецификациями, но при этом будет надежно защищен от механической деградации независимо от того, как часто это происходит. эксплуатируемые и насколько велика может быть мощность нагрузки.

Поразмыслив, я мог придумать следующую простую схему твердотельного контактора с использованием симисторов, тиристоров и некоторых других электронных компонентов.

Список деталей

Все SCR = C106 или BT151

Все малые симисторы = BT136

Все большие симисторы = BTA41 / 600

Все диоды затвора SCR = 1N4007

Все мостовые выпрямительные диоды = 1N4007

Схема работы

Дизайн выглядит довольно незамысловато. Мы видим 3 мощных симистора, которые используются в качестве переключателей для активации 3 линий трехфазного входа.

Затворы этих управляющих симисторов высокой мощности запускаются 3 подключенными маломощными симисторами, которые используются в качестве буферных каскадов.

Наконец, затворы этих буферных симисторов запускаются 3 отдельными тиристорами, настроенными отдельно для каждой из этих схем симисторов.

SCR, в свою очередь, запускаются через отдельные переключатели push-to-ON и push-to-OFF, чтобы включать и выключать их соответственно, это позволяет соответственно включать и выключать симисторы в ответ на активацию соответствующего нажимного переключателя.

При нажатии переключателя push-to-ON все тиристоры мгновенно фиксируются, и это позволяет возбуждению затвора появляться на затворах всех 3 буферных симисторов.

Эти симисторы теперь начинают проводить ток, позволяя запускать затвор основных силовых симисторов, которые, наконец, начинают проводить и позволяют трехфазному питанию достигать нагрузки, и нагрузка включается.

Чтобы остановить эту релейную цепь электронного контактора, пользователь нажимает выключатель (выключатель STOP), который мгновенно прерывает фиксацию тиристоров, блокируя привод затвора для симисторов и выключающий их вместе с нагрузкой.

Упрощение схемы

На приведенной выше диаграмме мы можем видеть промежуточные буферные каскады симистора, используемые для ретрансляции запуска от тиристоров к сетевым силовым симисторам.

Однако небольшое исследование показывает, что, возможно, эти буферные симисторы могут быть устранены, и выход SCR может быть напрямую настроен с сетевыми симисторами.

Это еще больше упростило бы конструкцию, позволяя использовать только ступени SCR для действий START и STOP, а также снизило бы общую стоимость устройства.