Contattori e avviatori a tiristori senza contatto

La commutazione della corrente nel circuito di avviatori elettromagnetici, contattori, relè, dispositivi di controllo manuale (interruttori a coltello, interruttori a pacchetto, interruttori, pulsanti, ecc.) Viene eseguita modificando la resistenza elettrica del corpo di commutazione entro ampi limiti. Nei dispositivi di contatto, tale organo è lo spazio di contatto. La sua resistenza con contatti chiusi è molto bassa, con contatti aperti può essere molto elevata. Nella modalità di commutazione del circuito, si verifica un cambiamento brusco molto rapido della resistenza tra la distanza dei contatti dai valori limite minimo a quello massimo (off) o viceversa (on).

I dispositivi elettrici senza contatto sono chiamati dispositivi progettati per accendere e spegnere (commutare) i circuiti elettrici senza interrompere fisicamente il circuito stesso. La base per la costruzione di dispositivi senza contatto sono vari elementi con resistenza elettrica non lineare, il cui valore varia in un intervallo abbastanza ampio, attualmente si tratta di tiristori e transistor, utilizzato per amplificatori magnetici.

Vantaggi e svantaggi dei dispositivi senza contatto rispetto agli avviatori e ai contattori convenzionali

Rispetto ai dispositivi a contatto, quelli senza contatto presentano i seguenti vantaggi:

- non è formato arco elettricoche ha un effetto distruttivo sui dettagli dell'apparato; i tempi di risposta possono raggiungere valori piccoli, consentendo quindi un'elevata frequenza di operazioni (centinaia di migliaia di operazioni all'ora),

— non si consumano meccanicamente,

Allo stesso tempo, i dispositivi senza contatto presentano anche degli svantaggi:

— non forniscono isolamento galvanico nel circuito e non creano un'interruzione visibile in esso, il che è importante dal punto di vista della sicurezza ingegneristica;

— la profondità di commutazione è di diversi ordini di grandezza inferiore rispetto ai dispositivi di contatto,

— dimensioni, peso e prezzo per parametri tecnici comparabili sono più alti.

I dispositivi senza contatto basati su elementi semiconduttori sono molto sensibili alle sovratensioni e alle sovracorrenti. Maggiore è la corrente nominale della cella, minore è la tensione inversa che la cella può sopportare nello stato non conduttivo. Per le celle progettate per correnti di centinaia di ampere, questa tensione viene misurata in diverse centinaia di volt.

Le possibilità dei dispositivi di contatto a questo proposito sono illimitate: il traferro tra i contatti lungo 1 cm può sopportare una tensione fino a 30.000 V. Gli elementi semiconduttori consentono solo una corrente di sovraccarico a breve termine: entro decimi di secondo, una corrente di circa dieci volte la corrente nominale. I dispositivi di contatto sono in grado di sopportare un sovraccarico di corrente centuplicato per i periodi di tempo specificati.

La caduta di tensione attraverso un elemento semiconduttore nello stato di conduzione alla corrente nominale è circa 50 volte maggiore di quella dei contatti convenzionali. Ciò determina le grandi perdite di calore nell'elemento semiconduttore in modalità corrente continua e la necessità di speciali dispositivi di raffreddamento.

Tutto ciò suggerisce che la questione della scelta di un dispositivo di contatto o senza contatto è determinata dalle condizioni operative date: a piccole correnti commutate e bassa tensione, l'uso di dispositivi senza contatto può essere più appropriato dei dispositivi di contatto.

I dispositivi senza contatto non possono essere sostituiti da dispositivi a contatto in condizioni di alta frequenza operativa e alta velocità di risposta.

Naturalmente, i dispositivi senza contatto, anche a correnti elevate, sono preferibili quando è necessario fornire una modalità boost di controllo del circuito. Ma allo stato attuale, i dispositivi di contatto presentano alcuni vantaggi rispetto a quelli senza contatto, se a correnti e tensioni relativamente elevate è necessario fornire una modalità di commutazione, ovvero semplice spegnimento e accensione di circuiti con corrente a bassa frequenza di funzionamento del dispositivo.

Uno svantaggio significativo degli elementi dell'apparecchiatura elettromagnetica che commutano i circuiti elettrici è la scarsa affidabilità dei contatti. La commutazione di grandi valori di corrente è associata alla comparsa di un arco elettrico tra i contatti al momento dell'apertura, che li fa riscaldare, fondere e, di conseguenza, danneggiare il dispositivo.

Nelle installazioni con frequenti accensioni e spegnimenti dei circuiti di alimentazione, il funzionamento inaffidabile dei contatti dei dispositivi di commutazione influisce negativamente sull'operabilità e sulle prestazioni dell'intera installazione. I dispositivi di commutazione elettrica senza contatto sono privi di questi svantaggi.

Contattore unipolare a tiristori

Per accendere il contattore e fornire tensione al carico, i contatti K devono essere chiusi nel circuito di controllo dei tiristori VS1 e VS2. Se in questo momento è presente un potenziale positivo sul terminale 1 (semionda positiva di un'onda sinusoidale a corrente alternata), verrà applicata una tensione positiva all'elettrodo di controllo del tiristore VS1 attraverso il resistore R1 e il diodo VD1. Il tiristore VS1 si aprirà e la corrente scorrerà attraverso il carico Rn. Quando la polarità della tensione di rete viene invertita, il tiristore VS2 si aprirà, collegando così il carico alla rete CA. Quando si disconnette dai contatti K, i circuiti degli elettrodi di controllo vengono aperti, i tiristori vengono chiusi e il carico viene disconnesso dalla rete.

Schema elettrico di un contattore unipolare

Avviatori a tiristori senza contatto

Gli avviatori a tiristori tripolari della serie PT sono sviluppati per l'accensione, lo spegnimento e l'inversione nei circuiti di controllo dei motori elettrici asincroni. L'avviatore tripolare nel circuito ha sei tiristori VS1, …, VS6 collegati a due tiristori per ogni polo. L'avviamento viene avviato tramite i pulsanti di comando SB1 «Start» e SB2 «Stop».

Avviatore a tiristori tripolari senza contatto della serie PT

Il circuito di avviamento a tiristori fornisce protezione del motore elettrico dal sovraccarico, per questo nella sezione di potenza del circuito sono installati i trasformatori di corrente TA1 e TA2, i cui avvolgimenti secondari sono inclusi nell'unità di controllo del tiristore.