Kontaktlose Thyristorschütze und -starter

Die Stromumschaltung im Stromkreis elektromagnetischer Starter, Schütze, Relais, Handsteuergeräte (Messerschalter, Paketschalter, Schalter, Taster etc.) erfolgt durch Änderung des elektrischen Widerstands des Schaltkörpers in weiten Grenzen. Bei Kontaktgeräten ist ein solches Organ die Kontaktlücke. Sein Widerstand ist bei geschlossenen Kontakten sehr gering, bei offenen Kontakten kann er sehr hoch sein. Im Schaltbetrieb der Schaltung kommt es zu einer sehr schnellen sprunghaften Änderung des Widerstandes zwischen der Kontaktstrecke vom minimalen zum maximalen Grenzwert (aus) oder umgekehrt (ein).

Als kontaktlose elektrische Geräte werden Geräte bezeichnet, die dazu dienen, Stromkreise ein- und auszuschalten, ohne den Stromkreis selbst physisch zu unterbrechen. Grundlage für den Aufbau berührungsloser Geräte sind verschiedene Elemente mit nichtlinearem elektrischem Widerstand, deren Wert in einem recht weiten Bereich variiert, derzeit sind dies Thyristoren und Transistoren, verwendet für magnetische Verstärker.

Vor- und Nachteile kontaktloser Geräte im Vergleich zu herkömmlichen Startern und Schützen

Im Vergleich zu Kontaktgeräten haben kontaktlose Geräte folgende Vorteile:

– wird nicht gebildet elektrischer Lichtbogenwas eine destruktive Wirkung auf die Details des Geräts hat; Die Reaktionszeiten können kleine Werte erreichen und ermöglichen daher eine hohe Häufigkeit von Vorgängen (Hunderttausende Vorgänge pro Stunde).

— nicht mechanisch verschleißen,

Gleichzeitig haben kontaktlose Geräte aber auch Nachteile:

— Sie sorgen nicht für eine galvanische Trennung im Stromkreis und erzeugen keine sichtbare Unterbrechung im Stromkreis, was aus Sicht der technischen Sicherheit wichtig ist.

— die Schalttiefe ist um mehrere Größenordnungen kleiner als die der Kontaktgeräte,

— Abmessungen, Gewicht und Preis sind bei vergleichbaren technischen Parametern höher.

Kontaktlose Geräte auf Basis von Halbleiterelementen sind sehr empfindlich gegenüber Überspannungen und Überströmen. Je höher der Nennstrom der Zelle ist, desto geringer ist die Sperrspannung, der die Zelle im nichtleitenden Zustand standhalten kann. Bei Zellen, die für Ströme von Hunderten Ampere ausgelegt sind, wird diese Spannung in mehreren Hundert Volt gemessen.

Die Möglichkeiten von Kontaktgeräten sind diesbezüglich unbegrenzt: Der 1 cm lange Luftspalt zwischen den Kontakten hält einer Spannung von bis zu 30.000 V stand. Halbleiterelemente lassen nur einen kurzzeitigen Überlaststrom zu: Innerhalb von Zehntelsekunden entsteht ein Strom von etwa das Zehnfache des Nennstroms. Die Kontaktgeräte halten einer hundertfachen Stromüberlastung für die angegebenen Zeiträume stand.

Der Spannungsabfall an einem Halbleiterelement im leitenden Zustand bei Nennstrom ist etwa 50-mal größer als bei herkömmlichen Kontakten. Dies bestimmt die großen Wärmeverluste im Halbleiterelement im Dauerstrombetrieb und die Notwendigkeit spezieller Kühlgeräte.

All dies deutet darauf hin, dass die Frage der Wahl eines kontaktbehafteten oder berührungslosen Geräts von den gegebenen Betriebsbedingungen abhängt. Bei kleinen Schaltströmen und niedriger Spannung kann der Einsatz berührungsloser Geräte sinnvoller sein als kontaktbehaftete Geräte.

Berührungslose Geräte können unter Bedingungen hoher Betriebsfrequenz und hoher Reaktionsgeschwindigkeit nicht durch Kontaktgeräte ersetzt werden.

Natürlich sind kontaktlose Geräte, auch bei hohen Strömen, vorzuziehen, wenn ein Boost-Modus für die Schaltungssteuerung erforderlich ist. Derzeit haben Kontaktgeräte jedoch bestimmte Vorteile gegenüber kontaktlosen Geräten, wenn bei relativ hohen Strömen und Spannungen ein Schaltmodus erforderlich ist, d Gerät.

Ein wesentlicher Nachteil elektromagnetischer Geräteelemente, die Stromkreise schalten, ist die geringe Zuverlässigkeit der Kontakte. Das Schalten großer Stromwerte ist mit dem Auftreten eines Lichtbogens zwischen den Kontakten im Moment des Öffnens verbunden, der dazu führt, dass sie sich erhitzen, schmelzen und dadurch das Gerät beschädigen.

In Anlagen mit häufigem Ein- und Ausschalten von Stromkreisen beeinträchtigt der unzuverlässige Betrieb der Kontakte der Schaltgeräte die Funktionsfähigkeit und Leistung der gesamten Anlage. Berührungslose elektrische Schaltgeräte weisen diese Nachteile nicht auf.

Unipolarer Thyristorschütz

Um das Schütz einzuschalten und die Last mit Spannung zu versorgen, müssen die Kontakte K im Steuerstromkreis der Thyristoren VS1 und VS2 geschlossen sein. Liegt in diesem Moment an Klemme 1 ein positives Potential an (positive Halbwelle einer Wechselstrom-Sinuswelle), dann wird über den Widerstand R1 und die Diode VD1 eine positive Spannung an die Steuerelektrode des Thyristors VS1 angelegt. Der Thyristor VS1 öffnet und der Strom fließt durch die Last Rn. Wenn die Polarität der Netzspannung umgekehrt wird, öffnet der Thyristor VS2 und verbindet so die Last mit dem Wechselstromnetz. Beim Trennen von den Kontakten K werden die Stromkreise der Steuerelektroden geöffnet, die Thyristoren geschlossen und die Last vom Netz getrennt.

Elektrischer Schaltplan eines einpoligen Schützes

Kontaktlose Thyristorstarter

Dreipolige Thyristorstarter der PT-Serie sind für das Ein-, Aus- und Reversieren in den Steuerkreisen von Asynchron-Elektromotoren entwickelt. Der dreipolige Starter im Stromkreis verfügt über sechs Thyristoren VS1, …, VS6, verbunden mit zwei Thyristoren für jeden Pol. Das Einschalten des Anlassers erfolgt über die Bedientasten SB1 «Start» und SB2 «Stop».

Kontaktloser dreipoliger Thyristorstarter der PT-Serie

Der Thyristor-Anlasserkreis schützt den Elektromotor vor Überlastung, dazu sind im Leistungsteil des Stromkreises Stromwandler TA1 und TA2 eingebaut, deren Sekundärwicklungen im Thyristor-Steuergerät enthalten sind.