Полупроводникови контактори. Част II. Особености на контакторите за резистивни и индуктивни товари. Дву- и трифазни SSC.

В първата част на материала, публикувана в бр. 8 на сп. Инженеринг ревю бяха представени основните характеристики и специфичните особености на полупроводниковите контактори (SSC). Тук продължаваме разглеждането на контакторите за еднофазни товари.

Контактори за товари със съпротивителен характер (SSC of Resistive Loads). Освен за нагреватели някои модели могат да се използват и за захранване на инфрачервени лампи. Принципът на действието им се изяснява чрез типовата схема на фиг. 1, като управляващото напрежение VC е постоянно или част от мрежовото – за включване на товара Ld стойността му трябва да е в определени граници, при което блокът СВ формира светлинен лъч към приемника R. При VC под друга по-малка стойност лъч няма и Ld се изключва. Ролята на ключ в R се осигурява от симетричен тиристор или два успоредно и противоположно свързани обикновени тиристори, а с F е означен задължителният предпазител. Практически всеки модел има множество разновидности за различни мрежови напрежения (най-често 240 и 480 V) и различен максимален ток, който типично е между няколко А и няколко десетки А. Важно е, че стойността на последните е в сила до определена околна температура на SSC (обикновено 20 °С, 25 °С или 40 °С), над която токът намалява по линеен закон (в каталозите обикновено има графики – Derating Curves).

Контактори за товари с индуктивен характер (AC Load Solid State Contactor). Независимо от наименованието си те могат да работят и с товари със съпротивителен характер, а типичните им приложения са за електродвигатели, соленоиди, осветление и нагреватели. Отново използват споменатите два вида тиристори и галванично разделяне на товара от управлението. За осигуряване на допълнителни изисквания към функционирането им съдържат (в зависимост от модела) различни допълнителни елементи. Това се вижда от типичната схема на SSC с управление чрез постоянно напрежение на фиг. 2а. Управляващите входове са А1 и А2, подаваното напрежение на които се ползва и за индикация чрез светодиод на включен SSC. Връзката към товара е чрез фототранзисторен оптрон, а конкретната схема ползва симетричен тиристор, управляван от съответния блок. Товарът се свързва между фазата на мрежата и извод 1/L1, а нейната нула – към 2/T1. Варисторът предпазва SSC от повреда, като не позволява напрежението между тези изводи да надхвърли с няколко десетки процента максималното работно напрежение (защитата е главно за предпазване от възникнали импулси поради преходни процеси – Surge Protection). Последното е в границите 240V-660V, а минималното обикновено е между 24V и 85V, т.е. SSC осигуряват захранване на товари с голям обхват на работните си напрежения. Предназначението на RC групата на фиг. 2а е за намаляване на външни смущения, а максималните осигурявани от SSC токове на товарите са типично между 10 А и 200 А.

Значителна част от SSC имат различни допълнителни вериги за контрол на работата им. В примера на фиг. 2б един от тях е вграденият полупроводников предпазител от недопустимо голям ток през товара. Стойността на управляващото напрежение може да се контролира чрез извод IN Control, а при недопустимо голям ток през товара допълнителният оптрон (двата блока V/C) се получава сигнал на ALARM Out, например за задействане на червен светодиод на лицевия панел на SSC. Значителна част от SSC имат и изход за аларма при температура на тиристорите над определена стойност (Overtemp Alarm). Трябва да се има предвид, че в каталозите на SSC освен обяснение на действието на подобни вериги се дават и множество други практически съвети, например за времената на включване и изключване на товара (обикновено еднакви с типични стойности 10-20 ms) и зависимостта на максималния ток от околната температура при различни видове радиатори.

Контактори за двуфазни товари
Този тип (Dual-Phase Power Contactor) са със сравнително ограничени приложения и се използват за свързване на 3-фазни товари тип триъгълник (Delta) и звезда (Star), като една от фазите им се съединява непосредствено към мрежата (2-pole switching + 1-pole direct).

Идея за това е дадена на фиг. 3. Изводите за товара са L1-L3, като включването и изключването се прави чрез тиристорните блокове Th1 и Th2, управлявани от входовете IN1 и IN2 през оптроните Opt1 и Opt2. Означеното непосредствено свързване на фазата L2 е като пример – то може да е на която и да е от фазите. Няма принципни разлики в начина на управление в сравнение с еднофазните SSC, нито в типичните стойности на осигуряваните напрежения и токове на товарите. Разглежданите контактори не са задължителни за осигуряване на двуфазно свързване – често то се извършва чрез два еднакви контактора за еднофазни товари.

Контактори за трифазни товари
Те са най-масово разпространените, предназначени са основно за значителни мощности и поради това твърде рядко се ползват за постояннотокови товари. Като неписано правило освен максималният ток на товара параметър е и максималната му мощност (в kW и НР), но и двата са за всяка от фазите. Една типична структура на SSC е дадена на фиг. 4.

Управлението се осъществява с променливо или постоянно напрежение (AC/DC Control), за чието наличие има индикаторен светодиод. Обикновено моделите са с две или повече разновидности за различни негови стойности в твърде широки обхвати. Постепенно нарастват приложенията на многофункционалния начин на работа (Multi-Function Analog Operation) за регулиране на мощността на товара. При него чрез подходящи управляващи сигнали се избират режимите на работа, като към фазовото регулиране обикновено се прибавят разпределено управление (Distributed Mode Control) и управление чрез пакети (Burst Switching Mode Control). При първия за фиксирани интервали от 1,28 s се подават между 1 и 64 самостоятелни синусоиди, т. е. мощността може да е 1/64, 2/64 и т.н. от максималната. Вторият начин ползва интервали от време 1 s, 3 s и 5 s (три негови разновидности), като само през част от всеки от тях на товара се подава мрежово напрежение, например при интервали 1s и подаване на напрежение за 0,2 s мощността върху товара е 20% от максималната. Галваничното разделяне на фиг. 4 вместо с интегрален оптрон по-често се прави с отделни светодиоди и фотоприемници. Блоковете Trigger осигуряват управление на двойките обикновени тиристори през предпазни схеми, които се ползват в повечето SSC, без да са задължителни.

Осигуряваните напрежения и токове на товарите са в същите граници както при SSC за еднофазни товари с две съществени разлики – много рядко се срещат SSC за токове над 125 А и понякога има ограничение на минималния ток обикновено до няколко десети от А.

Различието в параметрите на моделите за дадена серия SSC често се отразява чрез прибавяне към основното означение на множество букви и цифри. Така например първата буква може да показва управляващото напрежение, след което да са означени серията, максималният ток, липсата или наличието на капак на кутията и на охлаждаща пластина и видът на включването и изключването.

В рамките на дадена серия SSC често са разделени на две групи – с комутация на всяка от фазите, и ползващи свързването на фиг. 3, като и двете се прилагат за товари тип триъгълник и звезда. Специално за товари тип триъгълник съществуват два начина на свързване в зависимост от мястото на тиристорите. Външното свързване (Outside Delta) на фиг. 5а е препоръчваното за трифазни SSC, докато вътрешното (Inside Delta) на фиг. 5б се реализира чрез три еднофазни SSC и има предимството, че при дадена мощност върху товара всеки от тях работи с ток с Ц3 по-малък от този във всяка от фазите на трифазните SSC.