Обґрунтування шляхів покращення комутаційних і масогабаритних характеристик гібридних контакторів низької напруги - Автореферат

Гібридні контактори, які відносять до електричних напівпровідникових апаратів, поєднують у собі позитивні властивості як контактних, так і безконтактних апаратів за рахунок використання напівпровідникового ключа, що підключений паралельно до головних контактів апарату. Останні роки характеризуються впровадженням інтегральних технологій у виробництво силових напівпровідникових приладів, що призвело до створення надпотужних повністю керованих силових напівпровідникових приладів, у тому числі з польовим керуванням, а саме двохопераційних тиристорів типів GTO і IGCT і комбінованих біполярних транзисторних ключів типу IGBT; отримали подальшого розвитку й одноопераційні тиристори зі зниженим прямим падінням напруги і перевантажувальною здатністю до 50 КА. Дисертаційна робота виконана на кафедрі теоретичної і загальної електротехніки Харківської національної академії міського господарства в рамках держбюджетних тем «Розробка перспективних зразків електричних машин і апаратів та створення їх теорії» (1.01.2004 - 1.12.2007, ДР № 0104u004615) і «Створення нових і удосконалення існуючих електричних машин і апаратів та методик їх розрахунку і проектування» (1.01.2008 - 1.12.2011, ДР № 0108u004541), де здобувач був виконавцем окремих розділів. виконати дослідження нестаціонарних електромагнітних процесів при вимиканні електричних кіл гібридними контакторами, на підґрунті яких з урахуванням узагальнення відомих досліджень удосконалити інженерні методики розрахунку дії струмового навантаження і комутаційних перенапруг на силові напівпровідникові прилади у специфічних умовах їх роботи; дослідити нестаціонарні теплові процеси в силових напівпровідникових приладах напівпровідникових ключів гібридних контакторів, у тому числі з урахуванням стохастичного характеру струмового навантаження на ці прилади, внести уточнення до інженерної методики розрахунку теплового режиму силових напівпровідникових приладів в умовах їх роботи у складі гібридних контакторів;При цьому встановлено, що в процесі створення гібридних контакторів на напругу до 1000 В з покращеними технічними характеристиками слід керуватися наступними принципами побудови їх основних вузлів: гібридні контактори змінного струму переважно виконувати на базі силового гібридного ключа (СГК) з двома зустрічно-паралельно включеними тиристорами, що розташовані конструктивно в одному модулі, з їх природною комутацією, а також безконтактною схемою керування (СК) з керуванням від струму в колі головних контактів (ГК); гібридні контактори постійного струму доцільно виконувати на базі СГК, в якому в якості основного ключа застосований повністю керований прилад (IGBT-ключ або двохопераційний тиристор), що дозволить виключити недоліки, які мають місце при використанні в цій ролі одноопераційних тиристорів; роботою СК цих контакторів, як і контакторів змінного струму, переважно керувати від струму в колі ГК. У другому розділі виконано дослідження нестаціонарних електромагнітних процесів при вимиканні електричних кіл гібридними контакторами, які необхідні для визначення режимів роботи за струмом і напругою головного елемента цих апаратів - СГК, а також для розробки удосконалених методик їх розрахунку. Дослідження перетікання струму в СГК з кола контактів у НК при розмиканні кола раніше проводились за умови перетікання струму тільки під дією «короткої» дуги. Удосконалено фізичну модель процесу перетікання струму в шунтуюче коло, що пояснює можливість повторних металевих замикань у колі ГК в результаті виникнення голок на поверхні контактів по ходу плям «короткої» дуги через велику швидкість спаду струму в її колі. Аналіз струмового навантаження на СНП в різних схемах СГК змінного струму при роботі контактора в режимі нормальних комутацій показав наступне: форма кривих струму в тиристорах у сталому режимі не залежить від характеру навантаження; тривалість імпульсу струму в процесі роботи має статистичний характер; в спрощених схемах бездугової комутації трифазних кіл тиристори більш навантажені, ніж в основній.У дисертації проведено теоретичне узагальнення і запропоновано вирішення науково-практичної задачі, що полягає в розробці на рівні винаходів технічних рішень з удосконалення гібридних контакторів низької напруги, а також у корегуванні науково обґрунтованих методик їх проектування. Обґрунтовані в результаті системного аналізу існуючих гібридних контакторів такі принципи побудови: гібридні контактори змінного струму доцільно виконувати на базі силового гібридного ключа з двома зустрічно ввімкненими тиристорами, що розташовані в одному модулі, а постійного струму - на базі повністю керованого приладу (IGBT-ключа або двохопераційний тиристора); схема керування - безконтактна з керуванням від струму в колі головних контактів. Встановлено, що при відключенні контактором аварійних струмів найбільш навантаженими будуть силові напівпровідникові прилади силових гібридних ключів при використанні їх в однофазних схемах або в трифазних з нульовим проводом за наступних умов: силовий гібридний клю

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ