8.5. Снижение уровня импульсных помех, создаваемых ЦТС в сети питания переменного тока

Наряду с мерами, направленными на повышение степени защиты ЦТС от внешних импульсных помех, необходимо предпринимать и меры, имеющие целью снижение уровня импульсных помех, создаваемых в сети питания при коммутации электроприемников, входящих в состав ЦТС, особенно двигателей вводно-выводных устройств, работающих в стартстопном режиме. Не останавливаясь на таких известных и традиционных способах снижения уровня помех, как экранирование и фильтрация электроприемников, применение разнообразных искрогасящих цепочек и т. п. [116], рассмотрим подробнее два менее известных способа.

Специальный переключатель

Основная особенность специального переключателя состоит в том, что включение нагрузки осуществляется в момент перехода напряжения сети через нуль, а отключение — в момент прекращения протекания тока через нагрузку. Амплитуда же импульсных помех, создаваемых при включении, пропорциональна напряжению сети, а при выключении — току в нагрузке в момент коммутации. Переключатель [117] содержит схему коммутации и схему управления (рис. 8.7).

Рис. 8.7. Специальный переключатель: а — схема коммутации; б — схема управления

Схема коммутации состоит из последовательно включенных диода и замыкающего контакта зашунтированных замыкающим контактом Схема управления обеспечивает срабатывание и отпускание реле в заданной последовательности. Замыкание контакта происходит только при положительной полуволне напряжения сети, т. е. в обесточенном состоянии нагрузки (так как диод смещен в это время в обратном направлении). С момента перехода напряжения через нуль, когда полярность напряжения сети изменяется, диод смещается в прямом направлении и нагрузка оказывается подключенной к сети. Во время действия отрицательной полуволны производится замыкание контакта Тем самым нагрузка окончательно подключается к сети. Отключение нагрузки производится в обратном порядке: в отрицательный полупериод размыкается контакт При этом питание на нагрузку еще поступает через диод и контакт После перехода напряжения сети через нуль диод смещается в обратном направлении, ток через нагрузку прекращается. В это время размыкается контакт

Схема управления может быть реализована в разных вариантах. В качестве примера на рис. 8.7, б приведена схема, выполненная на двухобмоточных реле. Запуск схемы производится нажатием на кнопку отключение — нажатием на кнопку Питание к описанной схеме управления целесобразно подавать через понижающий трансформатор, что способствует уменьшению амплитуд импульсных помех от коммутации кнопок Если нагрузка носит индуктивный характер, то в момент отключения от сети через контакты схемы коммутации еще протекает ток. Это влечет за собой искрообразование на контактах и перенапряжение на нагрузке. Для устранения этого недостатка схема коммутации (рис. 8.7, а) дополнена цепочкой, состоящей из последовательно соединенных размыкающего контакта и диода направленного встречно диоду и подключенной параллельно нагрузке, а в схеме управления обеспечивается задержка отпускания реле на время, равное периода переменного напряжения. Процесс включения нагрузки в этом случае не изменяется. При выключении же благодаря задержке отпускания реле последнее отпускается во второй половине отрицательной полуволны, когда полярности напряжения и тока совпадают. Контакт переключается. Ток нагрузки продолжает протекать по цепи При появлении положительной полуволны диод запирается,

а индуктивный ток нагрузки переходит на цепь и протекает по ней, пока не затухнет до нуля. Размыкание контакта реле происходит уже в обесточенном состоянии. Применение специального переключения снижает амплитуды импульсных помех, создаваемых ЦТС в сети питания, примерно на порядок. Такого рода переключатель может быть реализован и на бесконтактных переключающих элементах.

Коммутация «за нагрузкой»

В отличие от традиционного расположения ключей К, коммутирующих некоторую нагрузку (рис. 8.8, а, в), при коммутации за нагрузкой ключи (механические или бесконтактные) располагаются так, как показано на рис. 8.8, б, г — е.

Рис. 8.8. Варианты схем коммутации: -полное сопротивление нагрузки

Такой способ применим для часто коммутируемых индуктивных нагрузок в тех случаях, когда фазные нагрузки одинаковы (например, обмотки трехфазного электродвигателя) или их можно разделить на две одинаковые включенные последовательно части (например, первичные обмотки силовых трансформаторов). Выполнение второго условия принципиально позволяет коммутировать за нагрузкой трехфазную нагрузку, соединенную не только звездой, но и треугольником.

При общепринятом способе коммутации перед нагрузкой (рис. 8.8, а, в) переходный процесс в сети при включении нагрузки аналогичен переходному процессу включения линии с индуктивной нагрузкой или линии, разомкнутой на конце [58]. Амплитуда процесса (в идеальной линии при прямоугольных фронтах волны) здесь может достигнуть значения, равного напряжению сети в момент коммутации. Переходный процесс при выключении нагрузки аналогичен процессу отключения от линии, нагруженной на конце. Амплитуда процессов в этом случае может достигнуть значения , где ток нагрузки, волновое сопротивление линии (в идеальной линии, в предположении отсутствия дуги на контактах). Это значение в общем случае может оказаться большим, чем при включении.

Процесс при коммутации за нагрузкой аналогичен процессу перехода распространяющихся по линии импульсов с прямоугольными фронтами (образующихся за нагрузкой) через сосредоточенную индуктивность. При этом фронты импульсов сглаживаются, а амплитуда уменьшается в у раз:

где L — сосредоточенная индуктивность; l — длина линии; V — скорость света.