Особенности процессов коммутации электрических цепей

Коммутация — одна из основных функций управления электрического аппарата, которую он выполняет на пути распространения энергии от источника к потребителю.

Под коммутацией принято понимаать совокупность операций, связанных с изменением тока в цепи и напряжения на отдельных участках цепи. Включение, отключение, переключение, короткие замыкания, изменение направления тока, все, что вызывает изменение потока энергии, представляет собой переходной процеес, который и принято характеризовать термином «коммутация».

Электрические аппараты (ЭА), выполняющие функции коммутации, работают в одном из двух режимов: коммутационный и усилительный.

Коммутационный режим работы ЭА характеризуется практически скачкообразным изменением сопротивления его коммутирующего органа (рис. 8.1), осуществляя дискретную коммутацию.

Рис. 8.1. Режимы работы электрических аппаратов:

1 — коммутационный; 2 — усилительный; а — схема замещения электрической цепи; б — процесс включения; в — процесс отключения Если Z_H — полное сопротивление цепи, a I_c = U_c/Z_tl — ток в цепи нагрузки, то при переходе коммутирующего органа К из состояния диэлектрика в состояние проводника (процесс включения) или наоборот (процесс отключения), происходит дискретная коммутация цепи. При этом сопротивление Z_H и ток 1_С в цепи нагрузки в момент подачи сигнала на срабатывание i_y скачкообразно изменяются.

Существует понятие глубина коммутации h_K — это отношение сопротивления коммутирующего элемента К в разомкнутом состоянии, которое равно сопротивлению изоляции (несколько мегом) — /?_отк, к переходному сопротивлению контактов аппарата — /?_вкл (единицы, десятки микроом):

В контактных аппаратах низкого напряжения глубина коммутации изменяется в пределах h_K= 10¹⁰-И0¹⁴, что является их отличительной особенностью и преимуществом.

Другой режим работы, присущий электрическим аппаратам, называется усилительным. Он характеризуется плавным изменением сопротивления (тока) в процессе включения (см. рис. 8.1, б, кривая 2) и отключения (см. рис. 8.1, в, кривая 2) аппарата. Переход из одного состояния К в другое осуществляется путем изменения управляющего сигнала г* В этом случае коммутация является непрерывной, плавной. Подобный вид коммутации имеет место в бесконтактных аппаратах. Глубина коммутации в них составляет h_K = 10⁴-00⁷.

Электрическая цепь, в которой находится аппарат, содержит активное, индуктивное и емкостное сопротивления, обусловленные самим аппаратом, нагрузкой, соединительными проводами. Поэтому процесс коммутации в такой цени носит переходной характер, а переход из одного состояния в другое связан с нарастанием или убыванием энергии, запасенной в электромагнитном поле индуктивности и электрическом поле емкости . Тепловые потери в цепи в основном связаны с активным сопротивлением R. Переходной процесс зависит от соотношения вышеперечисленных параметров цепи и не может происходить мгновенно, что обусловлено законами коммутации.