第一章 固态开关(0711).

1、电力电子在电力系统中的应用电力电子在电力系统中的应用第一章第一章固态开关固态开关一、概述概述二、基本控制模式基本控制模式三、双向晶闸管双向晶闸管四、全控型固态开关全控型固态开关 五、固态开关的应用固态开关的应用六、市场上新型的固态开关六、市场上新型的固态开关一、固态开关概述以往使用接通、分断的控制电器接触器接通、分断的保护电器断路器。v它们的开关动作借助于激励带动触头的磁性插棒来完成机械式有触点开关。机械式有触点开关一、固态开关概述v应用电力电子技术可做成无触点开关（固态开关）。1.采用移相脉冲触发的晶闸管交流调压器。2.采用过零脉冲触发的晶闸管交流调功器。3.采用随机或过零脉冲触发的交流电力

2、电子开关。现在还有：软启动器、固态限流器、负载自动切换开关（LTM）等。一、固态开关概述无触点开关与机械式有触点开关比较有以下优点：无触点开关与机械式有触点开关比较有以下优点：1、寿命长机械式分断时起弧、触头磨损，机械电气寿命105106次固态开关没有磨损、寿命长达1012次或更长（半永久）2、工作频率高机械式410周波 固态开关10ms3、可靠性高4、使用安全5、电磁干扰小一、固态开关概述机械式开关固态开关使用寿命105106次10101012次工作频率410周波10ms可靠性低高安全性低高电磁干扰大小重量较轻轻尺寸较小小大无噪音大小一、固态开关概述相应国际标准命名：相应国际标准命名：半导体

3、交流电力控制器（Semiconductor AC Power Controller）缺点：1.发热；需冷却器或短路开关2.抑制瞬变；需吸收网络，不全断开3.无明显断点；二、基本控制模式1、移相控制控制晶闸管在正、负半波中对称触发控制。以导通角的大小来调节输出电压大小。还可以根据反馈量的类别分为电压控制、电流控制、功率控制或其它物理量的控制。u2晶闸管交流调压器主电路及波形二、基本控制模式2、过零控制以一个设定的时间为周期，以过零触发方式控制晶闸管在设定周期中的导通周波数。从而确定输出功率的大小。注意：在带有变压器负载时，不能随机半波控制，即使全波控制过零触发也要保证始终正向（或负向）关断防止单

4、向磁偏。 还会带来间谐波。TT1T2T3二、基本控制模式3、开关控制通过晶闸管对交流负载进行通断控制，具体还可以分为：任意接通模式开通延时很小，为微秒级过零接通模式开通延时最大10ms，关断延时最大也可达10ms交流电子开关的控制输入信号仍为开关量（1或0）。三、双向晶闸管双向晶闸管交流开关专用电力电子器件在试制出逆阻型晶闸管之后不久，G.E.公司就制成了双向晶闸管。v国际电工委员会命名为双向三端晶闸管（Bidirectional Triode Thyristor），又称三端交流开关，TRIAC（Triode AC Switch）v国内代号KS（可控硅，双向），在控制极G加正或负脉冲都可能导通

5、。UA相对于T1的极性G2三、双向晶闸管双向晶闸管特性参数：1、主端子电压（额定电压）从其伏安特性上看，正反向都能转折导通，而应用时仍需控制极触发导通才行，必须对主端子采取过电压保护以防过电压转折造成的误导通。2、主端子电流（额定电流）用一只KS代替两只反并联晶闸管时有：3、通态压降在正反两方向工作时，KS内部结构不同，正反向通态压降往往有所不同，切记：在负载有对称控制要求时，对正、反向压降值必须进行严格的挑选。2.222KSKPKPIII三、双向晶闸管4、控制极电压和电流双向晶闸管有四种触发方式触发灵敏度依次为I、I、 、触发电流比大约为1：1.5：4：（6）注意：实际触发方式的灵敏度很低，

6、一般不用。另外控制极温度特性也值得注意，温度上升，触发电流迅速减少。UA相对于T1的极性G2三、双向晶闸管双向晶闸管特性参数：5、电流上升率di/dt当电流上升率超过规定值，电流来不及扩大到整个导通面积就造成局部过热，使元件损坏。尤其电阻负载大电流通过时，因阻抗小， di/dt问题更为突出，必须串联电感以限制在允许值之内。6、换向电压上升率du/dt双向晶闸管中积蓄载流子，在高速反向电压下，引起位移电流，极易造成误触发，双向晶闸管只能承受很小的du/dt值。在带电感负载时更要采取措施防止电压上升率冲击。三、双向晶闸管双向晶闸管特性参数：7、浪涌电流指对全波的过载值，因为双向晶闸管浪涌电流作用时

7、间比普通晶闸管长一倍，浪涌电流倍数也为普通晶闸管的一半。为了增加承受浪涌能力，出厂时就必须安装有效散热面积，管芯与散热器压紧。三、双向晶闸管（应用）(1)过零触发双向晶闸管电子开关三、双向晶闸管（应用）使用导则1、触发方式的选择无论哪种触发方式，都要求有良好的前沿和一定的过驱动倍数。2、感性负载由于电感电流的滞后现象，当电感电流减少到零值时，反向电压已增长到相当数量，只要双向晶闸管一截止，这电压就加到双向晶闸管两端， du/dt过大,要注意。换流困难，很少采用。3、电容负载由于电容电流的超前现象，当电容电流变零阻断时，恰巧电源电压Um，而下一次导通触发发生在2n时，双向晶闸管上最高电压达2Um

8、，这显然也不利。电容负载时晶闸耐压必须是电阻负载时两倍才够。三、双向晶闸管（应用）(2)单相反并联交流调压电路 该电路采用了KC05移相触发器，其内部由同步检测电路、锯齿波形成电路、比较环节、脉冲形成及放大环节构成。调节电位器就可方便的控制交流输出电压的大小。四、全控型固态开关全控型固态开关1.半控型固态开关 对于关断时间要求不甚高的场合(10 ms以上)，同时需要考虑经济性时，可选用半控型固态开关。 2.全控型固态开关 重要负荷，容量大，而且对电能质量的要求越来越高场合,需要研究具有更优越性能的全控型固态开关技术，以满足用户的要求。四、全控型固态开关全控型固态开关半控型和全控型固态开关特性比

9、较 #全控型固态开关动作控制灵活，速 半控型固态开关全控型固态开关 度快，具有在微秒级的时间内实现投切电气设备和大功率切换的能力。 核心器件sCR、容t小 IGBT等、容t大 #集开关操作、多种保护、测量控 关断时间10 ms 90 dB 20 GHz 对所有射频端口的ESD或超额功率保护 集成的TTL/5V CMOS兼容驱动六、市场上新型的固态开关六、市场上新型的固态开关（2）美国联合电器控制公司(UE)发布新型电子开关 美国联合电器控制公司于11月发布新的电子开关产品线。在屡获各大权威机构认可的ONE系列2线制电子压力开关的基础上，加入了离散输入供电型号，与4-20mA信号线环路供电的型号

10、（就象2线制变送器直接从PLC或DCS供电一样）以及差压型号。六、市场上新型的固态开关六、市场上新型的固态开关 压力开关 差压开关 温度开关 六、市场上新型的固态开关六、市场上新型的固态开关 详细参数： 精度：满量程0.5%（在正常情况下） 重复性：满量程0.1% 环境温度：2W2D，2W3A，2WLP：-40 85 4W3A：-40 70 温度漂移：300ppm/ 开关响应时间：50mS 显示响应时间：400mS 继电器延迟：250 mS到2S间（2倍步进） 诊断（IAW）：开关错误，处理器错误，过载和超量程，供电超限，键盘短路. 输出状态：2种状态或3种状态可选 模拟量输出：4-20mA输出，最大700ohms24VDC.六、市场上新型的固