第一章 固態(tài)開(kāi)關(guān)(0711)

1、電力電子在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用電力電子在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用第一章第一章固態(tài)開(kāi)關(guān)固態(tài)開(kāi)關(guān)一、概述概述二、基本控制模式基本控制模式三、雙向晶閘管雙向晶閘管四、全控型固態(tài)開(kāi)關(guān)全控型固態(tài)開(kāi)關(guān) 五、固態(tài)開(kāi)關(guān)的應(yīng)用固態(tài)開(kāi)關(guān)的應(yīng)用六、市場(chǎng)上新型的固態(tài)開(kāi)關(guān)六、市場(chǎng)上新型的固態(tài)開(kāi)關(guān)一、固態(tài)開(kāi)關(guān)概述以往使用接通、分?jǐn)嗟目刂齐娖鹘佑|器接通、分?jǐn)嗟谋Ｗo(hù)電器斷路器。v它們的開(kāi)關(guān)動(dòng)作借助于激勵(lì)帶動(dòng)觸頭的磁性插棒來(lái)完成機(jī)械式有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。機(jī)械式有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)一、固態(tài)開(kāi)關(guān)概述v應(yīng)用電力電子技術(shù)可做成無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)（固態(tài)開(kāi)關(guān)）。v采用移相脈沖觸發(fā)的晶閘管交流調(diào)壓器。v采用過(guò)零脈沖觸發(fā)的晶閘管交流調(diào)功器。v采用隨機(jī)或過(guò)零脈沖觸發(fā)的交流電力電子開(kāi)

2、關(guān)。v現(xiàn)在還有：軟啟動(dòng)器、固態(tài)限流器、負(fù)載自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)（LTM）等。一、固態(tài)開(kāi)關(guān)概述無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)與機(jī)械式有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)比較有以下優(yōu)點(diǎn)：無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)與機(jī)械式有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)比較有以下優(yōu)點(diǎn)：1、壽命長(zhǎng)機(jī)械式分?jǐn)鄷r(shí)起弧、觸頭磨損，機(jī)械電氣壽命105106次固態(tài)開(kāi)關(guān)沒(méi)有磨損、壽命長(zhǎng)達(dá)1012次或更長(zhǎng)（半永久）2、工作頻率高機(jī)械式410周波 固態(tài)開(kāi)關(guān)10ms3、可靠性高4、使用安全5、電磁干擾小一、固態(tài)開(kāi)關(guān)概述機(jī)械式開(kāi)關(guān)固態(tài)開(kāi)關(guān)使用壽命105106次10101012次工作頻率410周波10ms可靠性低高安全性低高電磁干擾大小重量較輕輕尺寸較小小大無(wú)噪音大小一、固態(tài)開(kāi)關(guān)概述相應(yīng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)命名：相應(yīng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)命名：半導(dǎo)體交流

3、電力控制器（Semiconductor AC Power Controller）缺點(diǎn)：發(fā)熱；需冷卻器或短路開(kāi)關(guān)抑制瞬變；需吸收網(wǎng)絡(luò)，不全斷開(kāi)1.無(wú)明顯斷點(diǎn)；二、基本控制模式1、移相控制控制晶閘管在正、負(fù)半波中對(duì)稱觸發(fā)控制。以導(dǎo)通角的大小來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓大小。還可以根據(jù)反饋量的類別分為電壓控制、電流控制、功率控制或其它物理量的控制。u2晶閘管交流調(diào)壓器主電路及波形二、基本控制模式2、過(guò)零控制以一個(gè)設(shè)定的時(shí)間為周期，以過(guò)零觸發(fā)方式控制晶閘管在設(shè)定周期中的導(dǎo)通周波數(shù)。從而確定輸出功率的大小。注意：在帶有變壓器負(fù)載時(shí)，不能隨機(jī)半波控制，即使全波控制過(guò)零觸發(fā)也要保證始終正向（或負(fù)向）關(guān)斷防止單向磁偏。 還

4、會(huì)帶來(lái)間諧波。TT1T2T3二、基本控制模式3、開(kāi)關(guān)控制通過(guò)晶閘管對(duì)交流負(fù)載進(jìn)行通斷控制，具體還可以分為：任意接通模式開(kāi)通延時(shí)很小，為微秒級(jí)過(guò)零接通模式開(kāi)通延時(shí)最大10ms，關(guān)斷延時(shí)最大也可達(dá)10ms交流電子開(kāi)關(guān)的控制輸入信號(hào)仍為開(kāi)關(guān)量（1或0）。三、雙向晶閘管雙向晶閘管交流開(kāi)關(guān)專用電力電子器件在試制出逆阻型晶閘管之后不久，G.E.公司就制成了雙向晶閘管。v國(guó)際電工委員會(huì)命名為雙向三端晶閘管（Bidirectional Triode Thyristor），又稱三端交流開(kāi)關(guān)，TRIAC（Triode AC Switch）v國(guó)內(nèi)代號(hào)KS（可控硅，雙向），在控制極G加正或負(fù)脈沖都可能導(dǎo)通。UA相對(duì)于

5、T1的極性G2三、雙向晶閘管雙向晶閘管特性參數(shù)：1、主端子電壓（額定電壓）從其伏安特性上看，正反向都能轉(zhuǎn)折導(dǎo)通，而應(yīng)用時(shí)仍需控制極觸發(fā)導(dǎo)通才行，必須對(duì)主端子采取過(guò)電壓保護(hù)以防過(guò)電壓轉(zhuǎn)折造成的誤導(dǎo)通。2、主端子電流（額定電流）用一只KS代替兩只反并聯(lián)晶閘管時(shí)有：3、通態(tài)壓降在正反兩方向工作時(shí)，KS內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，正反向通態(tài)壓降往往有所不同，切記：在負(fù)載有對(duì)稱控制要求時(shí)，對(duì)正、反向壓降值必須進(jìn)行嚴(yán)格的挑選。2.222KSKPKPIII三、雙向晶閘管4、控制極電壓和電流雙向晶閘管有四種觸發(fā)方式觸發(fā)靈敏度依次為I、I、 、觸發(fā)電流比大約為1：1.5：4：（6）注意：實(shí)際觸發(fā)方式的靈敏度很低，一般不用。另

6、外控制極溫度特性也值得注意，溫度上升，觸發(fā)電流迅速減少。UA相對(duì)于T1的極性G2三、雙向晶閘管雙向晶閘管特性參數(shù)：5、電流上升率di/dt當(dāng)電流上升率超過(guò)規(guī)定值，電流來(lái)不及擴(kuò)大到整個(gè)導(dǎo)通面積就造成局部過(guò)熱，使元件損壞。尤其電阻負(fù)載大電流通過(guò)時(shí)，因阻抗小， di/dt問(wèn)題更為突出，必須串聯(lián)電感以限制在允許值之內(nèi)。6、換向電壓上升率du/dt雙向晶閘管中積蓄載流子，在高速反向電壓下，引起位移電流，極易造成誤觸發(fā)，雙向晶閘管只能承受很小的du/dt值。在帶電感負(fù)載時(shí)更要采取措施防止電壓上升率沖擊。三、雙向晶閘管雙向晶閘管特性參數(shù)：7、浪涌電流指對(duì)全波的過(guò)載值，因?yàn)殡p向晶閘管浪涌電流作用時(shí)間比普通晶閘

7、管長(zhǎng)一倍，浪涌電流倍數(shù)也為普通晶閘管的一半。為了增加承受浪涌能力，出廠時(shí)就必須安裝有效散熱面積，管芯與散熱器壓緊。三、雙向晶閘管（應(yīng)用）(1)過(guò)零觸發(fā)雙向晶閘管電子開(kāi)關(guān)三、雙向晶閘管（應(yīng)用）使用導(dǎo)則1、觸發(fā)方式的選擇無(wú)論哪種觸發(fā)方式，都要求有良好的前沿和一定的過(guò)驅(qū)動(dòng)倍數(shù)。2、感性負(fù)載由于電感電流的滯后現(xiàn)象，當(dāng)電感電流減少到零值時(shí)，反向電壓已增長(zhǎng)到相當(dāng)數(shù)量，只要雙向晶閘管一截止，這電壓就加到雙向晶閘管兩端， du/dt過(guò)大,要注意。換流困難，很少采用。3、電容負(fù)載由于電容電流的超前現(xiàn)象，當(dāng)電容電流變零阻斷時(shí)，恰巧電源電壓Um，而下一次導(dǎo)通觸發(fā)發(fā)生在2n時(shí)，雙向晶閘管上最高電壓達(dá)2Um，這顯然也不

8、利。電容負(fù)載時(shí)晶閘耐壓必須是電阻負(fù)載時(shí)兩倍才夠。三、雙向晶閘管（應(yīng)用）(2)單相反并聯(lián)交流調(diào)壓電路 該電路采用了KC05移相觸發(fā)器，其內(nèi)部由同步檢測(cè)電路、鋸齒波形成電路、比較環(huán)節(jié)、脈沖形成及放大環(huán)節(jié)構(gòu)成。調(diào)節(jié)電位器就可方便的控制交流輸出電壓的大小。四、全控型固態(tài)開(kāi)關(guān)全控型固態(tài)開(kāi)關(guān)1.半控型固態(tài)開(kāi)關(guān) 對(duì)于關(guān)斷時(shí)間要求不甚高的場(chǎng)合(10 ms以上)，同時(shí)需要考慮經(jīng)濟(jì)性時(shí)，可選用半控型固態(tài)開(kāi)關(guān)。 2.全控型固態(tài)開(kāi)關(guān) 重要負(fù)荷，容量大，而且對(duì)電能質(zhì)量的要求越來(lái)越高場(chǎng)合,需要研究具有更優(yōu)越性能的全控型固態(tài)開(kāi)關(guān)技術(shù)，以滿足用戶的要求。四、全控型固態(tài)開(kāi)關(guān)全控型固態(tài)開(kāi)關(guān)半控型和全控型固態(tài)開(kāi)關(guān)特性比較 #全控型

9、固態(tài)開(kāi)關(guān)動(dòng)作控制靈活，速 半控型固態(tài)開(kāi)關(guān)全控型固態(tài)開(kāi)關(guān) 度快，具有在微秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)投切電氣設(shè)備和大功率切換的能力。 核心器件sCR、容t小 IGBT等、容t大 #集開(kāi)關(guān)操作、多種保護(hù)、測(cè)量控 關(guān)斷時(shí)間10 ms 90 dB 20 GHz 對(duì)所有射頻端口的ESD或超額功率保護(hù) 集成的TTL/5V CMOS兼容驅(qū)動(dòng)六、市場(chǎng)上新型的固態(tài)開(kāi)關(guān)六、市場(chǎng)上新型的固態(tài)開(kāi)關(guān)（2）美國(guó)聯(lián)合電器控制公司(UE)發(fā)布新型電子開(kāi)關(guān) 美國(guó)聯(lián)合電器控制公司于11月發(fā)布新的電子開(kāi)關(guān)產(chǎn)品線。在屢獲各大權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)可的ONE系列2線制電子壓力開(kāi)關(guān)的基礎(chǔ)上，加入了離散輸入供電型號(hào)，與4-20mA信號(hào)線環(huán)路供電的型號(hào)（就象2線制

10、變送器直接從PLC或DCS供電一樣）以及差壓型號(hào)。六、市場(chǎng)上新型的固態(tài)開(kāi)關(guān)六、市場(chǎng)上新型的固態(tài)開(kāi)關(guān) 壓力開(kāi)關(guān) 差壓開(kāi)關(guān) 溫度開(kāi)關(guān) 六、市場(chǎng)上新型的固態(tài)開(kāi)關(guān)六、市場(chǎng)上新型的固態(tài)開(kāi)關(guān) 詳細(xì)參數(shù)： 精度：滿量程0.5%（在正常情況下） 重復(fù)性：滿量程0.1% 環(huán)境溫度：2W2D，2W3A，2WLP：-40 85 4W3A：-40 70 溫度漂移：300ppm/ 開(kāi)關(guān)響應(yīng)時(shí)間：50mS 顯示響應(yīng)時(shí)間：400mS 繼電器延遲：250 mS到2S間（2倍步進(jìn)） 診斷（IAW）：開(kāi)關(guān)錯(cuò)誤，處理器錯(cuò)誤，過(guò)載和超量程，供電超限，鍵盤短路. 輸出狀態(tài)：2種狀態(tài)或3種狀態(tài)可選 模擬量輸出：4-20mA輸出，最大700ohms24VDC.六、市場(chǎng)上新型的固態(tài)