新型低壓控制電器中電子元件的應(yīng)用

劉燕

摘 要：常用新型新型電子式無觸點低壓電器有接近開關(guān)、溫度繼電器、固態(tài)繼電器和光電繼電器。其中固態(tài)繼電器（SSR）是近年發(fā)展起來的一種新型電子繼電器，具有開關(guān)速度快、工作頻率高、質(zhì)量輕、使用壽命長、噪聲低和動作可靠等一系列優(yōu)點，其中的電子元件光耦合器、光敏晶體管、晶體管、晶閘管、雙向晶閘管等都起到重要作用。目前新型電子式無觸點低壓電器產(chǎn)品有電子式穩(wěn)壓器（數(shù)控?zé)o觸點式）和DETSC低壓動態(tài)無功補償裝置。新型低壓控制電器存在問題有低壓斷路器進線方向與斷流容量問題，新型電力穩(wěn)壓器的觸發(fā)驅(qū)動問題和晶閘管阻斷問題。

關(guān)鍵詞：新型電子式無觸點低壓電器 新型產(chǎn)品 技術(shù)特點 存在問題 解決措施

中圖分類號：TN60

文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）08（a）-0040-03

Abstract： The new electronic contactless low-voltage relays are proximity switches， temperature relays， solid-state relays and photoelectric relays. Solid state relay （SSR） is a new type of electronic relay developed in recent years. It has a series of advantages， such as fast switching speed， high operating frequency， light weight， long service life， low noise and reliable operation. Among them， electronic components such as optical coupler， photosensitive transistor， transistor， thyristor， bidirectional thyristor， etc. Both play an important role. At present， the new electronic contactless low-voltage electrical products include electronic regulator （NC contactless） and DETSC low-voltage dynamic reactive power compensation device. There are some problems in the new type of low-voltage control apparatus， such as the direction of low-voltage circuit breaker feeding and the capacity of breaking current， the trigger driving problem of the new type of power regulator and the thyristor blocking problem.

Key Words： New electronic contactless low voltage apparatus； New product； Technical characteristics； Existing problems； Solutions

低壓控制電器按有無觸點可分為有觸點電器和無觸點電器。有觸點電器利用觸點閉合與斷開來接通或斷開電路，以達到控制目的。隨著開關(guān)速度的加快，依靠機械動作的電器觸點有的難以滿足控制要求。隨著微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，人們應(yīng)用電子元件組成各種新型低壓控制電器，可以克服有觸點電器的一系列缺點。

有觸點低壓電器的固有缺點：因機械磨損、觸點的電損耗、觸點分合時的顫動產(chǎn)生電弧等原因較容易損壞，開關(guān)動作不可靠。隨著微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，人們應(yīng)用電子元件組成各種新型低壓控制電器。無觸點電器其作用大體上與有觸點電器——接觸器、起動器、開關(guān)、控制臺相同，并且大部分是控制臺。因為采用半導(dǎo)體器件，不需增大外形尺寸，就可顯著增加它的功能。無觸點電器起動和再生發(fā)電制動平滑，操作頻率高（達1600次/h），控制功率小。顯著提高了使用壽命，而且?guī)缀醪恍杈S護，可以減少維修工作量。

1 常用的新型電子式無觸點低壓電器

1.1 固態(tài)繼電器（SSR）電路原理

常用的新型電子式無觸點低壓電器有無觸點位置開關(guān)（LXJO型，原理圖如圖1所示）、光電繼電器（JG-D型如圖2所示）、溫度繼電器（如圖3所示）和固態(tài)繼電器（JGD系列，如圖4所示）。其中固態(tài)繼電器（SSR）是近年發(fā)展起來的一種新型電子繼電器，具有開關(guān)速度快、工作頻率高、質(zhì)量輕、使用壽命長、噪聲低和動作可靠等一系列優(yōu)點，不僅在許多自動化裝置中代替了常規(guī)電磁式繼電器，而且廣泛應(yīng)用于數(shù)字程控裝置、調(diào)溫裝置、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及計算機I/0接口電路。固態(tài)繼電器按其負載類型分類，可分為直流型（DC-SSR）和交流型（AC-SSR）。常用的JGD系列多功能交流固態(tài)繼電器工作原理如圖4所示。當(dāng)無信號輸人時，光耦合器中的光敏晶體管截止，晶體管VT1飽和導(dǎo)通，晶閘管VT2截止，晶體管VT1經(jīng)橋式整流電路引人的電流很小，不足以使雙向晶閘管VT3導(dǎo)通。

有信號輸入時，光耦合器中的光敏晶體管導(dǎo)通，當(dāng)交流負載電源電壓接近零點時，電壓值較低，經(jīng)過VD1～VD4整流，R3和R4上分壓不足以使晶體管VTI導(dǎo)通。而整流電壓經(jīng)過R5為晶閘管VT2提供了觸發(fā)電流，故VT2導(dǎo)通。這種狀態(tài)相當(dāng)于短路，電流很大，只要達到雙向晶閘管VT3的導(dǎo)通值，VT3便導(dǎo)通。VT3一旦導(dǎo)通，不管輸入信號存在與否，只有當(dāng)電流過零才能恢復(fù)關(guān)斷。電阻R7和電容C1組成浪涌抑制器。

1.2 JDG型多功能固態(tài)繼電器選用

JDG型多功能固態(tài)繼電器按輸出額定電流劃分共有4種規(guī)格，即IA、5A、10A、20A，電壓均為220V，選擇時應(yīng)根據(jù)負載電流確定規(guī)格。

（1）電阻型負載，如電阻絲負載，其沖擊電流較小，按額定電流80%選用。

（2）冷阻型負載，如冷光鹵鎢燈、電容負載等，浪涌電流比工作電流高幾倍，一般按額定電流的50%～30%選用。

（3）電感性負載，其瞬變電壓及電流均較高，額定電流要按冷阻性選用。

1.3 固態(tài)繼電器使用注意事項

固態(tài)繼電器用于控制直流電動機時，應(yīng)在負載兩端接人二極管，以阻斷反電勢。控制交流負載時，則必須估計過電壓沖擊的程度，并采取相應(yīng)保護措施（如加裝RC吸收電路或壓敏電阻等）。當(dāng)控制電感性負載時，固態(tài)繼電器的兩端還需加壓敏電阻。

2 新型電子式無觸點低壓電器的新技術(shù)

目前應(yīng)用較多的新型電子式無觸點低壓電器產(chǎn)品有電子式穩(wěn)壓器（數(shù)控?zé)o觸點式）和DETSC低壓動態(tài)無功補償裝置。

2.1 電子式穩(wěn)壓器（數(shù)控?zé)o觸點式）

該電器為多年研發(fā)出來的新一代高性能的快速穩(wěn)壓設(shè)備。它采用最新DSP運算計量芯片控制技術(shù)、快速交流采樣技術(shù)、有效值校正技術(shù)、電流過零切換技術(shù)和快速補償穩(wěn)壓技術(shù)，將智能儀表、快速穩(wěn)壓和故障診斷結(jié)合在一起，使產(chǎn)品安全、高效、精密。廣泛應(yīng)用于工業(yè)、企業(yè)、交通、郵電、國防、鐵路、銀行、科研等領(lǐng)域的大型機電設(shè)備、金屬加工設(shè)備、生產(chǎn)流水線、電梯、刺繡輕紡設(shè)備、空調(diào)、廣播電視、家用電器及大樓照明等需要穩(wěn)定電壓的用電設(shè)備（如圖5所示）。穩(wěn)壓精度高±1%，反應(yīng)速度快。穩(wěn)壓速度為10ms以內(nèi)完成，對任何電腦自動化、設(shè)備及儀器，不產(chǎn)生電壓變化影響。可在100%額定負載條件下連續(xù)使用，且可承受10ms10倍電流，1min3倍電流而不損壞本機。電壓三相380V或單相220V。

2.2 DETSC低壓動態(tài)無功補償裝置

DETSC系列低壓可控硅無功補償裝置（如圖6所示）是一種動態(tài)跟蹤補償?shù)男滦碗娮邮綗o觸點可控硅電容投切裝置，利用大功率晶閘管組成低壓雙向可控硅交流無觸點開關(guān)，可實現(xiàn)對多級電容器組的快速過零投切。在TSC裝置電容器支持中串聯(lián)適當(dāng)?shù)碾姼校捎行Х乐怪C波放大、吸收部分諧波電流，起到諧波抑制的作用。同時該裝置采用三相獨立的控制技術(shù)，能有效解決三相不平衡沖擊負荷無功補償?shù)募夹g(shù)難題，裝置響應(yīng)時間小于20ms，功率因數(shù)補償至0.9以上，是無功補償領(lǐng)域中的升級換代裝置。采用雙向反并聯(lián)晶閘管，可實現(xiàn)無觸點電子開關(guān)，延長開關(guān)使用壽命。實現(xiàn)過零投切、無沖擊、無涌流和過壓。投切速度快，響應(yīng)時間小于20ms。模塊化設(shè)計，安裝、維修方便。該產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于冶金、化工、機械制造、軌道交通、礦山、港運、大型文體場館、商業(yè)住宅等行業(yè)。可有效解決該電力系統(tǒng)功率因數(shù)低、存在諧波、負載波動頻繁、無功沖擊大、系統(tǒng)三相不平衡運行等電能質(zhì)量問題，提升電力系統(tǒng)運行效率。主要技術(shù)特點如下。

（1）采用雙向反并聯(lián)晶閘管，可實現(xiàn)無觸點電子開關(guān)，延長開關(guān)使用壽命。

（2）實現(xiàn)過零投切，無沖擊，無涌流和過壓。

（3）可對三相平衡電網(wǎng)進行三相共補及三相不平衡負荷電網(wǎng)分相補償。

（4）全數(shù)字化控制，實時檢測并計算無功功率量。

（5） 投切速度快，t<20ms。

（6）在規(guī)定的動態(tài)響應(yīng)時間內(nèi)，多級補償一次到位補償后功率因數(shù)大于0.90。

（7）快速熔斷器過流保護與報警。

（8）在外部故障或停電時自動退出，送電后自動恢復(fù)運行。

3 新型低壓控制電器存在問題及解決措施

3.1 其他常用新型低壓控制電器使用注意事項

（1）使用無觸點位置開關(guān)時，應(yīng)注意選配合適的有觸點繼電器作為輸出器，同時應(yīng)注意溫度對其定位精度的影響。

（2）溫度繼電器可通過調(diào)整電位器RP1的電阻值來實現(xiàn)對不同溫度的控制。

（3）光電繼電器安裝、使用時，應(yīng)避免振動及陽光、燈光等其他光線的干擾。

3.2 新型電力穩(wěn)壓器技術(shù)問題

3.2.1 觸發(fā)驅(qū)動問題

晶閘管作為電流控制器件，當(dāng)觸發(fā)脈沖的持續(xù)時間較短時，脈沖幅度必須相應(yīng)增加。同時，脈沖寬度也取決于陽極電流達到擎住電流的時間。在本系統(tǒng)中，由于感性負載的存在，陽極電流上升率較低，若不施加較強的寬脈沖觸發(fā)，則晶閘管往往不能維持導(dǎo)通狀態(tài)。考慮負載是感性的，本系統(tǒng)采用電平觸發(fā)，其缺點是晶閘管損耗較大。

3.2.2 晶閘管阻斷問題

晶閘管是一種雪崩式器件，這種器件的導(dǎo)通是由于在中間集電結(jié)上載流子的成倍增加引起的，在應(yīng)用過程中，影響關(guān)斷時間的因素有結(jié)溫、通態(tài)電流及其下降率、反向恢復(fù)電流下降率、反向電壓及正向dv/dt值等。其中以結(jié)溫及反向電壓影響最大。結(jié)溫愈高，關(guān)斷時間愈長；反壓越高，關(guān)斷時間愈短。系統(tǒng)中，由于感性負載的存在，在換流過程中，電感兩端會產(chǎn)生很高的反電動勢，這個異常電壓加在晶閘管兩端，容易引起晶閘管損壞。為防止這種情況，通常應(yīng)采用浪涌電壓吸收電路。

4 結(jié)語

本文重點論述了常用的新型電子式無觸點低壓電器的電路原理、選用和使用注意事項；新型電子式無觸點低壓電器產(chǎn)品電子式穩(wěn)壓器（數(shù)控?zé)o觸點式）和DETSC低壓動態(tài)無功補償裝置的技術(shù)指標(biāo)和使用場所；新型低壓控制電器存在問題及解決措施3個內(nèi)容。隨著科技的不斷發(fā)展，生產(chǎn)工藝要求高、穩(wěn)定性強的電子元件的研發(fā)，低壓電器的產(chǎn)品朝著集成化、智能化方向發(fā)展，將不斷地使我國新型無觸點低壓控制電器得到完善和提升。

參考文獻

[1] 何瑞華.我國新一代低壓電器發(fā)展與展望[J].低壓電器，2012（1）：1-5.

[2] 樓曉春，陳歲生.TSC低壓動態(tài)無功補償裝置的設(shè)計與應(yīng)用[J].煤礦機械，2008，29（17）：168-169.

[3] 羅永昌.基于DSP的TSC型低壓動態(tài)無功補償裝置的研制[D].西安交通大學(xué)，2004.

[4] 苗金堂，陳煊之，陳明，等.無觸點補償式大功率交流穩(wěn)壓器設(shè)計[J].電工電氣，2015（12）：9-12.

[5] 周永武.淺談我國低壓電器現(xiàn)狀和存在問題[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2013（18）：1.

[6] 陳德桂.開關(guān)電器電子化與智能化近期發(fā)展動態(tài)[D].西安交通大學(xué)，2004.

[7] 王賢長，賀建新.新型無觸點補償式電力穩(wěn)壓器[J].電世界，2003，44（9）：16.

[8] 岳優(yōu)杰，楊春麗.新型電力穩(wěn)壓器的幾個技術(shù)問題[J].圖書情報導(dǎo)刊，2002，12（5）：185-186.