新型低壓控制電器中電子元件的應用

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、溫度繼電器、固態繼電器和光電繼電器。其中固態繼電器（SSR）是近年發展起來的一種新型電子繼電器，具有開關速度快、工作頻率高、質量輕、使用壽命長、噪聲低和動作可靠等一系列優點，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品有電子式穩壓器（數控無觸點式）和DETSC低壓動態無功補償裝置。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，新型電力穩壓器的觸發驅動問題和晶閘管阻斷問題。

關鍵詞：新型電子式無觸點低壓電器 新型產品 技術特點 存在問題 解決措施

中圖分類號：TN60

文獻標識碼：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、電力電子技術的不斷發展，人們應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生電弧等原因較容易損壞，開關動作不可靠。隨著微電子技術、電力電子技術的不斷發展，人們應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、控制臺相同，并且大部分是控制臺。因為采用半導體器件，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，而且幾乎不需維護，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（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）和固態繼電器（JGD系列，如圖4所示）。其中固態繼電器（SSR）是近年發展起來的一種新型電子繼電器，具有開關速度快、工作頻率高、質量輕、使用壽命長、噪聲低和動作可靠等一系列優點，不僅在許多自動化裝置中代替了常規電磁式繼電器，而且廣泛應用于數字程控裝置、調溫裝置、數據處理系統及計算機I/0接口電路。固態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繼電器工作原理如圖4所示。當無信號輸人時，光耦合器中的光敏晶體管截止，晶體管VT1飽和導通，晶閘管VT2截止，晶體管VT1經橋式整流電路引人的電流很小，不足以使雙向晶閘管VT3導通。

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

1.2 JDG型多功能固態繼電器選用

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

（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 固態繼電器使用注意事項

固態繼電器用于控制直流電動機時，應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，并采取相應保護措施（如加裝RC吸收電路或壓敏電阻等）。當控制電感性負載時，固態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

目前應用較多的新型電子式無觸點低壓電器產品有電子式穩壓器（數控無觸點式）和DETSC低壓動態無功補償裝置。

2.1 電子式穩壓器（數控無觸點式）

該電器為多年研發出來的新一代高性能的快速穩壓設備。它采用最新DSP運算計量芯片控制技術、快速交流采樣技術、有效值校正技術、電流過零切換技術和快速補償穩壓技術，將智能儀表、快速穩壓和故障診斷結合在一起，使產品安全、高效、精密。廣泛應用于工業、企業、交通、郵電、國防、鐵路、銀行、科研等領域的大型機電設備、金屬加工設備、生產流水線、電梯、刺繡輕紡設備、空調、廣播電視、家用電器及大樓照明等需要穩定電壓的用電設備（如圖5所示）。穩壓精度高±1%，反應速度快。穩壓速度為10ms以內完成，對任何電腦自動化、設備及儀器，不產生電壓變化影響。可在100%額定負載條件下連續使用，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）是一種動態跟蹤補償的新型電子式無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，可實現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適當的電感，可有效防止諧波放大、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，能有效解決三相不平衡沖擊負荷無功補償的技術難題，裝置響應時間小于20ms，功率因數補償至0.9以上，是無功補償領域中的升級換代裝置。采用雙向反并聯晶閘管，可實現無觸點電子開關，延長開關使用壽命。實現過零投切、無沖擊、無涌流和過壓。投切速度快，響應時間小于20ms。模塊化設計，安裝、維修方便。該產品廣泛應用于冶金、化工、機械制造、軌道交通、礦山、港運、大型文體場館、商業住宅等行業。可有效解決該電力系統功率因數低、存在諧波、負載波動頻繁、無功沖擊大、系統三相不平衡運行等電能質量問題，提升電力系統運行效率。主要技術特點如下。

（1）采用雙向反并聯晶閘管，可實現無觸點電子開關，延長開關使用壽命。

（2）實現過零投切，無沖擊，無涌流和過壓。

（3）可對三相平衡電網進行三相共補及三相不平衡負荷電網分相補償。

（4）全數字化控制，實時檢測并計算無功功率量。

（5） 投切速度快，t<20ms。

（6）在規定的動態響應時間內，多級補償一次到位補償后功率因數大于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時，應注意選配合適的有觸點繼電器作為輸出器，同時應注意溫度對其定位精度的影響。

（2）溫度繼電器可通過調整電位器RP1的電阻值來實現對不同溫度的控制。

（3）光電繼電器安裝、使用時，應避免振動及陽光、燈光等其他光線的干擾。

3.2 新型電力穩壓器技術問題

3.2.1 觸發驅動問題

晶閘管作為電流控制器件，當觸發脈沖的持續時間較短時，脈沖幅度必須相應增加。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，則晶閘管往往不能維持導通狀態。考慮負載是感性的，本系統采用電平觸發，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，這種器件的導通是由于在中間集電結上載流子的成倍增加引起的，在應用過程中，影響關斷時間的因素有結溫、通態電流及其下降率、反向恢復電流下降率、反向電壓及正向dv/dt值等。其中以結溫及反向電壓影響最大。結溫愈高，關斷時間愈長；反壓越高，關斷時間愈短。系統中，由于感性負載的存在，在換流過程中，電感兩端會產生很高的反電動勢，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，通常應采用浪涌電壓吸收電路。

4 結語

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品電子式穩壓器（數控無觸點式）和DETSC低壓動態無功補償裝置的技術指標和使用場所；新型低壓控制電器存在問題及解決措施3個內容。隨著科技的不斷發展，生產工藝要求高、穩定性強的電子元件的研發，低壓電器的產品朝著集成化、智能化方向發展，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。

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