新型低压控制电器中电子元件的应用

刘燕

摘 要：常用新型新型电子式无触点低压电器有接近开关、温度继电器、固态继电器和光电继电器。其中固态继电器（SSR）是近年发展起来的一种新型电子继电器，具有开关速度快、工作频率高、质量轻、使用寿命长、噪声低和动作可靠等一系列优点，其中的电子元件光耦合器、光敏晶体管、晶体管、晶闸管、双向晶闸管等都起到重要作用。目前新型电子式无触点低压电器产品有电子式稳压器（数控无触点式）和DETSC低压动态无功补偿装置。新型低压控制电器存在问题有低压断路器进线方向与断流容量问题，新型电力稳压器的触发驱动问题和晶闸管阻断问题。

关键词：新型电子式无触点低压电器 新型产品 技术特点 存在问题 解决措施

中图分类号：TN60

文献标识码：A 文章编号：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

低壓控制电器按有无触点可分为有触点电器和无触点电器。有触点电器利用触点闭合与断开来接通或断开电路，以达到控制目的。随着开关速度的加快，依靠机械动作的电器触点有的难以满足控制要求。随着微电子技术、电力电子技术的不断发展，人们应用电子元件组成各种新型低压控制电器，可以克服有触点电器的一系列缺点。

有触点低压电器的固有缺点：因机械磨损、触点的电损耗、触点分合时的颤动产生电弧等原因较容易损坏，开关动作不可靠。随着微电子技术、电力电子技术的不断发展，人们应用电子元件组成各种新型低压控制电器。无触点电器其作用大体上与有触点电器——接触器、起动器、开关、控制台相同，并且大部分是控制台。因为采用半导体器件，不需增大外形尺寸，就可显著增加它的功能。无触点电器起动和再生发电制动平滑，操作频率高（达1600次/h），控制功率小。显著提高了使用寿命，而且几乎不需维护，可以减少维修工作量。

1 常用的新型电子式无触点低压电器

1.1 固态继电器（SSR）电路原理

常用的新型电子式无触点低压电器有无触点位置开关（LXJO型，原理图如图1所示）、光电继电器（JG-D型如图2所示）、温度继电器（如图3所示）和固态继电器（JGD系列，如图4所示）。其中固态继电器（SSR）是近年发展起来的一种新型电子继电器，具有开关速度快、工作频率高、质量轻、使用寿命长、噪声低和动作可靠等一系列优点，不仅在许多自动化装置中代替了常规电磁式继电器，而且广泛应用于数字程控装置、调温装置、数据处理系统及计算机I/0接口电路。固态继电器按其负载类型分类，可分为直流型（DC-SSR）和交流型（AC-SSR）。常用的JGD系列多功能交流固态继电器工作原理如图4所示。当无信号输人时，光耦合器中的光敏晶体管截止，晶体管VT1饱和导通，晶闸管VT2截止，晶体管VT1经桥式整流电路引人的电流很小，不足以使双向晶闸管VT3导通。

有信号输入时，光耦合器中的光敏晶体管导通，当交流负载电源电压接近零点时，电压值较低，经过VD1～VD4整流，R3和R4上分压不足以使晶体管VTI导通。而整流电压经过R5为晶闸管VT2提供了触发电流，故VT2导通。这种状态相当于短路，电流很大，只要达到双向晶闸管VT3的导通值，VT3便导通。VT3一旦导通，不管输入信号存在与否，只有当电流过零才能恢复关断。电阻R7和电容C1组成浪涌抑制器。

1.2 JDG型多功能固态继电器选用

JDG型多功能固态继电器按输出额定电流划分共有4种规格，即IA、5A、10A、20A，电压均为220V，选择时应根据负载电流确定规格。

（1）电阻型负载，如电阻丝负载，其冲击电流较小，按额定电流80%选用。

（2）冷阻型负载，如冷光卤钨灯、电容负载等，浪涌电流比工作电流高几倍，一般按额定电流的50%～30%选用。

（3）电感性负载，其瞬变电压及电流均较高，额定电流要按冷阻性选用。

1.3 固态继电器使用注意事项

固态继电器用于控制直流电动机时，应在负载两端接人二极管，以阻断反电势。控制交流负载时，则必须估计过电压冲击的程度，并采取相应保护措施（如加装RC吸收电路或压敏电阻等）。当控制电感性负载时，固态继电器的两端还需加压敏电阻。

2 新型电子式无触点低压电器的新技术

目前应用较多的新型电子式无触点低压电器产品有电子式稳压器（数控无触点式）和DETSC低压动态无功补偿装置。

2.1 电子式稳压器（数控无触点式）

该电器为多年研发出来的新一代高性能的快速稳压设备。它采用最新DSP运算计量芯片控制技术、快速交流采样技术、有效值校正技术、电流过零切换技术和快速补偿稳压技术，将智能仪表、快速稳压和故障诊断结合在一起，使产品安全、高效、精密。广泛应用于工业、企业、交通、邮电、国防、铁路、银行、科研等领域的大型机电设备、金属加工设备、生产流水线、电梯、刺绣轻纺设备、空调、广播电视、家用电器及大楼照明等需要稳定电压的用电设备（如图5所示）。稳压精度高±1%，反应速度快。稳压速度为10ms以内完成，对任何电脑自动化、设备及仪器，不产生电压变化影响。可在100%额定负载条件下连续使用，且可承受10ms10倍电流，1min3倍电流而不损坏本机。电压三相380V或单相220V。

2.2 DETSC低压动态无功补偿装置

DETSC系列低压可控硅无功补偿装置（如图6所示）是一种动态跟踪补偿的新型电子式无触点可控硅电容投切装置，利用大功率晶闸管组成低压双向可控硅交流无触点开关，可实现对多级电容器组的快速过零投切。在TSC装置电容器支持中串联适当的电感，可有效防止谐波放大、吸收部分谐波电流，起到谐波抑制的作用。同时该装置采用三相独立的控制技术，能有效解决三相不平衡冲击负荷无功补偿的技术难题，装置响应时间小于20ms，功率因数补偿至0.9以上，是无功补偿领域中的升级换代装置。采用双向反并联晶闸管，可实现无触点电子开关，延长开关使用寿命。实现过零投切、无冲击、无涌流和过压。投切速度快，响应时间小于20ms。模块化设计，安装、维修方便。该产品广泛应用于冶金、化工、机械制造、轨道交通、矿山、港运、大型文体场馆、商业住宅等行业。可有效解决该电力系统功率因数低、存在谐波、负载波动频繁、无功冲击大、系统三相不平衡运行等电能质量问题，提升电力系统运行效率。主要技术特点如下。

（1）采用双向反并联晶闸管，可实现无触点电子开关，延长开关使用寿命。

（2）实现过零投切，无冲击，无涌流和过压。

（3）可对三相平衡电网进行三相共补及三相不平衡负荷电网分相补偿。

（4）全数字化控制，实时检测并计算无功功率量。

（5） 投切速度快，t<20ms。

（6）在规定的动态响应时间内，多级补偿一次到位补偿后功率因數大于0.90。

（7）快速熔断器过流保护与报警。

（8）在外部故障或停电时自动退出，送电后自动恢复运行。

3 新型低压控制电器存在问题及解决措施

3.1 其他常用新型低压控制电器使用注意事项

（1）使用无触点位置开关时，应注意选配合适的有触点继电器作为输出器，同时应注意温度对其定位精度的影响。

（2）温度继电器可通过调整电位器RP1的电阻值来实现对不同温度的控制。

（3）光电继电器安装、使用时，应避免振动及阳光、灯光等其他光线的干扰。

3.2 新型电力稳压器技术问题

3.2.1 触发驱动问题

晶闸管作为电流控制器件，当触发脉冲的持续时间较短时，脉冲幅度必须相应增加。同时，脉冲宽度也取决于阳极电流达到擎住电流的时间。在本系统中，由于感性负载的存在，阳极电流上升率较低，若不施加较强的宽脉冲触发，则晶闸管往往不能维持导通状态。考虑负载是感性的，本系统采用电平触发，其缺点是晶闸管损耗较大。

3.2.2 晶闸管阻断问题

晶闸管是一种雪崩式器件，这种器件的导通是由于在中间集电结上载流子的成倍增加引起的，在应用过程中，影响关断时间的因素有结温、通态电流及其下降率、反向恢复电流下降率、反向电压及正向dv/dt值等。其中以结温及反向电压影响最大。结温愈高，关断时间愈长；反压越高，关断时间愈短。系统中，由于感性负载的存在，在换流过程中，电感两端会产生很高的反电动势，这个异常电压加在晶闸管两端，容易引起晶闸管损坏。为防止这种情况，通常应采用浪涌电压吸收电路。

4 结语

本文重点论述了常用的新型电子式无触点低压电器的电路原理、选用和使用注意事项；新型电子式无触点低压电器产品电子式稳压器（数控无触点式）和DETSC低压动态无功补偿装置的技术指标和使用场所；新型低压控制电器存在问题及解决措施3个内容。随着科技的不断发展，生产工艺要求高、稳定性强的电子元件的研发，低压电器的产品朝着集成化、智能化方向发展，将不断地使我国新型无触点低压控制电器得到完善和提升。

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