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功率电感:在电机启动器和取暖系统中实现具有机械电子双重优点的继电器(一)

2015/5/12

  1.集固体技术和机电技术之大成

  在选择交流开关时,设计人员非常熟知机电开关和固体开关的优点和缺点。半导体开关即固体开关的响应速度快,通电时无电压反弹,断电时无火花,不会辐射电磁干扰(EMI),也不会缩短继电器的产品寿命。机电式开关的主要优点是导通损耗小,能够为2 A RMS以上的应用系统省去一个散热器,驱动线圈与电源接线端子之间的电隔离还节省了驱动可控制硅(SCR)整流管或三端双向晶闸管的光耦合器。

  第三个电源开关解决方案是将固体继电器和机电继电器并联,集两种继电器技术之大成,设计一个混合式继电器(HR)。是电机启动器所使用的混合继电器拓扑。图中的三相电机启动器只使用两个混合式继电器。如果两个继电器都被关断,只要负载没有连接零线,电机就会保持断态。

  如果负载连接零线,也可以在L1线上串联一个混合式继电器开关。

  -导通顺序:

  - 首先,三端双向晶闸管导通(如果电流更大,应改用两个反极性并联的可控硅整流管),这准许负载零压导通;

  - 然后,继电器在一个或几个交流电周期后导通。继电器的导通电压极低(通常是在1-2V之间,是双向晶闸管的电压降);

  - 后,应在继电器线圈电感上电至少1至2个周期后撤消双向晶闸管栅电流,为继电器在双向晶闸管关断前开始运行提供充足的时间。因此,在稳态过程中负载电流只流经机电继电器。

  -关断顺序:

  - 首先,三端双向晶闸管导通。当继电器处于通态时,负载电流主要是通过机电继电器送到电机。。

  - 然后,继电器在几毫秒后关断。继电器的关断电压极低,类似于继电器导通操作。因此,火花期被缩短。

  - 后,应在继电器线圈掉电至少1至2个周期后撤消双向晶闸管栅电流,双向晶闸管关断,混合式继电器在零电流时关断。

  在近乎零压时关断机电式继电器的设计方法可将继电器寿命延长10倍,如果开关操作是直流电流或电压,继电器的寿命延长不只是10倍,可能更高。

  重要的是,因为RoHS行业法规(2002/95/EC)将于2016年7月起禁用镉物质,触点防锈和触点焊接工艺使用的银氧化镉可能会被Ag-ZnO或Ag-SnO2替代,在这种情况下,除非使用更大的触点,否则触点寿命将会缩短。

  零压导通还准许使用容性负载降低涌流,例如,电子镇流器和内置补偿电容或逆变器的荧光灯管。零压导通还有助于延长电容的生命周期,避免交流电压波动。

  此外,固体继电器准许电机实现渐进式软件启动或启停。平顺的加速或减速将会降低机械系统磨损,避免电泵、风机、电动工具、空气压缩机等设备损伤。例如,运输管道中的水锤现象将会消失,货物传送带可避免V型皮带打滑和抖动。

  混合式继电器在4-15 kW的电机应用中十分常见,不过也可用于高250 kW的电机应用系统。

  混合式继电器还用于电暖气等取暖产品,加热功率或室温/水温的设定通常由脉冲串控制器来完成。脉冲串或周期跳跃式控制原理的实质是使负载保持N个周期的通态和K个周期的断态,“N/K”比负责定义加热功率,类似于脉冲调制控制技术中的占空比。这里的控制频率小于25-30 Hz,但是,相对于取暖系统的时间常量,这个速度已经够用。

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梁先生07:51:59
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