带过零触发电路的晶闸管交流开关模块
    

吴济钧
西安电力电子技术研究所,陕西西安710061

    图3是交流开关模块简略结 构示意图。图中铜底板采用预弯技术,使其经 热焊后仍能很好地与散热器接触,从而大大减 少了模块的接触热阻。采用既绝缘又导热的DBC陶 瓷板,一方面使模块热阻降低,提高了它的载 流能力,另一方面使模块的主电极和控制电极 与铜底板之间有≥2500VRMS的绝缘耐压,因此可以 把几个交流开关模块同时安装在同一接地的散 热器上,使用方便、安全,大大缩小了装置的 体积。晶闸管芯片均采用进口的玻璃钝化方形 芯片,使模块电参数一致性好,可靠性高。模 块采用RTV硅橡胶、弹性硅凝胶和环氧树脂等多 重密封保护,使模块的气密性和耐潮湿性能提 高,从而使模块能长期稳定可靠地运行。
  过零触发电路做在一块多层的PCB板上,并安 置在功率器件的上面,电路板涂有RTV绝缘硅橡 胶,以提高板上高低压之间的绝缘性能。过零 触发电路采用先进的光耦合器件,内置集成的 过零检测电路,光电隔离技术使模块静态dv/dt能 力强,输入控制端与输出功率端之间的绝缘耐 压高达7.5kV,克服了以往触发方式易受电网电 压波动和电源波形畸变的影响,使输出波形为 正弦,波形无畸变,电磁干扰小、无噪音。触 发电路简单可靠,调整输入控制电路的输入电 阻值,可以适应不同输入电压(5V、12V、24V) 的要求,但输入控制电流必须控制在12mA左右, 可使触发器件的寿命成倍提高。
    交流开关模块与机械式开关相比, 具有体积小、重量轻、开关速度快、灵敏度高 、动作无噪音、防爆、无火花、寿命长、免维 护、耐振动、抗冲击、可靠性高等优点。因此 ,它已被广泛用于计算机的外围接口和装置上 ,用于恒温控制、交流电机控制、调功、电磁 阀控制、单相和三相交流无触点电力开关、数 控机械、遥控和各种工业自动化装置以及晶闸 管投切电容器型(TSC)静止无功补偿等场合, 这对解决机电一体化、小型化、自动化、抗干 扰、防爆等提供了可靠的器件物质基础。
    交流开关模块的主要技术参数见表1。

3过电流和过电压保护
    晶闸管交流开关模块的过电 压和过电流保护与分立晶闸管的保护方法一样 。模块过流保护可以采用外接快速熔断器,传感器和快速过流继电器等方法,但一般常用方 法是外接快速熔断器,图4是其接法。快熔的选 用原则是其额定电压应略大于电路的正常工作 电压,如380V电压选用500V的快熔;其额定电流 应按它所保护模块实际通过的电流IR(RMS)来选 配,而不是根据模块的标称额定电流值来选配 快速熔断器。
    模块过压保护一般采用阻容吸收和 压敏电阻并用方式。对于持续时间较短,能量 不大的过电压,一般采用在模块两端并联阻容 吸收电路的方法,吸收电容把过电压的电磁能 量变成静电能量存贮,吸收电阻除可防止电路 振荡外,还可限制晶闸管导通时电容放电产生 的开通损耗和di/dt值,其接线方式如图5所示。 并联在交流开关模块的RC值可参考表2所列数值 。对于持续时间较长,能量较大的过电压,如 雷击引起的过电压,将采用压敏电阻保护。其 接线方式如图6所示。在选取压敏电阻时,首先 要确定它的标称电压(V1mA)值,这是指压敏电 阻流过1mA电流时,它两端的电压。考虑到电网 波动以及安全系数,一般380V电源采用1000V,220 V电源采用630V的压敏电阻。而压敏电阻的通流 容量应大于电路实际浪涌电流值,一般为3~15 kA。

4散热器的选择
    交流开关模块在运行过程中 ,晶闸管芯片的结温将升高,为了使结温维持 在最高额定值125℃以下,必须用散热器。因此 ,散热条件的好坏,直接影响模块的安全、稳 定和可靠运行。目前,散热方法有水冷、风冷 (强迫和自然风冷)和热管冷却等。本文将简 要介绍风冷散热器的选择方法。交流开关模块 的主电路是由二个反并联晶闸管组成,如图7所 示。
    根据模块内单个晶闸管的通态平均 电流IT(AV),通态峰值电压VTM,模块接触热阻 RTHCH以及平均功率PT(AV)=0.85·VTM·IT(AV),即可 计算出散热器的热阻

式中:TC为壳温(即铜底板的温度);
          Ta为环境温 度。
若未知铜底板的最高温度TCmax则由


式中:Tjm为晶闸管的最高结温125℃;
          Rthjc为结到铜 底板的热阻。
求出散热器热阻RTHHA后,选定相应的散热器的型 号规格(常用有DXC—450、DXC—616、DXC—573等), 其热阻应比计算出的热阻小,即
    RTHHA(计算值)>RTHHA( 所选散热器的实际值)(3)
    若一个散热器上装有几个模块,则 将∑PT(AV)=n·PT(AV)代入式(3)求出∑RTHHA后 ,选定散热器。在计算过程中,IT(AV)值可根 据IT(AV)=·sinω tdωt,即IRMS≈2.22IT(AV)求出。按可选散热器的热 阻值(或散热器的热阻曲线)即可选得合适散 热器的长度。必要时,可采用在模块铜底板长 侧边几何中心打孔测温方法来核对所选散热器 长度的正确性。
5结语
    目前,晶闸管交流开关模块 的应用范围已很广泛,使用技术亦很成熟。常 州瑞华电力电子器件有限公司生产的带过零触 发电路交流开关模块已在交流电机软起动器, 各种工业加热、烘箱、烘房加热的自动功率调 节系统,钢厂轧机传送带、起重机等驱动系统 中大量使用,使整机的机械结构紧凑、简化、 体积缩小、重量减轻、可靠性提高。特别是将 交流开关模块用在TSC型静止无功补偿器以替代 机械式接触器后,不但可以实现免维护,省去 大量维修和更换工作量,而且可以在电源电压 过零时投入补偿电容量,从而避免了冲击电流 的产生和瞬间电网电压的波动,实现快速的无 功功率补偿。现在晶闸管交流开关模块已成为 机电一体化和工业自动化的基础元器件,必将 获得更大的发展。

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    收录时间:2013年09月19日 21:08:08 来源:jdzj.com 作者:匿名
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