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总线固态开关
英文名《Bus Static Power Switches》简称B-SPS,由长命晶闸管模块、光电数字触发器、过电压保护器构成,是“晶闸管+触发保护电路板”和“固态继电器+中间继电器+接触器”的更新换代产品;用户无须制作电路板;淘汰有触点电器、可频繁通/断电、通/断电时刻精确、全过程正弦波、无火花电弧、且耐用、无故障免维修,是国家技术创新重点项目。
它“过零触发”,在电压过零时刻才允许被控制电流(≥5mA)触发导通,其他时刻不被触发,显著减少误触发概率;半周波通/断电,全过程电压电流正弦波,无火花电弧,不会引起电火花严重电磁干扰。
它可直接挂上单片机、可编程序控制器PLC等,直接驱动电气设备智能运行。它可作通/断电开关、调功调压、多管轮流导通扩大电流而无须均流电路等多功能、变功能,由单片机软件设定。工程师只需设计好软件,无需制作电路板,节省大量时间又免除分立元件故障频繁的烦恼。
一、工作原理
总线固态开关原理电路见图1。它有二个控制端“-、+”,分别连接在单片机的I/O口、电源正极VCC上;I/O口挂在单片机片内总线上,从而总线固态开关就挂在单片机总线上。单片机有多少个I/O口(口数可以扩展),就可以挂多少块总线固态开关,由单片机统一指挥。它有二个功率端“1”和“23”,可把电力负载ZL与交流电力线“L1、L2”连接起来。这样便构成“单片机-总线固态开关-电力负载”智能运行机组。多台设备可通过多个B-SPS挂在同一个单片机上,协调运行。
单片机输出一个信号给某个I/O口,其对应的B-SPS的“-”端与电源负极VSS接通,产生控制电流If≥5mA,并且在交流电压Vac过零后依然保持5mA,见图2;则IC触发器导通,产生可控硅SCR门极电流Igt,可达到1A,足够触发SCR导通。一旦SCR导通,IC触发器就自然关断,门极触发电流Igt降为零,尽管此时控制电流If仍然存在。可控硅SCR触发时间不超过2μS,所以触发电流Igt需要持续的时间极短,尽管其数值达到1A;触发功耗极小。可控硅从交流线电压过零点开始触发导通直至电流为零而自然关断。电力负载ZL获得半个正弦波电流。单片机没信号输出,负载ZL断电。实现了半周波通/断电控制。
二、触发/关断方式
B-SPS又称“晶闸管过零电压混合模块”,其内部IC:仅在B-SPS功率端的交流电压Vac过零时刻,控制电流If才能触发SCR、功率端导通;导通时刻与交流电压过零时刻之误差小于0.6电度,见图2。其他时刻B-SPS不被误触发,抗干扰性强。B-SPS在全部工作期间,甚至在通/断电瞬间,电压电流都是正弦波,不引起设备异常振动和噪音,延长B-SPS工作寿命。B-SPS一旦触发,一直要导通到:流过它的电流降低到零而自然关断,因此不产生断电过电压。
(a)交流线电压Vac波形。(b)控制电流If波形。(c)负载二端电压Vzl波形。(d)负载电流Izl波形。
三、特点:
·具有长命晶闸管模块的优点,。
·采用DBC底板,耐用性指标承受冷热循环次数达标准的10倍,避免快速热老化击穿。
·内含瞬态衰减器,可承受4KV脉冲群、浪涌过电压,避免快速电老化击穿。浪涌和脉冲群抗扰度4级,适用“严酷”的工业环境,不干扰别的电脑,也不受外来电磁干扰。
·控制电路与主电路之间的隔离电压7KV。
1、通常固态继电器电流小,需要通过继电器、接触器驱动电气设备。接触器通/断电动作迟缓且有火花电弧,故障多寿命短。总线固态开关电流大,可直接驱动电气设备,省掉中间继电器和接触器,通/断电无火花电弧、达到快速、精确、频繁,无故障免维修、寿命长。这是任何有触点接触器望尘莫及的。
2、通常固态继电器所用的晶闸管的峰值电压仅1200V甚至800V,靠压敏电阻嵌位。而压敏电阻频繁击穿嵌位将加速劣化失效;又没有抗脉冲群过电压的能力,性难以达到3级、耐用性也差。而总线固态开关所用的晶闸管的峰值电压为1600V,模块内又有专门的过电压保护电路,可把浪涌过电压箝位在1250V以下,高温时也不超过1600V。福建省中心检验所检测:抗浪涌电压达到(IEC61000-4-5:1995的)4级,抗电快速脉冲群干扰度达到(IEC(IEC61000-4-4:1995的)4级,适用“严酷的工业环境”。
3、国内外绝大多数固态继电器采用“厚铜底板”,是代产品,耐用性指标低。总线固态开关采用“DBC底板”,国外封装,耐用性指标“承受冷热循环次数”比标准(IEC TC47或JB/T7826.1-1995)提高10倍,无故障工作寿命、性达到世界进水平。
4、用户无需设计制作、调试检修触发保护电路板,加上单片机就能用;可随意进行积木式组装分散分布,力争采用自然散热,省掉风扇及其保护电路,消除通风故障又缩小了体积。电流大、散热板面积小,仍须加风扇及通风故障保护电路。
四、使用方法
·建议外加瞬态衰减器,连接在1、2和2、3之间,每2~3年更新1次。
·它取代“2个晶闸管+瞬态过电压保护电路+触发电路+光电隔离+信号放大电路+继电器+接触器”,可作“无触点交流开关”,不受电磁干扰也不干扰其他微电脑、无火花无电弧,可用于易燃易爆场所,可满足频繁、快速、通/断电的要求,无故障工作寿命较接触器提高20~100倍,正确使用一辈子不坏。
·直接挂上单片机,直接驱动电气设备智能运行;接入/切出电阻、电容、电感;调节运行参数(温湿度、压力、负荷、电流、电压、功率、功率因数)等,精度达到半周波10mS。
总线固态开关B-SPS可取代“光偶+信号放大+继电器+接触器” | 图2 总线固态开关接线图 | |
图1a 传统(单片机和继电器接触器)控制电路 | 图1b 的(单片机和总线固态开关)控制电路 |
·对于三相负载,可用三个总线固态开关把电气设备连接到单片机上,如下图所示。
·总线固态开关的额定电流是指交流电流值。特别强调,晶闸管不允许过载,1秒钟也不行!总线固态开关的额定电流应为负载额定电流的2~3倍。一般而言,负载是电阻取2倍以上,其他3倍以上,电动机还要考虑启动电流倍数。
·外加过电流保护电路可以在电流超限时立即停止触发信号。但这也无法阻止可控硅继续导通至零电流为止,此种保护不。模块的过电流和短路保护用快速熔断器*。下图是3相B-SPS驱动电路。
五、安装要点:
1、模块底板与散热器之间的接触面一定要平整、光滑、清洁;如有毛刺、沙砾,可能刺伤底板造成电击穿。二接触面之间应垫上本公司的绝缘导热垫片(一次性使用);再用螺钉拧紧,太松散热差。
2、外接导线的端头应焊接铜鼻,通过铜鼻与模块功率端用螺钉连接;接触面之间涂导电膏,可显著增大导电接触面,避免接头过热。铜鼻镀银,连接孔Ф5~6为好。
3、安装尺寸见下图(100~360A):
六、产品型号
七、产品规格和技术数据
额定电压为400 VAC,不超过460 VAC。若瞬间交流电压超过460 VAC,过电压保护电路自动启动。福建省中心检验所检测:抗4KV浪涌电压。模块内部电路与底板之间绝缘电压为3000VAC。主要规格性能数据:
型号 | 额定电流Irms,A | 浪涌电流Itsm,A | 控制电压,V | 控制电阻R Ω | 控制电流 典型值mA | |
典型值 | 值 | |||||
MTX100-16CM-B05 | 100 | 520 | 05 | 12 | (390)330 | (5.1)6 |
-B10 | 10(12) | 1.2(1.5)K | 6.8 | |||
-B24 | 24 | 1000 | 3.9K | 5.4 | ||
MTX160-16CM-B05 | 160 | 1150 | 05 | 12 | 390 | 5.1 |
-B10 | 10(12) | 1.2(1.5)K | 5.8 | |||
-B24 | 24 | 1000 | 3.9K | 5.4 | ||
MTX200-16CM-B05 | 200 | 1500 | 05 | 12 | 390 | 5.1 |
-B10 | 10(12) | 1.2(1.5)K | 6.8 | |||
-B24 | 24 | 1000 | 3.9K | 5.4 | ||
MTX260-16CM-B05 | 260 | 2150 | 05 | 12 | 390 | 5.1 |
-B10 | 10(12) | 1.2(1.5)K | 6.8 | |||
-B24 | 24 | 1000 | 3.9K | 5.4 | ||
MTX300-16CM-B05 | 300 | 2200 | 05 | 12 | 390 | 5.1 |
-B10 | 10(12) | 1.2(1.5)K | 6.8 | |||
-B24 | 24 | 1000 | 3.9K | 5.4 | ||
MTX360-16CM-B05 | 360 | 2250 | 05 | 12 | 390 | 5.1 |
-B10 | 10(12) | 1.2(1.5)K | 6.8 | |||
-B24 | 24 | 1000 | 3.9K | 5.4 |
注:(1)控制端加上的直流电压应低于“值”。专家建议:控制电压采用“典型值”,则电流为表列值。控制电流为5~10mA,允许值为5~60 mA。BSPS有3种直流控制电压5、10、24VDC,任选;也可自定,但是控制电流应≥5mA为好。
(2)交流电路中,模块内部RC过电压保护电路有电流流过。但是这电流不是可控硅的关态电流。在直流电路中,RC没有电流流过;模块的关态电流才是可控硅的关态电流,仅0.1mA。只有标准的1/200。