同步開關的發展歷史
同步開關(或選相開關 )與現在常用的復合開關相比較,省略了與磁保持繼電器接點並聯的晶閘管組件,於是結構簡化,成本降低,又避免了晶閘管組件所容易出現的故障,因此可靠性大大提高。
低壓電容器投切開關的應用經歷了壹個由簡單粗獷到理性精細的發展過程: 仔細分析研究交流接觸器和可控矽開關的各自優缺點,我們發現如果把二者巧妙地結合起來、優勢互補,即發揮接觸器運行功耗小的優點,又可實現晶閘管開關過零投切的功能,便可以做出壹個較為理想的投切元件,這就是復合開關研發的基本思路。這種投切開關同時具備了交流接觸器和電力電子投切開關二者的優點,不但抑制了湧流、避免了拉弧,而且晶閘管功耗明顯降低,不再需要配備笨重的散熱器和冷卻風扇。把二者結合起來的關鍵是兩元件間的時序配合必須默契,可控矽開關負責控制電容器的投入和切除,交流接觸器負責保持電容器投入後的接通,當接觸器投入後可控矽開關就立即退出運行,這樣就避免了晶閘管元件的損耗發熱。這種看似很理想的復合開關在2002 年全國僅有幾家企業可以研發生產,現在生產廠家已增加到數十家。目前的復合開關雖然外型結構和電路有所不同,但內在原理基本相同:用小型三端封裝的可控矽作為電容器的投切單元,用大功率永磁式磁保持繼電器代替交流接觸器負責保持電容器投入後電路的導通,其過零檢測元件是壹粒電壓過零型光耦雙向晶閘管。從原理上看,復合開關是壹種理想的投切元件,但實際上並非如此,它還存在著壹些缺陷:
(1)小型三端(TOP)封裝晶閘管由於結構性原因,目前其短時通流容量不能做得很低(低於60A ),反向耐壓壹般也只能達到1600V 左右,這就限制了它的應用範圍。經仿真和計算得到在38OV 的系統電壓下,電容器理想開斷時的穩態過電壓就可能達到1600V ,當系統電壓高於380V (這是常有的情況)或非理想開斷時的暫態過電壓就可能遠大於晶閘管的反向耐壓(1600V) ,眾所周知晶閘管是壹種對熱和電沖擊很敏感的半導體元件,壹旦出現沖擊電流或電壓超過其容許值,就會立即造成損壞,而且這種損壞是永久性的。實際運行情況也已經表明復合開關的故障率相當高。
(2)由於采用了晶閘管等結構復雜的電子元器件,成本隨之上升,與交流接觸器低廉的價格難以相比。
(3)復合開關的過零是由電壓過零型光耦檢測控制的,從微觀上看它並不是真正意義上的過零投切,而是在觸發電壓低於16V~40V 時(相當於2~5度電角度)導通,仍有壹定的湧流。
(4)復合開關技術既使用可控矽又使用繼電器,結構就變得相當復雜,而且由於晶閘管對dv/dt的敏感性也導致其比較容易損壞。
由上述分析比較可見,目前使用於低壓補償裝中的各種投切開關都不是十分完美的,有必要進壹步研究開發壹種更為理想的電容器過零投切開關。 同步開關是近年來發展起來的壹種新型專用無功補償電容器投切開關,是傳統的機械開關與現代微電子技術的完美結合產物。它吸收了交流接觸器控制結構簡單,復合開關零電壓投入、零電流切除等優點,成功地將投入、切除產生的瞬間湧流控制在額定運行電流的3倍以內,完美地解決了在電容器投切過程中出現的高電壓諧波和大湧流等問題。
同步開關不再使用晶閘管元件,而是以單片機為核心,輔以高精度的采樣回路和合理的程序設計替換了復合開關中最易損壞的晶閘管元件,不僅避免了因晶閘管組件的存在所容易出現的故障,還將選相精度從原來復合開關的2~5電度角提高到1電度角,在壹定意義上的做到了無湧流,實現了較為理想的過零投切;而且為了更進壹步抑制電容器投切開關開斷時的暫態過電壓,同步開關還增設了有效的放電回路,將過電壓限定在安全區以內,使其能安全可靠的頻繁投切。
同步開關應用了單片機技術,不僅能通過RS485通訊控制方式對多至64路電容器進行控制,還具備通訊功能,可將基層單位的電氣測量信息實時發送到上級電網,為發展智能化電網作好準備;同步開關還可以實現***補和分補,以適應用戶的不同需求;同步開關的驅動功耗僅有1-3W,最大限度的做到了節約能源。
同步開關不僅可以廣泛應用於低壓無功補償裝置,或作為在特殊場合下的開關元件使用,還特別適用於南方戶外夏天高溫潮濕(+60℃以上)、北方戶外低溫寒冷(-40℃以下)的惡劣環境下長期運行。
綜上所述,同步開關不僅大大提高了電容器投切開關的安全可靠性,還很節能環保、經濟耐用,是交流接觸器及復合開關理想的換代產品,專家普遍認為:同步開關必將替代復合開關和交流接觸器成為無功補償電容器投切開關的主流。