受益于緊湊型晶閘管模塊的可靠耐用的軟起動器
| 摘 要 ：軟起動器已在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，市場上也出現(xiàn)了眾多軟起動器產(chǎn)品。本文介紹的新Sirius系列軟起動器有其特色，可供讀者參考。 英文摘 要 ：Soft-starter has been widely used in industries. There are many soft-starter products appearing in the market. The article introduces new series of Sirius soft-starter with special features which can be reference for readers. 關(guān)鍵詞： 半導(dǎo)體 軟起動 1 引言 在軟起動裝置中，半導(dǎo)體必須經(jīng)受很大的溫度波動，這就是為什么必須要有良好的負(fù)載循環(huán)能力。使用賽米控專門開發(fā)的晶閘管模塊，可以開發(fā)出滿足這種要求的、性價(jià)比很高的、超緊湊的軟起動器。 西門子自動化與驅(qū)動分部（A&D）選擇半導(dǎo)體制造商賽米控為其新一代軟起動器Sirius開發(fā)合適的晶閘管模塊。開發(fā)的結(jié)果是反并聯(lián)晶閘管模塊SEMiSTART: 由于采用了雙面芯片冷卻，該模塊熱阻只有常規(guī)模塊的一半，并且結(jié)構(gòu)非常緊湊。良好的冷卻性能意味著該模塊能在短時間內(nèi)承受更大的過載電流。此外，新模塊采用壓接技術(shù)，從而保證了高度的可靠性。 2 基于半導(dǎo)體的軟起動器 軟起動器用來在異步電動機(jī)的起動階段調(diào)節(jié)電機(jī)的供電電壓。 兩個反并聯(lián)晶閘管以串連的方式連接在電機(jī)繞組和電源之間。在加速至正常轉(zhuǎn)速（斜坡啟動）的過程中，通過相控的方式對電機(jī)繞組電壓進(jìn)行控制。通過控制晶閘管的導(dǎo)通角，來控制電機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩和起動電流。通過軟起動器還可以控制起動時間。 流經(jīng)半導(dǎo)體的電流會使其產(chǎn)生功耗，該功耗會使半導(dǎo)體的溫度升高，因此必須對其進(jìn)行冷卻。為了避免起動加速過程結(jié)束后半導(dǎo)體依舊消耗功率，我們采用一個機(jī)械開關(guān)進(jìn)行旁路。由于不用切換大負(fù)載，所以旁路開關(guān)可以相對較小。 3 對半導(dǎo)體的要求 當(dāng)用于軟起動裝置時，半導(dǎo)體必須能極好地承受相當(dāng)大的芯片溫度變化并且必須表現(xiàn)出很好的負(fù)載循環(huán)能力。如果這些條件都得到滿足，軟起動裝置使用壽命就會很長。另外，軟啟動器的緊湊性和性價(jià)比也是非常關(guān)鍵的。 然而，即使用了軟起動器，系統(tǒng)在起動階段的起動電流仍是額定電流的幾倍（3-5倍）。在大功率系統(tǒng)中，起動電流的峰值常達(dá)幾千安培。因此，在起動階段半導(dǎo)體必須能夠承受這么大的起動電流。然而，與此同時，軟起動器必須優(yōu)化成本且結(jié)構(gòu)盡可能的緊湊。正因?yàn)槿绱?，所使用的半?dǎo)體（包括散熱器）的體積必須盡可能的小。 因此，出于成本的考慮，實(shí)際使用的晶閘管器件的額定電流遠(yuǎn)小于起動時的大電流。這就是為什么晶閘管芯片會在起動階段，這樣一個短時間內(nèi)，會大幅升溫，如從TStart=40℃到TRamp-up=130℃，導(dǎo)致芯片產(chǎn)生90℃的溫差。如果一個系統(tǒng)每小時切換3次，每天8h，一年365天，那么10年總的負(fù)載變化次數(shù)將達(dá)到87,600次。 即使是在負(fù)載變化次數(shù)非常多的情況下，這些晶閘管也必須能夠反復(fù)承受起動階段的過載電流長達(dá)10年。 4 可靠的軟起動控制 SEMiSTART模塊由兩個連接在散熱器之間的反并聯(lián)晶閘管組成。 SEMiSTART模塊散熱器的尺寸根據(jù)芯片尺寸和為用于特定應(yīng)用的緊湊型軟起動器進(jìn)行了優(yōu)化。 散熱器同時也作為電氣連接器。所使用的芯片連接方法是基于壓接技術(shù)的。在SEMiSTART模塊中，兩個反并聯(lián)連接的晶閘管芯片被壓置在兩個散熱器之間。這種裝配和連接方式不包含焊接層，這就是為什么SEMiSTART模塊具有非常好的負(fù)載循環(huán)能力且使用壽命長的原因。 晶閘管芯片和散熱器之間的總的熱阻遠(yuǎn)小于其他常規(guī)器件。由于芯片是壓置在兩個散熱器之間，雙面冷卻，因此熱阻非常小?；谶@個原因，與常規(guī)模塊相比，模塊的尺寸可以更小。 SEMiSTART模塊的另一個優(yōu)點(diǎn)是安裝便利。事實(shí)上，該模塊根本不需要安裝夾具或?qū)峁柚?，附表所示為SEMiSTART模塊系列產(chǎn)品概覽。 5 新一代模塊化控制設(shè)備 來自著名Sirius產(chǎn)品線的兩款全新的緊湊型軟起動器在三相感應(yīng)電機(jī)起動階段提供負(fù)載和供電保護(hù)。 新Sirius 3RW40軟起動器用于具有簡單或更多需求的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用中，取代這些應(yīng)用中所用的星-三角起動器。 這種兩相控制的軟起動器用于切換輸出功率在75 kW至250kW（400V）的電機(jī)。其特點(diǎn)是兩相控制和特制的晶閘管模塊SEMiSTART。結(jié)果產(chǎn)生了一種價(jià)格極具吸引力的超緊湊型軟起動器。Sirius軟起動器的寬度只有星-三角起動器的三分之一。這意味著如果使用Sirius軟起動器，其控制柜將有更多的空間。 新Sirius 3RW44軟起動器還提供額外的獨(dú)特功能，用于輸出功率高達(dá)710 kW（400V，標(biāo)準(zhǔn)連接）電機(jī)在非常苛刻條件下的起動。對于輸出功率高達(dá)1200 kW（40V）的電機(jī)，也是適用的。Sirius 3RW44的特點(diǎn)在于使用了帶三相控制的SEMiSTART模塊。 這兩款來自模塊化Sirius系列的新型軟起動器的特點(diǎn)在于采用了基于SEMiSTART可控硅模塊的先進(jìn)功率半導(dǎo)體技術(shù)，使它們成為任何軟起動應(yīng)用的******解決方案。 新Sirius系列軟起動器是在賽米控模塊開發(fā)工程師和西門子自動化與驅(qū)動（A&D）器件開發(fā)工程師的密切合作和協(xié)調(diào)下設(shè)計(jì)的，從而產(chǎn)生了一個符合成本效益且高度強(qiáng)大的軟起動器系列產(chǎn)品。這些軟起動器中所使用的全新的SEMiSTART模塊都有著出色的過載能力。 6 SEMiSTART模塊的優(yōu)點(diǎn) （1）設(shè)計(jì)緊湊，節(jié)省空間; （2）由于熱阻極低，半導(dǎo)體芯片和散熱器之間具有更好的熱傳遞特性; （3）得益于采用了壓接技術(shù)（無焊層），可靠程度非常高; （4）對散熱器無尺寸要求; （5）安裝便利:無需特殊夾具或?qū)峁柚? 7 結(jié)束語 軟起動器已在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，市場上也出現(xiàn)了眾多軟起動器產(chǎn)品。而本文介紹的新Sirius系列軟起動器是在賽米控模塊開發(fā)工程師和西門子自動化與驅(qū)動（A&D）器件開發(fā)工程師的密切合作和協(xié)調(diào)下設(shè)計(jì)的，從而產(chǎn)生了一個符合成本效益且高度強(qiáng)大的軟起動器系列產(chǎn)品。 |
