大功率无触点开关1
磁性开关有触点和无触点的区别
磁性开关有触点和无触点的区别磁性开关是一种常见的电子元件，它可以根据磁场的变化来实现电路的开关控制。
在实际应用中，磁性开关分为触点和无触点两种类型。
触点磁性开关需要通过物理接触来实现开关功能，而无触点磁性开关则通过磁场感应来实现开关功能。
本文将从原理、结构、特点和应用等方面，着重探讨触点和无触点磁性开关的区别。
一、触点磁性开关触点磁性开关是利用磁场对触点的吸引作用，使触点关闭或打开的一种开关。
它由固定触点和动触点两部分组成。
当磁场作用于动触点时，它会受到磁力的吸引，与固定触点接触并闭合电路；当磁场消失时，动触点由于自身的回弹力而与固定触点分离，断开电路。
触点磁性开关通常使用可靠的机械触点进行电路的开关操作。
触点磁性开关的结构相对简单，主要由固定触点、动触点、弹簧、外壳等组成。
它的工作原理是，在磁场的作用下，触点闭合或打开。
触点磁性开关具有容易操作、可靠性高等特点。
触点磁性开关具有以下特点：1. 可靠性高：触点磁性开关的机械触点操作简单，结构稳定可靠，能够经受较大的冲击和振动。
2. 效应灵敏：触点磁性开关在受到磁场影响下能够迅速闭合或打开，响应速度快。
3. 使用方便：触点磁性开关的开关状态直观，操作简单易懂。
4. 可调性强：通过调整机械触点的位置和弹力，可以改变触点的灵敏度。
触点磁性开关的应用非常广泛。
它能够在很多电子设备中实现开关控制，如电器设备、汽车、机械设备等。
触点磁性开关常用于电源控制、传感器开关等方面，起着重要的作用。
二、无触点磁性开关无触点磁性开关是利用磁场感应原理来实现开关控制的一种开关。
它通过磁场感应实现电路的断开或闭合。
无触点磁性开关通过磁场感应元件（如霍尔元件）来检测磁场的变化，并根据变化的磁场来控制电路的开关状态。
无触点磁性开关的结构较复杂，通常由感应元件、放大电路、输出电路等部分组成。
无触点磁性开关的工作原理是，当磁场施加在感应元件上时，感应元件内部产生电信号，经过放大电路放大后，输出电路断开或闭合。
固态继电器的结构、原理及应用
固态继电器（SolidStateRelay，缩写SSR），是由微电子电路，分立电子器件，电力电子功率器件组成的无触点开关。
用隔离器件实现了控制端与负载端的隔离。
固态继电器的输入端用微小的控制信号，达到直接驱动大电流负载。
与传统继电器相比，最大的特点在于无触点开关。
一、什么是固态继电器固态继电器是一种全部由固态电子元件组成的新型无触点开关器件，它利用电子元件（如开关三极管、双向可控硅等半导体器件）的开关特性，可达到无触点无火花地接通和断开电路的目的，因此又被称为“无触点开关”。
固态继电器是一种四端有源器件，其中两个端子为输入控制端，另外两端为输出受控端。
它既有放大驱动作用，又有隔离作用，很适合驱动大功率开关式执行机构，较之电磁继电器可靠性更高，且无触点、寿命长、响应速度快，对外界的干扰也小，已被得到广泛应用。
二、固态继电器结构及原理常用固态继电器几乎都是模块化的四端有源器件，其中两端为输入控制端，另外两端为输出受控端，其基本构成如下图所示。
器件中多采用光电耦合器实现输入与输出之间的电气隔离。
输出受控端利用开关三极管、双向晶闸管等半导体器件的开关特性，实现无触点、无火花地接通和断开外接控制电路的目的。
整个器件无可动部件及触点，可实现相当于常用电磁继电器一样的功能。
只是相比传统电磁继电器，可通断的负载一般比较小。
固态继电器按输出端极性的不同，可分为直流式和交流式两大类。
直流固态继电器（DC-SSR）控制电压由输入端IN输入，通过光电耦合器将控制信号耦合至接收电路，经放大处理后驱动开关三极管VT导通。
显然，直流固态继电器的输出端OUT在接入被控电路回路中时，是有正、负极之分的。
交流固态继电器（AC-SSR）的电路原理与直流固态继电器不同的是，其开关元件采用了双向晶闸管VS或其他交流开关，因此它的输出端OUT无正、负极之分，可以控制交流回路的通断。
由于固态继电器的输入端和输出端之间采用了成熟可靠的光电隔离等技术，这使得所接控制弱电和被控强电在电气上完全隔离，因此从各种弱电设备输出的信号可以直接加在固态继电器的输入控制端上，无需另外的保护电路等。
ssr工作原理
ssr⼯作原理固态继电器(SSR)与机电继电器相⽐，是⼀种没有机械运动，不含运动零件的继电器，但它具有与机电继电器本质上相同的功能。
SSR 是⼀种全部由固态电⼦元件组成的⽆触点开关元件，他利⽤电⼦元器件的点，磁和光特性来完成输⼊与输出的可靠隔离，利⽤⼤功率三极管，功率场效应管，单项可控硅和双向可控硅等器件的开关特性，来达到⽆触点，⽆⽕花地接通和断开被控电路。
固体继电器的⼯作原理该电路由信号输⼈电路、零电压检测控制电路、⼯作指⽰电路、双向晶闸管控制电路和吸收电路⼏部分组成。
采⽤了光电耦合器GD作为输⼊电路和输出电路之间的隔离元件，VD是防⽌Vin正负接反烧坏GD。
电路⼯作过程：当⽆输⼊信号时，GD中的光敏三极管裁⽌，VT1是交流电压零点检测器，通过R3获得基极电流⽽饱和导通，将VTH的门极箝在低电位⽽处于关断状态。
当有输⼊信号时，光敏三极管导通，此时VTH的状态由VT1决定，如此电源电压⼤于过零电压时，分压器R3、R2的分压点P电压⼤于VBE1，VT1饱和导通，SCR门极因箝位在低电位⽽截⽌，TR的门极因没有触发脉冲⽽处于关断状态。
只有当电源电压⼩于过零电压，P点电压⼩于VBE1时G1截⽌，SCR门极获得触发信号⽽导通。
在TR的门极获得触发脉冲，TR就导通．从⽽接通负载电源。
当输⼊信号关断后GD中的光敏三极管截⽌， G1饱和导通使SCR门极箝位在低电位⽽关断，但是此时TR仍保持导通状态，负载上仍有电流流过，直到负载电流随VAC减⼩到⼩于双向晶闸管TR的维持电流后才会⾃⾏关断，切断负载电源。
由于触发信号⽅式不同，AC—SSR还分为过零型触发(Z型)和⾮过零型或随机型(P型)触发两种，如图为其⼯作波形图。
可见过零型和⾮过零型之间的区别主要在于负载交流电流导通的条件。
过零型在输⼊信号Vin施加的t1时刻，由于此时电源电压处在⾮过零区，其输出。
11 常用无触点开关-精选文档
三极管截止时，开关断开；
三极管放大时有可能是截止也有可能是导通。
光敏二极管：
N
P
结构简化模型
光敏二极管的工作原理：
• 无光照射时，二极管的PN结中没有载流子， 二极管截止。 • 有光照射时，PN结受光子冲击，产生了电 子-空穴对，PN结具有了载流子能力，二极 管导通。
体积大；容易机械磨损。
无触点开关的的导通与关闭原理
晶 体 管 的 开 关 特 性
{
二极管
加正向电压，二极管导 通；加反向电压，二极 管截止。
三极管
三极管饱和时，处于导通状 态；三极管截止时，开关断 开；三极管放大时有可能是 截止也有可能是导通。
PN 结 的 单 向 导 电 性
PN结为什么具有单向导电性？
正向特性
加上正向电压，二极管导通
反向特性 加上反向电压，二极管截止
例：电路如图所示，当V11和V22取 0V或者5V时，输出电压V0的值。
V11 0V 0V V22 0V 5V 二极管工作状态 D1 导通 导通 D2 导通 截止 0V 0V V0
5V
5V
0V
5V
截止
截止
导通
截止
0V
5V
三极管的开关特性：
1.1 常用无触点开关
平时我们常用的有触点开关以及它们的应 用场合：
刀开关（低压配电电器中）； 按钮开关（电气控制电路中）； 继电器（电气线路的控制电路中)； 接触器（电气线路的主电路中）；
刀开关结构示意图:
按钮开关结开关与无触点开关相比较：
优点：动作可靠；机械强度好；开关特性稳定。 缺点：动作速度慢；消耗功率大；灵敏度低；
接近开关的工作原理图：
无触点开关
无触点开关，是一种由微控制器和电力电子器件组成的新型开关器件，依靠改变电路阻抗值，阶跃地改变负荷电流，从而完成电路的通断。
1.无触点开关是什么无触点开关，是一种由微控制器和电力电子器件组成的新型开关器件，依靠改变电路阻抗值，阶跃地改变负荷电流，从而完成电路的通断。
无触点开关的主要特点是没有可运动的触头部件，导通和关断时不出现电弧或火花，动作迅速，寿命长，可靠性高，适合防火、防爆、防潮等特殊环境使用。
无触点开关分为磁放大器式无触点开关，电子管、离子管式无触点开关和半导体无触点开关。
各种无触点开关的内部结构不同，开关特性也有所不同，详细了解每种类型的内部开关原理以及开关特性，有利于开发人员根据控制系统的要求选择合适的无触点开关。
磁放大器式无触点开关体积与重量较大且电流转换速度慢，已较少采用；电子管、离子管式无触点开关由于电子管、离子管的功率不能做得很大，在实际应用中受到了很大的限制，也已较少使用。
半导体无触点开关是借电路中半导体器件的可控导通性来实现电路通断的一种开关电器。
它是20世纪50年代后发展起来的一种开关，可用晶体管或晶闸管组成，由于晶体管受到功率的限制，大都采用晶闸管及其控制电路组成。
半导体无触点开关的优点是：电流可以做得较大，耐反压值高，控制门极功耗小，导通和关断时间短，工作寿命长，环境适应性好，工作效率高等。
例如，对有触点的接触器，操作频率高于36次/h以上时就很困难了，但对半导体式无触点开关则操作频率每小时可达数万次至数十万次以上。
2.无触点开关工作原理安装原理其开关因具有快速切换功率的大小，从而掌电力并联电容器的快慢，其电气由多种大功率的电路组合而成，其中包括反并连的晶闸管模块、各种驱动电路(驱动电路包括隔离电路、触发电路以及保护电路等等)，在运行当中发挥着各自的作用，而且在其内部的控制系统当中安装了控制开关导通还有控制开关截端子，能够分别控制开关的打开和关闭，其中的两个标识分别是控制逻辑电压，用符号表示是OV，是停止或者暂停的意思;还有一个标有12V的标识，意思是导通。
NBN8-18GM40-Z0-V1 接近开关
NBN8-18GM40-Z0-V1 接近开关
接近开关是种开关型传感器(即无无触点开关)，它即有行程开关、微动开关的特性，同时具有传感性能，且动作可靠，性能稳定，频率响应快，应用寿命长，抗干扰能力强等、并具有防水、防震、耐腐蚀等特点。
产品有电感式、电容式、霍尔式、交、直流型。
它广泛地应用于机床、冶金、化工、轻纺和印刷等行业。
在自动控制系统中可作为限位、计数、定位控制和自动保护环节。
接近开关具有使用寿命长、工作可靠、重复定位精度高、无机械磨损、无火花、无噪音、抗振能力强等特点。
因此到目前为止，接近开关的应用范围日益广泛，其自身的发展和创新的速度也是极其迅速。
产品图片 Photo 输出方式I / O mode 产品名称/型号
NBN8-18GM40-Z0-V1 接近开关
直流两线常开 直流两线常闭 直流三线NPN 常开 直流三线NPN 常闭 直流三线PNP 常开
直流三线PNP 常闭 交流两线常开
交流两线常闭
电气接线图 Connection diagram
规格参数 Specification
安装方式
埋入式/非埋入式；插件式/
引线式 测距 5；8；12；12；20（mm ）
尺寸规格
M18
电源电压 10..36VDC
涟波 <10% 空载电流
<10mA
最大负载电流 100mA 120mA
电压降 <1.5V
<6V
迟滞
<15%（Sr ） 开关频率 800Hz
500Hz
防护等级 IP67 过载保护电流
150mA 感应面材质
PTFE （特氟龙）
本文内容来源南京凯基特官网。
20kv无触点开关的研究前景分析
浅谈20kv无触点开关的研究前景分析[摘要]所谓的无触点开关是指由微控制器和电子器件组成的新型开关器件，无触点开关的设计理念就是通过微控制器改变电路阻抗值，从而改变负荷电流，最终完成电路的通或断。
无触点开关的主要优势是在电磁兼容性、可靠性、安全性。
这三方面的优势是触点开关无法比拟的。
无触点开关在导通和关断电源的时候不会出现火花，可靠性高。
无触点开关适合应用在防火、防潮等要求特殊的环境中使用。
无触点开关的耐高压性也比较好，主要应用在一些大型电机在起动时，由于转子由静止变为转动的惯性非常大，造成起动电流超大（基本相当短路电流），停机时由于惯性继续运转，会造成非常高的电压，无触点开关便可应用于此。
[关键词]20kv无触点开关；研究前景；分析中图分类号：tp2l 文献标识码：b 文章编号：1009-914x（2013）22-0046-010 前言就目前国内的无触点开关的研究现状来说，低压的“无触点开关”在国内已经出现，并得到了广泛的应用，10kv系统的无触点开关在国内也已有类似的相关的定型产品，但是20kv的无触点开关还没有类似的或者定型的产品出现[1]。
本次对20kv无触点开关的研究，主要是对新产品的开发和应用上进行研发，通过功能和技术上的创新，使20kv无触点开关能够快速的进入市场，并得到广泛的推广。
1 20kv无触点开关研究的理论依据1.1 20kv无触点开关研发的材料依据就目前的技术水平上来看，单只的可控硅的阳极与阴极的反向耐压水平可以做的很高，国内产品6000v，国外产品可达8000v，并且正常通态平均电流能够达到4500a。
可控硅制造工艺的不断提高，从而使其应用于高压开关成为可能，为20kv无触点开关的实现提供了材料的依据。
1.2 20kv无触点开关研发的技术依据20kv无触点开关的研发需要现今的技术上的支持，就目前我国的无触点开发的技术水平来看，电力电子技术的已经处于成熟的阶段，能够为本次的研究提高技术上的支持。
1.1常用无触点开关
特
三极管
性
三极管饱和时，处于导通状
态；三极管截止时，开关断
PN
结 的 单 向 导 电 性
开；三极管放大时有可能是
截止也有可能是导通。
PN结为什么具有单向导电性？
1.了解空穴、N型半导体、自由电子、P型半导体、 这几个名词的含义。
空穴：共价键中的空位 自由电子：无共价键束缚的电子 N型半导体：在半导体中加入五价元素 P型半导体：在半导体中加入三价元素
D1
D2
0V
0V
导通
导通
0V
0V
5V
导通
截止
0V
5V
0V
截止
导通
0V
5V
5V
截止
截止
5V
三极管的开关特性：
三极管饱和时，处于导通状态； 三极管截止时，开关断开； 三极管放大时有可能是截止也有可能是导通。
光敏二极管：
N
P
结构简化模型
光敏二极管的工作原理：
• 无光照射时，二极管的PN结中没有载流子， 二极管截止。
• VD1的作用是三极管截止时，三极管的发射极的PN 结内部有一定的反向电压，也通过VD1形成一条回 路，避免基极-发射极烧坏。
光电继电器的工作原理：
• 在S开关处换成一个光电三极管，有光照射时，相 当于S闭合。当光照很弱时，三极管的基极电流很 小，当光照达到一定程度时，基极电流逐渐增大， 三极管导通，继电器开始工作，继电器的所有动 作都是通过光信号控制。
• 有光照射时，PN结受光子冲击，产生了电 子-空穴对，PN结具有了载流子能力，二极 管导通。
光敏三极管：
c
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P
N
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b
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一、IGCT方案
IGCT 是基于GTO结构的一个新型电力半导体器件，它不仅有与GTO相同的高阻断能力和低通态压降，而且有与IGBT相同的开关性能，兼有GTO和IGBT 之所长，是一种较理想的兆瓦级、中压开关器件。
IGCT
图（1）
A
图（2）
图（2），为IGCT器件的表示符号，其开通和关断条件如下：
IGCT的开通：当门极电压u GK>U gt(IGCT门极触发电压)时，触发导通。
IGCT的关断：当门极电压u GK=-U gt(IGCT门极关断电压)时，关断。
ABB公司将IGCT及其驱动集成在一块电路板上，并有不同的电压、功率等级，增加了系统运行的可靠性。
比如Reverse Conducting Integrated Gate-Commutated Thirstier 5SHX 10H6010等下面简要介绍其结构和使用方法，详细的参数见数据手册。
驱动电路的原理图如图（3）所示。
IGCT 门极
IGCT 阴极
IGCT 开关命令信号
IGCT 开关状态信号
IGCT 开关驱动电源
图（3）
不选择Reverse Blocking 类型的IGCT ，而选Reverse Conducting 类型的IGCT 。
IGCT 开关命令信号由图（1）中的脉冲产生逻辑电路产生的脉冲经过光耦或者光纤隔离之后得到。
光耦可用一般工业光耦如HFBR 15/1528 / 2528等。
图（6）光纤触发电路
IGCT 驱动电源正常IGCT 出错
IGCT 导通
IGCT 关断
图（7）状态显示信号
IGCT 开关状态信号可以用来检测电路的状态以及判断驱动电路是否工作正常。
IGCT 的关断和导通在接受到命令信号后在几个μs 内完成。
该方案具有导通压降小，损耗小，开发方便，用件较少等特点。