受益于紧凑型晶闸管模块的可靠耐用的软起动器

摘 要 ：软起动器已在工业中得到广泛应用，市场上也出现了众多软起动器产品。本文介绍的新Sirius系列软起动器有其特色，可供读者参考。 
 
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. 
 
关键词： 半导体　软起动  
1　引言 
    在软起动装置中，半导体必须经受很大的温度波动，这就是为什么必须要有良好的负载循环能力。使用赛米控专门开发的晶闸管模块，可以开发出满足这种要求的、性价比很高的、超紧凑的软起动器。 　
    西门子自动化与驱动分部（A&D）选择半导体制造商赛米控为其新一代软起动器Sirius开发合适的晶闸管模块。开发的结果是反并联晶闸管模块SEMiSTART: 由于采用了双面芯片冷却，该模块热阻只有常规模块的一半，并且结构非常紧凑。良好的冷却性能意味着该模块能在短时间内承受更大的过载电流。此外，新模块采用压接技术，从而保证了高度的可靠性。
2　基于半导体的软起动器 
    软起动器用来在异步电动机的起动阶段调节电机的供电电压。 　
    两个反并联晶闸管以串连的方式连接在电机绕组和电源之间。在加速至正常转速（斜坡启动）的过程中，通过相控的方式对电机绕组电压进行控制。通过控制晶闸管的导通角，来控制电机的起动转矩和起动电流。通过软起动器还可以控制起动时间。
　　流经半导体的电流会使其产生功耗，该功耗会使半导体的温度升高，因此必须对其进行冷却。为了避免起动加速过程结束后半导体依旧消耗功率，我们采用一个机械开关进行旁路。由于不用切换大负载，所以旁路开关可以相对较小。
3　对半导体的要求 　　
    当用于软起动装置时，半导体必须能*地承受相当大的芯片温度变化并且必须表现出很好的负载循环能力。如果这些条件都得到满足，软起动装置使用寿命就会很长。另外，软启动器的紧凑性和性价比也是非常关键的。 　　
    然而，即使用了软起动器，系统在起动阶段的起动电流仍是额定电流的几倍（3-5倍）。在大功率系统中，起动电流的峰值常达几千安培。因此，在起动阶段半导体必须能够承受这么大的起动电流。然而，与此同时，软起动器必须优化成本且结构尽可能的紧凑。正因为如此，所使用的半导体（包括散热器）的体积必须尽可能的小。 　
    因此，出于成本的考虑，实际使用的晶闸管器件的额定电流远小于起动时的大电流。这就是为什么晶闸管芯片会在起动阶段，这样一个短时间内，会大幅升温，如从TStart=40℃到TRamp-up=130℃，导致芯片产生90℃的温差。如果一个系统每小时切换3次，每天8h，一年365天，那么10年总的负载变化次数将达到87,600次。 　　
    即使是在负载变化次数非常多的情况下，这些晶闸管也必须能够反复承受起动阶段的过载电流长达10年。
4　可靠的软起动控制 　
    SEMiSTART模块由两个连接在散热器之间的反并联晶闸管组成。 SEMiSTART模块散热器的尺寸根据芯片尺寸和为用于特定应用的紧凑型软起动器进行了优化。  
    散热器同时也作为电气连接器。所使用的芯片连接方法是基于压接技术的。在SEMiSTART模块中，两个反并联连接的晶闸管芯片被压置在两个散热器之间。这种装配和连接方式不包含焊接层，这就是为什么SEMiSTART模块具有非常好的负载循环能力且使用寿命长的原因。  
    晶闸管芯片和散热器之间的总的热阻远小于其他常规器件。由于芯片是压置在两个散热器之间，双面冷却，因此热阻非常小。基于这个原因，与常规模块相比，模块的尺寸可以更小。  
    SEMiSTART模块的另一个优点是安装便利。事实上，该模块根本不需要安装夹具或导热硅脂，附表所示为SEMiSTART模块系列产品概览。 
   5　新一代模块化控制设备
　　来自Sirius产品线的两款全新的紧凑型软起动器在三相感应电机起动阶段提供负载和供电保护。 
    新Sirius 3RW40软起动器用于具有简单或更多需求的标准应用中，取代这些应用中所用的星-三角起动器。 
    这种两相控制的软起动器用于切换输出功率在75 kW至250kW（400V）的电机。其特点是两相控制和特制的晶闸管模块SEMiSTART。结果产生了一种价格吸引力的超紧凑型软起动器。Sirius软起动器的宽度只有星-三角起动器的三分之一。这意味着如果使用Sirius软起动器，其控制柜将有更多的空间。 
    新Sirius 3RW44软起动器还提供额外的*功能，用于输出功率高达710 kW（400V，标准连接）电机在非常苛刻条件下的起动。对于输出功率高达1200 kW（40V）的电机，也是适用的。Sirius 3RW44的特点在于使用了带三相控制的SEMiSTART模块。 
    这两款来自模块化Sirius系列的新型软起动器的特点在于采用了基于SEMiSTART可控硅模块的*功率半导体技术，使它们成为任何软起动应用的*解决方案。 　
    新Sirius系列软起动器是在赛米控模块开发工程师和西门子自动化与驱动（A&D）器件开发工程师的密切合作和协调下设计的，从而产生了一个符合成本效益且高度强大的软起动器系列产品。这些软起动器中所使用的全新的SEMiSTART模块都有着出色的过载能力。
6　SEMiSTART模块的优点    
    （1）设计紧凑，节省空间;
    （2）由于热阻极低，半导体芯片和散热器之间具有更好的热传递特性;
    （3）得益于采用了压接技术（无焊层），可靠程度非常高;
    （4）对散热器无尺寸要求;
    （5）安装便利:无需特殊夹具或导热硅脂。
7　结束语 　
    软起动器已在工业中得到广泛应用，市场上也出现了众多软起动器产品。而本文介绍的新Sirius系列软起动器是在赛米控模块开发工程师和西门子自动化与驱动（A&D）器件开发工程师的密切合作和协调下设计的，从而产生了一个符合成本效益且高度强大的软起动器系列产品。