固態開關

隨著大功率電力電子器件的出現，近年來固態開關，也稱無觸點開關（也稱SSS），或靜態開關技術得到較大發展，並在一定場合得到不同程度的應用。作為一種新型開關，與目前普遍應用的機械開關，包括繼電器、接觸器、隔離開關、負荷開關、斷路器等有著本質的區別，兩者最大的區別在於是否有斷口或者觸點(機械開關存在動靜觸頭其間存在物理間隙，分斷時存在明顯的斷口，徹底摒棄了機械特性，不存在機械操作機構和觸頭，完全基於半導體屬性，無觸點、無斷口、無雜訊。

（1）移相控制：控制晶閘管在正、負半波中對稱觸發控制。以導通角θ的大小來調節輸出電壓大小。還可以 根據反饋量的類別分為電壓控制、電流控制、功率控制或其它物理量的控制。

（2）過零控制：以一個設定的時間為周期，以過零觸發方式控制晶閘管在設定周期中的導通周波數。從而確定輸出功率的大小。在帶有變壓器負載時，不能隨機半波控制，即使全波控制過零觸發也要保證始終正向（或負向）關斷，防止單向磁偏。還會帶來間諧波。

（3）開關控制：通過晶閘管對交流負載進行通斷控制，具體還可以分為：任意接通模式，開通延時很小，為微秒級；過零接通模式－－開通延時最大10ms，關斷延時最大也可達10ms。交流電子開關的控制輸入信號仍為開關量（1或0）。

機械開關的優缺點

除了本質區別之外，兩者性能各有優劣。機械開關具有導通穩定、帶載能力強、分斷容量極大、同電流下體積緊湊等優點，但是其缺點也很明顯

(1)分斷時產生電弧，容易燒蝕觸頭，影響斷路器的可靠性。

(2)分斷、閉合時間較長，儘管不同廠家、不同型號的斷路器分斷和閉合時間不盡相同，但分斷和閉合時間通常需要兒十乃至上百毫秒。

(3)壽命有限，受開關次數影響較大。低壓斷路器在維護情況下機械壽命約為15000次，電壽命約為5000次，而中壓斷路器機械壽命和電氣壽命均稍低於低壓斷路器，同時中壓斷路器分斷短路電流次數僅約為50次。中低壓接觸器壽命均在上萬次以上。

固態開關的優缺點

固態開關基於半導體屬性，具有無觸點、無弧、通斷速度極快(導通時間<1ms，除了品閘管自然關斷最長 10ms以外，其他全控器件關斷時間小於1ms)、壽命長(理論上不受次數限制)、連續分合頻率高、免維護等優點)，但同樣存在缺點：

(1)純固態開關時，損耗較大，需要散熱處理，尤其大電流情況下，需要複雜的水冷工藝設備，體積龐大；混合開關時，即使固態開關不需龐大的散熱設備，但需要並聯機械開關，體積仍然偏大。

(2)過載能力差，尤其是抗短路電流和分斷短路電流能力更差，幾乎無法滿足常規保護下分斷短路電流和斷路器4S熱穩定能力的要求。

(3)短路分斷後重合閘能力差，固態開關分斷一次短路電流時溫度已經很高，當重合閘投到故障點時，還需要分斷--次短路電流，如此短的]隔時[內，連續分斷兩次短路電流，對固態開關來講，要求其裕度非常大，性價比非常低。

(4)無斷口，在使用時必須配合隔離開關產生明顯斷口，以便於出線檢修，無形中增加了體積和成本。

（1）半控型固態開關：對於關斷時間要求不甚高的場合(10ms以上)，同時需要考慮經濟性時，可選用半控型固態開關。

（2）全控型固態開關：重要負荷，容量大，而且對電能質量的要求越來越高場合，需要研究具有更優越性能的全控型固態開關技術，以滿足用戶的要求。

（1）軟啟動、軟關斷直流固態開關；

（2）具有短路限流保護的固態開關；

（3）負載自動切換開關（LTM）；

（4）固態開關在單相電機起動中的應用。

半控型固態開關

當半控型開關在正常狀態下工作時，因為兩個晶閘管反並聯，所以電流經過PS和AR，兩個晶閘管上沒有電流通過。而當PS開關打開時，將晶閘管閉合，電流將從原來開關支路流向晶閘管支路，而電路中晶閘管的構造使得其阻止電流通過，所以電路就成為斷路。也就是說，只要有TH接入電路，整個電路將會成為一個斷路。TH接入時間越早，對整個電路的安全可靠性就越高。綜合考慮到經濟和安全兩個因素之後，在關斷時間大於10ms的時候可以應用半控型固態開關。但是，隨著社會的逐漸發展，電力系統對安全性的要求也越來越高，所以，半控型固態開關已經逐漸達不到系統的安全性要求，這時就要採用全控型開關。

全控型固態開關

全控型固態開關的工作原理與半控型結構有所不同。電路正常運行時，只有一個IGBT有電流通過，而另一個IGBT相連的二極體也有電流通過。也就是說，正常狀態時，系統只有一半原件在工作。這樣，只要關斷其中有電流的IGBT，就可以使得系統瞬間關斷。這樣就極大地減少了關斷的時間，從而迎合了現在電力系統安全性越來越高的要求。