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探讨固态继电器及在应用中一些问题

新葡京线上投注 www.xj-tstc.com 并针对交流固态继电器,论述了固态继电器的原理、结构、特点及交流直流固态继电器的适用范围。提出了根据它几个关键参数来合理选择固态继电器的方法、应用电路在设计上需要注重的一些问题以及给出了相应与计算机驳接的接口电路。

关键词:固态继电器适用范围关键参数应用电路

简写成 “ SSR 一种全部由固态电子元件组成的新型无触点开关器件,固态继电器。利用电子元件的开关特性,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 ” 问世于 70 年代,由于它无触点工作特性,使其在许多领域的电控及计算机控制方面得到日益广范的应用。

一、固态继电器的原理及结构

分别在交流或直流电源上做负载的开关,SSR 按使用场所可以分成交流型和直流型两大类。不能混用。

图 1 工作原理框图,下面以交流型的 SSR 为例来说明它工作原理。图 1 中的部件 ① - ④构成交流 SSR 主体,从整体上看, SSR 只有两个输入端及两个输出端,一种四端器件。工作时只要在 A B 上加上一定的控制信号,就可以控制 C D 两端之间的通 ” 和 “ 断 ” 实现 “ 开关 ” 功能,其中耦合电路的功能是为 A B 端输入的控制信号提供一个输入 / 输出端之间的通道,但又在电气上断开 SSR 中输入端和输出端之间的联系,以防止输出端对输入端的影响,耦合电路用的元件是光耦合器 ” 动作灵敏、响应速度高、输入 / 输出端间的绝缘等级高;由于输入端的负载是发光二极管,这使 SSR 输入端很轻易做到与输入信号电平相匹配,使用可直接与计算机输出接口相接,即受 “ 1 与 “ 0 逻辑电平控制。触发电路的功能是发生合乎要求的触发信号,驱动开关电路 ④工作,但由于开关电路在不加非凡控制电路时,将发生射频干扰并以高次谐波或尖峰等污染电网,为此特设 “ 过零控制电路 ” 所谓 “ 过零 ” 指,当加入控制信号,交流电压过零时, SSR 即为通态;而当断开控制信号后, SSR 要等待交流电的正半周与负半周的交界点时, SSR 才为断态。这种设计能防止高次谐波的干扰和对电网的污染。吸收电路是为防止从电源中传来的尖峰、浪涌对开关器件双向可控硅管的冲击和干扰而设计的一般是用 “ R-C 串联吸收电路或非线性电阻。图 2 一种典型的交流型 SSR 电原理图。

无过零控制电路,直流型的 SSR 与交流型的 SSR 相比。也不必设置吸收电路,开关器件一般用大功率开关三极管,其它工作原理相同。不过,直流型 SSR 使用时应注重: ①负载为感性负载时,如直流电磁阀或电磁铁,应在负载两端并联一只二极管,极性如图 3 所示,二极管的电流应等于工作电流,电压应大于工作电压的 4 倍。 ② SSR 工作时应尽量把它靠近负载,其输出引线应满足负荷电流的需要。 ③ 使用电源属经交流降压整流所得的其滤波电解电容应足够大。

二、固态继电器的特点

使控制信号所需的功率极低,SSR 胜利地实现了弱信号对强电的控制。由于光耦合器的应用。而且 Vsr 所需的工作电平与 TTL HTL CMOS 等常用集成电路兼容,可以实现直接联接。这使 SSR 数控和自控设备等方面得到广泛应用。相当水平上可取代传统的线圈 — 簧片触点式 ” 继电器。

与 MER 相比,SSR 由于是全固态电子元件组成。没有任何可动的机械部件,工作中也没有任何机械动作; SSR 由电路的工作状态变换实现 “ 通 ” 和 “ 断 ” 开关功能,没有电接触点,所以它有一系列 MER 不具备的优点,即工作高可靠、短命命;无动作噪声;耐振耐机械冲击;装置位置无限制;很轻易用绝缘防水资料灌封做成全密封形式,而且具有良好的防潮防霉防腐性能;防爆电加热器和防止臭氧污染方面的性能也极佳。这些特点使 SSR 可在军事、化工、井下采煤和各种工业民用电控设备的应用中大显身手,具有逾越 MER 技术优势。

因而可以使 SSR 平安地用在计算机输出接口上,交流型 SSR 由于采用过零触发技术。不必为在接口上采用 MER 而产生的一系列对计算机的干扰而烦恼。

SSR 还有能承受在数值上可达额定电流十倍左右的浪涌电流的特点。 此外。

三、主要参数与选用

下面以北京科通继电器总厂生产的 GX-10F 继电器为例,功率固态继电器的特性参数包括输入和输出参数。列出输入、输出参数,详见表 1 根据输入电压参数值大小,可确定工作电压大小。如采用 TTL 或 CMOS 等逻辑电平控制时,最好采用有足够带载能力的低电平驱动,并尽可能使 “ 0 电平低于 0.8V 如在噪声很强的环境下工作,不能选用通、断电压值相差小的产品,必需选用通、断电压值相差大的产品,这样不会因噪声干扰而造成控制失灵。

现对主要几个参数说明如下: 输出参数的项目较多。

1 额定输入电压

所选额定输出电压必需大于两倍电源电压值,指定条件下能承受的稳态阻性负载的最大答应电压有效值。假如受控负载是非稳态或非阻性的必需考虑所选产品是否能接受工作状态或条件变化时所产生的最大合成电压。例如负载为感性时。而且所选产品的阻断电压应高于负载电源电压峰值的两倍。如在电源电压为交流 220V 一般的小功率非阻性负载的情况下,建议选用额定电压为 400V 600V SSR 产品;但对于频繁启动的单相或三相电机负载,建议选用额定电压为 660V 800V SSR 产品。

2 额定输出电流和浪涌电流

应按曲线作降额使用。 额定输出电流是指在给定条件下所能承受的电流最大的有效值。一般生产厂家都提供热降额曲线。如四周温度上升。

直流产品为额定电流的 1.5-5 倍。选用时,浪涌电流是指在给定条件下不会造成永久性损坏所答应的最大非重复性峰值电流。交流继电器的浪涌电流为额定电流的 5-10 倍。如负载为稳态阻性, SSR 可全额或降额 10% 使用。对于电加热器、接触器等,初始接通瞬间呈现的浪涌电流可达 3 倍的稳态电流,因此, SSR 降额 20%-30% 使用。对于白织灯类负载, SSR 应按降额 50% 使用,并且还应加上适当的维护电路。对于变压器负载,所选产品的额定电流必需高于负载工作电流的两倍。对于负载为感应电机,所选 SSR 额定电流值应为电机运转电流的 2 4 倍, SSR 浪涌电流值应为额定电流的 10 倍。

工作温度逾越标称值后,固态继电器对温度的敏感性很强。必需降热或外加散热器,例如额定电流为 10A JGX 10F 产品,不加散热器时的答应工作电流只有 10A

四、应用电路

1 基本单元电路

为了防止输入电压逾越额定值,如图 5a 所示为稳定的阻性负载。需设置一限流电阻 Rx 当负载为非稳定性负载或感性负载时,输出回路中还应附加一个瞬态抑制电路,如图 5b 所示,目的维护固态继电器。通常措施是继电器输出端加装 RC 吸收回路,可以有效的抑制加至继电器的瞬态电压和电压指数上升率 dv/dt 设计电路时,建议用户根据负载的有关参数和环境条件,认真计算和试验 RC 回路的选值。另一个常用的措施是继电器输出端接入具有特定钳位电压的电压控制器件,如双向稳压二极管或压敏电阻。压敏电阻电流值应按下式计算:

Vmax Vmov 分别为最高瞬态电压、压敏电阻的标称电压,其中 ZS 为负载阻抗、电源阻抗以及线路阻抗之和。对于惯例的 220V 和 380V 交流电源,推荐的压敏电阻的标称电压值分别为 440-470V 和 760-810V

也可抑制加至 SSR 输出端的瞬态电压和电压指数上升率。 交流感性负载上并联 RC 电路或电容。

RC 吸收回路,但实验表明。非凡是并联在 SSR 输出端的 RC 吸收回路,假如和感性负载组合不当,轻易导致振荡,负载电源上电或继电器切换时,加大继电器输出端的瞬变电压峰值,增大 SSR 误导通的可能性,所以,对具体应用电路应先进行试验,选用合适的 RC 参数,甚至有时不必 RC 吸收电路更有利。

如在电路中引入磁干扰滤波器、扼流圈等,对于容性负载引起的浪涌电流可用感性元件抑制。以限制快速上升的峰值电流。

假如输出端电流上升变化率很大,另外??梢栽谑涑龆舜桓鼍哂懈叽诺悸实娜砘判镜牡绺衅骷右韵拗?。

即无控制信号输入时,通常 SSR 均设计为 “ ???” 状态。输出端是开路的但在自动化控制设备中经常需要 “ 常闭 ” 式的 SSR 这时可在输入端外接一组简单的电路,如图 5c 所示,这时即为常闭式 SSR

2 多功能控制电路

当输入为 “ 0 时,为多组输出电路。三极管 BG 截止, SSR1 SSR2 SSR3 输入端无输入电压,各自的输出端断开;当输入为 “ 1 时,三极管 BG 导通, SSR1 SSR2 SSR3 输入端有输入电压,各自的输出端接通,因而达到由一个输入端口控制多个输出端 “ 通 ” 断 ” 目的

当输入为 “ 0 时,图 6b 为单刀双掷控制电路。三极管 BG 截止, SSR1 输入端无输入电压,输出端断开,此时 A 点电压加到 SSR2 输入端上, SSR2 输出端接通;当输入为 “ 1 时,三极管 BG 导通, SSR1 输入端有输入电压,输出端接通,此时 A 点虽有电压,但 UA -UDW 电压值已不能使 SSR2 输出端接通而处于断开状态,因而达到单刀双掷控制电路 ” 功能。

3 用计算机控制电机正反转的接口及驱动电路

快而造成线间短路。电路中继电器要选用阻断电压高于 600V 和额定电压为 380V 以上的交流固态继电器。

应在各回路中外加一只限流电阻 Rx 其阻值和功率可按下式计算: 为了限制电机换向时电容器的放电电流。

其中: VP 电源峰值电压; IR 固态继电器额定电流; Im 电机运转电流; P 限流电阻功率

图中采用了 4 个与非门,计算机控制三相交流电机正反转的接口及驱动电路。用二个信号通道分别控制电动机的起动、停止和正转、反转。当改变电动机转动方向时,给出指令信号的顺序应是停止 — 反转 — 起动 ” 或 “ 停止 — 正转 — 起动 ” 延时电路的最小延时不小于 1.5 个交流电源周期。其中 RD1 RD2 RD3 为熔断器。当电机答应时,可以在 R1-R4 位置接入限流电阻,以防止当万一两线间的任意二只继电器均误接通时,限制发生的半周线间短路电流不超过继电器所能承受的浪涌电流,从而防止烧毁继电器等事故,确保平安性;但副作用是正常工作时电阻上将产生压降和功耗。该电路建议采用额定电压为 660V 或更高一点的 SSR 产品。

五、结束语
非凡易于实现计算机的编程控制,由前述可以看到 SSR 性能与电磁式继电器相比有着很多的优越性。因此使得控制的实现更加方便、灵活。但它也存在一些弱点,如:导通电阻、通态压降、断态漏电流等的存在易发热损坏;截止时存在漏电阻,不能使电路完全分开;易受温度和辐射的影响,稳定性差;灵敏度高,易产生误动作;需要联锁、互锁的控制电路中,维护电路的增设,使得利息上升、体积增大。因此,对于 SSR 具有的独特性能,必需正确的理解和谨慎使用,方能发挥其独特的性能,并确保 SSR 无故障的工作。
 

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