固態(tài)繼電器的基本工作原理及應(yīng)用時(shí)的測試和故障

1、固態(tài)繼電器的基本工作原理及應(yīng)用時(shí)的測試和故障固態(tài)繼電器（SolidStateRelay縮寫SSR,是由微電子電路，分立電子器件，電力電子功率器件組成的無觸點(diǎn)開關(guān)。用隔離器件實(shí)現(xiàn)了控制端與負(fù)載端的隔離。固態(tài)繼電器的輸入端用微小的控制信號，達(dá)到直接驅(qū)動大電流負(fù)載。1、典型交流固態(tài)繼電器的工作原理固態(tài)繼電器（SolidStateRelay,SSR是一種有繼電特性的無觸點(diǎn)式電子開關(guān)。具有壽命長、可靠性高、開關(guān)速度快、電磁干擾小、無噪聲、無火花等特點(diǎn)。交流固態(tài)繼電器（過零型）的原理見圖1。固態(tài)繼電器由三部分組成：輸進(jìn)電路、隔離合）和輸出電路，在輸進(jìn)電路控制端加進(jìn)信號后，IC1光電耦合器內(nèi)光敏三極管呈導(dǎo)通

2、狀態(tài),R1串接電阻對輸進(jìn)信號進(jìn)行限流，以保證光耦合器不致?lián)p壞。發(fā)光二極管LED指示輸進(jìn)端控制信號，二級管VD1可防止輸進(jìn)信號正負(fù)極性接反時(shí)對光耦I(lǐng)C1造成的損壞。tr,口燈圖交流固態(tài)康電器察理圖傳奇商城v1在線路中起到交流電壓檢測作用，使固態(tài)繼電器在電壓過零時(shí)開啟、負(fù)載電流過零時(shí)關(guān)斷。當(dāng)IC1光敏三極管截止時(shí)（控制端無信號輸進(jìn)時(shí)），V1通過R2獲得基極電流使之飽和導(dǎo)通，從而使SCR可控硅門極觸發(fā)電壓UGT被箝在低電位而處于關(guān)斷狀態(tài)，終極導(dǎo)致BTA雙向可控硅在門極控制端R6上無觸發(fā)脈沖而處于關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)IC1光敏三極管導(dǎo)通時(shí)（控制端有信號輸進(jìn)），SCR可控硅的工作狀態(tài)由交流電壓零點(diǎn)檢測三極管V1

3、來確定。如電源電壓經(jīng)R2與R3分壓，A處電壓大于過零電壓時(shí)（VA>VBE1）V1處飽和導(dǎo)通狀態(tài)，SCRBTA可控硅都處于關(guān)斷狀態(tài)；如電源電壓經(jīng)R2與R3分壓，A處電壓小于過零電壓時(shí)（VA交流過零型固態(tài)繼電用具有電壓過零時(shí)開啟、負(fù)載電流過零時(shí)關(guān)斷的特性。它的最大接通、關(guān)斷時(shí)間是半個(gè)電源周期，在負(fù)載上可得到一個(gè)完整的正弦波形，也相應(yīng)減少了對負(fù)載的沖擊。而在相應(yīng)的控制回路中產(chǎn)生的射頻干擾也大大減少。三相固態(tài)繼電器（SSR可直接用于三相電機(jī)的控制。最簡單的方法是采用2只SSR作電機(jī)通斷控制，4只SSR作電機(jī)換相控制，第三相不控制。固態(tài)繼電器與常規(guī)電磁繼電器優(yōu)缺點(diǎn)比較見表1。表1電磁罐電4f與固態(tài)

4、繼電口比較周春燃電aissR)電出蜷電器EEMR)猊喊度檎入電壓施阻寬，曬動功率低,可以和迎物集成電造兼容不靠要加級沖寄成短動靜,聯(lián)有高靈量度.捽制功事小的特點(diǎn)，盟醐功率eSOeR控制電壓弦窄，需加我動電器.臭坡度整.一jte在幾Timt壽命和可尊性無機(jī)械輅動郵件.可在府去振動評境工作.由同態(tài)繼電器*項(xiàng)觸點(diǎn)功能.一轅仃壽命忙.可麻性必特點(diǎn)對沖擊、振動環(huán)境敕感,觸點(diǎn)整命較短、可翕性較祗切賽速度切教速度快,JLms切換速度一般太子？。m電磁干有因大方效交窿輸出局志維電器輸出是一個(gè)肆電壓開關(guān)，射頰干擾較小丙本門螳硼以及駐點(diǎn)控制會璃較大的電磁干就導(dǎo)退管壓陣大，而開有麻電流導(dǎo)遇壓降小、岫點(diǎn)電吃小.斷開無

5、31流劉制觸點(diǎn)動用性固海繼電群一鼓為單刀單墀式對外控制,如甯事ta控制住雄.交、直流通相性弗對外進(jìn)行聿和控制較易.可交宜颼融用.在開關(guān)控韶過程中常伴有幾5到幾十皿的抖動繼電器測試與故障判定以上儀廠使用的固態(tài)繼電器為例，其外部接線見圖2。Jfid曰重曜電器掛級旨蚌影圖參考(1)當(dāng)觸發(fā)端DO與D1、D2之間沒有加控制電壓時(shí)，丈量輸進(jìn)端電阻，如電阻小于40Q或大于幾千Q時(shí)，均說明該繼電器控制性能不良，最好不要使用，否則會導(dǎo)致執(zhí)行器電機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)或變慢等故障。(2)在觸發(fā)端不加控制電壓，用數(shù)字萬用表丈量繼電器三相輸人端與輸出真?zhèn)€電阻，如測得數(shù)值在數(shù)kQ以下或電阻很小，或用數(shù)字萬用表丈量繼電器輸進(jìn)端與輸進(jìn)

6、端、輸出端與輸出端及與散熱板之間的電阻，測得電阻在數(shù)拾MQ或kQ以下，說明繼電器已損壞，不能再使用。這時(shí)若執(zhí)行送電操縱，執(zhí)行機(jī)構(gòu)電源回路就會燒保險(xiǎn)絲或跳空氣開關(guān)。(3)如在觸發(fā)端DO與D1、D2之問加上控制電壓，紅燈與綠燈二個(gè)指示燈同時(shí)亮，且輸進(jìn)與輸出端之間不導(dǎo)通，那么該繼電器模塊的觸發(fā)電路已損壞，不能再使用。這時(shí)進(jìn)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)操縱會無反應(yīng)。(4)在觸發(fā)端DO與D1、D2之間分別加上控制電壓時(shí)，指示燈紅燈或綠燈亮，用數(shù)字萬用表丈量繼電器三相輸進(jìn)端與輸出真?zhèn)€電阻在數(shù)k以上，或電阻一直變化不定，說明該繼電器模塊性能不良，也會造成電機(jī)速度變慢、不穩(wěn)等故障，盡量不要再使用。(5)在執(zhí)行器通電且不發(fā)指令，

7、固態(tài)繼電器開路且前端有電壓時(shí)，輸出端會有一定的漏電流，但10A以上的SSR漏電流對50w以上功率的負(fù)載基本無影響，需留意。3、選型時(shí)應(yīng)留意事項(xiàng)(1)因電動執(zhí)行器操縱頻繁，宜選用過零型繼電器，可延長負(fù)載和繼電器壽命，也可減小自身的射頻干擾。(2)很多被控負(fù)載在接通瞬間會產(chǎn)生很大的浪涌電流，由于熱量來不及散發(fā)，很可能使SSR內(nèi)部可控硅損壞，所以在選用繼電器時(shí)應(yīng)對被控負(fù)載的浪涌特性進(jìn)行分析，然后再選擇繼電器。使繼電器在保證穩(wěn)態(tài)工作條件下能夠承受這個(gè)浪涌電流，選擇時(shí)可選用0.2的降額系數(shù)(常溫下)。如所選用的繼電器需在動作頻繁、壽命及可靠性要求高的場合工作時(shí)，則應(yīng)在0.2的基礎(chǔ)上再乘以0.6以確保工作

8、可靠。(3)繼電器使用時(shí)，因過流和負(fù)載短路會造成SSR內(nèi)部輸出可控硅永久損壞，可考慮在控制回路中增加快速熔斷器和空氣開關(guān)予以保護(hù)。當(dāng)加在固態(tài)繼電器上的電壓峰值超過SSR所能承受的最高電壓峰值時(shí)，固態(tài)繼電器元件會被電壓擊穿而造成損壞，因此應(yīng)選擇有輸出保護(hù)的產(chǎn)品，內(nèi)置壓敏電阻吸收回路和RC緩沖器可吸收浪71電壓和進(jìn)步dv/dt承受力；也可在繼電器輸出端并接RC吸收回路和壓敏電阻來實(shí)現(xiàn)輸出保護(hù)。選用原則是：220V時(shí)選用500600V壓敏電阻，380V時(shí)可選用800900V壓敏電阻。(4)固態(tài)繼電器負(fù)載能力受環(huán)境溫度和自身溫升的影響較大，在安裝使用過程中，應(yīng)保證其有良好的散熱條件，額定工作電流在10

9、A以上的產(chǎn)品應(yīng)配散熱器，在安裝時(shí)應(yīng)留意繼電器底部與散熱器的良好接觸，并考慮涂適量導(dǎo)熱硅脂以達(dá)到最佳散熱效果。(5)當(dāng)輸進(jìn)電壓或輸進(jìn)電流超出繼電器的額定參數(shù)時(shí)，可考慮在輸進(jìn)端串接分壓電阻或并接分流電阻，同時(shí)保持控制信號和負(fù)載電源穩(wěn)定，波動不大于10%,否則應(yīng)采取穩(wěn)壓措施。(6)固態(tài)繼電器適用于50Hz或60Hz,不宜用在低頻或高次諧波分量大的場合，否則可能由于高次諧波而不能可靠關(guān)斷。高次諧波還可能導(dǎo)致SSR內(nèi)部的RC吸收回路因過熱而炸裂。(7)在電機(jī)換向時(shí)，為避免產(chǎn)生類似電機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)引起的較大沖擊電壓和電流，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制回路中除了過壓、過流、溫度保護(hù)外，應(yīng)采用先加后斷控制電路電源、后加先斷電機(jī)電

10、源的時(shí)序，以避免在導(dǎo)通的SSR關(guān)斷時(shí)另一相SSR導(dǎo)通引起相間短路。固態(tài)繼電器選型方法1 .在選用小電流規(guī)格印刷電路板使用的固態(tài)繼電器時(shí)，因引線端子為高導(dǎo)熱材料制成，焊接時(shí)應(yīng)在溫度小于250C、時(shí)間小于10S的條件下進(jìn)行，如考慮周圍溫度的原因，必要時(shí)可考慮降額使用，一般將負(fù)載電流控制在額定值的1/2以內(nèi)使用。2 .各種負(fù)載浪涌特性對固態(tài)繼電器SSR勺選擇被控負(fù)載在接通瞬間會產(chǎn)生很大的浪涌電流，由于熱量來不及散發(fā)，很可能使SSR內(nèi)部可控硅損壞，所以用戶在選用繼電器時(shí)應(yīng)對被控負(fù)載的浪涌特性進(jìn)行分析，然后再選擇繼電器。使繼電器在保證穩(wěn)態(tài)工作前提下能夠承受這個(gè)浪涌電流，選擇時(shí)可參考表2各種負(fù)載時(shí)的降額系

11、數(shù)（常溫下）。如所選用的繼電器需在工作較頻繁、壽命以及可靠性要求較高的場合工作時(shí)，則應(yīng)在表2的基礎(chǔ)上再乘以0.6以確保工作可靠。一般在選用時(shí)遵循上述原則，在低電壓要求信號失真小可選用采用場效應(yīng)管作輸出器件的直流固態(tài)繼器；如對交流阻性負(fù)載和多數(shù)感性負(fù)載，可選用過零型繼電器，這樣可延長負(fù)載和繼電器壽命，也可減小自身的射頻干擾。如作為相位輸出控制時(shí)，應(yīng)選用隨機(jī)型固態(tài)繼電器。3 .使用環(huán)境溫度的影響固態(tài)繼電器的負(fù)載能力受環(huán)境溫度和自身溫升的影響較大，在安裝使用過程中，應(yīng)保證其有良好的散熱條件，額定工作電流在10A以上的產(chǎn)品應(yīng)配散熱器，100A以上的產(chǎn)品應(yīng)配散熱器加風(fēng)扇強(qiáng)冷。在安裝時(shí)應(yīng)注意繼電器底部與散

12、熱器的良好接觸，并考慮涂適量導(dǎo)熱硅脂以達(dá)到最佳散熱效果。如繼電器長期工作在高溫狀態(tài)下（40C80C）時(shí)，用戶可根據(jù)廠家提供的最大輸出電流與環(huán)境溫度曲線數(shù)據(jù)，考慮降額使用來保證正常工作。4 .過流、過壓保護(hù)措施在繼電器使用時(shí)，因過流和負(fù)載短路會造成SSR固態(tài)繼電器內(nèi)部輸出可控硅永久損壞可考慮在控制回路中增加快速熔斷器和空氣開關(guān)予以保護(hù)型（選擇繼電器應(yīng)選擇產(chǎn)品輸出保護(hù)，內(nèi)置壓敏電阻吸收回路和RC緩沖器，可吸收浪涌電壓和提高dv/dt耐量）；也可在繼電器輸出端并接RC吸收回路和壓敏電阻（MOV）來實(shí)現(xiàn)輸出保護(hù)。選用原則是220V選用500V-600V壓敏電阻，380V時(shí)可選用800V-900V壓敏電阻。5 .繼電器輸入回路信號在使用時(shí)因輸入電壓過高或輸入電流過大超出其規(guī)定的額定參數(shù)時(shí)，可考慮在輸入端串接分壓電阻或在輸入端口并接分流電阻，以使輸入信號不超過其額定參