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了解固态继电器的结构,特点,工作原理及其应用环境
upload time2019-12-07
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§1. 什么是固态继电器?

Three types of the solid state relay

固态继电器(也称为SSR,固态式开关,或固态开关)是一种集成的无触点式的电子开关设备,由集成电路(IC)和分立元件封装到一个紧凑的固态结构中。根据电子元件(如开关晶体管,双向晶闸管和其他半导体元件)的开关特性,固态继电器能够通过电子电路非常快速地切换负载的“ON”和“OFF”的开关状态,实现与传统机械继电器相同的功能。与过去的由“线圈 - 簧片触点”构成电磁继电器(也称EMR,机械式继电器)相比,固态继电器由于内部没有可移动的机械部件,并且在切换过程中也没有任何机械动作,所以固态继电器也被叫做“无触点开关”。

此外,固态继电器的放大和驱动功能非常适合驱动大功率的设备,这比电磁继电器更为可靠。固态继电器的控制开关所需的功率非常低,因此可使用极低的负载电流控制负载大电流。并且,固态继电器在输入和输出端子之间使用成熟可靠的光电隔离技术,彼此有效隔离,而且该技术允许低功率器件的输出信号直接连接到固态继电器的输入控制端子,以控制固态继电器输出端的高功率器件,而无需额外的保护电路。此外,交流固态继电器使用“过零检测器”以安全地应用于计算机的输出接口,而不会对计算机造成一系列干扰甚至严重故障。 而电磁继电器无法实现这些功能。

§2. 固态继电器有哪些优点?

1.使用寿命与稳定性更长的使用寿命

实际上,机械触点的寿命决定了机械继电器的寿命。由于固态继电器内部没有机械触点,固态继电器的使用寿命不会因触点的机械磨损,老化,锈蚀而缩短。同时,固态继电器内部没有机械运动部件(如弹簧,簧片),因此不会发生触点跳动和运动部件接触不良。
由于采用无触点式结构和树脂外壳保护,固态继电器具有良好的抗冲击性,抗冲击性和耐腐蚀性。因而,固态继电器比电磁继电器具有更广泛的应用范围,例如,湿度对固态继电器几乎没有影响,只是略微降低了其绝缘性能,但电磁继电器对湿度非常敏感,如果长时间暴露在湿气中时间,电磁继电器的部件将被腐蚀,并且其使用寿命将缩短。
总之,固态继电器的寿命是电磁继电器的50-100倍,而且固态继电器的可靠性远远优于电磁继电器。

2.成本

极低的综合成本

固态继电器的初始购买成本高于电磁继电器。但考虑到其他成本(如综合使用寿命,检查和维护成本,由于继电器不稳定或故障导致的损耗和低工作效率等),使用固态继电器的平均成本远低于电磁继电器。
此外,在一些应用中,需要额外的成本来防止触点振动和机械继电器的接触不良。

3.效率

更高的控制效率

固态继电器的工作频率(或开关速率)是电磁继电器的几倍到几十倍,这使得固态继电器能够用于对工作效率有较高要求的设备。此外,固态继电器使用半导体作为信号传输介质,因此固态继电器可以与计算机控制系统兼容,而无需添加额外的电路和设备,而电磁继电器无法做到这一点。
固态继电器的响应时间远低于机械继电器的响应时间,固态继电器的控制功率也低于电磁继电器的控制功率,这使得电磁继电器不适用于需要响应时间较短且控制功率的设备。在一些需要低功率因数的特殊应用中,开关必须稳定且不应振动,这些地方也不能使用电磁继电器。

4.电磁辐射

极低的电磁干扰

机械结构使机械继电器在开关期间产生大量的电磁干扰(EMI)信号。如果没有附加保护电路,这些干扰信号可能对电子设备和电网产生不利影响。强烈的电磁干扰甚至会对人体造成伤害。
相比之下,固态继电器具有良好的电磁兼容性(EMC)。具有过零功能的固态继电器可以减少外部干扰对固态继电器的影响,还可以减少固态继电器本身产生的干扰信号。
因此,如果应用设备需要低电磁干扰,建议只使用固态继电器。

5.工作模式

更多的动作模式

固态继电器内部电路种类繁多,可根据实际需要灵活设计。通过内部元件的组合,固态继电器可以根据控制信号和电源的不同状态实现输出电路的各种控制。
然而,电磁继电器只能异步切换负载,也就是说,开关的状态仅由控制信号控制,并且与电源信号无关;而固态继电器可以同步实现控制。当然,固态继电器有更多的动作模式,例如:
1)异步模式
2)同步模式
3)过零或峰值同步模式
4)相角模式
5)脉冲模式


由于固态继电器的固有特性和上述优点,自1974年问世以来已广泛应用于各个领域,并且在电磁继电器无法适用的许多领域中已完全取代了电磁继电器。特别是在计算机自动控制系统领域,因为固态继电器需要非常低的驱动功率并且与逻辑电路兼容,并且还可以直接驱动输出电路而无需额外的数字缓冲器。

当然,固态继电器也有一些缺点,包括:存在导通电压降和输出漏电流,需要散热措施,购买成本比电磁继电器高,直流继电器和交流继电器不通用,单一控制状态,触点组太少,过载能力差。虽然可通过定制特殊的固态继电器来解决上述一些问题,但在设计电路和使用时需要考虑和优化这些劣势,以最大地发挥出固态继电器的优势。

§3. 固态继电器有哪些结构?

1.输入电路

固态继电器的输入电路,也称为控制电路,为输入控制信号提供回路,使控制信号成为固态继电器的触发源。根据输入电压的不同,输入电路可分为直流输入电路,交流输入电路和交直流输入电路三种。直流输入电路可以进一步分为阻性输入电路和恒流输入电路。

2.驱动电路

固态继电器的驱动电路包括三个部分:隔离耦合电路,功能电路和触发电路。根据固态继电器的实际需要,可能只包括这些部件中的一个/两个。
2.1隔离耦合电路:
固态继电器的I / O电路(输入/输出电路)的隔离和耦合方法目前使用两种方式,光电耦合器电路和高频变压器电路。
2.2功能电路:
功能电路可以包括各种功能电路,例如检测电路,整流电路,过零电路,加速电路,保护电路,显示电路等。
2.3触发电路:
触发电路用于向输出电路提供触发信号。

3.输出电路

固态继电器的输出电路由触发信号控制,以实现负载电源的开/关切换。
输出电路主要由输出元件(芯片)和缓冲回路(用作瞬态抑制器)组成,有时包括反馈电路。到目前为止,固态继电器的输出组件主要包括:双极结型晶体管(双极晶体管或BJT,分为两种类型,PNP和NPN),晶闸管(可控硅整流器或SCR),三端双向可控硅(双向三极管,双向晶闸管,双向可控整流器或BCR),金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET),绝缘栅双极晶体管(IGBT),碳化硅MOSFET(SIC MOSFET,一种宽带隙晶体管,带工业级最高工作结温为200°C,功耗低,体积小巧)等。

§4. 固态继电器有哪些类型?

固态继电器的类型

1.根据负载
根据负载电源的类型,固态继电器可分为直流固态继电器(DC-SSR)和交流固态继电器(AC-SSR)。 直流固态继电器使用功率半导体晶体管作为开关元件(例如BJT,MOSFET,IGBT)来控制直流负载的开关状态,而交流固态继电器使用晶闸管(例如作为Triac,SCR)作为控制交流负载电源的ON / OFF状态的开关元件。

2.根据控制触发模式
根据控制触发模式(开启和关闭时机),直流固态继电器可分为过零型交流固态继电器,随机导通型交流固态继电器和峰值导通型交流固态继电器。
     过零型交流固态继电器内部结构及电路图              随机型交流固态继电器内部结构及电路图      
3.根据相位
根据交流电源的相位,交流固态继电器可分为单相交流固态继电器和三相交流固态继电器。

4.根据开关组件
根据开关元件,交流固态继电器可分为普通型交流固态继电器和增强型交流固态继电器。普通型交流固态继电器使用三端双向可控硅开关作为输出开关元件,增强型交流固态继电器使用反并联的一对单向可控硅作为开关元件。

5.根据输入输出方式
根据输入输出方式固态继电器可分为四种类型:直流输入 - 交流输出型固态继电器(DC-AC SSR),直流输入 - 直流输出型固态继电器(DC-DC SSR),AC输入-AC输出型固态继电器(AC-AC SSR),AC输入-DC输出型固态继电器(AC-DC SSR)。

6.根据开关类型
根据开关类型,可分为常开型固态继电器(或NO-SSR)和常闭型固态继电器(或NC-SSR)。仅当输入端子应用控制信号时,常开固态继电器才会打开。相反,当输入信号施加到输入端时,常闭固态继电器将被关闭。 (除非另有说明,否则本文档中的固态继电器默认为常开固态继电器。)

7.根据隔离/耦合
根据隔离/耦合方式,可分为簧片继电器耦合型固态继电器,变压器耦合型固态继电器,光耦合型固态继电器和混合型固态继电器。

8.根据电路结构
根据电路结构的不同,固态继电器可分为分立结构型固态继电器和混合结构型固态继电器。分立结构固态继电器大多由分立元件和印刷电路板组装而成,然后采用环氧树脂灌封,塑料密封或树脂包覆。混合结构固态继电器使用厚膜组合技术来组装分立元件和半导体集成电路(IC),然后将它们封装在金属或陶瓷外壳中。

9.根据性能
根据性能,固态继电器可分为标准型固态继电器和工业型固态继电器。标准固态继电器的额定电流一般为10A至120A,工业固态继电器的额定电流较大,可为60A至2000A或更大。因此,工业型固态继电器可以满足工业环境和工业机械的严格要求。

10.根据安装
根据安装方式,固态继电器可分为面板安装型固态继电器(或平面安装型),DIN导轨安装型固态继电器和印刷电路板安装型固态继电器(或PCB安装型) )。 PCB安装型可进一步分为插座安装型(或插入式安装型)和支架安装型(或法兰安装型)。具有许多封装标准(如SIP,Mini-SIP和DIP)的插入式固态继电器可以直接焊接在印刷电路板上,依靠自然冷却,无需散热器;法兰安装固态继电器需要额外的金属板或散热器来散热。

11.根据应用
根据应用,固态继电器可分为通用固态继电器,双向传输固态继电器,汽车固态继电器,锁存固态继电器(输入信号作为逻辑异或,或XOR运行,所以任何输入都可以锁定/解锁输出),依此类推。

§5. 固态继电器有哪些参数?

固态继电器的基本参数

1.输入电压范围/输入电流:
1.1输入电压范围是指当环境温度低于25°C时,固态继电器正常工作时必须输入的电压范围值(即最小值)或允许输入值(即最大值)。
1.2输入电流是指特定输入电压下的相应输入电流值。

2.开启电压/关闭电压:
2.1开启电压(接通电压)。当输入电压(施加到输入端子的电压)大于或等于导通电压时,输出端子将导通。
2.2关断电压(关断电压)。当输入电压(施加到输入端子的电压)小于或等于关断电压时,输出端子将关闭。

3.过零电压:
严格地说,过零电压不是电压点,而是由过零继电器的内部组件确定的电压范围,其值通常非常低并且几乎可以忽略不计。如果电源电压低于过零电压,过零继电器将不会打开;如果电压超过过零电压,过零继电器将处于接通状态。

4.额定输出电压/额定工作电流:
4.1额定输出电压是输出端子可承受的最高负载工作电压。
4.2额定工作电流是在25°C的环境温度下可以通过输出端子的最大稳态工作电流。

5.输出电压降/输出漏电流:
5.1输出电压降是固态继电器处于导通状态时额定工作电流下的测量输出电压。
5.2输出漏电流是指在固态继电器处于关断状态且额定输出电压施加于输出端子的情况下,流过负载的测量电流值。
该参数是固态继电器质量和性能的指标。输出电压降和输出漏电流越小,固态继电器越好。

6.浪涌电流:
浪涌电流,也称为过载电流,输入浪涌电流或接通浪涌电流,是指设备不会永久损坏且输出端子可承受的非重复最大(或过载)电流值,当固态继电器处于开启状态。 交流固态继电器的浪涌电流是额定工作电流的5~10倍(一个周期内),直流固态继电器是额定工作电流的1.5~5倍(一秒内)。

7.功耗:
功耗,是指固态继电器本身在通电状态和断电状态下消耗的最大功率值。

8.接通时间/关闭时间:
8.1接通时间(或接通时间)是常开固态继电器从施加输入控制电压开始直到输出端子开启并且输出电压达到90%的时间所需的时间。
8.2关断时间(或关闭时间)是常开固态继电器从切断输入控制电压开始直到输出端子开始关闭且输出电压达到90%所需的时间。

9.绝缘电阻/介电强度:
9.1绝缘电阻是指在施加某个直流电压(例如550V)时,固态继电器的输入端子和输出端子之间的测量电阻值。它还可以包括输入端子和外壳(包括散热器)之间的测量电阻值,以及输出端子和壳体之间的测量电阻值。
9.2介电强度或介电耐压是指固态继电器输入端和输出端之间可容许的最大电压值。它还可以包括输出端子和外壳之间可容许的最大电压,以及输入端子和外壳之间可容许的最大电压。

10.工作温度/最高结温:
10.1工作温度是指固态继电器按规范安装散热器或未安装散热器时允许的正常工作环境温度范围。
10.2结温是晶体管结温的缩写,是电子器件中半导体的实际工作温度。在操作中,它通常高于壳体温度和部件的外部温度。最大结温是输出开关元件允许的最高结温。

§6. 固态继电器的工作原理

过零型交流固态继电器的零件

由于过零型交流固态继电器比其他类型的固态继电器具有更完整且更典型的结构,因此描述交流过零型继电器的工作细节有助于说明固态继电器的完整工作原理:

1.各部分的功能:
以下是交流固体继电器的结构图。过零型交流固态继电器的等效电路图
下面框图中的A~E电路形成过零型固态继电器的主体。       过零型固态继电器的每个部件的介绍.总的来说,SSR继电器是一个四端负载开关,只有两个输入端子(③和④)和两个输出端子(①和②)。当交流过零型固态继电器工作时,只要在③和④端子上添加了一定的控制信号,就可以控制①和②端子之间的回路的ON / OFF状态。
耦合电路A用于为连接到③和④端子的控制设备提供I / O通道,并电气隔离了固态继电器的输入端子和输出端子之间的连接,以防止输出电路干扰输入电路。耦合电路中最常用的元件是光耦合器,具有高动作灵敏度,高响应速度和输入和输出端子之间的高介电强度(耐压能力)。由于光电耦合器的输入负载是发光二极管(LED),这使得固态继电器的输入值易于与控制装置的输入信号电平匹配,并且可以连接输入端子SSR直接转发到计算机输出接口,也就是说,固态继电器可以由逻辑电平“1”和“0”控制。
触发电路B的功能是产生合适的触发信号以驱动开关电路D工作。但是,如果没有添加特殊控制电路,开关电路将产生射频干扰(RFI),这将通过高次谐波和尖峰污染电网,因此过零检测电路C专门用于解决这个问题。
缓冲电路E设计用于防止电源的尖峰和浪涌对开关晶体管造成冲击和干扰(甚至是故障)。通常,RC电路(电阻器 - 电容器电路,或RC滤波器或RC网络)或非线性电阻器(例如变阻器)用作缓冲电路。压敏电阻,也称为电压相关电阻(VDR),是一种电子元件,其电阻值随施加的电压非线性变化,最常见的压敏电阻类型是金属氧化物压敏电阻(MOV),如氧化锌非线性电阻( ZNR)。

2.每个组件的功能:
       过零型固态继电器内部部件的功能R1是限流电阻,可限制输入信号电流并确保光耦合器不会损坏。 LED用于显示输入控制信号的输入状态。二极管VD1用于在输入信号的正极和负极反转时防止光耦合器损坏。光耦器OPT将输入和输出电路电隔离。三极管M1用作反相器,并且同时与晶闸管SCR构成过零检测电路,并且SCR晶闸管的操作状态由交流电压零检测晶体管M1确定。 VD2~VD4构成全波整流桥(或全波二极管桥)UR。可以从SCR和UR获得用于接通三端双向可控硅开关BCR的双向触发脉冲。 R6是用于保护BCR的分流电阻。 R7和C1构成浪涌吸收网络,以吸收电源中的尖峰电压或浪涌电流,以防止对开关电路的冲击或干扰。 RT是一种热敏电阻,可作为过热保护器,防止固态继电器因温度过高而损坏。 VDR是一种压敏电阻,用作限压器件,可在输出电路过压时钳位电压并吸收过量电流,以保护固态继电器。过零交流固态继电器的电路图,尺寸和图纸

过零交流固态继电器如何工作

1.工作过程:
过零型交流固态继电器具有在电压过零时导通并在负载电流过零时关断的特性。
       过零型交流固态继电器的工作状态及区域过零交流固态继电器的电路图,尺寸和图纸  当光耦合器OPT关闭时(即OPT的控制端没有输入信号),M1通过从R2获得基极电流而饱和并导通,结果,栅极触发电压(UGT)晶闸管SCR被钳位到低电位并关闭。因此,三端双向可控硅BCR处于关断状态,因为在栅极控制端子R6上没有触发脉冲。
当输入控制信号施加在固态继电器的输入端上时,光电晶体管OPT导通(即OPT的控制端具有输入信号)。在电源电压被R2和R3分压后,如果A点的电压大于M1的过零电压(即VA> VBE1),则M1将处于饱和导通状态,并且两者均为SCR和BCR晶闸管将处于关闭状态。如果A点的电压小于M1的过零电压(即VA<VBE1),M1将处于截止状态,SCR将被触发导通,然后触发脉冲来自“R5” →在BCR的控制极上获得→UR→SCR→UR→R6“方向(或相反方向)以激活BCR,最后将负载连接到交流电源。
通过上述过程,可以理解,M1用作交流电压检测器,用于在负载电压过零时接通固态继电器,并在负载电流过零时断开固态继电器。并且由于过零检测器的功能,负载电路对负载的影响相应减小,并且控制回路中产生的射频干扰也大大减少。

2.过零定义:
这里需要解释什么是零交叉。在交流电流中,过零点是不存在电压的瞬时点,即AC波形的正半周期和负半周期之间的结点。在每个交流电循环中,通常会有两个过零点。如果电源在零交叉的瞬间切换,则不会产生电气干扰。当输入端子连接到控制信号并且输出交流电压过零时,AC固态继电器(配备过零控制电路)将处于ON状态;相反,当控制信号关闭时,SSR处于OFF状态直到下一个过零。
另外,应该指出的是,固态继电器的过零点实际上并不意味着电源电压波形的零伏特。该图是交流电压正弦波的一部分。根据AC开关元件的特性,图中的AC电压被分成对应于SSR输出电路的三个状态的三个区域。 U1和U2分别代表开关元件的阈值电压和饱和电压。

该图显示了过零固态继电器的I / O波形。并且由于晶闸管的性质,在输出端子的电压达到阈值电压(或触发电路的触发电压)之后,固态继电器将处于导通状态。然后,固态继电器在达到饱和电压后将处于实际接通状态,同时产生非常低的导通状态电压降。如果输入信号关闭,当负载电流低于晶闸管的保持电流或下一个AC换向点(即SSR继电器关闭后负载电流第一次通过零)时,固态继电器将关闭)。        过零型固态继电器的输入/输出波形图

§7. 如何选择固态继电器?

固态继电器的负载电压

首先要考虑的是负载电压是AC还是DC,以确定是选择AC-SSR还是DC-SSR。其次,应考虑负载电源的电压,其不能大于输出额定电压,并且小于固态继电器的最小电压。然后考虑负载电压的大小和瞬态电压。负载电压是指施加到SSR开关输出端子的稳态电压,瞬态电压是指SSR继电器的输出端子可以承受的最大电压。当交流感应负载,单相电机负载或三相电机负载切换或通电时,SSR开关输出电压可能是电源峰值电压的两倍,此电压不能大于瞬态电压SSR防止过大的冲击电压损坏电子开关。因此,在选择SSR时,最好留出输出电压的余量,并选择带RC电路的SSR继电器来保护固态继电器并优化dv / dt。

RC电路:
RC电路,也称为RC滤波器,RC缓冲器或RC网络,是由电阻器和电容器组成的电路。建议选择带压敏电阻吸收电路和RC缓冲电路的固态继电器。 RC电路阻止某些频率通过,并允许其他频率信号通过以滤除干扰信号。此外,RC电路还可用于降低输出电压的上升速率(dv / dt),吸收浪涌电压,抑制过大的瞬态电压/电流,并防止固态继电器因过电压而损坏。

功率因数:
在电气工程中,交流电力系统的功率因数被定义为流向负载的实际功率与电路中的视在功率之比,并且是在-1到1的闭合间隔中的无量纲数。如果是未规定一般产品的负载功率是视在功率(包括有功功率和无功功率)。但是,感性负载的一般规范通常给出有功功率的大小。例如,虽然荧光灯标记为15至40瓦(其有功功率),但其镇流器消耗大约8瓦的功率,因此应将8W加到15~40w以计算总功率。可以从给定的功率因数计算产品的感应部分(即无功功率的量)。

固态继电器的负载电流

固态继电器的输出电流值是流过SSR输出端的稳态电流,通常等于连接到SSR输出端的负载电流。由于SSR开关的开关元件对温度非常敏感,并且过电流会产生大量的热量,因此SSR的过载能力很弱。因此,SSR继电器的输出电流不应超过其额定输出电流,浪涌电流不得超过过载能力,特别是对于易产生浪涌电流的电感/电容负载,以及由此产生的浪涌电流。电源本身。
输出电流需要一个余量,以避免过大的浪涌电流,从而缩短固态继电器的寿命。对于一般电阻负载,可以根据额定值的60%选择额定有效工作电流值。此外,可以考虑使用快速保险丝和空气开关来保护输出回路,或者在继电器的输出端添加RC吸收回路和压敏电阻(MOV)。压敏电阻的选择规格是为220VAC SSR选择500V~600V MOV,为380VAC SSR选择800V~900V MOV。

浪涌电流:
几乎所有受控负载都会在导通时产生大的浪涌电流。例如:
1)电加热装置,如白炽灯,电炉等。它们是纯电阻负载,具有正稳定系数,但在低温下电阻很小,因此启动时的电流将超过几倍。稳态电流。
2)某些类型的灯在烧毁时具有低阻抗。
3)当电机开启,转子锁定,关闭时,会产生较大的浪涌电流和电压。锁定转子是在速度为0rpm时电动机仍然输出转矩的情况,同时电动机的功率因数将极低,并且电流可以达到额定电流的7倍。
4)当中间继电器或电磁阀未可靠关闭和弹跳时,它也会产生很大的浪涌电流。
5)当切换电容器组或电容器电源时,会产生类似的短路情况,并产生非常大的电流。
6)当电容换向型电动机正在反转时,电容器电压和电源电压叠加在SSR的输出端,SSR将承受两倍电源电压的浪涌电压。

过大的浪涌电流会损坏SSR内部的半导体开关。因此,在选择继电器时,应首先分析受控负载的浪涌特性,以使继电器能够承受浪涌电流,同时确保稳态运行。固态继电器的额定电流应根据实际要求中的降额系数进行选择。如果选定的继电器需要在频繁操作,寿命长,可靠性高的地方工作,则根据已知的降额系数将额定电流除以0.6,以确保运行的可靠性。此外,电阻器或电感器可以串联连接到输出回路,以进一步限制电流。
注意:请不要使用SSR浪涌电流值作为选择负载启动电流的基础。因为SSR继电器浪涌电流值是基于电子开关的浪涌电流,在半个(或一个)电源周期的前提下,即10ms或20ms。

*降额因素:
推荐的降额系数是针对室温下各种负载下应用的固态继电器的额定输出电流(已考虑过载能力和负载浪涌电流)。
有两种方法可以使用降额因子:
1)可根据不同环境和不同负载类型的降容系数选择固态继电器的额定电流值。 SSR继电器的额定电流等于负载的连续电流值除以降容系数。
2)如果选择了固态继电器且负载类型或环境发生变化,则应根据负载曲线和特定环境下的降额系数调整负载电流。调整后的电流乘以降额系数必须低于固态继电器的额定值。
此外,当SSR在需要更频繁操作,更长寿命和更稳定可靠性性能的应用中运行时,降额因子需要根据表中的数据进一步乘以0.6。但是,负载电流不应低于固态继电器的最小输出电流,否则继电器不会接通或输出状态异常。

固态继电器的负载类型

电阻负载:
简而言之,仅由电阻型元件工作的负载称为电阻负载。然而,一些负载在低温下具有低电阻,这导致更大的启动电流。例如,当电炉刚刚开启时,电流比稳定电流大1.3-1.4倍;当白炽灯打开时,电流是稳定电流的10倍。
Q1:电阻负载的特性是什么(工作时)?
A1:在直流电路中,电流和电压之间的关系符合基本欧姆定律,I = U / R;在交流电路中,电流相位与电压相位相比(与电源相比)。
Q2:哪些是阻性负载?
A2:由电阻加热的加热装置(如电阻炉,烤箱,电热水器,热油等),以及依靠电阻丝发光的灯(如碘钨灯,白炽灯等) 。

感应负载:
一般而言,感性负载是应用电磁感应原理(具有电感参数)的负载,例如高功率电气产品(如冰箱,空调等)。感性负载会增加电路的功率因数,并且通过感性负载的电流不会突然改变。在启动时,感应负载需要比维持正常操作所需的电流大得多的启动电流(大约3-7倍)。例如,异步电动机的启动电流是额定值的5-7倍,直流电动机的启动电流略大于交流电动机的启动电流。一些金属卤化物灯的开启时间长达10分钟,其脉冲电流高达稳态电流的100倍。
此外,当电源打开或关闭时,感应负载将产生反电动势(通常是电源电压的1-2倍),反电动势(简称反电动势或简称CEMF)将叠加在电源电压,所产生的电压高达电源电压的三倍。因此,当负载类型为感性负载时,固态继电器的输出端应连接压敏电阻,其耐压为负载电压的1.6-1.9倍。反电动势是一个不确定的值,随L和di / dt变化,如果当前的变化率(di / dt)太高,SSR将被损坏。在实际应用中,CEMF可以通过串联电感L减小,L电感的大小取决于尺寸和成本。
问题3:感性负载(工作时)的特征是什么?
A3:电感负载滞后(电流滞后电压)。在DC电路中,感性负载允许电流流过并且能量存储在电感器中,并且电流滞后于电压。在AC电路中,电流相位滞后于电压相位(与电源相比),并且相位可以最多滞后四分之一周期(或90度)。
Q4:哪些是感性负载?
A4:依靠通电气体发光的灯(如日光灯,高压钠灯或HPS灯,汞灯,金属卤化物灯等),以及大功率电气设备(如电机设备,压缩机,继电器等)。

电容负载:
通常,具有电容参数的负载称为容性负载,并且容性负载将降低电路的功率因数。在充电或放电期间,电容性负载相当于短路,因为电容器两端的电压不能突然改变。
Q5:感性负载(工作时)的特性是什么?
A5:电容负载超前(电流引线电压)。在直流电路中,容性负载可防止电流流动,但可以存储能量。在交流电路中,电流相位超前于电压相位(与电源相比),相位可以最大超过四分之一周期(或90度)。
Q6:哪些是感性负载?
A6:带有电容器的器件,例如补偿电容器。和电源控制设备,如开关电源,IT设备等。

如何根据负载类型选择固态继电器
1)对于电感和容性负载,如果在交流固态继电器开启期间向继电器输出端子施加较大的dv / dt(电压指数上升速率),建议使用具有较高dv / dt的固态继电器开/关。
2)对于交流电阻负载和大多数交流感应负载,可提供过零继电器,以延长负载和继电器的使用寿命,并减少自身的射频干扰。
3)作为相输出控制器,应使用随机型固态继电器。

§8. 固态继电器相关的注意事项

使用或安装固态继电器时的注意事项

1)产品的实际使用条件必须完全符合固态继电器参数和特性曲线的要求。
2)SSR不应用于具有大量低谐波或高谐波分量的应用中(例如,逆变器输出端的多组负载需要单独切换)。如果固态继电器在逆变器中用作电子开关,由于谐波较高,固态继电器可能无法可靠切换,SSR继电器内部的RC电路会因过热而爆炸。
3)SSR继电器应远离强电磁干扰源和射频干扰源,以确保SSR能够稳定安全地运行,避免失控。
4)除了可以直接安装在印刷电路板上的额定电流为1~5A的固态继电器外,其他固态继电器应配备适当的散热片。应在SSR底板和散热器之间涂抹导热油脂,并拧紧,使它们彼此靠近,以获得最佳散热效果。或者在SSR继电器背板附近安装温度控制开关,温度控制点通常设置在75°C和80°C之间。
5)当输入控制信号的输入电压过高且超过SSR的额定参数时,输入电阻可以串联连接到输入电路,以减少过量值。同样,当输入电流过大时,分流电阻可以并联连接到输入端口。
6)控制信号和负载电源需要稳定,波动不应超过10%,否则应采取电压调节措施。
7)如果使用固态继电器来控制变压器的初级电路,应考虑次级电路的瞬态电压对初级电路的影响。另外,由于电流在两个方向上都是不对称的,变压器也可能产生由饱和引起的浪涌电流。在这种情况下,示波器可用于测量可能产生的浪涌电流和电压,从而可以选择适当的SSR和保护措施。
8)固态继电器的输出没有完全隔离,当负载功率施加到输出端子时,即使固态继电器不工作,输出端子也会有一些漏电流,应该注意在使用和设计电路时。在维护期间,维修人员必须在检查输出电路之前切断电源。
9)当由于故障需要更换固态继电器时,建议使用相同型号或技术参数的SSR继电器,以匹配原始应用电路并确保系统可靠运行。

§9. 测试固态继电器时的注意事项

1)首先,应在测试前知道输出电流与外壳温度(环境温度)之间的关系,以避免因过载引起的SSR永久性损坏,因为当外壳温度升高或无散热器时额定输出电流将下降。
2)测试DC-SSR的导通和关断电压时,输入电压不能保持在导通和关断之间的状态太长时间,否则输出端子的功耗会急剧上升并烧毁输出切换组件。
3)测试期间不要随意加快动作速率(通常输入信号的一个周期应该是开/关时间总和的5倍以上),否则SSR继电器将因大动态而无法工作 - 开关损耗,甚至输出开关元件都会烧坏。
4)固态继电器在关断状态下不能实现输出端子之间的完全隔离,输出端子会有一定的漏电流。当在较高电压下测试介电耐压和绝缘电阻时,它容易发生电击,因此绝不能在输出端子上测试绝缘电阻或耐压。

§10. 固态继电器有哪些应用?

照明控制系统:

Lighting Control System

固态继电器的快速开关,长寿命和高可靠性使其在光控系统中表现出色。在交通信号灯领域,交通信号灯的工作环境复杂,但具有优良特性(防潮,防爆,防腐)的固态继电器可以面对它。并且固态继电器可以满足经常关闭和打开的符号/信号闪烁交通信号灯的要求,因为它们可以保持10毫秒或更长的切换间隔。并且在舞台灯光控制系统(通常应用于剧院,舞蹈,歌剧和其他表演艺术的制作)中,固态继电器可以与计算机系统一起控制多个灯光,并实现复杂的灯光效果以增加舞台的氛围。

遥控系统:

Remote Control System

远程控制系统通常需要小电流信号来控制高功率设备,例如电动机,脉冲阀和其他机械。作为无机械触点的电子开关元件,固态继电器广泛应用于遥控系统,具有控制灵活,可靠性高,耐用性高,无火花,无噪音,开关速度快,工作频率高,抗干扰能力强等优点等。

电脑数控机械:

Computer Numerical Control Machinery

计算机数控机床(CNC机床)中的许多传统机械继电器逐渐被固态继电器取代。由于具有出色的耐用性和高灵敏度,我们采用固态继电器来确保CNC加工的高精度和高质量。在数控机床的伺服系统中,固态继电器可以连续接收控制信号,并精确控制加工机床。

加热/冷却设备:

Heating/Cooling Equipment

通常,有三种方式来控制加热/冷却设备:固态继电器(SSR),晶闸管模块(SCR模块)和交流接触器。目前,固态继电器和SCR模块在冷却/加热设备中非常普遍,但相比之下,SCR模块不具有成本效益,因此固态继电器在加热/冷却设备中最常见,例如电烤箱,咖啡机,自动售货机机器,格栅,炸炉,空调,冰箱等。固态继电器在温度控制设备中也表现良好。定时器控制SSR,微控制器控制SSR和PID控制SSR(比例 - 积分 - 微分控制器)用于温度控制装置中以维持装置的温度稳定性,如HVAC(加热,通风和空调)。

医疗设备:

Medical Devices

在医疗设备领域,设备对工作频率和操作精度要求严格,医疗设备部件应具有良好的性能(高精度,耐用性等)。固态继电器可以满足大多数医疗设备的这些要求,例如,红外辐射设备具有巨大的热惯性,但是通过将固态继电器连接到辐射板,变得非常容易控制红外辐射的温度。设备通过固态继电器。

电动车:

Electric Vehicles

固态继电器广泛应用于电动汽车领域。例如,防爆固态继电器用于燃料电池车辆(氢燃料电池)中,以避免电弧和振动期间的错误操作。同样,每个高压电源单元都由多个固态继电器,保险丝和滤波电容器组合保护。

化学和采矿业:

Chemical and Mining Industry

考虑到化学和采矿业的复杂工作条件和特殊要求(防爆,防潮和防腐蚀能力),传统的机械继电器不能满足这些要求,因此大量的固态继电器被用于主要机械设备的中间控制器,如大型采煤电梯中配备的固态继电器。

电脑控制系统:

Computer Control System

计算机控制系统(包括计算机外围设备)对继电器有很高的要求,但各种固态继电器的类型可以帮助计算机设备控制各种动力单元来驱动大型机械自动化设备,或液压和气动设备,因为固体状态继电器具有以下特点:过零,良好的电磁兼容性,高灵敏度,快速切换速度,低电平控制信号,兼容逻辑电路(TTL,CMOS,DTL,HTL)甚至可直接连接微电脑控制装置等。

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