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蓝梦冰恋的博客

 
 
 

日志

 
 

引用 固态继电器工作原理   

2014-12-12 01:11:50|  分类: 科学技术 |  标签: |举报 |字号 订阅

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 固态继电器是一种两个接线端为输入端,另两个接线端为输出端的四端器件,中间采用隔离器件实现输入输出的电隔离。

       固态继电器按负载电源类型可分为交流型和直流型。按开关型式可分为常开型和常闭型。按隔离型式可分为混合型、变压器隔离型和光电隔离型,以光电隔离型为最多。

      固体继电器(Solid State Relay SSR)是利用现代微电子技术与电力电子技术相结合而发展起来的一种新型无触点电子开关器件。它可以实现用微弱的控制信导(几毫安到几十毫安)控制0. 1A直至几百A电流负载,进行无触点接通或分断。固体继电器是一种四端器件,两个输入端,两个输出端。输入端接控制信号,输出端与负载、电源串联,SSR 实际是一个受控的电力电子开关,其等效电路如图。

固态继电器 - 罪恶天使 -

        由于固体继电器具有高稳定、高可靠、无触点及寿命长等优点,广泛应用在电动机调速、正反转控制、调光、家用电器、烘箱烘道加温控温、送变电电网的建设与改造、电力拖动、印染、塑科加工、煤矿、钢铁、化工和军用等方面。

固态继电器 - 罪恶天使 -

        固体继电器与通常的电磁继电器不同:无触点、输入电路与输出电路之间光(电)隔离、由分立元件.半导体微电子电路芯片和电力电子器件组装而成,以阻燃型环氧 树脂为原料,采用灌封技术持其封闭在外壳中、使与外界隔离,具有良好的耐压、防腐、防潮抗震动性能。

       固体继电器由输入电路、驱动电路和输出电路三部分组成。

       这里仅以应用较多的交流过零型固体继电器为例,介绍其工作原理。该电路采用了过零触发技术,具有电压过零时开启,负裁电流过零时关断的特性,在负载上可以得到一个完整的正弦波形,因此电路的射频干扰很小。

固态继电器 - 罪恶天使 -

       该电路由信号输人电路、零电压检测控制电路、工作指示电路、双向晶闸管控制电路和吸收电路几部分组成。采用了光电耦合器GD作为输入电路和输出电路之间的隔离元件,VD是防止Vin正负接反烧坏GD。

        电路工作过程:当无输入信号时,GD中的光敏三极管裁止,VT1是交流电压零点检测器,通过R3获得基极电流而饱和导通,将VTH的门极箝在低电位而处于关断状态。当有输人信号时,光敏三极管导通,此时VTH的状态由VT1决定,如此电源电压大于过零电压时,分压器R3、R2的分压点P电压大于VBE1,VT1饱和导通,SCR门极因箝位在低电位而截止,TR的门极因没有触发脉冲而处于关断状态。只有当电源电压小于过零电压,P点电压小于VBE1时G1截止,SCR门极获得触发信号而导通。在TR的门极获得触发脉冲,TR就导通.从而接通负载电源。

         当输入信号关断后GD中的光敏三极管截止, G1饱和导通使SCR门极箝位在低电位而关断,但是此时TR仍保持导通状态,负载上仍有电流流过,直到负载电流随VAC减小到小于双向晶闸管TR的维持电流后才会自行关断,切断负载电源。        由于触发信号方式不同,AC—SSR还分为过零型触发(Z 型)和非过零型或随机型(P型)触发两种,如图为其工作波形图。可见过零型和非过零型之间的区别主要在于负载交流电流导通的条件。过零型在输入信号Vin 施加的t1时刻,由于此时电源电压处在非过零区,其输出端不导通,只有当电源电压到达过零区t2时,输出端负载中才有电流流过。而非过零型在输入信号 Vin施加的t1时刻,不管电源电压处在什么状态,负载立刻导通。这两种类型的固体继电器关断条件则相同.

固态继电器的技术参数

  1、输入电压范围:在环境温度25'c下,固态继电器能够工作的输入电压范围。

  2、输入电流:在输入电压范围内某一特定电压对应的输入电流值。

  3、接通电压:在输入端加该电压或大于该电压值时,输出端确保导通。

  4、关断电压:在输入端加该电压或小于该电压值时,输出端确保导通。

  5、反极性电压:能够加在继电器输入端上,而不应起永久性破坏的最大允许反向电压。

  6、额定输出电流:环境25'C时的最大稳态工作电流。

  7、额定输出电压:能够承受的最大负载工作电压。

  8、输出电压降:当继电器处于导通时,在额定输出电流下测得的输出端电压。

  9、输出漏电流:当继电器处于关断状态施加额定输出电压时,流经负载的电流值。

  10、接通时间:当继电器接通时,加输入电压到接通电压开始至输出达到其电压最终变化的90%为止之间的时间间隔。

  11、关断时间:当继电器关断时,切除输入电压到关断电压开始至输出达到其电压最终变化的10%为止之间的时间间隔。

  12、过零电压:对交流过零型固态继电器,输入端加入额定电压,能使继电器输出端导通的最大起始电压。

  13、最大浪涌电压:继电器能承受的而不致造成永久性损坏的非重复浪涌(或过载)电流。

  14、电器系统峰值:在继电器工作状态继电器输出端能够承受的最大迭加的瞬时峰值击穿电压。

  15、电压指数上升率dv/dt:继电器的输出元件能够承受的不使其导通的电压上升率。

  16、工作温度:继电器安规范安装或不安装散热板时,其正常工作的环境温度范围。

固态继电器输入输出特性

  1.固态继电器的应用输入特性

  (1)为了保证固态继电器的正常工作,必须考虑输入条件,通常输入电压为阶跃函数,然而,如果输入 电压是斜坡,就会出现半周循环现象,出现这种现象是由于开关半导体器件在正,反触发时不完全对称,因此,如果输入电压斜坡上升,这种开关在负载为某一极性 时就可能处罚,而当负载电压为反极性时就可能不处罚,而出现半周导通现象,这种现象将持续到输入量足以使输出完全导通为止。

  (2)输入端出现的瞬态,可以使继电器误动,尤其是当继电器响应时间等于或小于噪声脉冲持续时间时,继电器就会导通,对输入信号进行滤波有助于减少这种现象。

  (3)当反极性(反向输入)电压适用时,继电器输入端可以承受最大输入电压值或其他规定值的反极性电压,超过该值,可能造成固态继电器SSR的永久性破坏,当反极性电压不适用时,或继电器规定不能反向施加输入电压时,使用时一定注意,不能使输入电压反向。

  2.固态继电器的应用输出特性

  (1)SSR固态继电器给出的最大额定输出电流一般指常温下或常温到高温下的最大额定输出电流而且 对大于10A的继电器还指带有规定散热器时的最大额定输出电流。对功率固态继电器SSR,当工作温度上升或不带散热器时,最大输出电流相应下降。对此,各 SSR固态继电器均给出不带散热带规定散热器的输出电流与环境温度的关系曲线。这曲线又叫热降额曲线。

固态继电器 - 罪恶天使 -

  (2)当负载很轻即负载电阻或阻抗很大时,接通时的输出电流下降,该电流与关断状态下的漏电流之间 的比值下降。对交流固态继电器SSR,这时的漏电流可能会使接触器嗡嗡作响,或使电机继续运转;当输出电流小于最小额定电流时,SSR固态继电器的直流失 调电压和波形失真都会超过规定值,输出电流过小,也会使输出可控硅不能在规定的零电压范围内导通。为了改善这种状况,可以在负载两端并联一定的电阻,RC 或灯泡。

  (3)SSR固态继电器的许多负载如灯负载,电动机负载,感性和容性负载,在接通时的过渡过程会形 成浪涌电流,由于散热不及,浪涌电流是使固态继电器损坏的最常见的原因。为了适应这种情况,SSR根据其内部电路结构和输出器件特性,一般均给出了过负载 (或浪涌电流)参数倡议额定输出电流(最大值)的倍数,脉冲(浪涌)持续时间,循环周期和次数来表示。一般,直流SSR的过负载(浪涌)额定值远小于同功 率的交流固态继电器SSR。,SSR固态继电器的性质还与接通时的电流上升率di/dt密切相关。di/dt超过某一值会使SSR的可控硅输出器件损坏。 为避免上述浪涌电流对固态继电器SSR的损坏,可不同程度的降额使用SSR,必要时,可在负载电路中串联电阻,将浪涌电流和可能发生的短路电流限制在 SSR所允许的过负载范围内,也可利用快速熔断的保险丝来保护SSR。

  (4)对于SSR固态继电器,特别对交流固态继电器SSR,电压指数上升率是一重要个参数。这是因 为当SSR固态继电器关断时,若输出端电压上升率超过SSR固态继电器规定的dv/dt,可能使固态继电器SSR误接通,严重时会造成固态继电器SSR的 损坏一般SSR固态继电器规定的dv/dt为100v/us,也有的达200v/us。交流固态继电器SSR多在电流过零时判断,对感性和容性负载,在电 流达零并关断时,线电压并不为零。功率因数cosψ越小,这个电压越大,在关断时,这一较大的电压将以较大的上升率加在SSR固态继电器的输出端。另外, 固态继电器SSR关断时,感性负载上会产生反电势,该反电势同电压一起形成的过电压将加在SSR固态继电器的输出端。在使用SSR固态继电器反转电容分相 电机和反接未停转的三相电机时,都可能在固态继电器SSR的输出端产生二倍于线电压的过压效应。dv/dt和过电压是使SSR失效的重要模式,因此要认真 对待。一般,在可能产生二倍线电压效应的场合应选择最大额定输出电压高于二倍线电压的SSR固态继电器。 在dv/dt和过电压严重的线路中,一般也应使SSR的最大额定输出电压高于二倍线电压。对一般的感性负载,SSR固态继电器的最大额定输出电压也应为线 电压的1。5倍。另外,可以在SSR固态继电器输出端并联RC吸收回路或其他瞬态抑制回路。

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