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固态继电器(SSR)的应⽤详解,值得收藏!
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固态继电器(SSR)的应⽤详解,值得收藏!
来源:
来源互联⽹,侵删
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作者:
降魔神兵
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发布时间:
2020-01-07
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708
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固态继电器(SSR)的应⽤详解,值得收藏!
1 什么是固态继电器,有什么优缺点?
固 态 继 电 器 ( 亦 称 固 体 继 电 器 ) 英 ⽂ 名 称 为SolidState Relay,简称SSR。它是⽤半导体器件代替传统电接点作为切换装置的具有继电器特性的⽆触点开关器件,单相SSR为四端有源器件,其中两个输⼊控制端,两个输出端,输⼊输件,其中两个输⼊控制端,两个输出端,输⼊输出间为光隔离,输⼊端加上直流或脉冲信号到⼀定电流值后,输出端就能从断态转变成通态。
2 固态继电器可应⽤于哪些场合?
固态继电器⽬前已⼴泛应⽤于计算机外围接⼝装置,电炉加热恒温系统,数控机械,遥控系统、⼯业⾃动化装置;信号灯、闪烁器、照明舞台灯光控制系统;仪器仪表、医疗器械、复印机、⾃动洗⾐机;⾃动消防,保安系统,以及作为电⽹功率因素补偿的电⼒电容的切换开关等等,另外在化⼯、煤矿等需防爆、防潮、防腐蚀场合中都有⼤量使⽤。
3 固态继电器可分为哪些类型?
交流固态继电器按开关⽅式分有电压过零导通型(简称过零型)和随机导通型(简称随机型);按输出开关元件分有双向可控硅输出型(普通型)和单向可控硅反并联型(增强型);按安装⽅式分有印刷线路板上⽤的针插式(⾃然冷却,不必带散热器)和固定在⾦属底板上的装置式(靠散热器冷却);另外输⼊端⼜有宽范围输⼊( DC3−32V ) 的 恒 流 源 型 和 串 电 阻 限 流 型等。
4 过零型SSR与随机型SSR的区别
当输⼊端施加有效的控制信号时,随机型SSR输出端⽴即导通(速度为微秒级),⽽过零型SSR则要等到负载电压过零区域(约±15V)时才开启导通。当输⼊端撤消控制信号后,过零型和随机型SSR均在⼩于维持电流时关断。虽然过零型SSR有可能造成最⼤半个周期的延时,但却减少了对负载的冲击和产⽣的射频⼲扰,成为理想的开关器件,在“单⼑单掷”的开关场合中应⽤最为⼴泛。随机型SSR的特点是反应速度快,它可以控制移相触发脉冲达到⽅便地改变交流电⽹电压,从⽽应⽤于精确地调温、调光等阻性负载及部分感性负载场合。
5 过零型SSR与随机型SSR在⽤途上有什么区别?
过零型SSR⽤作“开关”切换(从“开关”切换功能⽽⾔即等同于普通的继电器或接触器),我们通常讲的固态继电器多数都为过零型(过零型SSR只能“开关”不能“调压”)。
随机型SSR主要⽤于“斩波调压”(但随机型SSR的 控 制 信 号 必 须 为 与 电 ⽹ 同 步 且 上 升 沿 可 在0°-180°范围内改变的⽅波信号时才能实现调压,单⼀电压信号或0-5V的模拟信号并不能使其调压,从“调压”功能的⻆度讲随机型SSR完全不同于普通的继电器或接触器)。有⼀点必须强调,各类调压模块或固态继电器内部作为输出触点的件均为控硅都依靠改变控硅点的器件均为可控硅,且都是依靠改变可控硅导通⻆来达到“调压”的⽬的,故输出的电压波形均为“缺⻆”的正弦波(不同于⾃耦调压器输出的完整正弦波),因此存在⾼次谐波,有⼀定噪⾳,电⽹有⼀定“污染”(国内外同类产品均相同,这是由斩波调压原理决定的)。
6 双向可控硅输出的普通型与单向可
控硅反并联输出的增强型的区别
在感性负载的场合,当SSR由通态关断时,由于电流、电压的相位不⼀致,将产⽣⼀个很⼤的电压上升率dv/dt(换向dv/dt)加在双向可控硅两端,如此值超过双向可控硅的换向dv/dt指标(典型值为10V/μs)则将导致延时关断,甚⾄失败。⽽单向可控硅为单极性⼯作状态,只受静态电压上升率dv/dt(典型值为100V/μs)影响,由两只单向可控硅反并联构成的增强型SSR⽐由⼀只双向可控硅构成的普通型SSR的换向dv/dt有了很⼤提⾼,因此在感性或容性负载场合宜选取增强型SSR。
7 如何判断固态继电器是否已经损坏?
⼀般情况下,万⽤表不能判别SSR的好坏,正确的⽅法采⽤图1-2的测试电路:当输⼊电流为零时,电压表测出的电压为电⽹电压,电灯不亮(灯泡功率须25W以上);当输⼊电流达到⼀定值以后,电灯亮,电压表测出的电压为SSR导通压降(在3V以下)。(请初次使⽤者务必注意:因SSR内部有RC回路⽽带来漏电流因此意:因SSR内部有RC回路⽽带来漏电流,因此不能等同于普通触点式的继电器、接触器,请参考后⾯的注意事项)。
8 固态继电器(或其他功率模块)⼀定需要配散热器吗?
是的。除了电流⼩于6A的单相固态继电器以外,所有功率模块都需要选⽤合适的散热器配合使⽤。
9 固态继电器的发热及散热器的选择
固态继电器或模块的发热量主要跟所驱动的负载的实际电流有关,⽽与其本⾝的电流等级⼤⼩关系不⼤。
发热量的计算公式(两种):
1:单相固态继电器、单相交流调压模块、R系列固体调压器
发热量=实际负载电流(安培)×1.5⽡/安培
对三相固态继电器、三相交流调压模块,其实际
负载电流应为三相实际负载电流之和。
2:对于单相全控整流模块
发热量=实际负载电流(安培)×3.0⽡/安培。
散热器的作⽤就是把固态继电器或模块产⽣的热量散发出去,散热效果不但跟散热器的⼤⼩有关,还跟环境温度(季节)、通⻛条件(⾃然冷却或强迫冷却及⻛量⼤⼩)以及安装密度等因素均有关。散热效果的参考标准:使固态继电器或模块的底板(与散热器接触⾯)温度不得超过80℃。因此实际应⽤中可在散热器安装⾯靠近固态继电器或模块的边缘处(20mm以内)安固器或模块边缘处(以内)安装⼀只75℃的温度开关(带⼀对常闭触点),把固态继电器或模块的控制信号串⼊这对常闭触点,这样当检测点温度超过75℃时,常闭触点跳开,切断控制信号,强迫关闭固态继电器或模块的输出,使其得到保护。⼀般在每相实际电流超过50A、安装密度⼤、环境温度⾼的地⽅,最好采⽤温度开关保护。
选⽤散热器除考虑上述因素外,还要考虑固态继电器或模块本⾝体积与散热器能否相配,以及散热器在机柜中的安装空间。但最终要保证即使在最恶劣情况下固态继电器或模块的底板温度也不得超过80℃。
10 在散热器上安装功率模块的要点
固态继电器与散热器安装⾯间须涂⼀薄层导热硅脂。
11 固态继电器或其他功率模块适⽤的电⽹频率
固态继电器SSR适⽤于50Hz或60Hz的⼯频电⽹上,不宜于低频或⾼次谐波分量⼤的场合,如变频器输出端有多组负载需要分别切换,采⽤SSR作为开关则可能由于⾼次谐波使其不能可靠关断,并且⾼次谐波还可能使SSR内部的RC吸收回路因过热⽽炸裂。
12 三相固态继电器与三只单相单相固态继电器选择
三相固态继电器(SSR)均为过零型,即三相SSR只能作“开关”,不能作“调压”。实际上三相SSR是把三个单相SSR做在⼀起,并⽤⼀个输⼊端控制。对实际负载电流不⼤的场合,三相SSR使⽤起来⽐较⽅便,但电流⼤时发热亦⼤,这时使⽤三只单相SSR更为可靠(因三只单独分开⽐集中在⼀起散热效果好,控制⽅法:三个输⼊端可串联或并联),另外如负载短路造成SSR损坏,三只单相SSR(⼀般损失⼀到⼆只)⽐⼀只三相SSR的损失要⼩。
13 交流调压模块能⽤于电机调速吗?
有许多朋友希望⽤调压模块实现电机调速的⽬的,通常情况下交流电机需⽤变频器调速。只有⻛机、泵机类电动机等软特性负载、或者⼒矩电机场合可通过调压来实现调速。
14 交流调压模块与降压变压器间在使⽤上的区别
负载额定电压低于电⽹电压时,有许多客⼾常常希望⽤调压模块去替代体⼤、笨重、价⾼的降压变压器(次级为低电压⼤电流)来实现其降压、调压的⽬的,这样是否可⾏是根据不同场合⽽定的。交流调压模块是利⽤斩波实现调压的,对于⼤变⽐的调压往往是不可⾏的,例如单相负载的额定电压为36VAC、额定电流为50A,要求在0V-36VAC内调压。如果⽤单相交流调压模块如(220V、120A)直接接到220VAC电⽹上去调压,因为输出36VAC电压时对应于调压模块内 部 可 控 硅 的 导 通 ⻆ 为 140°-180° 和320°-360°,这两个⼩区域不可能输出50A电流,因为调压模块的120A是内部可控硅导通0°-360°的电流。并且即使采⽤增⼤调压模块的电流等级,来达到输出低电压⼤电流的⽅案,对负载和模块也不安全可靠,因为对负载⽽⾔,电⽹电压⾼于负载额定电压,⼀旦控制调压模块的输⼊信号产⽣失误,则输出电压⼤于负载额定电压,将导致负载因过压击穿或过流损坏,对模块⽽⾔,则产⽣过流烧毁。正确的⽅法应采⽤调压模块和变压器结合起来使⽤,如低电压⼤电流负载(单相或三相)的控制⽅式:先采⽤调压模块调压,再采⽤变压器降压
15 单相交流调压可选⽤哪些产品模块?
单相交流调压场合,有多种模块组合可以实现,推荐次序如下:
(1)全隔离单相交流调压模块。
(2)随机型固态继电器与随机型SSR移相触发器模块、同步变压器组成的调压系统。
(3)可控硅移相触发器模块与可控硅、同步变压器组成的调压系统。
(4)R系列固体调压器(只能⽤于低要求不隔离⼿动调节的温控场合)。
【特别注意】:(1)、(2)、(3)的次序亦适合于
【特别注意】:(1)、(2)、(3)的次序亦适合于
半波控制场合(只对电⽹正半周调压,典型应⽤于电振机)
16 三相交流调压可选⽤哪些产品模块?
三相交流调压场合,有多种模块组合可以实现,推荐次序如下:
(1)固态继电器三相移相触发器模块(连三相同步变压器块)与三只单相随机型固态继电器组成的调压系统。
(2)全隔离三相交流调压⼀体化模块(连三相同步变压器模块)。
(3)三相调压单硅移相触发器模块(连三相同步变压器模块)加三组反并联单向可控硅组成的调压系统;或三相调压双硅移相触发器模块(连三相同步变压器模块)加三只双向可控硅组成的调压系统。
【特别注意】:三相负载为星型接法时中⼼点⼀般以不接地(不接中⼼线)为好如必须接地也般以不接地(不接中⼼线)为好,如必须接地也可;另外调压器件与三相电⽹(380伏)间有隔离(降压)主变压器时,客⼾须声明主变压器原副边的额定电压,否则不能直接使⽤下⾯的⽅案——⽽需定制同步变压器模块或相关器件。
17 交 流 整 流 可 选 ⽤ 哪 些 产 品 模块?
1、单相整流场合,推荐次序如下:
(1)全隔离单相桥式全控整流模块加同步变压器。
(2)单相双路可控硅移相触发器模块与同步变压器、单相半控全桥组成的调压系统。
【特别说明】当直流负载额定电压较低时,要求先⽤变压器降低交流进线电压,再采⽤整流调压。例如直流负载额定电压为30VDC,要求在0-30VDC范围内调压,可采⽤220VAC/40VAC的变压器降压,再⽤单相桥式整流模块整流调压,⽽不能仅⽤单相整流模块对220VAC进线电压整流调压(0-30VDC)。
2、三相整流场合,推荐次序如下:
(1)三相全控整流移相触发器模块(连三相同步变压器模块)与‘三相全控全桥’组成的三相全控整流电路。
(2)三相半控整流移相触发器模块(连三相同步变压器模块)与‘三相半控全桥’组成的三相半控整流电路。
【特别注意】:‘三相桥’与三相电⽹(380伏)间有隔离(降压)主变压器时,客⼾须声明主变压器原副边的额定电压,否则不能直接使⽤下⾯的⽅案——⽽需定制同步变压器模块或触发器模块。
18 RC吸收回路和断态漏电流
RC吸收回路的作⽤为吸收浪涌电压和提⾼静态dV/dt指标,但SSR内部的RC回路带来断态漏电流,⼀般来说2A-6A的SSR漏电流对10W以上功率的负载(如电机)基本⽆影响,10A以上的SSR漏电流对50W以上功率的负载基本⽆影响。另外在实际应⽤⼤感性负载场合,还可以在SSR两输出端再并联RC吸收回路以保护SSR。 有些⽤⼾如负载功率⼩(如中间继电器、接触器的线圈、电磁吸铁微功率电动机等负载)我们可以定制漏电流⼩于1mA的固态继电器。 ⽤于功率扩展场合的固态继电器,在其内部应⽆RC回路,这是由于RC回路的充放电会产⽣误动作。
万⽤表电阻档测量出固态继电器交流两端电阻接近为零时说明此固态继电器内部的可控硅已损近为零时,说明此固态继电器内部的可控硅已损坏。除此以外,判断固态继电器的好坏必须采⽤带负载的电路。
19 固态继电器电压等级的选取及过压保护
当加在固态继电器交流两端的电压峰值超过SSR所能承受的最⾼电压峰值时,固态继电器内的元件便会被电压击穿⽽造成SSR损坏,选取合适的电压等级和并联压敏电阻可以较好地保护SSR。
a、交流负载为220V的阻性负载时可选取220V电压等级的SSR。
b、交流负载为220V的感性负载或交流负载为380V 的 阻 性 负 载 时 可 选 取 380V 电 压 等 级 的SSR。
c、交流负载为380V的感性负载时可选取480V电压等级的SSR(480V等级的SSR还具有更⾼的静态dv/dt指标);其他要求特殊、可靠性要求⾼的场合如电⼒补偿电容器切换电动机正反求⾼的场合如电⼒补偿电容器切换、电动机正反转等均须选取480V电压等级的SSR。
d、交流负载的电压⼩于100VAC以下场合时,选择固态继电器最好向我公司咨询定制。SSR过压的保护:除SSR内部本⾝有RC吸收回
路保护外,还可以采取并联⾦属氧化物压敏电阻
(MOV),MOV⾯积⼤⼩决定吸收功率,MOV
的厚度决定保护电压值。⼀般220V系列SSR可
选取500V-600V的压敏电阻,380V系列SSR
可 选 取 800V-900V 的 压 敏 电 阻 , 480V 系 列
SSR可选取1000V-1100V的压敏电阻。(注:
我公司的SSR规定不能使⽤在⼤于500VAC的电
⽹上)。
【特别注意】:压敏电阻电压值选取太⼩,容易
造 成 经 常 烧 毁 压 敏 电 阻 ⽽ 短 路 ( 但 SSR 不 损
坏);电压值选取太⼤,⼜起不到保护SSR的⽬
的,故应⽤本公司SSR,如采⽤压敏电阻,请尽
量选定在上述范围内。
20
固态继电器电流等级的选取及
过流保护
过流(最严重的情况为负载短路)是造成SSR内
部输出可控硅永久性损坏的最主要原因。快速熔
断器和空⽓开关是过流保护⽅法之⼀,⼩容量
SSR也可选⽤保险丝;许多负载在接通瞬间会产
⽣很⼤的浪涌电流,由于散热不及,浪涌电流与
过流⼀样也是造成SSR内部输出可控硅损坏的最
主要原因之⼀。因此选取固态继电器时,保证⼀
定的电流余量是极其重要的。
a、阻性负载时,选取SSR的电流等级宜⼤于等
于2倍的负载额定电流。
b、负载为交流电动机时,选取SSR的电流等级
须⼤于等于6-7倍的电动机额定电流。
c、交流电磁铁、中间继电器线保、电感线圈等
负载时,选取SSR的电流等级宜⼤于等于4倍的
负载额定电流,变压器时要求⼤于等于5倍变压
器初级额定电流,特种感性、容性负载则应根据
实际经验还须放⼤SSR的电流余量。
d、电⼒补偿电容器类负载时,选取SSR的电流
等级须⼤于5倍的负载额定电流。
【特别注意】:由于SSR内部的可控硅在负载短
路时的过流烧毁速度与快速熔断器的熔断速度在
同⼀数量级内,故快速熔断器并不能百分之⼀百
地保护SSR。选取快速熔断器的电流等级的原则
为略⼤于最⼤负载电流,⽽固态继电器的电流等
级则尽可能⼤,这样快熔就能⽐较可靠地保护
SSR。电动机、电⼒补偿电容器类负载因有很⼤
的开启冲击电流,故宜选取空⽓开关作保护。空
⽓开关分“慢速”和“快速”两类:“慢速”类主要
应⽤于如电动机、电⼒电容器等有很⼤启动冲击
电流的负载;“快速”类主要应⽤于阻性、其他感
性类负载。空⽓开关的保护速度低于快熔,因此
在负载短路时也不能百分之⼀百地保护SSR。
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