文章以《深度了解固態(tài)繼電器原理、分類、選擇、使用和維護(hù)》為題，昌暉儀表也力求內(nèi)容充實(shí)詳盡，但很多內(nèi)容深入程度不夠，對儀表工和電工使用和了解固態(tài)繼電器還是很有幫助。
固態(tài)繼電器工作原理
固態(tài)繼電器按負(fù)載類型可分為交流型AC-SSR)和直流型(DC-SSR)兩類。它們分別用在交流或直流電源上做負(fù)載的開關(guān)，不能混用。昌暉儀表僅介紹最常用的交流固態(tài)繼電器。交流固態(tài)繼電器外形及原理如圖1所示，從圖可看出它是一種四端有源器件，有兩個(gè)輸入控制端，兩個(gè)輸出受控端。它既有放大驅(qū)動(dòng)作用，又有隔離作用。它采用光電隔離器對輸入輸出之間進(jìn)行電氣隔離。在輸入端加上直流或脈沖信號(hào)，輸出端就能從關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變成導(dǎo)通狀態(tài)(無信號(hào)時(shí)呈阻斷狀態(tài))，從而控制較大負(fù)載。
固態(tài)繼電器分類
交流固體繼電器按開關(guān)方式分有電壓過零導(dǎo)通型(簡稱過零型)和隨機(jī)導(dǎo)通型(簡稱隨機(jī)型)；按輸出開關(guān)元件分有雙向可控硅輸出型(普通型)和單向可控硅反并聯(lián)型(增強(qiáng)型)；按安裝方式分有印刷線路板上用的針插式(自然冷卻，不必帶散熱器)和固定在金屬底板上的裝置式(靠散熱器冷卻)；另外輸入端又有寬范圍輸入(DC3-32V)的恒流源型和串電阻限流型等。
①過零型與隨機(jī)型固態(tài)繼電器的區(qū)別
當(dāng)輸入端施加有效的控制信號(hào)時(shí)，隨機(jī)型固態(tài)繼電器輸出端立即導(dǎo)通(速度為微秒級(jí))，而過零型固態(tài)繼電器則要等到負(fù)載電壓過零區(qū)域(約±15V)時(shí)才開啟導(dǎo)通。當(dāng)輸入端撤消控制信號(hào)后，過零型和隨機(jī)型固態(tài)繼電器均在小于維持電流時(shí)關(guān)斷。雖然過零型固態(tài)繼電器有可能造成最大半個(gè)周期的延時(shí)，但卻減少了對負(fù)載的沖擊和產(chǎn)生的射頻干擾，成為理想的開關(guān)器件，在“單刀單擲”的開關(guān)場合中應(yīng)用最為廣泛。隨機(jī)型固態(tài)繼電器的特點(diǎn)是反應(yīng)速度快，它可以控制移相觸發(fā)脈沖達(dá)到方便地改變交流電網(wǎng)電壓，從而應(yīng)用于精確地調(diào)溫、調(diào)光等阻性負(fù)載及部分感性負(fù)載場合。
②雙向可控硅輸出的普通型與單向可控硅反并聯(lián)輸出的增強(qiáng)型的區(qū)別
在感性負(fù)載的場合，當(dāng)SSR由通態(tài)關(guān)斷時(shí)，由于電流、電壓的相位不一致，將產(chǎn)生一個(gè)很大的電壓上升率dv/dt(換向dv/dt)加在雙向可控硅兩端，如此值超過雙向可控硅的換向dv/dt指標(biāo)(典型值為10V/μs)則將導(dǎo)致延時(shí)關(guān)斷，甚至失敗。而單向可控硅為單極性工作狀態(tài)，只受靜態(tài)電壓上升率dv/dt(典型值為100V/μs)影響，由兩只單向可控硅反并聯(lián)構(gòu)成的增強(qiáng)型SSR比由一只雙向可控硅構(gòu)成的普通型SSR的換向dv/dt有了很大提高，因此在感性或容性負(fù)載場合宜選取增強(qiáng)型SSR。
固態(tài)繼電器使用場合
固體繼電器目前已廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)外圍接口裝置，電爐加熱恒溫系統(tǒng)，數(shù)控機(jī)械，遙控系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)化裝置；信號(hào)燈、閃爍器、照明舞臺(tái)燈光控制系統(tǒng)；儀器儀表、醫(yī)療器械、復(fù)印機(jī)、自動(dòng)洗衣機(jī)；自動(dòng)消防，保安系統(tǒng)，以及作為電網(wǎng)功率因素補(bǔ)償?shù)碾娏﹄娙莸那袚Q開關(guān)等等，另外在化工、煤礦等需防爆、防潮、防腐蝕場合中都有大量使用。
固態(tài)繼電器優(yōu)缺點(diǎn)
固體繼電器工作可靠，壽命長，無噪聲，無火花，無電磁干擾，開關(guān)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，且體積小，耐沖擊，耐振蕩，防爆、防潮、防腐蝕、能與TTL、DTL、HTL等邏輯電路兼容，以微小的控制信號(hào)達(dá)到直接驅(qū)動(dòng)大電流負(fù)載。主要不足是存在通態(tài)壓降(需相應(yīng)散熱措施)，有斷態(tài)漏電流，交直流不能通用，觸點(diǎn)組數(shù)少，另外過電流、過電壓及電壓上升率、電流上升率等指標(biāo)差。
交流固態(tài)繼電器基本性能測試電路
一般情況下，萬用表不能判別SSR 的好壞，正確的方法采用圖2的測試電路：當(dāng)輸入電流為零時(shí)，電壓表測出的電壓為電網(wǎng)電壓，電燈不亮(燈泡功率須25W以上)；當(dāng)輸入電流達(dá)到一定值以后，電燈亮，電壓表測出的電壓為 SSR 導(dǎo)通壓降(在3V以下)。(請初次使用者務(wù)必注意：因SSR內(nèi)部有RC回路而帶來漏電流，因此不能等同于普通觸點(diǎn)式的繼電器、接觸器，請參考后面的注意事項(xiàng))。
固態(tài)繼電器的選擇
固態(tài)繼電器型號(hào)命名尚未統(tǒng)一，選型時(shí)要參閱廠家的說明書，在參數(shù)選擇時(shí)應(yīng)考慮如下條件。
①額定輸入電壓
是指在給定條件下能承受的穩(wěn)態(tài)阻性負(fù)載的最大允許電壓有效值。用于感性負(fù)載時(shí)，所選額定輸入電壓必須大于兩倍電源電壓值，所選產(chǎn)品的擊穿電壓應(yīng)高于負(fù)載電源電壓峰值的兩倍。交流負(fù)載為220V的阻性負(fù)載，可選用220V電壓等級(jí)的SSR；交流負(fù)載為220V的感性負(fù)載或交流負(fù)載為380V的阻性負(fù)載，可選用380V電壓等級(jí)的SSR；交流負(fù)載為380V的感性負(fù)載，可選用480V電壓等級(jí)的SSR；電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)可選用480V電壓等級(jí)的 SSR；頻繁啟動(dòng)的單相或三相電機(jī)負(fù)載，可選用660~800V電壓等級(jí)的SSR。
②額定輸出電流和浪涌電流
額定輸出電流是指在給定條件下(環(huán)境溫度、額定電壓、功率因素、有無散熱器等)所能承受的最大電流有效值。固態(tài)繼電器對溫度的敏感性很強(qiáng)，工作溫度超過標(biāo)稱值后，必須降額或外加散熱器使用，通常廠家都提供熱降額曲線。
浪涌電流是指在給定條件下(環(huán)境溫度、額定電壓、額定電流和持續(xù)的時(shí)間等)不會(huì)造成永久性損壞所允許的最大非重復(fù)性峰值電流。阻性負(fù)載，SSR可全額或降額10%使用。電加熱器、接觸器接通瞬間的浪涌電流可達(dá)穩(wěn)態(tài)電流的3倍，SSR應(yīng)降額20%~30%使用。
固態(tài)繼電器的使用及維護(hù)
固態(tài)繼電器接線時(shí)不要把輸人、輸出端接反。使用中要注意如下事項(xiàng)。
①浪涌電流對 SSR的影響 所有的負(fù)載工作時(shí)都有浪涌電流，如電加熱元件是純電阻性負(fù)載，具有正溫度系數(shù)，低溫時(shí)電阻較小，初始通電時(shí)電流就較大。如果SSR內(nèi)部的熱量來不及散發(fā)，可能會(huì)使晶閘管損壞，選擇SSR時(shí)要留有一定的電流余量。使用電阻、電熱負(fù)載時(shí)SSR的電流等級(jí)應(yīng)大于負(fù)載額定電流2-2.5倍。
②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，使用中要有良好的散熱條件，額定工作電流在10A以上的SSR應(yīng)配散熱器，100A以上的SSR應(yīng)配散熱器加風(fēng)扇強(qiáng)冷。安裝時(shí)要注意SSR底部與散熱器的良好接觸，并應(yīng)涂導(dǎo)熱硅脂。長期工作在40-80℃狀態(tài)下的SSR應(yīng)對電流等級(jí)進(jìn)行降額使用。
③過流、過壓保護(hù)措施 過流和負(fù)載短路會(huì)造成SSR永久損壞，應(yīng)在控制回路中設(shè)置快速熔斷器和空氣開關(guān)進(jìn)行保護(hù)，可在SSR輸出端并聯(lián)RC吸收回路和壓敏電阻進(jìn)行保護(hù)。
④輸入回路信號(hào)
如果輸入電壓或輸入電流超過了規(guī)定，可在輸入端串聯(lián)分壓電阻或在輸入端并聯(lián)分流電阻，使輸入信號(hào)合乎SSR的要求。輸入信號(hào)線應(yīng)遠(yuǎn)離電磁干擾源，以防誤動(dòng)作。
固態(tài)繼電器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)通常來自溫控器或者移相觸發(fā)器，如果要熟練使用固態(tài)繼電器，您應(yīng)該前往溫控器或者移相觸發(fā)器產(chǎn)品頁面深入了解這兩種與固態(tài)繼電器配套產(chǎn)品及接線等方面知識(shí)！
溫控器 移相觸發(fā)器
