交流固体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①直流恒流控制型(D3),电压为3-36Vdc宽范围,驱动电流为5-15mA;②直流抗干扰控制型(D2),电压为18-30Vdc;③串电阻限流型(D1),电压为4-8Vdc,专用于随机型LSR;④交流控制型(A3),电压为90-430Vac宽范围。
(2)选择固态继电器的带负载能力:应根据受控电路的电源电压和电流来选择固态继电器的输出电压和输出电流。一般交流固态继电器的输出电压为AC20~380 V,电流为1~10 A;直流固态继电器的输出电压为4~55 V,电流为0.5~10 A。若受控电路的电流较小,则可选用小功率固态继电器。反之,则应选用大功率固态继电器。选用的继电器应有一定的功率余量,其输出电压与输出电流应高于受控电路电源电压与电流的1倍。若受控电路为电感性负载,则继电器输出电压与输出电流应高于受控电路电源电压与电流的2倍以上。[1]
4、干扰问题
SSR产品也是一种干扰源,导通时会通过负载产生辐射或电源线的射频干扰,干扰程度随负载大小而不同。白炽灯电阻类负载产生的干扰较小,零压型在交流电源的过零区(即零电压)附近导通,因此干扰也较小。减少的方法是在负载串联电感线圈。另外,信号线与功率线之间,也应避免交叉干扰。
5、过流/过压保护
快速熔断器和空气开关通用的过电流保护方法。快速熔断器可按额定工作电流的1.2倍选择,一般小容量可选用保险丝。特别注意负载短路,是造成SSR产品损坏的主要原因。感性及容性负载,除内部RC电路保护外,建议采用压敏电阻并联在输出端,作为组合保护。金属氧化锌压敏电阻(MOV)面积大小决定吸收功率,厚度决定保护电压值。交流220V的SSR,选用MYH12、430V、 12的压敏电阻;380V选用MYH12、750V压敏电阻;较大容量的电机变压器应选用MYH20、24通流容量大的压敏电阻。
6、关于负载的考虑
SSR对一般的负载应是没有问题的,但也必须考虑一些特殊的负载条件,以避免过大的冲击电流和过电压,对器件性能造成不必要的损坏。白炽灯、电炉等类的“冷阻”特性,造成开通瞬间的浪涌电流,超过额定工作电流值数倍。一般普通型SSR,可按电流值的2/3选用。增强型SSR,可按厂商提供的参数选用。在恶劣条件下的工业控制现场,建议留有足够的电压、电流余量。
某些类型的灯在烧断瞬间会出现低阻抗。气化和放电通道以及容性负载,如切换电容器组或电容器电源,会造成类似短路状态。可在线路中进一步串联电阻或电感,作为限流措施。电机的开启和关闭,也会产生较大的冲击电流和电压。中间继电器、电磁阀吸合不可靠时引起的抖动,以及电容换向式电机换向时,电容电压和电源电压的叠加会在SSR两端产生二倍电源的浪涌电压。
控制变压器初级时,也应考虑次级线路上的瞬态电压对初级的影响。此外,变压器也有可能因为两个方向电流不对称,造成饱和引起的浪涌电流异常现象。就是通过示波器去测量可能引起的浪涌电流和电压,从而选用合适的SSR和保护措施。
固态继电器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。
使用中流过继电器输出端的稳态电流不得超过产品详细规范规定的相应温度下的额定输出电流,可能出现在浪涌电流不得超过继电器的过负载能力,用户在选用固体继电器时,必须考虑继电器在保证稳态工作的前提下,能够承受这个浪涌电流。给出考虑负载浪涌电流和继电器过负载能力后,常温下各种负载的稳态电流对固态继电器额定输出电流的降额系数的推荐值。
负载类型 电阻 电热 白炽灯 交流电磁铁 变压器 单相电机 三相电机
降额系数 1 0.8 0.5 0.5 0.5 0.12~0.24 0.18~0.33
举例:设固态继电器负载为电磁铁,电磁铁工作电流为1.4A ,根据降额系数,计算出额定电流值为1.4A/0.5=2.8A,留一点余量,选择3A的固态继电器较合适
2、输出电压、瞬态电压和DV/DT
直流固态继电器只适用于控制直流电源和负载,交流固态继电器只适用于控制交流电源和负载交流直流通用(双向)固态继电器可适用于交流、直流和双向方波的控制。负载电源的电压不能超过继电器的额定输出电压,也不能低于规定的最小输出电压,可能加至继电器输出端的最大电压峰值,一定要低于继电器的瞬态电压值。切换交流电感负载,单相电机和三相电机负载,或这些负载电器上电时,继电器输出端可能出现两倍于电源电压峰值的电压。
对感性和容性负载,当交流固体继电器在零电流关断时,电源电压不为零,并且以较大的DV/DT值加至继电器的输出端,因此应选用DV/DT高的继电器。
3、输入特性
阻性输入固态继电器的输入电压一般可分为两档,适应低电压输入信号的10-30V,还有是输入电压范围较大的恒流输入固体继电器,范围在4-24V,固态继电器的输入电流一般在10MA左右,可与TTL电路兼容。
4、其它特性
包括固态继电器的输出电压降,输出漏电流,零点交流,绝缘电阻,介质耐压等电气特性。所在固态继电器都具有零和非过零两种方式,非过零请助用户注明,选用固态继电器要留有余量预防负载短路,应选用适量快速熔断器,在控制感性负载时,一定要考虑负载的启动特性,在控制感性负载时,一定要考虑负载的启动特性,电流大于40A时,需加风扇强冷或水冷,风速大于6米/秒。
说明:
1、负载10A及以上,必须安装散热器,40A以上加风扇强冷或水冷。
2、使用感性负载时,请必须在输出端并接一压敏电阻,取值为负载电压的1.6-1.9倍。[3]
交流固态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。主要不足是存在通态压降(需相应散热措施),有断态漏电流,触点组数少,另外过电流、过电压及电压上升率、电流上升率等指标差。
由于触发信号方式不同,过零型和随机型之间的区别主要在于负载交流电流导通的条件不同。当输入端施加有效的控制信号时,随机型LSR负载输出端立即导通(速度为微秒级),而过零型LSR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LSR均在小于维持电流时关断,这两种类型的关断条件相同。虽然过零型LSR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,在负载上可以得到一个完整的正弦波形,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LSR的特点是反应速度快,它可以用控制移相触发脉冲来方便地改变负载的交流工作电压,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。
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LSR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LSR比由一只双向可控硅构成的普通型LSR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LSR。
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