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继电器

固态继电器

一、概述

二、固态继电器的组成

三、固态继电器的优缺点

11、固态继电器的优点

12、固态继电器的缺点

三、固态继电器的工作

四、固态继电器的分类

1E系列:直流控制,交流过零导通,过零关断

1AE系列:交流控制,交流过零导通,过零关断

13E系列:

1直流控制,三项交流过零导通,过零关断

13AE系列:

1交流控制,三相交流过零导通,过零关断

1D系列:直流控制直流输出

1P系列:直流控制,交流随机导通,过零关断

五、固态继电器的应用

在应用中需要考虑下述问题。

应用实例

固态继电器术语解释

[编辑本段]一、概述

继电器

电子功率器件组成的无触点开关。用隔离器件实现了控制端与负载端的隔离。固态继电器的输入端用微小的控制信号,达到直接驱动大电流负载。对于控制电压固定的控制信号,采用阻性输入电路。控制电流保证再大于5mA。对于大的变化范围的控制信号(如3-32V)则采用恒流电路,保证在整个电压变化范围内电流在大于5mA可靠工作。隔离驱动电路:隔离电路采用光-电耦合和高频变压器耦合(磁电耦合),光电耦合通常使用光电二极管—光电三极管,光电二极管—双向光控可控硅,光伏电池,实

现控制侧与负载侧隔离控制。高频变压器耦合是利用输入的控制信号产生的自激高频信号经耦合到次级,经检波整流,逻辑电路处理形成驱动信号。SSR的功率开关直接接入电源与负载端,实现对负载电源的通断切换。主要使用有大功率晶体三极管(开关管-Transistor),单向可控硅(Thyristor或SCR),双向可控硅(Triac),功率场效应管(MOSFET),绝缘栅型双极晶体管(IGBT).固态继电器可以方便的与TTL,MOS 逻辑电路连接。专用的固态继电器可以具有短路保护,过载保护和过热保护功能,与组合逻辑固化封装就可以实现用户需要的智能模块,直接用于控制系统中。

固态继电器是具有隔离功能的无触点电子开关,在开关过程中无机械接触部件,因此固态继电器除具有与电磁继电器一样的功能外,还具有逻辑电路兼容,耐振耐机械冲击,安装位置无限制,具有良好的防潮防霉防腐蚀性能,在防爆和防止臭氧污染方面的性能也极佳,输入功率小,灵敏度高,控制功率小,电磁兼容性好,噪声低和工作频率高等特点。目前已广泛应用于计算机外围接口设备,调温、调速、调光、电机控制、电炉加温控制、电力石化、医疗器械、金融设备、煤碳、仪器仪表、交通信号等领域。

[编辑本段]二、固态继电器的组成

固态继电器有三部分组成:输入电路,隔离(耦合)和输出电路。按输入电压的不同类别,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。有些输入控制电路还具有与TTL/CMOS兼容,正负逻辑控制和反相等功能。固态继电器的输入与输出电路的隔离和耦合方式有光电耦合和变压器耦合两种。固态继电器的输出电路也可分为直流输出电路,交流输出电路和交直流输出电路等形式。交流输出时,通常使用两个可控硅或一个双向可控硅,直流输出时可使用双极性器件或功率场效应管。

[编辑本段]三、固态继电器的优缺点

1、固态继电器的优点

(1)高寿命,高可靠:SSR没有机械零部件,有固体器件完成触点功能,由于没有运动的零部件,因此能在高冲击,振动的环境下工作,由于组成固态继电器的元器件的固有特性,决定了固态继电器的寿命长,可靠性高。

(2)灵敏度高,控制功率小,电磁兼容性好:固态继电器的输入电压范围较宽,驱动功率低,可与大多数逻辑集成电路兼容不需加缓冲器或驱动器。

(3)快速转换:固态继电器因为采用固体器件,所以切换速度可从几毫秒至几微妙。

(4)电磁干扰小:固态继电器没有输入"线圈",没有触点燃弧和回跳,因而减少了电磁干扰。大多数交流输出固态继电器是一个零电压开关,在零电压处导通,零电流处关断,减少了电流波形的突然中断,从而减少了开关瞬态效应。

2、固态继电器的缺点

(1)导通后的管压降大,可控硅或双相控硅的正向降压可达1~2V,大功率晶体管的饱和压降也在1~2V之间,一般功率场效应管的导通电阻也较机械触点的接触电阻大。

(2)半导体器件关断后仍可有数微安至数毫安的漏电流,因此不能实现理想的电隔离。

(3)由于管压降大,导通后的功耗和发热量也大,大功率固态继电器的体积远远大于同容量的电磁继电器,成本也较高。

(4)电子元器件的温度特性和电子线路的抗干扰能力较差,耐辐射能力也较差,如不采取有效措施,则工作可靠性低。

(5)固态继电器对过载有较大的敏感性,必须用快速熔断器或RC阻尼电路对其进行过在保护。固态继电器的负载与环境温度明显有关,温度升高,负载能力将迅速下降。

(6)主要不足是存在通态压降(需相应散热措施),有断态漏电流,交直流不能通用,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。

[编辑本段]三、固态继电器的工作

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。

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。

SSR固态继电器以触发形式,可分为零压型(Z)和调相型(P)两种。

在输入端施加合适的控制信号IN时,P型SSR立即导通。当IN撤销后,负载电流低于双向可控硅维持电流时(交流换向),SSR关断。Z型SSR内部包括过零检测电路,在施加输入信号IN时,只有当负载电源电压达到过零区时,SSR才能导通,并有可能造成电源半个周期的最大延时。Z型SSR关断条件同P型,但由于负载工作电流近似正弦波,高次谐波干扰小,所以应用广泛。北京灵通电子公司的SSR由于采用输出器件不同,有普通型(S,采用双向可控硅元件)和增强型(HS,采用单向可控硅元件)之分。当加有感性负载时,在输入信号截止t1之前,双向可控硅导通,电流滞后电源电压90O(纯感时)。t1时刻,输入控制信号撤销,双向可控硅在小于维持电流时关断(t2),可控硅将承受电压上升率dv/dt很高的反向电压。这个电压将通过双向可控硅内部的结电容,正反馈到栅极。如果超过双向可控硅换向dv/dt指标(典型值10V/s,将引起换向恢复时间长甚至失败。单向可控硅(增强型SSR)由于处在单极性工作状态,此时只受静态电压上升率所限制(典型值200V/s),因此增强型固态继电器HS系列比普通型SSR的换向dv/dt指标提高了5-20倍。由于采用两只大功率单向可控硅反并联,改变了电流分配和导热条件,提高了SSR输出功率。增强型SSR在大功率应用场合,无论是感性负载还是阻性负载,耐电压、耐电流冲击及产品的可靠性,均超过普通固态继电器,并达到了进口产品的基本指标,是替代普通固态继电器的更新产品。

[编辑本段]四、固态继电器的分类

E系列:直流控制,交流过零导通,过零关断

E系列固态继电器是直流输入控制,交流过零导通,过零关断输出型无触点继电器,因此,具有di/dt的比值小,启动性能平稳,对电网辐射干扰小,关断时可降低感性负载的反电动势,对用电器和固态继电器都有一定的保护作用等优点,是控制一般用电器,如电动机、加热器、白炽灯的首选器件。

AE系列:交流控制,交流过零导通,过零关断

AE系列固态继电器是交流输入控制,交流过零导通,过零关断输出型无触点继电器。它方便于交流电源控制的设备中,直接采用交流控制固态继电器,特点是从零电压开始导通,启动性能平稳,对电网辐射干扰小,关断时可降低感性负载的反电动势,对用电器和固态继电器都有一定的保护作用,是控制一般用电器,如电动机、加热器、白炽灯的首选器件,可广泛应用于煤矿、石油、等工矿行业之中。

3E系列:

直流控制,三项交流过零导通,过零关断

3E系列固态继电器是直流输入控制,交流过零导通,过零关断输出型无触点三相继电器。可直接控制三相电动机、变压器和加热器等负载,具有开关速度快、无噪音、耐腐蚀、抗干扰等特点,用固态继电器控制电器,时是从零电压开始起动、零电流关断,因此具有di/dt的比值小,启动性能平稳,对电网辐射干扰小,关断时可降低感性负载的反电动势,对用电器和固态继电器都有一定的保护作用等优点,并且能与计算机系统,自动控制装置直接接口,可以广泛用于军事,工企自动化等各个领域。

3AE系列:

交流控制,三相交流过零导通,过零关断

3AE系列固态继电器是交流输入控制,三相交流过零导通过零关断输出型无触点继电器。它方便于交流电源控制的设备中,直接采用交流控制电器如三相电动机、变压器和加热器等负载,具有用固态继电器控制电器,时是从零电压开始起动、零电流关断,因此具有di/dt的比值小,启动性能平稳,对电网辐射干扰小,关断时可降低感性负载的反电动势,对用电器和固态继电器都有一定的保护作用等优点,并且能与计算机系统,自动控制装置直接接口,可以广泛用于军事,工企自动化等各个领域。

D系列:直流控制直流输出

D系列固态继电器为直流输入,直流输出型,可以实现直流电平转换、隔离和控制,能够方便地与计算机和各种数字电路接口。它广泛应用于工业自动化领域中对各种直流供电执行机构的控制,如照明设备、小型直流电动机、直流电源、各种电磁装置及智能仪表等,也可作为各种大功率输出器件的推动级。使用方便,特别适用于腐蚀、潮湿和要求防爆等恶劣场合。

长时间工作在额定电流状态时,应安装散热器;环境温度较高时,应降额使用;控制容性负载时,应限制其浪涌电流;控制感性负载时,应限制其瞬时过压。P系列:直流控制,交流随机导通,过零关断

P系列固态继电器是控制端为直流或方脉冲波输入,输出端为交流随机型,特点是随着控制端直流或方脉冲波的输入,受控制端无论在任何相位上都即时导通。适合于要求导通时间短、开关速度快的控制系统中。当过零型固态继电器用于如变压器这类感性负载时,会引起很大的浪涌电流,使用随机开启固态继电器是解决的方法之一。它可以在第一个半周内的任意时刻使输出器件导通,这种开启方式,显著减少了恶劣条件下的开启机会,提高了固态继电器的使用寿命。尤其对三相电机等三相负载,为使执行控制的多个固态继电器同时接通,采用随机型交流固态继电器更为合适。同时具有零电流关断,关断时可降低了感性负载的反电动势,对用电器和固态继电器都有一定的保护作用等优点。并且可与移相触发器匹配使用,具有移相调压功能。

[编辑本段]五、固态继电器的应用

S系列固态继电器,HS系列增强型固态继电器、可以广泛用于:计算机外围接口装置,恒温器和电阻炉控制、交流电机控制、中间继电器和电磁阀控制、复印机和全自动洗衣机控制、信号灯交通灯和闪烁器控制、照明和舞台灯光控制、数控机械遥控系统、自动消防和保安系统、大功率可控硅触发和工业自动化装置等。

[编辑本段]在应用中需要考虑下述问题。

1.器件的发热

SSR在导通时,元件将承受P=V(管压降)×I(负载)的耗散功率,其中V有效值和I有效值分别为饱和压降和工作电流的有效值。此时,需依据实际工作环境条件,严格参照额定工作电流时允许的外壳温升(75℃),合理选用散热器尺寸或降低电流使用,否则将因过热引起失控,甚至造成产品损坏。

在线路板上使用,连续负载电流2-3A时,可选用S€?3,S€?4产品,5A时,可选用

S€?08W3封装产品。10A以下,可采用散热条件良好的仪器底板。10A以上,需配散热器。30A以下,采用自然风冷,连续负载电流大于30A时,需采用仪器风扇强制风冷。

2.封装和安装形式

卧式W型、立式L型,体积小适用于印制板直接焊接安装。立式L2型,既能适合于线路板焊接安装,也能适用于线路板上插接安装。K型及F型,适合散热器及仪器底板安装。大功率SSR(K型和F型封装)安装时,应注意散热器接触面应平整,并需涂复导热硅脂(美宝T-50)。安装力矩愈大,接触热阻愈小。大电流引出线,需配冷压焊片,以减少引出线接点电阻。

3.输入端驱动

SSR按输入控制方式,可分为电阻型、恒流源和交流输入控制型。目前主要提供的,是供5V TTL电平用电阻输入型。使用其他控制电压时,可相应选用限流电阻。SSR 输入属于电流型器件,当输入端光耦可控硅完全导通后(微秒数量级),触发功率可控硅导通。当激励不足或斜波式的触发电压,有可能造成功率可控硅处于临界导通边缘,并造成主负载电流流经触发回路引起的损坏。

例如:基本性能测试电路,输入为可调电压源,测试负载用100W灯泡,输入触发信号应为阶跃逻辑电平,强触发方式。国外厂商提供的器件标准电流为10mA,考虑到全温度工作范围(-40~+70℃),发光效率稳定和抗干扰能力,推荐最佳直流触发工作电流在12~25mA之间。

SSR输入端可并联或串联驱动。串联使用时,一个SSR按4V电压考虑,12V电压可驱动3个SSR。

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,是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。上述情况,使SSR在特殊负载的应用,多少变得有点复杂。可行的办法,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。

[编辑本段]应用实例

1.调压应用

P型SSR调压,可采用外配移相电路来实现。例如,TW-702控温仪的触发系统,国产SDKC-05单电源调相集成电路(见图2)。在计算机上,通常采用PIO经驱动级的位控方式,利用50Hz电网电源的过零中断,经CTC计时,控制导通角,以达到调压之目的。

2.交流调功应用

“交流调功”是一种Z型SSR普遍采用的方法,也能实现PID调节。即在固定周期内,控制交流正弦电流半波个数,达到调功目的。模拟电路常采用电压比较器,将一个固定周期的锯齿电压和来自前级误差电压作比较,输出方波实现调节,如图3所示。在计算机上采用计时算法,产生占空比可调的方波脉冲击来实现。例如日本的SHIMADEW和OMRON公司的SR22、FD20、E5系列智能化控温产品,配合Z型SSR,实现自适应“自动翻转”控制,即通过计算机产生扰动,算出最佳PID控制参数。

3.三相电流控制

HS系列SSR产品,可直接用于三相电机的控制。最简单的方法,是采用2只SSR 作电机通断控制,4只SSR作电机换相控制,第三相不控制。

作为电机换向时应注意,由于电机的运动惯性,必须在电机停稳后才能换向,以避

免产生类似电机堵转情况,引起的较大冲击电压和电流。在控制电路设计上,要注意任何时刻都不应产生换相SSR同时导通的可能性。上下电时序,应采用先加后断控制电路电源,后加先断电机电源的时序。换向SSR之间,不能简单地采用反相器连接方式,以避免在导通的SSR未关断,另一相SSR导通引起的相间短路事故。此外,电机控制中的保险、缺相和温度继电器,也是保证系统正常工作的保护装置。

[编辑本段]固态继电器术语解释

环境温度范围:

固态继电器正常工作时周围空气温度极限,通常给出工作和贮存两种条件下的温度值,最大温度还受散热器和功率因素的限制。

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介质耐压(单位:V)

固态继电器输入端与输出端,输入端、输出端散热底板之间能承受的最大电压值。注意:不允许测量同一输入(或输出)电路引出端之间的介质耐压,测量之前应先将它

们短路。

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绝缘电阻(单位:MΩ):

固态继电器输入端与输出端,输入端、输出端散热底板之间施加500VDC的电压测量的电阻值。注意:不允许测量同一输入(或输出)电路引出端之间的绝缘电阻,测量之前应先将它们短路。

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电气系统峰值(单位:V):

在规定的环境条件下,固态继电器输入端开路,在输出端的额定输出电压之上迭加特定波形和能量的电压,试验一分钟。试验后固态继电器仍符合规定。

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关断时间(单位:ms):

从切除常开型固态继电器输入端电压达到保证关断电压开始至输出端电压达到其电压最终变化90%为止的时间间隔。

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导通时间(单位:ms):

从施加于常开型固态继电器输入端电压达到保证接通电压开始到输出端电压达到其电压最终变化的90%为止的时间间隔。

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输出端漏电流(单位:mA):

在输入端没有施加导通控制信号的情况下,流过输出端之间最大(有效值)断态漏电流。通常是指整个温度范围内在最大的输出额定电压下的值。该值主要是输出端缓冲器产生。

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最大通态电压降(单位:V):

在规定的环境温度下,输出端满负载电流跨于输出端两端所呈现的最大(峰值)电压降。

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瞬态过压(单位:PIV):

固态继电器在维持其关断状态的同时,能够承受而不致造成损坏或失误的允许施加电压的最大偏离。超过该瞬态电压可以使固态继电器导通,若满足电流条件则是非破性的。瞬态持续时间一般不做规定,可以在几秒的数量级,受内部偏值网络功耗或电容器额定值的限制。

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最小断态dv/dt(静态)(单位:V/us):

在没有施加导通控制信号时,固体继电器输出端(交流)能够承受不致导通的电压上升率。通常表达为最大额定电压下的最小电压上升率。

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最大重复性导通电压峰值(单位;VRMS):

在施加导通控制信号半周之后,在每一后续半周即要导通之前,跨于输出端两端所呈现的最大(峰值)断态电压。这一参数对具有或不具有“零导通”特点的固态继电器同样适用。

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最大过零导通电压(单位:VRMS)(也称过零电压):

在施加导通控制信号之后,在每一后续半周即要导通之前,跨于输出端两端所呈现的最大(峰值)断态电压。

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功耗(在额定电流下)(单位:W):

主要由于输出半导体有效电压降(功耗)而产生的最大平均功耗。

最大I2t(选择熔丝用)(单位:A2s):

固态继电器承受最大非重复性脉冲电流的能力,用于熔丝的选择。

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最大过流(单位:A):

在规定持续时间不允许流过的最大瞬时电流,通常以1秒的有效值来表述。

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最大浪涌电流(非重复性)(单位:A):

在规定持续时间不允许流过的最大瞬时电流,持续时间的典型值为交流电的一个周期(10ms)通常规定为峰值以及电流对时间的曲线。

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最小负载电流(单位:mA):

固态继电器执行规定工作所必须的最小负载电流。它一般与最大负载电流一并作为“工作电流范围”列出。

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最大负载电流(单位:A):

在规定的环境温度下,固态继电器的最大稳态负载电流能力,它还受散热器和环境温度条件的散热限制。

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输出电压范围(单位:V):

在规定的环境温度下,施加于输出端的电压范围,在该范围固态继电器继续处于关断或切换状态,或换句话说执行规定的状态。线路的频率值或包括在内,或单位指明(交流)。

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最小输入阻抗(单位:Ω):

在给定电压下的最小阻抗。作为输入电流的替代或补充,它确定输入功率要求。

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反极性电压(仅适用于直流输入)(单位;V):

在规定的环境温度下,能够加在固态继电器输入端上而不致造成固态继电器永久损坏的最大允许反向电压。该值一般确定为输入电压的上限值。

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输入电流(单位:mA):

在规定的环境温度下,施加规定的输入电压于固态继电器输入端,流入其输入回路的电流值。

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保证关断电压(单位:V):

在规定的环境温度下,施加于输入端,当输入在该值或该值之下时能保证输出端处于关断状态的电压。

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保证接通电压(单位:V):

在规定的环境温度下,施加于输入端,当输入在该值或该值之上时能保证输出端处于导通状态的电压。

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输入电压范围(单位;V):

在规定的环境温度下,施加在输入端,使输出端维持“导通”状态的电压范围。一般情况下直流输入有:3-32VDC恒流输入型和3-14VDC、10-40VDC阻性输入型。交流输入有:90-280VAC输入型。输入电压的下限即为所谓的保证接通电压,输入电压的上限即所谓的反极性电压(仅适用于直流输入)。

固态继电器的基本工作原理

和导通,从而使SCR可控硅门极触发电压UGT被箝在低电位而处于关断状态,最终导致BTA 双向可控硅在门极控制端R6上无触发脉冲而处于关断状态。

当IC1光敏三极管导通时(控制端有信号输入),SCR可控硅的工作状态由交流电压零点检测三极管V1来确定。如电源电压经R2与R3分压,A处电压大于过零电压时(VA>VBE1),V1处饱和导通状态,SCR、BTA可控硅都处于关断状态;如电源电压经R2与R3分压,A处电压小于过零电压时(VA交流过零型固态继电器具有电压过零时开启、负载电流过零时关断的特性。它的最大接通、关断时间是半个电源周期,在负载上可得到一个完整的正弦波形,也相应减少了对负载的冲击。而在相应的控制回路中产生的射频干扰也大大减少。

三相固态继电器(SSR)可直接用于三相电机的控制。最简单的方法是采用2只SSR作电机通断控制,4只SSR作电机换相控制,第三相不控制。固态继电器与常规电磁继电器优缺点比较见表1。

继电器

2继电器测试与故障判断

以上仪厂使用的固态继电器为例,其外部接线见图2。

继电器

(1)当触发端DO与D1、D2之间没有加控制电压时,测量输入端电阻,如电阻小于4O Q 或大于几千Q时,均说明该继电器控制性能不良,最好不要使用,否则会导致执行器电机转速不稳或变慢等故障。

(2)在触发端不加控制电压,用数字万用表测量继电器三相输人端与输出端的电阻,如测得数值在数kQ以下或电阻很小,或用数字万用表测量继电器输入端与输入端、输出端与输出端及与散热板之间的电阻,测得电阻在数拾MQ或kQ以下,说明继电器已损坏,不能再使用。这时若执行送电操作,执行机构电源回路就会烧保险丝或跳空气开关。

(3)如在触发端DO与D1、D2之问加上控制电压,红灯与绿灯二个指示灯同时亮,且输入与输出端之间不导通,那么该继电器模块的触发电路已损坏,不能再使用。这时进行执行机构操作会无反应。

(4)在触发端DO与D1、D2之间分别加上控制电压时,指示灯红灯或绿灯亮,用数字万用表测量继电器三相输入端与输出端的电阻在数k以上,或电阻一直变化不定,说明该继电器模块性能不良,也会造成电机速度变慢、不稳等故障,尽量不要再使用。

(5)在执行器通电且不发指令,固态继电器开路且前端有电压时,输出端会有一定的漏电流,但10A以上的SSR漏电流对50w以上功率的负载基本无影响,需注意。

3选型时应注意事项

(1)因电动执行器操作频繁,宜选用过零型继电器,可延长负载和继电器寿命,也可减小自身的射频干扰。

(2)许多被控负载在接通瞬间会产生很大的浪涌电流,由于热量来不及散发,很可能使SSR内部可控硅损坏,所以在选用继电器时应对被控负载的浪涌特性进行分析,然后再选择继电器。使继电器在保证稳态工作前提下能够承受这个浪涌电流,选择时可选用0.2的降额系数(常温下)。如所选用的继电器需在动作频繁、寿命及可靠性要求高的场合工作时,则应在0.2的基础上再乘以0.6以确保工作可靠。

(3)继电器使用时,因过流和负载短路会造成SSR内部输出可控硅永久损坏,可考虑在控制回路中增加快速熔断器和空气开关予以保护。当加在固态继电器上的电压峰值超过SSR所能承受的最高电压峰值时,固态继电器元件会被电压击穿而造成损坏,因此应选择有输出保护的产品,内置压敏电阻吸收回路和RC缓冲器可吸收浪涌电压和提高dv/dt承受力;也可在继电器输出端并接RC吸收回路和压敏电阻来实现输出保护。选用原则是:220 V时选用500~600V压敏电阻,380V时可选用800~900V压敏电阻。(4)固态继电器负载能力受环境温度和自身温升的影响较大,在安装使用过程中,应保证其有良好的散热条件,额定工作电流在10A以上的产品应配散热器,在安装时应注意继电器底部与散热器的良好接触,并考虑涂适量导热硅脂以达到最佳散热效果。

继电器

固态继电器的使用选型注意事项

1.在选用小电流规格印刷电路板使用的固态继电器时,因引线端子为高导热材料制成,焊接时应在温度小于250℃、时间小于10S的条件下进行,如考虑周围温度的原因,必要时可考虑降额使用,一般将负载电流控制在额定值的1/2以内使用。

2.各种负载浪涌特性对固态继电器SSR的选择

被控负载在接通瞬间会产生很大的浪涌电流,由于热量来不及散发,很可能使SSR内部可控硅损坏,所以用户在选用继电器时应对被控负载的浪涌特性进行分析,然后再选择继电器。使继电器在保证稳态工作前提下能够承受这个浪涌电流,选择时可参考表2各种负载时的降额系数(常温下)。如所选用的继电器需在工作较频繁、寿命以及可靠性要求较高的场合工作时,则应在表2的基础上再乘以0.6以确保工作可靠。一般在选用时遵循上述原则,在低电压要求信号失真小可选用采用场效应管作输出器件的直流固态继器;如对交流阻性负载和多数感性负载,可选用过零型继电器,这样可延长负载和继电器寿命,也可减小自身的射频干扰。如作为相位输出控制时,应选用随机型固态继电器。

3.使用环境温度的影响

固态继电器的负载能力受环境温度和自身温升的影响较大,在安装使用过程中,应保证其有良好的散热条件,额定工作电流在10A以上的产品应配散热器,100A以上的产品应配散热器加风扇强冷。在安装时应注意继电器底部与散热器的良好接触,并考虑涂适量导热硅脂以达到最佳散热效果。如继电器长期工作在高温状态下(40℃~80℃)时,用户可根据厂家提供的最大输出电流与环境温度曲线数据,考虑降额使用来保证正常工作。

4.过流、过压保护措施

在继电器使用时,因过流和负载短路会造成SSR固态继电器内部输出可控硅永久损坏,可考虑在控制回路中增加快速熔断器和空气开关予以保护型(选择继电器应选择产品输出保护,

内置压敏电阻吸收回路和RC缓冲器,可吸收浪涌电压和提高dv/dt耐量);也可在继电器输出端并接RC吸收回路和压敏电阻(MOV)来实现输出保护。选用原则是220V选用500V-600V压敏电阻,380V时可选用800V-900V压敏电阻。

5.继电器输入回路信号

在使用时因输入电压过高或输入电流过大超出其规定的额定参数时,可考虑在输入端串接分压电阻或在输入端口并接分流电阻,以使输入信号不超过其额定参数值。

6在具体使用时,控制信号和负载电源要求稳定,波动不应大于10%,否则应采取稳压措施。

7.在安装使用时应远离电磁干扰,射频干扰源,以防继电器误动失控。

8.固态继电器开路且负载端有电压时,输出端会有一定的漏电流,在使用或设计时应注意。

9.固态继电器失效更换时,应尽量选用原型号或技术参数完全相同的产品,以便与原应用线路匹配,保证系统的可靠工作。

什么是固态继电器及固态继电器的原理

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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Solid State 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。

固态继电器工作可靠,寿命长,无噪声,无火花,无电磁干扰,开关速度快,抗干扰能力强,且体积小,耐冲击,耐振荡,防爆、防潮、防腐蚀、能与TTL、DTL、HTL等逻辑电路兼容,以微小的控制信号达到直接驱动大电流负载。主要不足是存在通态压降(需相应散热措施),有断态漏电流,交直流不能通用,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。

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”功能的角度讲随机型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器件均为可控硅,且都是依靠改变可控硅导通角来达到“调压”的目的,故输出的电压波形均为“缺角”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)。

固态继电器的分类与工作原理

固态继电器(Solid State Relays,缩写SSR)是一种无触点电子开关,由分立元器件、膜固定电阻网络和芯片,采用混合工艺组装来实现控制回路(输入电路)与负载回路(输出电路)的电隔

离及信号耦合,由固态器件实现负载的通断切换功能,内部无任何可动部件。尽管市场上的固态继电器型号规格繁多,但它们的工作原理基本上是相似的。主要由输入(控制)电路,驱动电路和输出(负载)电路三部分组成。

固态继电器的输入电路是为输入控制信号提供一个回路,使之成为固态继电器的触发信号源。固态继电器的输入电路多为直流输入,个别的为交流输入。直流输入电路又分为阻性输入和恒流输入。阻性输入电路的输入控制电流随输入电压呈线性的正向变化。恒流输入电路,在输入电压达到一定值时,电流不再随电压的升高而明显增大,这种继电器可适用于相当宽的输入电压范围。

固态继电器的驱动电路可以包括隔离耦合电路、功能电路和触发电路三部分。隔离耦合电路,目前多采用光电耦合器和高频变压器两种电路形式。常用的光电耦合器有光-三极管、光-双向可控硅、光-二极管阵列(光-伏)等。高频变压器耦合,是在一定的输入电压下,形成约10MHz的自激振荡,通过变压器磁芯将高频信号传递到变压器次级。功能电路可包括检波整流、过零、加速、保护、显示等各种功能电路。触发电路的作用是给输出器件提供触发信号。

固态继电器的输出电路是在触发信号的控制下,实现固态继电器的通断切换。输出电路主要由输出器件(芯片)和起瞬态抑制作用的吸收回路组成,有时还包括反馈电路。目前,各种固态继电器使用的输出器件主要有晶体三极管(Transistor)、单向可控硅(Thyristor或SCR)、双向可控硅(Triac)、MOS场效应管(MOSFET)、绝缘栅型双极晶体管(IGBT)等。

固态继电器原理固态继电器(Solidstate Relay,SSR)是一种由固态电子组件组成的新型无触点开关,利用电子组件(如开关三极管、双向可控硅等半导体组件)的开关特性,达到无触点、无火花、而能接通和断开电路的目的,因此又被称为“无触点开关”。相对于以往的“线圈—簧片触点式”继电器(Electromechanical Relay,EMR),SSR没有任何可动的机械零件,工作中也没有任何机械动作,具有超越EMR的优势,如反应快、可靠度高、寿命长(SSR的开关次数可达108"109次,比一般EMR的106高出百倍)、无动作噪声、耐震、耐机械冲击、具有良好的防潮防霉防腐特性。这些特点使SSR在军事、化工、和各种工业民用电控设备中均有广泛应用。固态继电器的控制信号所需的功率极低,因此可以用弱信号控制强电流。同时交流型的SSR采用过零触发技术,使SSR可以安全地用在计算机输出接口,不会像EMR 那样产生一系列对计算机的干扰,甚至会导致严重当机。比较常用的是DIP封装的型式。控制电压和负载电压按使用场合可以分成交流和直流两大类,因此会有DC-AC、DC-DC、AC-AC、AC-DC四种型式,它们分别在交流或直流电源上做负载的开关,不能混用.

按负载电源的类型不同可将SSR分为交流固态继电器(AC—SSR)和直流固态继电器(DC—SSR)。AC—SSR是以双向晶闸管作为开关器件,用来接通或断开交流负载电源的固态继电器。AC—SSR的控制触发方式不同,又可分为过零触发型和随机导通型两种。过零触发型AC—SSR是当控制信号输入后,在交流电源经过零电压附近时导通,故干扰很小。随机导通型AC—SSR则是在交流电源的任一相位上导通或关断,因此在导通瞬间可能产生较大的干扰。

工作原理

过零触发型AC—SSR为四端器件,其内部电路如图1所示。1、2为输入端,3、4为输出端。R0为限流电阻,光耦合器将输入与输出电路在电气上隔离开,V1构成反相器,R4、R5、V2和晶闸管V3组成过零检测电路,UR为双向整流桥,由V3和UR用以获得使双向晶闸管V4开启的双向触发脉冲,R3、R7为分流电阻,分别用来保护V3和V4,R8和C组成浪涌吸收网络,以吸收电源中带有的尖峰电压或浪涌电流,防止对开关电路产生冲击或干扰。

继电器

要指出的是所谓“过零”并非真的必须是电源电压波形的零处,而一般是指在10~25V或-(10~25)V区域内进行触发,如图2所示。图中交流电压分三个区域,Ⅰ区为-10V~+10V范围,称为死区,在此区域中加入输入信号时不能使SSR导通。Ⅱ区为10~25V和-(10~25)V 范围,称为响应区,在此区域内只要加入输入信号,SSR立即导通。Ⅲ区为幅值大于25V的范围,称为抑制区在此区域内加入输入信号,SSR的导通被抑制。

继电器

当输入端未加电压信号时,光耦合器的光敏晶体管因未接收光而截止,V1饱和,V3和V4因无触发电压而截止,此时SSR关闭。当加入输入信号时,光耦合器中的发光二极管发光,光敏晶体管饱和,使V1截止。此时若V3两端电压在-(10~25)V或10~25V范围内时,只要适当选择分压电阻R4和R5,就可使V2截止,这样使V3触发导通,从而使V4的控制极上得到从R6→UR→V3→UR→R7或反方向的触发脉冲,而使V4导通,使负载接通交流电源。而若交流电压波形在图2中的Ⅲ区内时,则因V2饱和而抑制V3和V4的导通,而使SSR被抑制,从而实现了过零触发控制。由于10~25V幅值与电源电压幅值相比可近似看作“零”。因此,一般就将过零电压粗略地定义为0~±25V,即认为在此区域内,只要加入输入信号,过零触发型AC—SSR都能导通。

当输入端电压信号撤除后,光耦合器中的光敏晶体管截止,V1饱和,V3截止,但此时V4仍保持导通,直到负载电流随电源电压减小到小于双向晶闸管的维持电流时,SSR才转为截止。

SSR的输出端器件可分为双向晶闸管和两只单向晶闸管反并联形式。若负载为电动机一类的感性负载,则其静态电压上升率dv/dt是一个重要参数。由于单向晶闸管静态电压上升率(200V/μs)大大高于双向晶闸管的换向指标(10V/μs),因此若采用两只大功率单向晶闸管反并联代替双向晶闸管,一方面可提高输出功率;另一方面也可提高耐浪涌电流的冲击能力,这种SSR称为增强型SSR。

选型使用时应注意事项

A在选用小电流规格印刷电路板使用的固态继电器时,因引线端子为高导热材料制成,焊接时应在温度小于250℃、时间小于10S的条件下进行,如考虑周围温度的原因,必要时可考虑降额使用,一般将负载电流控制在额定值的1/2以内使用。

B各种负载浪涌特性对SSR的选择,许多被控负载在接通瞬间会产生很大的浪涌电流,由于热量来不及散发,很可能使SSR内部可控硅损坏,所以用户在选用继电器时应对被控负载的浪涌特性进行分析,然后再选择继电器。使继电器在保证稳态工作前提下能够承受这个浪涌电流,选择时可参考表2各种负载时的降额系数(常温下)。

如所选用的继电器需在工作较频繁、寿命以及可靠性要求较高的场合工作时,则应在表2的基础上再乘以0.6以确保工作可靠。

一般在选用时遵循上述原则,在低电压要求信号失真小可选用采用场效应管作输出器件的直流固态继器;如对交流阻性负载和多数感性负载,可选用过零型继电器,这样可延长负载和继电器寿命,也可减小自身的射频干扰。如作为相位输出控制时,应选用随机型固态继电器。C使用环境温度的影响,固态继电器的负载能力受环境温度和自身温升的影响较大,在安装使用过程中,应保证其有良好的散热条件,额定工作电流在10A以上的产品应配散热器,100A以上的产品应配散热器加风扇强冷。在安装时应注意继电器底部与散热器的良好接触,并考虑涂适量导热硅脂以达到最佳散热效果。

如继电器长期工作在高温状态下(40℃~80℃)时,用户可根据厂家提供的最大输出电流与环境温度曲线数据,考虑降额使用来保证正常工作。

D过流、过压保护措施,在继电器使用时,因过流和负载短路会造成SSR内部输出可控硅永久损坏,可考虑在控制回路中增加快速熔断器和空气开关予以保护型(选择继电器应选择产品输出保护,内置压敏电阻吸收回路和RC缓冲器,可吸收浪涌电压和提高dv/dt耐量);也可在继电器输出端并接RC吸收回路和压敏电阻(MOV)来实现输出保护。选用原则是220V选用500V-600V压敏电阻,380V时可选用800V-900V压敏电阻。

E继电器输入回路信号,在使用时因输入电压过高或输入电流过大超出其规定的额定参数时,可考虑在输入端串接分压电阻或在输入端口并接分流电阻,以使输入信号不超过其额定参数值。

F在具体使用时,控制信号和负载电源要求稳定,波动不应大于10%,否则应采取稳压措施。

G在安装使用时应远离电磁干扰,射频干扰源,以防继电器误动失控。

H固态继电器开路且负载端有电压时,输出端会有一定的漏电流,在使用或设计时应注意。I固态继电器失效更换时,应尽量选用原型号或技术参数完全相同的产品,以便与原应用线路匹配,保证系统的可靠工作

继电器选用准则

1选用继电器的一般原则

怎样才能正确地选用继电器呢?一是要做到“知已知彼”,即首先必须对继电器所控制的对象一一被控回路的性质、特点以及对继电器的要求等都要有周密地考察和透彻地了解。其次,对继电器本身的各种特性一一原理、使用条件、技术参数、结构工艺特点以及规格型号等,做到全面的掌握与认真分析;二是按“价值工程”原则,从先进性、合理性、可用性、经济性全面考虑,作到正确地选用和使用继电器。正确选用继电器的原则具体来讲应该是:(1)继电器的主要技术性能,如触点负荷,动作时间参数,机械和电气寿命等,应满足整机系统的要求;(2)继电器的结构型式(包括安装方式)与外形尺寸应能适合使用条件的需要;(3)经济合理。

2选用提纲

为了减少继电器选用中的随意性,提高自主性,选用前应编写选用提纲,一般包括以下要素:(1)气候应力作用要素

温度范围:湿度范围;大气压力;沿海大气;砂尘污染;化学污染;磁干扰;其它特殊气候应力。

(2)机械应力作用要素

振动应力;冲击应力;离心作用及其它。

(3)输入参量要素

交流参量激励;直流参量激励;温度变化影响;有或无触点开关激励方式;固体器件开关激

励方式;远距离有线激励方式;互相干扰等激励因素;低压激励与高压(强电回路)输出隔离因素等。

(4)输出参量要素

白炽灯;容性负载;电机负载;电感器、螺线管、接触器线圈、扼流圈负载;直流阻性负载;中等电流负载;低电平负载;干电路负载等。

(5)安装方式要求

焊接式、插入式、螺钉式或其它(如导轨式安装等)

(6)安全要素

阻燃要求;过载能力要求;绝缘抗电水平。

(7)筛选要求

筛选要求包括筛选的项目、所加应力,监测水平、监测手段、失效判据等。

(8)失效率要求与可靠性评估

失效判据;失效率评估及置信度。

3选用电磁继电器的一般步聚:

作为选用继电器的第一步,是确定其应用分类,由此初选一种在给定条件下曾经有过成功应用的继电器类型,然后按下列步聚使所选用继电器最适合于规定应用。

(1)按照输入的信号确定继电器的种类

不同作用原理或结构特征的继电器,其要求输入的信号的性质是不同的。例如热继电器是利用热效应而动作的继电器;声继电器是利用声效应而动作;而电磁继电器则是由控制电流通过线圈产生的电磁吸力而实现触点开、闭。这就要求使用者首先要按输入信号的性质选择继电器种类。例如反应电压、电流或功率信号时,选用电压、电流或功率继电器;反应脉冲信号或有极性要求时,应选用脉冲、极化继电器等。

在这里,简要地介绍一下电压和电流继电器的区别,以供用户正确选用。从工作原理来讲,二者均属电磁继电器,没有任何区别。但从继电器的设计讲,二者是有区别的。电流继电器磁路系统按IW=C来考虑,即在继电器动作过程中由于衔铁的动作而导致线圈电感发生变化时,也不会影响到回路电流值。该电流是由回路中其它电路元件较大的阻抗决定了的,电流继电器线圈阻抗对整个回路阻抗的影响可忽略不计。因此,一般电流继电器线圈导线匝数少,电感和电阻均较小,因而线圈电流较大。供给电流继电器线圈的是恒定的电流值。电压继电器线圈输入的信号是相对恒定的电压值,一般是电源电压直接加在线圈上或通过网络分配给它以恒定的电压值。因此,回路电流主要取决于线圈阻抗,一般不涉及其它回路元件。为了尽量减小它对其它支路的分流作用,一般导线细,匝数多,电感和电阻都较大,线圈电流不大。选用电流或电压继电器时,要有相对的电路条件。电流继电器要求恒流源电路条件,即回路有较大阻抗与之串联,它本身阻抗对回路电流影响很小。电压继电器要求提供恒定的电压。电流继电器当作电压继电器用,因其线圈电阻小,很容易烧坏线圈,甚至造成电源短路。如将电压继电器当电流继电器使用线圈串接在线路里时,由于其大的阻抗会明显地改变原来回路参数,会因线圈得不到足够的电流而继电器不动作。

值得注意的是交流继电器线圈通常承受过电压的能力比直流继电器差。在直流继电器线圈中,外加电压的增加所引起电流增加的速率较低。这是因为线圈的温升引起线圈电阻的上升。然而在交流继电器中,外加电压的增加引起电流的增加,同样引起线圈电阻增加,这将造成导磁零件进一步饱和,使感抗进而使阻抗大幅度下降。结果是线圈电流增加速率要比外加电压增加的速率快,因此,由于外加过电压造成的过热比直流继电器容易发生。

(2)按使用环境条件选择继电器型号

环境适应性是继电器可靠性指标之一。使用环境和工作条件的差异,对继电器性能有很大的

影响。下面介绍几个主要环境因素的变化对电磁继电器性能的影响。

环境温度

①环境温度的升高加速了绝缘的老化,绝缘性能下降,缩短使用寿命。

②对于反应温度变化的温度继电器、热继电器等,环境温度的变化直接影响保护特性的变化;对电磁继电器来讲,温度的升高,某些绝缘材料的热变形使产品结构参数和动作参数会发生变化。

③温度升高

线圈温升相应增高,不但漆层老化加剧,对电压继电器来讲,还直接影响到吸合、释放参数的变化。电流继电器,温度升高,功耗增大,亦影响绝缘和触点切换特性。

④温度升高加速某些零件的氧化过程。对触点来讲,不但其材料本身氧化,而且加剧表面膜电阻的形成,直接影响接触可靠性,特别在低电平下。

⑤温度升高,熄弧困难,切换能力下降,触点腐蚀加剧。额定负荷时,易形成触点粘结,中等电流时易析出碳化物,降低接触可靠性。

⑥在低温下,镀层材料,如金镀层冷粘作用加剧,小电流负载或低电平下会形成冷粘故障。对一些非密封或密封性不好的继电器,低温下可能触点间形成冰霜,直接影响触点的导通。对于钎焊锡封继电器,在低温下,锡的脆裂会影响产品的气密性。

振动与冲击

电磁继电器触点簧片多为悬臂梁系统,固有频率较低。在接近或达到固有频率的外界振动作用下会引起谐振,导致结构损坏或使触点压力降低直至产生瞬时断开,即出现抖动。可动的衔铁部分会因过振动而误动作,进而使触点接触不良或断开。周期性的作用力会使结构松动或破坏脱落造成结构失效。振动和冲击作用会改变继电器的机械特性,降低动作可靠性。继电器内残存的松散微粒(毛刺脱落物、焊渣、材料碎屑)在振动和冲击作用下会落入触点间隙或转动支承处造成严重故障。

低气压

①低气压下,散热条件变坏,尤其在高温低气压下,对流作用减弱,小尺寸簧片只能靠热传导散热,切换额定负载时,簧片温度可高达300℃以上。灭弧困难,电弧持续时间增加,触点金属蒸发加剧,寿命缩短,导致触点分断容量的降低。

②线圈散热困难,温升加快,引起吸合、释放参数的变化。

③低气压下,介质强度降低,触点间绝缘下降,在绝缘子底板上可能形成通道。一般来讲,海拔每升高1000米,绝缘水平大约降低10%。

辐照

严重核幅照下,部分有机材料会变为粉尘。高分子绝缘材料分子结合链被破坏,绝缘性能下降,直至失效。如聚四氟乙稀薄膜材料耐辐照性能就很差。

电磁干扰

电磁继电器是靠电磁力的作用来动作的,在强的磁场元件、强的杂散场仪器周围使用时,要注意布放位置及离磁干扰源的距离。否则会危及动作可靠性。高频电源还会使继电器被感应加热造成热损坏。

相对湿度

在高湿,特别是高温、高湿条件下:

①金属零件的腐蚀速度显著上升。例如,钢铁零件在含0.1%SO2干燥大气中,腐蚀速度很低,当相对湿度达到70%时,腐蚀速度立即上升100倍以上。普通金属的临界湿度(使金属腐蚀速度显著升高的最低相对湿度)一般为60~70%(此相当于继电器的正常使用环境湿度条件)。

②敞开式或封闭式继电器在潮湿下,绝缘会明显降低,泄漏急剧增大。另外相对湿度达到80%以上,霉菌、昆虫繁殖很快,对不耐霉的有机材料极易长霉,以致影响产品性能。例如,绝缘漆和层压塑料表面发霉后,使表面电阻下降10%。

③在有灰尘的环境中,相对湿度大,灰尘易吸附水分,使一部分可溶性杂质溶于水中,变成电解液,灰尘本身与金属间形成腐蚀微电池,加速金属腐蚀。对非密封继电器,线圈的失效,往往是由于这种“电解腐蚀”引起断线所造成。

④高湿下,会加剧继电器触点膜电阻的生成,当水汽含量超过1000PPm时,会引起接触电阻发生不规则变化。对一些应用在高温高湿条件下的非密封继电器,其绝缘零件还要进行特殊的三防(防湿、防霉、防菌)处理。

在其它环境条件下,如盐雾、油雾、噪声场、恒加速度等,继电器的内部结构损坏与其它电器元件类似。例如盐雾或其它有害气体对电器产品零件的腐蚀很严重。

用户在选用继电器时,必须对上述情况有所了解。

(3)根据输入量选定继电器的输入参数。

①在电磁继电器的输入参数中,与用户密切相关的是线圈的工作电压(或电流),而吸合电压(或电流)则是继电器制造厂约束继电器灵敏度并对其进行判断、考核的参数,它只是一个工作下限参考值。不少用户因不了解继电器动作原理的特殊性,往往把吸合电压(或电流)错认为是继电器应可靠工作的电压(或电流),而把工作电压值取在吸合电压值上,这是十分危险也是不允许的。因为吸合值只是保证继电器可靠动作的最小输入量,而继电器动作后,还需要一个保险量,以提高维持可靠闭合所需的接触压力、抗环境作用所需的电磁吸力。否则,一旦环境温度升高或在机械振动和冲击条件下,或输入回路电流波动和电源电压降低时,仅靠吸合值是不可能保证可靠工作的。所以选择继电器时,首先看继电器技术条件规定的额定工作电压是否与整机线路所能提供的电压相符,绝不能与继电器吸合值相比。

②按照继电器工业标准,交流继电器应该在其标称电压的85%下吸合,而直流继电器应该在标称电压的75%下吸合。如果需要的数值与此不同,就应该加以说明。

③在极限温度下,用户对线圈激励量的变化往往未给予足够的余量。尤其在较高的温度下,这个问题是很关键的。因为在高温下线圈电阻增加,线圈功率下降。另外,由于线圈内部产生的温升也需要过激励或余量。对于低温下释放,也存在着同样的问题,不过不经常出现。

(4)根据负载情况选择继电器触点的种类与参数

与被控电路直接连接的触点是继电器的接触系统。国外和国内长期实践证明,约百分之七十以上的故障发生在触点上。这除了与继电器本身结构与制造因素密切相关之外,未能正确选用和使用也是重要因素之一。且大多数问题是由于用户的实际负载要求与继电器触点额定负载不同而引起的。

①根据控制要求确定触点组合形式,如需要的是常开还是常闭触点或转换触点;

②根据被控回路多少确定触点的对数和组数;

③根据负载性质与容量大小确定触点有关参数,如额定电压、电流与容量,有时还需要考虑对触点接触电阻、抖动时间、分布电容等的要求。关于触点切换的额定值,电磁继电器一般规定它的性质及大小。它的含义是指在规定的动作次数内,在定的电压和频率下,触点所能切换的电流的大小。这一负载值是由继电器结构要素决定的。为了便于考核比较,一般只规定阻性负载。在实际使用中需要切换其它性质的负载。

继电器的额定负载是指在规定的动作次数(寿命)内,在规定动作频率下,触点所能切换的纯阻性负载的大小。显然,负载增大,继电器的寿命将缩短,但不存在一个通用的负载寿命对应关系,不同的继电器具有不同的负载与寿命的关系曲线,即寿命曲线。

一般情况下,减小负载电压可使负载电流提高,减小负载电流可使负载电压提高,但不存在一个通用的负载电压电流对应关系。而且,即使负载电压电流中的一个无限制的减小,负载