深度了解固态继电器原理、分类、选择、使用和维护

2020/6/8 1:02:52 人评论次浏览分类：电子技术文章地址：//ny-tec.com/tech/3114.html

文章以《深度了解固态继电器原理、分类、选择、使用和维护》为题，昌晖仪表也力求内容充实详尽，但很多内容深入程度不够，对仪表工和电工使用和了解固态继电器还是很有帮助。

固态继电器工作原理
固态继电器按负载类型可分为交流型AC-SSR)和直流型(DC-SSR)两类。它们分别用在交流或直流电源上做负载的开关，不能混用。昌晖仪表仅介绍最常用的交流固态继电器。交流固态继电器外形及原理如图1所示，从图可看出它是一种四端有源器件，有两个输入控制端，两个输出受控端。它既有放大驱动作用，又有隔离作用。它采用光电隔离器对输入输出之间进行电气隔离。在输入端加上直流或脉冲信号，输出端就能从关断状态转变成导通状态(无信号时呈阻断状态)，从而控制较大负载。

固态继电器工作原理

固态继电器分类
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)；另外输入端又有宽范围输入(DC3-32V)的恒流源型和串电阻限流型等。

①过零型与随机型固态继电器的区别
当输入端施加有效的控制信号时，随机型固态继电器输出端立即导通(速度为微秒级)，而过零型固态继电器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，过零型和随机型固态继电器均在小于维持电流时关断。虽然过零型固态继电器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。随机型固态继电器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。

②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。

固态继电器使用场合
固体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。

固态继电器优缺点
固体继电器工作可靠，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。

交流固态继电器基本性能测试电路
一般情况下，万用表不能判别SSR 的好坏，正确的方法采用图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)。

交流固态继电器基本性能测试电路

固态继电器的选择
固态继电器型号命名尚未统一，选型时要参阅厂家的说明书，在参数选择时应考虑如下条件。
①额定输入电压
是指在给定条件下能承受的稳态阻性负载的最大允许电压有效值。用于感性负载时，所选额定输入电压必须大于两倍电源电压值，所选产品的击穿电压应高于负载电源电压峰值的两倍。交流负载为220V的阻性负载，可选用220V电压等级的SSR；交流负载为220V的感性负载或交流负载为380V的阻性负载，可选用380V电压等级的SSR；交流负载为380V的感性负载，可选用480V电压等级的SSR；电动机正反转可选用480V电压等级的 SSR；频繁启动的单相或三相电机负载，可选用660~800V电压等级的SSR。

②额定输出电流和浪涌电流
额定输出电流是指在给定条件下(环境温度、额定电压、功率因素、有无散热器等)所能承受的最大电流有效值。固态继电器对温度的敏感性很强，工作温度超过标称值后，必须降额或外加散热器使用，通常厂家都提供热降额曲线。

浪涌电流是指在给定条件下(环境温度、额定电压、额定电流和持续的时间等)不会造成永久性损坏所允许的最大非重复性峰值电流。阻性负载，SSR可全额或降额10%使用。电加热器、接触器接通瞬间的浪涌电流可达稳态电流的3倍，SSR应降额20%~30%使用。

固态继电器的使用及维护
固态继电器接线时不要把输人、输出端接反。使用中要注意如下事项。
①浪涌电流对 SSR的影响所有的负载工作时都有浪涌电流，如电加热元件是纯电阻性负载，具有正温度系数，低温时电阻较小，初始通电时电流就较大。如果SSR内部的热量来不及散发，可能会使晶闸管损坏，选择SSR时要留有一定的电流余量。使用电阻、电热负载时SSR的电流等级应大于负载额定电流2-2.5倍。

②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，使用中要有良好的散热条件，额定工作电流在10A以上的SSR应配散热器，100A以上的SSR应配散热器加风扇强冷。安装时要注意SSR底部与散热器的良好接触，并应涂导热硅脂。长期工作在40-80℃状态下的SSR应对电流等级进行降额使用。

③过流、过压保护措施过流和负载短路会造成SSR永久损坏，应在控制回路中设置快速熔断器和空气开关进行保护，可在SSR输出端并联RC吸收回路和压敏电阻进行保护。

④输入回路信号
如果输入电压或输入电流超过了规定，可在输入端串联分压电阻或在输入端并联分流电阻，使输入信号合乎SSR的要求。输入信号线应远离电磁干扰源，以防误动作。