Введение в твердотельные реле

Твердотельное реле (также известное как SSR, SS Relay, SSR relay или SSR switch, твердотельный контактор, силовой электронный выключатель, автомобильные реле, электронные силовые реле и контакторы электрических сигналов) представляет собой интегрированное бесконтактное электронное переключающее устройство, компактно собранное из интегральной схемы (IC) и дискретных компонентов. В зависимости от характеристик переключения электронных компонентов (таких как переключающие транзисторы, двунаправленные тиристоры и другие полупроводниковые компоненты), SSR способны очень быстро переключать состояние нагрузки "ВКЛЮЧЕНО" и "ВЫКЛЮЧЕНО" через электронную схему, точно так же, как функция традиционных механических реле. По сравнению с предыдущим реле "катушка-геркон", а именно электромеханическим реле (EMR), внутри SSR нет подвижной механической части, а также нет механического воздействия во время процесса переключения SSR. Поэтому твердотельное реле также называют "бесконтактным выключателем". Структурные характеристики переключателя SSR делают его превосходящим EMR. Основными преимуществами твердотельных реле являются следующие:

● Полупроводниковый компонент действует как переключатель для реле, которое имеет небольшие размеры (компактный размер) и длительный срок службы (длительный срок службы).

● Лучшая электромагнитная совместимость, чем EMR - невосприимчивость к радиочастотным помехам (RFI) и электромагнитным помехам (EMI), низким электромагнитным помехам и низкому электромагнитному излучению.

● Отсутствие движущихся частей, механического износа, шума при работе, механических поломок и высокая надежность.

● Отсутствие искры, дуги, горения, отскока контактов и износа между контактами.

● С функцией "переключение нулевого напряжения, отключение нулевого тока" легко добиться переключения "нулевого напряжения".

● Быстрая скорость переключения (скорость переключения SSR в 100 раз выше, чем у обычного EMR), высокая рабочая частота.

● Высокая чувствительность, сигналы управления низким электрическим уровнем (SSR может напрямую управлять большими токовыми нагрузками через сигналы управления малым током), совместимость с логической схемой (схемы TTL, CMOS, DTL, HTL), простота реализации нескольких функций.

● Обычно упаковывается изоляционным материалом с хорошей влагостойкостью, устойчивостью к плесени, коррозионной стойкостью, виброустойчивостью, устойчивостью к механическим ударам и взрывозащищенными характеристиками.

   
Нажмите здесь, чтобы узнать больше информации о сравнении SSR и EMR.

Кроме того, функция усиления и привода твердотельного реле очень подходит для приведения в действие мощных приводов, которые более надежны, чем электромагнитные реле (EMR). Управляющие переключатели твердотельных реле требуют очень низкой мощности, поэтому низкие управляющие токи могут использоваться для управления высокими токами нагрузки. Кроме того, в твердотельном реле используется современная и надежная технология оптоэлектронной изоляции между входными и выходными клеммами. Эта технология позволяет напрямую подключать выходной сигнал устройства малой мощности к входным управляющим клеммам твердотельного реле для управления устройством высокой мощности на выходном терминале твердотельного реле без необходимости в дополнительных схемах защиты для защиты устройства со слабым током, поскольку "малый устройство управления током" (подключено к входному разъему SSR) и "большие управляющие источники питания" (подключены к выходному разъему SSR) были электрически изолированы. Кроме того, твердотельные реле переменного тока используют технологию "детектора пересечения нуля" для безопасного подключения AC-SSR к выходному интерфейсу компьютера, не вызывая серии помех или даже серьезных сбоев в работе компьютера. И эти функции не могут быть реализованы с помощью EMR.

Из-за присущих твердотельным реле характеристик и вышеуказанных преимуществ SSR широко используется в различных областях с момента его появления в 1974 году и полностью заменил электромагнитные реле во многих областях, где электромагнитные реле не могут применяться. Особенно в области компьютерных систем автоматического управления, поскольку твердотельные реле требуют очень низкой мощности привода и совместимы с логической схемой, а также могут напрямую управлять выходной схемой без необходимости в дополнительном промежуточном цифровом буфере.

В настоящее время твердотельные реле хорошо работают в устройствах управления военной, химической, промышленной автоматикой, электромобильном, телекоммуникационном, гражданском электронном оборудовании управления, а также в системах безопасности и контрольно-измерительных приборах, таких как системы нагрева электропечей, станки с числовым программным управлением (ЧПУ), машины дистанционного управления, электромагнитный клапан, медицинские оборудование, система управления освещением (например, светофор, сцинтиллятор, система управления освещением сцены), бытовая техника (например, стиральная машина, электрическая плита, духовка, холодильник, кондиционер), офисное оборудование (например, ксерокс, принтеры, факсы и многофункциональные принтеры), системы пожарной безопасности, система зарядки электромобилей и так далее. В целом, твердотельные реле могут использоваться в любых приложениях, требующих высокой стабильности (оптическая изоляция, высокая помехозащищенность), высокой производительности (высокая скорость переключения, высокий ток нагрузки) и небольшого размера корпуса.

Конечно, твердотельные реле также имеют некоторые недостатки, в том числе: существует падение напряжения во включенном состоянии и ток утечки на выходе, требуются меры по отводу тепла, более высокая стоимость покупки, чем EMR, реле постоянного тока и реле переменного тока не являются универсальными, одно состояние управления, малое количество контактных групп и плохая перегрузочная способность. В то время как некоторые специальные индивидуальные твердотельные реле могут решить некоторые из вышеперечисленных проблем, эти недостатки необходимо учитывать и оптимизировать при проектировании схем и применении SSR, чтобы максимизировать преимущества твердотельных реле.

Твердотельные реле представляют собой активные устройства с четырьмя выводами, два из четырех выводов являются входными управляющими клеммами, а два других терминала являются выходными управляющими клеммами. Хотя типы и спецификации SSR-переключателей многочисленны, их структуры схожи и состоят в основном из трех частей (как показано на рис. 2.1): Входной цепи (Схема управления), Схемы привода и Выходной цепи (Управляемая схема).

Входная схема:

Входная схема твердотельного реле, также называемая схемой управления, обеспечивает контур для входного управляющего сигнала, делая управляющий сигнал источником запуска для твердотельного реле. В соответствии с различными типами входного напряжения входная цепь может быть разделена на три типа: входная цепь постоянного тока И входная цепь и входная цепь переменного / постоянного тока.

Входная цепь постоянного тока может быть дополнительно разделена на Резистивную входную цепь и Входную цепь постоянного тока.

1) Резистивная входная цепь, входной ток которой линейно увеличивается с увеличением входного напряжения, и наоборот. Если управляющий сигнал имеет фиксированное управляющее напряжение, следует выбрать входную цепь резистора.

2) Входная Цепь Постоянного Тока. Когда входное напряжение входной цепи постоянного тока достигает определенного значения, ток больше не будет увеличиваться с увеличением напряжения. Эта функция позволяет использовать твердотельное реле постоянного тока на входе в довольно широком диапазоне входного напряжения. Например, когда диапазон изменения напряжения управляющего сигнала довольно велик (например, 3 ~ 32 В), будет рекомендовано твердотельное реле постоянного тока с входной цепью постоянного тока, чтобы гарантировать, что твердотельное реле постоянного тока может надежно работать во всем диапазоне входного напряжения.

Некоторые из этих схем управления входами имеют положительное и отрицательное логическое управление, инвертирование и другие функции, а также совместимость логических схем. Таким образом, твердотельные реле могут быть легко подключены к схемам TTL (транзисторно-транзисторные логические схемы), схемам CMOS (Комплементарные металлоксидные полупроводниковые схемы), схемам DTL (Диодно-транзисторные логические схемы) и схемам HTL (Логические схемы с высоким порогом). В настоящее время DTL постепенно заменяется TTL, а HTL заменяется CMOS. И если в качестве входного сигнала используется сигнал с широтно-импульсной модуляцией (PWM), частота включения / выключения питания нагрузки переменного тока должна быть установлена на менее 10 Гц, иначе частота переключения выходного сигнала выходной цепи SSR переменного тока не может соответствовать ей.

Схема привода:

Схема возбуждения твердотельного реле состоит из трех частей: Схема изолирующей связи, Функциональная схема и Схема запуска. Однако, в соответствии с фактическими потребностями твердотельного реле, может быть включена только одна / две из этих частей.

1. Изолированная Соединительная Цепь:

Методы изоляции и связи для цепей ввода-вывода (схема ввода-вывода) твердотельных реле в настоящее время используют два способа: Схемы оптронов и схемы высокочастотных трансформаторов.

1) Оптрон (также называемый фотосоединителем, оптическим соединителем, оптоизолятором или оптическим изолятором) непрозрачно упакован с инфракрасным светодиодом (светоизлучающим диодом) и оптическим датчиком для достижения изолированного управления между "стороной управления" и "стороной нагрузки", поскольку нет электрического соединения или физического соединения между " излучателем света" и "датчиком освещенности", кроме луча. Типы комбинаций "источник-датчик" обычно включают: "СВЕТОДИОД-фототранзистор" (Фототранзисторный соединитель), "СВЕТОДИОД-симистор" (Фототриактный соединитель) и "Светодиод-фотодиодная матрица" (набор фотодиодов используется для управления парой МОП-транзисторов или IGBT).

2) Схема соединения высокочастотного трансформатора использует высокочастотный трансформатор для преобразования управляющего сигнала на входе в управляющий сигнал на выходе. Процесс детализации заключается в том, что входной управляющий сигнал создает автоколебательный высокочастотный сигнал, который будет передаваться через сердечник трансформатора на вторичную обмотку трансформатора, и после обработки схемой обнаружения / выпрямления и логической схемой сигнал в конечном итоге станет управляющим сигналом для запуска схемы запуска.

2. Функциональная схема:

Функциональная схема может включать в себя различные функциональные схемы, такие как схема обнаружения, схема выпрямителя, схема пересечения нуля, схема ускорения, схема защиты, схема отображения и т.д.

3. Триггерная схема:

Схема запуска используется для подачи сигнала запуска в выходную цепь.

Выходная схема:

Выходная цепь твердотельного реле управляется сигналом запуска для включения / выключения источников питания нагрузки.

Выходная схема в основном состоит из выходного компонента (микросхемы) и контура поглощения (который действует как подавитель переходных процессов), а иногда включает в себя схему обратной связи. До сих пор выходной компонент твердотельных реле в основном включает в себя: Транзистор с биполярным переходом (Биполярный транзистор или BJT, который делится на два типа, PNP и NPN), Тиристор (Кремниевый управляемый выпрямитель или SCR), Симистор (Двунаправленный триод, Двунаправленный тиристор, Двунаправленный управляемый выпрямитель или BCR), Полевой транзистор Металл-оксид-полупроводник (MOSFET), биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT), МОП-транзистор из карбида кремния (SIC MOSFET, разновидность широкополосного транзистора с самой высокой рабочей температурой перехода промышленного класса 200 °C, низкое энергопотребление и компактные размеры) и так далее.

Выходную цепь твердотельного реле можно разделить на три типа: выходная цепь постоянного тока, выходная цепь переменного тока и выходная цепь переменного / постоянного тока. Выходная схема постоянного тока обычно использует биполярный компонент (такой как IGBT или MOSFET) в качестве выходного компонента, а выходная схема переменного тока обычно использует два тиристора или один симистор в качестве выходного компонента.

Символ твердотельного реле на принципиальной схеме показан ниже (рис. 3.1).

Следует отметить, что:
● Символ электрода должен быть обозначен отдельно (внутри или снаружи рамки) рядом с каждым выводом графического символа.
● Входные клеммы и выходные клеммы обычно не могут быть нарисованы на одной стороне или соседних сторонах.
● Когда на одной и той же принципиальной схеме отображается несколько твердотельных реле, после текстового символа можно добавить цифровой номер, чтобы различать реле. (например, SSR1, SSR2).

Типы твердотельных реле разнообразны, а стандарты классификации разнообразны. Твердотельные реле обычно классифицируются в соответствии со следующими критериями.

1. Тип Источника Питания Нагрузки:

Твердотельные реле можно разделить на твердотельные реле постоянного тока (DC-SSR) и твердотельные реле переменного тока (AC-SSR) в зависимости от типа источника питания нагрузки. Твердотельные реле постоянного тока используют силовые полупроводниковые транзисторы в качестве переключающего элемента (например, BJT, MOSFET, IGBT) для управления состоянием включения / выключения источника питания нагрузки постоянного тока, а твердотельные реле переменного тока используют тиристоры (такие как симистор, SCR) в качестве переключающего элемента для контролируйте состояние включения / выключения источника питания нагрузки переменного тока.

1.1 DC-SSR:

В зависимости от формы ввода SSR типа постоянного тока можно разделить на твердотельные реле постоянного тока с резистивным входом и твердотельные реле постоянного тока с постоянным током.

1.2 AC-SSR:

SSR типа переменного тока может быть классифицирован в соответствии со следующими стандартами.

1.2.1 Control Trigger Mode:

В соответствии с режимом запуска управления (время включения и выключения) SSR переменного тока можно разделить на твердотельные реле переменного тока с пересечением нуля, твердотельные реле переменного тока с произвольным включением и твердотельные реле переменного тока с пиковым включением.

1) Твердотельные реле переменного тока с пересечением нуля (рис. 4.2), также известные как твердотельные реле переменного тока с триггером пересечения нуля, твердотельные реле с перекрестным включением нуля, твердотельные реле переменного тока с нулевым переключением, твердотельные реле переменного тока с нулевым напряжением или Синхронные твердотельные реле переменного тока. Для реле SSR с пересечением нуля их состояние переключения выходной цепи синхронизировано с выходным сигналом, то есть "синхронно" с источником питания. При включении входного сигнала, если напряжение питания нагрузки находится в зоне, отличной от нуля, выходная клемма твердотельных реле типа с пересечением нуля не будет включена; но если напряжение питания нагрузки достигает нулевой зоны, выходная клемма реле SSR с пересечением нуля будет включен, а также будет включена цепь нагрузки. Этот режим запуска может эффективно уменьшить пусковой ток, генерируемый при включении SSR, а также одновременно уменьшает сигнал помех в электросети и входной цепи управления. Как следствие, твердотельные реле с пересечением нуля являются наиболее распространенным типом во многих областях.

2) Твердотельные реле переменного тока со случайным включением (рис. 4.3), также известные как твердотельные реле переменного тока со случайным переключением, твердотельное реле переменного тока со случайным включением, твердотельное реле переменного тока со случайной проводимостью, твердотельное реле переменного тока со случайным срабатыванием, твердотельное реле мгновенного включения, Ненулевое переключение Твердотельные реле переменного тока, твердотельные реле переменного тока с мгновенным включением, твердотельные реле переменного тока с мгновенным включением, Асинхронные твердотельные реле переменного тока или твердотельные реле переменного тока с фазовой модуляцией. Режим переключения выходной цепи SSR-реле случайного типа управляется только управляющим сигналом и не зависит от сигнала источника питания, т.е. "асинхронен" с источником питания. Твердотельные реле случайного типа будут немедленно включены, пока на входных клеммах есть входные сигналы, и независимо от состояния напряжения нагрузки. Поскольку случайное твердотельное реле включается или выключается на любой фазе источника питания переменного тока, в момент включения может генерироваться сильный сигнал помех.

3) Твердотельные реле переменного тока с пиковым включением также известны как твердотельные реле переменного тока с пиковым переключением или твердотельные реле переменного тока с пиковым пожаром. Когда подается входной управляющий сигнал, реле SSR пикового типа включаются в первой точке пика напряжения выходного напряжения переменного тока для уменьшения пускового тока; если входной управляющий сигнал удален, пиковые твердотельные реле будут отключены.

1.2.2 Фаза:

В зависимости от фазы источника переменного тока AC-SSR можно разделить на однофазные твердотельные реле переменного тока и трехфазные твердотельные реле переменного тока.

1) В зависимости от различных функций однофазные твердотельные реле переменного тока могут быть дополнительно разделены на однофазные твердотельные реле переменного / постоянного тока, однофазные твердотельные регуляторы напряжения, однофазные твердотельные регуляторы, одно открытое и одно закрытое однофазные твердотельные реле, однофазные прямые и обратные твердотельные реле, однофазные двойные твердотельные реле и так далее. Следует отметить, что двойное реле (рис. 4.4), представляющее собой разновидность однофазного твердотельного реле, которое объединяет два однофазных промышленных твердотельных реле в один стандартный промышленный комплект с двойными входными клеммами и двойными выходными клеммами, и каждый набор клемм ввода-вывода независим от другой набор, то есть двойные реле SSR, имеют больше контактов и могут обеспечивать более разнообразное управление, чем обычные типы.

2) Трехфазные твердотельные реле переменного тока могут непосредственно использоваться для управления трехфазными двигателями переменного тока, а трехфазное твердотельное реле переменного тока прямого и обратного хода (или трехфазное реверсивное твердотельное реле переменного тока) может использоваться для управления трехфазным прямым и реверсивные двигатели (трехфазные двунаправленные двигатели переменного тока или трехфазные двунаправленные двигатели переменного тока).

1.2.3 Компонент переключателя:

В соответствии с компонентами переключателя AC-SSR можно разделить на твердотельные реле переменного тока обычного типа и твердотельные реле улучшенного типа. Реле SSR обычного типа используют симистор в качестве компонента переключения выхода, а реле SSR улучшенного типа используют антипараллельный SCR в качестве компонента переключения.

2. Форма ввода-вывода:

В соответствии с формой ввода-вывода твердотельные реле можно разделить на четыре типа: твердотельные реле типа "вход постоянного тока -выход переменного тока" (SSR-реле постоянного тока), твердотельные реле типа "вход постоянного тока -выход постоянного тока" (SSR-реле постоянного тока), тип "вход переменного тока -выход переменного тока" твердотельные реле (SSR-реле переменного тока), твердотельные реле типа AC input-DC output (SSR-реле переменного тока).

3. Тип переключателя:

В зависимости от типа переключателя SSR-переключатели можно разделить на твердотельные реле нормально открытого типа (или NO-SSR) и твердотельные реле нормально закрытого типа (или NC-SSR). Нормально разомкнутые твердотельные реле включаются только тогда, когда на входные клеммы подается управляющий сигнал. Напротив, нормально замкнутые твердотельные реле будут отключены, когда входной сигнал будет подан на входную клемму. (Если не указано иное, твердотельные реле в этом документе по умолчанию относятся к нормально открытым твердотельным реле.)

4. Изоляция/Соединение:

В соответствии со способами изоляции / соединения SSR можно разделить на твердотельные реле с герконовым реле, твердотельные реле с трансформаторной связью, твердотельные реле с фотосвязью и твердотельные реле гибридного типа.

1) Reed Relay Coupling SSR (Figure 4.5, a) uses reed-switch as the isolation method. When the control signal is applied directly (or through the preamplifier) to the coil of the reed relay, the reed switch will close at once and the thyristor switch will be activated to make the load conduct.

2) Transformer Coupling SSR (Figure 4.5, b) uses a transformer as an isolation device. The transformer can convert the low power control signal from the primary coil to the secondary coil to generate a signal for driving the electronic switch. And if the input control signal is a DC voltage, a DC-AC converter is required in the input circuit. After processing by rectification, amplification or other modifications, the signal from the secondary coil can be used to drive the switching component.

3) Photo Coupling SSR (Figure 4.5, c), also known as photo-isolated SSR, or opto-coupled SSR, uses an optical coupler as an isolator. The optical coupler is an opto-isolator that consists of an infrared source (usually, a light-emitting diode, or LED) and a photo-sensitive semiconductor component (such as a photosensitive diode, a photo-sensitive transistor, and a photo-sensitive thyristor). According to the different components (Figure 4.6), the opto-coupler can be into Opto-Diode Coupler(Photo-Diode Coupler), Opto-Transistor Coupler (Photo-Transistor Coupler), Opto-SCR Coupler (Photo-SCR Coupler), and Opto-Triac Coupler (Photo-Triac Coupler).

The photo-semiconductor device detects the infra-red radiation from the LED, and then produces a signal to drive the semiconductor switch. Compared with reed relay and transformer, the optical isolator has better physical isolation ability, to ensure the electrical insulation between high voltage output load circuit and low voltage input signal circuit. And on account of the excellent isolation performance and very compact size of the optocoupler, the optocoupler solid state relay is used in a very wide range of applications.

4) Hybrid solid state relay is a special solid state relay which combines the advantages of EMR and SSR, with high efficiency and low power consumption. The input and output circuits of the hybrid solid-state relays are composed of an SSR relay and a reed switcher (or a micro-electromagnetic relay) in parallel, controlled by different control signals (Figure 4.7).

При подаче входного сигнала 1 SSR немедленно переключается во включенное состояние. Поскольку электронный переключатель не имеет движущихся частей, он может переключать нагрузку стабильно и быстро и не создает дугу из-за высокого напряжения в сети или сильного скачка тока во время переключения. После того, как будет сгенерирован ток нагрузки, ЭМИ будет управляться управляющим сигналом 2 и включаться. Поскольку ЭМИ подключен параллельно с SSR, выходной контакт ЭМИ находится под напряжением без напряжения, и на контактах нет образования дуги. Затем, после определенной задержки, подпрыгивание контактов ЭМИ успокаивается, и SSR будет отключен. ЭМИ работает практически без нагрева, поэтому гибридные реле SSR могут работать без установленного радиатора.

5. Структура Схемы:

В соответствии с различной схемотехнической структурой твердотельные реле можно разделить на твердотельные реле дискретного структурного типа и твердотельные реле гибридного структурного типа. Твердотельные реле с дискретной структурой в основном собираются из дискретных компонентов и печатной платы, а затем упаковываются заливкой эпоксидной смолой, пластиковым уплотнением или упаковкой из смолы. Твердотельные реле с гибридной структурой используют технологию объединения толстых пленок для сборки дискретных компонентов и полупроводниковых интегральных схем (ИС), а затем помещают их в металлический или керамический корпус.

6. Производительность:

В зависимости от производительности твердотельные реле можно разделить на твердотельные реле стандартного типа и твердотельные реле промышленного типа. Номинальный ток стандартного твердотельного реле обычно составляет от 10А до 120А, а номинальный ток промышленного твердотельного реле относительно велик, может составлять от 60А до 2000А или больше. Таким образом, промышленное реле SSR может соответствовать строгим требованиям промышленной среды и промышленного оборудования.

7. Монтаж:

В соответствии со способами монтажа твердотельные реле можно разделить на твердотельные реле типа монтажа на панель (или Тип поверхностного монтажа), твердотельные реле типа монтажа на DIN-рейку и твердотельные реле типа монтажа на печатную плату (или Тип монтажа на печатную плату). А SSR для монтажа на печатной плате можно дополнительно разделить на SSR для монтажа в розетку (или Подключаемый тип монтажа) и SSR для монтажа в кронштейн (или Тип фланцевого монтажа). Подключаемые твердотельные реле со многими стандартными комплектациями (например, SIP, Mini-SIP и DIP) могут быть непосредственно припаяны к печатной плате, полагаясь на естественное охлаждение, без необходимости теплоотвода; твердотельные реле с фланцевым креплением требуют дополнительной металлической пластины или нагревателя раковина для отвода тепла.

8. Применение:

В зависимости от области применения твердотельные реле можно разделить на Твердотельные реле общего назначения, Твердотельные реле с двусторонней передачей, Автомобильные твердотельные реле, Твердотельные реле с защелкой (входной сигнал выполняется как логическое исключающее ИЛИ или XOR, поэтому любой вход может защелкивать / разблокировать выход) и так далее. Запирающее реле может продолжать проводить и непрерывно выдавать управляющий сигнал даже при отключении управляющего тока, и его можно отключить только путем ввода обратного тока или кнопки выключения. Защелкивание обычно используется в высоковольтных цепях, чтобы избежать расширения аварий.

Основные параметры твердотельных реле делятся на три категории: Входные параметры, Выходные параметры и Другие параметры.

Входные параметры:

Диапазон входного Напряжения / Входной Ток:

1) Диапазон входного напряжения относится к значению диапазона напряжения, которое должно быть входным (т.е. минимальным) или допустимым входным (т.е. максимальным) для нормальной работы твердотельного реле при температуре окружающей среды 25 °C.

2) Входной ток относится к соответствующему значению входного тока при определенном входном напряжении.

Напряжение включения / Напряжение Выключения:

1) Напряжение включения (напряжение включения). Когда входное напряжение (напряжение, подаваемое на входную клемму) больше или равно напряжению включения, выходная клемма будет включена.

2) Напряжение выключения (напряжение выключения). Когда входное напряжение (напряжение, подаваемое на входную клемму) меньше или равно напряжению отключения, выходная клемма будет отключена.

Напряжение пересечения нуля:

Строго говоря, напряжение пересечения нуля - это не точка напряжения, а диапазон напряжений, определяемый внутренними компонентами реле пересечения нуля, который обычно очень низок и почти незначителен. Если напряжение источника питания ниже напряжения пересечения нуля, реле пересечения нуля не будет включено; и если напряжение превышает напряжение пересечения нуля, реле пересечения нуля будет находиться во включенном состоянии.

Выходные параметры:

Номинальное Выходное Напряжение / Номинальный Рабочий Ток:

1) Номинальное выходное напряжение - это максимальное рабочее напряжение нагрузки, которое могут выдержать выходные клеммы.

2) Номинальный рабочий ток - это максимальный установившийся рабочий ток, который может проходить через выходные клеммы при температуре окружающей среды 25 °C.

Падение Выходного Напряжения / Выходной Ток Утечки:

1) Падение выходного напряжения - это измеренное выходное напряжение при номинальном рабочем токе, когда твердотельное реле находится во включенном состоянии.

2) Выходной ток утечки относится к измеренному значению тока, протекающего через нагрузку, при условии, что твердотельное реле находится в выключенном состоянии и на выходную клемму подается номинальное выходное напряжение. Этот параметр является показателем качества и производительности твердотельных реле. Чем меньше падение выходного напряжения и выходной ток утечки, тем лучше твердотельное реле.

Пусковой ток:

Пусковой ток, также известный как ток перегрузки, входной ток перенапряжения или ток перенапряжения при включении, относится к неповторяющемуся максимальному (или перегрузочному) значению тока, которое устройство не приведет к необратимому повреждению и выходные клеммы могут выдержать, когда твердотельное реле находится во включенном состоянии. Пусковой ток SSR переменного тока в 5 ~ 10 раз (за один цикл) превышает номинальный рабочий ток, а SSR постоянного тока в 1,5 ~ 5 раз (за одну секунду) превышает номинальный рабочий ток.

Другие Параметры:

потребляемая мощность:

Потребляемая мощность относится к максимальному значению мощности, потребляемой самим твердотельным реле во включенном состоянии и в выключенном состоянии.

Время включения / выключения:

1) Время включения (или время включения) - это время, необходимое для запуска нормально разомкнутого твердотельного реле с момента подачи входного управляющего напряжения до тех пор, пока не начнет включаться выходная клемма и выходное напряжение не достигнет 90% от конечного значения.

2) Время выключения (или время выключения) - это время, необходимое для запуска нормально разомкнутого твердотельного реле с момента отключения входного управляющего напряжения до тех пор, пока выходная клемма не начнет отключаться и выходное напряжение не достигнет 90% от конечного значения.

Это также важный параметр для оценки производительности твердотельных реле. Чем короче время включения и время выключения, тем лучше коммутационные характеристики твердотельного реле.

Сопротивление изоляции / Диэлектрическая Прочность:

1) Сопротивление изоляции относится к измеренному значению сопротивления между входной клеммой и выходной клеммой твердотельного реле при подаче определенного постоянного напряжения (например, 550 В). Он также может включать в себя измеренное значение сопротивления между входной клеммой и внешним корпусом (включая радиатор) и измеренное значение сопротивления между выходной клеммой и корпусом.

2) Диэлектрическая прочность, или выдерживаемое напряжение диэлектрика, относится к максимальному значению напряжения, которое может быть допустимо между входной клеммой и выходной клеммой твердотельного реле. Он также может включать в себя максимальное напряжение, которое может быть допустимо между выходной клеммой и корпусом, и максимальное напряжение, которое может быть допустимо между входной клеммой и внешним корпусом.

Рабочая температура / Максимальная Температура Соединения:

1) Рабочая температура относится к нормальному диапазону температур рабочей среды, допустимому, когда твердотельное реле устанавливает теплоотвод в соответствии со спецификацией или когда теплоотвод не установлен.

2) Температура перехода, сокращенно от температуры перехода транзистора, представляет собой фактическую рабочую температуру полупроводника в электронном устройстве. В процессе эксплуатации она обычно выше, чем температура корпуса и внешняя температура компонента. Максимальная температура перехода - это самая высокая температура перехода, допускаемая компонентом переключения выхода.

Из этой главы вы узнаете, как работают твердотельные реле. Из-за различных условий применения твердотельные реле имеют несколько отличающиеся внутренние компоненты, но принцип работы схож. Внутренняя эквивалентная принципиальная схема обычных твердотельных реле показана на рисунке ниже (рис. 6.1). Принцип работы твердотельных реле может быть просто описан следующим образом: для NO-SSR, когда соответствующий управляющий сигнал подается на входную клемму (IN) твердотельного реле, Выходная клемма (OUT) переключается из выключенного состояния во включенное состояние; если управляющий сигнал будет отменен, Выходная клемма (OUT) будет восстановлена в выключенном состоянии. В этом процессе твердотельные реле осуществляют бесконтактное управление состояниями переключения источника питания нагрузки, который подключен к выходным клеммам. Следует отметить, что входная клемма может быть подключена только к управляющему сигналу, а нагрузка должна быть подключена только к выходной цепи.

В зависимости от типа нагрузки SSR можно разделить на два типа: Твердотельное реле постоянного тока (DC-SSR) и твердотельное реле переменного тока (AC-SSR). DC-SSR действуют как переключатель нагрузки на источниках питания постоянного тока, а AC-SSR действуют как переключатель нагрузки на источниках питания переменного тока. Они несовместимы друг с другом и не могут быть смешаны.

1) Твердотельное реле постоянного тока (рис. 6.1, слева), напряжение управляющего сигнала которого вводится с входного терминала (IN), а затем управляющий сигнал подключается к приемной цепи через фотосоединитель, и в конечном итоге сигнал усиливается усилителем для управления состоянием переключения транзистора. Очевидно, что выходная клемма (OUT) твердотельного реле постоянного тока разделена на положительную клемму (+ полюс) и отрицательную клемму (- полюс), будьте осторожны, чтобы не допустить ошибок при подключении выходной клеммы реле SSR постоянного тока к управляемой цепи.

2) Твердотельное реле переменного тока (рис. 6.1, справа) используется для управления состоянием включения/ выключения цепи нагрузки переменного тока. В отличие от твердотельных реле постоянного тока, реле SSR переменного тока используют двунаправленный тиристор (симистор) или другие электронные переключающие компоненты переменного тока. Следовательно, на выходной клемме (OUT) твердотельного реле переменного тока нет положительной/отрицательной клеммы.

Принцип работы твердотельных реле переменного тока с пересечением нуля

Поскольку твердотельные реле переменного тока с пересечением нуля являются более совершенными и типичными, чем твердотельные реле других типов, детали работы реле SSR с пересечением нуля переменного тока могут помочь проиллюстрировать полный принцип работы реле SSR:

1. Функция каждой части:

Ниже приведено представление SSR пересечения нуля переменного тока (рис. 6.2). А схема переменного тока на блок-схеме образует корпус SSR переменного тока с пересечением нуля. В целом реле SSR представляет собой четырехполюсный переключатель нагрузки, имеющий только две входные клеммы (③ и ④) и две выходные клеммы (① и ②). Когда реле SSR с пересечением нуля переменного тока работает, пока к клеммам ③ и ④ добавляется определенный управляющий сигнал, можно управлять состоянием включения / ВЫКЛЮЧЕНИЯ контура между клеммами ① и ②.

Схема связи A используется для обеспечения канала ввода-вывода для устройства управления, которое подключено к клеммам ③ и ④, и электрически отключает соединение между входными клеммами и выходными клеммами SSR, чтобы предотвратить вмешательство выходной цепи во входную цепь. Наиболее часто используемым компонентом в схеме связи является оптрон с высокой чувствительностью к действию, высокой скоростью отклика и высокой диэлектрической прочностью (выдерживает напряжение) между входной и выходной клеммами. Поскольку входной нагрузкой фоторазветвителя является светоизлучающий диод (LED), это позволяет входному значению твердотельного реле легко соответствовать уровню входного сигнала устройства управления и позволяет подключать входные клеммы реле SSR непосредственно к выходному интерфейсу компьютера, то есть твердотельное реле может управляться логическим уровнем "1" и "0".

Функция Триггерной схемы B заключается в генерировании подходящего триггерного сигнала для приведения в действие Коммутационной схемы D. Однако, если не добавить специальную схему управления, схема переключения будет генерировать радиочастотные помехи (RFI), которые будут загрязнять сеть высшими гармониками и всплесками, поэтому схема детектора пересечения нуля C специально разработана для решения этой проблемы.

Схема демпфирования E предназначена для предотвращения скачков напряжения и скачков напряжения от источника питания, вызывающих удары и помехи (даже сбои в работе) переключающих транзисторов. Как правило, в качестве схемы демпфирования используется RC–схема (резисторно-конденсаторная схема, или RC-фильтр, или RC-сеть) или нелинейный резистор (например, варистор). Варистор, также называемый зависимым от напряжения резистором (VDR), представляет собой электронный компонент, значение сопротивления которого нелинейно изменяется в зависимости от приложенного напряжения, и наиболее распространенным типом варистора является варистор из оксида металла (MOV), такой как нелинейный резистор из оксида цинка (ZNR).

2. Функция каждого компонента:

На рисунке ниже приведены внутренние принципиальные схемы триггера AC-SSR с пересечением нуля (рис. 6.3).

R1 - это токоограничивающий резистор, который ограничивает ток входного сигнала и гарантирует, что оптрон не поврежден. Светодиод используется для отображения входного состояния входного управляющего сигнала. Диод VD1 используется для предотвращения повреждения оптрона при инвертировании положительного и отрицательного полюсов входного сигнала. Оптрон OPT электрически изолирует входную и выходную цепи. Триод M1 действует как инвертор и одновременно образует схему обнаружения пересечения нуля с тиристором SCR, а рабочее состояние тиристора SCR определяется транзистором M1 с обнаружением нуля переменного напряжения. VD2 ~ VD4 образуют мост полноволнового выпрямителя (или полный-волновой диодный мост) УР. Двунаправленный пусковой импульс для включения симистора BCR может быть получен из SCR и UR. R6 - это шунтирующий резистор, используемый для защиты BCR. R7 и C1 образуют сеть, поглощающую перенапряжения, для поглощения скачков напряжения или тока перенапряжения в сети питания, чтобы предотвратить удар или помехи в цепи переключения. RT - это термистор, который действует как защита от перегрева, предотвращая повреждение твердотельных реле из-за чрезмерных температур. VDR - это варистор, который действует как устройство ограничения напряжения, которое ограничивает напряжение и поглощает избыточный ток для защиты твердотельного реле при перенапряжении выходной цепи.

3. Процесс работы:

Твердотельное реле переменного тока с пересечением нуля имеет характеристики включения, когда напряжение пересекает ноль, и выключения, когда ток нагрузки пересекает ноль.

Когда OPT-ответвитель OPT выключен (т.е. управляющий вывод OPT не имеет входного сигнала), M1 насыщается и включается путем получения базового тока от R2, и в результате напряжение запуска затвора (UGT) тиристора SCR фиксируется до низкого потенциала и включается выключен. Следовательно, симисторный BCR находится в выключенном состоянии, поскольку на клемме управления затвором R6 отсутствует пусковой импульс.      Когда входной управляющий сигнал подается на входной вывод твердотельного реле, фототранзистор OPT включается (т.е. управляющий вывод OPT имеет входной сигнал). После того, как напряжение сети питания делится на R2 и R3, если напряжение в точке A больше, чем напряжение пересечения нуля M1 (т.е. V_A>V_BE1), M1 будет находиться в состоянии насыщенной проводимости, и оба тиристоров SCR и BCR будут находиться в выключенном состоянии. Если напряжение в точке A меньше напряжения пересечения нуля M1 (т.е. V_A<V_BE1), M1 будет находиться в состоянии отключения, и SCR будет запущен для проведения, а затем на управляющем полюсе BCR будет получен пусковой импульс из направления "R5→UR→ SCR→UR→R6" (или противоположного направления) для активации BCR, и, наконец, нагрузка будет подключена к сети переменного тока.

Благодаря описанному выше процессу можно понять, что M1 используется в качестве датчика переменного напряжения для включения твердотельного реле, когда напряжение нагрузки пересекает ноль, и выключения твердотельного реле, когда ток нагрузки пересекает ноль. И за счет функции детектора пересечения нуля соответственно уменьшается воздействие цепи нагрузки на нагрузку, а также значительно уменьшаются радиочастотные помехи, создаваемые в контуре управления.

4. Определение пересечения нуля:

Здесь нужно объяснить, что такое пересечение нуля. В переменном токе пересечение нуля - это мгновенная точка, в которой отсутствует напряжение, то есть переход между положительным полупериодом и отрицательным полупериодом формы сигнала переменного тока. В каждом цикле переменного тока обычно будет два пересечения нуля. И если электросеть отключится в момент пересечения нуля, никаких электрических помех не возникнет. Твердотельное реле переменного тока (оснащенное схемой управления с пересечением нуля) будет находиться во включенном состоянии, когда входная клемма подключена к управляющему сигналу, а выходное напряжение переменного тока пересекает ноль; и наоборот, когда управляющий сигнал выключен, SSR находится в выключенном состоянии до следующего пересечение нуля.

Кроме того, следует отметить, что пересечение нуля твердотельного реле на самом деле не означает ноль вольт формы сигнала напряжения источника питания. На рисунке 6.5 показан участок синусоидальной волны переменного напряжения. В соответствии с характеристиками компонента коммутации переменного тока напряжение переменного тока на рисунке разделено на три области, которые соответствуют трем состояниям выходной цепи SSR. И U1 и U2 соответственно представляют пороговое напряжение и напряжение насыщения переключающего компонента.

1) Область Ⅰ - это Мертвая область (Область отключения, Область отключения или Область отключения) с абсолютным значением диапазона напряжений 0 ~ U1. И в этой зоне переключатель SSR не может быть включен, даже если добавлен входной сигнал.

2) Область Ⅱ - Область отклика (Активная область, Область включения, Область отключения или Область включения) с абсолютным значением диапазона напряжений U1 ~ U2. В этой зоне SSR немедленно включается, как только добавляется входной сигнал, и выходное напряжение увеличивается по мере увеличения напряжения питания.

3) Область Ⅲ - это Область подавления (Область насыщения) с абсолютным значением диапазона напряжений, превышающим U2. В этой области переключающий элемент (тиристор) находится в насыщенном состоянии. И выходное напряжение твердотельного реле больше не будет увеличиваться с увеличением напряжения источника питания, но ток увеличивается с увеличением напряжения, что можно рассматривать как внутреннее состояние короткого замыкания выходной цепи твердотельного реле, то есть твердотельного реле находится во включенном состоянии как электронный переключатель.

На рисунке 6.6 показана форма сигнала ввода-вывода твердотельного реле с пересечением нуля. И из-за природы тиристора твердотельное реле будет находиться во включенном состоянии после того, как напряжение на выходных клеммах достигнет порогового напряжения (или напряжения запуска триггерной цепи). Тогда твердотельное реле будет находиться в фактическом включенном состоянии после достижения напряжения насыщения и в то же время генерировать очень низкое падение напряжения во включенном состоянии. Если входной сигнал отключен, твердотельное реле будет выключено, когда ток нагрузки упадет ниже тока удержания тиристора или следующей точки коммутации переменного тока (т.Е. в первый раз, когда ток нагрузки проходит через ноль после выключения реле SSR).

Из этой главы вы узнаете, где использовать твердотельные реле и для чего используются твердотельные реле.

Система управления Освещением:

Быстрое переключение, длительный срок службы и высокая надежность твердотельных реле отлично зарекомендовали себя в системе управления освещением. В области светофоров условия работы светофоров сложны, но твердотельные реле с отличными характеристиками (влагостойкие, взрывозащищенные, антикоррозийные) могут с этим справиться. А твердотельные реле могут соответствовать требованиям, предъявляемым к сигнальным мигающим светофорам, которые часто замыкаются и размыкаются, поскольку они могут выдерживать интервалы переключения в 10 миллисекунд или дольше. А в системах управления освещением сцены (обычно применяемых для постановки театральных, танцевальных, оперных и других видов исполнительского искусства) твердотельные реле могут работать с компьютерной системой для управления несколькими источниками света и реализации сложных световых эффектов для усиления атмосферы сцены.

Система Дистанционного Управления:

Системы дистанционного управления обычно требуют сигналов малого тока для управления оборудованием высокой мощности, таким как электродвигатели, импульсные клапаны и другое оборудование. В качестве электронного коммутационного элемента без механических контактов твердотельные реле широко используются в системах дистанционного управления с отличными преимуществами: гибкое управление, высокая надежность, высокая долговечность, отсутствие искр, отсутствие шума, быстрое переключение, высокая рабочая частота, сильная помехозащищенность и т.д.

Компьютерное Оборудование с Числовым программным Управлением:

Многие традиционные механические реле в машинах с числовым программным управлением (станках с ЧПУ) постепенно заменяются твердотельными реле. Благодаря превосходной долговечности и высокой чувствительности твердотельные реле применяются для обеспечения высокой точности и высокого качества обработки с ЧПУ. В сервосистеме станка с ЧПУ твердотельное реле может непрерывно получать управляющий сигнал и точно управлять обрабатывающим станком.

Оборудование для отопления/Охлаждения:

Normally, there are three ways to control the heating /cooling equipment: solid state relay (SSR), thyristor module (SCR module), and AC contactor. Currently, solid state relays and SCR modules are very common in cooling/heating equipment, but in contrast, SCR modules are not cost effective, so solid state relays are most common in heating/cooling equipment, such as electric ovens, coffee machines, vending machines, griddles, Fryers, air-conditioner, refrigerator and etc. The solid-state relays also perform well in temperature control equipment. The timer control SSR, the microcontroller control SSR and PID control SSR (proportional–integral–derivative controller) are used in the temperature control device to maintain temperature stability of the device, like HVAC (Heating, Ventilation, and Air Conditioning).

Медицинские Устройства:

В области медицинского оборудования к оборудованию предъявляются строгие требования к рабочей частоте и точности операций, поэтому компоненты медицинского оборудования должны обладать хорошими характеристиками (высокая точность, долговечность и т.д.). Твердотельные реле могут удовлетворить этим требованиям большинства медицинских устройств, например, устройства инфракрасного излучения имеют огромная тепловая инерция, но при подключении твердотельных реле к излучающей пластине становится очень легко контролировать температуру устройства инфракрасного излучения с помощью твердотельных реле.

Электромобили:

Твердотельные реле широко применяются в области электромобилей. Например, взрывозащищенные твердотельные реле используются в автомобилях на топливных элементах (водородных топливных элементах), чтобы избежать образования электрических дуг и неправильной работы во время вибрации. Кроме того, каждый высоковольтный блок питания защищен комбинацией нескольких твердотельных реле, предохранителей и фильтрующих конденсаторов.

Химическая и горнодобывающая промышленность:

Учитывая сложные условия работы и особые требования (взрывозащищенные, влагостойкие и антикоррозийные свойства) химической и горнодобывающей промышленности, традиционные механические реле не могут соответствовать таким требованиям, поэтому для промежуточных контроллеров основного механического оборудования используется множество твердотельных реле, таких как твердотельные реле, устанавливаемые на больших угледобывающих элеваторах.

Компьютерная Система Управления:

Компьютерная система управления (включая периферийные устройства компьютера) предъявляет высокие требования к реле, но различные типы твердотельных реле могут помочь компьютерным устройствам управлять различными блоками питания для управления большим оборудованием механической автоматизации или гидравлическим и пневматическим оборудованием, поскольку твердотельные реле имеют характеристики: обнуление-пересечение, хорошая электромагнитная совместимость, высокая чувствительность, быстрая скорость переключения, сигналы управления низкого уровня, совместимы с логическими схемами (TTL, CMOS, DTL, HTL) и даже могут быть напрямую подключены к управляющему устройству микрокомпьютера, и так далее.

Больше Приложений:

Промышленные Устройства - Промышленная Обработка, Станок С ЧПУ, Автоматизированная Сборочная Линия...
Кухня/Бытовая Техника - Кухонная Техника, Бытовая Техника ...
Электродвигатель - Двигатель постоянного тока, Двигатель переменного тока, Реверсивный Двигатель...
Система Автоматического Управления - Программируемый Контроллер, Электрический Шкаф Управления...
Офисное Оборудование - Принтер, Измельчитель...
Система Управления Батареей - Резервный Источник Питания, Зарядная Станция, Новая Энергия...
Сварочные/Режущие Аппараты - Аппарат Для Точечной Сварки, Электросварочный Аппарат, Станок Для Плазменной Резки...
Система Управления Освещением - Освещение Сцены, Интеллектуальное Освещение, Дорожное Освещение...
Медицинское Устройство - Ультразвуковой Генератор, Автоклав...

Ниже приведены варианты, которые следует учитывать при выборе подходящих твердотельных реле на основе фактических требований:

1) Напряжение нагрузки - переменный или постоянный ток
2) Ток нагрузки - Максимальный ток и Минимальный ток
3) Тип нагрузки - резистивная, индуктивная или емкостная
4) Входной управляющий сигнал - переменный или постоянный
5) Способ монтажа - Монтаж на печатную плату, панель или DIN-рейку
6) Температура окружающей среды - для расчета коэффициента снижения и размера теплоотвода
7) Международная сертификация – Underwriter Laboratories (UL), Канадская Ассоциация стандартов (CSA), Британский Совет по сертификации телекоммуникаций (BABT), Verband Deutscher Elektrotechniker (VDE), Technischen Uberwachungs Vereine (TUV), Conformite Europeene (CE) или другие.

Напряжение нагрузки:

Первое соображение заключается в том, является ли напряжение нагрузки переменным или постоянным, чтобы определить, выбрано ли AC-SSR или DC-SSR. Во-вторых, следует учитывать напряжение источника питания нагрузки, которое не может быть больше номинального выходного напряжения и меньше минимального напряжения твердотельного реле. Затем учитывайте величину напряжения нагрузки и переходного напряжения. Напряжение нагрузки относится к установившемуся напряжению, подаваемому на выходную клемму переключателя SSR, а переходное напряжение относится к максимальному напряжению, которое могут выдержать выходные клеммы реле SSR. Когда индуктивная нагрузка переменного тока, нагрузка однофазного двигателя или нагрузка трехфазного двигателя переключаются или находятся под напряжением, напряжение на выходе переключателя SSR может быть в два раза больше пикового напряжения источника питания, и это напряжение не может быть больше, чем переходное напряжение SSR, чтобы предотвратить чрезмерное ударное напряжение от повреждение электронного выключателя. Поэтому при выборе SSR лучше всего оставить запас для выходного напряжения и выбрать реле SSR с RC-схемой для защиты твердотельного реле и оптимизации dv / dt.

RC-схема:

RC-схема, также известная как RC-фильтр, RC-демпфер или RC-сеть, представляет собой схему, состоящую из резистора и конденсатора. Рекомендуется выбирать твердотельные реле со схемой поглощения варистора и схемой RC-демпфера. RC-схема блокирует прохождение определенных частот и позволяет пропускать сигналы других частот, чтобы отфильтровать мешающие сигналы. Кроме того, RC-схема также может использоваться для уменьшения скорости нарастания выходного напряжения (dv / dt), для поглощения перенапряжения, подавления чрезмерного переходного напряжения / тока и предотвращения выхода из строя твердотельного реле из-за перенапряжения.

Ток нагрузки:

Значение выходного тока твердотельного реле представляет собой установившийся ток, протекающий через выходные клеммы SSR, который обычно равен току нагрузки, подключенной к выходной клемме SSR. Поскольку переключающие элементы SSR-переключателей очень чувствительны к температуре, а перегрузка по току может выделять большое количество тепла, поэтому перегрузочная способность SSR слаба. Следовательно, выходной ток реле SSR не должен превышать его номинальный выходной ток, а ток перенапряжения не должен превышать перегрузочную способность, особенно для индуктивных / емкостных нагрузок, которые склонны генерировать токи перенапряжения, а также пусковой ток, генерируемый самим источником питания.

        Выходной ток требует запаса, чтобы избежать чрезмерных пусковых токов, которые сокращают срок службы твердотельного реле. Для обычных резистивных нагрузок номинальное эффективное значение рабочего тока может быть выбрано на основе 60% от номинального значения. Кроме того, можно было бы рассмотреть возможность использования быстродействующего предохранителя и воздушного выключателя для защиты выходного контура или добавления контура RC-приемника и варистора (MOV) к выходу реле. Спецификация выбора варистора заключается в выборе 500V ~ 600V MOV для SSR 220VAC и 800V ~ 900V MOV для SSR 380VAC.

Пусковой ток:

Почти все управляемые нагрузки будут генерировать большие пусковые токи в момент включения. Например:

1) Электронагревательные устройства, такие как лампы накаливания, электрические печи и т.д. Они представляют собой чисто резистивные нагрузки с положительным коэффициентом стабильности, но сопротивление невелико при низкой температуре, поэтому ток при запуске будет в несколько раз превышать установившийся ток.

2) Некоторые типы ламп имеют низкое сопротивление при сгорании.

3) Когда двигатель включен, ротор заблокирован и выключен, он будет генерировать большой пусковой ток и напряжение. Заблокированный ротор - это ситуация, в которой двигатель все еще выдает крутящий момент при частоте вращения 0 об / мин, в то же время коэффициент мощности двигателя будет чрезвычайно низким, а ток может составлять до 7 раз от номинального тока.

4) Когда промежуточное реле или электромагнитный клапан закрыты ненадежно и подпрыгивают, они также будут генерировать большой пусковой ток.

5) При переключении конденсаторной батареи или источника питания конденсатора возникает аналогичное состояние короткого замыкания и генерируется очень большой ток.

6) Когда двигатель с коммутацией конденсатора работает реверсивно, напряжение конденсатора и напряжение питания накладываются на выходной вывод SSR, и SSR выдерживает скачок напряжения, в два раза превышающий напряжение питания.

Чрезмерный пусковой ток может повредить полупроводниковые переключатели внутри SSR. Поэтому при выборе реле сначала следует проанализировать характеристики перенапряжения контролируемой нагрузки, чтобы реле могло выдерживать пусковой ток, обеспечивая при этом стационарную работу. Номинальный ток твердотельного реле следует выбирать в соответствии с коэффициентом снижения в фактических требованиях. И если выбранное реле должно работать в месте с частой эксплуатацией, длительным сроком службы и высокой надежностью, номинальный ток следует разделить на 0,6 на основе известного коэффициента снижения, чтобы обеспечить надежность работы. Кроме того, резистор или катушка индуктивности могут быть подключены последовательно к выходному контуру для дальнейшего ограничения тока. Внимание: Пожалуйста, не используйте значение тока перенапряжения SSR в качестве основы для выбора пускового тока нагрузки. Поскольку значение тока перенапряжения реле SSR основано на токе перенапряжения электронного переключателя с предварительным условием половины (или одного) цикла подачи питания, то есть 10 мс или 20 мс.

Тип нагрузки:

Нагрузки можно разделить на три типа в зависимости от электрического сопротивления: Тип Резистивной нагрузки (или Чисто Резистивная нагрузка), Тип индуктивной нагрузки и Тип емкостной нагрузки. В обычных электроприборах нет чистой индуктивной нагрузки и чистой емкостной нагрузки, потому что эти два типа нагрузок не обеспечивают активную мощность. В последовательно-параллельной цепи, если емкостное реактивное сопротивление больше, чем индуктивное реактивное сопротивление, цепь является емкостной нагрузкой; и наоборот.

Резистивная Нагрузка:

В двух словах, нагрузка, которая работает только с помощью компонентов резисторного типа, называется резистивной нагрузкой. Однако некоторые нагрузки имеют низкое сопротивление при низких температурах, что приводит к увеличению пускового тока. Например, при только что включенной электропечи ток в 1,3-1,4 раза превышает постоянный ток; при включении лампы накаливания ток в 10 раз превышает постоянный ток. Q1: Каковы характеристики резистивной нагрузки (при работе)? A1: В цепи постоянного тока соотношение между током и напряжением соответствует фундаментальному закону Ома, I = U / R; в цепи переменного тока фаза тока совпадает с фазой напряжения (по сравнению с источником питания). Q2: Что такое резистивные нагрузки? A2: Нагревательное устройство, которое нагревается электрическим сопротивлением (например, печь сопротивления, духовка, электрический водонагреватель, горячее масло и т.д.), И лампы, которые используют провод сопротивления для излучения света (например, йодно-вольфрамовая лампа, лампа накаливания и т.д.).

Индуктивная Нагрузка:

В двух словах, нагрузка, которая работает только с помощью компонентов резисторного типа, называется резистивной нагрузкой. Однако некоторые нагрузки имеют низкое сопротивление при низких температурах, что приводит к увеличению пускового тока. Например, при только что включенной электропечи ток в 1,3-1,4 раза превышает постоянный ток; при включении лампы накаливания ток в 10 раз превышает постоянный ток.
Q1: Каковы характеристики резистивной нагрузки (при работе)?
A1: В цепи постоянного тока соотношение между током и напряжением соответствует фундаментальному закону Ома, I = U / R; в цепи переменного тока фаза тока совпадает с фазой напряжения (по сравнению с источником питания).
Q2: Что такое резистивные нагрузки?
A2: Нагревательное устройство, которое нагревается электрическим сопротивлением (например, печь сопротивления, духовка, электрический водонагреватель, горячее масло и т.д.), И лампы, которые используют провод сопротивления для излучения света (например, йодно-вольфрамовая лампа, лампа накаливания и т.д.).
Индуктивная Нагрузка: Вообще говоря, индуктивная нагрузка - это нагрузка, в которой применяется принцип электромагнитной индукции (с параметрами индуктивности), такая как электрические изделия высокой мощности (например, холодильники, кондиционеры и т.д.). Индуктивная нагрузка увеличит коэффициент мощности цепи, и ток через индуктивную нагрузку не может резко измениться. При запуске индуктивной нагрузке требуется гораздо больший пусковой ток (примерно в 3-7 раз), чем ток, необходимый для поддержания нормальной работы. Например, пусковой ток асинхронного двигателя в 5-7 раз превышает номинальное значение, а пусковой ток двигателя постоянного тока немного больше, чем пусковой ток двигателя переменного тока; некоторые металлогалогенные лампы имеют время включения до 10 минут, а их импульсные токи до 100-кратный постоянный ток. Кроме того, при включении или выключении питания индуктивная нагрузка будет создавать встречную электродвижущую силу (обычно в 1-2 раза превышающую напряжение питания), а встречная электродвижущая сила (сокращенно встречная ЭДС или просто CEMF) будет накладываться на напряжение источника питания, и результирующее напряжение составляет до трех умноженное на напряжение питания. Таким образом, когда тип нагрузки является индуктивной нагрузкой, к выходной клемме твердотельного реле должен быть подключен варистор с выдерживаемым напряжением, в 1,6-1,9 раза превышающим напряжение нагрузки. ЭДС счетчика представляет собой неопределенное значение, которое изменяется в зависимости от L и di/dt, и если текущая скорость изменения (di / dt) слишком высока, SSR будет поврежден. В практических приложениях CEMF может быть уменьшен последовательной индуктивностью L, а величина индуктивности L зависит от размера и стоимости.
Q3: Каковы характеристики индуктивной нагрузки (при работе)?
A3: Индуктивные нагрузки отстают (ток отстает от напряжения). В цепи постоянного тока индуктивная нагрузка позволяет протекать току и накапливать энергию в катушке индуктивности, а ток отстает от напряжения. В цепи переменного тока фаза тока отстает от фазы напряжения (по сравнению с источником питания), и фаза может отставать максимум на четверть цикла (или на 90 градусов).
Q4: Что такое индуктивные нагрузки?
A4: Лампы, излучающие свет на газе под напряжением (например, лампы дневного света, натриевые лампы высокого давления или лампы HPS, ртутные лампы, металлогалогенные лампы и т.д.), а также электрооборудование высокой мощности (например, оборудование на базе двигателей, компрессоры, реле и т.д.).

Емкостная Нагрузка:

Как правило, нагрузка с параметром емкости называется емкостной нагрузкой, и емкостная нагрузка снижает коэффициент мощности схемы. Во время зарядки или разрядки емкостная нагрузка эквивалентна короткому замыканию, поскольку напряжение на конденсаторе не может быть резко изменено.
Q5: Каковы характеристики индуктивной нагрузки (при работе)?
A5: Емкостные нагрузки являются ведущими (ток приводит к напряжению). В цепях постоянного тока емкостные нагрузки препятствуют протеканию тока, но могут накапливать энергию. В цепях переменного тока фаза тока опережает фазу напряжения (по сравнению с источником питания), и фаза может опережать максимум на четверть цикла (или 90 градусов).
Q6: Что такое индуктивные нагрузки?
A6: Устройство с конденсатором, например компенсационный конденсатор. И устройства управления питанием, такие как импульсные источники питания, ИТ-оборудование и т.д.

Как выбрать твердотельное реле в зависимости от типа нагрузки

1) Для индуктивных и емкостных нагрузок рекомендуется использовать твердотельное реле с более высоким dv / dt, если к выходной клемме реле при включении / выключении твердотельного реле переменного тока прикладывается большой dv / dt (экспоненциальная скорость нарастания напряжения).

2) Для резистивных нагрузок переменного тока и большинства индуктивных нагрузок переменного тока доступны реле пересечения нуля, чтобы продлить срок службы нагрузки и реле и уменьшить их собственные радиочастотные помехи.

3) В качестве регулятора фазового выхода следует использовать твердотельное реле случайного типа.

* Коэффициент мощности:

В электротехнике коэффициент мощности энергосистемы переменного тока определяется как отношение реальной мощности, поступающей на нагрузку, к кажущейся мощности в цепи и представляет собой безразмерное число в замкнутом интервале от -1 до 1. Если это не указано, мощность нагрузки общего продукта - это кажущаяся мощность (включает как активную мощность, так и реактивную мощность). Но общая спецификация индуктивной нагрузки часто дает величину активной мощности. Например, хотя люминесцентная лампа имеет маркировку от 15 до 40 Вт (ее активная мощность), ее балласт потребляет приблизительно 8 Вт мощности, поэтому 8 Вт следует добавить к 15 ~ 40 Вт для расчета общей мощности. Индуктивная часть продукта (т.е. величина реактивной мощности) может быть рассчитана исходя из заданного коэффициента мощности.

Входной Управляющий Сигнал:

1) Входное управляющее напряжение: входное управляющее напряжение имеет широкий диапазон 3 ~ 32В.

2) Входной управляющий ток: входной ток SSR постоянного тока и однофазных SSR переменного тока обычно составляет около 10 мА, а входной ток трехфазных SSR переменного тока обычно составляет около 30 мА, который также может быть настроен на значение менее 15 мА.

3) Частота управления: рабочая частота управления твердотельными реле переменного тока обычно не превышает 10 Гц, а период управляющего сигнала твердотельного реле постоянного тока должен быть более чем в пять раз больше суммы "времени включения" и "времени выключения" реле.

Способ Монтажа:

Во многих случаях мощность нагрузки будет ограничиваться независимо от того, установлен ли SSR на печатной плате, панели или DIN-рейке.

температура окружающей среды:

Когда реле находится во включенном состоянии, оно выдерживает рассеиваемую мощность P = V (падение напряжения во включенном состоянии) × I (ток нагрузки), а на нагрузочную способность SSR сильно влияет температура окружающей среды и его собственная температура. Если температура окружающей среды слишком высока, грузоподъемность SSR неизбежно соответственно снизится, более того, переключатель SSR может выйти из-под контроля или даже быть необратимо поврежден. Поэтому необходимо установить определенный запас в соответствии с фактическими условиями работы и выбрать соответствующий размер теплоотвода, чтобы обеспечить условия рассеивания тепла. При токах нагрузки более 5А следует установить теплоотвод. При токах выше 100А радиатор и вентилятор должны быть оборудованы для сильного охлаждения. Если реле SSR работает при высоких температурах (40 ° C ~ 80 ° C) в течение длительного времени, ток нагрузки может быть уменьшен в соответствии с максимальным выходным током и кривой температуры окружающей среды, предоставленной производителем для обеспечения нормальной работы, а ток нагрузки обычно регулируется в пределах 1/2 от номинального ценность.

* Понижающий Коэффициент:

В таблице ниже показан рекомендуемый коэффициент снижения номинального выходного тока твердотельных реле, применяемых к различным нагрузкам при комнатной температуре (учитывалась возможность перегрузки и скачкообразный ток нагрузки).

Есть два способа использовать понижающий коэффициент:

1) Номинальное значение тока твердотельного реле может быть выбрано в соответствии с коэффициентом снижения для различных сред и различных типов нагрузки. Номинальный ток реле SSR равен значению постоянного тока нагрузки, деленному на коэффициент снижения.

2) Если выбрано твердотельное реле и тип нагрузки или окружающая среда меняются, ток нагрузки следует регулировать на основе кривой нагрузки и коэффициента снижения в определенных условиях. Отрегулированный ток, умноженный на понижающий коэффициент, должен быть ниже номинального значения твердотельного реле.

Кроме того, когда SSR выполняются в приложениях, требующих более частой работы, более длительного срока службы и более стабильной надежности, коэффициент снижения необходимо дополнительно умножить на 0,6 на основе данных в таблице. Однако ток нагрузки не должен быть ниже минимального выходного тока твердотельного реле, в противном случае реле не будет включено или выходное состояние будет ненормальным.

1) Фактические условия применения изделия должны полностью соответствовать требованиям к параметрам и характеристическим кривым твердотельных реле.

2) SSR не следует использовать в приложениях с большим количеством низких или высоких гармонических составляющих (например, несколько наборов нагрузок на выходе инвертора необходимо переключать отдельно). Если твердотельное реле используется в инверторе в качестве электронного переключателя, из-за более высоких гармоник твердотельные реле могут быть не в состоянии надежно переключаться, и RC-цепь внутри SSR-реле взорвется из-за перегрева.

3) Реле SSR следует хранить вдали от источников сильных электромагнитных помех и источников радиочастотных помех, чтобы гарантировать стабильную и безопасную работу SSR, избегая потери контроля.

4) За исключением твердотельного реле с номинальным током 1 ~ 5А, которое может быть установлено непосредственно на печатной плате, другие твердотельные реле должны быть оснащены соответствующими теплоотводами. Термопаста должна быть нанесена между опорной плитой SSR и радиатором и плотно прикручена, чтобы они были близко друг к другу для оптимального отвода тепла. Или установите переключатель контроля температуры рядом с объединительной платой реле SSR, и точка контроля температуры обычно устанавливается между 75 ° C и 80 °C.

5) Когда входное напряжение входного управляющего сигнала слишком велико и превышает номинальный параметр SSR, входной резистор может быть подключен последовательно к входной цепи, чтобы уменьшить избыточное значение. Аналогично, когда входной ток слишком велик, шунтирующий резистор может быть подключен параллельно входному порту.

6) Управляющий сигнал и источник питания нагрузки должны быть стабильными, а колебания не должны превышать 10%, в противном случае следует принять меры по регулированию напряжения.

7) При использовании твердотельного реле для управления первичной цепью трансформатора следует учитывать влияние переходного напряжения вторичной цепи на первичную цепь. Кроме того, поскольку ток асимметричен в обоих направлениях, трансформатор может также генерировать импульсные токи, вызванные насыщением. В этом случае осциллограф можно использовать для измерения пускового тока и напряжения, которые могут быть вызваны, чтобы можно было выбрать соответствующие меры SSR и защиты.

8) Выход твердотельного реле не полностью изолирован, когда питание нагрузки подается на выходные клеммы, даже если твердотельное реле не работает, на выходных клеммах будет некоторый ток утечки, что следует учитывать при использовании и проектировании схемы. Во время технического обслуживания обслуживающий персонал должен отключить источники питания перед проверкой выходной цепи.

9) Когда твердотельное реле необходимо заменить из-за неисправности, рекомендуется использовать реле SSR с той же моделью или техническими параметрами, чтобы соответствовать исходной схеме приложения и обеспечить надежную работу системы.

1) Сначала перед испытанием следует выяснить взаимосвязь между выходным током и температурой корпуса (температурой окружающей среды), чтобы избежать необратимого повреждения SSR, вызванного перегрузкой, поскольку номинальный выходной ток будет падать при повышении температуры корпуса или при отсутствии радиатора.

2) При тестировании напряжения включения и выключения DC-SSR входное напряжение не может оставаться в состоянии между включением и выключением слишком долго, в противном случае потребляемая мощность выходного терминала резко возрастает и приводит к перегоранию выходных коммутационных компонентов.

3) Не следует произвольно увеличивать скорость срабатывания во время теста (обычно один период входного сигнала должен более чем в 5 раз превышать сумму времени включения / выключения), в противном случае реле SSR не будет работать из-за больших потерь при динамическом переключении или даже выходных компонентов переключения будет сожжен дотла.

4) Твердотельные реле не могут обеспечить полную изоляцию между выходными клеммами в выключенном состоянии, и на выходной клемме будет определенный ток утечки. Когда выдерживаемое напряжение диэлектрика и сопротивление изоляции проверяются при более высоком напряжении, это может привести к поражению электрическим током, поэтому сопротивление изоляции или выдерживаемое напряжение не должны проверяться на выходных клеммах.