摘 要：固態(tài)繼電器是20世紀(jì)70年代新興的電子元器件，由于它的無(wú)觸點(diǎn)特性，使其在電氣領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用。分析了交流固態(tài)繼電器的結(jié)構(gòu)與工作原理，闡述了固態(tài)繼電器的特點(diǎn)，并介紹了幾個(gè)交流固態(tài)繼電器在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)例。 關(guān)鍵詞：交流固態(tài)繼電器；工作原理； 自動(dòng)控制系統(tǒng)；正反轉(zhuǎn)

Application of AC——Solid State Relay in Automatic Control System

（No．104 Team of Coal Geological Bureau of Inner Mongolia，Chifeng 024000，China） Abstract：The solid state relay（SSR）iS the new developing electronic devices and components in the seventiesof the 20th century．It had been used widely day by day in electric field for its contactless characteristic．the stmcture and principle of the AC solid state relay （AC—SSR）are analyzed．The characteristic of SSR iS stat．ed。and several application examples of AC—SSR in automatic control system are introduced． Key words：AC solid state retay（AC—SSR）；principle；automatic control system；positive and negative going motion 0 概述 　　固態(tài)繼電器（SSR）是一種全部由固態(tài)電子元件組成的新型無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)器件，它利用電子元件（如開關(guān)三極管、雙向可控硅等半導(dǎo)體器件）的開關(guān)特性，可達(dá)到無(wú)觸點(diǎn)無(wú)火花地接通和斷開電路的目的，因此又被稱為“無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)”。它問(wèn)世于20世紀(jì)70年代。由于它的無(wú)觸點(diǎn)工作特性，使其在許多領(lǐng)域的電控及計(jì)算機(jī)控制方面得到日益廣范的應(yīng)用。 1 交流固態(tài)繼電器的結(jié)構(gòu)與工作原理 　　交流固態(tài)繼電器可分為過(guò)零輸出和非過(guò)零（隨機(jī)）輸出2種類型，下面以過(guò)零輸出型為例介紹交流固態(tài)繼電器的結(jié)構(gòu)與工作原理。 　　過(guò)零輸出型交流固態(tài)繼電器的內(nèi)部電路原理圖如圖1所示。 　　固態(tài)繼電器由三部分組成：輸入電路、隔離（耦合）電路和輸出電路。在輸入電路控制端加入信號(hào)后，IC1光電耦合器內(nèi)光敏三極管呈導(dǎo)通狀態(tài)，R1串接電阻對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行限流，以保證光耦合器不致?lián)p壞。LED發(fā)光二極管指示輸入端控制信號(hào)，VD1可防止當(dāng)輸入信號(hào)正負(fù)極性接反時(shí)以保護(hù)光耦I(lǐng)C1。 　　V1在線路中起到交流電壓檢測(cè)作用，使固態(tài)繼電器在電壓過(guò)零時(shí)開啟、負(fù)載電流過(guò)零時(shí)關(guān)斷。當(dāng)IC1光敏三極管截止時(shí)（控制端無(wú)信號(hào)輸入時(shí)），V1通過(guò)R2獲得基極電流使之飽和導(dǎo)通，從而使SCR可控硅門極觸發(fā)電壓被箝在低電位而處于關(guān)斷狀態(tài)，最終導(dǎo)致BTA雙向可控硅在門極控制端R6上無(wú)觸發(fā)脈沖而處于關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)IC1光敏三極管導(dǎo)通時(shí)（控制端有信號(hào)輸入時(shí)），SCR可控硅的工作狀態(tài)由交流電壓零點(diǎn)檢測(cè)三極管V1來(lái)確定其工作狀態(tài)。如電源電壓經(jīng)R2與R3分壓，A處電壓大于過(guò)零電壓（ ）時(shí)，V1處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，SCR、BTA可控硅都處于關(guān)斷狀態(tài)。如電源電壓經(jīng)R2與R3分壓，A處電壓小于過(guò)零電壓（）時(shí)，V1處于截止?fàn)顟B(tài)，SCA可控硅通過(guò)R4獲得觸發(fā)信號(hào)而導(dǎo)通，從而使BTA在R6上也獲得觸發(fā)信號(hào)而呈導(dǎo)通狀態(tài)，對(duì)負(fù)載電源進(jìn)行關(guān)斷控制。如此時(shí)控制端信號(hào)關(guān)斷后，負(fù)載電流也隨之減小至BTA雙向可控硅的維持電流時(shí)可自行關(guān)斷，切斷負(fù)載電源。 　　交流過(guò)零型固態(tài)繼電器，因有其電壓過(guò)零時(shí)開啟、負(fù)載電流過(guò)零時(shí)關(guān)斷的特性，它的最大接通、關(guān)斷時(shí)間是半個(gè)電源周期，在負(fù)載上可得到一個(gè)完整的正弦波形，也相應(yīng)地減少了對(duì)負(fù)載的沖擊。而在相應(yīng)的控制回路中產(chǎn)生的射頻干擾也大大減少。過(guò)零型與隨機(jī)型的工作波形如圖2所示。 2 固態(tài)繼電器的特點(diǎn) 　?。?）輸入控制電壓低（3～14 V），驅(qū)動(dòng)電流?。?～15 mA），輸入控制電壓與TTL、DTL、HTL電平兼容，直流或脈沖電壓均能作輸入控制電壓； 　　（2）輸出與輸入之間采用光電隔離，可實(shí)現(xiàn)在以弱控強(qiáng)的同時(shí)，做到強(qiáng)電與弱電完全隔離，兩部分之間的安全絕緣電壓大于2 kV，符合國(guó)際電氣標(biāo)準(zhǔn)； 　?。?）輸出無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)噪音、無(wú)火花、開關(guān)速度快； 　?。?）輸出部分內(nèi)部一般含有RC過(guò)壓吸收電路，以防止瞬間過(guò)壓而損壞固態(tài)繼電器； 　　（5）有多種規(guī)格可選擇：輸入有電阻限流直流、恒流直流和交流等類型。輸出有直流輸出方式和交流輸出方式。輸出額定電壓有（220～380 V）交流電壓及（30～180 V）直流電壓。交流輸出中有過(guò)零觸發(fā)型和非過(guò)零觸發(fā)型（隨機(jī)型）； 　?。?）過(guò)零觸發(fā)型固態(tài)繼電器對(duì)外界的干擾非常小； 　?。?）采用環(huán)氧樹脂全灌封裝，具有防塵、耐濕、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。 3 交流固態(tài)繼電器在自控系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)例 （1）多組輸出電路 　　多組輸出電路如圖3所示。當(dāng)輸人為“0”時(shí)。三極管BG截止，SSRl、SSR2、SSR3的輸入端無(wú)輸入電壓，各自的輸出端斷開；當(dāng)輸人為“1”時(shí)，三極管BG導(dǎo)通，SSRl、SSR2、SSR3的輸人端有輸入電壓，各自的輸出端接通，因而達(dá)到了由一個(gè)輸入端口控制多個(gè)輸出端“通”、“斷”的目的。 （2）單刀雙擲控制電路 　　單刀雙擲控制電路如圖4所示。當(dāng)輸人為“0”時(shí)，三極管BG截止，SSRl輸入端無(wú)輸入電壓，輸出端斷開，此時(shí)A點(diǎn)電壓加到SSR2的輸入端上（）應(yīng)使SSR,輸出端可靠接通），SSR2的輸出端接通。當(dāng)輸人為“1”時(shí)，三極管BG導(dǎo)通，SSR。輸入端有輸入電壓，輸出端接通，此時(shí)A點(diǎn)雖有電壓，但的電壓值已不能使SSR2的輸出端接通而處于斷開狀態(tài)，因而達(dá)到了“單刀雙擲控制電路”的功能。 　　值得注意的是，選擇穩(wěn)壓二極管DW 的穩(wěn)壓值時(shí)，應(yīng)保證在導(dǎo)通的SSR1“+”端的電壓不會(huì)使SSR2導(dǎo)通，同時(shí)又要兼顧到SSR1截止時(shí)“+”端的電壓能使SSR2導(dǎo)通。 （3）溫度控制電路 　　由單片機(jī)和交流固態(tài)繼電器控制的溫度控制電路如圖5所示。 　　該電路采用周波控制法，調(diào)節(jié)負(fù)載功率而達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。調(diào)功原理為： 設(shè)電網(wǎng)連接N個(gè)完整的正弦波（周期）為一個(gè)控制周期T，則 　　式中f——電網(wǎng)頻率，Hz。 　　設(shè)在設(shè)定的周期T內(nèi)控制加到SSR輸入端的n（n≤N個(gè)完整的正弦波周期數(shù)，則負(fù)載功率 式中 U—— 電網(wǎng)電壓有效值； Rs—負(fù)載有效電阻。 　　可見，只要控制在設(shè)定周期T內(nèi)的周波數(shù)n，就可調(diào)節(jié)負(fù)載的功率。或者反過(guò)來(lái)說(shuō)，可根據(jù)不同的功率要求，導(dǎo)算出n，將n轉(zhuǎn)換成時(shí)間，作為 的定時(shí)設(shè)定，每當(dāng)T0溢出，在中斷服務(wù)程序中由P1．0來(lái)控制SSR的導(dǎo)通和截止，就可在設(shè)定的周期 內(nèi)控制加載到電熱器上的定額周期的正弦波，達(dá)到調(diào)控溫度的目的。 （4）單相交流電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路 　　單相交流電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制電路如圖6所示。電路中開關(guān)S分別置于“I”、“Ⅱ”位置時(shí)，電機(jī)分別為正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。圖中M為單相交流電動(dòng)機(jī)，RC串聯(lián)組成外加吸收電路，RV為氧化鋅壓敏電阻，起過(guò)電壓保護(hù)作用。該電路工作效果的好壞，關(guān)鍵在于AC—SSR額定電壓的選取。由電路中運(yùn)行電容C回路的工作特點(diǎn)可知，當(dāng)AC—SSR1或AC—SSR2中任何一個(gè)關(guān)斷時(shí)，關(guān)斷SSR輸出端的電壓約為交流電源電壓的2倍。因此在選用SSR額定電壓時(shí)，應(yīng)大于電源電壓的2倍，換向時(shí)間也必須有30ms以上的延時(shí)。 （5）計(jì)算機(jī)控制的三相交流電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路 　　計(jì)算機(jī)控制三相交流電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路如圖7所示。圖中采用了4個(gè)與非門，用2個(gè)信號(hào)通道分別控制電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、停止和正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)。當(dāng)改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向時(shí)，給出指令信號(hào)的順序應(yīng)是“停止一反轉(zhuǎn)一起動(dòng)”或“停止一正轉(zhuǎn)一起動(dòng)”。延時(shí)電路的最小延時(shí)不小于1．5個(gè)交流電源周期。其中RD。、RD2、RD3為熔斷器。當(dāng)電機(jī)允許時(shí)，可以在R一R4位置接入限流電阻，以防止當(dāng)萬(wàn)一兩線間的任意2只繼電器均誤接通時(shí)，限制產(chǎn)生的半周線間短路電流不超過(guò)繼電器所能承受的浪涌電流，從而避免燒毀繼電器等事故，確保安全性；但副作用是正常工作時(shí)電阻上將產(chǎn)生壓降和功耗。該電路建議采用額定電壓為66O V或更高一點(diǎn)的SSR產(chǎn)品。 參考文獻(xiàn)： [1]錢金川，金林升．固態(tài)繼電器簡(jiǎn)介[J]．機(jī)床電器，2004（4）：58—59． [2]王昌華．固態(tài)繼電器及其應(yīng)用[J]．西北電力技術(shù)，加o4（5）：49—52． [3]王月姣，朱家駒．固態(tài)繼電器在單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．中南民族大學(xué)學(xué)報(bào)，2o05（3）：51—53，60． [4]胡鵬程．交流固態(tài)繼電器及其在電機(jī)可逆運(yùn)轉(zhuǎn)中的應(yīng)用[J]．電工技術(shù)，200o（5）：33—35．