摘 要：固態(tài)繼電器是20世紀(jì)70年代新興的電子元器件，由于它的無觸點特性，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，并介紹了幾個交流固態(tài)繼電器在自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用實例。 關(guān)鍵詞：交流固態(tài)繼電器；工作原理； 自動控制系統(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觸點開關(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，可達到無觸點無火花地接通和斷開電路的目的，因此又被稱為“無觸點開關(guān)”。它問世于20世紀(jì)70年代。由于它的無觸點工作特性，使其在許多領(lǐng)域的電控及計算機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)繼電器可分為過零輸出和非過零（隨機）輸出2種類型，下面以過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串接電阻對輸入信號進行限流，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，VD1可防止當(dāng)輸入信號正負(fù)極性接反時以保護光耦I(lǐng)C1。 　　V1在線路中起到交流電壓檢測作用，使固態(tài)繼電器在電壓過零時開啟、負(fù)載電流過零時關(guān)斷。當(dāng)IC1光敏三極管截止時（控制端無信號輸入時），V1通過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（控制端有信號輸入時），SCR可控硅的工作狀態(tài)由交流電壓零點檢測三極管V1來確定其工作狀態(tài)。如電源電壓經(jīng)R2與R3分壓，A處電壓大于過零電壓（ ）時，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處電壓小于過零電壓（）時，V1處于截止?fàn)顟B(tài)，SCA可控硅通過R4獲得觸發(fā)信號而導(dǎo)通，從而使BTA在R6上也獲得觸發(fā)信號而呈導(dǎo)通狀態(tài)，對負(fù)載電源進行關(guān)斷控制。如此時控制端信號關(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可自行關(guān)斷，切斷負(fù)載電源。 　　交流過零型固態(tài)繼電器，因有其電壓過零時開啟、負(fù)載電流過零時關(guān)斷的特性，它的最大接通、關(guān)斷時間是半個電源周期，在負(fù)載上可得到一個完整的正弦波形，也相應(yīng)地減少了對負(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。過零型與隨機型的工作波形如圖2所示。 2 固態(tài)繼電器的特點 　?。?）輸入控制電壓低（3～14 V），驅(qū)動電流?。?～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，可實現(xiàn)在以弱控強的同時，做到強電與弱電完全隔離，兩部分之間的安全絕緣電壓大于2 kV，符合國際電氣標(biāo)準(zhǔn)； 　?。?）輸出無觸點、無噪音、無火花、開關(guān)速度快； 　?。?）輸出部分內(nèi)部一般含有RC過壓吸收電路，以防止瞬間過壓而損壞固態(tài)繼電器； 　?。?）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。交流輸出中有過零觸發(fā)型和非過零觸發(fā)型（隨機型）； 　?。?）過零觸發(fā)型固態(tài)繼電器對外界的干擾非常??； 　　（7）采用環(huán)氧樹脂全灌封裝，具有防塵、耐濕、壽命長等優(yōu)點。 3 交流固態(tài)繼電器在自控系統(tǒng)中的應(yīng)用實例 （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。三極管BG截止，SSRl、SSR2、SSR3的輸入端無輸入電壓，各自的輸出端斷開；當(dāng)輸人為“1”時，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，因而達到了由一個輸入端口控制多個輸出端“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，三極管BG截止，SSRl輸入端無輸入電壓，輸出端斷開，此時A點電壓加到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，三極管BG導(dǎo)通，SSR。輸入端有輸入電壓，輸出端接通，此時A點雖有電壓，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，應(yīng)保證在導(dǎo)通的SSR1“+”端的電壓不會使SSR2導(dǎo)通，同時又要兼顧到SSR1截止時“+”端的電壓能使SSR2導(dǎo)通。 （3）溫度控制電路 　　由單片機和交流固態(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個完整的正弦波（周期）為一個控制周期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?；蛘叻催^來說，可根據(jù)不同的功率要求，導(dǎo)算出n，將n轉(zhuǎn)換成時間，作為 的定時設(shè)定，每當(dāng)T0溢出，在中斷服務(wù)程序中由P1．0來控制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，達到調(diào)控溫度的目的。 （4）單相交流電動機正反轉(zhuǎn)控制電路 　　單相交流電動機的正反轉(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，電機分別為正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。圖中M為單相交流電動機，RC串聯(lián)組成外加吸收電路，RV為氧化鋅壓敏電阻，起過電壓保護作用。該電路工作效果的好壞，關(guān)鍵在于AC—SSR額定電壓的選取。由電路中運行電容C回路的工作特點可知，當(dāng)AC—SSR1或AC—SSR2中任何一個關(guān)斷時，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，應(yīng)大于電源電壓的2倍，換向時間也必須有30ms以上的延時。 （5）計算機控制的三相交流電動機正反轉(zhuǎn)控制電路 　　計算機控制三相交流電動機正反轉(zhuǎn)控制電路如圖7所示。圖中采用了4個與非門，用2個信號通道分別控制電動機的起動、停止和正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)。當(dāng)改變電動機轉(zhuǎn)動方向時，給出指令信號的順序應(yīng)是“停止一反轉(zhuǎn)一起動”或“停止一正轉(zhuǎn)一起動”。延時電路的最小延時不小于1．5個交流電源周期。其中RD。、RD2、RD3為熔斷器。當(dāng)電機允許時，可以在R一R4位置接入限流電阻，以防止當(dāng)萬一兩線間的任意2只繼電器均誤接通時，限制產(chǎn)生的半周線間短路電流不超過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或更高一點的SSR產(chǎn)品。 參考文獻： [1]錢金川，金林升．固態(tài)繼電器簡介[J]．機床電器，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)繼電器在單片機測控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．中南民族大學(xué)學(xué)報，2o05（3）：51—53，60． [4]胡鵬程．交流固態(tài)繼電器及其在電機可逆運轉(zhuǎn)中的應(yīng)用[J]．電工技術(shù)，200o（5）：33—35．