固體繼電器技術(shù)特點、應(yīng)用與發(fā)展
礦石粉碎機概述
固體繼電器(SSR)是繼電器技術(shù)發(fā)展的一大趨勢,也是近幾年市場需求增長最快的繼電器,在全球繼電器中的比例約為8%。據(jù)預(yù)測,2001-2004年世界固體繼電器年均增長率約為8.4%。受測試設(shè)備、工業(yè)控制系統(tǒng)及PC應(yīng)用的刺激,2003年對工業(yè)用SSR的需求增長兩倍左右。通訊、微處理器控制生產(chǎn)設(shè)備及安全設(shè)備用的SSR需求增長20%以上。據(jù)Frost & Sullivan報告,有從機電繼電器轉(zhuǎn)向較貴的固體繼電器趨勢。
固體繼鵝卵石制砂機電器的主要優(yōu)點是:
(kzs礦用振動篩1) 無運動零部件,無機械磨損,無動作噪聲,無機械故障,可靠性高;
(2) 無燃弧觸點,無觸點間的火花、環(huán)錘破電弧,無觸點抖動和磨損,對外干擾??;
震動給料機(3) 開關(guān)速度迅速,動作時間可達10-3S以下;
(4) 靈敏度高,控制功率小,可達10-3以下,能很好地與T四輥破碎機TL、CMOS電路兼容;
(5) 抗沖擊振動性能優(yōu)良,容易實現(xiàn)“皮帶給煤機零”壓切換;
(6) 一般用絕緣材料灌封成全封閉整體,所以具有良好的防潮、防霉、防腐性能震動落砂機,防爆性能也極佳;
(7) 半導(dǎo)體器件作為開關(guān)工作,壽命長石頭制砂機;
(8) 易實現(xiàn)附氣力輸送系統(tǒng)加功能。
正因為SSR具有上述突出優(yōu)點,其應(yīng)用裝車輸送機在不斷擴大。
與電磁斷電器相石子破碎機比,SSR有以下弱點:
(1) 固體“觸點”導(dǎo)通時有一定的壓降,可達1-2NE系列板鏈?zhǔn)教嵘龣CV,消耗一定的功率,直接影響SSR所控制的最大負電流和所允許的最高環(huán)境溫度,過載能力差,易導(dǎo)致熱損壞;
(2) 固LS型螺旋輸送機體“觸點”斷開時存在一定的漏電流,使輸出回路不能真正斷電;
(3) 易受溫度和幅射影響,參數(shù)穩(wěn)定性能差。由于它對瞬態(tài)失誤極敏感,有時要求附加保護器件;
(4) 一般來說,體積比機電式繼電器大,價格貴,對功率負載,還要加裝散熱片,進一步增加了空間與成本;
(5) 實現(xiàn)多組和多組轉(zhuǎn)換較為困難;
(6) 直流SSR一般分正極和負極輸出端,使用中通用性差;
(7) 通、斷阻抗比遠小于有觸點開關(guān),抗干擾能力差。
這些弱點的存在,使SSR的應(yīng)用在一些方面受到限制。因而,SSR和機電繼電器將會較長期共存,互為補充、相互促進、結(jié)合發(fā)展,兩者將以各自的獨特的優(yōu)點,在其最適合的領(lǐng)域里得到廣泛的應(yīng)用。
SSR在美國和日本發(fā)展較快。在美國SSR占其繼電器市場份額達10%以上。而我國僅占繼電器市場1%左右,市場潛力較大。據(jù)預(yù)測,我國SSR市場將以每年20%的速度遞增,主要在電信、航空電子、數(shù)據(jù)處理、工業(yè)控制系統(tǒng)、辦公設(shè)備、汽車控制開關(guān)和測試設(shè)備、儀表等領(lǐng)域應(yīng)用。
固體繼電器使用中應(yīng)注意的問題
SSR性能參數(shù)測試時應(yīng)注意以下幾點:
1)測試直流SSR接通和關(guān)斷電壓時,輸入電壓不能長時間處于接通與關(guān)斷之間,否則輸出端功耗急劇上升,容易燒壞輸出開關(guān)元件。
2)測試中不要隨意加快動作速率(一般輸入信號的一個周期長應(yīng)為接通和關(guān)斷時間之和的10倍以上),否則因動態(tài)開關(guān)損耗大無法工作,甚至燒壞輸出開關(guān)元件。
3)測試時,首先要了解輸出電流與殼溫(環(huán)境溫度)之間的關(guān)系曲線(殼溫上升或不帶散熱器時額定輸出電流會下降),避免過載引起永久性失效。
4)SSR在關(guān)斷狀態(tài)下輸出兩端不能實現(xiàn)完全的隔離,存在一定的漏電流,在較高電壓下測試介質(zhì)耐壓和絕緣電阻在使用時,易發(fā)生觸電事故。輸出兩端絕不可測試絕緣電阻或耐壓。
SSR使用中應(yīng)注意的問題
1)在實際使用時,必須使產(chǎn)品的實際使用條件完全符合產(chǎn)品各項參數(shù)和特性曲線的要求。
2)SSR受溫度影響較大,使用時要考慮好散熱(一般負載電流>5A時應(yīng)裝散熱片),當(dāng)環(huán)境溫度高時,SSR的負載能力必然相應(yīng)下降,因此選用SSR時須留有一定的余量。
3)當(dāng)繼電器處于導(dǎo)通狀態(tài)時,將承受P=V(管壓降)×I(負載)的耗散功率。因此必須根據(jù)實際工作環(huán)境,合理選用散熱器的尺寸或降低負載電流使用。
4)SSR不允許過壓過流工作。由于白熾燈、電爐等負載的“冷阻”特性,將導(dǎo)致開通瞬間的浪涌電流(一般為額定負載電流的7倍或更大)。對此類負載,負載能力應(yīng)留有充分的余量。
5)在實際運行中負載短路極易造成繼電器損壞。應(yīng)采用快速熔斷器和空氣開關(guān)保護,避免因負載短路造成繼電器損壞。
6)輸入工作電壓的波動系數(shù)應(yīng)保證在5%以內(nèi)。
7)為了確保繼電器正常工作,環(huán)境溫度較低時應(yīng)適當(dāng)增大輸入電流,溫度較高時應(yīng)適當(dāng)減小輸入電流值。
8)若輸入電壓過高,接近或超過極限時,可外接限流電阻。
9)若用IC直接驅(qū)動繼電器輸入時,應(yīng)有足夠的負載能力和盡可能低的“0”電平輸入。
輸出端工作條件:
為確保SSR可靠工作,必須正確使用繼電器的最大極限參數(shù)和采取必要的保護方法。
1) 峰值電壓選擇:對于不同性質(zhì)的負載應(yīng)正確選擇繼電器的最大峰值電壓。
電感負載:應(yīng)選取線路電壓(有效值)的2-3倍。
純電阻負載:應(yīng)選取線路電壓(有效值)的1.5-2倍。
2) 輸出端RC浪涌吸收回路:繼電器的內(nèi)部裝有RC浪涌吸收網(wǎng)絡(luò)。可根據(jù)實際需要外接RC吸收網(wǎng)絡(luò)。
3) 電源端使用RC浪涌吸收回路:以消除電網(wǎng)在切換時產(chǎn)生的瞬變電壓對繼電器造成的損壞。
4) SSR開路時,開路電阻不是無窮大,產(chǎn)生一定的漏電流,設(shè)計線路時要注意到。
SSR常見失效及原因分析
1)、繼電器不斷開:
(1) 負載電流大于SSR的額定切換電流,這樣會使繼電器永久短路,此時應(yīng)使用額定電流較大的SSR。
(2) 在繼電器所處的環(huán)境溫度下,對于所承受的電流來說如散熱不良,會損壞輸出半導(dǎo)體器件,此時應(yīng)使用較大的或更有效的散熱片。
(3) 線電壓瞬變引起SSR輸出部分穿通,此時應(yīng)使用額定電壓較高的SSR或提供額外的瞬態(tài)保護電路。
(4) 使用的線電壓高于SSR的額定電壓。
2)、切斷輸入后SSR才斷開:
在SSR應(yīng)該斷開的時候,測量輸入電壓,如果測得的電壓低于必須釋放電壓,表明斷電器的釋放電壓太低,應(yīng)更換繼電器如果測得的電壓高于SSR的必須釋放電壓,則是SSR輸入端前面的線路有問題,必須改正。
3)、繼電器不導(dǎo)通
(1) 在繼電器應(yīng)該導(dǎo)通時,測量輸入電壓,如果該電壓低于必須動作電壓,表明SSR輸入端前面的線路有問題;如果輸入電壓高于必須動作電壓,查對電源極性并在必要時加以更正。
(2) 測量SSR的輸入電流,如無電流,則系SSR開路,該繼電器有故障;如果有電流,但低于繼電器的動作值,是SSR前面的線路有問題,必須改正。
(3) 檢查SSR的輸入部分,測量SSR輸出兩端的電壓,如果電壓低于1V,表明繼電器以外的線路或負載開路并應(yīng)進行修理;如果存在線電壓,則可能是負載短路,使電流過大引起繼電器失效。
繼電器工作不規(guī)則
1) 檢查所有接線是否正確、連接不牢或不正確產(chǎn)生的故障。
2) 檢查輸入和輸出的引線是否在一起。
3) 對于非常靈敏的SSR,噪聲也能耦合到輸入端而引起不規(guī)則導(dǎo)通。
交流電動機或螺線管負載造成顫動
由于交變的dv/dt問題,SSR可以有半周波動,此時,采用緩沖器是有幫助的。
固體繼電器技術(shù)發(fā)展趨勢
SSR一般由三個部分組成:輸入(控制電路)部分、隔離(或耦合)部分和輸出(或負載電路)部分。與機電繼電器相比,耦合部分是固態(tài)繼電器關(guān)鍵之一。按隔離形式SSR分為光隔離型與磁隔離型。
光隔離式和變壓器式隔離直流性能比較如表1所示。光隔離式線路簡單,可以做到全硅化,輸入電壓范圍大,靈敏度高,輸出線路可以構(gòu)成多種形式,但由于光耦中的發(fā)光二極管老化效應(yīng)和受溫度影響圈套,使其壽命和可靠性受到一定限制。光MOS繼電器被認為是第三代SSR,其主要優(yōu)點在于泄漏電流小,1/0隔離性好,輸出特性優(yōu)良;變壓器隔離因是永久性器件,無明顯老化,其可靠性、溫度范圍、反應(yīng)時間等都比光電隔離式優(yōu)越。但因其有振蕩電路,在激勵期間一直在幅射電磁能,對外形成電磁干擾。
我國SSR的主要生產(chǎn)廠家有青島大星電子有限公司(年產(chǎn)700萬只以上)、北京科通電子繼電器總廠、蘇州半導(dǎo)體廠、咸海新佳電子公司、北京希漫頓自動化研究所,陜西群力無線電器材廠(792廠)、江蘇高郵市東郊自動控制器件廠、北京特立電子有限公司、北京如春新技術(shù)開發(fā)研究所、上海超誠電子技術(shù)研究所、桂林航天電器公司、無錫市固態(tài)繼電器廠、無錫市康裕電器元件廠、蘇州無線電元件一廠、衢州電子繼電器研究所、杭州朗寧電子有限公司、樂清市利爾清繼電器有限公司、寧波陽明機電有限公司、齊齊哈爾電子半導(dǎo)體器件廠等。
從SSR設(shè)計技術(shù)來講,各生產(chǎn)廠家的差異主要在線路設(shè)計、芯牌制造工藝及控制??v觀全球,SSR技術(shù)發(fā)展方向:①減小導(dǎo)通電阻,擴大應(yīng)用范圍。②降低大功率SSR的成本。目前,電功率SSR的售價已下降50%左右。③微小型化。SE系列SSR的質(zhì)量僅4g。④高速化。⑤高壓/大電流牌式化。⑥耐高壓/大電流的三相繼電器電壓240V-480V電流通渠道50-150A,帶有AC/DC控制和零電壓開關(guān)。⑦開發(fā)特殊用途的SSR,如高可靠性SSR(耐振動、沖擊、抗輻照等)、高溫SSR(125℃、200℃)、射頻SSR、高壓SSR(10萬V)、高絕子元SSR(1015Ω)等。
SSR目前重點是開發(fā)低價位、高可靠、小型化家電用SSR、汽車用SSR、大功率SSR、智能化SSR及特種SSR。
我國已將SSR列為新型電子元器件“十五”發(fā)展重點。隨著電子技術(shù)、光電子技術(shù)的SSR性能不斷提高,導(dǎo)通電阻降至 以下,斷路漏電流1WA以下,天并時間降至10us以下,負載能力直流達1000A,可實現(xiàn)多組轉(zhuǎn)換。
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