工厂电气控制设备
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1.6 继电器

继电器是一种根据电量(电压、电流等)或非电量(热、时间、转速、压力等)的变化使触点动作,接通或断开控制电路,以实现自动控制、安全保护、转换电路等功能。

继电器的种类繁多、应用广泛。按用途可分为控制继电器和保护继电器;按工作原理可分为电磁式继电器、感应式继电器、热继电器、机械式继电器、电动式继电器和电子式继电器等;按反应的参数(动作信号)可分为电流继电器、电压继电器、时间继电器、速度继电器、压力继电器等;按动作时间可分为瞬时继电器(动作时间小于0.05s)和延时继电器(动作时间大于0.15s);按输出形式可分为有触点继电器和无触点继电器。

1.6.1 电磁式继电器

电磁式继电器是以电磁力为驱动力的继电器,是电气控制设备中用得最多的一种继电器。常用的电磁式继电器有电压继电器、电流继电器和中间继电器等。

1.电磁式继电器的结构与工作原理

电磁式继电器的结构和工作原理与接触器相似,即感测部分是电磁系统,执行部分是触点系统。

继电器与接触器都用来自动接通和断开电路,但也有不同之处。首先,继电器一般用于控制电路中,来控制小电流电路,触点额定电流一般不大于5A,所以不加灭弧装置;而接触器一般用于主电路中,控制大电流电路,主触点额定电流不小于5A,需要加灭弧装置。其次,接触器一般只能对电压的变化做出反应,而继电器可以在相应的各种电量或非电量作用下产生动作。

2.电磁式继电器的主要特性

继电器的主要特性是输入—输出特性,又称为继电特性,如图1.28所示。

图1.28 继电器的输入—输出特性

继电器输入量X由零增大至X1以前,继电器输出量Y为零。当输入量增大到X2时,继电器吸合,通过触点的输出量为Y0,若X再继续增大,Y值不变。当X减小到X1时,继电器释放,输出 Y0减小到零,X再减小,Y值恒为零。

图1.28中,X2称为继电器的吸合值,欲使继电器动作,输入量 X必须大于此值;X1称为继电器的释放值,欲使继电器释放,输入量X必须小于此值。K=X1/X2称为继电器的返回系数,它是继电器的重要参数之一。

3.电磁式电流继电器

电磁式电流继电器的线圈串联在被测量的电路中,以反映电路电流的变化。为了不影响电路的正常工作,电流继电器线圈匝数少,导线粗,线圈阻抗小。

除一般用于控制的电流继电器外,还有保护用的过电流继电器和欠电流继电器。

1)过电流继电器

线圈电流高于整定值时动作的继电器称为过电流继电器。过电流继电器的动断(常闭)触点串联在接触器的线圈电路中,动合(常开)触点一般用于对过电流继电器进行自锁和接通指示灯的线路。过电流继电器在电路正常工作时衔铁不吸合,当电流超过某一整定值时衔铁才吸合动作。于是它的动断触点断开,从而切断接触器线圈电源,使设备脱离电源起到保护作用。同时过电流继电器的动合触点闭合进行自锁或接通指示灯,指示发生过电流。过电流继电器整定值的整定范围为1.1~3.5倍的额定电流。

2)欠电流继电器

线圈电流低于整定值时动作的继电器称为欠电流继电器。欠电流继电器一般将动合(常开)触点串联在接触器的线圈电路中。

欠电流继电器的吸合电流为线圈额定电流的30%~65%,释放电流为额定电流的10%~20%。因此,在电路正常工作时,衔铁是吸合的,只有当电流降低到某一整定值时,继电器释放,输出信号去控制接触器断电,从而控制设备脱离电源,起到保护作用。这种继电器常用于直流电动机和电磁吸盘的失磁保护。

4.电磁式电压继电器

电压继电器是根据线圈两端电压的大小而接通或断开电路的继电器。这种继电器线圈的导线细,匝数多,阻抗大,并联在电路中。电压继电器有过电压、欠电压和零电压继电器之分。

一般来说,过电压继电器在电压为额定电压的110%~120%以上时动作,对电路进行过电压保护,其工作原理与过电流继电器相似;欠电压继电器在电压为额定电压的40%~70%时动作,对电路进行欠电压保护,其工作原理与欠电流继电器相似;零电压继电器在电压减小至额定电压的5%~25%时动作,对电路进行零电压保护。

5.电磁式中间继电器

中间继电器在结构上是一个电压继电器,但它的触点数量多、触点容量大(额定电流为5~10A),是用来转换控制信号的中间元件。其输入是线圈的通电或断电信号,输出信号为触点的动作。其主要用途是当其他继电器的触点数或触点容量不够时,可借助中间继电器来扩大它们的触点数或触点容量,起到中间转换的作用。

6.主要参数

(1)灵敏度。使继电器动作的最小功率称为继电器的灵敏度。

(2)额定电压和额定电流。对于电压继电器,它的线圈额定电压称为该继电器的额定电压;对于电流继电器,它的线圈额定电流称为该继电器的额定电流。

(3)吸合电压或吸合电流。使继电器衔铁开始运动时线圈的电压(对电压继电器)或电流(对电流继电器)称为吸合电压或吸合电流,用UXHIXH表示。

(4)释放电压或释放电流。继电器衔铁开始释放时线圈的电压(对电压继电器)或电流(对电流继电器)称为释放电压或释放电流,用USFISF表示。

(5)返回系数。释放电压(或电流)与吸合电压(或电流)的比值,称为返回系数,用K表示。电压继电器的返回系数为K=USF/UXH,电流继电器的返回系数为K=ISF/IXH。返回系数实际上是表示继电器的吸合值与释放值的接近程度。

(6)吸合时间和释放时间。吸合时间是从线圈接收电信号到衔铁完全吸合所需的时间,释放时间是线圈断电到衔铁完全释放所需的时间。它们的大小影响继电器的操作频率。一般继电器的吸合时间和释放时间为0.05~0.15s,快速继电器可达0.005~0.05s。

(7)整定值。根据控制电路的要求,预先使继电器达到某一个吸合值或释放值,这个吸合值(电压或电流)或释放值(电压或电流)就称为整定值。

7.电磁式继电器的整定方法

继电器在使用前,应预先将它们的吸合值、释放值或返回系数整定到控制电路所需要的值。电磁式继电器的整定方法如下所述。

(1)调节调整螺钉上的螺母可以改变反力弹簧的松紧度,从而调节吸合电流(或电压)。反力弹簧调得越紧,吸合电流(或电压)就越大,反之就越小。

(2)调节调整螺钉可以改变初始气隙的大小,从而调节吸合电流(或电压)。气隙越大,吸合电流(或电压)越大,反之就越小。

(3)改变非磁性垫片的厚度可以调节释放电流(或电压)。非磁性垫片越厚,释放电流(或电压)越大,反之则越小。

除了吸合值和释放值要整定外,有些继电器要求增大返回系数,以提高控制的灵敏度。

8.电磁式继电器的常用型号

电磁式继电器的常用型号有:JL18、JT18、JZ15、3TH80、3TH82及JZC2等系列。其中JL18系列为电流继电器,JT18系列为直流通用继电器,JZ15系列为中间继电器,3TH82与JZC2系列类似,为接触器式继电器。

电流继电器、通用继电器、中间继电器型号的含义如下:

表1.9表1.11分别列出了JL18、JT18、JZ15系列继电器的技术数据。

表1.9 JL18系列过电流继电器的技术数据

表1.10 JT18系列直流通用继电器的技术数据

表1.11 JZ15系列中间继电器的技术数据

9.电磁式继电器的电气符号

电流继电器的电气符号如图1.29所示。电流继电器的文字符号为KI,线圈方格中用I>(或I<)表示过电流(或欠电流)继电器。电压继电器的电气符号如图1.30所示。电压继电器的文字符号为KV,线圈方格中用U<(或U>)表示欠电压(或过电压)继电器。中间继电器的电气符号如图1.31所示,中间继电器的文字符号为KA。

图1.29 电流继电器的电气符号

图1.30 电压继电器的电气符号

图1.31 中间继电器的电气符号

继电器是组成各种控制系统的基础元件,选用时应综合考虑继电器的适用性、功能特点、使用环境、额定工作电压及电流等因素,做到合理选择。

1.6.2 时间继电器

时间继电器是一种根据电磁原理或机械动作原理来实现触点系统延时接通或断开的自动切换电器。按其动作原理与结构不同,可分为电磁式、空气阻尼式、电动式和电子式等时间继电器。按延时方式分为通电延时型与断电延时型时间继电器。

1.直流电磁式时间继电器

直流电磁式时间继电器是利用电磁线圈断电后磁通延缓变化的原理而工作的。在直流电磁式电压继电器的铁芯上增加一个阻尼铜套,构成直流电磁式时间继电器。当线圈通电时,因磁路中的气隙大、磁阻大、磁通小,阻尼铜套的作用不明显,其固有动作时间约为0.2s,相当于瞬间动作。而当线圈断电时,磁通变化量大,阻尼铜套的阻尼作用显著,使衔铁延时释放,从而实现延时作用。

这种时间继电器延时时间的长短是通过改变铁芯与衔铁间非磁性垫片的厚度(粗调)或改变释放弹簧的松紧(细调)来调节的。垫片越厚,延时越短,反之越长;而弹簧越紧则延时越短,反之越长。因非导磁性垫片的厚度一般为0.1mm、0.2mm、0.3mm,具有阶梯性,故用于粗调。由于弹簧松紧可连续调节,故用于细调。

电磁式时间继电器的优点是结构简单,运行可靠,寿命长,缺点是延时时间短(最长不超过5s),延时精度不高,体积大且仅适用于直流电路中作为断电延时时间继电器,从而限制了它的应用。

常用的直流电磁式时间继电器有JT3和JT18系列。

2.空气阻尼式时间继电器

空气阻尼式时间继电器也称气囊式时间继电器,是利用空气阻尼原理获得延时的。它由电磁机构、延时机构和触点系统三部分组成。空气阻尼式时间继电器有通电延时型和断电延时型,其电磁机构可以是直流的,也可以是交流的。如图1.32所示是JS7-A系列时间继电器的结构示意图。

图1.32(a)为通电延时型时间继电器,当线圈1通电后,铁芯2将衔铁3吸合,同时推板5使微动开关16立即动作,活塞杆6在塔形弹簧8的作用下,带动活塞12及橡皮膜10向上移动,由于橡皮膜下方气室的空气稀薄,形成负压,因此活塞杆6不能迅速上移。当空气由进气孔14进入时,活塞杆6才逐渐上移,当移到最上端时,杠杆7才使微动开关15动作。延时时间为自电磁铁吸合线圈1通电时刻起到微动开关15动作为止的这段时间。通过调节螺杆13来改变进气孔的大小,从而实现调节延时时间。

当线圈1断电时,衔铁3在复位弹簧4的作用下将活塞12推向最下端。因活塞被往下推时,橡皮膜下方气室内的空气,都通过橡皮膜10、弱弹簧9和活塞12肩部所形成的单向阀,经上气室缝隙顺利排掉,因此延时与不延时的微动开关15与16都能迅速复位。

将电磁机构翻转180°安装后,可得到图1.32(b)所示的断电延时型时间继电器。它的工作原理与通电延时型相似,微动开关15是在吸合线圈1断电后延时动作的。

1—线圈;2—铁芯;3—衔铁;4—复位弹簧;5—推板;6—活塞杆;7—杠杆;8—塔形弹簧;9—弱弹簧;10—橡皮膜;11—空气室壁;12—活塞;13—调节螺杆;14—进气孔;15、16—微动开关

图1.32 JS7-A系列时间继电器的结构示意图

空气阻尼式时间继电器的结构简单,寿命长,价格低,还有不延时的触点,但准确度低,延时误差大,一般适用于延时精度要求不高的场合。

空气阻尼式时间继电器的型号有JS7系列和JS7-A系列,A表示为改型产品,体积小。JS7-A系列空气阻尼式时间继电器的主要技术参数如表1.12所示。

表1.12 JS7-A系列空气阻尼式时间继电器的主要技术参数

3.电子式时间继电器

电子式时间继电器按延时原理分为晶体管式时间继电器和数字式时间继电器,多用于电力传动、自动顺序控制及各种过程控制系统中,具有延时范围宽、精度高、体积小、工作可靠等优点。随着电子技术的飞速发展,其应用必将日益广泛。

1)晶体管式时间继电器

晶体管式时间继电器是以RC电路电容充电时,电容器上的电压逐步上升的原理为延时基础制成的。常用的晶体管式时间继电器有JS14A、JS15、JS20、JSJ、JSB、JS14P等系列。其中,JS20系列晶体管时间继电器是全国统一设计产品,延时范围有0.1~180s、0.1~300s、0.1~3600s三种,电寿命达10万次,适用于交流50Hz、电压380V及以下或直流110V及以下的控制电路中。

2)数字式时间继电器

数字式时间继电器较之晶体管式时间继电器来说,延时范围可成倍增加,调节精度可提高两个数量级以上,控制功率和体积更小,适用于各种需要精确延时的场合以及各种自动化控制电路中。这类时间继电器功能多,有通电延时、断电延时、定时吸合、循环延时四种延时形式和十几种延时范围供用户选择,这是晶体管式时间继电器不可比拟的。数字式时间继电器的原理框图如图1.33所示。

图1.33 数字式时间继电器的原理框图

目前,市场上的数字式时间继电器的型号很多,有DH48S、DH14S、DH11S、JSS1、JS14S系列等。另外,还有从日本富士公司引进生产的ST系列等。

4.时间继电器的电气符号

时间继电器的图形符号和文字符号如图1.34所示。

时间继电器在选用时应考虑延时方式(通电延时或断电延时)、延时范围、延时精度要求、外形尺寸、安装方式、价格等因素。在要求延时范围大、延时准确度较高的场合,应选用电动式或电子式时间继电器;在延时精度要求不高、电源电压波动较大的场合,可选用价格较低的电磁式或气囊式时间继电器。

图1.34 时间继电器的图形符号和文字符号

1.6.3 热继电器

热继电器是利用电流的热效应原理来切断电路的保护电器。电动机在运行过程中常会遇到过载情况,但只要过载不严重,绕组不超过允许温升,这种过载是允许的。如果过载情况严重,时间较长,则会引起电动机过热,损坏绕组的绝缘,缩短电动机的使用寿命,甚至烧毁电动机。

热继电器就是专门用来对连续运行的电动机实现过载及断相保护,以防止电动机因过热而烧毁的一种保护电器。

1.热继电器的结构及工作原理

热继电器主要由热元件、双金属片和触点等组成,其结构示意图如图1.35所示。热元件由发热电阻丝做成。双金属片作为热继电器的感受机构,它是由两种不同线膨胀系数的金属碾压制成的。当双金属片受热膨胀时,由于两种金属的线膨胀系数不同,会产生弯曲变形。在实际应用中,热元件串接在电动机定子绕组中,电动机定子绕组电流即为流过热元件的电流。

当电动机正常运行时,热元件产生的热量虽能使主双金属片2弯曲,但不足以使继电器动作;当电动机过载时,热元件产生的热量增大,使双金属片弯曲位移量增大,经过一段时间后,双金属片弯曲推动导板4,并通过补偿双金属片5与推杆1将触点9和6分开,触点9和6为热继电器串于接触器线圈回路的动断触点,断开后使接触器断电,切断电动机控制回路,从而实现对电动机的过载保护。

补偿双金属片5可以在规定的范围内补偿环境温度对热继电器的影响。通过调节旋钮11,可达到调节整定动作电流值的目的。此外,靠调节复位螺钉8来改变动合静触点7的位置,使热继电器能工作在手动复位和自动复位两种工作状态。调试手动复位时,在故障排除后需按下复位按钮10才能使动触点9恢复到与静触点6相接触的位置。

在三相异步电动机的电路中,一般采用两相结构的热继电器(即在两相主电路中串接热元件)。在特殊情况下,没有串接热元件的一相有可能过载(如三相电源严重不平衡、电动机绕组内部短路等故障),此时热继电器不动作,故需要采用三相结构的热继电器。

1—推杆;2—主双金属片;3—热元件;4—导板;5—补偿双金属片;6—动断静触点;7—动合静触点;8—复位调节螺钉;9—动触点;10—复位按钮;11—调节旋钮;12—支撑杆;13—弹簧

图1.35 热继电器的结构示意图

2.带断相保护的热继电器

电动机断相运行是电动机烧毁的主要原因之一。对于电动机绕组为星形接法的过载保护,采用三相结构的热继电器即可;对于三角形接法的电动机,当发生故障时,若线电流达到额定电流,则在电动机绕组内部,电流较大的那一相绕组的相电流将超过额定相电流,因热元件串接于电源进线中,故热继电器不动作,此时电动机长期运行绕组会因过热而烧毁,为此需要采用带断相保护的热继电器。

带断相保护的热继电器的结构示意图如图1.36所示,其中剖面3为双金属片,其虚线表示动作位置,图1.36(a)为断电时的位置。

当电流为额定值时,电动机正常运行,三个热元件均正常发热,其端部均向左弯曲推动上、下导板同时左移,但达不到动作位置,继电器不会动作,如图1.36(b)所示。

图1.36 带断相保护的热继电器的结构示意图

当电流过载达到整定值时,双金属片弯曲较大,把导板和杠杆推到动作位置,继电器动作,使动断触点立即打开,如图1.36(c)所示。

当一相(设L1相)断路时,L1相(右侧)的双金属片逐渐冷却降温,其端部向右移动,推动上导板向右移动;而另外两相双金属片温度上升,使端部向左移动,推动下导板继续向左移动,产生差动作用,使杠杆扭转,继电器动作,从而实现断相保护,如图1.36(d)所示。

3.常用的热继电器型号及含义

1)常用的热继电器型号

常用的热继电器有JRS1、JR20、JR16、JR15、JR14等系列,引进产品有T系列、3UP、LR1-D等系列。

JR20、JRS1系列具有断相保护、温度补偿、整定电流值可调、手动脱扣、手动复位、动作后的信号指示等功能。安装方式上除采用分立结构外,还增设了组合式结构,可通过导电杆与挂钩直接插接,可直接连接在CJ20型接触器上。

根据德国ABB公司技术标准生产的新型T系列热继电器的规格齐全,其整定电流可达500A,常用来与B系列交流接触器组合成电磁启动器。另外,作为T系列的派生产品T-DV系列,其整定电流可达850A,也是与新型接触器EB系列、EA系列配套的产品。T系列热继电器符合IEC、VDE等国标标准,可取代同类进口产品。

JR20系列热继电器型号的含义如下:

JR20系列产品共有8个额定电流等级,46个热元件规格,可适用于0.1~630A保护范围。其主要技术参数见表1.13。

表1.13 JR20系列热继电器的主要技术参数

2)热继电器的电气符号

热继电器的图形符号及文字符号如图1.37所示。

4.热继电器的选用与维护

热继电器主要用于电动机的过载保护,在使用过程中要考虑电动机的工作环境、启动情况、负载性质等因素,具体应按以下几个方面来选择。

图1.37 热继电器的图形符号及文字符号

(1)热继电器结构形式的选择。星形接法的电动机可选用两相或三相结构的热继电器;三角形接法的电动机应选择带断电保护的三相结构的热继电器。

(2)根据被保护电动机的实际启动时间,选取6倍额定电流下具有相应可返回时间的热继电器。一般热继电器的可返回时间大约为6倍额定电流下动作时间的50%~70%。

(3)热元件的额定电流一般可按下式确定:

式中,IN——热元件额定电流;IMN——电动机的额定电流。

对于工作环境恶劣、启动频繁的电动机,则按下式确定:

当热元件选好以后,还需用电动机的额定电流来调节整定值。

(4)对于重复短时工作的电动机(如起重机电动机),由于电动机不断重复升温,热继电器双金属片的温升跟不上电动机绕组的温升,电动机将得不到可靠的过载保护。因此,不宜选用双金属片热继电器,而应选用过电流继电器或能反映绕组实际温度的温度继电器来进行保护。

1.6.4 速度继电器

速度继电器常用于三相感应电动机按速度原则控制的反接制动线路中,也称反接制动继电器。它主要由转子、定子和触点三部分组成。转子是一个圆柱形永久磁铁,定子是一个笼形空心圆环,由硅钢片叠成,并装有笼形绕组。

1—转轴;2—转子;3—定子;4—绕组;5—摆锤;6、7—静触点;8、9—动触点

图1.38 速度继电器的结构示意图

速度继电器的结构示意图如图1.38所示。其转子轴与电动机轴相连接,定子空套在转子上。当电动机转动时,速度继电器的转子(永久磁铁)随之转动,在空间产生旋转磁场,切割定子绕组,在其中产生感应电流。此电流又在旋转磁场的作用下产生转矩,使定子随转子转动方向旋转一定的角度,与定子装在一起的摆锤推动触点动作,使动断触点断开,动合触点闭合。当电动机转速低于某一值时,定子产生的转矩减小,动触点复位。

常用的速度继电器有JY1型和JFZ0型。JY1型能在3000r/min以下可靠工作;JFZ0-1型适用于300~1000r/min,JFZ0-2型适用于 1000~ 3 600r/min;JFZ0型有两对动合、动断触点。一般情况下,速度继电器转轴在120r/min左右即能动作,在100r/min以下触点复位。

速度继电器的图形符号及文字符号如图1.39所示。

JY1型和JFZ0型速度继电器的主要技术参数如表1.14所示。

图1.39 速度继电器的图形符号及文字符号

表1.14 JY1型和JFZ0型速度继电器的主要技术参数

速度继电器的选择主要根据被控制电动机的额定转速、控制要求等进行合理选择。

1.6.5 干簧继电器

干式舌簧继电器简称干簧继电器,是一种新型的密封触点继电器,具有动作速度快、灵敏度高、性能可靠稳定和功率消耗低等优点,在自动控制装置和通信设备中得到广泛应用。

干簧继电器的主要部件是由铁镍合金制成的干簧片,它既能导磁又能导电,兼有普通电磁式继电器的触点和磁路系统的双重作用。干簧片装在密封的玻璃管内,管内充有纯净、干燥的惰性气体,以防止触点表面氧化。为了提高触点的可靠性和减小接触电阻,通常在干簧片的触点表面镀有导电性能良好、耐磨的贵重金属(如金、铂、铑及合金)。

在干簧管外面套一个励磁线圈就构成了一只完整的干簧继电器,如图1.40(a)所示。当线圈通过电流时,在线圈的轴向产生磁场,该磁场使密封管内的两干簧片被磁化,于是两干簧片触点产生极性相反的两种磁极,它们相互吸引而闭合。当切断线圈电流时,磁场消失,两干簧片也失去磁性,依靠其自身的弹性而恢复原位,使触点断开。

用一块永久磁铁靠近干簧片来励磁也可以构成一只完整的干簧继电器,如图1.40(b)所示。当永久磁铁靠近干簧片时,触点同样也被磁化而闭合,当永久磁铁离开干簧片时,触点则断开。

图1.40 干簧继电器

干簧片的触点有两种:一种是如图1.40(a)所示的动合式触点,另一种则是如图1.40(b)所示的切换式触点。切换式触点励磁时,干簧管中的三根簧片均被磁化,其中,簧片1、2的触点被磁化后产生相同的磁极,因而互相排斥,使动断触点断开;而簧片1、3的触点则因被磁化后产生的磁性相反而吸合。

常用的干簧继电器有JAG-2-1型、小型JAC-4型、大型JAC-5型等,其中又分为动合、动断与转换三种不同的类型。

1.6.6 固态继电器

固态继电器简称SSR,是一种无触点通断电子开关,因为可以实现电磁继电器的功能,故称“固态继电器”;它是随着微电子技术的发展而产生的以弱电控制强电的新型电子器件,同时为强电与弱电之间提供良好的隔离,从而确保电子线路和人身的安全。

1.固态继电器的分类

固态继电器为四端器件,两个为输入端,两个为输出端,中间采用隔离元件,实现输入、输出的电隔离。固态继电器种类较多,按负载电源类型的不同分为直流型固态继电器(DC-SSR)和交流型固态继电器(AC-SSR)。其中,直流型以功率晶体管作为开关元件,交流型则以双向晶闸管作为开关元件。按隔离方式不同可分为光电耦合隔离和磁隔离。按控制触发信号不同可分为过零型和随机导通型,有源触发型和无源触发型。

1)交流型固态继电器

交流型固态继电器可分为过零型和随机导通型两种,它们之间的主要区别在于负载端交流电流导通的条件不同。对于过零型AC-SSR,当在其输入端加上导通信号时,负载端并不一定立即导通,只有当电源电压过零时才导通,如图1.41(a)所示;而对于随机导通型AC-SSR,当在其输入端加上导通信号时,不管负载电源电压处于何种相位状态下,负载端立即导通,如图1.41(b)所示。对于随机导通型AC-SSR,由于是在交流电源的任意状态上导通,因而导通瞬间可能产生较大的干扰,而过零型AC-SSR则减小了晶闸管接通时的干扰,高次谐波干扰少,可用于计算机I/O接口等场合。

图1.41 交流型固态继电器的输入、输出波形

由于双向晶闸管的关断条件是撤除控制极的导通电压,同时负载电流必须小于双向晶闸管导通的维持电流,因此,对于随机导通型和过零型AC-SSR在撤除控制极的导通信号后,负载电流都必须小于双向晶闸管的维持电流才能关断,可见这两种SSR的关断条件是相同的。

图1.42 直流型固态继电器的输入、输出波形

2)直流型固态继电器

直流型固态继电器(DC-SSR)的输入、输出波形如图1.42所示。DC-SSR内部的功率器件一般为功率晶体管,在控制信号的作用下工作在饱和导通或截止状态。

DC-SSR在撤除控制极的导通信号后立刻关断。

2.固态继电器的工作原理

下面以广泛使用的过零型AC-SSR为例,对固态继电器的工作原理进行介绍。

如图1.43所示为过零型AC-SSR的工作原理示意图。

图1.43 过零型AC-SSR的工作原理示意图

图中,R4、R5和VT2组成过零电压检测电路,只要适当选择分压电阻R4和R5,使得在SCR1两端的电压超过零电压,则VT2饱和导通,反之则VT2截止。VT1和VT2组成门电路,即输入信号总是在交流电压为零附近方能使SCR1导通,接通负载,实现过零触发。

因为开关电路需要供电,上述电路的所谓过零并非准确地在0V处导通,而是一般在±10~±25V区域内。

在具体使用时,图1.43中的1、2端接控制信号, 3、4端接负载和交流电源,如图1.44所示,图中的RL为负载电阻。

图1.44 交流型固态继电器的应用电路

3.固态继电器的型号

固态继电器型号的含义如下:

固态继电器的主要技术参数如表1.15所示。

表1.15 GTJ6固态继电器的主要技术参数

4.固态继电器的应用实例

如图1.45所示,采用一个驱动信号串联控制3个AC-SSR,由3个AC-SSR组成三相交流电子开关,相当于用电子开关来代替接触器的主触点。这种用法的特点是:可用单片机的输出口直接驱动,无须另加放大与隔离电路,尤其适用于动作频繁、要求防爆等特殊场合。

图1.45 AC-SSR组成三相交流电子开关

当驱动信号的驱动电流大于几个固态继电器所需的“输入电流”之和时,可采用并联驱动方式;当驱动信号的驱动电压大于几个固态继电器所需的“输入电压”之和时,可采用串联驱动方式,如本例所示。用这种三相交流电子开关构成的电气控制系统可用于要求防爆的场合。