固態繼電器與普通繼電器的區別

2021-10-15 16:50:59 aoyidq 25

 一、固態繼電器

  是一種全電子電路組合的元件,它依靠半導體器件和電子元件的電磁和光特性來完成其隔離和繼電切換功能。固態繼電器與傳統的電磁繼電器相比,是一種沒有機械,不含運動零部件的繼電器,但具有與電磁繼電器本質上相同的功能。


  被廣泛應用于工業自動化控制,如電爐加熱系統,熟控機械,遙控機械,電機,電磁閥以及信號燈,閃爍器,舞臺燈光控制系統,醫療器械,復印機,洗衣機,消防保安系統等都有大量應用。工作可靠,無觸點、無火花、壽命長、無噪聲,無電磁干擾,開關速度快,以微小的控制信號達到直接驅動大電流負載的目的。




  固態繼電器原理


  SSR按使用場合可以分成交流型和直流型兩大類,它們分別在交流或直流電源上做負載的開關,不能混用。下面以交流型的SSR為例來說明它的工作原理,圖1是它的工作原理框圖,圖1中的部件①~④構成交流SSR的主體,從整體上看,SSR只有兩個輸入端(A和B)及兩個輸出端(C和D),是一種四端器件。


  工作時只要在A、B上加上一定的控制信號,就可以控制C、D兩端之間的“通”和“斷”,實現“開關”的功能,其中耦合電路的功能是為A、B端輸入的控制信號提供一個輸入/輸出端之間的通道,但又在電氣上斷開SSR中輸入端和輸出端之間的(電)聯系,以防止輸出端對輸入端的影響,耦合電路用的元件是“光耦合器”,它動作靈敏、響應速度高、輸入/輸出端間的絕緣(耐壓)等級高;由于輸入端的負載是發光二極管,這使SSR的輸入端很容易做到與輸入信號電平相匹配,在使用時可直接與計算機輸出接口相接,即受“1”與“0”的邏輯電平控制。觸發電路的功能是產生合乎要求的觸發信號,驅動開關電路④工作,但由于開關電路在不加特殊控制電路時,將產生射頻干擾并以高次諧波或尖峰等污染電網,為此特設“過零控制電路”。


  所謂“過零”是指,當加入控制信號,交流電壓過零時,SSR即為通態;而當斷開控制信號后,SSR要等待交流電的正半周與負半周的交界點(零電位)時,SSR才為斷態。這種設計能防止高次諧波的干擾和對電網的污染。吸收電路是為防止從電源中傳來的尖峰、浪涌(電壓)對開關器件雙向可控硅管的沖擊和干擾(甚至誤動作)而設計的,一般是用“R-C”串聯吸收電路或非線性電阻(壓敏電阻器)。

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  固態繼電器與普通繼電器的區別


  優點


  (1)高壽命,高可靠:固態繼電器沒有機械零部件,由固體器件完成觸點功能,由于沒有運動的零部件,因此能在高沖擊,振動的環境下工作,由于組成固態繼電器的元器件的固有特性,決定了固態繼電器的壽命長,可靠性高。


  (2)靈敏度高,控制功率小,電磁兼容性好:固態繼電器的輸入電壓范圍較寬,驅動功率低,可與大多數邏輯集成電路兼容不需加緩沖器或驅動器。


  (3)快速轉換:固態繼電器因為采用固體器件,所以切換速度可從幾毫秒至幾微秒。


  (4)電磁干擾小:固態繼電器沒有輸入“線圈”,沒有觸點燃弧和回跳,因而減少了電磁干擾。大多數交流輸出固態繼電器是一個零電壓開關,在零電壓處導通,零電流處關斷,減少了電流波形的突然中斷,從而減少了開關瞬態效應。




  缺點


  (1)導通后的管壓降大,可控硅或雙向控硅的正向降壓可達1~2V,大功率晶體管的飽和壓降也在1~2V之間,一般功率場效應管的導通電阻也較機械觸點的接觸電阻大。


  (2)半導體器件關斷后仍可有數微安至數毫安的漏電流,因此不能實現理想的電隔離。


  (3)由于管壓降大,導通后的功耗和發熱量也大,大功率固態繼電器的體積遠遠大于同容量的電磁繼電器,成本也較高。


  (4)電子元器件的溫度特性和電子線路的抗干擾能力較差,耐輻射能力也較差,如不采取有效措施,則工作可靠性低。


  (5)固態繼電器對過載有較大的敏感性,必須用快速熔斷器或RC阻尼電路對其進行過載保護。固態繼電器的負載與環境溫度明顯有關,溫度升高,負載能力將迅速下降。


  (6)主要不足是存在通態壓降(需相應散熱措施),有斷態漏電流,交直流不能通用,觸點組數少,另外過電流、過電壓及電壓上升率、電流上升率等指標差。




  二、普通繼電器

  一般是由繼電器線圈和動靜觸點組成。動觸點通過繼電器線圈的電磁吸引力來動作,從而實現線路的接通與斷開。所以存在機械運動。在電流達到一定程度時,觸點會有火花。價格便宜且結構簡單,但動作時的火花和機械運動會對它的壽命有一定影響。


  傳統繼電器優點是:驅動簡單,隔離好,短時過載忍耐性好。


  傳統繼電器缺點是:體積較大(笨重),響應速度慢(達ms級),驅動繼電器的功耗較大。




  三、固態繼電器與普通繼電器的區別

  傳統繼電器與固態繼電器的對比,由于涉及種類較多,下面以電磁繼電器與相應固態繼電器比較說明它們的區別:


  1、結構區別:電磁繼電器利用輸入電路內電路在電磁鐵鐵芯與銜鐵間產生的吸力作用而工作的;固體繼電器用電子元件履行其功能而無機械運動構件,輸入和輸出是隔離的。


  2、工作方式區別:電磁繼電器是利用電磁感應的原理,通過電磁鐵的力量來控制電路通斷,因此,用直流電接線圈,觸點可以通交、直流電;固態繼電器依靠半導體器件和電子元件的電、磁和光特性來完成其隔離和繼電切換功能,因此,分直流輸入-交流輸出型、直流輸入-支流輸出型、交流輸入-交流輸出型、交流輸入-直流輸出型。


  3、工作狀態區別:電磁繼電器利用銜鐵間產生的吸力作用,通、斷電路,因此,動作反應慢、有噪聲、壽命有限;固態繼電器響應快,運行無噪音,壽命長。


  4、使用環境:溫度、濕度、大氣壓力(海拔高度)、砂塵污染、化學氣體和電磁干擾等要素影響中,電磁繼電器普遍不如固態繼電器。


  5、電氣性能區別:電磁繼電器與相應固態繼電器比較,前者驅動簡單,但功耗大,隔離好,短時過載耐受性好,控制大電流、大功率場合不如后者,控制動作瀕繁的電路時,壽命不如后者長。


  總之,傳統繼電器與固態繼電器的對比各有千秋,后者因其工作可靠,無觸點、無火花、壽命長、無噪聲,無電磁干擾,開關速度快,越來越受到歡迎。


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