交流固态继电器是继电器中的一种，很多人对这个产品可能不是特别熟悉。交流固态继电器是一种无触点通断电子开关，它利用电子元件（如开关三极管、双向可控硅等半导体器件）的开关特性，可达到无触点无火花地接通和断开电路的目的。

 

 

固态继电器结构及原理

常用固态继电器几乎都是模块化的四端有源器件，其中两端为输入控制端，另外两端为输出受控端，其基本构成如下图所示。器件中多采用光电耦合器实现输入与输出之间的电气隔离。输出受控端利用开关三极管、双向晶闸管等半导体器件的开关特性，实现无触点、无火花地接通和断开外接控制电路的目的。整个器件无可动部件及触点，可实现相当于常用电磁继电器一样的功能。

 

 

固态继电器按输出端极性的不同，可分为直流式和交流式两大类。直流固态继电器（DC-SSR）控制电压由输入端IN输入，通过光电耦合器将控制信号耦合至接收电路，经放大处理后驱动开关三极管VT导通。显然，直流固态继电器的输出端OUT在接入被控电路回路中时，是有正、负极之分的。交流固态继电器（AC-SSR）的电路原理与直流固态继电器不同的是，其开关元件采用了双向晶闸管VS或其他交流开关，因此它的输出端OUT无正、负极之分，可以控制交流回路的通断。

 

由于固态继电器的输入端和输出端之间采用了成熟可靠的光电隔离等技术，这使得所接控制弱电和被控强电在电气上完全隔离，因此从各种弱电设备输出的信号可以直接加在固态继电器的输入控制端上，无需另外的保护电路等。

 

典型交流固态继电器的工作原理

交流固态继电器（过零型）的原理见图1。固态继电器由三部分组成：输入电路、隔离（耦合）和输出电路，在输入电路控制端加入信号后，IC1光电耦合器内光敏三极管呈导通状态，R1串接电阻对输入信号进行限流，以保证光耦合器不致损坏。发光二极管LED指示输入端控制信号，二级管VD1可防止输入信号正负极性接反时对光耦IC1造成的损坏。

 

 

v1在线路中起到交流电压检测作用，使固态继电器在电压过零时开启、负载电流过零时关断。当IC1光敏三极管截止时（控制端无信号输入时），V1通过R2获得基极电流使之饱和导通，从而使SCR可控硅门极触发电压UGT被箝在低电位而处于关断状态，最终导致BTA双向可控硅在门极控制端R6上无触发脉冲而处于关断状态。

 

当IC1光敏三极管导通时（控制端有信号输入），SCR可控硅的工作状态由交流电压零点检测三极管V1来确定。如电源电压经R2与R3分压，A处电压大于过零电压时（VA》VBE1），V1处饱和导通状态，SCR、BTA可控硅都处于关断状态；如电源电压经R2与R3分压，A处电压小于过零电压时（VA 　　交流过零型固态继电器具有电压过零时开启、负载电流过零时关断的特性。它的最大接通、关断时间是半个电源周期，在负载上可得到一个完整的正弦波形，也相应减少了对负载的冲击。而在相应的控制回路中产生的射频干扰也大大减少。

 

三相固态继电器（SSR）可直接用于三相电机的控制。最简单的方法是采用2只SSR作电机通断控制，4只SSR作电机换相控制，第三相不控制。固态继电器与常规电磁继电器优缺点比较见表1。

 

 

2 继电器测试与故障判断

 

以上仪厂使用的固态继电器为例，其外部接线见图2。

 

 

（1）当触发端DO与D1、D2之间没有加控制电压时，测量输入端电阻，如电阻小于4O Q或大于几千Q时，均说明该继电器控制性能不良，最好不要使用，否则会导致执行器电机转速不稳或变慢等故障。

 

（2）在触发端不加控制电压，用数字万用表测量继电器三相输人端与输出端的电阻，如测得数值在数kQ 以下或电阻很小，或用数字万用表测量继电器输入端与输入端、输出端与输出端及与散热板之间的电阻，测得电阻在数拾MQ或kQ以下，说明继电器已损坏，不能再使用。这时若执行送电操作，执行机构电源回路就会烧保险丝或跳空气开关。

 

（3）如在触发端DO与D1、D2之问加上控制电压，红灯与绿灯二个指示灯同时亮，且输入与输出端之间不导通，那么该继电器模块的触发电路已损坏，不能再使用。这时进行执行机构操作会无反应。

 

（4）在触发端DO与D1、D2之间分别加上控制电压时，指示灯红灯或绿灯亮，用数字万用表测量继电器三相输入端与输出端的电阻在数k以上，或电阻一直变化不定，说明该继电器模块性能不良，也会造成电机速度变慢、不稳等故障，尽量不要再使用。

 

（5）在执行器通电且不发指令，固态继电器开路且前端有电压时，输出端会有一定的漏电流，但10A以上的SSR漏电流对50w以上功率的负载基本无影响，需注意。

 

3 选型时应注意事项

 

（1）因电动执行器操作频繁，宜选用过零型继电器，可延长负载和继电器寿命，也可减小自身的射频干扰。

 

（2）许多被控负载在接通瞬间会产生很大的浪涌电流，由于热量来不及散发，很可能使SSR内部可控硅损坏，所以在选用继电器时应对被控负载的浪涌特性进行分析，然后再选择继电器。使继电器在保证稳态工作前提下能够承受这个浪涌电流，选择时可选用0．2的降额系数（常温下）。如所选用的继电器需在动作频繁、寿命及可靠性要求高的场合工作时，则应在0．2的基础上再乘以0．6以确保工作可靠。

 

（3）继电器使用时，因过流和负载短路会造成SSR内部输出可控硅永久损坏，可考虑在控制回路中增加快速熔断器和空气开关予以保护。当加在固态继电器上的电压峰值超过SSR所能承受的最高电压峰值时，固态继电器元件会被电压击穿而造成损坏，因此应选择有输出保护的产品， 内置压敏电阻吸收回路和RC缓冲器可吸收浪涌电压和提高dv／dt承受力；也可在继电器输出端并接RC吸收回路和压敏电阻来实现输出保护。选用原　　则是：220 V时选用500～600 V压敏电阻，380 V时可选用800～900V压敏电阻。（4）固态继电器负载能力受环境温度和自身温升的影响较大，在安装使用过程中，应保证其有良好的散热条件，额定工作电流在10 A以上的产品应配散热器，在安装时应注意继电器底部与散热器的良好接触，并考虑涂适量导热硅脂以达到最佳散热效果。

 

（5）当输入电压或输入电流超出继电器的额定参数时，可考虑在输入端串接分压电阻或并接分流电阻，同时保持控制信号和负载电源稳定，波动不大于10％ ，否则应采取稳压措施。

 

（6）固态继电器适用于50 Hz或60 Hz，不宜用在低频或高次谐波分量大的场合，否则可能由于高次谐波而不能可靠关断。高次谐波还可能导致SSR内部的RC吸收回路因过热而炸裂。

 

（7）在电机换向时，为避免产生类似电机堵转时引起的较大冲击电压和电流，在执行机构控制回路中除了过压、过流、温度保护外，应采用先加后断控制电路电源、后加先断电机电源的时序，以避免在导通的SSR未关断时另一相SSR导通引起相间短路。

 

4 结束语

 

SSR与电磁式继电器相比有诸多的优越性，特别易于实现计算机编程控制，控制方便、灵活。但也存在一些弱点，如：易发热损坏；关断时存在漏电阻，不能使电路完全分开；易受温度和辐射的影响，稳定性差；灵敏度高，易产生误动作等。因此须谨慎使用，方能发挥其性能，确保SSR无故障工作。