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来源 |技成培训
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固态继电器有哪些优缺点？
英文名称为固体继电器(也称固体继电器)SolidState Relay，简称SSR。它是一种具有继电器特性的无触点开关装置，用半导体器件代替传统的电接点作为切换装置SSR它是四端的有源设备，包括两个输入控制端和两个输出端。输入输出之间有光隔离。输入端将直流或脉冲信号添加到一定电流值后，输出端可以从断态转换为通态。
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什么场合可以使用固态继电器？
固态继电器已广泛应用于计算机外围接口装置、电炉加热恒温系统、数控机械、遥控系统、工业自动化装置、信号灯、闪烁器、照明舞台照明控制系统、仪器仪表、医疗器械、复印机、自动洗衣机、自动消防、安全系统、电力电容切换开关等，此外，广泛应用于化工、煤矿等防爆、防潮、防腐场合。
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固体继电器可分为哪些类型？
交流固态继电器分为电压过零导通型（以下简称过零型）和随机导通型（以下简称随机型）；根据输出开关元件，分为双向可控硅输出型（普通型）和单向可控硅反并联型（增强型）；印刷电路板上使用的针插式（自然冷却，不需要带散热器)和固定在金属底板上的装置(由散热器冷却)；此外，输入端有广泛的输入（DC3－32V）恒流源型和串电阻限流型。
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过零型SSR与随机型SSR的区别
当输入端施加有效的控制信号时，随机型SSR输出端立即导通(速度为微秒级)，而过零型SSR等到负载电压过零(约为负载电压过零)±15V)只有打开导通。当输入端取消控制信号时，过零型和随机型SSR当维持电流小于时关闭。虽然过零型SSR它可能导致最大半个周期的延迟，但它减少了对负载的影响和射频干扰，成为理想的开关设备，广泛应用于单刀单扔开关场合。随机型SSR其特点是反应速度快。它可以控制移相触发脉冲，方便地改变交流电网的电压，从而应用于电阻负载和一些感性负载，如准确的温度调节和调光。
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过零型SSR与随机型SSR用途有什么区别？
过零型SSR用作开关切换(就开关切换功能而言，相当于普通继电器或接触器)。我们通常谈论的固态继电器大多是过零型(过零型)SSR只有开关不能调压)。
随机型SSR主要用于斩波调压SSR控制信号必须与电网同步并上升到0°-180°只有在范围内改变方波信号时，才能实现压力调节。单电压信号或0-5V从调压功能的角度来看，模拟信号不能使其调压SSR与普通继电器或接触器完全不同)。
必须强调的是，各种压力调节模块或固态继电器内部作为输出接触器件为可控硅，并依靠改变可控硅导角来实现压力调节的目的，因此输出电压波形为缺角正弦波（不同于自耦合压力调节器输出的完整正弦波），因此存在高谐波、一定噪声、电网有一定的污染（国内外类似产品相同，由斩波压力调节原理决定）。
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普通双向可控硅输出与单向可控硅反并联输出增强型的区别
在感性负载的情况下，当SSR通态关闭时，由于电流和电压的相位不一致，会产生很大的电压上升率dv/dt（换向dv/dt）添加到双向可控硅的两端，以超过双向可控硅的转向值dv/dt指标(典型值为10V/μs)延迟关闭，甚至失败。单向可控硅处于单极工作状态，仅受静态电压的影响dv/dt(典型值为100V/μs)由两个单向可控硅反并联组成的增强型影响SSR与由双向可控硅组成的普通型相比SSR的换向dv/dt因此，在感性或容性负载场合，应选择增强型SSR。
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如何判断固态继电器是否损坏？
一般情况下，万用表无法判断SSR正确的方法是使用图1-2的测试电路：当输入电流为零时，电压表测量的电压为电网电压，灯不亮（灯泡功率必须为25W以上)；当输入电流达到一定值时，电灯亮起，电压表测量的电压为SSR导通压降(3V以下）。(请注意初次用户:因为SSR内部有RC电路带来漏电流，不能等同于普通接触式继电器、接触器，请参考以下注意事项)。
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散热器必须配备固态继电器(或其他功率模块)吗？
是的，除电流小于6A的单相固态继电器以外，所有功率模块都需要选用合适的散热器配合使用。
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固态继电器的发热及散热器的选择
固态继电器加热及散热器选择：
固态继电器或模块的发热量主要跟所驱动的负载的实际电流有关，而与其本身的电流等级大小关系不大。
热量计算公式(两种):
1:单相固态继电器、单相交流调压模块R固体调压器系列
三相固态继电器和三相交流调压模块的实际负载电流应为三相实际负载电流之和。
2:单相全控整流模块
散热器的作用是释放固态继电器或模块产生的热量。散热效果不仅与散热器的大小有关，还与环境温度（季节）、通风条件（自然冷却或强制冷却和风量）和安装密度有关。散热效果参考标准：固态继电器或模块底板（与散热器接触面）温度不得超过80℃。因此，在实际应用中，散热器安装面可靠近固态继电器或模块的边缘(20mm安装一个75℃当检测点温度超过75时，将固态继电器或模块的控制信号串入常闭触点(带一对常闭触点)℃常闭触点跳开，切断控制信号，强制关闭固态继电器或模块的输出，使其得到保护。一般每相实际电流超过50A、最好采用温度开关保护安装密度高、环境温度高的地方。
除上述因素外，还应考虑固态继电器或模块本身的体积是否与散热器相匹配，以及散热器在机柜中的安装空间。但最终，固态继电器或模块的底板温度不得超过80℃。
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在散热器上安装功率模块的要点
固体继电器与散热器安装面之间应涂一层导热硅脂。
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适用于固态继电器或其他功率模块的电网频率
固态继电器SSR适用于50Hz或60Hz在工频电网上，不适用于低频或高谐波重量大的场合。例如，变频器输出端需要单独切换多组负载SSR作为开关，由于高谐波，它可能无法可靠地关闭，而高谐波也可能使SSR内部的RC吸收回路因过热而爆裂。
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三相固态继电器和三相单相固态继电器
三相固态继电器（SSR）均为过零型，即三相SSR只能做开关，不能做调压。实际上三相SSR是三个单相SSR在一起，用输入端控制。三相SSR使用起来比较方便，但是电流大的时候发热也大，所以用三个单相SSR更可靠（由于三个单独的分离比集中在一起的散热效果更好，控制方法：三个输入端可以串联或并联）SSR损坏，三个单相SSR(一般损失1-2只)比一只三相SSR损失小。
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电机调速可以使用交流调压模块吗？
许多朋友希望使用压力调节模块来实现电机速度调节的目的，通常交流电机需要使用变频器来调节速度。只有风扇、泵电机等软特性负载，或扭矩电机才能通过压力调节来实现速度调节。
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交流调压模块与降压变压器的区别
当负载额定电压低于电网电压时，许多客户往往希望使用压力调节模块来取代体积大、体积大、价格高的压力调节变压器（低压电流），以达到压力调节和压力调节的目的。这是否可行取决于不同的场合。交流调压模块采用斩波调压，往往不可行。例如，单相负载的额定电压为36VAC、额定电流为50A，要求在0V-36VAC内调压。若采用单相交流调压模块(220V、120A）直接接到220VAC电网调压，因为输出36VAC调压模块内可控硅的导通角为140°-180°和320°-360°，这两个小区不可能输出50个A由于调压模块的120，电流A内部可控硅导通0°-360°的电流。
而且，即使采用增加压力调节模块的电流水平来实现输出低压大电流的方案，负载和模块也不安全可靠，因为对于负载，电网电压高于负载额定电压。一旦压力调节模块的输入信号失误，输出电压大于负载额定电压，会导致过压击穿或过流损坏。对于模块，生过流烧毁。正确的方法应采用调压模块和变压器结合起来使用，如低电压大电流负载（单相或三相）的控制方式：先采用调压模块调压，再采用变压器降压。
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单相交流调压可选用哪些产品模块？
单相交流调压场合，有多种模块组合可以实现，推荐次序如下：
（1）全隔离单相交流调压模块。
（2）随机型固态继电器与随机型SSR移相触发器模块、同步变压器组成的调压系统。
（3）可控硅移相触发器模块与可控硅、同步变压器组成的调压系统。
（4）R系列固体调压器（只能用于低要求不隔离手动调节的温控场合）。
【特别注意】：(1)、(2)、(3)的次序亦适合于半波控制场合(只对电网正半周调压，典型应用于电振机)
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三相交流调压可选用哪些产品模块？
三相交流调压场合，有多种模块组合可以实现，推荐次序如下：
（1）固态继电器三相移相触发器模块（连三相同步变压器块）与三只单相随机型固态继电器组成的调压系统。
（2）全隔离三相交流调压一体化模块（连三相同步变压器模块）。
（3）三相调压单硅移相触发器模块（连三相同步变压器模块）加三组反并联单向可控硅组成的调压系统；或三相调压双硅移相触发器模块（连三相同步变压器模块）加三只双向可控硅组成的调压系统。
【特别注意】：三相负载为星型接法时中心点一般以不接地（不接中心线）为好，如必须接地也可；另外调压器件与三相电网（380伏）间有隔离（降压）主变压器时，客户须声明主变压器原副边的额定电压，否则不能直接使用下面的方案——而需定制同步变压器模块或相关器件。
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交流整流可选用哪些产品模块？
（1）全隔离单相桥式全控整流模块加同步变压器。
（2）单相双路可控硅移相触发器模块与同步变压器、单相半控全桥组成的调压系统。
【特别说明】当直流负载额定电压较低时，要求先用变压器降低交流进线电压，再采用整流调压。例如直流负载额定电压为30VDC，要求在0-30VDC范围内调压，可采用220VAC/40VAC的变压器降压，再用单相桥式整流模块整流调压，而不能仅用单相整流模块对220VAC进线电压整流调压（0-30VDC）。
（1）三相全控整流移相触发器模块（连三相同步变压器模块）与‘三相全控全桥’组成的三相全控整流电路。
（2）三相半控整流移相触发器模块（连三相同步变压器模块）与‘三相半控全桥’组成的三相半控整流电路。
【特别注意】：“三相桥”与三相电网（380伏）间有隔离（降压）主变压器时，客户须声明主变压器原副边的额定电压，否则不能直接使用下面的方案——而需定制同步变压器模块或触发器模块。
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RC吸收回路和断态漏电流
RC吸收回路的作用为吸收浪涌电压和提高静态dV/dt指标，但SSR内部的RC回路带来断态漏电流，一般来说2A-6A的SSR漏电流对10W以上功率的负载（如电机）基本无影响，10A以上的SSR漏电流对50W以上功率的负载基本无影响。另外在实际应用大感性负载场合，还可以在SSR两输出端再并联RC吸收回路以保护SSR。
有些用户如负载功率小(如中间继电器、接触器的线圈、电磁吸铁微功率电动机等负载)我们可以定制漏电流小于1mA的固态继电器。
用于功率扩展场合的固态继电器，在其内部应无RC回路，这是由于RC回路的充放电会产生误动作。
万用表电阻档测量出固态继电器交流两端电阻接近为零时，说明此固态继电器内部的可控硅已损坏。除此以外，判断固态继电器的好坏必须采用带负载的电路。
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固态继电器电压等级的选取及过压保护
当加在固态继电器交流两端的电压峰值超过SSR所能承受的最高电压峰值时，固态继电器内的元件便会被电压击穿而造成SSR损坏，选取合适的电压等级和并联压敏电阻可以较好地保护SSR。
a.交流负载为220V的阻性负载时可选取220V电压等级的SSR。
b.交流负载为220V的感性负载或交流负载为380V的阻性负载时可选取380V电压等级的SSR。
c.交流负载为380V的感性负载时可选取480V电压等级的SSR（480V等级的SSR还具有更高的静态dv/dt指标）；其他要求特殊、可靠性要求高的场合如电力补偿电容器切换、电动机正反转等均须选取480V电压等级的SSR。
d.交流负载的电压小于100VAC以下场合时，选择固态继电器最好向我公司咨询定制。
SSR过压的保护：除SSR内部本身有RC吸收回路保护外，还可以采取并联金属氧化物压敏电阻（MOV），MOV面积大小决定吸收功率，MOV的厚度决定保护电压值。一般220V系列SSR可选取500V-600V的压敏电阻，380V系列SSR可选取800V-900V的压敏电阻，480V系列SSR可选取1000V-1100V的压敏电阻。（注：我公司的SSR规定不能使用在大于500VAC的电网上）。
【特别注意】：压敏电阻电压值选取太小，容易造成经常烧毁压敏电阻而短路（但SSR不损坏）；电压值选取太大，又起不到保护SSR的目的，故应用本公司SSR，如采用压敏电阻，请尽量选定在上述范围内。
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固态继电器电流等级的选取及过流保护
过流（最严重的情况为负载短路）是造成SSR内部输出可控硅永久性损坏的最主要原因。快速熔断器和空气开关是过流保护方法之一，小容量SSR也可选用保险丝；许多负载在接通瞬间会产生很大的浪涌电流，由于散热不及，浪涌电流与过流一样也是造成SSR内部输出可控硅损坏的最主要原因之一。因此选取固态继电器时，保证一定的电流余量是极其重要的。
a.阻性负载时，选取SSR的电流等级宜大于等于2倍的负载额定电流。
b.负载为交流电动机时，选取SSR的电流等级须大于等于6-7倍的电动机额定电流。
c.交流电磁铁、中间继电器线保、电感线圈等负载时，选取SSR的电流等级宜大于等于4倍的负载额定电流，变压器时要求大于等于5倍变压器初级额定电流，特种感性、容性负载则应根据实际经验还须放大SSR的电流余量。
d.电力补偿电容器类负载时，选取SSR的电流等级须大于5倍的负载额定电流。
【特别注意】：由于SSR内部的可控硅在负载短路时的过流烧毁速度与快速熔断器的熔断速度在同一数量级内，故快速熔断器并不能百分之一百地保护SSR。选取快速熔断器的电流等级的原则为略大于最大负载电流，而固态继电器的电流等级则尽可能大，这样快熔就能比较可靠地保护SSR。电动机、电力补偿电容器类负载因有很大的开启冲击电流，故宜选取空气开关作保护。
空气开关分“慢速”和“快速”两类：“慢速”类主要应用于如电动机、电力电容器等有很大启动冲击电流的负载；“快速”类主要应用于阻性、其他感性类负载。空气开关的保护速度低于快熔，因此在负载短路时也不能百分之一百地保护SSR。
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