固态继电器相关资料csds

摘 要交流固态态继电器器（缩写写 SSSR）是是一种全全部由固固态电子子元件组组成的新新型无触触点通断断电子开开关,为为四端有有源器件件。其中中两个端端子为输输入控制制端,另另外两端端为输出出受控端端,中间间采用光光电隔离离,作为为输入输输出之间间电气隔隔离(浮浮空)。在在输入端端加上直直流或脉脉冲信号号,输出出端就能能从关断断状态转转变成导导通状态态(无信信号时呈呈阻断状状态),从而控控制较大大负载。整整个器件件无可动动部件及及触点,可实现现相当于于常用的的机械式式电磁继继电器一一样的功功能。根根据以上上交流固固态固态态继电器器的特性性，综合合运用目目前所学学的知识识设计一一个符合合上述要要求的电电路，该该电路包包括耦合合电路、触发电路和过零控制电路以及开关电路与吸收电路三个基本单元电路，使用了发光二极管、感光三极管、可控硅和双相可控硅等器件，在此电路中采用了过零控制装置，该设计能防止高次谐波的干扰和对电网的污染，该设计能大大提高系统的稳定性和准确性。关键字：三相交交流固态态，无可可动部件件及触点点。 AbsstraactThe excchannge sollid staate rellay (abbbreeviaatioon SSSR) iss onne kkindd coomplleteely thee neew nnon-conntacct mmakee-annd-bbreaak eelecctroonicc swwitcchinng wwhicch iis ccompposeed oof tthe sollid staate eleectrroniic ccompponeent, foor ffourr poole acttivee deevicce AAnd twoo poostss foor iinpuut cconttroll ennd, morreovver thee booth siddes aree coontrrollled thee ennd ffor thee ouutpuut, midddlee usses thee ellecttro-optticaal iisollatiion, taakess beetweeen thee innputt ouutpuut tthe eleectrricaal iisollatiion (too flloatt sppatiiallly). Addds on dirrectt-cuurreent or thee siignaal iimpuulsee whhen thee innputt ennd, thee ouut-pportt caan ttrannsfoorm froom tthe shuutdoown conndittionn thhe ccondducttingg sttatee (ddoess noot hhavee siignaal aassuumess bllockks ccondditiion), tthuss coontrrolss coompaaress thhe hhighh looadiing. Thhe eentiire commponnentt noot mmovaablee paart andd thhe eelecctroonicc coontaact, maay rreallizee arre eequaal tto tthe commmonnly useed mmechhaniicall tyype eleectrromaagneeticc tyype rellay samme ffuncctioon. Acccorddingg too thhe aabovve eexchhangge ssoliid sstatte ssoliid sstatte rrelaayss chharaacteerissticc, tthe knoowleedgee whhichh thhe ssyntthessis utiilizzatiion preesennt sstuddiess deesiggns onee too coonfoorm to thee abbovee reequeest eleectrric cirrcuiit, Thiis eelecctriic ccirccuitt inncluudinng ccouppledd ciircuuit, trrigggeriing cirrcuiit aand zerro ccrosssinng cconttroll ciircuuit as welll aas sswittchiing cirrcuiit aand abssorbbingg ciircuuit thrree eleemenntall arrea eleectrric cirrcuiits, Trriodde, sillicoon-cconttrollledd reectiifieer aand douublee-phhasee siiliccon-conntroolleed rrecttifiier commponnentts aand so on useed tthe ligght emiitteer ddiodde, to be phootossenssitiive, haas uusedd thhe zzeroo crrosssingg coontrrol devvicee inn thhis eleectrric cirrcuiit, Thiis ddesiign cann prreveent thee hiigheer hharmmoniic tthe dissturrbannce andd too ellecttriccal nettworrkss poolluutioon, thiis ddesiign cann ennhannce sysstemms staabillityy annd tthe acccuraacy greeatlly.key worrds：Excchannge sollid staate, foour polle aactiive, noot mmovaablee paart andd ellecttronnic conntacct.目 录1.系统统方案设设计11.1系系统设计计思路与与总体方方案11.1.1方案案一12.单元元电路设设计22.1耦耦合电路路222.2触触发电路路和过零零控制电电路22.3开开关电路路与吸收电电路443.系统统完整电电路图63.1系系统完整整电路图图63.2工工作原理理664.体会会1101.系统统方案设设计1.1系系统设计计思路与与总体方方案由于固态态继电器器是由固固体元件件组成的的无触点点开关元元件,所所以与电电磁继电电器相比比具有工工作可靠靠、无噪噪声、无无火花、寿命长长,对外外界干扰扰小,能能与逻辑辑电路兼兼容、抗抗干扰能能力强、灵敏度高、开关速度快和使用方便等一系列优点,因而具有很宽的应用领域,有逐步取代传统电磁继电器之势,另外，SSR成功地实现了弱信号(Vsr)对强电(输出端负载电压)的控制。由于光耦合器的应用，使控制信号所需的功率极低(约十余毫瓦就可正常工作)，而且Vsr所需的工作电平与TTL、HTL、CMOS等常用集成电路兼容，可以实现直接联接。这使SSR在数控和自控设备等方面得到广泛应用。交流型SSR由于采用过零触发技术，因而可以使SSR安全地用在计算机输出接口上，不必为在接口上采用MER而产生的一系列对计算机的干扰而烦恼。因此可进一步扩展到传统电磁继电器无法应用的计算机等领域。此外，SSR还有能承受在数值上可达额定电流十倍左右的浪涌电流的特点。1.1.1方案案一：电电压过零零导通型型（简称称过零型型）交流固态态继电器器由三部部分组成成：输入入电路、隔隔离（耦耦合）和和输出电电路组成成，下图图是交流流固态继继电器的的工作原原理框图图。图中的部部件-构成成交流SSSR的的主体，从从整体上上看，SSSR只只有两个个输入端端(A和和B)及及两个输输出端(C和DD)，是是一种四四端器件件。工作作时只要要在A、BB上加上上一定的的控制信信号，就就可以控控制C、DD两端之之间的“通通”和“断断”，实实现“开开关”的的功能，其其中耦合合电路的的功能是是为A、BB端输入入的控制制信号提提供一个个输入/输出端端之间的的通道，但但又在电电气上断断开SSSR中输输入端和和输出端端之间的的(电)联系， 以防止止输出端端对输入入端的影影响，耦耦合电路路用的元元件是“光光耦合器器”，它它动作灵灵敏、响响应速度度高、输输入/输输出端间间的绝缘缘(耐压压)等级级高；由由于输入入端的负负载是发发光二极极管，这这使SSSR的输输入端很很容易做做到与输输入信号号电平相相匹配，在在使用可可直接与与计算机机输出接接口相接接，即受受“1”与与“0”的的逻辑电电平控制制。触发发电路的的功能是是产生合合乎要求求的触发发信号2.单元元电路设设计2.1耦耦合电路路光电耦合合器运用用广泛，下面是一个典型电路图。图一 光耦合合电路当电源接接通后，LLED不不发光。按按下S22，LEED会发发光。调调RP，LLED的的发光强强度会发发生变化化，说明明光电耦耦合器是是好的。其中发光二极管（LED）是一种由磷化镓（GaP）等半导体材料制成的、能直接将电能转变成光能的发光显示器件。当其内部有一定电流通过时，它就会发光。发光二极管也与普通二极管一样由PN结构成，也具有单向导电性。它广泛应用于各种电子电路、家电、仪器等设备中、作电源指示或电平指示。2.2触触发电路路和过零零控制电电路触发电路路的功能能是产生生合乎要要求的触触发信号号，驱动动开关电电路工作作。其电电路图如如下：该部分电电路主要要由三极极管、单单向可控控硅及电电桥构成成。其中中三极管管最基本本的作用用是放大大作用，它它可以把把微弱的的电信号号变成一一定强度度的信号号，当然然这种转转换仍然然遵循能能量守恒恒，它只只是把电电源的能能量转换换成信号号的能量量罢了。三三极管有有一个重重要参数数就是电电流放大大系数。当三三极管的的基极上上加一个个微小的的电流时时，在集集电极上上可以得得到一个个是注入入电流倍的电电流，即即集电极极电流。集集电极电电流随基基极电流流的变化化而变化化，并且且基极电电流很小小的变化化可以引引起集电电极电流流很大的的变化，这这就是三三极管的的放大作作用。 可控硅(SCRR)也称称作晶闸闸管，它它是由PPNPNN四层半半导体构构成的元元件，有有三个电电极，阳阳极A，阴阴极K和和控制极极G 。可可控硅在在电路中中能够实实现交流流电的无无触点控控制，以以小电流流控制大大电流，并并且不象象继电器器那样控控制时有有火花产产生，而而且动作作快、寿寿命长、可可靠性好好。在调调速、调调光、调调压、调调温以及及其他各各种控制制电路中中都有它它的身影影。可控硅的的符号如如下图所所示。可控硅的的符号要使可控控硅导通通，必须须同时具具备两个个条件：1 可控硅硅加上正正向阳极极电压。2 加上适适当的正正向控制制电压。可控硅导导通后，控控制电压压就失去去作用，如如果要是是其关断断，必须须把正向向阳极电电压降低低到一定定数值.断开或或反向才才能实现现。双向可控控硅(BBTA)的引脚脚多数是是按T11、T22、G的的顺序从从左至右右排列。加加在控制制极G上上的触发发脉冲的的大小或或时间改改变时，就就能改变变其导通通电流的的大小。双双向可控控硅G极极上触发发脉冲的的极性改改变时，其其导通方方向就随随着极性性的变化化而改变变，从 而能够够控制交交流电负负载。而而单向可可控硅经经触发后后只能从从阳极向向阴极单单方向导导通，所所以可控控硅有单单双向之之分。2.3开开关电路路与吸收电电路它的电路路如下：开关电路路是由双双向可控控硅(BBTA)构成的的。可控控硅分单单向可控控硅、双双向可控控硅。单单向可控控硅有阳阳极A、阴阴极K、控控制极GG三个引引脚。双双向可控控硅有第第一阳极极A1（TT1），第第二阳极极A2（TT2）、控控制极GG三个引引脚。只只有当单单向可控控硅阳极极A与阴阴极K之之间加有有正向电电压，同同时控制制极G与与阴极间间加上所所需的正正向触发发电压时时，方可可被触发发导通。此此时A、KK间呈低低阻导通通状态，阳阳极A与与阴极KK间压降降约为11V。单单向可控控硅导通通后，控控制极GG即使失失去触发发电压，只只要阳极极A和阴阴极K之之间仍保保持正向向电压，单单向可控控硅继续续处于低低阻导通通状态。只只有把阳阳极A电电压撤除除或阳极极A、阴阴极K之之间电压压极性发发生改变变（交流流过零）时时，单向向可控硅硅才由低低阻导通通状态转转换为高高阻截止止状态。单单向可控控硅一旦旦截止，即即使阳极极A和阴阴极间又又重新加加上正向向电压，仍仍需在控控制极GG和阴极极K之间间重新加加上正向向触发电电压方可可导通。单单向可控控硅的导导通与截截止状态态相当于于形成的的闭合和和断开状状态，用用它可制制成无触触点开关关。吸收电路路是为防防止从电电源中传传来的尖尖峰、浪浪涌(电电压)对对开关器器件双向向可控硅硅管的冲冲击和干干扰(甚甚至误动动作)而而设计的的，一般般是用“RR-C”串串联吸收收电路或或非线性性电阻(压敏电电阻器)。电路路图为一一电阻与与一电容容串联。3.系统统完整电电路图3.2工工作原理理如上图二二所示，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。LED发光二极管指示输入端控制信号，VD1可防止当输入信号正负极性接反时以保护光耦IC1。 V11 在线线路中起起到交流流电压检检测作用用，使固固态继电电器在电电压过零零时开启启、负载载电流过过零时关关断。当当IC11光敏三三极管截截止时(控制端端无信号号输入时时)，VV1通过过R2获获得基极极电流使使之饱和和导通,从而使使 SCCR可控控硅门极极触发电电压UGGT被箝箝在低电电位而处处于关断断状态，最最终导致致BTAA双向可可控硅在在门极控控制端RR6上无无触发脉脉冲而处处于关断断状态。 当IC1光敏三极管导通时( 控制端有信号输入时) ，SCR可控硅的工作状态由交流电压零点检测三极管V1来确定其工作状态 。如电源电压经R2与R3分压，A处电压大于过零电压时(VAVBE1)，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（VAVBE1）V1处截止状态，SCR可控硅通过R4获得触发信号而导通 ,从而使 BTA在R6上也获得触发信号也呈导通状态,对负载电源进行关断控制。如此时控制端信号关断后,负载电流也随之减小至BTA双向可控硅的维持电流IH时可 自行关断,切断负载电源。 交流过零型固态继电器，因有其电压过零时开启，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。也相应的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。 图 2如图2aa所示为为稳定的的阻性负负载，为为了防止止输入电电压超过过额定值值，需设设置一限限流电阻阻Rx；当负载载为非稳稳定性负负载或感感性负载载时，在在输出回回路中还还应附加加一个瞬瞬态抑制制电路，如如图2b所示示，目的的是保护护固态继继电器。通通常措施施是在继继电器输输出端加加装RCC吸收回回路(，它它可以有有效的抑抑制加至至继电器器的瞬态态电压和和电压指指数上升升率dvv/dtt。在设设计电路路时，建建议用户户根据负负载的有有关参数数和环境境条件，认认真计算算和试验验RC回回路的选选值。另另一个常常用的措措施是在在继电器器输出端端接入具具有特定定钳位电电压的电电压控制制器件，如如双向稳稳压二极极管或压压敏电阻阻(MOOV)。压压敏电阻阻电流值值应按下下式计算算：Immov=(Vmmax-Vmoov)/ZS其中ZSS为负载载阻抗、电电源阻抗抗以及线线路阻抗抗之和，VVmaxx、Vmmov分分别为最最高瞬态态电压、压压敏电阻阻的标称称电压，对对于常规规的2220V和和3800V的交交流电源源，推荐荐的压敏敏电阻的的标称电电压值分分别为4440-4700V和7760-8100V。在交流感感性负载载上并联联RC电电路或电电容，也也可抑制制加至SSSR输输出端的的瞬态电电压和电电压指数数上升率率。 但实验验表明，RRC吸收收回路，特特别是并并联在SSSR输输出端的的RC吸吸收回路路，如果果和感性性负载组组合不当当，容易易导致振振荡，在在负载电电源上电电或继电电器切换换时，加加大继电电器输出出端的瞬瞬变电压压峰值，增增大SSSR误导导通的可可能性，所所以，对对具体应应用电路路应先进进行试验验，选用用合适的的RC参参数，甚甚至有时时不用RRC吸收收电路更更有利。 对于容容性负载载引起的的浪涌电电流可用用感性元元件抑制制，如在在电路中中引入磁磁干扰滤滤波器、扼扼流圈等等，以限限制快速速上升的的峰值电电流。另外，如如果输出出端电流流上升变变化率(di/dt)很大，可可以在输输出端串串联一个个具有高高磁导率率的软化化磁芯的的电感器器加以限限制。通通常SSSR均设设计为“常常开”状状态，即即无控制制信号输输入时，输输出端是是开路的的，但在在自动化化控制设设备中经经常需要要“常闭闭”式的的SSRR，这时时可在输输入端外外接一组组简单的的电路，如如图5cc所示，这这时即为为常闭式式SSRR。通常SSSR均设设计为“常常开”状状态，即即无控制制信号输输入时，输输出端是是开路的的，但在在自动化化控制设设备中经经常需要要“常闭闭”式的的SSRR，这时时可在输输入端外外接一组组简单的的电路，如如图5cc所示，这这时即为为常闭式式SSRR。此外，运运用该交交流固态态继电器器还能设设计多功功能控制制电路,图3a为多多组输出出电路，当当输入为为“0”时时，三极极管BGG截止，SSSR11、SSSR2、SSSR33的输入入端无输输入电压压，各自自的输出出端断开开；当输输入为“11”时，三三极管BBG导通通，SSSR1、SSSR22、SSSR3的的输入端端有输入入电压，各各自的输输出端接接通，因因而达到到了由一一个输入入端口控控制多个个输出端端“通”、“断断”的目目的。 图3b为单单刀双掷掷控制电电路，当当输入为为“0”时时，三极极管BGG截止，SSSR11输入端端无输入入电压，输输出端断断开，此此时A点点电压加加到SSSR2的的输入端端上(UUA-UUDW应应使SSSR2输输出端可可靠接通通)，SSSR22的输出出端接通通；当输输入为“11”时，三三极管BBG导通通，SSSR1输输入端有有输入电电压，输输出端接接通，此此时A点点虽有电电压，但但UA-UDWW的电压压值已不不能使SSSR22的输出出端接通通而处于于断开状状态，因因而达到到了“单单刀双掷掷控制电电路”的的功能(注意：选择稳稳压二极极管DWW的稳压压值时，应应保证在在导通的的SSRR1“+”端的的电压不不会使SSSR22导通，同同时又要要兼顾到到SSRR1截止止时期“+”端的的电压能能使SSSR2导导通)。图 334.体会会由前述可可以看到到SSRR的性能能与电磁磁式继电电器相比比有着很很多的优优越性，特特别易于于实现计计算机的的编程控控制，因因此使得得控制的的实现更更加方便便、灵活活。但它它也存在在一些弱弱点，如如：导通通电阻(几几十)、通通态压降降(小于于2 VV)、断断态漏电电流(55100mA)等的存存在，易易发热损损坏；截截止时存存在漏电电阻，不不能使电电路完全全分开；易受温温度和辐辐射的影影响，稳稳定性差差；灵敏敏度高，易易产生误误动作；在需要要联锁、互互锁的控控制电路路中，保保护电路路的增设设，使得得成本上上升、体体积增大大。因此此，对于于SSRR具有的的独特性性能，必必须正确确的理解解和谨慎慎使用，方方能发挥挥其独特特的性能能，并确确保SSSR无故故障的工工作。通过这两两周的课课程设计计，我对对于感光光三极管管、晶闸闸管等器器件有了了更深层层次的理理解，本本次设计计并实现现了交流流固态继继电器的的相关性性能，因因此对该该交流继继电器电电路有了了更透彻彻的了解解。在这这次的设设计的过过程中也也遇到了了很多的的困难，从从选题到到完成，时时间很仓仓促，这这中间有有很多意意想不到到的难题题，也让让我很是是苦恼，不不过经过过我的不不懈努力力，问题题已经基基本弄明明白了。为为了解决决这些难难题，我我就去图图书馆或或网上查查看相关关资料。当当然这个个设计存存在很多多的不足足之处，但但重在设设计的一一个过程程，重在在设计带带给我的的知识与与经验，这这个过程程必将在在我的大大学生活活留下一一端难以以忘怀的的记忆，也也必将对对我以后后的学习习和工作作产生深深远的影影响。本本设计主主要涉及及了交流流固态继继电器中中各部分分的结构构、工作作原理以以及它们们与外电电路相连连的方法法和作用用,设计计中我对对可控硅硅开关器器件的性性能至今今仍有些些不太肯肯定，它它可能还还可以和和5555一起构构成性能能更好的的开关，因因此还需需要对它它们进行行了解，由由此我掌掌握了这这些方面面的很多多知识，并并且从某某种程度度上来说说使我对对硬件电电路的整整体设计计有了更更深层次次的了解解，学到到了很多多东西，为为以后学学习打下下了良好好的基础础。此次次的设计计是由自自己独立立设计的的，这有有助于提提高自己己的设计计和思考考能力，能能有效解解决设计计中遇到到的各种种问题，对对我以后后的工作作很有帮帮助。5.参考考文献1. 李序葆葆编，电力电电子器件件及应用用.机械械工业出出版社，1199662. 康华光光主编，电电子技术术基础（数数字部分分）.高高等教育育出版社社.，2200553. 康华光光主编，电电子技术术基础（模模拟部分分）高等等教育出出版社.，200056.附录录6.1元元器件明明细表元件特性数量位置220电阻4R1 R5R6R7330电阻3R2RR3RR4IN40007二极管5VD1-VD5508055发光二极极管2LED11-LEED22SK332655感光三极极管1NPN-PHOOTOC90114三极管1V1单向可控控硅1SCRTLC3337AA双向可控控硅1BTA1uF电容1C1220KK可变电阻阻1RU