摘 要: 分析了電磁繼電器在使用過程中的問題，設(shè)計了基于SSR控制的三相電動機的正/反轉(zhuǎn)電路，并闡述了電路原理、電路結(jié)構(gòu)及特點。
關(guān)鍵詞： SSR；電動機；正/反轉(zhuǎn)
1 傳統(tǒng)電機正反轉(zhuǎn)控制電路的使用
在工礦企業(yè)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常使用傳統(tǒng)的電磁繼電器來實現(xiàn)三相電機的正/反轉(zhuǎn)控制。在大負荷作業(yè)過程中，由于電流較大，在正反轉(zhuǎn)切換時，如果處理不好，則會在繼電器接觸表面產(chǎn)生火花、燒毀觸點、影響接觸器的壽命。雖然繼電器采用了滅弧裝置，但效果并不理想。一段時間后，由于觸點表面接觸電阻增大，電磁繼電器在使用中將暴露出其他的問題：
(1)對沖擊、振動的環(huán)境敏感，觸點壽命短，可行性低。
(2)電磁繼電器的控制電壓范圍較窄、靈敏度低。
(3)切換速度慢，大于20 ms。
(4)因本身是線圈結(jié)構(gòu)，由于磁通是交變的，在磁通為零時，電磁吸力也為零。這對于50 Hz的交流電來說，1 s內(nèi)將有100次電磁吸力為零，這將引起鐵芯振動、產(chǎn)生機械磨擦、降低使用壽命，同時容易產(chǎn)生電磁干擾[1]。
由于這些缺點，電磁繼電器控制的三相電機電路帶給人們越來越多的不便。
2 SSR電機正反轉(zhuǎn)控制電路設(shè)計
固態(tài)繼電器SSR(Solid State Relay)由固態(tài)電子組件組成的新型無觸點電子開關(guān)，又稱固態(tài)開關(guān)。本設(shè)計電路摒棄了普通繼電器控制的電機正/反轉(zhuǎn)電路，采用集光電耦合器、大功率雙向晶閘管觸發(fā)電路、阻容吸收電路等于一體的過零型SSR元件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的線圈繼電器，設(shè)計出一種實現(xiàn)對三相電動機正/反轉(zhuǎn)的控制電路。SSR的原理圖如圖1所示[2]。
2.1 固態(tài)繼電器的工作原理及特性
2.1.1 過零型SSR工作原理
過零型SSR為四端器件，1、2為輸入端，3、4為輸出端。R0為限流電阻，光耦合器將輸入與輸出電路在電氣上隔離開，T1構(gòu)成反相器，R4、R5、T2和晶閘管T3組成過零檢測電路，UR為雙向整流橋，由T3和UR用雙向晶閘管TR開啟雙向觸發(fā)脈沖，R3、R7為分流電阻，用來保護T3、TR，R8、C組成浪涌吸收網(wǎng)絡(luò)，吸收電源中帶有的尖峰電壓或浪涌電流，防止對開關(guān)電路產(chǎn)生沖擊或干擾，其內(nèi)部電路如圖2所示[3]。
2.1.2 SSR特性
SSR成功地實現(xiàn)了弱信號對強電的控制。由于光耦合器的應(yīng)用，使控制信號所需的功率極低，而且所需的工作電平與TTL、HTL、CMOS等常用集成電路兼容，可以實現(xiàn)直接連接，從而使SSR在數(shù)控和自控設(shè)備等方面得到廣泛應(yīng)用，甚至可取代傳統(tǒng)的“線圈—簧片觸點式”繼電器。
SSR是由全固態(tài)電子元件組成，與電磁繼電器相比沒有任何可動的機械部件、機械動作，且具有無觸點、無動作噪聲、開關(guān)速度快、無火花干擾和可靠性高等優(yōu)點[4]；SSR由電路的工作狀態(tài)變換實現(xiàn)“通”和“斷”的開關(guān)功能，沒有機械接觸點，具有工作高可靠、壽命長、無動作噪聲、耐振動、耐機械沖擊、安裝位置無限制的優(yōu)點，并可用絕緣防水材料灌封做成全密封形式，達到防潮、防霉、防腐的性能，同時在防爆和防止臭氧污染方面的性能也極佳[5]。交流型SSR由于采用過零觸發(fā)技術(shù)，因而在計算機輸出接口上可以安全使用。這些特點使SSR在軍事、化工、井下采煤和各種工業(yè)民用電控設(shè)備的應(yīng)用中具有超越電磁繼電器的極大技術(shù)優(yōu)勢。
2.2 SSR控制的電動機正/反轉(zhuǎn)電路設(shè)計
2.2.1 控制電路原理圖及電路特點
采用過零型SSR作為電子開關(guān)實現(xiàn)電動機正/反轉(zhuǎn)控制，控制電路如圖3所示。通過觸發(fā)電路控制電動機的啟動、停止和正/反轉(zhuǎn)。當改變電動機轉(zhuǎn)動方向時，給出指令信號的順序是“停止—反轉(zhuǎn)—啟動”或“停止—正轉(zhuǎn)—啟動”。當電機允許時，可以在R1～R4位置接入限流電阻，以防止當兩線間的任意2只繼電器均誤接通時，限制產(chǎn)生半周線間短路電流超過繼電器所能承受的浪涌電流，從而避免燒毀繼電器等事故，確保安全性。但是正常工作時電阻將產(chǎn)生壓降和功耗。該電路建議采用額定電壓為660 V或更高一點的SSR產(chǎn)品。本設(shè)計電路不僅可用于人工控制，同時也非常適用于單片機或計算機的自動控制。
2.2.2 控制電路的工作波形
由波形圖可知，當輸入端加入輸入信號時，各SSR均是在各相電壓過零時導(dǎo)通，使負載上的電壓與三相電源電壓同步，工作波形如圖4所示。
對該設(shè)計電路的分析表明，該電路設(shè)計是SSR繼電器在應(yīng)用領(lǐng)域尤其是電機控制領(lǐng)域的創(chuàng)新。電路在抗干擾、噪聲、運行平穩(wěn)性等方面明顯優(yōu)于電磁繼電器控制的電機正/反轉(zhuǎn)電路。此外，由于所用元件SSR沒有機械接觸觸點，對環(huán)境的適應(yīng)性更強；運行中對電網(wǎng)產(chǎn)生的干擾小，而且由于SSR所需的工作電平與TTL、HTL、CMOS等常用集成電路兼容，可以實現(xiàn)直接連接，更加適用于自動控制領(lǐng)域。但在實際應(yīng)用時，由于SSR的電流容量隨環(huán)境溫度的升高而降低，因此工作電流較大時應(yīng)加散熱片。
參考文獻
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[3] 康清華.固態(tài)繼電器的應(yīng)用淺析[J]．科技資訊，2007(4).
[4] 呂艷玲，趙玉林，徐建華，等．基于固態(tài)繼電器的配電變壓器自動穩(wěn)壓裝置[J]．電力系統(tǒng)自動化，2003，27(24)：74-77.
[5] AvaGO公司．固態(tài)繼電器的選擇和應(yīng)用[J]．世界電子元器件，2008(3)：62-65.