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固态继电器和电磁继电器有什么不同?

固态继电器(SSR)是一种全电子电路组合的元件,它依靠靠半导体器件和电子元件的电、磁和光特性来完成其隔离和继电切换功能。

固态继电器与传统的电磁继电器(EMR)相比,是一种没有机械、不含运动零部件的继电器,但具有与电磁继电器本质上相同功能,从触点上分就有常开,常闭,混合型。

固态继电器按其工作性质分直流输入-交流输出型、直流输入-支流输出型、交流输入-交流输出型、交流输入-直流输出型。

按其结构分机架安装型(面板安装)、线路板安装型。

继电器是总称

他的意思就是说,继承控制,用很小的电力和电流,驱动一个设备(电动机或电磁铁)带动一个负载部件(比如电闸或接触片)让这个接触片去承载大电流。

比如我们的开关只需要12V 0.1A控制继电器,就能让继电器帮助我们接通和分断几百万伏特,电流高达几千甚至几万安培的特高压线路。

无论在什么地方,想要不让控制者或器件危险,使用继电器是最好不过了,让我们接触安全的一边,让继电器去接触危险的一边,我们只要控制继电器动作,继电器就会帮助我们连接我们不想亲自去碰的一些线路。

继电器是一个总称

还分为

接触器(专门用来控制通断,负载很大电流的继电器,但动作不快)

中间继电器(比较迅速了,一般长见的小型的都是这种)

时间继电器(用来控制时间动作的,比如晚上路灯自动亮)还有其他很多很多。用一个器件和继电器组合就得到一个新东西,比如用钟表和继电器组合得到时间继电器。

2  继电器应用环境条件

气候应力作用要素,主要指温度、湿度、大气压力(海拔高度)、沿海大气(盐雾腐蚀)、砂尘污染、化学气体和电磁干扰等要素。考虑到系统在全国各地各行业及自然环境的普遍适用性,兼顾必须长年累月可靠运行的特殊性,系统关键部位必须选用具有高绝缘、强抗电性能的全密封型(金属罩密封或塑封型,金属罩密封产品优于塑封产品)继电器产品。因为只有全密封继电器才具有优良的长期耐受恶劣环境性能、良好的电接触稳定、可靠性和稳定的切换负载能力(不受外部气候环境影响)。

2.1  温度对继电器的影响

继电器是怕热元件,高温可加速继电器内部塑料及绝缘材料的老化、触点氧化腐蚀、熄弧困难、电参数变坏,使可靠性降低,所以,要求设计时使继电器不要靠近发热元件,并有良好的通风散热条件。

继电器虽然是怕热元件,但对过低温度(如军用航空条件-55℃)也不能忽视。低温可使触点冷粘作用加剧,触点表面起露,衔铁表面产生冰膜,使触点不能正常转换,尤其是小功率继电器更为严重。试验证明,对于有些按部标生产的国产小功率继电器,虽然使用条件规定低温为-55℃,但实际上在此条件下继电器根本无法进行正常转换,建议在选择时要留有充分的余量,对于重要的军用电子整机,建议选用国军标产品。

2.2  低气压对继电器的影响

在低气压条件下,继电器散热条件变坏,线圈温度升高,使继电器给定的吸合、释放参数发生变化,影响继电器的正常工作;低气压还可使继电器绝缘电阻降低、触点熄弧困难,容易使触点烧熔,影响继电器的可靠性。对于使用环境较恶劣的条件,建议采用整机密封的办法。

2.3  机械应力对继电器的影响

主要指振动、冲击、碰撞等应力作用要素。对控制系统主要考虑的是抗地震应力作用、抗机械应力作用能力,宜选用采用平衡衔铁机构的小型中间继电器。电磁继电器的簧片均为悬梁结构,固有频率低,振动和冲击可引起谐振,导致继电器触点压力下降,容易产生瞬间断开或触点出现抖动,严重时可造成结构损坏,可动的衔铁部分可产生误动作,影响继电器的可靠性。建议在设计中尽量采取防振措施以防产生谐振。

2.4  绝缘耐压

3  激励线圈输入参量

主要是指过激励、欠激励、低压激励与高压(220V)输出隔离、温度变化影响、远距离有线激励、电磁干扰等要素,这些都是确保系统可靠运行必须认真考虑的因素。按继电器所规定的激励量激励是确保它可靠、稳定工作的必要条件。

继电器的技术条件一般对线圈的电压都给出工作电压、吸合电压、释放电压。要保证继电器的正常工作,在电路连接时,一定要保证在任何情况下都要使给定的三个电压满足技术条件规定的数值。否则,继电器无法正常转换。

3.1  关于串联供电激励方式

不少用户采用串联分压供电方式给继电器线圈施加激励量,驱动继电器动作。这种激励方式一般是不可取的。因继电器的吸合时间主要取决于回路的时间常数T,且T=L/R。当串联电阻R1给继电器线圈供电时,R=R1+R2,则有L/R2>L/(R1+R2);显然,串联R1后使T减小,继电器的吸合时间加速。特别是当R1>>R2,电压很高时,吸合时间将大大减少。运动部件的过快动作,将加大运动部件接合时的冲击、碰撞、反弹,从而增大触点回跳,加速机械磨损,降低触点的负载能力与机械寿命。因此,串联供电激励方式改变了继电器原设计所规定的正常工作状态,一般是不可取的。当触点回跳、机械磨损对实际使用不构成利害关系,且特别需要加快动作速度时,才可以采用提高激励电压或串联电阻供电激励方式。

3.2  继电器线圈串联的使用

采用多个继电器线圈串联后,再用DC 220V电源去激励,这种激励方式必须谨慎采用。

3.2.1

对相同类型、相同规格继电器产品而言,由于各线圈的阻抗(含直流电阻与瞬时感抗)大体相同,差值较小,故采用串联分压激励方式使用问题不大。实践证明也是可行的。

3.2.2

对不同类型或不同规格的继电器产品言之,由于不同继电器线圈的阻抗不一致,且差值随瞬时感抗的不同而相差很大,故串联激励瞬间,各继电器线圈上所分得的激励电压(由瞬时分压比决定)差值必然很大,势必出现有的继电器处于过压激励状态,有的则处于欠压激励状态,各继电器触点的开关时序与速度将会发生本质性变化,必然会出现动作先、后、快、慢颠倒,开关不可靠等情况。因此,不同类型、不同规格的继电器线圈不宜采用串联分压激励方式。

3.3  关于继电器线圈并联使用

在复杂的控制回路中,将2只(或多只)不同类型的继电器(如接触器K1、小型灵敏继电器K2)线圈并联使用的情况时有发生,在这种情况下,有可能产生Kl延迟释放、触点断弧能力下降,K2被反向重复激励、触点误动作等实际问题。在直流控制回路中,K1,K2线圈所贮存的磁能可能相差很大。当线圈电源失电后,K1(磁能大)的贮能将通过K2(磁能小)的线圈泄放,产生反向电流。从而导致K1释放时间延长,触点断弧速度迟缓,触点间燃弧时间延长;K2的释放时间短,随后被反向泄放电流所激励,甚至释放后瞬间重复吸合,产生误动作故障。在实际应用时应注意避免上述因疏于研究而导致的不可靠现象。

4  触点输出(换接电路)参量

主要是指触点负载性质,如灯负载,容性负载,电机负载,电感器、接触器线圈、扼流圈负载,阻性负载等;触点负载量值(开路电压量值、闭路电流量值),如低电平负载、干电路负载、小电流负载、大电流负载等。

根据被继电器驱动设备的负载性质、负载容量选用合适的继电器,是继电器可靠工作的基本条件,继电器的失效或可靠不可靠,主要指触点能否完成所规定的切换电路功能。如切换的实际负载容量大于所选用继电器规定的切换负载容量,继电器是不可能可靠工作的。

44.1  关于触点的负载

继电器触点故障是继电器失效的核心所在,当触点实际切换的负载电压小于起弧电压,电流小于lA时,特别是在中等电流(试验标准为DC

28V,0.1A)、低电平(10~30mV,l0~50μA)或干电路(指继电器触点先闭合,后接通毫伏微安级负载)条件下,触点实际工作时的失效机理、失效方式与实际切换额定功率负载全然不同。正是为了满足不同负载的不同要求,不同产品在设计、制造工艺、检测、试验要求也各不相同。因此,在实际选用继电器产品时,一定不能错误地认为:继电器的触点开关适用于从零到规定额定值的所有负载,更不能认为通过触点的实际负载比产品标准所规定的额定负载越小越可靠。例如能可靠切换220V,10A负载的触点,并不一定能可靠地切换10mA的实际负载,更不可用它去换接低电平或干电路负载。因此,对中等电流、低电平,干电路负载建议选用接触可靠性优良的金属罩全密封产品。

一般在可靠性设计中,降额设计是提高可靠性最有效的措施,对其它元器件来讲,如果不考虑其它的因素,如成本、体积等,降额越多,可靠性越高。但是,继电器与其它元器件有不同之处,并不是触点所加的负荷应力越小越可靠,这主要是由触点失效机理决定的。当触点电流使用到100毫安时,触点的电弧作用明显减弱,触点在高温条件下析出的含碳物质不能被电弧烧掉而沉积在触点表面,使触点接触电阻增大,影响接触可靠性。

当触点负荷使用在10毫安以下或50毫伏以下时,接触可靠性明显降低,因为这时电压无法击穿触点表面的膜电阻,将出现低电平失效。尤其在高温条件下,加速了触点的氧化,低电平失效表现得更为严重,所以把10毫安以上,50毫伏以下的负载称为低电平负载。

继电器的负荷应力虽然不能过小,但是,技术条件给出的负荷应力,是触点的最大额定值,是在任何情况下都不应该超过的参数。如果在使用中超过,轻者可造成寿命缩短,可靠性降低,重点可烧毁触点,造成失效。

这主要是继电器触点在大负荷下工作时所产生的飞弧导致触点被烧熔,在触点表面形成凹凸不平,形成机械咬合而无法分开,触点负荷越大,飞弧越大,触点被烧毁的可能性越大。从以上分析可知,适当的降额仍是提高继电器可靠性的有效措施。

触点负荷的正确使用,在一般情况下,负荷应设计在100毫安以上,技术指标给定的额定负荷值的百分之八十以下比较可靠。值得注意的是,继电器触点的额定负荷值是在阻性负载条件下给定的,当使用的负载是感性、容性及灯载时,可产生10倍的浪涌电流,所以如果不是阻性负载,使用时一般应按表1所示进行换算。

表1  负载换算

阻性负载电流感性负载电流电机负载电流灯泡负载电流

100%30%20%15%

4.2  关于电容负载

i=(U.T)eT

式中 U—为电容器两端电压;

R—为放电回路电阻;

T—为时间常数。

由于R约等于触点的接触电阻,趋近于零,在开始放电瞬间;i=U/R;i非常大,也就是说:电容器所储存的全部能量,在很短时间内全部通过触点泄放,从而直接导致点焊焊接失效,因此,长的传输线、消除电磁干扰用的滤波器、电源等都是强容性的。用于此类负载的继电器应结合设备特性选用。

4.3  关于继电器触点的并联使用

4.3.1

不能用触点并联的方式提高功率,有时,用一组触点不能满足电路的功率要求时,有时采用两组或多组触点并联的方式来保证电路的功率要求。但是,由于继电器触点在动作时存在小的时间差(一般两组触点动作时间相差0.1毫秒~0.2毫秒)。由此可知,先接通的一组触点将承受全部功率,处在超应力条件下进行切换,很容易被大电流形成的电弧烧毁而失效,所以,要求在使用继电器时,不能用触点并联的方式提高功率。

4.3.2

一般不采用触点并关的方式提高可靠性:在可靠性设计中,冗余设计可以提高可靠性。有些设计师利用冗余设计的原理,主观上想利用继电器触点并联的方式提高控制电路的可靠性。但是,一般控制电路的作用是利用触眯相互转换作用达到对电路的控制。如果采用触点并联的方式,接通的可靠性虽然提高了,但断开的可靠性却降低了,所以对一般用继电器控制的转换电路,采用并联方式提高可靠性是不可取的。只有对特殊要求,例如一次接通或断开就能完成规定功能的电路(如发射卫星,只要求继电器触点把火箭的点火系统接通就完成任务),采用触点并联的方式可提高可靠性。

4.4  继电器触点正确连接

4.4.1

应尽量多用动合触点、少用动断触点;在对继电器触点连接时,应尽量多采用动合触点的连接方式,少用动断触点,其原因是动合触点比动断触点在动作时的触点回跳次数少。众所周知,触点抖动对电路产生不良影响,而且缩短了触点的寿命。

4.4.2

对转换触点极性的正确连接;转换触点极性的连接对触点寿命的影响极大,正确的连接应是可动触点接电源阴极,固定触点接电源阳极。其原因是通过对两种不同连接的测试表明,在相同负载条件下,按上述正确的极性连接与相反的极性连接,其触点的燃弧时间要减短二分之一,因而提高了触点寿命

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