電氣控制與工程第八章-電磁繼電器固態(tài)繼電器和軟啟動(dòng)器課件

1、8.1 電磁繼電器（EMR）繼電器是根據(jù)一定的信號(hào)（電流、電壓、時(shí)間和速度等物理量）變化來接通或分?jǐn)嘈‰娏麟娐返淖詣?dòng)控制電器。繼電器一般不直接控制主電路，而是通過接觸器或其他電器來對(duì)主電路進(jìn)行控制。繼電器的種類很多，但是根據(jù)其工作原理不同可分為電磁繼電器和固態(tài)繼電器兩大類。8.1 電磁繼電器（EMR）電磁繼電器是利用電磁機(jī)構(gòu)帶動(dòng)觸點(diǎn)單元閉合或斷開電路的繼電器。電磁繼電器廣泛用于工業(yè)和民用的控制設(shè)備中，主要包括通用繼電器、中間繼電器、干簧繼電器，還有幾種專用繼電器，例如電壓繼電器、電流繼電器、時(shí)間繼電器等。 圖8-0 電磁繼電器和固態(tài)繼電器固態(tài)繼電器工作狀態(tài)指示燈電磁繼電器線圈電磁繼電器觸點(diǎn)a)

2、 電磁繼電器b) 固態(tài)繼電器8.1.1 通用型繼電器通用型繼電器是將一個(gè)輸入信號(hào)變成多個(gè)輸出信號(hào)或?qū)⑿盘?hào)放大（即增大觸頭容量），起到中間轉(zhuǎn)換（傳遞、放大、翻轉(zhuǎn)、分路和記憶等）作用，通常具有多對(duì)常開常閉觸點(diǎn)（24對(duì)觸點(diǎn)）的電磁繼電器，其觸點(diǎn)額定電流為515A，一般為插件式，可直接插在標(biāo)準(zhǔn)插座上，插座安裝在導(dǎo)軌上，損壞時(shí)只需更換插頭部分，價(jià)格低廉，維修方便，如圖81所示。圖81 通用繼電器插座圖8-2 繼電器工作原理8.1.1 通用型繼電器通用型繼電器的工作原理如圖82所示，它利用電磁鐵線圈通電產(chǎn)生電磁力吸合銜鐵，銜鐵又帶動(dòng)觸點(diǎn)動(dòng)作，使常開觸點(diǎn)閉合、常閉觸點(diǎn)斷開。常用線圈電壓等級(jí)為12V、24V、

3、220V、380V等，觸點(diǎn)可以連接交流負(fù)載，也可以連接直流負(fù)載。但在使用時(shí)需注意：觸點(diǎn)額定電流一般是指在交流負(fù)載情況下的承載電流，當(dāng)承載直流負(fù)載時(shí)應(yīng)降低容量使用。例如，額定交流電流為15A的繼電器，當(dāng)連接直流負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流應(yīng)限制在810A左右。8.1.1 通用型繼電器觸點(diǎn)是繼電器的執(zhí)行部分，有接通和斷開電路的作用。大部分繼電器的觸點(diǎn)組合形式為單極單投（SPST）、雙極雙投（DPDT）和三極雙投（3PDT）等，如圖83單極單投雙斷所示。圖中的符號(hào)如表81所示。圖83 觸點(diǎn)的組合形式單投雙投單極雙極雙極單投雙斷三極單投單斷三極雙投雙斷單極單投單斷單極單投雙斷單斷雙斷表81 觸點(diǎn)組合符號(hào)表符號(hào)意

4、義符號(hào)意 義SB一個(gè)斷點(diǎn)斷開一個(gè)電路（單斷）DB兩個(gè)斷點(diǎn)斷開一個(gè)電路 (雙斷)SP同時(shí)接通/斷開一個(gè)電路（單極）DP同時(shí)接通/斷開兩個(gè)電路(雙極)3P同時(shí)接通/斷開三個(gè)電路(三極)ST一個(gè)接通位置（單投）DT二個(gè)接通位置（雙投）NO常開觸點(diǎn)NC常閉觸點(diǎn)8.1.2 中間繼電器中間繼電器的原理和作用與通用型繼電器相似，也是利用電磁鐵線圈的通斷使觸點(diǎn)發(fā)生接通和斷開動(dòng)作，它的主要作用是控制中間線路或其他小功率電氣裝置的通斷，在主電路動(dòng)作前起中繼作用或發(fā)出信號(hào)給其他電路。常具有多對(duì)常開常閉觸點(diǎn)（通常有28對(duì)觸點(diǎn)），其觸點(diǎn)額定電流為1020A，外形如圖84所示，觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)如圖85所示。常閉觸點(diǎn)常開觸點(diǎn)圖85

5、 常開常閉觸點(diǎn)線圈得電時(shí)的受力方向某些中間繼電器可以進(jìn)行功能擴(kuò)展，例如可附加延時(shí)功能，增加了使用的靈活性。如圖85所示，只要將接線端子的連接片旋轉(zhuǎn)180，即可將常開觸點(diǎn)更換為常閉觸點(diǎn)。還可增加輔助觸點(diǎn)。圖86 （a）中間繼電器的電氣符號(hào) （b）繼電器的型號(hào)含義8.1.3 干簧繼電器干簧繼電器是近年發(fā)展起來的一種新型密封觸點(diǎn)繼電器，其主要部件是由鐵鎳合金制成的舌簧片，它既能導(dǎo)磁又能導(dǎo)電。舌簧片封裝在充有惰性氣體的玻璃管內(nèi)，以防表面氧化。為了提高觸點(diǎn)的可靠性和減小接觸電阻，通常在觸點(diǎn)表面鍍有導(dǎo)電性能良好的貴金屬銠、鉑等，當(dāng)觸點(diǎn)閉合時(shí)觸點(diǎn)電阻小于0.1，結(jié)構(gòu)如圖87所示。磁鐵干簧繼電器 負(fù)載干簧繼電

6、器 負(fù)載端子觸點(diǎn)真空密封固定鐵銜鐵銜鐵復(fù)位彈簧觸點(diǎn)彈簧觸點(diǎn)止擋尖端固定氣隙圖87 干簧繼電器8.1.3 干簧繼電器干簧繼電器的操作方式很獨(dú)特，它是在外部磁場(chǎng)（磁場(chǎng)可以是永久磁鐵產(chǎn)生的也可以是直流電磁鐵產(chǎn)生的單方向磁場(chǎng)）的作用下，干簧觸點(diǎn)閉合，當(dāng)磁場(chǎng)遠(yuǎn)離的時(shí)候，彈簧使干簧觸點(diǎn)復(fù)位斷開。交流電磁鐵不能用作干簧繼電器的作用磁場(chǎng)，因?yàn)楦苫衫^電器的簧片反應(yīng)很快，當(dāng)磁場(chǎng)過零換向時(shí)，觸點(diǎn)會(huì)頻繁閉合斷開。 8.1.3 干簧繼電器 磁場(chǎng)的作用方式很多，主要有四種，分別是：位移工作狀態(tài)，如圖88所示。旋轉(zhuǎn)工作狀態(tài)，如圖89所示。屏蔽工作狀態(tài)，如圖810所示。偏置工作狀態(tài)，如圖811所示。 圖88 位移工作狀態(tài) 環(huán)

7、形磁鐵條形磁鐵2極環(huán)形磁鐵4極環(huán)形磁鐵圖89 旋轉(zhuǎn)工作狀態(tài)高導(dǎo)磁性材料圖810 屏蔽工作狀態(tài) 工作磁鐵 固定磁鐵圖811 偏置工作狀態(tài)8.1.3 干簧繼電器在位移工作方式中，磁鐵都是在與干簧繼電器相接近到一定程度后，干簧繼電器觸點(diǎn)閉合。在旋轉(zhuǎn)工作方式中，需注意磁力線的方向與繼電器相平行時(shí)觸點(diǎn)閉合，相垂直時(shí)觸點(diǎn)打開。當(dāng)然，也可以磁鐵固定，旋轉(zhuǎn)干簧繼電器。8.1.3 干簧繼電器在屏蔽工作狀態(tài)，通常在繼電器與磁鐵中間安裝一個(gè)可移動(dòng)的高導(dǎo)磁材料，例如鐵、鈷、鎳等。當(dāng)高導(dǎo)磁性材料處于磁場(chǎng)中時(shí)，會(huì)起到屏蔽的作用，這時(shí)繼電器觸點(diǎn)打開。在偏置工作方式中，工作磁鐵與固定磁鐵的擺放方式相反，所以磁場(chǎng)方向也相反，當(dāng)

8、工作磁鐵與干簧繼電器接近時(shí)，兩磁場(chǎng)相互抵消，干簧繼電器觸點(diǎn)打開，當(dāng)工作磁鐵與干簧繼電器遠(yuǎn)離時(shí)，觸點(diǎn)閉合。8.1.3 干簧繼電器干簧繼電器已廣泛的應(yīng)用于工業(yè)和民用很多領(lǐng)域，例如用于液位檢測(cè)、流量檢測(cè)、汽車的安全帶檢測(cè)、轉(zhuǎn)速檢測(cè)、安全氣囊檢測(cè)中。如圖812所示，正常行駛時(shí)，磁鐵和干簧繼電器處于遠(yuǎn)離的位置，即干簧繼電器觸點(diǎn)處于打開狀態(tài)。當(dāng)車禍發(fā)生時(shí)，沖擊傳感器檢測(cè)到足夠的沖擊量，使磁鐵位置發(fā)生改變，干簧繼電器觸點(diǎn)在磁場(chǎng)的作用下閉合，觸點(diǎn)接通安全氣囊打開電路，安全氣囊及時(shí)打開，挽救了駕駛員的生命。圖8-12 a)干簧繼電器在汽車安全氣囊中的應(yīng)用氮?dú)鈿饽腋苫衫^電器方向盤膨脹器圖8-12b)圖8-12圖8

9、13 斷線檢測(cè)紡織纖維磁鐵 干簧管干簧繼電器用于紡織機(jī)械的斷線檢測(cè)如圖813所示。在紡織機(jī)械中，一旦出現(xiàn)斷線就會(huì)產(chǎn)生次品，所以斷線檢測(cè)是非常必要的。圖8-13中，正常情況下磁鐵被纖維向上拉起，斷線時(shí)磁鐵下落到干簧管上，使干簧管觸點(diǎn)閉合，或報(bào)警或停機(jī)。 8.1.3 干簧繼電器8.1.3 干簧繼電器紡織廠的環(huán)境惡劣，水汽和灰塵都會(huì)使很多檢測(cè)元件出現(xiàn)誤檢測(cè)。而對(duì)于干簧繼電器來說其具有全密封的結(jié)構(gòu)，甚至可以在水中正常工作，在這種場(chǎng)合它的優(yōu)勢(shì)凸現(xiàn)出來。干簧繼電器在生活中的應(yīng)用也很廣泛，例如在跑步機(jī)計(jì)步器、門鈴、加濕器、電飯鍋、煤氣表中都有使用。8.1.4 電流繼電器根據(jù)線圈中電流大小而動(dòng)作的繼電器稱為電

10、流繼電器。使用時(shí)電流繼電器的線圈與被測(cè)電路串聯(lián)，用來反映電路電流的變化。為了使接入繼電器線圈后，不影響電路正常工作，其線圈匝數(shù)少，導(dǎo)線粗，阻抗小。8.1.4 電流繼電器1過電流繼電器高于電流整定值而動(dòng)作的繼電器稱為過電流繼電器，常用于電動(dòng)機(jī)的過載及短路保護(hù)。通常交流過電流繼電器的吸合電流I0=（1.13.5）IN，直流過電流繼電器的吸合電流I0=（0.753）IN。由于過電流繼電器在出現(xiàn)過電流時(shí)銜鐵吸合動(dòng)作，其觸頭用來切斷電路，故過電流繼電器無釋放電流值。8.1.4 電流繼電器2欠電流繼電器低于電流整定值而動(dòng)作的繼電器稱為欠電流繼電器，常用于直流電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)控制及失磁保護(hù)。直流欠電流繼電器的吸合

11、電流與釋放電流調(diào)節(jié)范圍I0=（0.30.65）IN和Ir=（0.10.2）IN。正常工作時(shí)，繼電器線圈流過負(fù)載額定電流，銜鐵吸合動(dòng)作；當(dāng)負(fù)載電流降低至繼電器釋放電流時(shí)，銜鐵釋放，帶動(dòng)觸頭動(dòng)作。欠電流繼電器在電路中起欠電流保護(hù)作用。圖814 電流繼電器的電氣符號(hào)8.1.5電壓繼電器根據(jù)線圈兩端電壓大小而動(dòng)作的繼電器稱為電壓繼電器。線圈與負(fù)載并聯(lián)，以反映負(fù)載電壓，其線圈匝數(shù)多而導(dǎo)線細(xì)。分為過電壓、欠電壓、零電壓繼電器。過電壓繼電器通常在電壓為1.1倍額定電壓以上時(shí)動(dòng)作，以對(duì)電路進(jìn)行過電壓保護(hù)；欠電壓（或零壓）繼電器在電壓低于設(shè)定值時(shí)動(dòng)作，對(duì)電路進(jìn)行欠電壓（或零壓）保護(hù)。電壓繼電器在電路中的符號(hào)如圖

12、8-15所示。常用的過電壓繼電器為JT4A系列，其動(dòng)作電壓在105%120%額定電壓范圍可調(diào)。常用的欠電壓繼電器和零電壓繼電器有JT4P系列，欠電壓繼電器的動(dòng)作電壓在 40%70%額定電壓范圍內(nèi)可調(diào)，零電壓繼電器的動(dòng)作電壓在5%25%額定電壓范圍內(nèi)可調(diào)。圖8-15 電壓繼電器的電氣符號(hào)8.1.6時(shí)間繼電器繼電器輸入信號(hào)輸入后，經(jīng)一定的延時(shí)，才有輸出信號(hào)的繼電器稱為時(shí)間繼電器。對(duì)于電磁式時(shí)間繼電器，當(dāng)電磁線圈通電或斷電后，經(jīng)一段時(shí)間延時(shí)，觸頭狀態(tài)才發(fā)生變化，即觸頭延時(shí)動(dòng)作。根據(jù)工作原理可分為空氣阻尼式、電動(dòng)式、晶體管式及時(shí)鐘式等幾大類。根據(jù)延時(shí)方式可分為：通電延時(shí)型、斷電延時(shí)型和通斷電延時(shí)型。1

13、.空氣阻尼式時(shí)間繼電器空氣阻尼式時(shí)間繼電器利用空氣通過小孔時(shí)產(chǎn)生阻尼的原理獲得延時(shí)動(dòng)作，類似于自行車的打氣管。如果打氣管的氣孔很小，則移動(dòng)相同的距離所需要的時(shí)間就長；反之,氣孔很大，則需要的時(shí)間就短。所以調(diào)節(jié)進(jìn)氣孔的大小就可以控制延時(shí)時(shí)間?？諝庾枘崾綍r(shí)間繼電器由電磁機(jī)構(gòu)、延時(shí)機(jī)構(gòu)和觸點(diǎn)系統(tǒng)組成。當(dāng)線圈得電后，鐵心與銜鐵吸合，推板在反力彈簧的作用下，帶動(dòng)橡皮膜向右移動(dòng)，此時(shí)瞬時(shí)觸點(diǎn)動(dòng)作。因橡皮膜隔開的兩部分氣室的壓力不平衡，使推板運(yùn)動(dòng)的快慢受到進(jìn)氣速度的影響，隨著進(jìn)氣孔進(jìn)氣，推板繼續(xù)向右移動(dòng)，最終推動(dòng)推桿使延時(shí)觸點(diǎn)動(dòng)作。當(dāng)線圈斷電時(shí)，銜鐵在恢復(fù)彈簧作用下將推板迅速向左移動(dòng)，控制排氣孔的單向閥打開

14、，迅速排氣，使瞬時(shí)觸點(diǎn)和延時(shí)觸點(diǎn)迅速復(fù)位。2.晶體管式時(shí)間繼電器晶體管式時(shí)間繼電器常用的有阻容式，它利用RC電路中電容電壓不能躍變，只能按指數(shù)規(guī)律逐漸變化的原理獲得延時(shí)。因此只要改變電路的時(shí)間常數(shù)即可改變延時(shí)時(shí)間。晶體管式時(shí)間繼電器如圖8-17所示其定時(shí)時(shí)間的設(shè)定使用表盤上的紅色指針來調(diào)節(jié)。時(shí)間繼電器多用調(diào)節(jié)電阻的方法來改變延時(shí)時(shí)間，工作原理如圖818所示。晶體管式時(shí)間繼電器具有延時(shí)范圍廣、體積小、精度高和壽命長的優(yōu)點(diǎn)，但抗干擾性能差。圖8-17 晶體管式時(shí)間繼電器圖818 晶體管式時(shí)間繼電器工作原理圖819 時(shí)鐘式繼電器的工作原理3時(shí)鐘式時(shí)間繼電器時(shí)鐘式時(shí)間繼電器如圖819所示，類似于生活中

15、的鬧鐘，可以按照時(shí)間設(shè)置觸點(diǎn)動(dòng)作，觸點(diǎn)可以是常開型，也可以是常閉型。有的還可以是多組觸點(diǎn)。8.1.6時(shí)間繼電器對(duì)于時(shí)間繼電器，當(dāng)線圈得電時(shí)，其延時(shí)閉合常開觸點(diǎn)要延時(shí)一段時(shí)間才閉合，延時(shí)斷開常閉觸點(diǎn)要延時(shí)一段時(shí)間才斷開；當(dāng)線圈失電時(shí)，其延時(shí)閉合常開觸點(diǎn)迅速斷開，延時(shí)斷開常閉觸點(diǎn)迅速閉合；對(duì)于斷電延時(shí)型時(shí)間繼電器，當(dāng)線圈得電時(shí)，其延時(shí)斷開常開觸點(diǎn)迅速閉合，延時(shí)閉合常閉觸點(diǎn)迅速斷開；當(dāng)線圈失電時(shí)，其延時(shí)斷開常開觸點(diǎn)延時(shí)一段時(shí)間后才斷開，延時(shí)閉合常閉觸點(diǎn)要延時(shí)一段時(shí)間后才閉合。4時(shí)間繼電器的電氣符號(hào)瞬時(shí)斷開延時(shí)閉合常閉觸點(diǎn) 瞬時(shí)斷開延時(shí)閉合常開觸點(diǎn) 瞬時(shí)閉合延時(shí)打開常開觸點(diǎn)表82 時(shí)間繼電器的常見故障

16、和處理方法序號(hào)時(shí)間繼電器類型可 能 原 因處 理 方 法1空氣阻尼式（1）空氣室裝配不嚴(yán)、漏氣（2）因灰塵氣道堵塞（3）橡皮膜老化（4）安裝方向不對(duì)，造成空氣室工作狀態(tài)改變（1）拆開重新裝配（2）清理灰塵，重新裝配（3）更換橡皮膜（4）拆開重新裝配2晶體管式（1）調(diào)節(jié)延時(shí)時(shí)間的電位器工作不穩(wěn)定（2）元件損壞（3）電路板虛焊（4）插頭與插座接觸不良（1）用少量汽油或無水酒精滴入電位器清洗或更換電位器（2）更換損壞的元件（3）檢查電路板（4）檢查插頭與插座，并使其接觸良好3時(shí)鐘式（1）時(shí)鐘機(jī)構(gòu)故障（2）有灰塵或污物進(jìn)入（3）插頭與插座接觸不良（1）檢修時(shí)鐘機(jī)構(gòu)（2）重新清理機(jī)構(gòu)（3）檢查插頭與插座

17、，并使其接觸良好8.1.7電磁繼電器的壽命可分為電壽命和機(jī)械壽命。電壽命是觸點(diǎn)在全負(fù)載狀態(tài)下能正常通斷電路的次數(shù)，一般約為100,000500,000次；機(jī)械壽命是不加負(fù)載情況下觸點(diǎn)接通斷開的次數(shù)，一般約為1000,00010,000,000次。觸點(diǎn)的電壽命少于機(jī)械壽命主要是因?yàn)殡娀〉挠绊憽ｋ娀∈且环N氣體放電過程，在觸點(diǎn)分?jǐn)嚯娐返乃查g，在間隙很小時(shí)，觸點(diǎn)間形成很高的電場(chǎng)，發(fā)射出大量的自由電子，電子向陽極運(yùn)動(dòng)，撞擊氣體原子，使氣體電離，溫度逐漸升高，又促使熱電子發(fā)射，在觸點(diǎn)間形成熾熱的電子流，即電弧。如圖821所示。電弧 觸點(diǎn)觸點(diǎn)斷開時(shí)產(chǎn)生電弧圖821 電弧的產(chǎn)生過程8.1.7電磁繼電器的壽命電

18、弧所發(fā)出的大量的熱會(huì)損壞觸點(diǎn)，甚至燒毀觸點(diǎn)。所以在大型的開關(guān)元件上必須要考慮滅弧措施，例如在接觸器上使用滅弧罩等。在繼電器上由于電流比較小，沒有滅弧罩，通常在電路上考慮保護(hù)措施。在直流電路中，通常使用二極管進(jìn)行續(xù)流。在交流電路中，使用壓敏電阻或者吸收電路（電阻電容串聯(lián)），如圖822所示。圖8-22 直流/交流電路中的消弧電路a)直流電路b)交流電路8.1.8觸點(diǎn)觸點(diǎn)材質(zhì)一般為純銀、鍍銀、鍍金或鎢等，也可以使用銀鎘合金代替純銀，使用在電流較大，電壓超過12V的電路中。鍍金觸點(diǎn)具有很好的導(dǎo)電性，一般使用在較頻繁通斷，但是電流小于1A的電路中。鎢觸點(diǎn)適用于高電壓的電路中，因?yàn)殒u的熔點(diǎn)很高，抗弧特性較

19、強(qiáng)。8.1.8觸點(diǎn)在繼電器的故障中，觸點(diǎn)故障占很大比例。觸點(diǎn)表面的氧化膜和污物會(huì)使接觸電阻增加，從而造成觸點(diǎn)燒毀。觸點(diǎn)還會(huì)被浪涌電流燒毀，例如，100瓦的白熾燈，額定電流約為0.5A，如果按照額定電流選取繼電器觸點(diǎn)的話，其電流為2A即能滿足要求。但是在冷態(tài)時(shí)，白熾燈的電阻很小，開關(guān)剛剛接通時(shí)電流很大約為8A左右，這么大的電流會(huì)造成繼電器觸點(diǎn)燒毀或者使用壽命減少。所以在電路中有較大的浪涌電流時(shí)，應(yīng)考慮使用較大容量等級(jí)的觸點(diǎn)。8.1.9電磁繼電器的日常維護(hù)（1）檢查使用環(huán)境，對(duì)于多塵場(chǎng)所，應(yīng)選用帶密封罩殼的全封閉型繼電器；對(duì)于濕熱地區(qū)，應(yīng)選用濕熱式繼電器（型號(hào)中帶有TH的）；對(duì)于有強(qiáng)烈振動(dòng)或有腐蝕

20、性氣體的的場(chǎng)所，應(yīng)對(duì)繼電器增加防護(hù)措施。（2）檢查繼電器能否適應(yīng)動(dòng)作頻率的要求，動(dòng)作頻率過高會(huì)燒毀繼電器。（3）檢查繼電器安裝是否牢固，螺絲有無松動(dòng)。8.1.9電磁繼電器的日常維護(hù)（4）清除觸點(diǎn)上的灰塵、油垢，檢查觸頭磨損程度。當(dāng)觸頭磨損至13厚度時(shí)應(yīng)及時(shí)更換。（5）線圈加上額定電壓后觸點(diǎn)應(yīng)能可靠吸合；線圈失電后，觸點(diǎn)應(yīng)能可靠釋放。（6）吸合時(shí)，繼電器無較高的溫升，無異常的火花，無較大的噪聲。8.2 固態(tài)繼電器（SSR）固態(tài)繼電器（SSR）是近年來發(fā)展起來的一種新型電子繼電器，它利用電子元件的開關(guān)特性，可達(dá)到無觸點(diǎn)無火花地接通和斷開電路的目的，因此又稱為“無觸點(diǎn)開關(guān)”。隨著電力電子器件的發(fā)展，

21、固態(tài)繼電器反應(yīng)快速、體積小、壽命長的特點(diǎn)越顯突出，在許多領(lǐng)域大有取代電磁繼電器的態(tài)勢(shì)。圖823示出了一種單相固態(tài)繼電器。圖8-23 固態(tài)繼電器8.2.1固態(tài)繼電器的分類過零型SSR的工作過程：當(dāng)控制電壓有效，且負(fù)載上的電壓過零（電壓只有幾伏）時(shí)，SSR導(dǎo)通；當(dāng)控制電壓失效，負(fù)載電流低于雙向晶閘管的維持電流時(shí)，SSR關(guān)斷。如圖824所示。過零型SSR常用于阻性負(fù)載，例如加熱器、電熨斗、計(jì)算機(jī)接口電路等。隨機(jī)型SSR的工作過程：當(dāng)控制電壓有效時(shí)，SSR立即導(dǎo)通；當(dāng)控制電壓失效，負(fù)載電流低于雙向晶閘管的維持電流時(shí)，SSR關(guān)斷。如圖825所示。隨機(jī)型SSR常用于控制感性負(fù)載，例如接觸器、電磁閥、電磁制

22、動(dòng)器、啟動(dòng)器、單相電動(dòng)機(jī)和小型三相電動(dòng)機(jī)，也可用于計(jì)算機(jī)接口和調(diào)相控制。8.2.1固態(tài)繼電器的分類峰值型SSR的工作過程：當(dāng)控制電壓有效，負(fù)載電壓到達(dá)峰值時(shí)，SSR立即導(dǎo)通；當(dāng)控制電壓失效，負(fù)載電流低于雙向晶閘管的維持電流時(shí)，SSR關(guān)斷。如圖826所示。峰值型SSR常用于變壓器和重感性負(fù)載，例如大型電動(dòng)機(jī)、直流負(fù)載、感性照明燈、電磁閥以及直流電動(dòng)機(jī)等。其優(yōu)點(diǎn)是可以限制第一個(gè)半波的電流。8.2.1固態(tài)繼電器的分類模擬型SSR可以看作在額定電壓范圍內(nèi)，開關(guān)能夠連續(xù)的輸出電壓值。即輸出電壓可 以成為控制電壓的函數(shù)，控制電壓可以以斜坡的形式控制輸出電壓從小逐漸加大。當(dāng)控制電壓失效，負(fù)載電流低于雙向晶閘

23、管的維持電流時(shí)，SSR關(guān)斷，如圖827所示。例如，控制電壓從0到5VDC，輸出電壓成比例的逐漸增大，但是輸出電壓和輸入電壓之間是非線性的關(guān)系，具體可參照生產(chǎn)廠家的說明書。模擬型SSR適用于閉環(huán)控制，也可以用于大功率的白熾燈啟動(dòng)電路，能夠減小浪涌電流。 圖8-24 過零型SSR 圖8-25 隨機(jī)型SSR返回58返回58返回59返回608.2.2固態(tài)繼電器的內(nèi)部組成電路固態(tài)繼電器由三個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成，分別是輸入電路、控制電路和輸出電路（負(fù)載電路）。每個(gè)環(huán)節(jié)的電路形式也是多種多樣的，如圖828所示。1輸入電路：SSR的輸入電路的功能類似于電磁繼電器的線圈。當(dāng)輸入電壓高于額定值時(shí)，相當(dāng)于線圈得電，額定輸入電

24、壓可以為固定值，例如12V，DC。大部分固態(tài)繼電器的輸入電壓額定值是一個(gè)范圍，例如332V，DC。這樣使固態(tài)繼電器能靈活的在各種電路中使用，例如常見的輸入電路可以是機(jī)械觸點(diǎn)式、晶體管式、數(shù)字門電路等。固態(tài)繼電器的優(yōu)點(diǎn)是可以直接與數(shù)字門電路接口。8.2.2固態(tài)繼電器的內(nèi)部組成電路2控制電路：根據(jù)固態(tài)繼電器的類型，控制電路可分為過零型、隨機(jī)型、峰值型和模擬型。3輸出電路：又稱為負(fù)載電路，它的功能類似于電磁繼電器的觸點(diǎn)，但是固態(tài)繼電器的觸點(diǎn)通常只有一對(duì)，而電磁繼電器可以有多對(duì)觸點(diǎn)。固態(tài)繼電器常用晶閘管作為輸出電路。根據(jù)負(fù)載的不同，可以使用不同的輸出電路，例如：晶閘管電路適用于大電流的直流負(fù)載；雙向晶

25、閘管電路適用于小電流的交流負(fù)載；晶體管電路適用于小電流的直流負(fù)載；反并聯(lián)晶閘管電路散熱性能較雙向晶閘管好，適用于大電流的交流負(fù)載；整流橋+晶閘管電路適用于小電流的交流負(fù)載。圖828 SSR的組成電路雙向晶閘管控制交流負(fù)載整流橋+晶閘管控制交流負(fù)載返回638.2.3 固態(tài)繼電器的控制方式1兩線控制固態(tài)繼電器在這種控制方式下可以像按鈕一樣作點(diǎn)動(dòng)控制。如圖829所示。輸入電路由按鈕控制，當(dāng)按鈕按下時(shí)輸出電路使負(fù)載得電，按鈕松開時(shí)，輸出電路使負(fù)載失電。交流輸出電路8.2.3 固態(tài)繼電器的控制方式2三線記憶控制 固態(tài)繼電器可以利用晶閘管的鎖存功能實(shí)現(xiàn)記憶控制。如圖830所示，電路中啟動(dòng)按鈕按下后，門極電

26、路觸發(fā)晶閘管使之鎖存于導(dǎo)通狀態(tài)，即使按鈕松開，晶閘管還是保持導(dǎo)通狀態(tài)。此時(shí)固態(tài)繼電器輸出電路使負(fù)載得電。當(dāng)松開按鈕時(shí)，晶閘管關(guān)斷，輸出電路使負(fù)載失電。8.2.3 固態(tài)繼電器的控制方式3.等效常閉控制固態(tài)繼電器一般均為常開控制，為使用方便，可以做成等效的常閉控制。如圖831所示，當(dāng)停止按鈕松開時(shí)，固態(tài)繼電器的輸入電路始終得電，輸出電路使負(fù)載保持得電狀態(tài)；當(dāng)按鈕按下時(shí)，輸入電路被短路失電，輸出電路使負(fù)載失電。圖8-31 等效常閉控制固態(tài)繼電器 交流負(fù)載交流負(fù)載SSR觸點(diǎn)停止按鈕直流電源交流電路8.2.3 固態(tài)繼電器的控制方式4. 晶體管控制如圖832所示，輸入電路與NPN型晶體管相連，NPN型晶體

27、管由數(shù)字集成電路控制，當(dāng)基極電流使三極管導(dǎo)通時(shí)，相當(dāng)于輸入端被短路，固態(tài)繼電器輸入電路失電，輸出電路處于斷開狀態(tài)；反之輸入電路得電，輸出電路閉合，負(fù)載得電。圖8-32 晶體管控制固態(tài)繼電器 交流負(fù)載集成電路NPN型直流電源交流電路集成電路SSR觸點(diǎn)交流負(fù)載晶體管控制電路8.2.3 固態(tài)繼電器的控制方式5. 串/并聯(lián)控制SSR 多個(gè)固態(tài)繼電器可以進(jìn)行串、并聯(lián)。也可以使用多觸點(diǎn)的固態(tài)繼電器完成并聯(lián)。并聯(lián)電路如圖8-33所示，串聯(lián)電路如圖8-34所示。圖8-34 SSR串聯(lián)8.2.4固態(tài)繼電器的散熱問題固態(tài)繼電器是半導(dǎo)體器件，溫度對(duì)性能影響很大，隨著溫度的升高，SSR的故障率逐漸增加。如圖835所示

28、。當(dāng)環(huán)境溫度高于40，每上升10，SSR的故障率增加一倍。制造商會(huì)在說明書中標(biāo)明 SSR的最高使用溫度。為了保證SSR能正常工作，常常要采取散熱措施，散熱器可根據(jù)負(fù)載電流選擇。除了環(huán)境溫度外，還要考慮SSR自身的發(fā)熱，以及周圍有無熱源，是否通風(fēng)不暢，是否暴露在室外等因素。 1010繼電器壽命 108 106 104 102255075100 125溫度（）圖835 SSR在不同溫度下的操作次數(shù)圖8-36 熱阻系數(shù)1.如何選擇散熱器 對(duì)于散熱器的性能，我們常用熱阻來表示，熱阻（Rth）的單位是（oC/W），它的大小表示散熱器的散熱能力。熱阻越小，表示散熱能力越高，如圖836所示。散熱器應(yīng)采用高導(dǎo)

29、熱材料，銀、銅和鋁的導(dǎo)熱效果很好，但是相對(duì)來說鋁的價(jià)格低，所以使用鋁或鋁合金做散熱器最為廣泛。 散熱器風(fēng)扇圖8-37 散熱器SSR2. 安裝散熱器保持散熱通道越短越好。散熱器要安裝在發(fā)熱最大的表面上。為了增加SSR和散熱片之間的接觸面積，利于散熱，安裝前應(yīng)涂抹導(dǎo)熱硅脂。選擇散熱器與SSR之間最光滑的表面來安裝散熱器，而且要確保接觸緊密。選擇具有散熱翼的散熱片，散熱效果更好。要確保散熱方向不重疊，避免散熱器之間相互影響。8.2.5 固態(tài)繼電器的電流和電壓?jiǎn)栴}1.過電流固態(tài)繼電器不允許長時(shí)間超過額定電流，可以使用快速熔斷器對(duì)它進(jìn)行短路保護(hù)。如圖838所示。2.過電壓電氣線路中的浪涌電壓可能會(huì)使SS

30、R短時(shí)誤導(dǎo)通，造成事故；為了避免誤動(dòng)作，可以在SSR的輸出端安裝壓敏電阻。壓敏電阻的額定電壓應(yīng)高于電源電壓10以上。如圖839所示。 散熱器散熱器 SSR SSR壓敏電阻 壓敏電阻負(fù)載負(fù)載圖8-38 SSR的過流保護(hù) 圖8-39 SSR的過壓保護(hù)熔斷器8.2.5 固態(tài)繼電器的電流和電壓?jiǎn)栴}8.2.5 固態(tài)繼電器的電流和電壓?jiǎn)栴}3.壓降 觸點(diǎn)壓降對(duì)于固態(tài)繼電器來說是不可避免的。壓降會(huì)使繼電器發(fā)熱，而且電流越大發(fā)熱量越大。SSR的壓降范圍從1V到1.6V，對(duì)于小電流的負(fù)載（小于1A），發(fā)熱量可以自然散發(fā)掉；對(duì)于大電流的負(fù)載，就必須考慮采用附加散熱措施。見表83所示。例如，負(fù)載電流為1A，壓降為2V

31、時(shí)，SSR的功耗是2W，這個(gè)熱量繼電器自身可以散發(fā)掉；當(dāng)電流為20A時(shí)，同樣2V的壓降，SSR所產(chǎn)生的熱量為40W，這個(gè)熱量必須附加散熱器才能散發(fā)掉，否則會(huì)損壞固態(tài)繼電器。SSR的壓降負(fù)載電流（A）壓降（V）功耗（W）12222452101022020240502100 表8-3 SSR的壓降 與功耗項(xiàng) 目類 型固態(tài)繼電器（SSR）電磁繼電器（EMR）靈敏度輸入電壓范圍寬，驅(qū)動(dòng)功率低，可以和邏輯集成電路兼容，不需要增加緩沖器和驅(qū)動(dòng)器。具有高靈敏度、控制功率小的特點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率30mW?？刂齐妷狠^窄，需加驅(qū)動(dòng)電路，靈敏度差，驅(qū)動(dòng)功率一般在幾百毫瓦。壽命和可靠性無機(jī)械運(yùn)動(dòng)零部件，可在沖擊振動(dòng)環(huán)境下使

32、用，由固態(tài)器件完成觸點(diǎn)功能，具有壽命長、可靠性高的特點(diǎn)。對(duì)沖擊振動(dòng)環(huán)境較敏感，觸點(diǎn)壽命較短，可靠性較差。切換速度切換速度快，幾毫秒切換速度一般大于10毫秒電磁干擾絕大多數(shù)交流固態(tài)繼電器輸出是一個(gè)零電壓開關(guān)，所以射頻干擾少觸點(diǎn)和線圈控制會(huì)產(chǎn)生較大的電磁干擾導(dǎo)通壓降導(dǎo)通管壓降大，斷開有漏電流導(dǎo)通壓降小，接觸電阻小，斷開無漏電流多極雙投/交直流通用性固態(tài)繼電器的輸出多為單極單投，如需要多極雙投，較難實(shí)現(xiàn)，交直流通用性差。輸出多極雙投容易實(shí)現(xiàn)，交直流通用，在開關(guān)切換過程中有幾毫秒到幾十毫秒的抖動(dòng)。8.2.6 固態(tài)繼電器與電磁繼電器的比較8.3 繼電器的故障排除電磁繼電器（EMR）發(fā)生故障時(shí)應(yīng)首先檢查輸

33、入輸出電路，再檢查繼電器本身是否正常。需要在線圈得電和失電兩種情況下檢查觸點(diǎn)的接觸情況。固態(tài)繼電器不存在觸點(diǎn)，所以也就沒有觸點(diǎn)、電弧等帶來的故障，但應(yīng)定期檢查印刷電路板的接插件是否牢固。8.3.1電磁繼電器的故障排除 1. 電磁繼電器的檢查步驟：觀察觸點(diǎn)是否有燒粘現(xiàn)象；緊固松動(dòng)部件，更換破損或磨損嚴(yán)重的部件；檢查觸點(diǎn)表面是否變色，或有凹坑；定期清掃和用軟布擦拭觸點(diǎn)表面，不能使用銼刀打磨觸點(diǎn)；如磨損嚴(yán)重，需要更換觸點(diǎn)時(shí)，最好將全部觸點(diǎn)更換；線圈有無裂縫和燒灼痕跡；檢查線圈兩端電壓是否正常；更換部件時(shí)應(yīng)使用廠家推薦的產(chǎn)品。 觸點(diǎn)強(qiáng)制按鈕線圈圖8-40 EMR的手動(dòng)強(qiáng)制手動(dòng)強(qiáng)制繼電器觸點(diǎn)閉合，避開了

34、線圈部分，可以判斷外電路是否正常，如圖840所示。注意：強(qiáng)制繼電器閉合時(shí)可能使外部電路不合理得電，所以一定要警示操作人員注意安全。2. 手動(dòng)檢查電磁繼電器3. 使用數(shù)字萬用表檢查電磁繼電器測(cè)量線圈回路電源是否在額定電壓的10范圍內(nèi)。如果電壓不正常，就要檢查電源部分。測(cè)量線圈兩端電壓是否在額定電壓的10范圍內(nèi)。檢查觸點(diǎn)回路電源電壓是否在額定電壓的10范圍內(nèi)。檢查觸點(diǎn)兩端電壓，當(dāng)觸點(diǎn)閉合時(shí)兩端電壓應(yīng)小于1V左右，當(dāng)觸點(diǎn)斷開時(shí)，兩端電壓約為電源電壓值。當(dāng)觸點(diǎn)接觸電阻過高時(shí)，觸點(diǎn)閉合時(shí)的兩端電壓就會(huì)很高，說明觸點(diǎn)有故障，需要處理。圖8-41 利用萬用表檢查EMR 4. 電磁式繼電器的常見故障和處理方法

35、序號(hào)故 障 現(xiàn) 象可 能 原 因處 理 方 法1觸頭過熱或接觸不良1觸頭壓力不足2觸頭污臟3負(fù)載短路4觸頭超行程1調(diào)整觸頭壓力2清洗觸頭3排除負(fù)載短路4調(diào)整觸頭行程2觸頭熔焊負(fù)載短路或觸頭抖動(dòng)修正觸頭、排除負(fù)載短路3銜鐵噪聲過大1銜鐵端面有污物2鐵心位置傾斜3短路環(huán)脫落4電源電壓過低5彈簧反作用力過大1清除銜鐵端面污物2重新裝配鐵心3更換短路環(huán)或繼電器4檢查電源電壓5調(diào)整或更換彈簧4線圈得電時(shí)，觸頭吸合不牢或不吸合1電源電壓過低或波動(dòng)2線圈參數(shù)與使用條件不符3繼電器機(jī)械部分卡阻4觸頭彈簧壓力或超程過大5錯(cuò)裝或漏裝元件1檢查電源電壓2更換線圈3排除卡阻，修理受損部件4調(diào)整或更換彈簧5重新裝配線圈

36、得電時(shí)，觸頭吸合不牢或不吸合1電源電壓過低或波動(dòng)2線圈參數(shù)與使用條件不符3繼電器機(jī)械部分卡阻4觸頭彈簧壓力或超程過大5錯(cuò)裝或漏裝元件1檢查電源電壓2更換線圈3排除卡阻，修理受損部件4調(diào)整或更換彈簧5重新裝配線圈斷電，銜鐵不能釋放，或釋放緩慢1觸頭彈簧反作用力過小2機(jī)械卡阻3觸頭熔焊4剩磁過大1調(diào)整或更換彈簧2打開繼電器，清理卡阻3修正觸頭4修正鐵心接觸面，保證鐵心的氣隙在0.15-0.2mm之間，無法修復(fù)時(shí)，更換鐵心。線圈過熱或燒毀1電源電壓過低或過高2運(yùn)動(dòng)部分卡阻3動(dòng)作頻率過高4線圈受潮5線圈絕緣損壞1檢查電源電壓2排除卡阻3適當(dāng)降低動(dòng)作頻率4烘干或更換線圈5更換線圈并排除機(jī)械損傷的因素相間

37、短路1可逆回路聯(lián)鎖不可靠，或動(dòng)作過快，轉(zhuǎn)換時(shí)間短，在轉(zhuǎn)換過程中有電弧產(chǎn)生，造成短路。2積塵或水汽使絕緣損壞1檢查聯(lián)鎖線路，適當(dāng)增加轉(zhuǎn)換時(shí)間2改善環(huán)境8.3.2固態(tài)繼電器的故障處理檢查固態(tài)繼電器一般使用兩種方法，第一種是整體更換法，即按照原型號(hào)將固態(tài)繼電器更換；第二種是回路檢測(cè)法，即分步驟檢查各電路，通常按以下三種情況進(jìn)行分析。1. 固態(tài)繼電器無法斷開負(fù)載繼電器無法斷開負(fù)載的現(xiàn)象通常出現(xiàn)在以下幾種情況：繼電器過流時(shí)；散熱器過小時(shí)；浪涌電壓使繼電器輸出誤導(dǎo)通時(shí)。長時(shí)間的過流會(huì)使繼電器永久性的損壞。對(duì)于線路中存在電壓浪涌的情況，應(yīng)采用浪涌抑制措施或者選用額定電壓更高的固態(tài)繼電器。如圖842所示，檢查

38、步驟如下：檢查步驟如下:將SSR的輸入側(cè)和控制電路斷開，如果輸出回路也斷開即跳至步驟3；如果沒有斷開，則繼電器有問題。測(cè)量輸出電源電壓和負(fù)載兩端電壓是否在額定范圍內(nèi)。用鉗形電流表測(cè)量負(fù)載電流，一般電流值不應(yīng)大于額定最大電流值的75。重新連接控制電路，測(cè)量電源電壓值是否低于繼電器導(dǎo)通電壓。如果不是就應(yīng)該檢查控制回路，如果正常，則繼電器有問題，需要更換。圖8-42 繼電器無法斷開負(fù)載時(shí)的檢查步驟2. 固態(tài)繼電器無法接通負(fù)載繼電器無法接通負(fù)載的故障通常發(fā)生于兩種情況：繼電器輸入電壓高于額定電壓范圍；輸入電路有尖峰電壓出現(xiàn)，過高的電壓可能損壞了固態(tài)繼電器。如圖843所示，其檢查步驟如下：檢查步驟如下：

39、測(cè)量輸入電壓，如果電壓低于繼電器閉合電壓或電壓高于額定電壓范圍，應(yīng)先處理繼電器輸入電源問題；如果電壓正常，則問題可能出在繼電器或輸入回路中。測(cè)量輸出電源電壓和負(fù)載兩端電壓是否在額定范圍內(nèi)，如果正常，則表示繼電器正常，輸出回路有問題；如果不正常見第3步。將電流表串聯(lián)到輸入回路中，如果沒有電流或低于額定電流值則表示繼電器已損壞，需要更換。圖8-43 繼電器無法接通負(fù)載時(shí)的檢查步驟檢查電流時(shí),將電流表串聯(lián)到線路中3. 固態(tài)繼電器無規(guī)律的故障繼電器無規(guī)律的故障可能是機(jī)械方面的問題造成的，例如連接松動(dòng)；或者是電氣方面的問題造成的，例如電壓過高；也可能是環(huán)境方面的問題造成的，例如環(huán)境溫度過高等。如圖844

40、所示，檢查步驟如下：檢查所有接線和連接件是否牢固，接線端子是否有燒灼痕跡；確保輸入和輸出線保持一定的距離，并避免平行走線；如果輸入和輸出線相互交叉，應(yīng)盡量垂直交叉，以免相互干擾；如果負(fù)載是交流電動(dòng)機(jī)或是電磁鐵等感性負(fù)載時(shí)，會(huì)使固態(tài)繼電器關(guān)斷困難并引起關(guān)斷電壓尖峰。所以有必要在負(fù)載兩端或觸點(diǎn)兩端并聯(lián)阻容吸收回路，抑制浪涌電壓和電磁干擾的產(chǎn)生。圖8-44 固態(tài)繼電器無規(guī)律的故障處理負(fù)載 吸收電路 C R輸出電路的通斷是強(qiáng)干擾源8.4 電機(jī)軟啟動(dòng)器交流異步電動(dòng)機(jī)以其結(jié)實(shí)耐用、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和很少維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于商業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域。如果采用直接啟動(dòng)方式啟動(dòng)交流異步電動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)電流可能達(dá)到其額定電流的47倍，

41、使電網(wǎng)承受短時(shí)的高負(fù)荷。同時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩的24倍，對(duì)于負(fù)載而言，意味著設(shè)備承受很高的機(jī)械沖擊。8.4 電機(jī)軟啟動(dòng)器代替直接啟動(dòng)，在一些對(duì)啟動(dòng)要求較高的場(chǎng)合，可選用電力電子軟啟動(dòng)器。電力電子軟啟動(dòng)器的主要特點(diǎn)是具有軟啟動(dòng)和軟停車功能，啟動(dòng)電流、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩可以調(diào)節(jié)，保證電動(dòng)機(jī)在負(fù)載要求的啟動(dòng)特性下平滑啟動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)幾乎沒有什么沖擊，在輕載時(shí)還能節(jié)電。除此而外，軟啟動(dòng)器還具有多種保護(hù)功能，如限制啟動(dòng)次數(shù)和啟動(dòng)時(shí)間，過流、過載、過壓 、欠壓、缺相、接地故障保護(hù)等功能。電力電子軟啟動(dòng)器由功率組件、控制模塊和控制面板三部分組成，如圖8-45所示。圖8-45 電力電子軟啟動(dòng)器結(jié)構(gòu)框圖8.4.1 軟啟動(dòng)器

42、的工作原理軟啟動(dòng)起動(dòng)器實(shí)際上就是一個(gè)交流調(diào)壓器，只改變輸出電壓，不改變頻率。軟啟動(dòng)器主要由三相交流調(diào)壓電路和相應(yīng)得控制電路構(gòu)成。其基本原理是通過控制晶閘管的導(dǎo)通角，改變其輸出電壓，達(dá)到控制異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的目的。軟啟動(dòng)器在每一相中均擁有一對(duì)反并聯(lián)接法的晶閘管。其中一只晶閘管用于正半周導(dǎo)通，另一只用于負(fù)半周導(dǎo)通。借助晶閘管相位控制，將施加到電機(jī)上的電壓有效值從較低的啟動(dòng)電壓升高到額定電壓。由于電機(jī)電流隨電壓成比例變化，因此，啟動(dòng)電流會(huì)以降壓系數(shù)成比例減小。而電機(jī)轉(zhuǎn)矩與電壓呈平方關(guān)系，因此，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩就會(huì)呈二次方關(guān)系減小。圖8-46 SEC18C系列軟啟動(dòng)器接線圖返回1078.4.1 軟啟動(dòng)器的工作原理如圖846所示，控制電路按預(yù)定的不同啟動(dòng)方式，通過檢測(cè)主電路的反饋電流，控制其輸出電壓，可以實(shí)現(xiàn)不同的啟動(dòng)特性