摘  要: 分析了電磁繼電器在使用過程中的問題，設(shè)計(jì)了基于SSR控制的三相電動(dòng)機(jī)的正/反轉(zhuǎn)電路，并闡述了電路原理、電路結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞： SSR；電動(dòng)機(jī)；正/反轉(zhuǎn)

1 傳統(tǒng)電機(jī)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(lái)實(shí)現(xiàn)三相電機(jī)的正/反轉(zhuǎn)控制。在大負(fù)荷作業(yè)過程中，由于電流較大，在正反轉(zhuǎn)切換時(shí)，如果處理不好，則會(huì)在繼電器接觸表面產(chǎn)生火花、燒毀觸點(diǎn)、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(shí)間后，由于觸點(diǎn)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(duì)沖擊、振動(dòng)的環(huán)境敏感，觸點(diǎn)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(shí)，電磁吸力也為零。這對(duì)于50 Hz的交流電來(lái)說，1 s內(nèi)將有100次電磁吸力為零，這將引起鐵芯振動(dòng)、產(chǎn)生機(jī)械磨擦、降低使用壽命，同時(shí)容易產(chǎn)生電磁干擾[1]。
    由于這些缺點(diǎn)，電磁繼電器控制的三相電機(jī)電路帶給人們?cè)絹?lái)越多的不便。
2 SSR電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路設(shè)計(jì)
    固態(tài)繼電器SSR(Solid State Relay)由固態(tài)電子組件組成的新型無(wú)觸點(diǎn)電子開關(guān)，又稱固態(tài)開關(guān)。本設(shè)計(jì)電路摒棄了普通繼電器控制的電機(jī)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(jì)出一種實(shí)現(xiàn)對(duì)三相電動(dòng)機(jī)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(cè)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(lái)保護(hù)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(duì)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(shí)現(xiàn)了弱信號(hào)對(duì)強(qiáng)電的控制。由于光耦合器的應(yīng)用，使控制信號(hào)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(shí)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(diǎn)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(dòng)的機(jī)械部件、機(jī)械動(dòng)作，且具有無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)動(dòng)作噪聲、開關(guān)速度快、無(wú)火花干擾和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)[4]；SSR由電路的工作狀態(tài)變換實(shí)現(xiàn)“通”和“斷”的開關(guān)功能，沒有機(jī)械接觸點(diǎn)，具有工作高可靠、壽命長(zhǎng)、無(wú)動(dòng)作噪聲、耐振動(dòng)、耐機(jī)械沖擊、安裝位置無(wú)限制的優(yōu)點(diǎn)，并可用絕緣防水材料灌封做成全密封形式，達(dá)到防潮、防霉、防腐的性能，同時(shí)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(jì)算機(jī)輸出接口上可以安全使用。這些特點(diǎn)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(shì)。
2.2 SSR控制的電動(dòng)機(jī)正/反轉(zhuǎn)電路設(shè)計(jì)
2.2.1 控制電路原理圖及電路特點(diǎn)
    采用過零型SSR作為電子開關(guān)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止和正/反轉(zhuǎn)。當(dāng)改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向時(shí)，給出指令信號(hào)的順序是“停止—反轉(zhuǎn)—啟動(dòng)”或“停止—正轉(zhuǎn)—啟動(dòng)”。當(dāng)電機(jī)允許時(shí)，可以在R1～R4位置接入限流電阻，以防止當(dāng)兩線間的任意2只繼電器均誤接通時(shí)，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(shí)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(diǎn)的SSR產(chǎn)品。本設(shè)計(jì)電路不僅可用于人工控制，同時(shí)也非常適用于單片機(jī)或計(jì)算機(jī)的自動(dòng)控制。

2.2.2 控制電路的工作波形
    由波形圖可知，當(dāng)輸入端加入輸入信號(hào)時(shí)，各SSR均是在各相電壓過零時(shí)導(dǎo)通，使負(fù)載上的電壓與三相電源電壓同步，工作波形如圖4所示。

    對(duì)該設(shè)計(jì)電路的分析表明，該電路設(shè)計(jì)是SSR繼電器在應(yīng)用領(lǐng)域尤其是電機(jī)控制領(lǐng)域的創(chuàng)新。電路在抗干擾、噪聲、運(yùn)行平穩(wěn)性等方面明顯優(yōu)于電磁繼電器控制的電機(jī)正/反轉(zhuǎn)電路。此外，由于所用元件SSR沒有機(jī)械接觸觸點(diǎn)，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性更強(qiáng)；運(yùn)行中對(duì)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(shí)現(xiàn)直接連接，更加適用于自動(dòng)控制領(lǐng)域。但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，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(shí)應(yīng)加散熱片。
參考文獻(xiàn)
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[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(dòng)穩(wěn)壓裝置[J]．電力系統(tǒng)自動(dòng)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.