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固態繼電器的基本工作原理及應用時的測試和故障

2016-11-7  瀏覽:
[固態繼電器的基本工作原理及應用時的測試和故障]:摘要:結合大唐烏沙山發電廠電動執行器中采用的固態繼電器’>繼電器的使用情況,介紹了交流固態繼電器’>繼電器的基本工作原理、實際應用時的測試和故障’>故障判定,提出了固態繼電器選型時應留意的題目,為調試...

  摘要:結合大唐烏沙山發電廠電動執行器中采用的固態繼電器’>繼電器的使用情況,介紹了交流固態繼電器’>繼電器的基本工作原理、實際應用時的測試和故障’>故障判定,提出了固態繼電器選型時應留意的題目,為調試和維修職員提供鑒戒。 

  關鍵詞:固態;繼電器;原理;故障’>故障;電動執行器 

  大唐烏沙山發電廠4臺超臨界600MW機組的脫硫、化學和精處理系統均選用上海自動化儀表股份有限公司生產的AI系列智能型和德國德瑞摩(DREHMO)電動執行器,在這類執行器中均用了固態繼電器(SSR)。運行中脫硫系統DREHMO執行器及化學系統的執行機構均發生過拒動、速度偏慢或跳空氣開關等故障,而大部分檢驗職員對固態繼電器的性能不是很熟悉,對處理此類題目有一定難度。因此有必要對固態繼電器的原理、類型、故障判定及使用作進一步的熟悉。 

  1 、典型交流固態繼電器的工作原理 

  固態繼電器(Solid State Relay,SSR)是一種有繼電特性的無觸點式電子開關。具有壽命長、可靠性高、開關速度快、電磁干擾小、無噪聲、無火花等特點。 

  交流固態繼電器(過零型)的原理見圖1。固態繼電器由三部分組成:輸進電路、隔離(耦合)和輸出電路,在輸進電路控制端加進信號后,IC1光電耦合器內光敏三極管呈導通狀態,R1串接電阻對輸進信號進行限流,以保證光耦合器不致損壞。發光二極管LED指示輸進端控制信號,二級管VD1可防止輸進信號正負極性接反時對光耦IC1造成的損壞。  

  v1在線路中起到交流電壓檢測作用,使固態繼電器在電壓過零時開啟、負載電流過零時關斷。當IC1光敏三極管截止時(控制端無信號輸進時),V1通過R2獲得基極電流使之飽和導通,從而使SCR可控硅門極觸發電壓UGT被箝在低電位而處于關斷狀態,終極導致BTA雙向可控硅在門極控制端R6上無觸發脈沖而處于關斷狀態。 

  當IC1光敏三極管導通時(控制端有信號輸進),SCR可控硅的工作狀態由交流電壓零點檢測三極管V1來確定。如電源電壓經R2與R3分壓,A處電壓大于過零電壓時(VA>VBE1),V1處飽和導通狀態,SCR、BTA可控硅都處于關斷狀態;如電源電壓經R2與R3分壓,A處電壓小于過零電壓時(VA 交流過零型固態繼電用具有電壓過零時開啟、負載電流過零時關斷的特性。它的最大接通、關斷時間是半個電源周期,在負載上可得到一個完整的正弦波形,也相應減少了對負載的沖擊。而在相應的控制回路中產生的射頻干擾也大大減少。 

  三相固態繼電器(SSR)可直接用于三相電機的控制。最簡單的方法是采用2只SSR作電機通斷控制,4只SSR作電機換相控制,第三相不控制。固態繼電器與常規電磁繼電器優缺點比較見表1。 

[$page]  2、 繼電器測試與故障判定 

  以上儀廠使用的固態繼電器為例,其外部接線見圖2。 

  (1)當觸發端DO與D1、D2之間沒有加控制電壓時,丈量輸進端電阻,如電阻小于4O Q或大于幾千Q時,均說明該繼電器控制性能不良,最好不要使用,否則會導致執行器電機轉速不穩或變慢等故障。 

  (2)在觸發端不加控制電壓,用數字萬用表丈量繼電器三相輸人端與輸出真個電阻,如測得數值在數kQ 以下或電阻很小,或用數字萬用表丈量繼電器輸進端與輸進端、輸出端與輸出端及與散熱板之間的電阻,測得電阻在數拾MQ或kQ以下,說明繼電器已損壞,不能再使用。這時若執行送電操縱,執行機構電源回路就會燒保險絲或跳空氣開關。 

  (3)如在觸發端DO與D1、D2之問加上控制電壓,紅燈與綠燈二個指示燈同時[固態繼電器的基本工作原理及應用時的測試和故障]:摘要:結合大唐烏沙山發電廠電動執行器中采用的固態繼電器’>繼電器的使用情況,介紹了交流固態繼電器’>繼電器的基本工作原理、實際應用時的測試和故障’>故障判定,提出了固態繼電器選型時應留意的題目,為調試...

亮,且輸進與輸出端之間不導通,那么該繼電器模塊的觸發電路已損壞,不能再使用。這時進行執行機構操縱會無反應。 

  (4)在觸發端DO與D1、D2之間分別加上控制電壓時,指示燈紅燈或綠燈亮,用數字萬用表丈量繼電器三相輸進端與輸出真個電阻在數k 以上,或電阻一直變化不定,說明該繼電器模塊性能不良,也會造成電機速度變慢、不穩等故障,盡量不要再使用。 

  (5)在執行器通電且不發指令,固態繼電器開路且前端有電壓時,輸出端會有一定的漏電流,但10A以上的SSR漏電流對50w以上功率的負載基本無影響,需留意。 

  3 、選型時應留意事項 

  (1)因電動執行器操縱頻繁,宜選用過零型繼電器,可延長負載和繼電器壽命,也可減小自身的射頻干擾。 

  (2)很多被控負載在接通瞬間會產生很大的浪涌電流,由于熱量來不及散發,很可能使SSR內部可控硅損壞,所以在選用繼電器時應對被控負載的浪涌特性進行分析,然后再選擇繼電器。使繼電器在保證穩態工作條件下能夠承受這個浪涌電流,選擇時可選用0.2的降額系數(常溫下)。如所選用的繼電器需在動作頻繁、壽命及可靠性要求高的場合工作時,則應在0.2的基礎上再乘以0.6以確保工作可靠。 

  (3)繼電器使用時,因過流和負載短路會造成SSR內部輸出可控硅永久損壞,可考慮在控制回路中增加快速熔斷器和空氣開關予以保護。當加在固態繼電器上的電壓峰值超過SSR所能承受的最高電壓峰值時,固態繼電器元件會被電壓擊穿而造成損壞,因此應選擇有輸出保護的產品, 內置壓敏電阻吸收回路和RC緩沖器可吸收浪涌電壓和進步dv/dt承受力;也可在繼電器輸出端并接RC吸收回路和壓敏電阻來實現輸出保護。選用原  則是:220 V時選用500~600 V壓敏電阻,380 V時可選用800~900V壓敏電阻。(4)固態繼電器負載能力受環境溫度和自身溫升的影響較大,在安裝使用過程中,應保證其有良好的散熱條件,額定工作電流在10 A以上的產品應配散熱器,在安裝時應留意繼電器底部與散熱器的良好接觸,并考慮涂適量導熱硅脂以達到最佳散熱效果。 

  (5)當輸進電壓或輸進電流超出繼電器的額定參數時,可考慮在輸進端串接分壓電阻或并接分流電阻,同時保持控制信號和負載電源穩定,波動不大于10% ,否則應采取穩壓措施。 

  (6)固態繼電器適用于50 Hz或60 Hz,不宜用在低頻或高次諧波分量大的場合,否則可能由于高次諧波而不能可靠關斷。高次諧波還可能導致SSR內部的RC吸收回路因過熱而炸裂。 

  (7)在電機換向時,為避免產生類似電機堵轉時引起的較大沖擊電壓和電流,在執行機構控制回路中除了過壓、過流、溫度保護外,應采用先加后斷控制電路電源、后加先斷電機電源的時序, 以避免在導通的SSR未關斷時另一相SSR導通引起相間短路。 

  4、 結束語 

  SSR與電磁式繼電器相比有諸多的優越性,特別易于實現計算機編程控制,控制方便、靈活。但也存在一些弱點,如:易發熱損壞;關斷時存在漏電阻,不能使電路完全分開;易受溫度和輻射的影響,穩定性差;靈敏度高,易產生誤動作等。因此須謹慎使用,方能發揮其性能,確保SSR無故障工作。 

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