固态继电器应用电路图大全

固态继电器应用电路图大全

发布时间：12-02-22 来源：点击量：17326 更多固态继电器应用电路图大全

■应用电路图

1. 与传感器的连接

SSR可直接连接接近开关、光电开关等传感器。

2. 白炽灯的闪烁控制

3.电气炉的温度控制

4. 单相感应电动机的正反运转

注1. SR1、SSR2其中一个为断开侧SSR的LOAD端子间电压，由于通过LC结合，电压约为电源电压的2倍，

请务必使用具备电源电压2倍以上的输出额定电压的SSR

（例）电源电压交流100Ｖ的单相感应电动机的正反运转，应使用有交流200Ｖ以上输出电压的SSR

注2. 切换SW1和SW2时，请务必确保有30ms以上的时滞。

5. 三相感应电动机的接通、断开控制

6. 三相电机的正反运转

SSR三相电机正反运转时，请注意SSR的输入信号。如右上图所示，同时切换SW1和S W2时，负载侧发生相间短路，会损坏SSR 的输出元件。这是由于即使没有至SSR输入端子的输入信号，输出元件（三端双向可控硅开关）仍处于导通状态，直至负载电流为0。因此，切换SW1和SW2时，请务必设定30ms以上的时滞。

另外，由于至SSR输入电路的干扰等导致的SSR误动作，也会导致相间短路、SSR损坏。作为此时的对策例，在电路中接入防止产生短路事故的保护电阻R。对于保护电阻R，请根据SSR的浪涌接通电流容量确定。例如，G3NA-220B的浪涌接通电流容量为220Apea k，因此为R>220V×√2/220A＝1.4Ω。另外，考虑到电路电流、通电时间等，请插到消耗功率较小的一侧。

另外，对于电阻的功率，请根据P＝I2R×安全率进行计算。

（I＝负载电流、R＝保护电阻、安全率3～5）

7. 变压器负载的冲击电流

变压器负载时的冲击电流，在电抗不运作的2次侧开放状态下为最大。另外，由于其最大电流是电源频率的1/2周，若不用示波器将很难进行测定。为此，应测定变压器一次侧的直流电阻，据此预测冲击电流。（实际上，由于固有电抗运作，其结果比该计算值还少）。

I peak＝V peak/R＝(√2×V)/R

假设在负载电源电压220V 使用一次侧的直流电阻3 欧姆的变压器，则此时的冲击电流为，I peak＝(1.414×220)/3＝103.7A

本公司规定SSR的浪涌接通电流容量为非反复（1天1-2次），请选择能反复使用具备该I peak的2倍的浪涌接通电流容量的SSR。此时，请选择具备207.4A以上浪涌接通电流容量、G3□□-220□以上的SSR。

另外，若对此进行逆运算，即可算出满足SSR的变压器一次侧的直流电阻值。

R＝V peak/I peak＝(√2×V)/I peak

有关变压器一次侧的直流电阻值适用SSR的一览表，请参考附件。

另外，该一览表表示「满足冲击电流的SSR」，还必须结合「变压器的稳定电流满足各SSR 的额定电流」。

〈SSR的额定电流〉

G3□□-240□

下划线2位的数字显示稳定电流。（此时为40A）

仅G3NH时：G3NH-□075B=75A、

G3NH-□150B=150A

条件1 ：SSR的环境温度（=柜内温度）应在各SSR 的额定温度以内。

条件2 ：应为安装正规散热器的状态。负载电源电压100V时

负载电源电压110V时

负载电源电压120V时

负载电源电压200V时

负载电源电压220V时

负载电源电压240V时

负载电源电压400V时

负载电源电压440V时

负载电源电压480V时

8. 变压器的分接头转换

通过SSR切换变压器的分接头时，请注意感应OFF侧SSR的电压。感应电压与卷数（分接头电压）成比例。

下图中，电源电压200V，N1＝100次、N2＝100次，若SSR2置于ON，则会在SSR1两端施加电源电压2倍的电压400V，因此，对于SSR1，务必使用400V的SSR。

■SSR的使用方法

●散热设计

①SSR的发热量

作为输出半导体用于SSR的三端双向可控硅开关、晶闸管、功率晶体管，即使在接通时，半导体内部仍有残留电压。这是输出接通电压下降。为此，流入负载电流时SSR会产生焦耳热。

此时的发热量Ｐ如下计算：

发热量Ｐ（W）=输出接通电压下降（V）×通电电流（A）

例如，使用G3NA-210B通负载电流8A的话为：

P＝1.6V×8A＝12.8W

功率MOS FET在输出半导体上使用的MOS FET继电器，不是残留电压，用ON电阻计算发热量。

发热量Ｐ（W）如下计算：

Ｐ（W）＝负载电流2 （A）×ON电阻（Ω）

用G3RZ负载电流为0.5A时，为P(W)＝0.52A×2.4Ω＝0.6W

电源MOS FET有根据温度上升ON电阻的特性。因此，通电中ON电阻是变化的。负载电流为额定的80％以上时，简易算法为用ON电阻的1.5倍来计算。

P(W)＝12A×2.4Ω×1.5＝3.6W

SSR一般到5A程度没有散热器也可以，但超过的话就一定要有散热器。随着负载电流的变大，需要更大型的散热器。与有接点的继电器相比10A以上含散热器的尺寸差很显著，小型化的特点会变得不利。

②散热器的选择

另行安装散热器的SSR （G3NA、G3NE、G3PB （三相）等）中备有标准散热器，请从商品样本上选择符合负载电流的标准散热器。

例如，

G3NA-220B: Y92B-N100

G3NE-210T(L): Y92B-N50

G3PB-235B-3H-VD: Y92B-P200

使用市场上销售的散热器时，请选用热电阻小于本公司标准散热器的散热器。

例如、Y92B-N100 的热电阻值为

Y92B-N100的热电阻值=1.631℃/W

如果散热器的热电阻值比该值更小（如1.5℃/W），则可在额定的条件下使用G3NA-220B。热电阻值表示每单位热量（W）的温度上升，该值越小则散热性越好。

③散热板面积的计算方法

将另行安装散热器的SSR直接安装在控制柜等框架上使用时，必须注意下列事项。

·将用于一般柜上的铁材料作为散热板使用时，请尽量避免10A以上的连续通电。

这是因为，与铝材相比，铁的热传导率较低。热传导率（单位：W·m·℃）

根据材料不同，如下所示。

铁材料＝20～50

铝材料＝150～220

推荐使用铝板作为直接安装SSR的散热板。必要的散热面积请参见样本中各机种的数据。·在SSR的安装面（全部）和散热板之间，请务必涂敷散热用的硅酮润滑脂（东芝硅酮YG6260、信越硅酮G746等）及热传导薄板。若仅将SSR安装在散热板上，会留有空隙，来自SSR的发热不能完全散热，可能会导致SSR的过热破坏及热老化。

④控制柜的散热设计

不仅SSR，使用半导体的控制设备均会自我发热。一旦环境温度上升，半导体的故障率就会大幅增加，若温度上升10℃，则故障率会增加至2倍（阿伦纽斯模型）因此，要抑制控制柜内的温度上升，很重要的一点是要确保控制设备的长期可靠性。

控制柜内存在着各种发热设备，因此必须考虑局部的温度上升。表示作为控制柜整体的散热设计的思路。

假设固体墙两侧的高温流体和低温流体的温度分别为th、tc，传热面积为Ａ时，通过固体墙移动的传热量Q可表示为下式。

Q=K(th—tc)A

这里的Ｋ为热通过系数（W/m2℃）,该方式也称为热通过的方式。

对于控制柜发出的传热量，若根据热通过的公式，

控制柜的平均热通过率K(W/m2℃)、

控制柜内温度Th （℃）

控制柜外温度Tc （℃）

控制柜的表面积Ｓ(m2)

则控制柜发出的热通过的传热量Q为

Q＝k×(Th—Tc)×S

因此，

控制柜内的期望温度Th

控制柜风的总发热量P1 （W）

所需冷却能力P2 （W）

则，必要冷却能力根据下列公式计算。

P2＝P1—k×(Th—Tc)×S

空气中的一般固体墙自然对流时，热通过率k为4～12 （W/m2℃）。为通常的控制柜（冷却风扇等完全没有时）时，若以4～6 （W/m2℃）来计算，以经验来判断，则与实际基本一致。

使用该值计算实际控制柜的必要冷却能力，如下所示。

例

·控制柜内期望设定温度40℃

·控制柜外温度30℃

·控制柜尺寸宽2.5m×高2m×深0.5m的

自立型控制柜（底面部应从表面积中除去）

·SSR G3PA-240B 以30A连续使用20台

·SSR以外的控制设备的总发热量500W

控制柜内总发热量P1

P1＝输出ON电压下降1.6V×负载电流30A×20台＋SSR以外的控制设备的总发热量＝960 W+500W＝1460W

控制柜发出的散热量Q2

Q2＝热通过率5×(40℃-30℃)×(2.5m×2m×2+0.5m×2m×2+2.5m×0.5m)=662.5W

因此，所需冷却能力P2为

P2＝1460-663＝797W

仅控制柜表面发出的散热还不充分，必须采取将797W以上的热量排放至控制柜外的措施。通常应设置必要能力换气用的风扇，但是。仅通过风扇冷却能力仍不足时，还应设置控制柜用冷气。控制柜用冷气不仅能制冷、还对防湿、防尘也很有效，对长期使用控制柜是很有效的。

轴流风扇欧姆龙制R87B/F/T系列

控制柜用冷气APISTE制ENC系列

⑤冷却装置的种类

换气用风扇

用于通常的换气冷却。

本公司准备了R87F、R87T等的AC轴流风扇系列商品。

热转换器

将控制柜内的热通过热管排放的构造，可以隔离控制柜内和柜外，因此也可在多灰尘多油污的地方使用。

控制柜用冷气

可以实现最高冷却能力的同时，通过隔离控制柜内、柜外，具有防尘及除湿效果。

■SSR的安装方法

●安装到控制柜

若为密闭柜，则SSR所产生的热积聚在内部，由于SSR的通电能力降低，还会对其他的电子设备产生不好的影响。使用时请务必在柜的上部和下部设置通风用的孔。以下以G3PA 的推荐例进行说明。下述示例仅为标准，最终使用时请执行④项的「设置后的确认」。

④设置后的确认

上述条件是本公司已确认过的代表例。根据其使用环境也有不同的情况，需测定最终通电中的环境温度，并请确认满足各型号所规定的「负载电流-环境温度额定」。

环境温度的测定条件

(1)控制柜内的温度作为最高的通电条件，请在饱和状态下测定环境温度。

(2)环境温度测定位置请参见图1。若在测定100mm距离以内有导管或其他设备时，

请参见图2。另外，无法测定侧面温度时，请参见图3。

(3)在柜内2层以上安装SSR时，请测定所有层的环境温度，并以温度最高的地方为基准。

但是，测定条件达不到上述要求时，请另外咨询。