1、毕业设计开题报告 电气工程及其自动化 无机械触点继电器设计 一、前言 由于固态继电器是由固体元件组成的无触点开关元件 ,与电磁继电器相比有很多优点 ,因而具有很宽的应用领域。 1 随着电子技术的飞速发展，许多电器实现了无触点化， 固态继电器便是最常见的一种。由于实现了无触点化， 首先使其使用寿命大大延长了，其次在减小噪音和干扰、缩小体积等方面的优点也是显而易见的； 因此电器的无触点化无疑是一种发展趋势 但时至今无触点电器的使用远没有人们想象的那样普及，其中最主要的原因就是使用的可靠性问题。在主回路过载的情况 下，往往使构成无触点电器的主要元器件 (如晶闸管 )损坏，从而使整个控制系统失灵， 因
2、此研制一种快捷而可靠的保护电路具有重要意义。 2 二、继电器发展历史 继电器，它 起源于 20 世纪 60 年代中后期，是在英国、澳大利亚和美国的一些学者的倡导下开始进行研究的。 60 年代中期，有人提出用小型计算机实现继电保护的设想，但是由于当时计算机的价格昂贵，同时也无法满足高速继电保护的技术要求，因此没有在保护方面取得实际应用，但由此开始了对计算机继电保护理论计算方法和程序结构的大量研究， 为后来的继电保护发展奠定了理论基础。 计算 机技术在 70 年代初期和中期出现了重大突破，大规模集成电路技术的飞速发展，使得微型处理器和微型计算机进入了实用阶段。 在 70 年代后期，出现了比较完善的
3、微机保护样机，并投入到电力系统中试运行。 80 年代，微机保护在硬件结构和软件技术方面日趋成熟，并已在一些国家推广应用。 90 年代，电力系统继电保护技术发展到了微机保护时代，它是继电保护技术发展历史过程中的第四代。 我国的微机保护研究起步于 20 世纪 70 年代末期、 80 年代初期，尽管起步晚，但是由于我国继电保护工作者的努力，进展却很快。经过 10 年左右的奋斗，到了 80 年代末，计算机继电保护，特别是输电线路微机保护已达到了大量实用的程度。我国对计算机继电保护的研究过程中，高等院校和科研院所起着先导的作用。从 70 年代开始，华中 理工大学、东南大学、华北电力学院、西安交通大力自动
4、化研究院都相继研制了不同原理、 不 同型式的微机保护装置。 1984 年原华北电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定，并在系统中获得应用，揭开了我国继电保护发展史上的新一页，为微机保护的推广开辟了道路。 三 、 固态继电器的产生 由于传统电磁继电器的线圈是一个感性负载 , 它具有储存磁场能量的功能。由 于感性负载在电压的有限值条件下 ,电感电流不能跃变。因此 , 该线圈通断电流时 , 在开始几微秒内不改变瞬态的形式 , 加之存在分布电容 , 电磁继电器线圈的电感与分布电容的比值较大 , 当线圈的电流截断时 , 带铁芯线圈两端产生很高的反电动势 , 产生具有陡峭前沿的大幅度浪涌电压 ,
5、约 3ms 内 , 线圈两端电压近似上升到电源电压的多倍左右 , 然后按线圈感抗、分布电容和电路电阻所决定的速率下降到零。由于电磁继电器的浪涌电压具有陡峭的前沿 , 传统的继电器使电磁体机械零件产生接触冲动。 , 因此它是引起瞬态干扰的原因之一。34 为了克服电磁继电器的缺点，人们开始研究一种无触点，可以快速开关的继电器，而固态继电器是一种全部由固态电子元件组成的新型无触点开关器件 ,它利用电子元件 (如开关三极管、双向可控硅等半导体器件 )的开关特性 ,可达到无触点无火花地接通和断开电路的目的 ,因此又被称为“无触点开关”。固态继电器是一种四端有源器件 ,其中两个端子为输入控制端 ,另外两端
6、为输出受控端 . 它既有放大驱动作用 ,又有隔离作用 ,很适合驱动大功率开关式执行机构 ,较之电磁继电器可靠性更高 ,且无触点、寿命长、速度快 ,对外界的干扰也小。 基于固态继电器的无触点工作特性，人们已广泛应用于计算机外围接口、数控机械、遥控系统、工业自动化装置、仪器仪表、自动洗衣机等系统，以及作为电网功率因素补偿的电力电容的切换开关等等。 56 四固态继电器的发展状况 1.按负载电源分，可划分为直流固态继电器 (DC SSR)、交流固态继电器 (AC SSR)两种。DC SSR 属于五端器件，它以功率晶体管作为开关器件，用来控制直流负载电源的通断； AC SSR 则属于四端器件，以双向晶闸
7、管 (TRIAC)作为开关器件，用来控制交流负载电源的通断。 2.按触点形式分，有常开式、常闭式两种，市场上的产品以常开式居多，但可利用外部晶体管或门电路 (反相器 )将常丌式改成常闭式。 3.按控制触发方式分，可划分为直流型、交流型。交流型中又包括过零触发刑与非过零触发型。 4.按隔离方式分，有光电耦台器隔离、变压器隔离等。 5.按封装形式分，有单列直插式、舣列直插式、长方体模块式等。 7 五固态继电器的优点及存在的问题 1 固体继电器的主要优点是： （ 1）无运动零部件，无机械磨损，无动作噪声，无机械故障，可靠性高； （ 2） 无燃弧触点，无触点间的火花、电弧 ，无触点抖动和磨损，对外干扰
8、小； （ 3） 开关速度迅速，动作时间可达 10-3mS 以下； （ 4） 灵敏度高，控制功率小，可达 10-3v 以下，能很好地与 TTL、 CMOS 电路兼容； （ 5） 抗冲击振动性能优良，容易实现 “ 零 ” 压切换； （ 6） 一般用绝缘材料灌封成全封闭整体，所以具有良好的防潮、防霉、防腐性能，防爆性能也极佳； （ 7） 半导体器件作为开关工作，寿命长； （ 8） 易实现附加功能。 8910 2.固态继电器存在的问题 （ 1） 、导通后的管压降大，可控硅或双相控 硅的正向降压可达 12V，大功率晶体管的饱和压浆液灾 12V 之间，一般功率场效应管的导通电祖也较机械触点的接触电阻大。
9、（ 2） 、半导体器件关断后仍可有数微安至数毫安的漏电流，因此不能实现理想的电隔离。 （ 3） 、由于管压降大，导通后的功耗和发热量也大，大功率固态继电器的体积远远大于同容量的电磁继电器，成本也较高。 （ 4） 、电子元器件的温度特性和电子线路的抗干扰能力较差，耐辐射能力也较差，如不采取有效措施，则工作可靠性低。 （ 5） 、固态继电器对过载有较大的敏感性，必须用快速熔断器或 RC 阻尼电路对其进行过在保护。固态继电器的负载与环境温度明显有关，温度升高，负载能力将迅速下降。111213 六 固态继电器设计的意义 由于 固态继电器对过载有较大的敏感性，必须用快速熔断器或 RC 阻尼电路对其进行过
10、在保护。固态继电器的负载与环境温度明显有关，温度升高，负载能力将迅速下降 ，针对这一问题进行研究。 电气设备在运行过程中，经常会发生过载，固态继电器在过载时出现的问题将会对设备的运行产生不利，严重时会出现重大事故，因此研究提高固态继电器回路的过载靠性的技术措施， 具有重大意义。 七、继电 器发展前景 微 电子技术、电子计算机技术、现代通讯技术、光电子技术以及空间技术的飞速发展，对继电器技术提出了新的要求，新工艺、新技术的发展无疑对继电器技术的发展起到促进作用。微电子技术和超大规模 IC 的飞速发展对继电器也提出了新的要求。第一是小型化和片状化。如 IC 封装的军用 TO 5(8.58.57.0
11、mm) 继电器，它具有很高的抗振性，可使设备更加可靠；第二是组合化和多功能化，能与 IC 兼容、可内置放大器，要求灵敏度提高到微瓦级；第三是全固体化。固体继电器灵敏度高，可防电磁干扰和射频干扰。 新型特殊结构材料、新 分子材料、高性能复合材料、光电子材料，还有吸氧磁性材料、感温磁性材料、非晶体软磁材料的发展对研制新型磁保持继电器、温度继电器、电磁继电器都具有重要的意义，并必将出现新原理、新效应的继电器 14 继电器在我国发展还有很大的提升空间，主要表现在高端技术的继电器还存在着空白。这让我意识到发展与创新是一个产业以致一个企业或国家，一个民族欣欣向荣的保证。继电器的逢勃发展让我看到这片市场将来
12、还要迅猛快速的发展。 15 参考文献： 1 固态继电器的特点及应用周卫兵 (国家广电总局 725 台 ,山西灵石 031308) 2固态继电器的快速过流保护电路 (1 21001)辽宁工学院 赵吉良 陈国杰 3 石 健 浅谈用固态继电器代替传统的电磁继电器 4 How To Use Solid State Relays in Higii Reliability Systems 5固态继电器（ SSR）在家用电器上的应用 江苏春兰冷冻设备有限公司 金小军 朱福祥 于林 6 李仁，电器控制 M .北京：机械工业出版社， 1996. 7 固态继电器 (SSR)原理及应用中一些问题的探讨 朱英明周长刚
13、 (山东莱芜职业技术学院 ， 271100) 8 张志刚 . 固态继电器及其在应用中一些问题的探讨 黑龙江科技信息 9 朱家国 ,颜廷刚 ,石定桓 . 固态继电器的技术特点和应用 J . 电子科技导报 , 1995 (12) : 33 - 34, 36. 10 博文 . 固态继电器 J . 电子世界 , 2007 (6) : 9 - 10. 11 杨静 河南郑州航空工业管理学院 电磁继电器的使用与可靠性研究 12 钱金川，金林升（浙江泰华电器有限公司）固态继电器简介 13 贾畅鹏 . 交流固态继电器在自动控制 系统中的应用 煤矿机械 , 2007, 28( 2). 14 Wood R， Mahadevan R， Dhuler V， et a1 MEMS MicrorelaysJ Mechatmnics， 1998，(8)： 535 547 15 张宇峰一种微机械电磁继电器的研究 D哈尔滨：哈尔滨工业大学， 2004： 7492
