關于PID調節儀溫控表、固態繼電器的常識

pid調節器
百科名片
目前工業自動化水平已成為衡量各行各業現代化水平的一個重要標志。同時，控制理論的發展也經歷了古典控制理論、現代控制理論和能控制理論三個段。智能控制的典型實例是模糊全自動洗衣機等。自動控制系統可分為開環控制系統和閉環控制系統。一個控制系統包括控制器﹑傳感器、變送器、執行機構、輸入輸出接口。控制器的輸出經過輸出接口、執行機構，加到被控系統上；控制系統的被控量，經過傳感器，變送器，通過輸入接口送到控制器。
調節器簡介
英文：pid regulator
不同的控制系統，其傳感器、變送器、執行機構是不一樣的。智比如壓力控制系統要采用壓力傳感器。電加熱控制系統的傳感器是溫度傳感器。目前，pid控制及其控制器或智能pid控制器（儀表）已經很多，產品已在工程實際中得到了廣泛的應用，有各種各樣的pid控制器產品，各大公司均開發了具有pid參數自整定功能的智能調節器（intelligent regulator），其中pid控制器參數的自動調整是通過智能化調整或自校正、自適應算法來實現。有利用pid控制實現的壓力、溫度、流量、液位控制器，能實現pid控制功能的可編程控制器（plc），還有可實現pid控制的pc系統等等。可編程控制器（plc）是利用其閉環控制模塊來實現pid控制，而可編程控制器（plc）可以直接與controlnet相連，如rockwell的 plc-5等。還有可以實現pid控制功能的控制器，如rockwell 的logix產品系列，它可以直接與controlnet相連，利用網絡來實現其遠程控制功能。
pid原理
1、開環控制系統
開環控制系統（open-loop control system）是指被控對象的輸出（被控制量）對控制器（controller）的輸出沒有影響。在這種控制系統中，不依賴將被控量反送回來以形成任何閉環回路。
2、pid控制的原理和特點
在工程實際中，應用較為廣泛的調節器控制規律為比例、積分、微分控制，簡稱pid控制，又稱pid調節。pid控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結構簡單、穩定性好、工作可靠、調整方便而成為工業控制的主要技術之一。當被控對象的結構和參數不能完全掌握，或得不到精確的數學模型時，控制理論的其它技術難以采用時，系統控制器的結構和參數必須依靠經驗和現場調試來確定，這時應用pid控制技術較為方便。即當我們不完全了解一個系統和被控對象﹐或不能通過有效的測量手段來獲得系統參數時，較適合用pid控制技術。pid控制，實際中也有pi和pd控制。pid控制器就是根據系統的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。
3、階躍響應
階躍響應是指將一個階躍輸入（step function）加到系統上時，系統的輸出。穩態誤差是指系統的響應進入穩態后﹐系統的期望輸出與實際輸出之差。控制系統的性能可以用穩、準、個字來描述。穩是指系統的穩定性（stability），一個系統要能正常工作，首先必須是穩定的，從階躍響應上看應該是收斂的﹔準是指控制系統的準確性、控制精度，通常用穩態誤差來（steady-state error）描述，它表示系統輸出穩態值與期望值之差﹔快是指控制系統響應的快速性，通常用上升時間來定量描述。
4、閉環控制系統
閉環控制系統（closed-loop control system）的特點是系統被控對象的輸出（被控制量）會反送回來影響控制器的輸出，形成一個或多個閉環。閉環控制系統有正反饋和負反饋，若反饋信號與系統給定值信號相反，則稱為負反饋（ negative feedback），若極性相同，則稱為正反饋，一般閉環控制系統均采用負反饋，又稱負反饋控制系統。閉環控制系統的例子很多。比如人就是一個具有負反饋的閉環控制系統，眼睛便是傳感器，充當反饋，人體系統能通過不斷的修正最后作出各種正確的動作。如果沒有眼睛，就沒有了反饋回路，也就成了一個開環控制系統。另例，當一臺真正的全自動洗衣機具有能連續檢查衣物是否洗凈，并在洗凈之后能自動切斷電源，它就是一個閉環控制系統。
（1）比例（p）控制
比例控制是一種較簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。當僅有比例控制時系統輸出存在穩態誤差（steady-state error）。
（2）積分（i）控制
在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。對一個自動控制系統，如果在進入穩態后存在穩態誤差，則稱這個控制系統是有穩態誤差的或簡稱有差系統（system with steady-state error）。為了消除穩態誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩態誤差進一步減小，直到等于零。因此，比例+積分（pi）控制器，可以使系統在進入穩態后無穩態誤差。
（3）微分（d）控制
在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關系。
自動控制系統在克服誤差的調節過程中可能會出現振蕩甚至失穩。其原因是由于存在有較大慣性組件（環節）或有滯后（delay）組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“**前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應該是零。這就是說，在控制器中僅引入 “比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重**調。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分（pd）控制器能改善系統在調節過程中的動態特性。
pid控制器的參數整定
pid控制器的參數整定是控制系統設計的**內容。它是根據被控過程的特性確定pid控制器的比例系數、積分時間和微分時間的大小。pid控制器參數整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法。它主要是依據系統的數學模型，經過理論計算確定控制器參數。這種方法所得到的計算數據未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經驗，直接在控制系統的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。pid控制器參數的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應曲線法和衰減法。三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經驗公式對控制器參數進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數，都需要在實際運行中進行最后調整與完善。現在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進行
pid控制器參數的整定步驟如下：
（1）首先預選擇一個足夠短的采樣周期讓系統工作；
（2）僅加入比例控制環節，直到系統對輸入的階躍響應出現臨界振蕩，記下這時的比例放大系數和臨界振蕩周期；
（3）在一定的控制度下通過公式計算得到pid控制器的參數。
比例積分微分調節器的簡稱。利用比例微分環節的**作用來對消調節對象中的大慣性，提高精度，加快動態響應速度。
固態繼電器
百科名片
固態繼電器（solid state relay,縮寫ssr），是由微電子電路，分立電子器件，電力電子功率器件組成的無觸點開關。用隔離器件實現了控制端與負載端的隔離。固態繼電器的輸入端用微小的控制信號，達到直接驅動大電流負載。
一、簡介
對于控制電壓固定的控制信號，采用阻性輸入電路。控制電流保證在大于5ma。對于大的變化范圍的控制信號（如3-32v）則采用恒流電路，保證在整個電壓變化范圍內電流在大于5ma可靠工作。隔離驅動電路：隔離電路采用光-電耦合和高頻變壓器耦合（磁電耦合），光電耦合通常使用光電二極管—光電三極管，光電二極管—雙向光控可控硅，光伏電池，實現控制側與負載側隔離控制。高頻變壓器耦合是利用輸入的控制信號產生的自激高頻信號經耦合到次級，經檢波整流，邏輯電路處理形成驅動信號。ssr的功率開關直接接入電源與負載端，實現對負載電源的通斷切換。主要使用有大功率晶體三極管（開關管-transistor）,單向可控硅（thyristor或scr），雙向可控硅（triac）,功率場效應管（mosfet）,絕緣柵型雙較晶體管（igbt）.固態繼電器可以方便的與ttl,mos邏輯電路連接。**的固態繼電器可以具有短路保護，過載保護和過熱保護功能，與組合邏輯固化封裝就可以實現用戶需要的智能模塊，直接用于控制系統中。
固態繼電器是具有隔離功能的無觸點電子開關，在開關過程中無機械接觸部件，因此固態繼電器除具有與電磁繼電器一樣的功能外，還具有邏輯電路兼容，耐振耐機械沖擊，安裝位置無限制，具有良好的防潮防霉防腐蝕性能，在防爆和防止臭氧污染方面的性能也較佳，輸入功率小，靈敏度高，控制功率小，電磁兼容性好，噪聲低和工作頻率高等特點。目前已廣泛應用于計算機外圍接口設備，調溫、調速、調光、電機控制、電爐加溫控制、電力石化、醫療器械、金融設備、煤碳、儀器儀表、交通信號等領域。
二、固態繼電器的組成
固態繼電器有三部分組成:輸入電路，隔離(耦合)和輸出電路。按輸入電壓的不同類別，輸入電路可分為直流輸入電路，交流輸入電路和交直流輸入電路三種。有些輸入控制電路還具有與ttl/cmos兼容，正負邏輯控制和反相等功能。固態繼電器的輸入與輸出電路的隔離和耦合方式有光電耦合和變壓器耦合兩種。固態繼電器的輸出電路也可分為直流輸出電路，交流輸出電路和交直流輸出電路等形式。交流輸出時，通常使用兩個可控硅或一個雙向可控硅，直流輸出時可使用雙極性器件或功率場效應管。
三、固態繼電器的優缺點
1、固態繼電器的優點
（1）高壽命，高可靠：固態繼電器沒**械零部件，有固體器件完成觸點功能，由于沒有運動的零部件，因此能在高沖擊，振動的環境下工作，由于組成固態繼電器的元器件的固有特性，決定了固態繼電器的壽命長，可靠性高。
（2）靈敏度高，控制功率小，電磁兼容性好:固態繼電器的輸入電壓范圍較寬，驅動功率低，可與大多數邏輯集成電路兼容不需加緩沖器或驅動器。
（3）快速轉換:固態繼電器因為采用固體器件，所以切換速度可從幾毫秒至幾微妙。
（4）電磁干擾小:固態繼電器沒有輸入“線圈”，沒有觸點燃弧和回跳，因而減少了電磁干擾。大多數交流輸出固態繼電器是一個零電壓開關，在零電壓處導通，零電流處關斷，減少了電流波形的突然中斷，從而減少了開關瞬態效應。
2、固態繼電器的缺點
（1）導通后的管壓降大，可控硅或雙相控硅的正向降壓可達1~2v，大功率晶體管的飽和壓降也在1~2v之間，一般功率場效應管的導通電阻也較機械觸點的接觸電阻大。
（2）半導體器件關斷后仍可有數微安至數毫安的漏電流，因此不能實現理想的電隔離。
（3）由于管壓降大，導通后的功耗和發熱量也大，大功率固態繼電器的體積遠遠大于同容量的電磁繼電器，成本也較高。
（4）電子元器件的溫度特性和電子線路的抗干擾能力較差，耐輻射能力也較差，如不采取有效措施，則工作可靠性低。
（5）固態繼電器對過載有較大的敏感性，必須用快速熔斷器或rc阻尼電路對其進行過載保護。固態繼電器的負載與環境溫度明顯有關，溫度升高，負載能力將迅速下降。
（6）主要不足是存在通態壓降（需相應散熱措施），有斷態漏電流，交直流不能通用，觸點組數少，另外過電流、過電壓及電壓上升率、電流上升率等指標差。
3、固態繼電器注意事項
（1）在選用小電流規格印刷電路板使用的固態繼電器時，因引線端子為高導熱材料制成,焊接時應在溫度小于250℃、時間小于10s的條件下進行，如考慮周圍溫度的原因，必要時可考慮降額使用，一般將負載電流控制在額定值的 1/2以內使用。
（2）各種負載浪涌特性對固態繼電器ssr的選擇
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,所以用戶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前提下能夠承受這個浪涌電流，選擇時可參考表2各種負載時的降額系數(常溫下)。如所選用的繼電器需在工作較頻繁、壽命以及可靠性要求較高的場合工作時，則應在表2的基礎上再乘以0.6以確保工作可靠。
一般在選用時遵循上述原則，在低電壓要求信號失真小可選用采用場效應管作輸出器件的直流固態繼器；如對交流阻性負載和多數感性負載，可選用過零型繼電器，這樣可延長負載和繼電器壽命，也可減小自身的射頻干擾。如作為相位輸出控制時，應選用隨機型固態繼電器。
（3）使用環境溫度的影響
固態繼電器的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10a以上的產品應配散熱器，100a以上的產品應配散熱器加風扇強冷 。在安裝時應注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較佳散熱效果。如繼電器長期工作在高溫狀態下(40℃~80℃)時，用戶可根據廠家提供的較大輸出電流與環境溫度曲線數據，考慮降額使用來保證正常工作。
（4）過流、過壓保護措施
在繼電器使用時，因過流和負載短路會造成ssr固態繼電器內部輸出可控硅*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型(選擇繼電器應選擇產品輸出保護,內置壓敏電阻吸收回路和rc緩沖器,可吸收浪涌電壓和提高dv/dt耐量）；也可在繼電器輸出端并接 rc吸收回路和壓敏電阻(mov)來實現輸出保護。選用原則是220v選用500v-600v壓敏電阻，380v時可選用800v-900v壓敏電阻。
（5）繼電器輸入回路信號
在使用時因輸入電壓過高或輸入電流過大**出其規定的額定參數時,可考慮在輸入端串接分壓電阻或在輸入端口并接分流電阻,以使輸入信號不**過其額定參數值。
（6）在具體使用時,控制信號和負載電源要求穩定，波動不應大于10%，否則應采取穩壓措施。
（7）在安裝使用時應遠離電磁干擾,射頻干擾源，以防繼電器誤動失控。
（8）固態繼電器開路且負載端有電壓時,輸出端會有一定的漏電流，在使用或設計時應注意。
（9） 固態繼電器失效更換時,應盡量選用原型號或技術參數完全相同的產品，以便與原應用線路匹配，保系統的可靠工作。
三、固態繼電器的工作
它是用半導體器件代替傳統電接點作為切換裝置的具有繼電器特性的無觸點開關器件，單相ssr為四端有源器件，其中兩個輸入控制端，兩個輸出端，輸入輸出間為光隔離，輸入端加上直流或脈沖信號到一定電流值后，輸出端就能從斷態轉變成通態。交流固態繼電器按開關方式分有電壓過零導通型（簡稱過零型）和隨機導通型（簡稱隨機型）；
按輸出開關元件分有雙向可控硅輸出型（普通型）和單向可控硅反并聯型（增強型）；
按安裝方式分有印刷線路板上用的針插式（自然冷卻，不必帶散熱器）和固定在金屬底板上的裝置式（靠散熱器冷卻）；
另外輸入端又有寬范圍輸入（dc3－32v）的恒流源型和串電阻限流型等。
ssr固態繼電器以觸發形式,可分為零壓型(z)和調相型(p)兩種。
在輸入端施加合適的控制信號in時,p型ssr立即導通。當in撤銷后,負載電流**雙向可控硅維持電流時(交流換向),ssr關斷。z型ssr內部包括過零電路,在施加輸入信號in時,只有當負載電源電壓達到過零區時,ssr才能導通,并有可能造成電源半個周期的較大延時。z型ssr關斷條件同p型,但由于負載工作電流近似正弦波,高次諧波干擾小,所以應用廣泛。北京靈通電子公司的ssr由于采用輸出器件不同,有普通型(s,采用雙向可控硅元件)和增強型(hs,采用單向可控硅元件)之分。當加有感性負載時,在輸入信號截止t1之前,雙向可控硅導通,電流滯后電源電壓90o(純感時)。t1時刻,輸入控制信號撤銷,雙向可控硅在小于維持電流時關斷(t2),可控硅將承受電壓上升率dv/dt很高的反向電壓。這個電壓將通過雙向可控硅內部的結電容,正反饋到柵較。如果**過雙向可控硅換向dv/dt指標(典型值10v/ s,將引起換向恢復時間長甚至失敗。單向可控硅(增強型ssr)由于處在單極性工作狀態,此時只受靜態電壓上升率所限制(典型值200v/　s),因此 增強型固態繼電器hs系列比普通型ssr的換向dv/dt指標提高了5-20倍。由于采用兩只大功率單向可控硅反并聯,改變了電流分配和導熱條件,提高了ssr輸出功率。增強型ssr在大功率應用場合,無論是感性負載還是阻性負載,耐電壓、耐電流沖擊及產品的可靠性,均**過普通固態繼電器,并達到了進口產品的基本指標,是替代普通固態繼電器的較新產品。
四、固態繼電器的分類
e系列：直流控制，交流過零導通，過零關斷
e 系列固態繼電器是直流輸入控制，交流過零導通，過零關斷輸出型無觸點繼電器，因此，具有di/dt 的比值小，啟動性能平穩，對電網輻射干擾小，關斷時可降低感性負載的反電動勢，對用電器和固態繼電器都有一定的保護作用等優點，是控制一般用電器，如電動機、加熱器、白熾燈的可以選擇器件。
ae系列：交流控制，交流過零導通，過零關斷
ae系列固態繼電器是交流輸入控制，交流過零導通，過零關斷輸出型無觸點繼電器。它方便于交流電源控制的設備中，直接采用交流控制固態繼電器，特點是從零電壓開始導通，啟動性能平穩，對電網輻射干擾小，關斷時可降低感性負載的反電動勢，對用電器和固態繼電器都有一定的保護作用，是控制一般用電器，如電動機、加熱器、白熾燈的可以選擇器件，可廣泛應用于煤礦、石油、等工礦行業之中。
3e系列：
直流控制，三項交流過零導通，過零關斷
3e系列固態繼電器是直流輸入控制，交流過零導通，過零關斷輸出型無觸點三相繼電器。可直接控制三相電動機、變壓器和加熱器等負載，具有開關速度快、無噪音、耐腐蝕、抗干擾等特點，用固態繼電器控制電器，時是從零電壓開始起動、零電流關斷，因此具有di/dt 的比值小，啟動性能平穩，對電網輻射干擾小，關斷時可降低感性負載的反電動勢，對用電器和固態繼電器都有一定的保護作用等優點，并且能與計算機系統，自動控制裝置直接接口，可以廣泛用于軍事，工企自動化等各個領域。
3ae系列：
交流控制，三相交流過零導通，過零關斷
3ae 系列固態繼電器是交流輸入控制，三相交流過零導通過零關斷輸出型無觸點繼電器。它方便于交流電源控制的設備中，直接采用交流控制電器如三相電動機、變壓器和加熱器等負載，具有用固態繼電器控制電器，時是從零電壓開始起動、零電流關斷，因此具有di/dt 的比值小，啟動性能平穩，對電網輻射干擾小，關斷時可降低感性負載的反電動勢，對用電器和固態繼電器都有一定的保護作用等優點，并且能與計算機系統，自動控制裝置直接接口，可以廣泛用于軍事，工企自動化等各個領域。
d系列：直流控制 直流輸出
d 系列固態繼電器為直流輸入，直流輸出型，可以實現直流電平轉換、隔離和控制，能夠方便地與計算機和各種數字電路接口。它廣泛應用于工業自動化領域中對各種直流供電執行機構的控制，如照明設備、小型直流電動機、直流電源、各種電磁裝置及智能儀表等，也可作為各種大功率輸出器件的推動級。使用方便，特別適用于腐蝕、潮濕和要求防爆等惡劣場合。
長時間工作在額定電流狀態時，應安裝散熱器；環境溫度較高時，應降額使用；控制容性負載時，應限制其浪涌電流；控制感性負載時，應限制其瞬時過壓。
p系列：直流控制，交流隨機導通，過零關斷
p系列固態繼電器是控制端為直流或方脈沖波輸入，輸出端為交流隨機型，特點是隨著控制端直流或方脈沖波的輸入，受控制端無論在任何相位上都即時導通。適合于要求導通時間短、開關速度快的控制系統中。當過零型固態繼電器用于如變壓器這類感性負載時，會引起很大的浪涌電流，使用隨機開啟固態繼電器是解決的方法之一。它可以在**個半周內的任意時刻使輸出器件導通，這種開啟方式，顯著減少了惡劣條件下的開啟機會，提高了固態繼電器的使用壽命。尤其對三相電機等三相負載，為使執行控制的多個固態繼電器同時接通，采用隨機型交流固態繼電器較為合適。同時具有零電流關斷，關斷時可降低了感性負載的反電動勢，對用電器和固態繼電器都有一定的保護作用等優點。并且可與移相觸發器匹配使用，具有移相調壓功能。
五、固態繼電器的應用
s系列固態繼電器,hs系列增強型固態繼電器、可以廣泛用于:計算機外圍接口裝置,恒溫器和電阻爐控制、交流電機控制、中間繼電器和電磁閥控制、復印機和全自動洗衣機控制、信號燈交通燈和閃爍器控制、照明和舞臺燈光控制、數控機械遙控系統、自動消防和保安系統、大功率可控硅觸發和工業自動化裝置等。
在應用中需要考慮下述問題。
器件的發熱
ssr在導通時,元件將承受p=v（管壓降）×i（負載）的耗散功率,其中v有效值和i有效值分別為飽和壓降和工作電流的有效值。此時,需依據實際工作環境條件,嚴格參照額定工作電流時允許的外殼溫升(75℃),合理選用散熱器尺寸或降低電流使用,否則將因過熱引起失控,甚至造成產品損壞。
在線路板上使用,連續負載電流2-3a時,可選用s?3,s?4產品,5a時,可選用s?08w3封裝產品。10a以下,可采用散熱條件良好的儀器底板。10a以上,需配散熱器。30a以下,采用自然風冷,連續負載電流大于30a時,需采用儀器風扇強制風冷。
封裝和安裝形式
臥式w型、立式l型,體積小適用于印制板直接焊接安裝。立式l2型,既能適合于線路板焊接安裝,也能適用于線路板上插接安裝。k型及f型,適合散熱器及儀器底板安裝。大功率ssr(k型和f型封裝)安裝時,應注意散熱器接觸面應平整,并需涂復導熱硅脂(美寶t-50)。安裝力矩愈大,接觸熱阻愈小。大電流引出線,需配冷壓焊片,以減少引出線接點電阻。
輸入端驅動
ssr按輸入控制方式,可分為電阻型、恒流源和交流輸入控制型。目前主要提供的,是供5v ttl電平用電阻輸入型。使用其他控制電壓時,可相應選用限流電阻。ssr輸入屬于電流型器件,當輸入端光耦可控硅完全導通后(微秒數量級),觸發功率可控硅導通。當激勵不足或斜波式的觸發電壓,有可能造成功率可控硅處于臨界導通邊緣,并造成主負載電流流經觸發回路引起的損壞。
例如：基本性能測試電路,輸入為可調電壓源,測試負載用100w燈泡,輸入觸發信號應為階躍邏輯電平,強觸發方式。國外廠商提供的器件標準電流為10ma,考慮到全溫度工作范圍(-40~+70℃),發光效率穩定和抗干擾能力,推薦較佳直流觸發工作電流在12~25ma之間。
ssr輸入端可并聯或串聯驅動。串聯使用時,一個ssr按4v電壓考慮,12v電壓可驅動3個ssr。
干擾問題
ssr產品也是一種干擾源,導通時會通過負載產生輻射或電源線的射頻干擾,干擾程度隨負載大小而不同。白熾燈電阻類負載產生的干擾較小,零壓型在交流電源的過零區(即零電壓)附近導通,因此干擾也較小。減少的方法是在負載串聯電感線圈。另外,信號線與功率線之間,也應避免交叉干擾。
過流/過壓保護
快速熔斷器和空氣開關,是通用的過電流保護方法。快速熔斷器可按額定工作電流的1.2倍選擇,一般小容量可選用保險絲。特別注意負載短路,是造成ssr產品損壞的主要原因。感性及容性負載,除內部rc電路保護外,建議采用壓敏電阻并聯在輸出端,作為組合保護。金屬氧化鋅壓敏電阻(mov)面積大小決定吸收功率,厚度決定保護電壓值。交流220v的ssr,選用myh12、430v、12的壓敏電阻;380v選用myh12、750v壓敏電阻;較大容量的電機變壓器應選用myh20、24通流容量大的壓敏電阻。
關于負載的考慮
ssr對一般的負載應是沒有問題的,但也必須考慮一些特殊的負載條件,以避免過大的沖擊電流和過電壓,對器件性能造成不必要的損壞。白熾燈、電爐等類的“冷阻”特性,造成開通瞬間的浪涌電流,**過額定工作電流值數倍。一般普通型ssr,可按電流值的2/3選用。增強型ssr,可按廠商提供的參數選用。在惡劣條件下的工業控制現場,建議留有足夠的電壓、電流余量。
某些類型的燈,在燒斷瞬間會出現低阻抗。氣化和放電通道以及容性負載,如切換電容器組或電容器電源,會造成類似短路狀態。可在線路中進一步串聯電阻或電感,作為限流措施。電機的開啟和關閉,也會產生較大的沖擊電流和電壓。中間繼電器、電磁閥吸合不可靠時引起的抖動,以及電容換向式電機換向時,電容電壓 和電源電壓的疊加會在ssr兩端產生二倍電源的浪涌電壓。
控制變壓器初級時,也應考慮次級線路上的瞬態電壓對初級的影響。此外,變壓器也有可能因為兩個方向電流不對稱,造成飽和引起的浪涌電流異常現象。上述情況,使ssr在特殊負載的應用,多少變得有點復雜。可行的辦法,就是通過示波器去測量可能引起的浪涌電流和電壓,從而選用合適的ssr和保護措施。
應用實例
1.調壓應用
p型ssr調壓,可采用外配移相電路來實現。例如,tw-702控溫儀的觸發系統,國產sdkc-05單電源調相集成電路(見圖2)。在計算機上,通常采用pio經驅動級的位控方式,利用50hz電網電源的過零中斷,經計時,控制導通角,以達到調壓之目的。
2.交流調功應用
“交流調功”是一種z型ssr普遍采用的方法,也能實現pid調節。即在固定周期內,控制交流正弦電流半波個數,達到調功目的。模擬電路常采用電壓比較器,將一個固定周期的鋸齒電壓和來自前級誤差電壓作比較,輸出方波實現調節,如圖3所示。在計算機上采用計時算法,產生占空比可調的方波脈沖擊來實現。例如日本的shimadew和omron公司的sr22、fd20、e5系列智能化控溫產品,配合z型ssr,實現自適應“自動翻轉”控制,即通過計算機產生擾動,算出較佳pid控制參數。
3.三相電流控制
hs系列ssr產品,可直接用于三相電機的控制。較簡單的方法,是采用2只ssr作電機通斷控制,4只ssr作電機換相控制,*三相不控制。
作為電機換向時應注意,由于電機的運動慣性,必須在電機停穩后才能換向,以避免產生類似電機堵轉情況,引起的較大沖擊電壓和電流。在控制電路設計上,要注意任何時刻都不應產生換相ssr同時導通的可能性。上下電時序,應采用先加后斷控制電路電源,后加先斷電機電源的時序。換向ssr之間,不能簡單地采用反相器連接方式,以避免在導通的ssr未關斷,另一相ssr導通引起的相間短路事故。此外,電機控制中的保險、缺相和溫度繼電器,也是保證系統正常工作的保護裝置。
固態繼電器術語解釋
環境溫度范圍:
固態繼電器正常工作時周圍空氣溫度極限，通常給出工作和貯存兩種條件下的溫度值，較大溫度還受散熱器和功率因素的限制。
介質耐壓(單位：v)
固態繼電器輸入端與輸出端，輸入端、輸出端散熱底板之間能承受的較大電壓值。注意：不允許測量同一輸入(或輸出)電路引出端之間的介質耐壓，測量之前應先將它們短路。
絕緣電阻(單位：mω):
固態繼電器輸入端與輸出端，輸入端、輸出端散熱底板之間施加500vdc的電壓測量的電阻值。注意：不允許測量同一輸入(或輸出)電路引
電氣系統峰值(單位：v)：
在規定的環境條件下，固態繼電器輸入端開路，在輸出端的額定輸出電壓之上迭加特定波形和能量的電壓，試驗一分鐘。試驗后固態繼電器仍符合規定。
關斷時間(單位：ms):
從切除常開型固態繼電器輸入端電壓達到保證關斷電壓開始至輸出端電壓達到其電壓較終變化為止的時間間隔。
導通時間(單位：ms):
從施加于常開型固態繼電器輸入端電壓達到保證接通電壓開始到輸出端電壓達到其電壓較終變化的為止的時間間隔。
輸出端漏電流(單位：ma):
在輸入端沒有施加導通控制信號的情況下，流過輸出端之間較大(有效值)斷態漏電流。通常是指整個溫度范圍內在較大的輸出額定電壓下的值。該值主要是輸出端緩沖器產生。
較大通態電壓降(單位：v):
在規定的環境溫度下，輸出端滿負載電流跨于輸出端兩端所呈現的較大(峰值)電壓降。
瞬態過壓(單位：piv):
固態繼電器在維持其關斷狀態的同時，能夠承受而不致造成損壞或失誤的允許施加電壓的較大偏離。**過該瞬態電壓可以使固態繼電器導通，若滿足電流條件則是非破性的。瞬態持續時間一般不做規定，可以在幾秒的數量級，受內部偏值網絡功耗或電容器額定值的限制。
較小斷態dv/dt(靜態)(單位：v/us):
在沒有施加導通控制信號時，固體繼電器輸出端(交流)能夠承受不致導通的電壓上升率。通常表達為較大額定電壓下的較小電壓上升率。
較大重復性導通電壓峰值(單位；vrms)：
在施加導通控制信號半周之后，在每一后續半周即要導通之前，跨于輸出端兩端所呈現的較大(峰值)斷態電壓。這一參數對具有或不具有“零導通”特點的固態繼電器同樣適用。
較大過零導通電壓(單位：vrms)(也稱過零電壓)：
在施加導通控制信號之后，在每一后續半周即要導通之前，跨于輸出端兩端所呈現的較大(峰值)斷態電壓。
功耗(在額定電流下)(單位：w)：
主要由于輸出半導體有效電壓降(功耗)而產生的較大平均功耗。
較大i2t(選擇熔絲用)(單位：a2s)：
固態繼電器承受較大非重復性脈沖電流的能力，用于熔絲的選擇。
較大過流(單位:a)：
在規定持續時間不允許流過的較大瞬時電流，通常以1秒的有效值來表述。
較大浪涌電流(非重復性)(單位：a)：
在規定持續時間不允許流過的較大瞬時電流，持續時間的典型值為交流電的一個周期(10ms)通常規定為峰值以及電流對時間的曲線。
較小負載電流(單位：ma)：
固態繼電器執行規定工作所必須的較小負載電流。它一般與較大負載電流一并作為“工作電流范圍”列出。
較大負載電流(單位：a)：
在規定的環境溫度下，固態繼電器的較大穩態負載電流能力，它還受散熱器和環境溫度條件的散熱限制。
輸出電壓范圍(單位：v)：
在規定的環境溫度下，施加于輸出端的電壓范圍，在該范圍固態繼電器繼續處于關斷或切換狀態，或換句話說執行規定的狀態。線路的頻率值或包括在內，或單位指明(交流)。
較小輸入阻抗(單位:ω)：
在給定電壓下的較小阻抗。作為輸入電流的替代或補充，它確定輸入功率要求。
反極性電壓(僅適用于直流輸入)(單位；v)：
在規定的環境溫度下，能夠加在固態繼電器輸入端上而不致造成固態繼電器*損壞的較大允許反向電壓。該值一般確定為輸入電壓的上限值。
輸入電流(單位：ma)：
在規定的環境溫度下，施加規定的輸入電壓于固態繼電器輸入端，流入其輸入回路的電流值。
保證關斷電壓(單位：v)：
在規定的環境溫度下，施加于輸入端，當輸入在該值或該值之下時能保輸出端處于關斷狀態的電壓。
保證接通電壓(單位：v)：
在規定的環境溫度下，施加于輸入端，當輸入在該值或該值之上時能保輸出端處于導通狀態的電壓。
輸入電壓范圍(單位；v)：
在規定的環境溫度下，施加在輸入端，使輸出端維持“導通”狀態的電壓范圍。一 般情況下直流輸入有：3-32vdc恒流輸入型和3-14vdc、10-40vdc阻性輸入型。交流輸入有：90-280vac輸入型。輸入電壓的下限即為所謂的保證接通電壓，輸入電壓的上限即所謂的反極性電壓(僅適用于直流輸入)。
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