摘 要: 分析了電磁繼電器在使用過程中的問題，設計了基于SSR控制的三相電動機的正/反轉電路，并闡述了電路原理、電路結構及特點。
關鍵詞： SSR；電動機；正/反轉
1 傳統電機正反轉控制電路的使用
在工礦企業、工農業生產中，經常使用傳統的電磁繼電器來實現三相電機的正/反轉控制。在大負荷作業過程中，由于電流較大，在正反轉切換時，如果處理不好，則會在繼電器接觸表面產生火花、燒毀觸點、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。一段時間后，由于觸點表面接觸電阻增大，電磁繼電器在使用中將暴露出其他的問題：
(1)對沖擊、振動的環境敏感，觸點壽命短，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)因本身是線圈結構，由于磁通是交變的，在磁通為零時，電磁吸力也為零。這對于50 Hz的交流電來說，1 s內將有100次電磁吸力為零，這將引起鐵芯振動、產生機械磨擦、降低使用壽命，同時容易產生電磁干擾[1]。
由于這些缺點，電磁繼電器控制的三相電機電路帶給人們越來越多的不便。
2 SSR電機正反轉控制電路設計
固態繼電器SSR(Solid State Relay)由固態電子組件組成的新型無觸點電子開關，又稱固態開關。本設計電路摒棄了普通繼電器控制的電機正/反轉電路，采用集光電耦合器、大功率雙向晶閘管觸發電路、阻容吸收電路等于一體的過零型SSR元件代替傳統的線圈繼電器，設計出一種實現對三相電動機正/反轉的控制電路。SSR的原理圖如圖1所示[2]。
2.1 固態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構成反相器，R4、R5、T2和晶閘管T3組成過零檢測電路，UR為雙向整流橋，由T3和UR用雙向晶閘管TR開啟雙向觸發脈沖，R3、R7為分流電阻，用來保護T3、TR，R8、C組成浪涌吸收網絡，吸收電源中帶有的尖峰電壓或浪涌電流，防止對開關電路產生沖擊或干擾，其內部電路如圖2所示[3]。
2.1.2 SSR特性
SSR成功地實現了弱信號對強電的控制。由于光耦合器的應用，使控制信號所需的功率極低，而且所需的工作電平與TTL、HTL、CMOS等常用集成電路兼容，可以實現直接連接，從而使SSR在數控和自控設備等方面得到廣泛應用，甚至可取代傳統的“線圈—簧片觸點式”繼電器。
SSR是由全固態電子元件組成，與電磁繼電器相比沒有任何可動的機械部件、機械動作，且具有無觸點、無動作噪聲、開關速度快、無火花干擾和可靠性高等優點[4]；SSR由電路的工作狀態變換實現“通”和“斷”的開關功能，沒有機械接觸點，具有工作高可靠、壽命長、無動作噪聲、耐振動、耐機械沖擊、安裝位置無限制的優點，并可用絕緣防水材料灌封做成全密封形式，達到防潮、防霉、防腐的性能，同時在防爆和防止臭氧污染方面的性能也極佳[5]。交流型SSR由于采用過零觸發技術，因而在計算機輸出接口上可以安全使用。這些特點使SSR在軍事、化工、井下采煤和各種工業民用電控設備的應用中具有超越電磁繼電器的極大技術優勢。
2.2 SSR控制的電動機正/反轉電路設計
2.2.1 控制電路原理圖及電路特點
采用過零型SSR作為電子開關實現電動機正/反轉控制，控制電路如圖3所示。通過觸發電路控制電動機的啟動、停止和正/反轉。當改變電動機轉動方向時，給出指令信號的順序是“停止—反轉—啟動”或“停止—正轉—啟動”。當電機允許時，可以在R1～R4位置接入限流電阻，以防止當兩線間的任意2只繼電器均誤接通時，限制產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。但是正常工作時電阻將產生壓降和功耗。該電路建議采用額定電壓為660 V或更高一點的SSR產品。本設計電路不僅可用于人工控制，同時也非常適用于單片機或計算機的自動控制。
2.2.2 控制電路的工作波形
由波形圖可知，當輸入端加入輸入信號時，各SSR均是在各相電壓過零時導通，使負載上的電壓與三相電源電壓同步，工作波形如圖4所示。
對該設計電路的分析表明，該電路設計是SSR繼電器在應用領域尤其是電機控制領域的創新。電路在抗干擾、噪聲、運行平穩性等方面明顯優于電磁繼電器控制的電機正/反轉電路。此外，由于所用元件SSR沒有機械接觸觸點，對環境的適應性更強；運行中對電網產生的干擾小，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，可以實現直接連接，更加適用于自動控制領域。但在實際應用時，由于SSR的電流容量隨環境溫度的升高而降低，因此工作電流較大時應加散熱片。
參考文獻
[1] 博文．固態繼電器[J]．電子世界，2007(6)：9-10.
[2] 王聯偉，徐劍鋒．固體繼電器在有載調壓配電變壓器中的應用[J]．科技資訊，2006，29.
[3] 康清華.固態繼電器的應用淺析[J]．科技資訊，2007(4).
[4] 呂艷玲，趙玉林，徐建華，等．基于固態繼電器的配電變壓器自動穩壓裝置[J]．電力系統自動化，2003，27(24)：74-77.
[5] AvaGO公司．固態繼電器的選擇和應用[J]．世界電子元器件，2008(3)：62-65.