固态继电器

这里主要学习一下固态继电器使用的注意事项

固态继电器(Solid State Relay, SSR)在 CEMS 机柜里绝对是“劳模”级别的存在,特别是在伴热管线控制、转换炉加热、冷凝器制冷片控制这些需要 PID 精确控温(频繁开关)的场合。机械继电器如果像它那样每秒开关一次,两天触点就烧废了

但它不像机械继电器那样“皮实”,它更像是一个娇气的半导体

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第一大坑:发热

这是 SSR 90% 的死因。很多人以为继电器就是个开关,不需要消耗能量。错!

  • 原理: SSR 的内部不是金属触点,而是可控硅(Triac)或 MOS 管。当电流流过它时,它会有大约 1.2V ~ 1.6V 的电压降
  • 算笔账:
    • 假设你控制一条 50 米的伴热管,电流是 10A。
    • SSR 产生的热量 $P = U \times I = 1.5V \times 10A = \mathbf{15W}$。
  • 后果:
    • 别小看 15W。在一个密闭的 CEMS 机柜里,如果没有散热片,这 15W 的热量会让 SSR 自身温度在几分钟内飙升到 100°C 以上。
    • 一旦超过结温(通常 125°C),SSR 瞬间击穿损坏(通常是永久导通,加热棒狂烧不止)。

避坑指南:

  1. 必须加散热片: 电流超过 5A,就必须把 SSR 锁在铝制散热片上
  2. 涂硅脂: SSR 底部和散热片之间,必须涂导热硅脂
  3. 通风: 散热片的齿要顺着风道,不能被线槽挡死。

第二大坑:漏电流 (Leakage Current)

  • 现象:
    • SSR 输入端明明已经断电(指示灯灭了)。你拿着万用表去量 SSR 的输出端(负载端),竟然测到了 220V 电压
    • 或者,如果你接的是一个很小的指示灯,那个灯竟然在“关”的时候还发着微弱的“鬼火”。
  • 原因:
    • 半导体器件没有绝对的绝缘。SSR 内部通常并联了一个 RC 阻容吸收回路(为了保护它不被浪涌打死)。
    • 这个回路在关断时,依然会有 mA 级别 的漏电流流过。

避坑指南:

  1. 别被万用表骗了: 万用表内阻很高,测出的 220V 是“虚电”。只要接上负载(比如加热棒),电压立马归零。
  2. 触电警告: 千万不要以为 SSR 关了就安全了而去摸接线柱! 那个漏电流虽然小,但电压是实打实的,会电人。维修时必须拉下空气开关。

第三大坑:短路就是“秒杀”

  • 机械继电器: 如果负载短路了,机械继电器可能只是触点粘连,或者还能扛个几秒钟等空开跳闸。
  • SSR: 它是半导体。它比保险丝烧得还快。
    • 如果加热棒内部短路,巨大的电流涌过来,普通的空气开关(断路器)还没来得及跳闸(需要几十毫秒),SSR 内部的可控硅在 1 毫秒 内就已经炸了。

避坑指南:

  1. 普通空开保护不了 SSR。
  2. 如果你这路负载极其昂贵或易短路,必须串联“快速熔断器” (Fast Blow Fuse / 半导体保护熔断器)。

第四大坑:选型选错了“过零”还是“随机”

在 CEMS 里,我们通常控制的是加热棒(电阻负载)。

  • 过零触发型 (Zero-Crossing):
    • 原理: 你给信号让它开,它不会马上开,而是等到交流电的正弦波走到 0V 那个点时才导通。
      • 因为它是在 0V 时接通的,所以没有冲击,没有火花,没有噪音
      • 代价是它会有延迟。最长需要等待半个周期(在 50Hz 电网下,最多延迟 10 毫秒)。但对于加热棒来说,10 毫秒完全可以忽略不计。
    • 优点: 干扰极小。不会对电网产生高频噪声,不会干扰你灵敏的弱电信号。
    • CEMS 必选: 控制伴热管、加热炉,必须选过零型
  • 随机触发型 (Random Turn-on):
    • 原理: 给信号立马导通,不管电压在哪。
    • 缺点: 会产生巨大的电磁干扰。
    • 用途: 只有在控制感性负载(如电机、调节光亮度)时才偶尔用到。

总结

当你设计或维护 CEMS 里的 SSR 回路时,脑子里过一遍这张检查清单:

  1. 摸温度: 设备运行半小时后,去摸一下 SSR 的散热片。如果烫手不敢摸(>60°C),说明散热不够,赶紧换大散热片或加风扇。
  2. 留余量:
    • 电阻负载(加热棒):按 2 倍 选型。比如负载 10A,选 25A 的 SSR。
    • 感性负载(电机/泵):按 6-10 倍 选型。电机启动电流大,SSR 极易被秒杀。
  3. 看接线:
    • 输入端 : 通常是 3-32V DC。注意正负极别接反(虽然大多有保护,但接反了不工作)。
    • 输出端: 控制交流电时,不分正负,但千万别把 220V 接到输入端去了,那是瞬间放烟花。
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