固態(tài)繼電器負(fù)載開關(guān)
在大多數(shù)情況下，按照一般的規(guī)則，如果采用電磁繼電器不會(huì)引起什么特殊的問題。當(dāng)固態(tài)繼電器連接不同類型的負(fù)載時(shí)，由于對固態(tài)繼電器應(yīng)用條件缺乏了解，因而在固態(tài)繼電器的應(yīng)用上經(jīng)常會(huì)遇到很多困難。
電阻負(fù)載
在一個(gè)純電阻負(fù)載的電路中，瞬間電流總是與兩端的的瞬時(shí)電壓成比例。在這種應(yīng)用中，電流和電壓在相序上同步，可由下述等式描述：
V=R.I 此處 R 是電路的電阻。
如果采用固態(tài)繼電器對這類負(fù)載進(jìn)行開關(guān)控制，那么強(qiáng)烈推薦使用同步開關(guān)固態(tài)繼電器(過零型固態(tài)繼電器)：
當(dāng)電流與電壓同步時(shí)，固態(tài)繼電器會(huì)在電壓和電流過零點(diǎn)時(shí)接通或斷開電路。在種條件下，固態(tài)繼電器將這樣工作：
dv/dt值會(huì)受由到電源限定（對于一個(gè)50赫茲230伏的電源來說是105000v/s，即0.1伏/微秒）
di/dt值會(huì)由負(fù)載和輸出回路阻抗限定。
電磁輻射也非常有限，因?yàn)樵陂_關(guān)時(shí)正好位于低功率點(diǎn)上。
這種用于電阻負(fù)載的同步開關(guān)型固態(tài)繼電器，特別適合用于加熱器，在這種應(yīng)用中，通常開關(guān)頻率會(huì)比較高。
在純電阻負(fù)載應(yīng)用中，大多數(shù)情況下只需簡單考慮電路的最大電流和最高電壓，可以使固態(tài)繼電器能夠正常工作。
n 關(guān)于白熾燈的例外情況
白熾燈是電阻負(fù)載中的最差例子，由于其電阻低，尤其在鎢絲處于冷卻的狀態(tài)下，這使其在點(diǎn)亮?xí)r的超載電流可能是穩(wěn)定狀態(tài)下電流10到20倍。
基于白熾燈的特性，正常電流只有在幾個(gè)周期后才會(huì)達(dá)到。因此，需要對所選用固態(tài)繼電器進(jìn)行核對，看其過載能力是否可以滿足要求。如果說IRMS是穩(wěn)態(tài)的有效負(fù)載電流，點(diǎn)亮?xí)r的最大電流是：
如果使用同步開關(guān)型固態(tài)繼電器，回路 di/dt值受到限制，使白熾燈壽命大幅延長。為了避免固態(tài)繼電器的損壞，在白熾燈線路中串接熔斷器是個(gè)好辦法，不僅可以在點(diǎn)亮?xí)r保護(hù)固態(tài)繼電器，而且可以在回路突然短路時(shí)保護(hù)固態(tài)繼電器。
n 連接3相電源
單相電路中的接線方式同樣可以應(yīng)用到3相供電中的任一相。
在沒有中線的三相平衡電路（星形和三角形連接）應(yīng)用中，可采用開關(guān)2相來代替開關(guān)3相。需要注意的是，當(dāng)回路短路或相不平衡時(shí)會(huì)導(dǎo)致固態(tài)繼電器兩端的最大電壓上升。另外，由于有一相一直連接到設(shè)備上，因此必須確認(rèn)已經(jīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣肀Ｗo(hù)人員的安全。
這種連線方法應(yīng)用于電阻負(fù)載，同樣適用于電感負(fù)載。
5.3 感性負(fù)載
交流電路中感性負(fù)載基本影響是使電流和電壓間產(chǎn)生相位不同步，這種不同步采用0到90°的相位角或者采用間于1和0之間功率因素Pf來描述。功率因素通常用等式計(jì)算：
Pf =R/Z= cosφ
在此， R是回路電阻
Z全阻抗
φ相位角
對于一個(gè)純電阻電路Pf =1
同步開關(guān)型固態(tài)繼電器是為正常工作負(fù)載功率因素在1和0.5（相位角=60°）之間的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。除了很少的一些例外情況，這個(gè)功率因素范圍幾乎包括了實(shí)際應(yīng)用中所有感性負(fù)載。建議在cosφ =< 0.7（阻性負(fù)載帶低感性阻抗）時(shí)，盡量不要采用同步開關(guān)型固態(tài)繼電器。
注意避免感性負(fù)載飽和，因?yàn)樽杩箍赡軙?huì)變得很低（殘余歐姆值），導(dǎo)致過載或者損壞固態(tài)繼電器。
在感性負(fù)載中最常見的問題是在斷開時(shí)的dv/dt值問題。這個(gè)瞬間，負(fù)載電壓瞬時(shí)作用于固態(tài)繼電器的兩端。相位不同步會(huì)導(dǎo)致dv/dt斜率非常高，這將使繼電器反向接通。在固態(tài)繼電器輸出端并聯(lián)濾波器，可以減輕或消除這一問題。
對于采用Triac輸出的固態(tài)繼電器，這一問題尤其嚴(yán)重， 因?yàn)橄鄬τ诓捎糜?/span>SCR輸出的固態(tài)繼電器，它們耐dv/dt值更差。
在負(fù)載功率因素間于為0.7＜Pf＜1時(shí)，推薦使用同步開關(guān)固態(tài)繼電器(過零型固態(tài)繼電器)。
n 負(fù)載功率Pf＜0.7的例子
當(dāng)功率因素小于0.7時(shí)，即使在輸入端有控制信號(hào)，同步開關(guān)型固態(tài)繼電器可能不會(huì)接通。如果負(fù)載的感性程度太高，負(fù)載就會(huì)對在負(fù)載中產(chǎn)生的電流起到強(qiáng)烈抑制。如果在有效的開關(guān)區(qū)域不能產(chǎn)生最小維持電流，輸出元件就不能導(dǎo)通，或者只導(dǎo)通半周期，這種現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生在低負(fù)載電流的應(yīng)用中。
這個(gè)問題可以通過在固態(tài)繼電器兩端安裝一個(gè)緩沖型濾波器或在負(fù)載上并聯(lián)分流電阻，使固態(tài)繼電器快速產(chǎn)生最小維持電流來解決。
在這種應(yīng)用中，選用異步開關(guān)型固態(tài)繼電器（瞬時(shí)輸出型固態(tài)繼電器）會(huì)更好，因?yàn)楫惒介_關(guān)型固態(tài)繼電器自身可以在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間建立起最小維持電流，確保導(dǎo)通。另外，因?yàn)楣β室蛩睾芨撸貏e注意dv/dt參數(shù)。
n 變壓器開關(guān)的例子
變壓器是感性負(fù)載中一個(gè)特殊，極端的例子，因?yàn)樗芾檬４胚_(dá)到飽和，
變壓器的磁導(dǎo)率特性可以用它的B/H曲線描述（磁感應(yīng)強(qiáng)度/磁場強(qiáng)度）。H是磁場強(qiáng)度，其方向與變壓器兩端電壓的方向相同，B是變壓器的磁感應(yīng)強(qiáng)度。
在穩(wěn)態(tài)交流電中，變壓器的磁感應(yīng)曲線為M曲線。如果變壓器兩端的電壓在最后的正半周之前切斷，變壓器的剩余磁場將固定在BR點(diǎn)。
如果在下一次通電時(shí)前半波是正的，變壓器的磁導(dǎo)率曲線就會(huì)跟隨S曲線前半波，導(dǎo)致高度飽，使得初級(jí)線圈的阻抗下降，產(chǎn)生很高的浪涌電流。這種飽和問題會(huì)在隨后逐漸消除，直到恢復(fù)穩(wěn)定的正常工作（如M曲線）， 如前所述。
在飽和狀態(tài)下，根據(jù)飽和程度，變壓器回路阻抗可以等于在回路中變壓器初級(jí)線圈電阻和外部其他電阻之和，這個(gè)回路阻抗通常很小。
例子：
電源電壓:230VAC
線圈電阻：1歐姆
外部電阻（電線和連接）：0.5歐姆
過載峰值電流：
在變壓器線路中接一個(gè)低阻值電阻可以防止過載。這個(gè)被選電阻的前提是不能破壞變壓器的正常工作。
通過變壓器的電流
1. 電流
2. 電流曲線
3. 穩(wěn)定電流
在這個(gè)例子中，最好選擇一個(gè)固態(tài)繼電器，其至少可以經(jīng)受周期電流為200安培的電流。
如果選好一個(gè)同步開關(guān)型固態(tài)繼電器繼電器，變壓器會(huì)有50%的機(jī)率產(chǎn)生飽和狀態(tài)，導(dǎo)致在前半波中產(chǎn)生過載。
當(dāng)變壓器沒有充電時(shí)，其只是一個(gè)純電感。通過它的電流只是磁感應(yīng)電流，它與電壓正好正交。在這種情況下，在電壓最高點(diǎn)，也就是在電流的零點(diǎn)開關(guān)限制磁感應(yīng)電流過載。但是根據(jù)次級(jí)線圈負(fù)載不同，情況也不同。如果負(fù)載是容性負(fù)載，則建議采用電壓零點(diǎn)開關(guān)。
在大多數(shù)情況下，瞬時(shí)開關(guān)型固態(tài)繼電器是比較好的選擇，盡管它不適合于所有的情況，但適用于大多數(shù)變壓器的應(yīng)用。
n 開關(guān)電機(jī)
電機(jī)是擁有自己規(guī)律的感性負(fù)載，它與所帶的機(jī)械負(fù)載有關(guān)。啟動(dòng)時(shí)，3相電機(jī)會(huì)產(chǎn)生6-8倍于穩(wěn)態(tài)正常電流的沖擊電流。對于一些單相電機(jī)，啟動(dòng)電流會(huì)高達(dá)10倍于正常電流IN。
通過電機(jī)的電流可以以下面的公式計(jì)算：
PUSABLE，η和cosφ通常在電機(jī)的銘牌中有標(biāo)識(shí)。
除此之外，異步電機(jī)的功率因素是機(jī)械負(fù)載的函數(shù)，在空載運(yùn)行的情況下可認(rèn)為小于0.4或0.5。因此，推薦使用異步開關(guān)型繼電器（瞬時(shí)開關(guān)型）來開關(guān)異步電機(jī)。
啟動(dòng)狀態(tài)
在選擇決定采用什么固態(tài)繼電器時(shí)，要仔細(xì)考慮電機(jī)啟動(dòng)負(fù)載大小，以及固態(tài)繼電器配套的散熱器大小，特別是多次起停（反復(fù)循環(huán)）產(chǎn)生過載的情況下。
將電流近似成方型曲線，有效電流可定義為：
可以采用這個(gè)電流有效值并結(jié)合固態(tài)繼電器散熱曲線，確定散熱器大小。通過啟動(dòng)電流值和工作電壓值可以來確定選擇什么固態(tài)繼電器。
單相電機(jī)正反轉(zhuǎn)
單相電機(jī)可以采用兩個(gè)固態(tài)繼電器來控制，特別注意不能同時(shí)或意外同時(shí)將兩個(gè)固態(tài)繼電器導(dǎo)通，使移相電容C短路。如果不能絕對保證避免兩個(gè)固態(tài)繼電器同時(shí)導(dǎo)通，就需加一個(gè)電阻來限制電容C的放電電流，電阻的阻值可以用下述方法來確定：
L1和L2兩端的電壓正交，斷開繼電器兩端的電壓VSSR與電容C兩端的電壓相同，電壓如下：
如果L1和L2兩端的電壓不完全正交，當(dāng)電機(jī)停止時(shí)，電壓VSSR會(huì)更高。對于一個(gè)230伏的電機(jī)，要選用一個(gè)額定電壓達(dá)到400伏的固態(tài)繼電器。
三相電機(jī)
三相帶中線負(fù)載需要在每相中接入固態(tài)繼電器來控制，三相不帶中線的負(fù)載可以只通過兩個(gè)固態(tài)繼電器控制兩相來實(shí)現(xiàn)控制。
在三相電機(jī)控制中，在電機(jī)沒有完全停止轉(zhuǎn)動(dòng)前，切斷電源，電機(jī)會(huì)稍微產(chǎn)生小于電源電壓的感生電動(dòng)勢，并逐漸減少到零。如果機(jī)械負(fù)載在高高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下快速停止，浪涌電壓會(huì)很高，如下式：
當(dāng)電機(jī)的兩相斷開時(shí)，電機(jī)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢，加上沒有斷開的那一相的電壓，會(huì)在固態(tài)繼電器的兩端產(chǎn)生一個(gè)略小于兩倍電源電壓的電壓。
5.4 電容負(fù)載
純電容負(fù)載不常見，但在一些電子設(shè)備中，它們和其他負(fù)載一起存在（感性負(fù)載或阻性負(fù)載）。對于高容性值（低阻抗）負(fù)載，就要特別注意dl/dt參數(shù)。
開關(guān)此類負(fù)載通常用同步開關(guān)型固態(tài)繼電器（過零型固態(tài)繼電器）。
在230伏交流供電中，可由下述計(jì)算估計(jì)出dl/dt參數(shù)的最大值：
在正弦波過零通道中dv/dt = 100000伏/秒
在一個(gè)C值的電容器中，電流I可由下式表示：
I= C.dv/dt
也就是：I(amp)=C(法拉).105
我們推薦在高容性回路中串聯(lián)休克電感。
5.5 固態(tài)繼電器的各種連接
n 并聯(lián)/串聯(lián)
固態(tài)繼電器的輸入端既可以并聯(lián)也可以串聯(lián)，而輸出端只能采用串聯(lián)形式，采用FET晶體管輸出的直流固態(tài)繼電器除外。當(dāng)兩個(gè)繼電器的輸出端串聯(lián)時(shí)，最大輸出電流受制于應(yīng)兩個(gè)固態(tài)繼電器中電流小那個(gè)，最大可接受電壓為兩個(gè)固態(tài)繼電器最大可接受電壓之和。
n 增加直流固態(tài)繼電器的輸出電流
直流固態(tài)繼電器的輸出電流是有限的，尤其是采用某些晶體管輸出的固態(tài)繼電器。可以通過外接一個(gè)電源回路來降低這個(gè)弊端。
總結(jié)
負(fù)載類型 | 選用固態(tài)繼電器 |
電阻負(fù)載 | 同步開關(guān)型固態(tài)繼電器 |
電機(jī)負(fù)載 | 異步開關(guān)型固態(tài)繼電器 |
感應(yīng)負(fù)載0.7≤Pf≤1 | 同步開關(guān)型固態(tài)繼電器 |
感應(yīng)負(fù)載Pf＜0.7和變壓器 | 異步開關(guān)型固態(tài)繼電器 |
電容負(fù)載 | 同步開關(guān)型固態(tài)繼電器 |
