摘 要: 分析了电磁继电器在使用过程中的问题，设计了基于SSR控制的三相电动机的正/反转电路，并阐述了电路原理、电路结构及特点。
关键词： SSR；电动机；正/反转
1 传统电机正反转控制电路的使用
在工矿企业、工农业生产中，经常使用传统的电磁继电器来实现三相电机的正/反转控制。在大负荷作业过程中，由于电流较大，在正反转切换时，如果处理不好，则会在继电器接触表面产生火花、烧毁触点、影响接触器的寿命。虽然继电器采用了灭弧装置，但效果并不理想。一段时间后，由于触点表面接触电阻增大，电磁继电器在使用中将暴露出其他的问题：
(1)对冲击、振动的环境敏感，触点寿命短，可行性低。
(2)电磁继电器的控制电压范围较窄、灵敏度低。
(3)切换速度慢，大于20 ms。
(4)因本身是线圈结构，由于磁通是交变的，在磁通为零时，电磁吸力也为零。这对于50 Hz的交流电来说，1 s内将有100次电磁吸力为零，这将引起铁芯振动、产生机械磨擦、降低使用寿命，同时容易产生电磁干扰[1]。
由于这些缺点，电磁继电器控制的三相电机电路带给人们越来越多的不便。
2 SSR电机正反转控制电路设计
固态继电器SSR(Solid State Relay)由固态电子组件组成的新型无触点电子开关，又称固态开关。本设计电路摒弃了普通继电器控制的电机正/反转电路，采用集光电耦合器、大功率双向晶闸管触发电路、阻容吸收电路等于一体的过零型SSR元件代替传统的线圈继电器，设计出一种实现对三相电动机正/反转的控制电路。SSR的原理图如图1所示[2]。
2.1 固态继电器的工作原理及特性
2.1.1 过零型SSR工作原理
过零型SSR为四端器件，1、2为输入端，3、4为输出端。R0为限流电阻，光耦合器将输入与输出电路在电气上隔离开，T1构成反相器，R4、R5、T2和晶闸管T3组成过零检测电路，UR为双向整流桥，由T3和UR用双向晶闸管TR开启双向触发脉冲，R3、R7为分流电阻，用来保护T3、TR，R8、C组成浪涌吸收网络，吸收电源中带有的尖峰电压或浪涌电流，防止对开关电路产生冲击或干扰，其内部电路如图2所示[3]。
2.1.2 SSR特性
SSR成功地实现了弱信号对强电的控制。由于光耦合器的应用，使控制信号所需的功率极低，而且所需的工作电平与TTL、HTL、CMOS等常用集成电路兼容，可以实现直接连接，从而使SSR在数控和自控设备等方面得到广泛应用，甚至可取代传统的“线圈—簧片触点式”继电器。
SSR是由全固态电子元件组成，与电磁继电器相比没有任何可动的机械部件、机械动作，且具有无触点、无动作噪声、开关速度快、无火花干扰和可靠性高等优点[4]；SSR由电路的工作状态变换实现“通”和“断”的开关功能，没有机械接触点，具有工作高可靠、寿命长、无动作噪声、耐振动、耐机械冲击、安装位置无限制的优点，并可用绝缘防水材料灌封做成全密封形式，达到防潮、防霉、防腐的性能，同时在防爆和防止臭氧污染方面的性能也极佳[5]。交流型SSR由于采用过零触发技术，因而在计算机输出接口上可以安全使用。这些特点使SSR在军事、化工、井下采煤和各种工业民用电控设备的应用中具有超越电磁继电器的极大技术优势。
2.2 SSR控制的电动机正/反转电路设计
2.2.1 控制电路原理图及电路特点
采用过零型SSR作为电子开关实现电动机正/反转控制，控制电路如图3所示。通过触发电路控制电动机的启动、停止和正/反转。当改变电动机转动方向时，给出指令信号的顺序是“停止—反转—启动”或“停止—正转—启动”。当电机允许时，可以在R1～R4位置接入限流电阻，以防止当两线间的任意2只继电器均误接通时，限制产生半周线间短路电流超过继电器所能承受的浪涌电流，从而避免烧毁继电器等事故，确保安全性。但是正常工作时电阻将产生压降和功耗。该电路建议采用额定电压为660 V或更高一点的SSR产品。本设计电路不仅可用于人工控制，同时也非常适用于单片机或计算机的自动控制。
2.2.2 控制电路的工作波形
由波形图可知，当输入端加入输入信号时，各SSR均是在各相电压过零时导通，使负载上的电压与三相电源电压同步，工作波形如图4所示。
对该设计电路的分析表明，该电路设计是SSR继电器在应用领域尤其是电机控制领域的创新。电路在抗干扰、噪声、运行平稳性等方面明显优于电磁继电器控制的电机正/反转电路。此外，由于所用元件SSR没有机械接触触点，对环境的适应性更强；运行中对电网产生的干扰小，而且由于SSR所需的工作电平与TTL、HTL、CMOS等常用集成电路兼容，可以实现直接连接，更加适用于自动控制领域。但在实际应用时，由于SSR的电流容量随环境温度的升高而降低，因此工作电流较大时应加散热片。
参考文献
[1] 博文．固态继电器[J]．电子世界，2007(6)：9-10.
[2] 王联伟，徐剑锋．固体继电器在有载调压配电变压器中的应用[J]．科技资讯，2006，29.
[3] 康清华.固态继电器的应用浅析[J]．科技资讯，2007(4).
[4] 吕艳玲，赵玉林，徐建华，等．基于固态继电器的配电变压器自动稳压装置[J]．电力系统自动化，2003，27(24)：74-77.
[5] AvaGO公司．固态继电器的选择和应用[J]．世界电子元器件，2008(3)：62-65.