固态继电器应用电路图大全

固态继电器应用电路图大全

■应用电路图
1. 与传感器的连接
SSR可直接连接接近开关、光电开关等传感器。


2. 白炽灯的闪烁控制


3.电气炉的温度控制


4. 单相感应电动机的正反运转


注1. SR1、SSR2其中一个为断开侧SSR的LOAD端子间电压， 由于通过 LC结合， 电压约为电源电压的2倍，
    请务必使用具备电源电压2倍以上的输出额定电压的SSR
    （例） 电源电压交流100Ｖ的单相感应电动机的正反运转， 应使用有交流200Ｖ以上输出电压的SSR
注2. 切换SW1和SW2时， 请务必确保有30ms以上的时滞。

5. 三相感应电动机的接通、断开控制


6. 三相电机的正反运转
SSR三相电机正反运转时， 请注意SSR的输入信号。如右上图所示， 同时切换SW1和SW2时， 负载侧发生相间短路， 会损坏SSR 的输出元件。这是由于即使没有至SSR输入端子的输入信号， 输出元件（三端双向可控硅开关） 仍处于导通状态， 直至负载电流为0。因此， 切换SW1和SW2时， 请务必设定30ms以上的时滞。
另外， 由于至SSR输入电路的干扰等导致的SSR误动作， 也会导致相间短路、SSR损坏。作为此时的对策例， 在电路中接入防止产生短路事故的保护电阻R。对于保护电阻R， 请根据SSR的浪涌接通电流容量确定。例如， G3NA-220B的浪涌接通电流容量为 220Apeak， 因此为R>220V×√2/220A＝1.4Ω。另外， 考虑到电路电流、通电时间等， 请插到消耗功率较小的一侧。
另外， 对于电阻的功率， 请根据P＝I2R×安全率进行计算。
（I＝负载电流、R＝保护电阻、安全率3～5）


7. 变压器负载的冲击电流
变压器负载时的冲击电流，在电抗不运作的2次侧开放状态下为最大。另外， 由于其最大电流是电源频率的1/2周， 若不用示波器将很难进行测定。为此， 应测定变压器一次侧的直流电阻， 据此预测冲击电流。（实际上， 由于固有电抗运作， 其结果比该计算值还少）。
I peak＝V peak/R＝(√2×V)/R
假设在负载电源电压220V 使用一次侧的直流电阻3 欧姆的变压器， 则此时的冲击电流为， I peak＝(1.414×220)/3＝103.7A
本公司规定SSR的浪涌接通电流容量为非反复（1天1-2次）， 请选择能反复使用具备该I peak的2倍的浪涌接通电流容量的SSR。此时， 请选择具备207.4A以上浪涌接通电流容量、G3□□-220□ 以上的SSR。
另外， 若对此进行逆运算， 即可算出满足SSR的变压器一次侧的直流电阻值。
R＝V peak/I peak＝(√2×V)/I peak
有关变压器一次侧的直流电阻值适用SSR的一览表， 请参考附件。
另外，该一览表表示「满足冲击电流的SSR」，还必须结合「变压器的稳定电流满足各SSR的额定电流」。
〈SSR的额定电流〉
G3□□-240□
下划线2位的数字显示稳定电流。（此时为40A）
仅G3NH时 ： G3NH-□075B=75A、
            G3NH-□150B=150A
条件1 ： SSR的环境温度（=柜内温度） 应在各SSR 的额定温度以内。
条件2 ： 应为安装正规散热器的状态。
负载电源电压100V时

变压器一 次侧的直 流电阻(Ω)	冲击电流 (A)	SSR的浪 涌接通电 流容量(A)	适用SSR
			G3P□	G3NA	G3NE	G3NH
4.8以上	30	60	——	-205□	-205□	——
1.9～4.7	75	150	-210□ -215□	-210□	-210□	——
1.3～1.8	110	220	-220□ -225□	-220□	-220□	——
0.65～1.2	220	440	-235□ -240□ -245□ -260□	-240□	——	——
0.36～0.64	400	800	——	——	——	-2075□
0.16～0.35	900	1,800	——	——	——	-2150□

负载电源电压110V时

变压器一 次侧的直 流电阻(Ω)	冲击电流 (A)	SSR的浪 涌接通电 流容量(A)	适用SSR
			G3P□	G3NA	G3NE	G3NH
5.2以上	30	60	——	-205□	-205□	——
2.1～5.1	75	150	-210□ -215□	-210□	-210□	——
1.5～2.0	110	220	-220□ -225□	-220□	-220□	——
0.71～1.4	220	440	-235□ -240□ -245□ -260□	-240□	——	——
0.39～0.70	400	800	——	——	——	-2075□
0.18～0.38	900	1,800	——	——	——	-2150□

负载电源电压120V时

变压器一 次侧的直 流电阻(Ω)	冲击电流 (A)	SSR的浪 涌接通电 流容量(A)	适用SSR
			G3P□	G3NA	G3NE	G3NH
5.7以上	30	60	——	-205□	-205□	——
2.3～5.6	75	150	-210□ -215□	-210□	-210□	——
1.6～2.2	110	220	-220□ -225□	-220□	-220□	——
0.78～1.5	220	440	-235□ -240□ -245□ -260□	-240□	——	——
0.43～0.77	400	800	——	——	——	-2075□
0.19～0.42	900	1,800	——	——	——	-2150□

负载电源电压200V时

变压器一 次侧的直 流电阻(Ω)	冲击电流 (A)	SSR的浪 涌接通电 流容量(A)	适用SSR
			G3P□	G3NA	G3NE	G3NH
9.5以上	30	60	——	-205□	-205□	——
3.8～9.4	75	150	-210□ -215□	-210□	-210□	——
2.6～3.7	110	220	-220□ -225□	-220□	-220□	——
1.3～2.5	220	440	-235□ -240□ -245□ -260□	-240□	——	——
0.71～1.2	400	800	——	——	——	-2075□
0.32～0.70	900	1,800	——	——	——	-2150□

负载电源电压220V时

变压器一 次侧的直 流电阻(Ω)	冲击电流 (A)	SSR的浪 涌接通电 流容量(A)	适用SSR
			G3P□	G3NA	G3NE	G3NH
10.4以上	30	60	——	-205□	-205□	——
4.2～10.3	75	150	-210□ -215□	-210□	-210□	——
2.9～4.1	110	220	-220□ -225□	-220□	-220□	——
1.5～2.8	220	440	-235□ -240□ -245□ -260□	-240□	——	——
0.78～1.4	400	800	——	——	——	-2075□
0.35～0.77	900	1,800	——	——	——	-2150□

负载电源电压240V时

变压器一 次侧的直 流电阻(Ω)	冲击电流 (A)	SSR的浪 涌接通电 流容量(A)	适用SSR
			G3P□	G3NA	G3NE	G3NH
11.4以上	30	60	——	-205□	-205□	——
4.6～11.3	75	150	-210□ -215□	-210□	-210□	——
3.1～4.5	110	220	-220□ -225□	-220□	-220□	——
1.6～3.0	220	440	-235□ -240□ -245□ -260□	-240□	——	——
0.85～1.5	400	800	——	——	——	-2075□
0.38～0.84	900	1,800	——	——	——	-2150□

负载电源电压400V时

变压器一 次侧的直 流电阻(Ω)	冲击电流 (A)	SSR的浪 涌接通电 流容量(A)	适用SSR
			G3P□	G3NA	G3NE	G3NH
7.6以上	75	150	——	-410□	——	——
5.2～7.5	110	220	-420□ -430□	-420□	——	——
2.6～5.1	220	440	-435□ -445□	——	——	——
1.5～2.5	400	800	——	——	——	-4075□
0.63～1.4	900	1,800	——	——	——	-4075□

负载电源电压440V时

变压器一 次侧的直 流电阻(Ω)	冲击电流 (A)	SSR的浪 涌接通电 流容量(A)	适用SSR
			G3P□	G3NA	G3NE	G3NH
8.3以上	75	150	——	-410□	——	——
5.7～8.2	110	220	-420□ -430□	-420□	——	——
2.9～5.6	220	440	-435□ -445□	——	——	——
1.6～2.8	400	800	——	——	——	-4075□
0.70～1.5	900	1,800	——	——	——	-4075□

负载电源电压480V时

变压器一 次侧的直 流电阻(Ω)	冲击电流 (A)	SSR的浪 涌接通电 流容量(A)	适用SSR
			G3P□	G3NA	G3NE	G3NH
9.1以上	75	150	——	-410□	——	——
6.2～9.0	110	220	-420□ -430□	-420□	——	——
3.1～6.1	220	440	-450□	——	——	——

8. 变压器的分接头转换
通过SSR切换变压器的分接头时， 请注意感应OFF侧SSR的电压。感应电压与卷数（ 分接头电压） 成比例。
下图中，电源电压200V， N1＝100次、N2＝100次，若SSR2置于 ON， 则会在SSR1两端施加电源电压2倍的电压400V， 因此， 对于SSR1， 务必使用400V的SSR。


■SSR的使用方法
●散热设计
①SSR的发热量
作为输出半导体用于SSR的三端双向可控硅开关、晶闸管、功率晶体管， 即使在接通时， 半导体内部仍有残留电压。这是输出接通电压下降。为此， 流入负载电流时SSR会产生焦耳热。
此时的发热量Ｐ如下计算：
　发热量Ｐ （W）=输出接通电压下降（V）×通电电流（A）
例如， 使用G3NA-210B通负载电流8A的话为：
P＝1.6V×8A＝12.8W
功率MOS FET在输出半导体上使用的MOS FET继电器， 不是残留电压， 用ON电阻计算发热量。
发热量Ｐ （W） 如下计算：
Ｐ （W） ＝负载电流2 （A） ×ON电阻（Ω）
用G3RZ负载电流为0.5A时， 为 P(W)＝0.52A×2.4Ω＝0.6W
电源MOS FET有根据温度上升ON电阻的特性。因此， 通电中 ON电阻是变化的。负载电流为额定的80％以上时，简易算法为用ON电阻的1.5倍来计算。
P(W)＝12A×2.4Ω×1.5＝3.6W
SSR一般到5A程度没有散热器也可以， 但超过的话就一定要有散热器。随着负载电流的变大， 需要更大型的散热器。与有接点的继电器相比10A以上含散热器的尺寸差很显著， 小型化的特点会变得不利。
②散热器的选择
另行安装散热器的SSR （G3NA、G3NE、G3PB （三相）等）中备有标准散热器， 请从商品样本上选择符合负载电流的标准散热器。
例如，
G3NA-220B: Y92B-N100
G3NE-210T(L): Y92B-N50
G3PB-235B-3H-VD: Y92B-P200
使用市场上销售的散热器时， 请选用热电阻小于本公司标准散热器的散热器。
例如、Y92B-N100 的热电阻值为
Y92B-N100的热电阻值=1.631℃/W
如果散热器的热电阻值比该值更小（如1.5℃/W）， 则可在额定的条件下使用G3NA-220B。
热电阻值表示每单位热量（W） 的温度上升， 该值越小则散热性越好。
③散热板面积的计算方法
将另行安装散热器的SSR直接安装在控制柜等框架上使用时，必须注意下列事项。
·将用于一般柜上的铁材料作为散热板使用时， 请尽量避免10A以上的连续通电。
  这是因为， 与铝材相比， 铁的热传导率较低。热传导率（单位：W·m· ℃）
  根据材料不同，如下所示。
铁材料＝20～50
铝材料＝150～220
推荐使用铝板作为直接安装SSR的散热板。必要的散热面积请参见样本中各机种的数据。
·在SSR的安装面（全部） 和散热板之间， 请务必涂敷散热用的硅酮润滑脂
  （东芝硅酮YG6260、信越硅酮G746等） 及热传导薄板。若仅将SSR安装在散热板上，
   会留有空隙， 来自SSR的发热不能完全散热， 可能会导致SSR的过热破坏及热老化。
④控制柜的散热设计
不仅SSR， 使用半导体的控制设备均会自我发热。一旦环境温度上升， 半导体的故障率就会大幅增加， 若温度上升10℃， 则故障率会增加至2倍（阿伦纽斯模型）因此， 要抑制控制柜内的温度上升， 很重要的一点是要确保控制设备的长期可靠性。
控制柜内存在着各种发热设备， 因此必须考虑局部的温度上升。表示作为控制柜整体的散热设计的思路。
假设固体墙两侧的高温流体和低温流体的温度分别为th、tc，传热面积为Ａ时， 通过固体墙移动的传热量Q可表示为下式。
Q=K(th—tc)A
这里的Ｋ为热通过系数（W/m2℃） ,该方式也称为热通过的方式。


对于控制柜发出的传热量， 若根据热通过的公式，
控制柜的平均热通过率K(W/m2℃)、
控制柜内温度Th （℃）
控制柜外温度Tc （℃）
控制柜的表面积Ｓ(m2)
则控制柜发出的热通过的传热量Q为
Q＝k×(Th—Tc)×S
因此，
控制柜内的期望温度　Th
控制柜风的总发热量　P1 （W）
所需冷却能力 P2 （W）
则， 必要冷却能力根据下列公式计算。
P2＝P1—k×(Th—Tc)×S
空气中的一般固体墙自然对流时， 热通过率k为4～12 （W/m2℃）。为通常的控制柜（冷却风扇等完全没有时） 时， 若以4～6 （W/m2℃） 来计算，以经验来判断， 则与实际基本一致。
使用该值计算实际控制柜的必要冷却能力， 如下所示。
例
· 控制柜内期望设定温度 40℃
· 控制柜外温度 30℃
· 控制柜尺寸 宽2.5m×高2m×深0.5m的
自立型控制柜（底面部应从表面积中除去）
· SSR　G3PA-240B 以30A连续使用20台
· SSR以外的控制设备的总发热量500W
控制柜内总发热量P1
P1＝输出ON电压下降1.6V×负载电流30A×20台＋SSR以外的控制设备的总发热量＝960W+500W＝1460W
控制柜发出的散热量Q2
Q2＝热通过率5×(40℃-30℃)×(2.5m×2m×2+0.5m×2m×2+2.5m×0.5m)=662.5W
因此， 所需冷却能力P2为
P2＝1460-663＝797W
仅控制柜表面发出的散热还不充分，必须采取将797W以上的热量排放至控制柜外的措施。
通常应设置必要能力换气用的风扇， 但是。仅通过风扇冷却能力仍不足时， 还应设置控制柜用冷气。控制柜用冷气不仅能制冷、还对防湿、防尘也很有效， 对长期使用控制柜是很有效的。
轴流风扇　　　　　欧姆龙制　R87B/F/T系列
控制柜用冷气　　　APISTE制　ENC系列
⑤冷却装置的种类
换气用风扇
用于通常的换气冷却。
本公司准备了R87F、R87T等的AC轴流风扇系列商品。


热转换器
将控制柜内的热通过热管排放的构造， 可以隔离控制柜内和柜外， 因此也可在多灰尘多油污的地方使用。


控制柜用冷气
可以实现最高冷却能力的同时， 通过隔离控制柜内、柜外， 具有防尘及除湿效果。


■SSR的安装方法
●安装到控制柜
若为密闭柜， 则SSR所产生的热积聚在内部， 由于SSR的通电能力降低， 还会对其他的电子设备产生不好的影响。使用时请务必在柜的上部和下部设置通风用的孔。以下以G3PA的推荐例进行说明。下述示例仅为标准， 最终使用时请执行④项的「设置后的确认」。








④设置后的确认
上述条件是本公司已确认过的代表例。根据其使用环境也有不同的情况， 需测定最终通电中的环境温度， 并请确认满足各型号所规定的「负载电流-环境温度额定」。
环境温度的测定条件
(1)控制柜内的温度作为最高的通电条件， 请在饱和状态下测定环境温度。
(2)环境温度测定位置请参见图1。若在测定100mm距离以内有导管或其他设备时，
   请参见图2。另外， 无法测定侧面温度时， 请参见图3。


(3)在柜内2层以上安装SSR时，请测定所有层的环境温度，并以温度最高的地方为基准。
   但是， 测定条件达不到上述要求时，请另外咨询。

环境温度的定义 SSR以通过自然对流形成散热为基本。为此， 将SSR进行散热的空气温度作为环境温度。