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宇电固态继电器在塑料机械行业中的应用

供稿:天天学 2008/6/6 0:00:00

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  • 关键词: 电机 恒压供水 pid
  • 摘要:固态继电器可广泛应用于航天、航海、家电、机床、通讯、化工、煤矿等工业自动化等领域。应用各类机台波及电子、机械设备加热。如::计算机外围接口装置,恒温器和电阻炉、烘箱控制、交流电机控制、中间继电器和电磁阀控制、复印机和全自动洗衣机控制、纺织、轻工行业等的烘房自动加热。信号灯交通灯和闪烁器控制、照明和舞台灯光控制、数控机械遥控驱动系统、自动消防和保安系统、大功率可控硅触发和无触点动力开关工业自动化装置等。广泛地运用在波峰焊机、回流焊机上。

关键字: 固态继电器、4路PID调节器、塑料机械、
一、应用行业分析
         固态继电器(Solid State Relay ,缩写 SSR)是用分离的电子元器件、集成电路(或芯片)及混合微电路技术结合发展起来的一种具有继电特性的无触点式电子开关。具有寿命长、可靠性高、开关速度 快、电磁干扰小、无噪声、无火花等特点, Crydom的固态继电器品种丰富,制造出了1000多种不同型号的固态继电器,从1A到150A。CW系列由于其独特的设计,可靠的性能,
         可广泛应用于航天、航海、家电、机床、通讯、化工、煤矿等工业自动化等领域。应用各类机台波及电子、机械设备加热。如::计算机外围接口装置,恒温器和电阻炉、烘箱控制、交流电机控制、中间继电器和电磁阀控制、复印机和全自动洗衣机控制、纺织、轻工行业等的烘房自动加热。信号灯交通灯和闪烁器控制、照明和舞台灯光控制、数控机械遥控驱动系统、自动消防和保安系统、大功率可控硅触发和无触点动力开关工业自动化装置等。广泛地运用在波峰焊机、回流焊机上。
  目前在塑机行业中固态继电器通常是用来控制电热圈,由于塑机中的电热圈温度控制的精度大概在正负1℃,电热圈的控制频率非常高,所以使用接触器往往不能达到控制效果。使用固态继电器不仅解决了接触器的触头粘接的难题,而且使温度控制的精度得到提升,提高塑机的整体性能。因此目前在欧美国家的塑机行业几乎都使用固态继电器来控制加热圈,在国内投资的欧美地区的塑机厂家也沿用了在国外的技术方案,使用固态继电器。固态继电器在国内的塑机厂商中已经得到广泛的认可,并且大量使用。

二、技术指标:
        宇电生产的SSR系列小型固态继电器,采用高端固态继电器使用的恒流驱动线路,典型驱动电流恒定在5~mA,功耗低且可靠性高;配合光电藕合过零触发器,具有对电网干扰小且绝缘内压高的优点,输出端采用压敏电阻吸收电网尖蜂电压,漏电流小并长期可靠使用。
表一


三、固态继电器产品
1)固态继电器结构:
(SSR)是由功率器件和过零触发电路集合为一体的四端有源器件,其中二个为输入控制端,另二个为验出受控端(功率端)。输入/输出由专用高压光电偶合器来实现输入/输出的电气隔离。
输入电路工作电压低,易与计算机及逻辑电平相匹配。模块由功率半导体器件组成无触点式的电子开关,它比传统电磁式机电开关,具有工作可靠、寿命长抗外界扰动能力强、开关速度快、没有开/断的热态效应。且耐热、耐腐蚀、安些接线客易、使用方便等优点。
2)固态继电器的工作原理 :
它由功率器件、过零触发电路、光电隔离电路构成为一体的功率开关模块,输入/输出无电气连接,是一种由弱电控制的开关,为输入端施加控制信号时,处于正向晶闸管关断,而处于负向的晶闸管导通,使电路自动形成全周波开通导。
若控制信号一直回在输入控制端,则开头周而复始上述动作,一直处于通导状态。
当控制信号去除时,二个反并联的晶闸管就自反向阻断熄弧,开尖就处于阻断状态,其波形签如签2所示。
3)固态继电器产品特点:
●过零触发,投入时无浪费电流,分断时不产生高压,大大延长电容器的使用寿命。
● 投入不产生火花,抖动等瞬态现象
● 二个反并联晶闸管和电压过零触目惊心发电路组成的无触心点式电子开关响应速度快。
● 采用进口玻璃钝化方形芯片,SBC陶瓷板以用各种导热绝缘材料封装而成,模块一致性能好,工作可靠性高。
● 输出功率大,输出额定电流最大可达1000A晶闸的VDRM和VRRM达2200V。
● 输入/输出端与模块铜底板之间的绝缘耐压VISO≥2.5KV(RMS),光藕隔离,强/弱电之间的绝缘耐压达成7.5KV.
固态继电器与常规使用的电磁继电器比较:表二

四、应用案例:
  塑料挤出机的电热圈功率3.5KW,电压220V AC,电流16A,选用固态继电器为SSR25,控制电压为3V-32V;  
接线图如下:


控制四路电加热管的固态继电器控制器AI-7048D5模块。附图
在塑料挤出机四温区加热控制的设计中,需要控制器的显示与控制动力部分要分开安装。控制箱150mm厚,AI-2057触摸控制屏兼无纸记录仪安装在控制柜上,AI-7048D5型4路温度控制器安装在控制箱内导轨安装,4个固态继电器嵌入在动力箱壁同时起到散热的功效。触发4路固态继电器来控制电加热管,温度曲线在触摸屏上显示。当控制模块脱离显示屏时,可采用AI-7048D5模块专用的显示E8手持器配合使用。
AI-7048D5模块应用
3.1仪表功能
输入规格:
热电偶:K、S、R、E、J、T、B、N、WRe5-WRe26
线性mV电压:0~20mV、0~60mV、0~100mV、0~1V等
测量范围:
K(0~+1300℃)、S(0~+1700℃)、R(0~1700℃)、T(-200~+350℃)、E(0~1000℃)
J(0~1200℃)、B(0~1800℃)、N(0~1300℃) 、WRe5-WRe26(0~2300℃)
输出规格:SSR驱动电压,12VDC/20mA每回路,包含短路保护功能
电源:100~240VAC/50Hz 或24VAC/DC +10%,-15%;5VA
使用环境:温度 -10 ~ +60℃,湿度≤90%RH
3.2仪表接线:
MODE指示灯,指示通讯;OP1~OP4指示灯,指示1~4回路输出;
1~2端子为电源输入,100~240VAC或24VAC/DC输入;5~8号端子分别为1~4回路SSR电压输出正极;3~4电压输出负极(两端子为公共端,可随意连接);输出规格为12~16VDC,20mA,带短路限流保护功能;9~12号端子分别为1~4回路热电偶输入正极;15~16为SSR为热电偶输入负极(两端子为公共端,可随意连接);13~14号端子为RS485通讯口;D5型外观没有报警输出。
3.3操作方法:
AI-7048可以用1394插座及专用连线连接一个专用的显示器(E8)对仪表内部参数进行编程。外接的显示器,显示及按键功能。
3.4参数设置:
给定值SP1~4分别表示1~4通道的给定值;自整定At1~4;设定0,自整定At功能处于关闭状态;设定1,启动PID及CtI参数自整定功能,自整定结束后会自动返回0。自整定结束以后自动生成PID参数;对于熟悉的系统可直接输入已知正确的P、I、D、CtI,无需启动自整定(AT)功能。
3.5测量路数:
参数Cn个位数表示仪表实际使用测量路数,AI-7048可设置为其为1~4;Cn设为2时仪表的下显示窗不显示通道号而显示回路2的测量值,此时仪表等于一台二路控制仪表。

五、固态继电器的使用
1、 固态继电器规格的选取
一般采用有效值等的原则,然后再考虑一定的安全系数;触发信号要触发多组固态
继电器可把触发线串联在一起,同时控制多组固态继电器。
2.固态继电器的安装
● 继电器与散热器的安装面要平整、光滑。
● 继电器的导热底板与散热各应均匀涂覆一层导热硅脂,便其接触良好,减小接触热阻。
● 继电器与散热表面紧固用M5或M6平头镙钉和弹垫加以拧紧,每个镙钉用力要均匀。
● 继电器主电极接线应用铜排或线鼻子引出并用带弹垫的免费钉拧紧。
● 引出导线或铜排均应套上绝缘热缩管,用热见回热使之收缩。
● 控制线应用多股软线(1mm²)
3.使用环境温度的影响
固态继电器的负载能力受环境温度和自身温升的影响较大,在安装使用过程中,应保证其有良好的散热条件,额定工作电流在10A以上的产品应配散热器, 100A 以上的产品应配散热器加风扇强冷 。在安装时应注意继电器底部与散热器的良好接触 ,并考虑涂适量导热硅脂以达到最佳散热效果。
  如继电器长期工作在高温状态下(40℃~80℃)时,用户可根据厂家提供的最大输出电流与环境温度曲线数据,考虑降额使用来保证正常工作。
相对温度<85%
4.散热器的选择
散热条件的好坏,直接影响开关模块运行的可靠性和安全性,选用多大尺寸的散热器,要结合使用的继电器额定电流大小、线路型式、负载性质、导通角大小,以及环境条件,才能经济合理地选用它。
工程上散热方法众多,有自然风冷、强迫风冷、水冷,而且散热器型号形状,
● 注:强迫风冷的轴流风机的风速应>6m/s
● 风机的瓦数(W)应根据每一散热器上安装多少个模块及额定电流大小而确定。

六.模块运行的保护
        到目前为止过电流和过电压的保护装置,定量的计算方法,尚缺乏公认的成熟方法和计算公式,工程上多以估算和经验方法来选用。
(1)过流产生原因
主要由过载、短路、误触发等原因引起的 。
(2)过流保护措施
以最大的速度将故障点排除,如采用快速速熔断器、快速过流继电器、直流断流器、快速隔离器(半波无载开关)等,目前最常用且经济实效的多采用快速熔断器。
① 快速熔断器的选择
固态继电器模块的电流是以通态平均电流IT(AV)来标称,而快速熔断器却以有效值来标称,所以熔断器选择应按实际的工作电流有效值来取。

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