一、改造背景
紐迪希亞制藥廠有包裝機(jī)兩臺(tái)，其中加熱電路采用的是交流接觸器控制，觸摸屏上設(shè)定加熱參數(shù)（溫度），溫度值由熱電偶測(cè)定并傳送到模塊TC01中（見(jiàn)圖1-1）， 當(dāng)溫度未達(dá)到設(shè)定
圖1-1 溫度控制電路
溫度時(shí)，KL2408輸出端O1輸出高電平（+24V），此時(shí)接觸器線圈兩端獲得24V電壓（見(jiàn)圖1-2），其串聯(lián)在主加熱電路中的三對(duì)常開觸點(diǎn)閉合，加熱單元開始工作（見(jiàn)圖1-3），當(dāng)溫度達(dá)到目標(biāo)值時(shí)，KL2408輸出端O1輸出低電平（0V），線圈兩端電壓為零，三對(duì)常開觸點(diǎn)復(fù)位，加熱電路停止工作。由于溫度設(shè)定只允許在±5℃內(nèi)變化，交流接觸器K的三對(duì)主觸點(diǎn)頻繁通斷，加之生產(chǎn)任務(wù)繁重，包裝機(jī)基本處于每周6天、每天22小時(shí)工作，所以對(duì)應(yīng)加熱單元的三個(gè)交流接觸器平均每半年需更換一次，與之相關(guān)故障時(shí)有發(fā)生，給生產(chǎn)造成很大影響。
圖1-2 加熱控制電路
圖1-3 加熱主電路
二、交流接觸器與固態(tài)繼電器介紹
交流接觸器主要由四部分組成：電磁系統(tǒng)，包括吸引線圈、動(dòng)鐵芯和靜鐵芯；觸頭系統(tǒng)，包括三副主觸頭和兩個(gè)常開、兩個(gè)常閉輔助觸頭，它們與動(dòng)鐵芯聯(lián)動(dòng)；滅弧裝置，一般容量較大的交流接觸器都設(shè)有滅弧裝置，以便迅速切斷電弧，保護(hù)主觸頭；絕緣外殼及附件，包括彈簧、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、短路環(huán)和接線柱等。
其工作原理簡(jiǎn)單地講，就是當(dāng)線圈得電時(shí)，靜鐵芯產(chǎn)生的電磁力吸引動(dòng)鐵芯，動(dòng)鐵芯帶動(dòng)與其聯(lián)動(dòng)的動(dòng)觸片，使觸點(diǎn)閉合，電路從而接通。當(dāng)斷電時(shí)，線圈失電，電磁力消失，動(dòng)鐵芯依靠彈簧作用力使觸點(diǎn)分?jǐn)啵娐窋嚅_。接觸器主要用于頻繁通斷的交、直流電路，具有控制容量大，可遠(yuǎn)距離操作，配合繼電器可實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制、聯(lián)鎖控制、矢量控制、失壓及欠壓保護(hù)，其主要的控制對(duì)象是電機(jī)，在電熱器、照明、電焊機(jī)、電容器等電力負(fù)載上也有廣泛應(yīng)用。
圖2-1 工作原理圖
固態(tài)繼電器SSR（Solid State Relay），是全部由固態(tài)電子元件組成的新型無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)器件，它是利用電子元件（如開關(guān)三極管、雙向可控硅等半導(dǎo)體器件）的開關(guān)特性，達(dá)到無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)火花地接通和斷開電路的目的。它實(shí)現(xiàn)了弱信號(hào)對(duì)強(qiáng)電（輸出端負(fù)載電壓）的控制。
其工作原理（見(jiàn)圖2-1、2-2）以交流型為例：SSR有兩個(gè)輸入端（A、B）及兩個(gè)輸出端（C、D），是一種四端元器件。工作時(shí)只要在A、B端加控制信號(hào)，就可以控制C、D端之間“通”、“斷”，實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能。
耦合電路為A、B端輸入的控制信號(hào)提供輸入/輸出通道，并且采用“光耦合”、在電氣上斷開輸入/輸出之間的電，防止輸出端對(duì)輸入端的影響。觸發(fā)電路產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)觸發(fā)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路。過(guò)零控制電路是在加入控制信號(hào)、交流電壓過(guò)零時(shí)，固態(tài)繼電器為通態(tài)；當(dāng)控制信號(hào)斷開，繼電器要等待正弦交流電正半周與負(fù)半周交界點(diǎn)（即零電位）時(shí)，繼電器才斷開。其目的在于防止開關(guān)電路產(chǎn)生的射頻干擾并以高次諧波或尖峰等污染電網(wǎng)。吸收電路是為了防止從電源中傳來(lái)的尖峰、浪涌對(duì)雙向可控硅管產(chǎn)生沖擊和干擾，一般采用RC電路。
三、電路改造
SSR由固態(tài)電子元件組成，沒(méi)有任何可動(dòng)的機(jī)械部件，工作中也沒(méi)有任何機(jī)械動(dòng)作；由電路的工作狀態(tài)變換實(shí)現(xiàn)“通”和“斷”的開關(guān)功能，沒(méi)有電接觸點(diǎn)，所以與交流接觸器相比，具有很多優(yōu)點(diǎn)：工作可靠、壽命長(zhǎng)（其開關(guān)次數(shù)可達(dá)108-109次，而傳統(tǒng)的交流接觸器為106次）；無(wú)動(dòng)作噪聲；抗震、耐機(jī)械沖擊。此外，SSR還能承受zui大十倍額定電流的浪涌電流。但是，固態(tài)繼電器對(duì)溫度的敏感性很強(qiáng)（見(jiàn)圖3-1），工作溫度超過(guò)允許值后，必須降熱或外加散熱器。
圖3-1 歐姆龍雙振幅三相加熱器用固態(tài)接觸器
選擇固態(tài)繼電器時(shí)，所選額定輸出電壓必須大于兩倍電源電壓值，而且所選產(chǎn)品的擊穿電壓應(yīng)高于負(fù)載電源電壓峰值的兩倍。對(duì)于額定輸出電流，一般生產(chǎn)廠家都提供熱降額曲線，如周圍溫度上升，應(yīng)按曲線作降額使用。
根據(jù)原電路，我們采用歐姆龍G3PB-545B-3N-VD雙振幅三相加熱器用固態(tài)接觸器，其相關(guān)參數(shù)如下表：
表1 G3PB-545B-3N-VD技術(shù)參數(shù)表
| 控制部分 | 額定操作電壓 | DC12~24V |
| 使用電壓范圍 | DC9.6~30V |
| 額定輸入電流（阻抗） | 10mA以下 |
| 動(dòng)作電壓 | DC9.6V以下 |
| 復(fù)位電壓 | DC1V以上 |
| 絕緣方式 | 光電三端雙向可控硅開關(guān)方式 |
| 動(dòng)作顯示 | 黃色LED |
| 主電路 | 額定使用電壓 | AC200~480V |
| 使用電壓范圍 | AC180~528V |
| 額定通電電流（25℃） | 4 |
| zui小負(fù)載電流 | 0. |
| 接通電流耐量（峰值） | 440A 60HZ 一周期 |
| 適用負(fù)載 | 31.1KW以下 |
圖3-2 產(chǎn)品外形及端子配置/內(nèi)部接線
改造時(shí)，只需將原接在交流接觸器線圈兩端導(dǎo)線（圖1-2中A1+、A2-）分別接至SSR輸入電路端子（圖3-2中A1+、A2-）即可，實(shí)踐證明，換用固態(tài)繼電器后的加熱系統(tǒng)運(yùn)行良好，一年中再?zèng)]出現(xiàn)一次相關(guān)故障。
圖3-3 電路實(shí)景
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