固态继电器(Solid State Relay，SSR)是一种无触点继电器，是具有隔离功能的无触点电子开关，由美国物理科学家约瑟夫·亨利在19世纪30年代发明。SSR由输入电路、隔离（耦合）和输出电路三部分组成。根据输入电压的不同，输入电路可分为直流输入电路、交流输入电路和交直流输入电路三种。交流固态继电器（AC-SSR）使用双向晶闸管作为输出开关，用于通断交流负载；而直流固态继电器（DC-SSR）使用功率晶体管作为开关，用于通断直流负载。SSR主要应用于交流调压、通断控制和三相电流控制等领域。相关的规范标准包括国际标准EIA/NARM和中原地区GB/T 16608.1-2023等。

与电磁继电器相比，SSR具有逻辑电路兼容、耐振耐机械冲击、安装位置无限制、良好的防潮防霉防腐蚀性能、在防爆和防止臭氧污染方面的性能也极佳、输入功率小、灵敏度高、控制功率小、电磁兼容性好、噪声低和工作频率高等优点。

固态继电器(SSR)具有开/关控制装置,其中负载电流由一个或多个半导体传导。固态继电器可设计为将交流或直流切换至负载。固态继电器具有与机电继电器相同的功能,但没有运动部件。固态继电器的分类与实现输入输出隔离的方式有关。在簧片耦合固态继电器和光耦合固态继电器上,输入输出隔离是通过簧片继电器或光线来实现的。在变压器耦合固态继电器上,输入输出隔离度取决于变压器的设计。对于直接控制的交流或直流型固态继电器,由于控制电路与负载电路之间不存在隔离，因此存在很大的缺点。从控制电路到固态继电器外壳及负载电路的最小击穿电压应与基本绝缘相对应。不论是直流型还是交流型固态继电器,其内部均由光电隔离器、晶闸管触发器、晶闸管元件和缓冲电路组成。

继电器是一种重要的电学元件，由美国科学家约瑟夫·亨利在19世纪30年代发明。亨利是一位杰出的物理学家，以电感单位“亨利”命名而广为人知。尽管他比迈克尔·法拉第更早发现了电磁感应现象，但却未能及时申请专利。随着时间的推移，继电器逐渐演化出众多形式，包括功率继电器、温度继电器、舌簧继电器、热继电器、差动继电器、光继电器、声音继电器、霍尔继电器、磁保护继电器和固态继电器等，广泛应用于机械和电子领域。

20世纪60年代中后期，在英国、澳大利亚和美国的一些学者的倡导下，继电器开始得到深入研究。60年代中期，尽管由于计算机价格昂贵和技术限制，小型计算机实现继电保护的设想未能实际应用，但这一设想推动了计算机继电保护理论计算方法和程序结构的研究，为继电保护的发展奠定了重要基础。

随着70年代初期和中期计算机技术的重大突破，以及大规模集成电路技术的飞速发展，微型处理器和微型计算机逐渐进入实用阶段。这一技术进步带来了计算机价格的大幅下降，提高了计算机的可靠性和运算速度，进一步推动了计算机继电保护的研究。70年代后期，出现了较为完善的微机保护样机，并在电力系统中进行试运行。

80年代，微机保护在硬件结构和软件技术方面日趋成熟，开始在一些国家得到推广应用。到了90年代，电力系统继电保护技术进入了微机保护时代，标志着继电保护技术发展历史过程中的第四代。

中国的微机保护研究起步于20世纪70年代末期和80年代初期。尽管起步相对较晚，但由于中国继电保护工作者的不懈努力，研究进展迅速。经过大约10年的发展，到80年代末，计算机继电保护特别是输电线路微机保护已经达到了大量实用的程度。在这一过程中，中国的高等院校和科研院所起到了关键的先导作用。从70年代开始，华中理工大学、东南大学、华北电力学院和西安交通大学等机构相继成功研制出不同原理、不同形式的微机保护装置。其中，华北电力学院在1984年研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定，并在系统中得到应用，揭开了中国继电保护发展史的新篇章为微机保护的推广开辟了道路。

根据负载电源类型的不同，SSR分为交流固态继电器(AC-SSR)和直流固态继电器(DC-SSR)，分别使用双向可控硅和功率晶体管作为开关元件。根据触发形式的不同，SSR又分为过零触发型固态继电器和随机导通型固态继电器。过零触发型SSR总在交流电源为零电压附近导通，产生的干扰小，适用于计算机I/0接口等场合；而随机导通型SSR则在交流电源的任意状态下导通或关闭，在导通瞬间可能产生较大的干扰。

AC-SSR为例，SSR的工作原理是：在输入端加一控制信号，就可以控制输出端的“通”与“断”，完成“开关”功能。输入、输出间通过光电耦合器进行隔离，以防止输出端对输入端的干扰。过零电路保证使输入信号在开关器件两端电压过零瞬间触发开关器件，从而完成在电压过零条件下的通、断动作，减少了开关过程所产生的干扰和污染。吸收回路由作用是防止电源中的尖峰电压、浪涌电流对开关器件的冲击和干扰。

SSR的输出器件可分为双向可控硅和单向可控硅两只反并联形式。在感性负载电路中，静态电压上升率dV/dt是一个重要参数。单向可控硅的静态电压上升率(200V/us)大大高于双向可控的换向指标(10V/us)，所以采用两只大功率单向可控硅反并联代替双向可控硅。这样，一方面提高了输出电流能力，改善了导热条件；另一方面也提高了抵制浪涌电流的能力，增强了可靠性。

固态继电器有三部分组成:输入电路、隔离(耦合)和输出电路。按输入电压的不同类别,输入电路可分为直流输入电路、交流输入电路和交直流输入电路三种。有些输入控制电路还具有与TTL/CMOS兼容正负逻辑控制和反相等功能。固态继电器的输入与输出电路的隔离和耦合方式有光电耦合和变压器合两种。固态继电器的输出电路也可分直流输出电路、交流输出电路和交直流输出电路等形式。交流输出时通常使用两个可控硅或一个双向可控硅直流输出时可使用双极性器件或功率场效应管。

固态继电器的输入电路是为输入控制信号提供一个回路，使之成为固态继电器的触发信号源。固态继电器的输入电路多为直流输入，个别的为交流输入。直流输入电路可分为阻性输入和恒流输入。阻性输入电路的输入控制电流随输入电压早线性的正向变化。恒流输入电路，在输入电压达到一定值时，电流不再随电压的升高而明显增大，这种继电器可适用于相当宽的输入电压范围。

固态继电器中的隔离耦合指的是将输入信号与输出信号隔离并耦合，以确保输入信号对输出信号没有直接的影响。在固态继电器中，隔离耦合电路包括光耦合器和隔离变压器。

光耦合器是固态继电器中常用的一种隔离耦合方式。它采用发光二极管（LED）和光电晶体管组合而成，可以将输入信号的光信号转换为电信号，并将该信号传递给输出端。由于光耦合器内部没有物理连接，因此可以实现输入信号与输出信号之间的完全隔离。

隔离变压器也是固态继电器中常用的一种隔离耦合方式。隔离变压器工作频率比较高，因此也常称为高频变压器。隔离变压器用以实现变换器输入与输出的直流隔离、变比和减小电压、电流应力、多路输出及串、并联等目的。

输出电路可分为直流输出电路、交流输出电路和交直流输出电路等形式。按负载类型，可分为直流固态继电器和交流固态继电器。直流输出时可使用双极性器件或功率场效应晶体管，交流输出时通常使用两个可控硅或一个双向晶闸管而交流固态继电器又可分为单相交流固态继电器和三相交流固态继电器。交流固态继电器按导通与关断的时机。可分为随机型交流固态继电器和过零型交流固态继电器

固态继电器按照电源类型分为交流型和直流型两大类,可分别控制交流负载(AC SSR)和直流负载(DC SSR)。交流型又分过零型和非过零型两种，一般固态继电器，无论交流型或直流型，其输入端多与DC电源或前级的输出信号相接。

交流负载：交流型固态继电器可分为过零型(过零触发型)和随机导通型(调相型)两种，它们之间主要区别在于负载端交流电流导通的条件不同。对于随机导通型AC-SSR，当在其输入端加上导通讯号时,不管负载电源电压处于何种相位状态下,负载端立即导通，而对于过零型AC-SSR，当在其输入端加上导通讯号时，负载端并不一定马上导通，只有当电源电压过零时才能导通，因此减少了可控硅接通时的干扰，高次谐波干扰少,可用于计算机I/0接口等场合。随机导通型AC-SSR由于是在交流电源的任意状态(指相位)上导通因而在导通瞬间可能产生较大的干扰。

直流负载：直流固态继电器根据其电路结构不同，分为输出三端型及两端型，三端型由于正负电源直接引入固态继电器内电路，在设计上易于做到控制输出管的深度饱和，其输入端临界导通电压与释放电压差可以做得小，输出电路没有线性区，对输入端控制电压要求不严，但使用时要求型号标准电压与实际工作电压相对应，为此其互换性差，且输出端多，带来安装时的麻烦。两端型是多用途直流开关，它的结构相当于一只大功率光电耦合器，其输出电路象三极管一样，有一段截止区、线性区和饱和区。当输入电压到一定值时，就会进入饱和区。它的输端控制电压比前者严限制在一定范围内使用。

依开关触点形式，固态继电器可分为常开式固态继电器和常闭式固态继电器二种，当常开式其输入端加信号时,输出端接通，常闭式则相反。

依安装形式，固态继电器可分为装配式固态继电器(A，N 型)焊接型固态继电器(C型)插座式固态继电器(F，H 型)。装配式可装在配电板上,当通断容在5A以上时需配散热器。焊接式可在印刷电路板上直接焊接。

固态继电器是具有隔离功能的无触点电子开关，在开关过程中无机械接触部件，因此固态继电器除具有与电磁继电器一样的功能外，还具有逻辑电路兼容，耐振耐机械冲击，安装位置无限制，具有良好的防潮防霉防腐蚀性能，在防爆和防止臭氧污染方面的性能也极佳，输入功率小，灵敏度高，控制功率小，电磁兼容性好，噪声低和工作频率高等特点。

8.高寿命，高可靠：固态继电器没有机械零部件，由固体器件完成触点功能，由于没有运动的零部件，因此能在高冲击，振动的环境下工作，由于组成固态继电器的元器件的固有特性，决定了固态继电器的寿命长，可靠性高。

9.灵敏度高，控制功率小，电磁兼容性好：固态继电器的输入电压范围较宽，驱动功率低，可与大多数逻辑集成电路兼容不需加缓冲器或驱动器。

10.快速转换：固态继电器因为采用固体器件，所以切换速度可从几毫秒至几微秒。

11.电磁干扰小：固态继电器没有输入“电感线圈”，没有触点燃弧和回跳，因而减少了电磁干扰。大多数交流输出固态继电器是一个零电压开关，在零电压处导通，零电流处关断，减少了电流波形的突然中断，从而减少了开关瞬态效应。

（1）导通后的管压降大，可控硅或双向控硅的正向降压可达1~2V，大功率晶体管的饱和压降也在1~2V之间，一般功率场效应管的导通电阻也较机械触点的接触电阻大。

（2）半导体器件关断后仍可有数微安至数毫安的漏电流，因此不能实现理想的电隔离。

（3）由于管压降大，导通后的功耗和发热量也大，大功率固态继电器的体积远远大于同容量的电磁继电器，成本也较高。

（4）电子元器件的温度特性和电子线路的抗干扰能力较差，耐辐射能力也较差，如不采取有效措施，则工作可靠性低。

（5）固态继电器对过载有较大的敏感性，必须用快速熔断器或RC阻尼电路对其进行过载保护。固态继电器的负载与环境温度明显有关，温度升高，负载能力将迅速下降。

（6）主要不足是存在通态压降（需相应散热措施），有断态漏电流，交直流不能通用，触点组数少，另外过电流、过电压及电压上升率、电流上升率等指标差。

“交流调功”是一种Z型SSR普遍采用的方法，也能实现PID调节。即在固定周期内，控制交流正弦曲线电流半波个数，达到调功目的。模拟集成电路常采用电压比较器，将一个固定周期的锯齿电压和来自前级误差电压作比较，输出方波实现调节。在上采用计时算法，产生占空比可调的方波脉冲击来实现。例如的SHIMADEW和公司的SR22、FD20、E5系列智能化控温产品，配合Z型SSR，实现自适应“自动翻转”控制，即通过计算机产生扰动，算出最佳PID控制参数。

通断控制是在交流电压过零时刻导通或关断可控硅,使负载电路与交流电源接通几个周波，然后再断开几个周波,通过改变导通频率与关断周波数的比值,实现调节交流电压大小的目的。通断控制时输出电压波形基本正弦曲线,无低次谐波,但由于输出电压时有时无,电压调节不连续，会分解出分数次谐波。如用于异步电机调压调速,会因电机经常处于重合闸过程而出现大电流冲击，因此很少采用。一般用于电炉调温等交流功率调节的场合。

相位控制是在交流的正半周时触发导通正向可控硅、负半周时触发导通反向晶闸管，且保持两晶闸管的移相角相同，以保证向负载输出正负半周对称的交流电压波形。相位控制方法简单,能连续调节输出电压大小。但输出电压波形非正弦曲线,含有丰富的低次谐波，在异步电机调压调速应用中会引起附加谐波损耗，产生脉动转矩等。

斩波控制利用脉宽调制技术将交流电压波形分制成脉冲列,改变脉冲的占空比即可调节输出电压大小。斩波控制输出电压大小可连续调节，谐波含量小,基本上克服了相位及通断控制的缺点。由于实现斩波控制的调压电路半周内需要实现较高频率的通、断,不能采用品闸管,须采用高频自关断器件,如GTR.GTO.MOSFET.IGBT 等。

使用SSR进行电机控制可以采用简单的通断控制和换向控制。在电机换向时，需要特别注意避免产生冲击电压和电流，控制电路的设计要避免换相SSR同时导通的可能性。上下电时序应采用先加后断控制电路电源、后加先断电机电源的顺序。换向SSR之间不能简单地采用反相器连接方式，以避免相间短路事故。此外，电机控制中的保险、缺相和温度继电器等保护装置也是保证系统正常工作的关键。

参考资料：

中国规范要求：

GB/T 36640-2018固体继电器

GB/T 21711.7-2018 基础机电继电器 第7部分：试验和测量程序

GB/T 21711.1-2023 基础机电继电器 第1部分：总则与安全要求

GB/T 16608.1-2023 有质量评定的电信用基础机电继电器 第1部分：总规范与空白详细规范

国际规范要求：

ECA EIA RS-443-1979 固体继电器用EIA/NARM标准

参考资料：

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