电动机械继电器和固态继电器之间的区别、原理及性能规格详解

一些人认为固态继电器是卓越的电源开关解决方案，但其他人会认为，电动机械继电器无疑是首选。谁正确并且是什么原因呢？为了回答这些问题，让我们来探索电动机械继电器和固态继电器之间的区别、它们的工作原理、并比较它们多个级别的性能规格。

继电器是什么？

继电器是可以用来分配电源的电源开关解决方案，不需要手动打开和关闭开关。继电器只需要微小的电信号就能打开和关闭电源。打个比喻，对于大很多的电信号，这一信号就像一个“看门人”。对于高功率信号进行低功率控制的能力使得继电器在电子学的发展历程中占据了显著地位。

电动机械继电器和固态继电器有什么区别？

电动机械继电器 (EMR)

电动机械继电器使用物理移动部件连接继电器输出元器件内的触点。此触点的移动是使用来自低功率输入信号的电磁力产生的，从而允许包含高功率信号的电路完成。电动机械继电器内的物理元器件通常会发出“咔哒”的声音，在一些情况下会很有用，但它可能导致内部电弧，并且相对而言，移动会需要大量的时间。

固态继电器 (SSR)

固态继电器可能恰恰是半导体行业的典型代表。SSR 使用低功率电信号产生光学半导体信号，一般会包含用来传输输出信号并为其供电的光耦合器。被激活时，输出光学信号会发挥“开关”的作用，允许高功率信号通过 SSR 的输出元器件。有几种方法来做到这一点，但其中的共同主题就是缺少移动部件，因此让它们变成固态。

图 1 — 一个典型的电动机械继电器 (EMR)，以及一个描述其移动部件的 EMR 方框图。

图 2 — 面板安装固态继电器 — 来自 Crydom 公司和显示光晶体管机制的图解。图解由 Wikipedia 友情提供。

这两种技术都能应用于取暖、照明和运动控制等领域。然而，固态继电器在大多数比较类别中优于电动机械继电器。电动机械继电器是一种相对旧的技术，其机械设计方法简单，而固态继电器比较新而且先进，当然，也更复杂。恐怕有人会说，完成同样的任务，复杂的东西并不一定比简单的产品好。但是，更复杂的 SSR 就是能在性能上赢得人们的支持。

和电动机械继电器相比，使用固态继电器有哪些优点？

和电动机械继电器相比，固态继电器的前期预付价格非常高，甚至高得惊人。但是，取代 EMR 而集成 SSR 的整体成本可能相同甚至更低，取决于具体应用，我们稍后会进行讨论。此外，SSR 在许多领域的性能通常要优于 EMR。让我们对两者进行比较：

如您所见，和 EMR 相比，SSR 在性能和提供的功能方面通常更有活力。但是在某个领域，EMR 常常有着优势：热力管理。由于它们的物理特性，SSR 的功率耗散在数量级上大于电动机械继电器。这通常意味着元器件设计师必须将散热器和风扇集成到自己的设计中，这就的确会增加使用 SSR 的整体前期预付成本。

在您单纯因为前期预付成本而放弃选择 SSR 之前，让我们来详细谈谈总体拥有成本以及确保“成本”真正意义的个体。

比较成本：为何 SSR 从长远来看是值得的

工程师通常专注于性能，而更好的性能往往意味着更高的成本。另一方面，供应链管理者更关心的是零部件的初始定价和交货时间，它们被称为采购成本。 商业和营销管理者关注的焦点是保修成本，比如预期寿命和相关的维修成本，由故障停机时间、行程时间、更换和维修时间以及人力资源所组成。在所有这些成本中，只有零部件的初始定价可以等同于前面提及的“一次性前期预付成本”。

但是，只因为电动机械继电器有一个较低的初始价格标签，但考虑到将来所有其他隐藏成本的总和，并不意味着它们的成本更低。在当今的企业中，管理者往往要求更快“更好更便宜”的解决方案，这经常是相互竞争的优先事项，但更便宜不一定意味着更快和/或更好。 然而，考虑到总体拥有成本，使用 Crydom 固态继电器和接触器，你的确可以实现更快、更好、更便宜。 他们的固态继电器能可靠地执行解决方案，从而确保应用程序的寿命，所以在安装了后，您很少需要担心对它们进行维护、修理或更换。

比较总体拥有成本的有用工具

为了帮助分析 SSR 对比 EMR 的总体拥有成本 (TCO)，Crydom 公司开发了一个易于使用的 TCO 计算器，可以在其网站的“工具”选项卡下找到。计算器考虑到了与直接及间接成本相关的信息，而且还假设这两个电源开关解决方案均被选定用来匹配负载和电源系统。 此外，该计算器还融合了主要与技术相关的成本，因为这些成本在各种应用中很常见。

该计算器的单位成本是电源开关解决方案的收购成本。还有用于增加散热片（适用于 SSR）和插座（适用于 EMR）的收购成本，如果在应用中需要二者中的一种。 还会考虑到通过周期数或运行的数量来计量的预期寿命，因为它们是对一个给定应用的具体要求。其中可能包括每分钟预期周期数或负载类型（如电阻，电感，变压器/电容器，或镇流器）。

对于 EMR，估算预期寿命需要根据负载类型进行调整，计算器可根据选定的负载自动选择适合的降额值：马达、线圈或螺线管为 80% 降额；变压器或电容器为 75% 降额；镇流器为 70% 降额。 在计算中还包括了保修期，用于总成本估计结果的时间参考。 保修期可以调整，以显示不同的时间范围，从一个月到一年或更久。 每次保养服务的成本，必须考虑到另一个变量，因为它在不同的应用之间或从一个商业模式转换到另一个商业模式时会发生变化。图 3 展示了 Crydom 公司的 TCO 计算器。

图 3 — Crydom 公司的 TCO 计算器。

你在电动机械继电器技术和固态技术之间中做出选择时，要适应 SSR 的前期预付成本可能有有所困难。但是，虽然 EMR 的初始成本小于 SSR，但随着循环计数的增加， EMR 的维护、修理和/或替换成本也会增加。所以，一旦你设法克服了 SSR 和 EMR 的总体拥有成本障碍，你很快就会认识到，SSR 的寿命成本在很多情况下等于或小于EMR。由于 SSR 在功能和性能方面都超过 EMR 的优势，决定将 SSR 集成到您的设计中就不会难了。