Què és un relé d’estat sòlid i com utilitzar-lo correctament

En tots els circuits elèctrics s’han d’encendre i apagar els instruments i dispositius. Per fer-ho, utilitzeu dispositius de commutació, pot ser un commutador o un interruptor senzill, o relés, contactors, etc. Avui considerarem un d’aquests dispositius: un relé d’estat sòlid, parlem de com és seleccionar i connectar-vos a un circuit de control de càrrega.

Què és això

Relé d’estat sòlid - Es tracta d’un dispositiu construït en elements de semiconductor i commutadors d’alimentació, com ara triacs, transistors bipolars o MOS. En fonts angleses, s’anomenen relés d’estat sòlid SSR de Solid State Relay (que en la traducció literal equival al nom rus).

Com en relés electromagnètics i altres dispositius de commutació, estan dissenyats per controlar un senyal feble amb una càrrega de tensió o corrent superior.

Diferències dels relés electromagnètics

Els relés convencionals, com tots els dispositius de commutació electromagnètica, funcionen de la manera següent: hi ha una bobina a la qual se subministra corrent des del sistema de control o l'estació polsadora. Com a resultat del corrent que circula per la bobina, apareix un camp magnètic, que atrau l’armadura amb el grup de contacte. Després d'això, els contactes es tanquen i el flux actual passa a la càrrega a través d'ells.

Els d’estat sòlid no tenen cap bobina de control ni tenen cap grup de contacte mòbil. A continuació, es pot veure el que hi ha dins del relé d'estat sòlid. En ell, com s’ha esmentat anteriorment, en lloc dels contactes d’alimentació s’utilitzen interruptors semiconductors: transistors, triacs, tiristors i altres, segons l’àmbit d’aplicació (costat dret de la foto).

Aquesta és la diferència principal entre un relé semiconductor i un electromagnètic. En aquest sentit, l'estat sòlid té una vida útil significativament més llarga, ja que no hi ha un desgast mecànic del grup de contacte, també cal destacar que la velocitat dels relés de semiconductor és superior a la dels electromagnètics.

A més de l'absència de desgast mecànic, no hi ha espurnes ni arcs durant la commutació, ni sons de l'impacte dels contactes durant la commutació. Per cert, si no hi ha espurnes i descàrregues d'arc durant la commutació, els relés d'estat sòlid poden funcionar en sales explosives.

Comparació

Els avantatges dels relés d'estat sòlid en comparació amb els relés electromagnètics són els següents:

1. Soroll.

2. Hi ha proves que el seu MTBF és de l'ordre de 10 mil milions d'interruptors, que és 1000 o més vegades el recurs dels relés electromagnètics.

3. Si per als relés electromagnètics, la tensió de sobretensió pràcticament no és terribledesprés el circuit electrònic El relé de semiconductors en la majoria dels casos fallasi no es prenen decisions de circuit per limitar aquests polsos. Per tant, comparar aquests dispositius amb el nombre de commutació no sempre és correcte.

4. Actuació un relé semiconductor és fraccions i unitats de mil·lisegons, mentre que un relé electromagnètic té de 50 ms a 1 s.

5. El consum d'energia és un 95% inferior al consum de bobina dels anàlegs electromagnètics.

Tot i això, aquests avantatges es troben en una sèrie de desavantatges:

• Els relés de semiconductors s’escalfen durant el funcionament. Una potència igual al producte de la caiguda de tensió a l’interruptor d’energia (de l’ordre de 2 volts) i la força del corrent que hi circula s’allibera a la calor;

• En cas de sobrecàrregues i curtcircuits hi ha una alta probabilitat de fallar l’interruptor d’alimentació, la capacitat de sobrecàrrega sol ser 10In durant 10 ms - un període a la xarxa amb una freqüència de 50 Hz (pot variar en funció dels components utilitzats);

• L’interruptor de circuit, molt probablement, no tindrà temps d’actuar abans que el relé falla durant un curtcircuit;

• En cas de sobretensió de pols (tensions de corrent): la vida útil d’un relé d’estat sòlid pot acabar a l’instant.

• Els relés d’estat sòlid tenen un corrent de fuga (fins a 7-10 mA) en relació amb això, si es troben al circuit de control, per exemple, llums LED: aquest darrer parpellejarà de manera similar a la situació amb l’interruptor retroil·luminat. En conseqüència, hi haurà tensió al cable de fase, fins i tot quan el relé estigui desconnectat.

La taula següent mostra les característiques generals dels relleus en estat sòlid de la sèrie TSR (trifàsica) i SSR (monofàsica) del fabricant "FOTEK" (per cert, algunes de les més habituals). En principi, altres fabricants tindran especificacions similars o similars.

Resistència aïllant

> 50 MΩ / 500V DC

Entrada / sortida de la força dielèctrica

Resisteix 2,5 kV CA durant 1 minut

Corrent de disparació

No més de 7,5 mA

Capacitat de sobrecàrrega

Fins a 10 corrents nominals a 10 ms

Mètode de commutació

Quan es creua a través de zero (en models per a corrent altern) o a l'instant a través d'un optopuple (per corrent directe)

Protecció integrada

La sèrie SSR-F té un fusible substituïble

Espècie

Els relés d'estat sòlid es poden classificar:

• Per tipus de corrent (constant o altern);

• Per la força actual (potència baixa, potència);

• Segons el mètode d’instal·lació;

• Per tensió;

• Pel nombre de fases;

• Per tipus de senyal de control (corrent directe o altern, entrada analògica per controlar una resistència variable, en un circuit de 4-20 mA, etc.).

• Per tipus de commutació: commutació quan la tensió passa a zero (en circuits de CA), o commutació per un senyal de control (per ajustar la potència, per exemple).

Així doncs, pel nombre de fases hi ha relés monofàsics. Però els tipus de senyals de control són molt més. Depenent del dispositiu intern, els relés d’estat sòlid poden ser controlats mitjançant una tensió constant o una tensió alterna.

Els relés d’estat sòlid més comuns que es controlen per tensió constant en el rang de 3 a 32 volts. En aquest cas, la magnitud de la tensió controlada hauria d’estar en aquest rang i no ser igual a cap valor específic d’aquest, molt convenient quan s’integra en sistemes amb tensions diferents.

També hi ha relés de semiconductors per al control dels quals s'utilitza un senyal analògic:

• 4-20 mA;

• 0-10 volts de corrent directe;

• Resistència variable 470-560 kOhm.

En aquest cas, aquests relés es poden utilitzar per regular la potència en el dispositiu connectat, segons el principi de control de fases. El mateix principi d’ajust s’utilitza en els dimmers domèstics per a la il·luminació.

A la taula següent es mostren els tipus de senyals de control de relés d’estat sòlid amb un mètode de control de fase d’IMPULS.

Fixeu-vos en les darreres lletres del marcatge (LA, VD, VA), perquè per a la majoria de fabricants són iguals, i diuen, gairebé, del tipus de senyal.

Com ja s'ha dit, en un relé controlat per fase, segons la magnitud del senyal de control, canvia la tensió de sortida, que es mostra al gràfic següent.

Aquest tipus de relé pot ser reconegut per la imatge condicional a prop dels terminals d’entrada, per exemple, la foto següent mostra que a l’entrada està connectada una resistència variable 470-560 kOhm.

També hi ha relés d'estat sòlid amb un senyal de control d'una xarxa de corrent CA 220V, com es mostra a continuació. Són adequats per utilitzar-los com a reemplaçament de contactors de baixa potència o relés electromagnètics.

Marcatge i tipus de control

Per determinar la "fase" del relé, utilitzeu els símbols al començament de la marca:

• SSR: fase monofàsica;

• TTR - trifàsica.

La qual cosa equival als dispositius de commutació d'un pol i de tres pols.

La força actual també es xifra, per exemple, FOTEK ho indica en la forma: Pxx

On "xx" és la corrent en amperis, per exemple, amperes P03 - 3 i amperes P10 - 10.

Si el marcatge conté la lletra H, aquest relé està destinat a commutar la sobretensió.

En la marca, les dades del tipus de control estan indicades en els darrers caràcters, pot diferir d'un fabricant a un altre, però sovint té aquesta forma i significat (les dades es recopilen de diferents fabricants):

• VA - resistència variable 470-560kOhm / 2W (control de fase);

• LA - senyal analògic 4-20mA (control de fase);

• VD - senyal analògic 0-10V DC (control de fase);

• ZD: control de 10-30V CC (commutació quan passa per zero);

• ZD3: control de 3-32V DC (commutació quan passa per zero);

• ZA2: control de 70-280V CA (commutació quan passa per zero);

• DD3: control d’un senyal de corrent continu de 3-32V per un circuit de corrent continu (commutació de tensió continu);

• Control de senyal DA - DC, commutació de circuit alternat.

• Control de senyal AA - CA (220V), commutació de circuit alternat.

Comproveu-ho a la pràctica, diguem-ne que heu trobat amb un producte com a la figura següent i voleu saber què és.

Si estudieu detingudament les inscripcions properes als terminals per connectar cables, ja quedarà clar que es tracta d’un relé per controlar circuits de CA de 90 a 480 volts, mentre que el control també es produeix amb corrent altern amb una tensió de 80 a 250 volts.

Si només el marc és visible, llavors: “SSR” és monofàsic; "-10" - corrent nominal de 10 amperis; "AA": control de CA, commutació de CA; “H” - per canviar d’alta tensió al circuit d’alimentació - fins a 480V (si H no hi fos, seria de fins a 380-400V).

I, per a una consolidació i una millor comprensió, estudieu la taula següent amb les marques i característiques dels relés d’estat sòlid.

Dispositiu

El circuit intern d’un relé d’estat sòlid depèn de quina corrent està dissenyat (directe o altern) i del tipus de senyal per controlar-lo. Considerem algunes d’elles.

Comencem amb el relé, que es controla per corrent directe i es desplaça quan passa per zero. A vegades se'ls anomena "relés d'estat sòlid del tipus Z".

Aquí, els pins 3-4 és l’entrada de senyal de control, que utilitza el control d’optouplou, que s’utilitza per aïllar galvànicament els circuits d’entrada i sortida.

El bloc que controla la transició per 0, o com es diu Zero Cross Circuit - supervisa la fase de la tensió a la xarxa elèctrica i quan passa per zero fa un circuit de commutació (encès o desactivat). Aquest mètode també s’anomena commutador de tensió zero, permet reduir els corrents d’introducció quan s’encenen (ja que la tensió en aquest moment és igual a zero) i s’eleva l’autoinducció de l’EMF quan la càrrega està desconnectada.

Apte per controlar càrregues resistents, capacitives i inductives. No és adequat per controlar una elevada càrrega inductiva (amb cos cos <0,5), com ara els transformadors al ralentí. A més, aquest mètode de control no interfereix amb la xarxa durant el canvi. A continuació, veieu els esquemes de senyals de control, tensió de xarxa i corrent de càrrega amb aquest mètode de control.

Esquemàticament, això s’implementa de la manera següent:

Aquí, la tensió de la xarxa es subministra a un bloc amb un triac i un bloc que rastreja la transició per zero. Els elements Q1, R3, R4, R5, C4 a alta tensió bloquegen l’obertura del tiristor T2, que controla la potència triac T1. Aleshores, el canvi només és possible amb una tensió propera a zero. El circuit d’entrada es realitza a l’U1: un optocoupleador de transistor, que subministra un senyal a l’elèctrode de control del conductor del triac T2, a través de Q2.

Els relés instantanis estan disposats d'una manera diferent que els relés de commutació en creuar el zero. Els manca la cascada ZCC.

En controlar CA, el circuit difereix només en presència de a l'entrada del rectificador (pont de díode).

I en canviar circuits de corrent continu, el triac és substituït per un transistor.

També hi ha relés universals per a corrent directe i altern, on s’utilitza un conjunt de transistors. En general, hi ha molts circuits d’etapes de sortida de relés d’estat sòlid, els següents són exemples de circuits de diferents models d’un fabricant com ara International Rectifier.

En un relé amb un mètode de control de fase, la situació és diferent. Igual que un variador, pot ajustar la potència de càrrega (tensió de sortida), per això s’aplica un senyal analògic a l’entrada - tensió, corrent o hi ha connectada una resistència alternativa. Com a element de potència, s'utilitza un tiristor aquí.Però tingueu en compte que, a causa d’aquest mètode d’ajust, es produeixen interferències a la xarxa, per suprimir quins filtres de xarxa s’utilitzen com a freqüències de mode comú, però aquest és un tema completament diferent.

A la figura següent podeu veure les diferències de commutació quan passa per zero des de commutació de fase.

Diagrames de connexió i funcions d’ús

De fet, el diagrama de connexió dels relés d’estat sòlid gairebé no és diferent dels convencionals. Com connectar? Anem bé.

Si necessiteu substituir un relé convencional de 220V per un control de CA de 220V, utilitzeu el diagrama següent, per exemple LDG LDSSR-10AA-H. El diagrama, per exemple, mostra la connexió mitjançant un commutador convencional o un commutador de commutació. En lloc d'això, es pot subministrar un senyal d'activació des d'un termòstat, un controlador i altres dispositius.

Si necessiteu controlar un circuit de 220V mitjançant un senyal de baixa tensió, podeu utilitzar el FOTEK HPR-80AA.

En aquest circuit, s’utilitza una font d’alimentació de 12VDC com a font de corrent directe de baixa tensió, que s’utilitzen àmpliament com a fonts d’alimentació per a tires LED. Per cert, fins i tot es pot controlar un relé d’estat sòlid aplicant tensió des del carregador del telèfon mòbil a l’entrada, perquè la seva sortida és de 5V, que és més que el senyal mínim de 3V.

Tingueu en compte que el voltatge de control s’ha de desconnectar completament, ja que cada relé té uns paràmetres determinats en els quals opera, per exemple, la tensió anterior és d’uns 1 volts i pot no funcionar a 3 volts, però ja a 2,5 (Per exemple, les dades es fan d'una mitjana i poden variar no només en funció d'un producte determinat, sinó també de les condicions ambientals i de la instal·lació.)

Però recordeu que també hi ha un relé amb un mètode de control de fase. A continuació es mostren els esquemes de connexió d'aquests relés (il·lustració de les instruccions).

La pregunta és per què es necessiten aquests relés i on s’utilitzen? La cerca de la resposta a aquesta pregunta va tenir una durada de curta durada, tan bon punt vaig entrar al començament de la consulta i em vaig enviar immediatament opcions per utilitzar com a clau d’alimentació per controlar els elements de calefacció des de termòstats amb una sortida de 4-20 mA o 0-10V.

Per cert, per a aplicacions industrials també hi ha novetats domèstiques, per exemple, ARIES TPM132 i altres models que poden funcionar amb senyals de sortida de 4-20mA i 0-10V.

Tot i això, no és possible utilitzar un relé d’estat sòlid per controlar una càrrega pesada sense refrigerar-se. Per a això, s'utilitza refrigeració passiva (simple radiador) o activa (radiador + refrigerador).

A la documentació tècnica per a un relé d’estat sòlid es proporcionen recomanacions per triar refrigerators, de manera que no podeu donar consells universals.

Conclusió

En alguns casos es poden utilitzar relés d’estat sòlid com a relés electromecànics. Les opcions més populars de la vida quotidiana són substituir el contactor en una caldera elèctrica, a causa del seu fort esclat quan està engegat, respectivament, i inclusió TENOV callarà.

A més de la implementació de diversos potents controladors de potència per als mateixos elements de calefacció i altres coses, per als quals s’utilitza un relé d’estat sòlid amb una entrada de senyal analògica d’una resistència variable (tipus VA).

Els amateurs de ràdio poden muntar el relé d'estat sòlid més simple, basat en un controlador òptic per a triacs amb ZCC tipus MOC3041 i similars.

Crec que es tracta de productes dignes d’ús en diverses eines d’automatització, a més, no requereixen manteniment (excepte per netejar radiadors de pols) i es pot dir que la vida útil és il·limitada. Duraran diverses vegades més que els contactors, sempre que no hi hagi sobrecàrregues, sobreescalfaments, curtcircuits i sobretensions.