Che cos'è un relè a stato solido e come usarlo correttamente

In tutti i circuiti elettrici è necessario accendere e spegnere strumenti e dispositivi. Per fare ciò, utilizzare i dispositivi di commutazione, può essere un semplice interruttore o interruttore, oppure relè, contattori, ecc. Oggi considereremo uno di questi dispositivi: un relè a stato solido, parleremo di com'è selezionare e connettersi a un circuito di controllo del carico.

Cos'è questo?

Relè a stato solido È un dispositivo costruito su elementi a semiconduttore e interruttori di potenza, come triac, transistor bipolari o MOS. Nelle fonti inglesi vengono chiamati i relè a stato solido SSR dal relè a stato solido (che nella traduzione letterale equivale al nome russo).

come ai relè elettromagnetici e altri dispositivi di commutazione, sono progettati per controllare un segnale debole con un carico con una tensione o corrente più elevate.

Differenze dai relè elettromagnetici

I relè convenzionali, come tutti i dispositivi di commutazione elettromagnetici, funzionano come segue: esiste una bobina a cui viene fornita corrente dal sistema di controllo o dalla stazione a pulsante. Come risultato della corrente che scorre attraverso la bobina, appare un campo magnetico, che attira l'armatura con il gruppo di contatto. Successivamente, i contatti si chiudono e la corrente fluisce nel carico attraverso di essi.

Quelli a stato solido non hanno bobina di controllo e gruppo di contatti in movimento. Ciò che all'interno del relè a stato solido è possibile vedere di seguito. In esso, come menzionato sopra, al posto dei contatti di potenza, vengono utilizzati interruttori a semiconduttore: transistor, triac, tiristori e altri, a seconda dell'applicazione (il lato destro della foto).

Questa è la principale differenza tra un relè a semiconduttore e uno elettromagnetico. A questo proposito, lo stato solido ha una durata significativamente più lunga, poiché non vi è usura meccanica del gruppo di contatto, vale anche la pena notare che la velocità dei relè a semiconduttore è superiore a quella di quelli elettromagnetici.

Oltre all'assenza di usura meccanica, non ci sono scintille o archi durante la commutazione, così come i suoni dagli impatti dei contatti durante la commutazione. A proposito, se non ci sono scintille e scariche di arco durante la commutazione, i relè a stato solido possono funzionare in ambienti esplosivi.

confronto

I vantaggi dei relè a stato solido rispetto ai relè elettromagnetici sono i seguenti:

1. Silenziosità.

2. Esistono prove del fatto che il loro MTBF è dell'ordine di 10 miliardi di interruttori, che è 1000 o più volte la risorsa dei relè elettromagnetici.

3. Se per i relè elettromagnetici, la sovratensione non è praticamente terribilequindi il circuito elettronico il relè a semiconduttore nella maggior parte dei casi non funzionase non sono state prese decisioni circuitali per limitare questi impulsi. Pertanto, confrontare questi dispositivi con il numero di commutazione non è sempre corretto.

4. velocità un relè a semiconduttore è frazioni e unità di millisecondi, mentre un relè elettromagnetico ha da 50 ms a 1 s.

5. Il consumo di energia è inferiore del 95% rispetto al consumo della bobina di analoghi elettromagnetici.

Tuttavia, questi vantaggi sono coperti da una serie di svantaggi:

• I relè a semiconduttore si surriscaldano durante il funzionamento. La potenza pari al prodotto della caduta di tensione attraverso l'interruttore di alimentazione (dell'ordine di 2 volt) e la corrente che fluisce attraverso di essa viene rilasciata in calore;

• In caso di sovraccarico e cortocircuito esiste un'alta probabilità di guasto dell'interruttore di alimentazione, la capacità di sovraccarico è di solito 10In per 10 ms - un periodo nella rete con una frequenza di 50 Hz (può variare a seconda dei componenti utilizzati);

• L'interruttore, molto probabilmente, non avrà il tempo di scattare prima che il relè si guasti durante un corto circuito;

• In caso di sovratensioni (sovratensioni) - la durata di un relè a stato solido può terminare all'istante.

• I relè a stato solido hanno una corrente di dispersione (fino a 7-10 mA) in relazione a questo, se si trovano nel circuito di controllo, ad esempio lampade a LED - questi ultimi lampeggeranno in modo simile alla situazione con l'interruttore retroilluminato. Di conseguenza, ci sarà tensione sul filo di fase anche quando il relè è scollegato!

La tabella seguente mostra le caratteristiche generali dei relè a stato solido delle serie TSR (trifase) e SSR (monofase) del produttore "FOTEK" (a proposito, alcuni dei più comuni). In linea di principio, altri produttori avranno specifiche di prodotto simili o simili.

Resistenza di isolamento

> 50 MΩ / 500 V CC

Ingresso / uscita di rigidità dielettrica

Resiste a 2,5 kV CA per 1 minuto

Corrente di intervento

Non più di 7,5 mA

Capacità di sovraccarico

Fino a 10 correnti nominali entro 10 ms

Metodo di commutazione

Quando si attraversa lo zero (nei modelli per corrente alternata) o istantaneamente attraverso un fotoaccoppiatore (per la corrente continua)

Protezione integrata

La serie SSR-F ha un fusibile sostituibile

tipi

I relè a stato solido possono essere classificati:

• Per tipo di corrente (costante o alternata);

• Per forza attuale (bassa potenza, potenza);

• Secondo il metodo di installazione;

• Per tensione;

• Dal numero di fasi;

• Per tipo di segnale di controllo (corrente continua o alternata, ingresso analogico per il controllo di una resistenza variabile, in un circuito 4-20 mA, ecc.).

• Per tipo di commutazione: commutazione quando la tensione passa attraverso lo zero (nei circuiti CA) o commutazione mediante un segnale di controllo (ad esempio per regolare la potenza).

Quindi, dal numero di fasi ci sono relè monofase e trifase. Ma i tipi di segnali di controllo sono molto di più. A seconda del dispositivo interno, i relè a stato solido possono essere controllati da una tensione costante o da una tensione alternata.

I relè a stato solido più comuni che sono controllati da una tensione costante nell'intervallo da 3 a 32 volt. In questo caso, l'entità della tensione controllata dovrebbe essere in questo intervallo e non essere uguale a qualsiasi valore specifico da essa, il che è molto conveniente quando integrato in sistemi con tensioni diverse.

Esistono anche relè a semiconduttore, per il controllo del quale viene utilizzato un segnale analogico:

• 4-20 mA;

• 0-10 volt di corrente continua;

• Resistenza variabile 470-560 kOhm.

In questo caso, tali relè possono essere utilizzati per regolare l'alimentazione del dispositivo collegato, secondo il principio del controllo di fase. Lo stesso principio di regolazione viene utilizzato nei dimmer domestici per l'illuminazione.

Nella tabella seguente sono riportati i tipi di segnali di controllo dei relè a stato solido con un metodo di controllo di fase IMPULS.

Presta attenzione alle ultime lettere della marcatura (LA, VD, VA), per la maggior parte dei produttori sono le stesse e dicono, proprio sul tipo di segnale.

Come già accennato, in un relè a controllo di fase, a seconda della grandezza del segnale di controllo, la tensione di uscita cambia, come mostrato nel grafico seguente.

Tale relè può essere riconosciuto dall'immagine condizionale vicino ai terminali di ingresso, ad esempio la foto sotto mostra che un resistore variabile da 470-560 kOhm è collegato all'ingresso.

Esistono anche relè a stato solido con un segnale di controllo da una rete CA 220 V, come mostrato di seguito. Sono adatti per l'uso in sostituzione di contattori a bassa potenza o relè elettromagnetici.

Marcatura e tipo di controllo

Per determinare la "fase" del relè, utilizzare i simboli all'inizio della marcatura:

• SSR - monofase;

• TTR - trifase.

Che equivale a dispositivi di commutazione unipolari e tripolari.

L'attuale forza è anche crittografata, ad esempio, FOTEK lo indica nella forma: Pxx

Dove "xx" è la corrente in ampere, ad esempio P03 - 3 ampere e P10 - 10 ampere.

Se la marcatura contiene la lettera H, questo relè è destinato alla commutazione di sovratensione.

Nella marcatura, i dati sul tipo di controllo sono indicati negli ultimi caratteri, può differire da un produttore all'altro, ma spesso ha questa forma e significato (i dati sono raccolti da diversi produttori):

• VA - resistenza variabile 470-560kOhm / 2W (controllo di fase);

• LA - Segnale analogico 4-20 mA (controllo di fase);

• VD - segnale analogico 0-10 V CC (controllo di fase);

• ZD - controllo 10-30 V CC (commutazione quando si passa attraverso lo zero);

• ZD3 - controllo 3-32 V CC (commutazione quando si passa attraverso lo zero);

• ZA2 - controllo 70-280 V CA (commutazione quando si passa attraverso lo zero);

• DD3 - controllo di un segnale a 3-32 V CC mediante un circuito a corrente continua (commutazione di tensione CC);

• DA - Controllo segnale DC, commutazione circuito AC.

• AA - Controllo del segnale CA (220 V), commutazione del circuito CA.

Controlliamolo in pratica, diciamo che ti sei imbattuto in un prodotto come nella figura sotto e vuoi sapere di cosa si tratta.

Se studi attentamente le iscrizioni vicino ai terminali per il collegamento dei fili, sarà già chiaro che si tratta di un relè per il controllo di circuiti CA da 90 a 480 volt, mentre il controllo avviene anche con corrente alternata con una tensione da 80 a 250 volt.

Se è visibile solo la marcatura, allora: "SSR" è monofase; "-10" - corrente nominale di 10 ampere; “AA” - Controllo AC, commutazione AC; “H” - per la commutazione dell'alta tensione nel circuito di potenza - fino a 480 V (se H non fosse presente, sarebbe fino a 380-400 V).

E per il consolidamento e una migliore comprensione, studiare la tabella seguente con i segni e le caratteristiche dei relè a stato solido.

dispositivo

Il circuito interno di un relè a stato solido dipende dalla corrente per cui è progettato (diretto o alternato) e dal tipo di segnale per controllarlo. Consideriamo alcuni di essi.

Cominciamo con il relè, che è controllato dalla corrente continua e commuta quando passa attraverso lo zero. A volte vengono chiamati "relè a stato solido di tipo Z".

Qui, i pin 3-4 sono l'ingresso del segnale di controllo, che utilizza il controllo dell'accoppiatore ottico, che viene utilizzato per l'isolamento galvanico dei circuiti di ingresso e uscita.

Il blocco che controlla la transizione attraverso 0, o come viene chiamato Zero Cross Circuit - monitora la fase della tensione nella rete e quando passa attraverso lo zero fa un circuito (acceso o spento). Questo metodo è anche chiamato Zero Voltage Switch, consente di ridurre le correnti di spunto all'accensione (poiché la tensione in questo momento è uguale a zero) e picchi di autoinduzione EMF quando il carico viene disconnesso.

Adatto per il controllo di carichi resistivi, capacitivi e induttivi. Non adatto per il controllo di un carico induttivo elevato (con cos cos <0,5), come i trasformatori al minimo. Inoltre, questo metodo di controllo non interferisce con la rete durante la commutazione. Di seguito sono riportati gli schemi dei segnali di controllo, della tensione di rete e della corrente di carico con questo metodo di controllo.

Schematicamente, questo è implementato come segue:

Qui, la tensione dalla rete viene fornita a un blocco con un triac e un blocco che traccia la transizione attraverso lo zero. Gli elementi Q1, R3, R4, R5, C4 ad alta tensione bloccano l'apertura del tiristore T2, che controlla il triac di potenza T1. Quindi la commutazione è possibile solo con una tensione vicina allo zero. Il circuito di ingresso è realizzato su U1 - un fotoaccoppiatore a transistor, che fornisce un segnale all'elettrodo di controllo del driver del triac T2, attraverso Q2.

I relè istantanei sono disposti in modo leggermente diverso rispetto ai relè di commutazione quando si attraversa lo zero. Manca la cascata ZCC.

Quando si controlla AC, il circuito differisce solo in presenza di all'ingresso del raddrizzatore (ponte a diodi).

E quando si commutano circuiti CC, il triac viene sostituito da un transistor.

Esistono anche relè universali per corrente continua e alternata, in cui viene utilizzato un gruppo di transistor. In generale, ci sono molti circuiti di stadi di uscita di relè a stato solido, i seguenti sono esempi di circuiti di diversi modelli di un produttore come International Rectifier.

In un relè con un metodo di controllo di fase, la situazione è leggermente diversa. Come un dimmer, può regolare la potenza del carico (tensione di uscita), per questo viene applicato un segnale analogico all'ingresso: viene collegata tensione, corrente o una resistenza alternata. Come elemento di potenza, qui viene utilizzato un tiristore.Ma tieni presente che a causa di questo metodo di regolazione, si verificano interferenze nella rete, per sopprimere quali filtri di rete con induttanze di modo comune vengono utilizzati, ma questo è un argomento completamente diverso.

È possibile vedere le differenze nella commutazione quando si passa attraverso lo zero dalla commutazione di fase nella figura seguente.

Schemi di collegamento e caratteristiche di utilizzo

In effetti, lo schema di collegamento dei relè a stato solido non è quasi diverso da quelli convenzionali. Come connettersi? Facciamolo bene.

Se è necessario sostituire un relè 220 V convenzionale con controllo CA 220 V, utilizzare il diagramma seguente, ad esempio LDG LDSSR-10AA-H. Il diagramma, ad esempio, mostra la connessione tramite un interruttore convenzionale o interruttore a levetta. Al contrario, un segnale di abilitazione può essere fornito da un termostato, un controller e altri dispositivi.

Se è necessario controllare un circuito a 220 V utilizzando un segnale a bassa tensione, è possibile utilizzare FOTEK HPR-80AA.

In questo circuito, un alimentatore da 12VDC viene utilizzato come sorgente di corrente continua a bassa tensione, ampiamente utilizzato come alimentatore per strisce LED. A proposito, puoi persino controllare un tale relè a stato solido applicando la tensione dal caricatore del telefono cellulare all'ingresso, perché la sua uscita è 5V, che è più del segnale minimo di 3V.

Si noti inoltre che la tensione di controllo deve essere completamente scollegata, poiché ogni relè ha determinati parametri in cui opera, ad esempio, la tensione di cui sopra è di circa 1 volt e può scattare non a 3 volt nominali, ma già a 2,5 (I dati sono mediati, ad esempio, e possono variare a seconda non solo di un particolare prodotto, ma anche delle condizioni ambientali e dell'installazione.)

Ma ricorda che esiste anche un relè con un metodo di controllo di fase. Gli schemi di collegamento di tali relè sono illustrati di seguito (illustrazione dalle istruzioni per essi).

La domanda è: perché sono necessari tali relè e dove vengono utilizzati? La ricerca della risposta a questa domanda è stata di breve durata, non appena sono entrato all'inizio della query e ho immediatamente emesso opzioni per l'utilizzo come chiave di accensione per il controllo di elementi riscaldanti da termostati con un'uscita di 4-20 mA o 0-10 V.

A proposito, per applicazioni industriali ci sono anche sviluppi domestici, ad esempio ARIES TPM132 e altri modelli che possono funzionare con segnali di uscita 4-20 mA e 0-10 V.

Tuttavia, l'uso di un relè a stato solido per controllare un carico pesante non è possibile senza raffreddamento. Per questo, viene utilizzato il raffreddamento passivo (radiatore semplice) o attivo (radiatore + radiatore).

I consigli per la scelta dei refrigeratori sono riportati nella documentazione tecnica per uno specifico relè a stato solido, quindi non è possibile fornire consigli universali.

conclusione

I relè a stato solido possono essere utilizzati come relè elettromeccanici in alcuni casi. Le opzioni più popolari nella vita di tutti i giorni sono la sostituzione del contattore in una caldaia elettrica, a causa del suo forte scoppio quando acceso, rispettivamente, e inclusione TENOV diventerà silenzioso.

Oltre all'implementazione di vari potenti controller di potenza per gli stessi elementi riscaldanti e altre cose, per i quali viene utilizzato un relè a stato solido con un segnale analogico in ingresso da una resistenza variabile (tipo VA).

I radioamatori possono assemblare il relè a stato solido più semplice, basato su un driver ottico per triac con tipo ZCC MOC3041 e simili.

Ritengo che si tratti di prodotti meritevoli da utilizzare in vari strumenti di automazione, inoltre, non richiedono manutenzione (tranne che per la pulizia dei radiatori dalla polvere) e la durata può essere definita illimitata. Dureranno più volte dei contattori, a condizione che non vi siano sovraccarichi, surriscaldamento, cortocircuiti e sovratensioni!