Relé d'estat sòlid: tipus, aplicació pràctica, esquemes de connexió

Els arrencadors i els contactors clàssics s'estan convertint gradualment en una cosa del passat.El seu lloc en l'electrònica de l'automòbil, els electrodomèstics i l'automatització industrial l'ocupen relés d'estat sòlid, un dispositiu semiconductor que no té cap peça mòbil.

Els dispositius tenen diferents dissenys i esquemes de connexió, que determinen el seu àmbit d'aplicació. Abans d'utilitzar el dispositiu, cal entendre el seu principi de funcionament, conèixer les característiques de funcionament i la connexió dels diferents tipus de relés. Les respostes a les preguntes anteriors es descriuen amb detall a l'article presentat.

Dispositiu de relé d'estat sòlid

Els relés d'estat sòlid (SSR) moderns són dispositius semiconductors modulars que actuen com a interruptors elèctrics d'alimentació.

Les unitats operatives clau d'aquests dispositius estan representades per triacs, tiristors o transistors. Els SSR no tenen peces mòbils, cosa que els fa diferents dels relés electromecànics.

La mida d'un SSR depèn en gran mesura de la capacitat de càrrega màxima i de la capacitat de dissipar la calor per transferència de calor i convecció (+)

L'interior d'aquests dispositius pot variar molt segons el tipus de càrrega que es regula i el circuit elèctric.

Els relés d'estat sòlid més senzills inclouen els components següents:

• unitat d'entrada amb fusibles;
• circuit d'activació;
• aïllament òptic (galvànic);
• unitat de commutació;
• circuits de protecció;
• carrega el node de sortida.

El node d'entrada SSR és un circuit primari amb una resistència connectada en sèrie. Un fusible està integrat en aquest circuit com a opció. La tasca del node d'entrada és rebre un senyal de control i transmetre una ordre als interruptors que canvien la càrrega.

Amb corrent altern, s'utilitza l'aïllament galvànic per separar els circuits de control i principals. El principi de funcionament del relé depèn en gran mesura del seu disseny. El circuit d'activació responsable de processar el senyal d'entrada es pot incloure a la unitat d'aïllament òptic o ubicar-se per separat.

La unitat de protecció evita que es produeixin sobrecàrregues i errors, ja que si el dispositiu es trenca, també pot fallar l'equip connectat.

L'objectiu principal dels relés d'estat sòlid és tancar/obrir una xarxa elèctrica mitjançant un senyal de control feble. A diferència dels anàlegs electromecànics, tenen una forma més compacta i no produeixen clics característics durant el funcionament.

Principi de funcionament del TTP

El funcionament d'un relé d'estat sòlid és bastant senzill. La majoria dels SSR estan dissenyats per controlar l'automatització en xarxes de 20-480 V.

L'aïllament òptic us permet crear senyals de control de potència mínima, que és fonamental per als sensors que funcionen des de fonts d'alimentació autònomes (+)

A la versió clàssica, el cos del dispositiu inclou dos contactes del circuit commutat i dos cables de control. El seu nombre pot canviar a mesura que augmenta el nombre de fases connectades. Depenent de la presència de tensió al circuit de control, la càrrega principal s'encén o s'apaga mitjançant elements semiconductors.

Una característica dels relés d'estat sòlid és la presència de resistència no infinita.Si els contactes dels dispositius electromecànics estan completament desconnectats, en els dispositius d'estat sòlid l'absència de corrent al circuit està assegurada per les propietats dels materials semiconductors.

Per tant, a tensions elevades, poden aparèixer petits corrents de fuga, que poden afectar negativament el funcionament dels equips connectats.

Classificació dels relés d'estat sòlid

Les àrees d'aplicació dels relés són variades, per tant les seves característiques de disseny poden variar molt, depenent de les necessitats d'un circuit automàtic concret. Els SSR es classifiquen segons el nombre de fases connectades, el tipus de corrent de funcionament, les característiques de disseny i el tipus de circuit de control.

Per nombre de fases connectades

Els relés d'estat sòlid s'utilitzen tant en electrodomèstics com en automatització industrial amb una tensió de funcionament de 380 V.

Per tant, aquests dispositius semiconductors, en funció del nombre de fases, es divideixen en:

• monofàsica;
• trifàsica.

SSR monofàsics permeten treballar amb corrents de 10-100 o 100-500 A. Es controlen mitjançant un senyal analògic.

Es recomana connectar cables de diferents colors al relé trifàsic perquè es puguin connectar correctament en instal·lar l'equip.

Relés trifàsics d'estat sòlid són capaços de passar corrent en el rang de 10-120 A. El seu dispositiu assumeix un principi de funcionament reversible, que garanteix la fiabilitat de la regulació simultània de diversos circuits elèctrics.

Sovint s'utilitzen SSR trifàsics per assegurar el funcionament d'un motor asíncron. S'han d'incloure fusibles ràpids al seu circuit de control elèctric a causa dels alts corrents d'entrada.

Per tipus de corrent de funcionament

Els relés d'estat sòlid no es poden configurar ni reprogramar, de manera que només poden funcionar amb normalitat dins d'un determinat rang de paràmetres elèctrics de la xarxa.

Segons les necessitats, els SSR es poden controlar mitjançant circuits elèctrics amb dos tipus de corrent:

• permanent;
• les variables.

De la mateixa manera, els SSR es poden classificar segons el tipus de tensió de càrrega activa. La majoria dels relés dels electrodomèstics funcionen amb paràmetres variables.

El corrent continu no s'utilitza com a font principal d'electricitat a cap país del món, de manera que els relés d'aquest tipus tenen un àmbit d'aplicació reduït.

Els dispositius amb corrent de control constant es caracteritzen per una alta fiabilitat i utilitzen una tensió de regulació de 3-32 V. Poden suportar un ampli rang de temperatures (-30..+70°C) sense canvis significatius en les característiques.

Els relés regulats de CA tenen una tensió de control de 3-32 V o 70-280 V. Es caracteritzen per una baixa interferència electromagnètica i una alta velocitat de funcionament.

Per característiques de disseny

Sovint s'instal·len relés d'estat sòlid al quadre elèctric general d'un apartament, de manera que molts models tenen un bloc de muntatge per muntar-lo en un carril DIN.

A més, hi ha radiadors especials situats entre el TSR i la superfície de suport. Permeten refredar el dispositiu sota càrregues elevades, mantenint les seves característiques de rendiment.

El relé es munta en un carril DIN principalment mitjançant un suport especial, que també té una funció addicional: elimina l'excés de calor durant el funcionament del dispositiu.

Es recomana aplicar una capa de pasta tèrmica entre el relé i el radiador, que augmenta l'àrea de contacte i augmenta la transferència de calor. També hi ha TTP dissenyats per subjectar-se a la paret amb cargols normals.

Per tipus d'esquema de control

El principi de funcionament d'un relé ajustable d'equips no sempre requereix el seu funcionament instantani.

Per tant, els fabricants han desenvolupat diversos esquemes de control SSR que s'utilitzen en diversos camps:

1. Control "a través de zero". Aquest tipus de control de relé d'estat sòlid implica el funcionament només a un valor de tensió de 0. S'utilitza en dispositius amb càrregues capacitives, resistives (escalfadors) i inductives febles (transformadors).
2. Instant. S'utilitza quan cal accionar el relé amb força quan s'aplica un senyal de control.
3. Fase. Consisteix a regular la tensió de sortida canviant els paràmetres del corrent de control. S'utilitza per canviar sense problemes el grau de calefacció o il·luminació.

Els relés d'estat sòlid també difereixen en molts altres paràmetres, menys significatius. Per tant, a l'hora de comprar un TSR, és important entendre l'esquema de funcionament de l'equip connectat per adquirir el dispositiu de control més adequat.

S'ha de disposar d'una reserva d'energia, perquè el relé té una vida útil que es consumeix ràpidament amb sobrecàrregues freqüents.

Avantatges i desavantatges del TTP

Els relés d'estat sòlid no substitueixen en va els arrencadors i contactors convencionals del mercat. Aquests dispositius semiconductors tenen molts avantatges respecte als seus homòlegs electromecànics, que obliguen els consumidors a triar-los.

Els relés per a microcircuits són de mida compacta i molt limitats pel que fa al flux màxim de corrent. S'uneixen principalment mitjançant la soldadura de potes especials

Aquests avantatges inclouen:

1. Baix consum d'energia (90% menys).
2. Dimensions compactes que permeten instal·lar dispositius en espais limitats.
3. Alta velocitat d'arrencada i apagada
4. Soroll de funcionament reduït, sense clics característics d'un relé electromecànic.
5. No es preveu cap manteniment.
6. Llarga vida útil gràcies a un recurs de centenars de milions d'operacions.
7. Gràcies a les àmplies possibilitats de modificació de components electrònics, els TSR han ampliat les àrees d'aplicació.
8. No hi ha interferències electromagnètiques durant el funcionament.
9. S'eliminen els danys als contactes per cops mecànics.
10. Manca de contacte físic directe entre els circuits de control i de commutació.
11. Possibilitat de regulació de càrrega.
12. La presència de circuits automàtics en SSR polsats que protegeixen contra sobrecàrregues.
13. Possibilitat d'ús en ambients explosius.

Els avantatges indicats dels relés d'estat sòlid no sempre són suficients per al funcionament normal de l'equip. És per això que encara no han substituït completament els contactors electromecànics.

Per a un funcionament estable de potents relés d'estat sòlid, és important una dissipació efectiva de la calor, ja que a temperatures elevades la tensió de càrrega està fortament distorsionada (+)

Els TTP també tenen desavantatges que impedeixen que s'utilitzin en molts casos.

Els desavantatges inclouen:

1. Incapacitat per fer funcionar la majoria de dispositius amb tensions superiors a 0,5 kV.
2. Preu alt.
3. Sensibilitat a corrents elevats, especialment en circuits d'arrencada de motors.
4. Restriccions d'ús en condicions d'alta humitat.
5. Disminució crítica de les característiques de rendiment a temperatures inferiors a 30 °C sota zero i superiors a 70 °C per sobre de 70 °C.
6. La carcassa compacta provoca un escalfament excessiu del dispositiu a càrregues constantment elevades, cosa que requereix l'ús de dispositius especials de refrigeració passiva o activa.
7. Possibilitat de fondre l'aparell a causa de la calor durant un curtcircuit.
8. Els microcorrents en estat tancat del relé poden ser crítics per al funcionament de l'equip. Per exemple, les làmpades fluorescents connectades a la xarxa poden parpellejar periòdicament.

Així, els relés d'estat sòlid tenen certes aplicacions. En circuits d'equips industrials d'alta tensió, el seu ús està molt limitat a causa de les propietats físiques imperfectes dels materials semiconductors.

Tanmateix, en els electrodomèstics i la indústria de l'automoció, els TTP ocupen una posició forta per les seves propietats positives.

Esquemes de connexió possibles

Els esquemes de connexió dels relés d'estat sòlid poden ser molt diversos. Cada circuit elèctric es construeix en funció de les característiques de la càrrega connectada. Es poden afegir fusibles, controladors i dispositius reguladors addicionals al circuit.

A causa del fet que els circuits de control i càrrega del dispositiu no es superposen, les seves característiques elèctriques poden diferir per qualsevol paràmetre (+)

A continuació es presentaran els diagrames de connexió SSR més senzills i comuns:

• normalment obert;
• amb contorn associat;
• normalment tancat;
• trifàsica;
• reversible.

Circuit normalment obert (obert). - un relé en el qual la càrrega s'activa en presència d'un senyal de control. És a dir, l'equip connectat s'apaga quan les entrades 3 i 4 estan desactivades.

Abans de comprar un relé, heu de determinar el tipus requerit del seu estat inicial (tancat o obert) per garantir el correcte funcionament de l'equip connectat (+)

Circuit normalment tancat — significa un relé en el qual la càrrega s'activa en absència d'un senyal de control. És a dir, l'equip connectat està en condicions de funcionament quan les entrades 3 i 4 estan desactivades.

Hi ha un diagrama de connexió per a un relé d'estat sòlid en el qual les tensions de control i de càrrega són les mateixes. Aquest mètode es pot utilitzar simultàniament per treballar en xarxes DC i AC.

Relés trifàsics estan connectats segons principis lleugerament diferents. Els contactes es poden connectar en configuracions "Estrella", "Triangle" o "Estrella i neutre".

L'elecció d'un circuit de connexió de relés trifàsics depèn en gran mesura de les característiques de funcionament de l'equip connectat a ell com a càrrega.

Relés d'estat sòlid inversor utilitzat en motors elèctrics en el mode adequat. Es fabriquen en versió trifàsica i inclouen dos bucles de control.

Si és important que el relé mantingui la polaritat de la connexió dels contactes, el marcatge sempre indicarà on connectar la fase i el neutre.

Cal muntar circuits elèctrics amb SSR només després de dibuixar-los prèviament en paper, ja que els dispositius connectats incorrectament poden fallar a causa d'un curtcircuit.

Aplicació pràctica dels dispositius

L'àmbit d'ús dels relés d'estat sòlid és força ampli. A causa de la seva alta fiabilitat i la manca de necessitat de manteniment regular, sovint s'instal·len en llocs de difícil accés de l'equip.

En molts relés, la connexió dels cables del circuit de control requereix polaritat, que s'ha de tenir en compte durant la instal·lació de l'equip

Les principals àrees d'aplicació del TTP són:

• sistema de termoregulació mitjançant elements de calefacció;
• mantenir temperatures estables en processos tecnològics;
• control de transformadors;
• ajust de la il·luminació;
• circuits de sensors de moviment, il·luminació, sensors fotogràfics per a l'enllumenat públic etcètera.;
• control de motor elèctric;
• fonts d'alimentació ininterrompuda.

Amb l'automatització creixent dels electrodomèstics, els relés d'estat sòlid són cada cop més habituals i el desenvolupament de tecnologies de semiconductors obri constantment noves àrees d'aplicació.

Si ho desitja, podeu muntar el relé d'estat sòlid vosaltres mateixos. Es proporcionen instruccions detallades a Aquest article.

Conclusions i vídeo útil sobre el tema

Els vídeos presentats us ajudaran a entendre millor el funcionament dels relés d'estat sòlid i a familiaritzar-vos amb com connectar-los.

Demostració pràctica del funcionament d'un relé d'estat sòlid simple:

Anàlisi dels tipus i característiques dels relés d'estat sòlid:

Prova del funcionament i el grau d'escalfament del SSR:

Gairebé qualsevol persona pot instal·lar un circuit elèctric format per un relé d'estat sòlid i un sensor.

Tanmateix, la planificació d'un circuit de treball requereix coneixements bàsics d'enginyeria elèctrica perquè les connexions incorrectes poden provocar una descàrrega elèctrica o un curtcircuit. Però com a resultat de les accions adequades, podeu obtenir molts dispositius útils a la vida quotidiana.

Tens alguna cosa a afegir o tens cap pregunta sobre la connexió i l'ús de relés d'estat sòlid? Podeu deixar comentaris sobre la publicació, participar en debats i compartir la vostra pròpia experiència d'ús d'aquests dispositius. El formulari de contacte es troba al bloc inferior.