ویژگی ها و کاربردهای رله حالت جامد

رلههای حالت جامد (SSR) همان عملکردهای رلههای الکترومکانیکی را انجام میدهند، اما دستگاههای غیرتماسی غیر متحرکی هستند که میتوانند ولتاژ را به چند صد Vac برای صدها هزار سیکل و فراتر از آن تغییر دهند که آنها را برای کلیدزنی عناصر گرمایش، موتورها و … مفید میکند. ترانسفورماتورهایی که نیاز به تعویض مکرر و پرسرعت دارند.
رلههای الکترومکانیکی و رلههای حالت جامد از فناوریهای متفاوتی برای انجام عملکرد یکسان استفاده میکنند. سوئیچینگ سریع SSR ها آنها را برای استفاده در تعداد بیشماری از بارهای پرقدرت مناسب می کند.
برخلاف رلههای الکترومکانیکی، اجزای فرعی یک SSR کاملاً الکترونیکی هستند:
۱٫ مدار ورودی یک SSR (مانند سیم پیچ یک رله الکترومکانیکی) به یک کنترل سیستم متصل می شود. همانطور که ولتاژ ورودی به SSR تغییر می کند – ۳ تا ۳۲ Vdc معمول است – مدار ورودی را تحریک می کند تا عمل کند. در یک تغییر رایج، مدار با اعمال هر ولتاژ درون بردی که بیش از مقدار ولتاژ پیکاپ رله باشد فعال می شود و با کاهش ورودی به کمتر از مقدار ولتاژ خروجی رله، غیرفعال می شود.
۲٫ یک کوپلینگ SSR دستورات برق رسانی و قطع انرژی را به خروجی رله ارسال می کند – که به عنوان میانبر بین مدارهای ورودی و خروجی عمل می کند. توجه داشته باشید که این بخش از یک SSR به طور ویژه مهندسی شده است تا از اتصال مدار ورودی با مدار خروجی به صورت ایزوله گالوانیکی اطمینان حاصل شود … به طوری که جریان بار پرقدرت (خروجی) توسط بخش کوپلینگ رله جدا شود. این به طور قابل اعتمادی از جریان بار به ورودی رله جلوگیری می کند – حتی در هنگام خرابی سیستم.
فناوری های مختلفی برای بخش کوپلینگ یک SSR استفاده می شود:
متداول ترین نوع، فوتوکوپلرهای SSR، از یک منبع نور LED یا مادون قرمز در مدار ورودی برای برقراری ارتباط با یک نیمه هادی حساس به نور در سمت سوئیچ خروجی استفاده می کند. در مقابل، SSR های جفت شده با ترانسفورماتور از یک مبدل dc-ac برای تولید خروجی استفاده می کنند که به صورت مغناطیسی از طریق یک ترانسفورماتور کم مصرف به خروجی جفت می شود.
۳٫ سپس مدار ماشه یا محرک SSR یکی از چندین طرح را به شکل یک متصل می کند:
• یکسو کننده کنترل شده با سیلیکون (SCR) برای سوئیچینگ پرسرعت (معمولاً) دوره های روشن (معمولا) کوتاه مدت
• تریستور پشت سر هم به نام تریاک – مخفف ترایود برای جریان متناوب
• ترانزیستور اثر میدانی نیمه هادی اکسید فلزی (MOSFET) یا ترانزیستور دارلینگتون (برای dc)
• ترانزیستور دوقطبی با گیت عایق (IGBT) برای dc
در اینجا، عملیات سوئیچ صفر – رایج ترین برای SSR ها – و همچنین سوئیچینگ پیک، سوئیچینگ dc و سوئیچینگ فوری، همه گزینه هایی هستند که عمل رله را با نوع باری که سیستم درایو می کند، تنظیم می کند. به عنوان مثال، سوئیچینگ آنالوگ از یک مدار همگام سازی استفاده می کند تا ولتاژ خروجی ولتاژ ورودی را ردیابی کند – و طیف گسترده ای از ولتاژهای خروجی ممکن را در محدوده مجاز SSR مجاز می کند. اینها در طراحی های شروع نرم برای به حرکت درآوردن موتورهای الکتریکی برتری دارند.
۴٫ فراتر از آن، مدار خروجی (قدرت) SSR به بار تحت کنترل متصل می شود. گذشته از سوئیچ، همچنین ممکن است شامل یک مدار اسنابر (در برخی موارد، یک دیود متصل به معکوس) یا یک آشکارساز عبور از صفر برای کاهش سنبله ها و گذراها و تداخل الکترومغناطیسی (EMI) در حین سوئیچینگ باشد. این یک مشکل است زیرا SSR ها جریان بار را از طریق بارهای القایی متصل تغییر می دهند – و (طبق قانون فارادی) قطع جریان باعث افزایش ولتاژ می شود. هر گونه چنین افزایشی در سراسر SSR که بیش از حداکثر رتبه بندی ها باشد ممکن است باعث آسیب شود.
جایی که SSR ها برتری دارند
SSR ها با انواع سیستم های کنترل سازگار هستند و در برابر نویز مغناطیسی مصون هستند. ماهیت حالت جامد آنها به این معنی است که آنها در جهت های مختلف سوار می شوند … و SSR ها در برابر ارتعاشات سنگین غیرقابل نفوذ هستند. درست است که SSR ها گران تر از جایگزین های خاص هستند، اما پیچیده ترین آنها می توانند عمر فوق العاده طولانی داشته باشند.
چند کاربرد موتور الکتریکی SSR ها را در نظر بگیرید:
• در موتورهای تسمه نقاله بزرگ یا خطوط مونتاژ با پتانسیل گیر کردن
• در موتورهای دمنده صنعتی برای اجاق های تجاری که در معرض خطر بیش از حد کار کردن هستند باید یک در باز بماند
• در موتورهایی که تحت شرایط جریان اضافه یا جریان های راه اندازی نادرست هستند
• در موتورهای نادیده گرفته شده و قطعات متصل به اجزای مکانیکی که اصطکاک بیش از حد را نشان میدهند
• در موتورهای الکتریکی همه منظوره در معرض محیطهای با دمای بالا
چنین ماشینهایی که با موتور حرکت میکنند ممکن است رلههای محافظ (رلههای الکترومکانیکی و SSR) را روی منابع تغذیهشان بگنجانند تا هم چنین گرمای بیش از حد را حس کنند و هم موتور را خاموش کنند تا از آسیب جلوگیری شود. استفاده از SSRهای بادوام در چنین کاربردهایی گسترده است، زیرا آنها هیچ قطعه متحرکی برای کاهش طول عمر دقت ندارند … و در واقع اغلب از تجهیزاتی که روی آنها نصب شده اند دوام بیشتری دارند.
مدیریت گرما از SSR ها
سوئیچ های نیمه هادی همانطور که در SSR یافت می شوند گرمای غیر قابل اغماض تولید می کنند – و بدون آدرس باقی می مانند، این می تواند خطر خستگی مکانیکی ناشی از چرخه حرارتی را ایجاد کند. دو راه حل در اینجا سینک های حرارتی و ترموستات ها هستند. ترموستات را می توان توسط مهندسان طراح (که طراحی حفاظت حرارتی را بر عهده دارند) به SSR ها اضافه کرد یا توسط سازنده SSR از قبل یکپارچه شد.
در برخی از SSR ها با ترموستات های از پیش یکپارچه، SSR برق مدار ورودی را زمانی قطع می کند که دمای خود SSR از حداکثر تعیین شده که توسط الزامات برنامه تعیین می شود فراتر رود. پس از یک خنک شدن کوتاه، برق دوباره به طور خودکار روشن می شود. در اینجا، ترموستات SSR دمای داخلی یک رابط مکانیکی را با یک صفحه فلزی در پایه دستگاه سوئیچ برق داخلی حس میکند. اگر گرما از محدوده نرمال بیشتر شود، سیگنالی به SSR می فرستد تا برق را قطع کند.
این محافظ حرارتی داخلی با ارائه یک سفر قبل از آسیب به تجهیزات، از شرایط گرمای بیش از حد جلوگیری می کند و در نتیجه در زمان و هزینه صرفه جویی می کند.
برای طراحان ماشینهایی که میخواهند از این فناوری استفاده کنند و خودشان را از زحمت انجام آن نجات دهند، ابتدا لازم است که SSR مناسب برای باری که نیاز به کنترل دارد انتخاب کنند. یکی از ملاحظات کلیدی دمای کارکرد محیط برنامه است که در بهترین درجه بندی برای ampacity موثر است. به عبارت دیگر، مهندسان باید حداکثر توان، رتبه بندی جریان، یا رتبه بندی ولتاژی را که SSR برای آن رتبه بندی می شود، شناسایی کنند – و سپس کمتر از این حداکثر رتبه بندی ها استفاده کنند.
سایر ملاحظات طراحی عبارتند از هیت سینک مورد استفاده و اتلاف انرژی مورد انتظار.
SSRهایی که بیشتر از چنین حفاظت حرارتی داخلی بهره می برند شامل مواردی است که در کوره های صنعتی، سیستم های تبرید تجاری، تجهیزات استریلیزاسیون، تجهیزات جوشکاری و نوار نقاله ها در بسته بندی، ساخت و ساز و جابجایی مواد قرار دارند.
سوئیچ های مکانیکی MEMS با SSR ها رقابت می کنند
هنگامی که سیستم های میکروالکترومکانیکی (MEMS) برای اولین بار در دهه ۱۹۸۰ معرفی شدند، به دلیل توانایی آنها در کوچک کردن تماس های الکترومکانیکی مورد توجه قرار گرفت. ساختارهای MEMS که بر روی بسترهای سیلیکونی با استفاده از فرآیندهای اچینگ یکسان برای ساخت IC های معمولی ساخته شده اند، در هدهای چاپ جوهرافشان، شتاب سنج ها، سنسورهای فشار و جاهای دیگر کار می کنند. اما آنها هنوز سوئیچ های مکانیکی معمولی را جابجا نکرده اند … تا حدی به این دلیل که کنتاکت های کوچک سوئیچ های MEMS نمی توانند جریان زیادی را تحمل کنند. به علاوه سوئیچ های MEMS می توانند قوس و گرمایش را نشان دهند که عمر کلید را کوتاه می کند.
اما اکنون، دستگاههای MEMS که از فناوری رله برق هوشمند دیجیتال میکرو سوئیچ (DMS) استفاده میکنند، میتوانند به زودی استفاده بیشتری از رلههای برق مبتنی بر MEMS را تحریک کنند. این ها مزایای رله های حالت جامد و الکترومکانیکی را ترکیب می کنند. داستان کامل را در سایت طراحی دنیای powerelectronictips.com بخوانید.
DMS یک ماسفت را با یک سوئیچ MEMS موازی می کند تا سوئیچینگ ولتاژ صفر را بدست آورد. این انرژی سوئیچینگ در سراسر کنتاکت ها را کاهش می دهد – که به نوبه خود قابلیت اطمینان را در ولتاژ و جریان بالا افزایش می دهد. طراحی سوئیچ همچنین از پردازش فلز برای افزایش قابلیت اطمینان تیر کنسول نگهدارنده یک طرف تماس – و همچنین خود ماده تماس استفاده می کند. برای دستگاه هایی با قابلیت انجام سه میلیارد چرخه و فراتر از آن تولید می شود. در واقع، رله قدرت خواص جداسازی گالوانیکی رلههای سنتی را حفظ میکند و میتواند در بستههای نیمهرسانای سنتی ادغام شود تا سایر ویژگیهای هوشمند را ارائه دهد.
تیم پارس سنسور با بیش از ۱۰ سال سابقه در واردات و فروش محصولات اتوماسیون صنعتی آماده خدمت رسانی به مشتریان گرامی می باشد.
اولین دیدگاه را ثبت کنید