Relés d'estat sòlid: tipus, aplicacions pràctiques, esquemes de cablejat

Els entrants i contactors clàssics s’estan convertint a poc a poc en una cosa del passat. El seu lloc en l'electrònica d'automòbils, electrodomèstics i automatització industrial està ocupat per un relé d'estat sòlid, un dispositiu semiconductor en el qual no hi ha peces mòbils.

Els dispositius tenen diversos dissenys i esquemes de cablejat, dels quals depenen els seus camps d'aplicació. Abans d’utilitzar el dispositiu, heu d’entendre el seu principi de funcionament, conegueu les característiques del funcionament i la connexió de diferents tipus de relés. Les respostes a aquestes preguntes es detallen a l'article.

Dispositiu de relé d'estat sòlid

Els relés moderns d'estat sòlid (TTR) són dispositius semiconductors modulars que són interruptors elèctrics d'alimentació.

Els nodes de treball clau d’aquests dispositius estan representats per triacs, tiristors o transistors. Els TTR no tenen parts mòbils, que difereix dels relés electromecànics.

La mida del relé d’estat sòlid depèn en gran mesura de la càrrega màxima admissible i de la capacitat d’eliminar la calor mitjançant la transferència de calor i la convecció (+)

L’estructura interna d’aquests dispositius pot variar molt segons el tipus de càrrega regulable i el circuit elèctric.

Els relleus d'estat sòlid més senzills inclouen els nodes següents:

• node d'entrada amb fusibles;
• cadena de disparador;
• aïllament òptic (galvànic);
• node de commutació;
• circuits de protecció;
• sortida de nodes a la càrrega.

El node d'entrada TTR és un circuit primari amb resistència connectada en sèrie. Un fusible en aquest circuit és opcional. La tasca del node d'entrada és acceptar el senyal de control i transmetre la comanda als interruptors de commutació de càrrega.

Amb corrent altern s’utilitza un aïllament galvànic per separar el control i el circuit principal. El principi del funcionament del relé depèn en gran mesura del seu dispositiu.El circuit disparador responsable del processament del senyal d’entrada es pot incloure a la unitat d’aïllament òptic o ubicar-se per separat.

La unitat de protecció prevé sobrecàrregues i errors, perquè en cas d’avaria un dispositiu, l’equip connectat també pot fallar.

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

El principi de funcionament del TTR

El funcionament d’un relé d’estat sòlid és força senzill. La majoria de TTR estan dissenyats per controlar l’automatització en xarxes de 20-480 V.

L’aïllament òptic permet crear senyals de control de potència mínima, que són crucials per als sensors que operen des de fonts d’energia autònomes (+)

A la versió clàssica, s’inclouen a la caixa del dispositiu dos contactes d’un circuit commutat i dos cables de control. El seu nombre pot canviar amb un augment del nombre de fases connectades. Depenent de la presència de tensió al circuit de control, els elements de semiconductor s’encenen o s’apaguen de la càrrega principal.

Una característica dels relés d’estat sòlid és la presència de resistència infinita. Si els contactes dels dispositius electromecànics estan totalment desconnectats, llavors en estat sòlid l'absència de corrent al circuit es garanteix per les propietats dels materials semiconductors.

Per tant, a altes tensions, es poden produir petits corrents de fuita que poden afectar negativament el funcionament de l'equip connectat.

Classificació de relés d'estat sòlid

L’abast del relé és divers, per tant, les seves característiques de disseny poden variar molt, depenent de les necessitats d’un circuit automàtic determinat. Els TTR es classifiquen segons el nombre de fases connectades, el tipus de corrent operatiu, les característiques de disseny i el tipus de circuit de control.

Pel nombre de fases connectades

Els relés d’estat sòlid s’utilitzen tant com a part dels 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.

TTR monofàsic permeten treballar amb corrents de 10-100 o 100-500 A. El seu control es realitza mitjançant un senyal analògic.

Es recomana connectar cables de diversos colors al relé trifàsic, de manera que quan instal·leu l'equip podeu connectar-los correctament

Relés trifàsics en estat sòlid capaç de passar corrent entre 10-120 A. El seu dispositiu comporta un principi de funcionament reversible, que garanteix la fiabilitat de la regulació de diversos circuits elèctrics simultàniament.

Sovint s’utilitzen SSR trifàsics per proporcionar un motor d’inducció. Al seu circuit de control, necessàriament s’inclouen fusibles ràpids a causa dels elevats corrents d’introducció.

Per tipus de corrent operatiu

Els relés d’estat sòlid no es poden configurar ni reprogramar, de manera que només poden funcionar correctament amb un cert ventall de paràmetres elèctrics.

En funció de les necessitats, TTR es pot controlar mitjançant circuits elèctrics amb dos tipus de corrent:

• permanent;
• variables.

De la mateixa manera, és possible classificar TTR 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 principal font d’electricitat a cap país del món, de manera que els relés d’aquest tipus tenen un abast estret

Els dispositius amb un corrent de control constant es caracteritzen per una alta fiabilitat i utilitzen un voltatge de 3-32 V. Per resoldre un ampli rang de temperatura (-30 .. + 70 ° C) sense canvis importants en les característiques.

Els relleus controlats per corrent altern tenen una tensió de control de 3-32 V o 70-280 V.Es distingeixen per una baixa interferència electromagnètica i una alta velocitat de resposta.

Per funcions de disseny

Els relés d’estat sòlid sovint s’instal·len al quadre elèctric comú d’un apartament, de manera que molts models tenen un bloc de muntatge per muntar-lo en un rail DIN.

A més, hi ha radiadors especials situats entre el TTR i la superfície de suport. Permeten refredar el dispositiu a grans càrregues, mantenint el seu rendiment.

El relé està muntat sobre un carril DIN principalment mitjançant un suport especial, que té una funció addicional: elimina l'excés de calor durant el funcionament

Entre el relé i el radiador, es recomana aplicar una capa de pasta tèrmica, fet que augmenta la zona de contacte i augmenta la transferència de calor. També hi ha TTR dissenyats per a la fixació a la paret amb cargols ordinaris.

Per tipus d'esquema de control

No sempre el principi de funcionament d’una tecnologia de relé regulable requereix el seu funcionament instantani.

Per això, els fabricants han desenvolupat diversos esquemes de control TTR que s’utilitzen en diversos camps:

1. Controlar "a zero". Aquesta opció de control d’un relé d’estat sòlid només assumeix el funcionament quan el valor de tensió és 0. S’utilitza en dispositius amb càrregues capacitives, resistives (calefactores) i febles inductives (transformadores).
2. Instantània. S’utilitza quan es necessita un funcionament de relleu fort quan s’aplica un senyal de control.
3. Fase. Suposa la regulació del voltatge de sortida canviant els paràmetres del corrent de control. S'utilitza per canviar suaument el grau de calefacció o d'il·luminació.

Els relés d’estat sòlid difereixen en molts altres paràmetres menys significatius. Per tant, quan compreu un TTR, és important comprendre l’esquema de funcionament dels equips connectats per tal de comprar el dispositiu d’ajust més adequat.

Cal proporcionar una reserva d’energia, perquè el relé té un recurs operatiu que es consumeix ràpidament amb sobrecàrregues freqüents.

Avantatges i desavantatges del TTR

Els relés d’estat sòlid no van en gran manera agrupar els arrencadors convencionals i els contactors del mercat. Aquests dispositius semiconductors tenen molts avantatges respecte a les contrapartides electromecàniques, cosa que fa que els consumidors optin per ells.

El relé per a microcircuits té dimensions compactes i està molt limitat pel corrent màxim transmès. Es fixen principalment mitjançant soldadura de potes especials

Aquests avantatges inclouen:

1. Consum energètic baix (un 90% menys).
2. Dimensions compactes per muntar dispositius en un espai limitat.
3. Alta velocitat d’inici i apagada
4. Reducció del soroll d’operació; no hi ha clics característics d’un relé electromecànic.
5. No s’espera cap manteniment.
6. Llarga vida útil gràcies a un recurs de centenars de milions d’operacions.
7. A causa de les àmplies possibilitats per modificar components electrònics, els TTR tenen àmplies aplicacions.
8. Manca d’interferències electromagnètiques en funcionament.
9. S'exclou la corrupció de contactes per xoc mecànic
10. Falta de contacte físic directe entre circuits de control i commutació.
11. Capacitat de regular la càrrega.
12. Presència en el TTR polsat de circuits automàtics que protegeixen de sobrecàrregues.
13. Possibilitat d’ús en atmosferes explosives.

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 totalment els contactes electromecànics.

Per a un funcionament estable de potents relés d’estat sòlid, és important la dissipació de calor, ja que a temperatures elevades la tensió de càrrega es distorsiona bruscament (+)

El TTR també presenta inconvenients que no permeten utilitzar-los en molts casos.

Els menys inclouen:

1. La incapacitat de la majoria de dispositius amb tensions superiors a 0,5 kV.
2. Alt cost.
3. Sensibilitat a alts corrents, especialment en els circuits d’arrencada de motors elèctrics.
4. Restriccions d'ús en condicions d'alta humitat.
5. Disminució crítica del rendiment a temperatures inferiors a 30 ° C i temperatures superiors als 70 ° C.
6. La carcassa compacta comporta un escalfament excessiu del dispositiu a càrregues altament estable, cosa que requereix l’ús de dispositius especials de refrigeració passiva o activa.
7. La capacitat de fondre el dispositiu de la calefacció durant un curtcircuit.
8. Els microcurrents 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 aplicacions específiques. A les cadenes d’equips industrials d’alta tensió, el seu ús està molt limitat a causa de les propietats físiques imperfectes dels materials semiconductors.

Tot i això, en els electrodomèstics i la indústria de l’automoció, els TTR ocupen una posició forta per les seves propietats positives.

Possibles esquemes de cablejat

Els esquemes de connexió de relé d'estat sòlid poden ser molt diversos. Cada circuit elèctric està construït en funció de les característiques de la càrrega connectada. Es poden afegir fusibles, controladors i dispositius de control addicionals al circuit.

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

A continuació, es presentaran els esquemes de connexió TTR més simples i habituals:

• normalment obert;
• amb circuit connectat;
• normalment tancat;
• trifàsic;
• reversible.

Circuit obert (obert) normalment - un relé, la càrrega del qual s’energia en presència d’un senyal de control. És a dir, s’apaga l’equip connectat quan es desactiven les entrades 3 i 4.

Abans de comprar un relé, cal determinar el tipus d’estat inicial necessari (tancat o obert) per assegurar el funcionament correcte de l’equip connectat (+)

Circuit normalment tancat - es vol dir un relé, la càrrega en què s’energia en absència d’un senyal de control. És a dir, els equips connectats estan en estat de funcionament amb entrades desactivades 3 i 4.

Hi ha un esquema de connexió de relé d'estat sòlid en què el control i la tensió de càrrega són iguals. Aquest mètode es pot utilitzar simultàniament per a treballs en xarxes de corrent continu i alternatiu.

Relés trifàsics connectats per uns principis lleugerament diferents. Els contactes es poden connectar a les opcions "Estel", "Triangle" o "Estrella amb neutre".

L’elecció d’un esquema de connexió de relé trifàsic depèn en gran mesura de les característiques del funcionament de l’equip connectat a ell com a càrrega

Relés inversos d'estat sòlid s’apliquen en motors elèctrics en la manera corresponent. Es fabriquen en una versió trifàsica i inclouen dos bucles de control.

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

Només cal muntar circuits elèctrics amb TTRs després d’haver estat dibuixats prèviament en paper, perquè els dispositius connectats de manera inadequada poden fallar a causa d’un curtcircuit.

Ús pràctic de dispositius

L’àmbit d’ús dels relés d’estat sòlid és força extens. A causa de la seva alta fiabilitat i la falta de manteniment regular, sovint s’instal·len en zones d’equips de difícil accés.

En molts relés, la connexió dels cables del bucle de control requereix polaritat, que s’ha de tenir en compte durant la instal·lació dels equips

Les principals àrees d’aplicació del TTR són:

• Sistema de termoregulació amb l’ús d’elements de calefacció;
• mantenir una temperatura estable en processos tecnològics;
• control d’operació del transformador;
• ajust d’il·luminació;
• circuits de sensor de moviment, il·luminació, fotosensors d’il·luminació del carrer i similars;
• control del motor elèctric;
• fonts d'alimentació ininterrompuda.

Amb l’augment d’automatització d’electrodomèstics, els relés d’estat sòlid s’estenen més i el desenvolupament de tecnologies de semiconductors està obrint constantment noves àrees d’aplicació.

Si voleu, podeu muntar un relé d’estat sòlid. Les instruccions detallades es proporcionen a aquest article.

Conclusions i vídeo útil sobre el tema

Els vídeos presentats ajudaran a comprendre millor el funcionament dels relés d’estat sòlid i a conèixer els mètodes de la seva connexió.

Una demostració pràctica del funcionament d'un relé d'estat sòlid simple:

Anàlisi de varietats i característiques de l'operació de relés d'estat sòlid:

Prova del funcionament i grau de calefacció del TTR:

Gairebé tothom pot muntar un circuit elèctric a partir d’un relé d’estat sòlid i d’un sensor.

Tot i això, planificar un circuit de treball requereix coneixements bàsics en enginyeria elèctrica, perquè una connexió inadequada pot provocar descàrregues elèctriques o curtcircuit. Però, com a resultat de les accions correctes, podeu obtenir molts dispositius útils a la vida quotidiana.

Hi ha alguna cosa que suplementi, o tingueu preguntes sobre com connectar i utilitzar relés d'estat sòlid? Podeu deixar comentaris sobre la publicació, participar en discussions i compartir la vostra pròpia experiència amb aquests dispositius. El formulari de contacte es troba al bloc inferior.