Relés de estado sólido: tipos, aplicaciones prácticas, diagramas de cableado
Los arrancadores y contactores clásicos se están convirtiendo gradualmente en algo del pasado. Su lugar en la electrónica automotriz, los electrodomésticos y la automatización industrial está ocupado por un relé de estado sólido, un dispositivo semiconductor en el que no hay piezas móviles.
Los dispositivos tienen varios diseños y diagramas de cableado, de los cuales dependen sus campos de aplicación. Antes de utilizar el dispositivo, debe comprender su principio de funcionamiento, conocer las características del funcionamiento y la conexión de diferentes tipos de relés. Las respuestas a estas preguntas se detallan en el artículo.
El contenido del artículo:
Dispositivo de relé de estado sólido
Los relés de estado sólido (TTR) modernos son dispositivos semiconductores modulares que son interruptores eléctricos de potencia.
Los nodos de trabajo clave de estos dispositivos están representados por triacs, tiristores o transistores. Los TTR no tienen partes móviles, que difieren de los relés electromecánicos.
La estructura interna de estos dispositivos puede variar mucho según el tipo de carga ajustable y el circuito eléctrico.
Los relés de estado sólido más simples incluyen los siguientes nodos:
- nodo de entrada con fusibles;
- cadena de gatillo;
- aislamiento óptico (galvánico);
- nodo de conmutación;
- circuitos de protección;
- salida del nodo a la carga.
El nodo de entrada TTR es un circuito primario con una resistencia conectada en serie. Un fusible en este circuito es opcional. La tarea del nodo de entrada es aceptar la señal de control y transmitir el comando a los interruptores de conmutación de carga.
Con corriente alterna, el aislamiento galvánico se usa para separar el control y el circuito principal. El principio del funcionamiento del relé depende en gran medida de su dispositivo.El circuito de disparo responsable del procesamiento de la señal de entrada puede incluirse en la unidad de aislamiento óptico o ubicarse por separado.
La unidad de protección evita sobrecargas y errores, ya que en caso de falla del dispositivo, el equipo conectado también puede fallar.
El objetivo principal de los relés de estado sólido es cerrar / abrir la red eléctrica utilizando una señal de control débil. A diferencia de los análogos electromecánicos, tienen una forma más compacta y no producen clics característicos durante el funcionamiento.
El principio de funcionamiento del TTR
El funcionamiento de un relé de estado sólido es bastante simple. La mayoría de los TTR están diseñados para controlar la automatización en redes de 20-480 V.
En la versión clásica, se incluyen dos contactos de un circuito conmutado y dos cables de control en la carcasa del dispositivo. Su número puede cambiar con un aumento en el número de fases conectadas. Dependiendo de la presencia de voltaje en el circuito de control, los elementos semiconductores activan o desactivan la carga principal.
Una característica de los relés de estado sólido es la presencia de resistencia infinita. Si los contactos en dispositivos electromecánicos están completamente desconectados, entonces en estado sólido la ausencia de corriente en el circuito está asegurada por las propiedades de los materiales semiconductores.
Por lo tanto, a altos voltajes, pueden producirse pequeñas corrientes de fuga que pueden afectar negativamente el funcionamiento del equipo conectado.
Clasificación de relé de estado sólido
El alcance del relé es diverso, por lo tanto, sus características de diseño pueden variar mucho, dependiendo de las necesidades de un circuito automático en particular. Los TTR se clasifican por el número de fases conectadas, el tipo de corriente de funcionamiento, las características de diseño y el tipo de circuito de control.
Por el número de fases conectadas
Los relés de estado sólido se utilizan como parte de los electrodomésticos y en la automatización industrial con un voltaje de funcionamiento de 380 V.
Por lo tanto, estos dispositivos semiconductores, dependiendo del número de fases, se dividen en:
- monofásico
- trifásico
Monofásico TTR permiten trabajar con corrientes de 10-100 o 100-500 A. Su control se realiza mediante una señal analógica.
Relés trifásicos de estado sólido capaz de pasar corriente en el rango de 10-120 A. Su dispositivo implica un principio de funcionamiento reversible, que garantiza la fiabilidad de la regulación de varios circuitos eléctricos simultáneamente.
A menudo, los SSR trifásicos se utilizan para proporcionar un motor de inducción. En su circuito de control, los fusibles rápidos se incluyen necesariamente debido a las altas corrientes de entrada.
Por tipo de corriente de funcionamiento
Los relés de estado sólido no se pueden configurar o reprogramar, por lo que solo pueden funcionar correctamente con un cierto rango de parámetros eléctricos de la red.
Dependiendo de las necesidades, el TTR puede controlarse mediante circuitos eléctricos con dos tipos de corriente:
- permanente
- variables
Del mismo modo, es posible clasificar TTR por el tipo de tensión de carga activa. La mayoría de los relés en electrodomésticos funcionan con parámetros variables.
Los dispositivos con una corriente de control constante se caracterizan por su alta confiabilidad y utilizan un voltaje de 3-32 V. para la regulación. Soportan un amplio rango de temperatura (-30 .. + 70 ° C) sin cambios significativos en las características.
Los relés controlados por corriente alterna tienen un voltaje de control de 3-32 V o 70-280 V.Se distinguen por baja interferencia electromagnética y alta velocidad de respuesta.
Por características de diseño
Los relés de estado sólido a menudo se instalan en el panel eléctrico común de un apartamento, por lo que muchos modelos tienen un bloque de montaje para montar en un riel DIN.
Además, hay radiadores especiales ubicados entre el TTR y la superficie de soporte. Le permiten enfriar el dispositivo con cargas elevadas, manteniendo su rendimiento.
Entre el relé y el radiador, se recomienda aplicar una capa de pasta térmica, lo que aumenta el área de contacto y aumenta la transferencia de calor. También hay TTR diseñados para la fijación a la pared con tornillos comunes.
Por tipo de esquema de control
No siempre el principio de funcionamiento de una tecnología de relé ajustable requiere su funcionamiento instantáneo.
Por lo tanto, los fabricantes han desarrollado varios esquemas de control TTR que se utilizan en varios campos:
- Control "a través de cero". Esta opción de controlar un relé de estado sólido asume la operación solo cuando el valor de voltaje es 0. Se usa en dispositivos con cargas capacitivas, resistivas (calentadores) y débiles inductivas (transformadores).
- Instantánea. Se utiliza cuando es necesaria una operación de relé aguda cuando se aplica una señal de control.
- Fase. Asume la regulación de la tensión de salida cambiando los parámetros de la corriente de control. Se utiliza para cambiar suavemente el grado de calentamiento o iluminación.
Los relés de estado sólido difieren en muchos otros parámetros menos significativos. Por lo tanto, al comprar un TTR, es importante comprender el esquema de operación del equipo conectado para comprar el dispositivo de ajuste más apropiado.
Se debe proporcionar una reserva de energía, ya que el relé tiene un recurso operativo que se consume rápidamente con sobrecargas frecuentes.
Ventajas y desventajas de TTR
Los relés de estado sólido no son en vano desplazando a los arrancadores y contactores convencionales del mercado. Estos dispositivos semiconductores tienen muchas ventajas sobre sus contrapartes electromecánicas, lo que hace que los consumidores opten por ellos.
Estas ventajas incluyen:
- Bajo consumo de energía (90% menos).
- Dimensiones compactas para dispositivos de montaje en un espacio limitado.
- Alta velocidad de arranque y apagado
- Ruido de operación reducido; no hay clics característicos de un relé electromecánico.
- No se espera mantenimiento.
- Larga vida gracias a un recurso de cientos de millones de operaciones.
- Debido a las amplias posibilidades para modificar componentes electrónicos, los TTR tienen campos de aplicación extendidos.
- Falta de interferencias electromagnéticas en funcionamiento.
- Se excluye la corrupción de los contactos debido a su choque mecánico.
- Falta de contacto físico directo entre los circuitos de control y conmutación.
- Capacidad para regular la carga.
- La presencia en el TTR pulsado de circuitos automáticos que protegen contra sobrecargas.
- Posibilidad de uso en atmósferas explosivas.
Las ventajas indicadas de los relés de estado sólido no siempre son suficientes para el funcionamiento normal del equipo. Es por eso que aún no han reemplazado completamente los contactores electromecánicos.
TTR también tiene desventajas que no permiten su uso en muchos casos.
Los inconvenientes incluyen:
- La incapacidad de la mayoría de los dispositivos con voltajes superiores a 0,5 kV.
- Alto costo
- Sensibilidad a altas corrientes, especialmente en los circuitos de arranque de motores eléctricos.
- Restricciones de uso en condiciones de alta humedad.
- Una disminución crítica en el rendimiento a temperaturas inferiores a 30 ° C heladas y superiores a 70 ° C de calor.
- La carcasa compacta conduce a un calentamiento excesivo del dispositivo a cargas establemente altas, lo que requiere el uso de dispositivos de enfriamiento pasivos o activos especiales.
- La capacidad de derretir el dispositivo del calentamiento durante un cortocircuito.
- Las microcorrientes en el estado cerrado del relé pueden ser críticas para la operación del equipo. Por ejemplo, las lámparas fluorescentes conectadas a la red pueden parpadear periódicamente.
Por lo tanto, los relés de estado sólido tienen aplicaciones específicas. En las cadenas de equipos industriales de alto voltaje, su uso está muy limitado debido a las propiedades físicas imperfectas de los materiales semiconductores.
Sin embargo, en los electrodomésticos y la industria automotriz, los TTR ocupan una posición fuerte debido a sus propiedades positivas.
Posibles diagramas de cableado
Los esquemas de conexión de relé de estado sólido pueden ser muy diversos. Cada circuito eléctrico se construye en función de las características de la carga conectada. Se pueden agregar fusibles, controladores y dispositivos de control adicionales al circuito.
A continuación, se presentarán los esquemas de conexión TTR más simples y comunes:
- normalmente abierto;
- con circuito conectado;
- normalmente cerrado;
- trifásico
- reversible
Circuito normalmente abierto (abierto) - un relé, cuya carga se activa en presencia de una señal de control. Es decir, el equipo conectado se apaga cuando las entradas 3 y 4 se desactivan.
Circuito normalmente cerrado - se entiende un relé, la carga en la que se activa en ausencia de una señal de control. Es decir, el equipo conectado está en condiciones de funcionamiento con las entradas desenergizadas 3 y 4.
Hay un esquema de conexión de relé de estado sólido en el que el control y el voltaje de carga son los mismos. Este método se puede usar simultáneamente para trabajar en redes DC y AC.
Relés trifásicos conectados por unos principios ligeramente diferentes. Los contactos se pueden conectar en las opciones "Estrella", "Triángulo" o "Estrella con neutro".
Relés inversos de estado sólido se aplican en motores eléctricos en el modo correspondiente. Se fabrican en una versión trifásica e incluyen dos lazos de control.
Solo es necesario ensamblar circuitos eléctricos con TTR después de que se hayan dibujado previamente en papel, porque los dispositivos conectados incorrectamente pueden fallar debido a un cortocircuito.
Uso práctico de dispositivos.
El alcance del uso de relés de estado sólido es bastante extenso. Debido a su alta confiabilidad y la falta de necesidad de mantenimiento regular, a menudo se instalan en áreas de equipos de difícil acceso.
Las principales áreas de aplicación de TTR son:
- Sistema de termorregulación con el uso de elementos calefactores;
- mantener una temperatura estable en los procesos tecnológicos;
- control de operación del transformador;
- ajuste de iluminación;
- circuitos de sensores de movimiento, iluminación, fotosensores para alumbrado público y similares
- control de motor eléctrico;
- fuentes de alimentación ininterrumpida.
Con el aumento de la automatización de los electrodomésticos, los relés de estado sólido se están generalizando y las tecnologías de semiconductores en desarrollo abren constantemente nuevas áreas de aplicación.
Si lo desea, puede ensamblar un relé de estado sólido usted mismo. Las instrucciones detalladas se proporcionan en este articulo.
Conclusiones y video útil sobre el tema.
Los videos presentados ayudarán a comprender mejor el funcionamiento de los relés de estado sólido y a familiarizarse con los métodos de conexión.
Una demostración práctica del funcionamiento de un simple relé de estado sólido:
Análisis de variedades y características de la operación de relés de estado sólido:
Prueba del funcionamiento y grado de calentamiento del TTR:
Casi todos pueden montar un circuito eléctrico desde un relé de estado sólido y un sensor.
Sin embargo, la planificación de un circuito de trabajo requiere conocimientos básicos en ingeniería eléctrica, ya que una conexión inadecuada puede provocar descargas eléctricas o cortocircuitos. Pero como resultado de las acciones correctas, puede obtener muchos dispositivos útiles en la vida cotidiana.
¿Hay algo para complementar o tiene preguntas sobre la conexión y el uso de relés de estado sólido? Puede dejar comentarios en la publicación, participar en debates y compartir su propia experiencia con dichos dispositivos. El formulario de contacto se encuentra en el bloque inferior.
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Y si tengo caídas de voltaje constantes en el apartamento, ¿qué debo hacer? Aproximadamente 180-250 V, ¿qué hacer y dónde ir?
De hecho, este es un problema bastante común para muchas áreas en las ciudades de todo el espacio postsoviético. Como tiene un apartamento, el problema es relevante no solo para usted, tal vez para toda la entrada, en su hogar o incluso en el área. Por lo tanto, es mejor presentar una solicitud colectiva para eliminar el problema de las caídas de voltaje.
Los representantes de la compañía con la que tiene un contrato para el suministro de electricidad deben tratar este problema. También para el futuro, le aconsejo que use estabilizadores y relés de voltaje, es decir, en un paquete, y no por separado. Los primeros son efectivos a bajo voltaje y los segundos a alto.