¿Qué es un relé de estado sólido y cómo usarlo correctamente?

En todos los circuitos eléctricos hay que encender y apagar los instrumentos y dispositivos. Para hacer esto, use dispositivos de conmutación, puede ser un simple interruptor o interruptor, o relés, contactores, etc. Hoy consideraremos uno de esos dispositivos: un relé de estado sólido, hablaremos sobre cómo es seleccionar y conectar a un circuito de control de carga.

Que es esto

Relé de estado sólido - Este es un dispositivo construido con elementos semiconductores e interruptores de potencia, como triacs, bipolares o transistores MOS. En fuentes inglesas, los relés de estado sólido se denominan SSR de Solid State Relay (que en la traducción literal es equivalente al nombre ruso).

Me gusta en relés electromagnéticos y otros dispositivos de conmutación, están diseñados para controlar una señal débil con una carga con un voltaje o corriente más alto.

Diferencias con los relés electromagnéticos.

Los relés convencionales, como todos los dispositivos de conmutación electromagnética, funcionan de la siguiente manera: hay una bobina a la que se suministra corriente desde el sistema de control o la estación de botones. Como resultado de la corriente que fluye a través de la bobina, aparece un campo magnético que atrae la armadura con el grupo de contacto. Después de eso, los contactos se cierran y la corriente fluye hacia la carga a través de ellos.

Los de estado sólido no tienen bobina de control ni grupo de contacto móvil. Lo que hay dentro del relé de estado sólido se puede ver a continuación. En él, como se mencionó anteriormente, en lugar de contactos de alimentación, se usan interruptores semiconductores: transistores, triacs, tiristores y otros, dependiendo del alcance de la aplicación (lado derecho de la foto).

Esta es la principal diferencia entre un relé semiconductor y uno electromagnético. A este respecto, el estado sólido tiene una vida útil significativamente más larga, ya que no hay desgaste mecánico del grupo de contacto, también vale la pena señalar que la velocidad de los relés de semiconductores es mayor que la de los electromagnéticos.

Además de la ausencia de desgaste mecánico, no hay chispas ni arcos durante la conmutación, ni sonidos de los impactos de los contactos durante la conmutación. Por cierto, si no hay chispas y descargas de arco durante la conmutación, los relés de estado sólido pueden funcionar en salas explosivas.

Comparación

Las ventajas de los relés de estado sólido en comparación con los relés electromagnéticos son las siguientes:

1. Insonorización.

2. Hay evidencia de que su MTBF es del orden de 10 mil millones de interruptores, que es 1000 o más veces el recurso de los relés electromagnéticos.

3. Si para relés electromagnéticos, la sobretensión prácticamente no es terribleentonces el circuito electrónico relé de semiconductores en la mayoría de los casos fallasi no se tomaron decisiones de circuitos para limitar estos pulsos. Por lo tanto, comparar estos dispositivos por el número de conmutación no siempre es correcto.

4. Rendimiento un relé semiconductor son fracciones y unidades de milisegundos, mientras que un relé electromagnético tiene 50 ms a 1 s.

5. El consumo de energía es un 95% más bajo que el consumo de la bobina de los análogos electromagnéticos.

Sin embargo, estas ventajas están cubiertas por una serie de desventajas:

• Los relés de semiconductores se calientan durante el funcionamiento. Una potencia igual al producto de la caída de voltaje a través del interruptor de alimentación (del orden de 2 voltios) y la corriente que fluye a través de él se libera al calor;

• En caso de sobrecarga y cortocircuitos, existe una alta probabilidad de falla del interruptor de alimentación, la capacidad de sobrecarga suele ser de 10 In durante 10 ms, un período en la red con una frecuencia de 50 Hz (puede variar según los componentes utilizados);

• Lo más probable es que el disyuntor no tenga tiempo de dispararse antes de que el relé falle durante un cortocircuito;

• En caso de sobretensiones (sobretensiones), la vida útil de un relé de estado sólido puede terminar instantáneamente.

• Los relés de estado sólido tienen una corriente de fuga (hasta 7-10 mA) en relación con esto, si están en el circuito de control, por ejemplo, lámparas LED; estas últimas parpadearán de manera similar a la situación con el interruptor retroiluminado. En consecuencia, ¡habrá voltaje en el cable de fase incluso cuando el relé esté desconectado!

La siguiente tabla muestra las características generales de los relés de estado sólido de las series TSR (trifásica) y SSR (monofásica) del fabricante "FOTEK" (por cierto, algunas de las más comunes). En principio, otros fabricantes tendrán especificaciones de producto similares o similares.

Resistencia de aislamiento

> 50 MΩ / 500V CC

Entrada / salida de rigidez dieléctrica

Resiste 2.5 kV AC por 1 minuto

Corriente de disparo

No más de 7.5 mA

Capacidad de sobrecarga

Hasta 10 corrientes nominales dentro de 10 ms

Método de conmutación

Al cruzar a través de cero (en modelos para corriente alterna) o instantáneamente a través de un optoacoplador (para corriente continua)

Protección incorporada

La serie SSR-F tiene un fusible reemplazable

Especie

Los relés de estado sólido se pueden clasificar:

• Por tipo de corriente (constante o alterna);

• Por fuerza actual (baja potencia, potencia);

• Según el método de instalación;

• Por voltaje;

• Por el número de fases;

• Por tipo de señal de control (corriente directa o alterna, entrada analógica para controlar una resistencia variable, en un circuito de 4-20 mA, etc.).

• Por tipo de conmutación: conmutación cuando el voltaje pasa por cero (en circuitos de CA) o conmutación por una señal de control (para ajustar la potencia, por ejemplo).

Entonces, por el número de fases hay relés monofásicos y trifásicos. Pero los tipos de señales de control son mucho más. Dependiendo del dispositivo interno, los relés de estado sólido pueden controlarse mediante un voltaje constante o un voltaje alterno.

Los relés de estado sólido más comunes controlados por voltaje constante en el rango de 3 a 32 voltios. En este caso, la magnitud del voltaje controlado debe estar en este rango, y no ser igual a ningún valor específico, lo cual es muy conveniente cuando se integra en sistemas con diferentes voltajes.

También hay relés semiconductores, para cuyo control se utiliza una señal analógica:

• 4-20 mA;

• 0-10 voltios de corriente continua;

• Resistencia variable 470-560 kOhm.

En este caso, dichos relés se pueden usar para regular la alimentación del dispositivo conectado, de acuerdo con el principio de control de fase. El mismo principio de ajuste se utiliza en los atenuadores domésticos para la iluminación.

En la siguiente tabla puede ver los tipos de señales de control de los relés de estado sólido con un método de control de fase de IMPULS.

Preste atención a las últimas letras de la marca (LA, VD, VA), para la mayoría de los fabricantes son las mismas, y dicen, casi el tipo de señal.

Como ya se mencionó, en un relé controlado por fase, dependiendo de la magnitud de la señal de control, el voltaje de salida cambia, lo que se muestra en el gráfico a continuación.

Tal relé puede ser reconocido por la imagen condicional cerca de los terminales de entrada, por ejemplo, la foto a continuación muestra que una resistencia variable de 470-560 kOhm está conectada a la entrada.

También hay relés de estado sólido con una señal de control de una red AC 220V, como se muestra a continuación. Son adecuados para su uso como reemplazo de contactores de baja potencia o relés electromagnéticos.

Marcado y tipo de control

Para determinar la "fase" del relé, use los símbolos al comienzo de la marca:

• SSR - monofásico;

• TTR - trifásico.

Lo que es equivalente a dispositivos de conmutación unipolares y tripolares.

La intensidad actual también se cifra, por ejemplo, FOTEK lo indica en la forma: Pxx

Donde "xx" es la corriente en amperios, por ejemplo, P03 - 3 amperios, y P10 - 10 amperios.

Si la marca contiene la letra H, este relé está diseñado para conmutar sobretensión.

En el marcado, los datos sobre el tipo de control se indican en los últimos caracteres, puede diferir de un fabricante a otro, pero a menudo tiene esta forma y significado (los datos se recopilan de diferentes fabricantes):

• VA - resistencia variable 470-560kOhm / 2W (control de fase);

• LA: señal analógica de 4-20 mA (control de fase);

• VD - señal analógica 0-10V DC (control de fase);

• ZD - control 10-30V DC (conmutación cuando pasa por cero);

• ZD3 - control 3-32V DC (conmutación cuando pasa por cero);

• ZA2 - control 70-280V AC (conmutación cuando pasa por cero);

• DD3: control de una señal de CC de 3-32 V mediante un circuito de corriente continua (conmutación de voltaje de CC);

• DA - Control de señal de CC, conmutación de circuito de CA.

• AA - Control de señal de CA (220 V), conmutación de circuito de CA.

Vamos a comprobarlo en la práctica, digamos que te encontraste con un producto como el que se muestra en la figura a continuación y quieres saber qué es.

Si estudia cuidadosamente las inscripciones cerca de los terminales para conectar los cables, ya quedará claro que este es un relé para controlar circuitos de CA de 90 a 480 voltios, mientras que el control también ocurre con corriente alterna con un voltaje de 80 a 250 voltios.

Si solo la marca es visible, entonces: "SSR" es monofásico; "-10" - corriente nominal de 10 amperios; "AA" - Control de CA, conmutación de CA; "H" - para conmutar alto voltaje en el circuito de alimentación - hasta 480V (si no hubiera H, sería de hasta 380-400V).

Y para la consolidación y una mejor comprensión, estudie la siguiente tabla con las marcas y características de los relés de estado sólido.

Dispositivo

El circuito interno de un relé de estado sólido depende de la corriente para la que está diseñado (directo o alternativo) y el tipo de señal para controlarlo. Consideremos algunos de ellos.

Comencemos con el relé, que se controla mediante corriente continua y conmuta cuando pasa por cero. A veces se les llama "relés de estado sólido tipo Z".

Aquí, los pines 3-4 es la entrada de señal de control, que utiliza el control del optoacoplador, que se utiliza para el aislamiento galvánico de los circuitos de entrada y salida.

El bloque que controla la transición a través de 0, o como se llama Circuito cruzado cero: monitorea la fase del voltaje en la red eléctrica y cuando pasa a través de cero, hace un cambio de circuito (encendido o apagado). Este método también se llama Interruptor de voltaje cero, permite reducir las corrientes de entrada cuando se enciende (ya que el voltaje en este momento es igual a cero) y las sobretensiones de autoinducción EMF cuando se desconecta la carga.

Adecuado para controlar cargas resistivas, capacitivas e inductivas. No es adecuado para controlar una carga inductiva alta (con cos cos <0.5), como los transformadores en ralentí. Además, este método de control no interfiere con la red eléctrica durante la conmutación. A continuación puede ver diagramas de señales de control, tensión de red y corriente de carga con este método de control.

Esquemáticamente, esto se implementa de la siguiente manera:

Aquí, el voltaje de la red se suministra a un bloque con un triac y un bloque que rastrea la transición a través de cero. Los elementos Q1, R3, R4, R5, C4 a alto voltaje bloquean la apertura del tiristor T2, que controla el triac de potencia T1. Entonces el cambio solo es posible con un voltaje cercano a cero. El circuito de entrada se realiza en U1, un optoacoplador de transistor, que suministra una señal al electrodo de control del controlador del triac T2, a través de Q2.

Los relés instantáneos están dispuestos de forma algo diferente a los relés de conmutación cuando cruzan cero. Carecen de la cascada ZCC.

Cuando se controla CA, el circuito difiere solo en presencia de en la entrada del rectificador (puente de diodos).

Y al cambiar los circuitos de CC, el triac se reemplaza por un transistor.

También hay relés universales para corriente continua y alterna, donde se usa un conjunto de transistores. En general, hay muchos circuitos de etapas de salida de relés de estado sólido, los siguientes son ejemplos de circuitos de diferentes modelos de un fabricante como International Rectifier.

En un relé con un método de control de fase, la situación es algo diferente. Al igual que un atenuador, puede ajustar la potencia de carga (voltaje de salida), para esto se aplica una señal analógica a la entrada: se conecta el voltaje, la corriente o una resistencia alterna. Como elemento de poder, aquí se usa un tiristor.Pero tenga en cuenta que debido a este método de ajuste, se produce interferencia en la red, para suprimir qué filtros de red se utilizan con choques de modo común, pero este es un tema completamente diferente.

Puede ver las diferencias en el cambio al pasar por cero desde el cambio de fase en la figura a continuación.

Diagramas de conexión y características de uso

De hecho, el diagrama de conexión de los relés de estado sólido casi no es diferente de los convencionales. ¿Cómo conectarse? Vamos a hacerlo bien.

Si necesita reemplazar un relé convencional de 220V con un control de 220V AC, use el siguiente diagrama, por ejemplo LDG LDSSR-10AA-H. El diagrama, por ejemplo, muestra la conexión a través de un interruptor convencional o interruptor de palanca. En cambio, se puede suministrar una señal de habilitación desde un termostato, controlador y otros dispositivos.

Si necesita controlar un circuito de 220V usando una señal de bajo voltaje, puede usar el FOTEK HPR-80AA.

En este circuito, se utiliza una fuente de alimentación de 12 V CC como fuente de corriente continua de bajo voltaje, que se utiliza ampliamente como fuente de alimentación para tiras de LED. Por cierto, incluso puede controlar un relé de estado sólido de este tipo aplicando voltaje desde el cargador del teléfono móvil a la entrada, porque su salida es de 5V, que es más que la señal mínima de 3V.

Tenga en cuenta también que el voltaje de control debe estar completamente desconectado, ya que cada relé tiene ciertos parámetros en los que opera, por ejemplo, el voltaje anterior es de aproximadamente 1 voltio, y no puede dispararse a 3 voltios nominales, pero ya a 2.5 (Los datos se promedian, por ejemplo, y pueden variar dependiendo no solo de un producto en particular, sino también de las condiciones ambientales y la instalación).

Pero recuerde que también hay un relé con un método de control de fase. Los diagramas de conexión de dichos relés se ilustran a continuación (ilustración de las instrucciones para ellos).

La pregunta es por qué se necesitan dichos relés y dónde se usan. La búsqueda de la respuesta a esta pregunta fue de corta duración, tan pronto como ingresé al comienzo de la solicitud, inmediatamente emití opciones para usarla como una tecla de encendido para controlar los elementos calefactores de los termostatos con una salida de 4-20 mA o 0-10V.

Por cierto, para aplicaciones industriales también hay desarrollos domésticos, por ejemplo, ARIES TPM132 y otros modelos que pueden funcionar con señales de salida de 4-20mA y 0-10V.

Sin embargo, el uso de un relé de estado sólido para controlar una carga pesada no es posible sin enfriamiento. Para esto, se utiliza la refrigeración pasiva (radiador simple) o activa (radiador + enfriador).

Las recomendaciones para elegir refrigeradores se dan en la documentación técnica para un relé de estado sólido específico, por lo que no puede dar consejos universales.

Conclusión

Los relés de estado sólido se pueden usar como relés electromecánicos en algunos casos. Las opciones más populares en la vida cotidiana son reemplazar el contactor en una caldera eléctrica, debido a su fuerte estallido cuando se enciende, respectivamente, y inclusión TENOV se callará.

Además de la implementación de varios controladores de potencia potentes para los mismos elementos de calentamiento y otras cosas, para lo cual se utiliza un relé de estado sólido con una entrada de señal analógica de una resistencia variable (tipo VA).

Los radioaficionados pueden ensamblar el relé de estado sólido más simple, basado en un controlador óptico para triacs con ZCC tipo MOC3041 y similares.

Creo que estos son productos dignos de usar en diversas herramientas de automatización, además, no requieren mantenimiento (excepto para limpiar los radiadores del polvo), y se puede decir que la vida útil es ilimitada. Durarán varias veces más que los contactores, ¡siempre que no haya sobrecargas, sobrecalentamientos, cortocircuitos ni sobretensiones!