Rơle trạng thái rắn là gì và làm thế nào để sử dụng nó một cách chính xác

Trong tất cả các mạch điện phải bật và tắt các dụng cụ và thiết bị. Để làm điều này, sử dụng các thiết bị chuyển mạch, nó có thể là một công tắc hoặc công tắc đơn giản, hoặc rơle, công tắc tơ, v.v. Hôm nay chúng ta sẽ xem xét một trong những thiết bị như vậy - rơle trạng thái rắn, hãy nói về việc chọn và kết nối với mạch điều khiển tải như thế nào.

Cái gì đây

Rơle trạng thái rắn - Đây là một thiết bị được xây dựng trên các yếu tố bán dẫn và công tắc nguồn, chẳng hạn như bóng bán dẫn triacs, lưỡng cực hoặc MOS. Trong các nguồn tiếng Anh, rơle trạng thái rắn được gọi là SSR từ Solid State Relay (trong bản dịch nghĩa đen tương đương với tên tiếng Nga).

Thích tại rơle điện từ và các thiết bị chuyển mạch khác, chúng được thiết kế để điều khiển tín hiệu yếu với tải có điện áp hoặc dòng cao hơn.

Sự khác biệt từ rơle điện từ

Rơle thông thường, giống như tất cả các thiết bị chuyển mạch điện từ, hoạt động như sau - có một cuộn dây được cung cấp từ hệ thống điều khiển hoặc trạm nút nhấn. Kết quả của dòng điện chạy qua cuộn dây, một từ trường xuất hiện, thu hút phần ứng với nhóm tiếp xúc. Sau đó, các tiếp điểm đóng và dòng điện chạy vào tải thông qua chúng.

Những trạng thái rắn không có cuộn điều khiển và không có nhóm liên lạc di chuyển. Những gì bên trong rơle trạng thái rắn bạn có thể nhìn thấy dưới đây. Trong đó, như đã đề cập ở trên, thay vì các tiếp điểm nguồn, các công tắc bán dẫn được sử dụng: bóng bán dẫn, triacs, thyristor và các loại khác, tùy thuộc vào ứng dụng (phía bên phải của ảnh).

Đây là sự khác biệt chính giữa rơle bán dẫn và điện từ. Về vấn đề này, trạng thái rắn có tuổi thọ dài hơn đáng kể, do không có sự hao mòn cơ học của nhóm tiếp xúc, điều đáng chú ý là tốc độ của rơle bán dẫn cao hơn tốc độ của điện từ.

Ngoài việc không có hao mòn cơ học, không có tia lửa hoặc vòng cung trong khi chuyển đổi, cũng như âm thanh từ tác động của các tiếp điểm trong khi chuyển đổi. Nhân tiện, nếu không có tia lửa điện và phóng điện hồ quang trong quá trình chuyển đổi, rơle trạng thái rắn có thể hoạt động trong phòng nổ.

So sánh

Ưu điểm của rơle trạng thái rắn so với rơle điện từ như sau:

1. Không ồn ào.

2. Có bằng chứng cho thấy MTBF của họ có thứ tự 10 tỷ công tắc, gấp 1000 lần tài nguyên của rơle điện từ.

3. Nếu đối với rơle điện từ, điện áp tăng thực tế không phải là khủng khiếpsau đó là mạch điện tử rơle bán dẫn trong hầu hết các trường hợp thất bạinếu không có quyết định mạch được thực hiện để hạn chế các xung này. Do đó, so sánh các thiết bị này theo số lượng chuyển đổi không phải lúc nào cũng đúng.

4. Hiệu suất rơle bán dẫn là phân số và đơn vị tính bằng mili giây, trong khi rơle điện từ có 50 ms đến 1 s.

5. Tiêu thụ năng lượng thấp hơn 95% so với mức tiêu thụ cuộn dây của các chất tương tự điện từ.

Tuy nhiên, những ưu điểm này được bao phủ bởi một số nhược điểm:

• Rơle bán dẫn nóng lên trong quá trình hoạt động. Công suất bằng với sản phẩm giảm điện áp trên công tắc nguồn (theo thứ tự 2 volt) và dòng điện chạy qua nó được giải phóng thành nhiệt;

• Trong trường hợp quá tải và ngắn mạch có xác suất thất bại cao của công tắc nguồn, công suất quá tải thường là 10In trong 10 ms - một khoảng thời gian trong mạng có tần số 50 Hz (có thể thay đổi tùy theo các thành phần được sử dụng);

• Bộ ngắt mạch, rất có thể, sẽ không có thời gian để ngắt trước khi rơle bị hỏng trong thời gian ngắn mạch;

• Trong trường hợp điện áp tăng (điện tăng) - tuổi thọ của rơle trạng thái rắn có thể kết thúc ngay lập tức.

• Rơle trạng thái rắn có dòng rò (lên đến 7-10 mA) liên quan đến điều này, nếu chúng ở trong mạch điều khiển, ví dụ, đèn LED - đèn sau sẽ nhấp nháy tương tự như tình huống với công tắc đèn nền. Theo đó, sẽ có điện áp trên dây pha ngay cả khi rơle bị ngắt!

Bảng sau đây cho thấy các đặc điểm chung của rơle trạng thái rắn của sê-ri TSR (ba pha) và SSR (một pha) từ nhà sản xuất "FOTEK" (nhân tiện, một số phổ biến nhất). Về nguyên tắc, các nhà sản xuất khác sẽ có thông số kỹ thuật sản phẩm tương tự hoặc tương tự.

Điện trở cách điện

> 50 MΩ / 500V DC

Đầu vào / đầu ra cường độ điện môi

Chịu được 2,5 kV AC trong 1 phút

Hiện tại vấp ngã

Không quá 7,5 mA

Khả năng quá tải

Lên đến 10 dòng định mức trong vòng 10 ms

Phương pháp chuyển mạch

Khi xuyên qua 0 (trong các mô hình cho dòng điện xoay chiều) hoặc ngay lập tức thông qua một bộ ghép quang (cho dòng điện trực tiếp)

Bảo vệ tích hợp

Sê-ri SSR-F có cầu chì có thể thay thế

Loài

Rơle trạng thái rắn có thể được phân loại:

• Theo loại dòng điện (không đổi hoặc xen kẽ);

• Theo sức mạnh hiện tại (công suất thấp, sức mạnh);

• Theo phương pháp cài đặt;

• Bằng điện áp;

• Theo số lượng giai đoạn;

• Theo loại tín hiệu điều khiển (dòng điện trực tiếp hoặc xoay chiều, đầu vào tương tự để điều khiển một điện trở thay đổi, trong mạch 4-20 mA, v.v.).

• Theo loại chuyển mạch - chuyển mạch khi điện áp đi qua 0 (trong mạch AC) hoặc chuyển đổi bằng tín hiệu điều khiển (ví dụ để điều chỉnh công suất).

Vì vậy, theo số lượng pha có rơle một pha và ba pha. Nhưng các loại tín hiệu điều khiển là nhiều hơn nữa. Tùy thuộc vào thiết bị bên trong, rơle trạng thái rắn có thể được điều khiển bằng điện áp không đổi hoặc điện áp xoay chiều.

Các rơle trạng thái rắn phổ biến nhất được điều khiển bởi điện áp không đổi trong phạm vi từ 3 đến 32 volt. Trong trường hợp này, cường độ của điện áp được điều khiển phải nằm trong phạm vi này và không bằng bất kỳ giá trị cụ thể nào từ nó, rất thuận tiện khi tích hợp vào các hệ thống có điện áp khác nhau.

Ngoài ra còn có rơle bán dẫn, để điều khiển tín hiệu tương tự được sử dụng:

• 4-20 mA;

• 0-10 volt của dòng điện trực tiếp;

• Biến trở 470-560 kOhm.

Trong trường hợp này, các rơle như vậy có thể được sử dụng để điều chỉnh nguồn điện trên thiết bị được kết nối, theo nguyên tắc điều khiển pha. Nguyên tắc điều chỉnh tương tự được sử dụng trong các bộ điều chỉnh độ sáng hộ gia đình để chiếu sáng.

Trong bảng dưới đây, bạn thấy các loại tín hiệu điều khiển của rơle trạng thái rắn với phương pháp điều khiển pha từ IMPULS.

Hãy chú ý đến các chữ cái cuối cùng của đánh dấu (LA, VD, VA), đối với hầu hết các nhà sản xuất chúng giống nhau, và họ nói, chỉ về loại tín hiệu.

Như đã đề cập, trong rơle điều khiển pha, tùy thuộc vào cường độ của tín hiệu điều khiển, điện áp đầu ra thay đổi, được hiển thị trong biểu đồ bên dưới.

Một rơle như vậy có thể được nhận ra bởi hình ảnh có điều kiện gần các đầu vào đầu vào, ví dụ, ảnh dưới đây cho thấy một điện trở biến 470-560 kOhm được kết nối với đầu vào.

Ngoài ra còn có các rơle trạng thái rắn với tín hiệu điều khiển từ mạng AC 220 V, như hình dưới đây. Chúng thích hợp để sử dụng thay thế cho công tắc tơ công suất thấp hoặc rơle điện từ.

Đánh dấu và loại kiểm soát

Để xác định "pha" của rơle, sử dụng các ký hiệu ở đầu đánh dấu:

• SSR - một pha;

• TTR - ba pha.

Tương đương với các thiết bị chuyển mạch một cực và ba cực.

Sức mạnh hiện tại cũng được mã hóa, ví dụ, FOTEK chỉ ra nó ở dạng: Pxx

Trong đó "xx" là dòng điện trong các ampe, ví dụ, P03 - 3 ampe và P10 - 10 amper.

Nếu đánh dấu chứa chữ H, thì rơle này được dùng để chuyển đổi quá điện áp.

Trong phần đánh dấu, dữ liệu về loại điều khiển được chỉ định trong các ký tự cuối cùng, nó có thể khác nhau từ nhà sản xuất này với nhà sản xuất khác, nhưng thường nó có dạng và ý nghĩa này (dữ liệu được thu thập từ các nhà sản xuất khác nhau):

• VA - biến trở 470-560kOhm / 2W (điều khiển pha);

• LA - tín hiệu tương tự 4-20mA (điều khiển pha);

• VD - tín hiệu tương tự 0-10V DC (điều khiển pha);

• ZD - điều khiển 10-30V DC (chuyển đổi khi đi qua 0);

• ZD3 - điều khiển 3-32V DC (chuyển đổi khi đi qua 0);

• ZA2 - điều khiển 70-280V AC (chuyển đổi khi đi qua 0);

• DD3 - điều khiển tín hiệu DC 3-32V bằng mạch điện một chiều (chuyển đổi điện áp DC);

• DA - Điều khiển tín hiệu DC, chuyển mạch AC.

• Điều khiển tín hiệu AC - AC (220 V), chuyển mạch AC.

Hãy kiểm tra nó trong thực tế, giả sử bạn đã bắt gặp một sản phẩm như trong hình dưới đây và muốn biết nó là gì.

Nếu bạn nghiên cứu kỹ các chữ khắc gần các cực để kết nối dây, thì rõ ràng đây là rơle để điều khiển các mạch điện xoay chiều từ 90 đến 480 volt, trong khi điều khiển cũng xảy ra với dòng điện xoay chiều có điện áp từ 80 đến 250 volt.

Nếu chỉ đánh dấu là có thể nhìn thấy, thì: SSRR là một pha; "-10" - dòng điện định mức 10 ampe; Cấm Ailen - Điều khiển AC, chuyển mạch AC; Càng Hiên - để chuyển đổi điện áp cao trong mạch điện - lên tới 480V (nếu không có H, nó sẽ lên tới 380-400V).

Và để củng cố và hiểu rõ hơn, hãy nghiên cứu bảng sau với các dấu hiệu và đặc điểm của rơle trạng thái rắn.

Thiết bị

Mạch bên trong của rơle trạng thái rắn phụ thuộc vào dòng điện được thiết kế cho (trực tiếp hoặc xen kẽ) và loại tín hiệu để điều khiển nó. Hãy xem xét một số trong số họ.

Hãy bắt đầu với rơle, được điều khiển bởi dòng điện trực tiếp và đi lại khi đi qua không. Chúng đôi khi được gọi là "Rơle trạng thái rắn loại Z".

Ở đây, chân 3-4 là đầu vào tín hiệu điều khiển, sử dụng điều khiển bộ ghép quang, được sử dụng để cách ly điện của các mạch đầu vào và đầu ra.

Khối điều khiển quá trình chuyển đổi qua 0, hay còn gọi là Mạch chéo không - theo dõi pha của điện áp trong mạng cung cấp và khi nó đi qua 0, nó tạo ra một mạch chuyển đổi (bật hoặc tắt). Phương pháp này còn được gọi là Công tắc điện áp bằng không, nó cho phép giảm dòng vào khi bật (vì điện áp tại thời điểm này bằng 0) và tăng khả năng tự cảm ứng EMF khi ngắt tải.

Thích hợp để kiểm soát tải điện trở, điện dung và cảm ứng. Không phù hợp để kiểm soát tải cảm ứng cao (với cos cos <0,5), chẳng hạn như máy biến áp chạy không tải. Ngoài ra, phương pháp điều khiển này không can thiệp vào nguồn điện trong quá trình chuyển đổi. Dưới đây bạn nhìn thấy sơ đồ của tín hiệu điều khiển, điện áp nguồn và dòng tải với phương pháp điều khiển này.

Theo sơ đồ, điều này được thực hiện như sau:

Ở đây, điện áp từ mạng được cung cấp cho một khối có triac và một khối theo dõi quá trình chuyển đổi qua không. Các phần tử Q1, R3, R4, R5, C4 ở điện áp cao chặn việc mở thyristor T2, điều khiển triac công suất T1. Sau đó, chuyển đổi chỉ có thể với một điện áp gần bằng không. Mạch đầu vào được thực hiện trên U1 - một bộ ghép quang bán dẫn, cung cấp tín hiệu cho điện cực điều khiển của trình điều khiển của triac T2, đến hết Q2.

Rơle tức thời được bố trí hơi khác so với chuyển tiếp rơle khi vượt 0. Họ thiếu các tầng ZCC.

Khi điều khiển AC, mạch chỉ khác nhau khi có mặt ở đầu vào của bộ chỉnh lưu (cầu diode).

Và khi chuyển mạch DC, triac được thay thế bằng một bóng bán dẫn.

Ngoài ra còn có rơle phổ cho dòng điện trực tiếp và xoay chiều, trong đó một tổ hợp bóng bán dẫn được sử dụng. Nói chung, có nhiều mạch của các giai đoạn đầu ra của rơle trạng thái rắn, sau đây là các ví dụ về mạch của các mô hình khác nhau từ một nhà sản xuất như International Rectifier.

Trong một rơle với phương pháp điều khiển pha, tình huống có hơi khác. Nó, giống như một bộ điều chỉnh độ sáng, có thể điều chỉnh công suất tải (điện áp đầu ra), vì tín hiệu tương tự này được áp dụng cho đầu vào - điện áp, dòng điện hoặc điện trở xoay chiều được kết nối. Là một yếu tố sức mạnh, một thyristor được sử dụng ở đây.Nhưng hãy nhớ rằng do phương pháp điều chỉnh này, nhiễu xuất hiện trong mạng, để triệt tiêu bộ lọc mạng nào với cuộn cảm ở chế độ chung được sử dụng, nhưng đây là một chủ đề hoàn toàn khác.

Bạn có thể thấy sự khác biệt trong chuyển đổi khi chuyển qua 0 từ chuyển pha trong hình bên dưới.

Sơ đồ kết nối và tính năng sử dụng

Trên thực tế, sơ đồ kết nối của rơle trạng thái rắn hầu như không khác biệt so với thông thường. Làm thế nào để kết nối? Hãy làm cho nó đúng.

Nếu bạn cần thay thế rơle 220v thông thường bằng điều khiển AC 220 V, hãy sử dụng sơ đồ sau, ví dụ LDG LDSSR-10AA-H. Ví dụ, sơ đồ hiển thị kết nối thông qua một công tắc thông thường hoặc công tắc bật tắt. Thay vào đó, tín hiệu cho phép có thể được cung cấp từ bộ điều chỉnh nhiệt, bộ điều khiển và các thiết bị khác.

Nếu bạn cần điều khiển mạch điện 220v bằng tín hiệu điện áp thấp, bạn có thể sử dụng FOTEK HPR-80AA.

Trong mạch này, nguồn điện 12 VDC được sử dụng làm nguồn điện áp trực tiếp điện áp thấp, được sử dụng rộng rãi làm nguồn cung cấp cho dải đèn LED. Nhân tiện, bạn thậm chí có thể điều khiển rơle trạng thái rắn như vậy bằng cách đặt điện áp từ bộ sạc của điện thoại di động vào đầu vào, bởi vì đầu ra của nó là 5V, nhiều hơn tín hiệu tối thiểu 3V.

Cũng lưu ý rằng điện áp điều khiển phải được ngắt hoàn toàn, vì mỗi rơle có một số tham số nhất định mà nó hoạt động, ví dụ, điện áp trên khoảng 1 volt và nó có thể ngắt không ở 3 volt, nhưng đã ở mức 2,5 (Ví dụ, dữ liệu được tính trung bình và có thể thay đổi không chỉ phụ thuộc vào một sản phẩm cụ thể mà còn tùy thuộc vào điều kiện môi trường và cài đặt.)

Nhưng nhớ lại rằng cũng có một rơle với phương pháp điều khiển pha. Các sơ đồ kết nối của các rơle như vậy được minh họa dưới đây (minh họa từ các hướng dẫn cho chúng).

Câu hỏi là tại sao rơle như vậy là cần thiết và chúng được sử dụng ở đâu? Việc tìm kiếm câu trả lời cho câu hỏi này chỉ diễn ra trong một thời gian ngắn, ngay khi tôi bắt đầu truy vấn và đưa ra các tùy chọn ngay lập tức để sử dụng làm phím nguồn để điều khiển các bộ phận làm nóng từ bộ điều nhiệt có đầu ra 4-20 mA hoặc 0-10V.

Nhân tiện, đối với các ứng dụng công nghiệp cũng có những phát triển trong nước, ví dụ, ARIES TPM132 và các mô hình khác có thể hoạt động với tín hiệu đầu ra 4-20mA và 0-10V.

Tuy nhiên, sử dụng rơle trạng thái rắn để điều khiển tải nặng là không thể nếu không làm mát. Đối với điều này, thụ động (tản nhiệt đơn giản) hoặc làm mát chủ động (tản nhiệt + làm mát) được sử dụng.

Các khuyến nghị cho việc lựa chọn máy làm mát được đưa ra trong tài liệu kỹ thuật cho rơle trạng thái rắn cụ thể, vì vậy bạn không thể đưa ra lời khuyên chung.

Kết luận

Rơle trạng thái rắn có thể được sử dụng làm rơle điện cơ trong một số trường hợp. Các tùy chọn phổ biến nhất trong cuộc sống hàng ngày là thay thế công tắc tơ trong nồi hơi điện, do tiếng bật lớn khi bật, và bao gồm TENOV sẽ trở nên im lặng.

Cũng như việc thực hiện các bộ điều khiển công suất mạnh khác nhau cho cùng các bộ phận làm nóng và các thứ khác, trong đó sử dụng rơle trạng thái rắn với đầu vào tín hiệu tương tự từ điện trở thay đổi (loại VA).

Những người nghiệp dư vô tuyến có thể lắp ráp rơle trạng thái rắn đơn giản nhất, dựa trên trình điều khiển quang cho triacs với loại MOC3041 của ZCC và tương tự.

Tôi tin rằng đây là những sản phẩm đáng để sử dụng trong các công cụ tự động hóa khác nhau, ngoài ra, chúng không cần bảo trì (ngoại trừ việc làm sạch bộ tản nhiệt khỏi bụi) và tuổi thọ có thể nói là không giới hạn. Chúng sẽ tồn tại lâu hơn nhiều lần so với công tắc tơ, với điều kiện không có tình trạng quá tải, quá nóng, ngắn mạch và tăng đột biến!