رله چیست؟ چگونه کار میکند؟

اس اس آر ( SSR ) یا رله الکترونیکی چیست؟ کاربرد اس اس آر SSR در کجاست؟

اس اس ار SSR مخفف عبارت Solid State Relay است و به معنای نوعی کلید الکترونیکی می‌باشد. در داخل SSR روی هر تریستور ولتاژ کوچکی افت می‌کند. مجموع این ولتاژ ها جریانی را که یک رله الکترونیکی می‌دهد را محدود می‌کند. با تریستور های پیشرفته تر، می‌توان به اس اس ار جریان بالا دست یافت که جریان های 100 تا 1200 آمپر را تامین کند، که هم اکنون به صورت تجاری قابل دسترس هستند.
رله حالت جامد ( SSR ) یک المان سوئیچینگ الکترونیکی است که کاری شبیه رله الکترومکانیکی را انجام می‌دهد ولی هیچ عضو متحرکی ندارد و دارای طول عمر طولانی تری است.

رنج جریان اس اس ار SSR ها

رله الکترونیکی اس اس ار SSR دارای رنجی از 2 تا 150 آمپر در مدل های تک فاز، دو فاز و سه فاز می‌باشد.

انواع SSR رله الکترونیکی اس اس ار

• Photo-Coupled SSR
• Transformer-Counpled SSR
• Hybrid SSR

مشخصه های مهم SSR اس اس ار

• جریان قابل تحمل خروجی
• میزان ولتاژ قابل تحمل و سه فاز یا تک فاز

کاربرد اس اس آر SSR 

• برای هیترها، در جایی که سوئیچینگ با تعداد بالا مورد نیاز باشد
• کنترل جهت حرکت یک موتور DC به کمک چهار اس اس ار SSR بسته شده به صورت پل ( H-Bridge )
• کنترل حرارت با خروجی پالس کنترل PID
• استفاده از SSR به عنوان کنتاکت های یک کنتاکتور الکترونیکی نوع سیگنال کنترل

ورودی و خروجی اس اس ار SSR 

به طور کلی اس اس ار SSR ها دارای یک ترمینال ورودی به عنوان فرمان و یک خروجی به عنوان کلید هستند و معمولا به صورت کوپل نوری ساخته می‌شوند. عنصر فرستنده سیگنال کنترلی به صورت نوریک دیود نوری و عنصر گیرنده که خروجی اس اس ار SSR است و به عنوان کلید عمل می‌کند می‌تواند بر حسب جریان و سرعت کلید زنی، تریستور با ماسفت باشد.

چنانچه بخواهیم در بارهای DC از رله SSR استفاده کنیم در ساختمان داخلی از ماسفت های به صورت موازی با یکدیگر استفاده می‌شود تا میزان جریان قابل تحمل اس اس ار SSR نیز افزایش یابد.

رله الکترونیکی ( اس اس آر SSR ) که به صورت بلوک الکترونیکی ساخته شده‌اند، همان موارد مصرف رله های الکترومکانیکی را داشته و نمونه مدرن کنتاکتورها می‌باشند.

رله الکترونیکی ( SSR ) در انواع تک فاز و سه فاز، با جریان های مختلف ( 1 آمپر الی 150 آمپر )، جهت کاربرد در سیستم های اتوماسیون صنعتی، PLC، بارهای مقاومتی ( المنت ) و بارهای سلفی ( موتور ) عرضه می‌شوند.

شرکت CELDUC فرانسه از معتبرترین و پیشروترین سازندگان رله الکترونیکی در سطح جهان می‌باشد و در تولید محصولات خود دارای استانداردهای UR ( آمریکا )، CE ( اروپا ) و VDE ( فرانسه ) می‌باشد.

معرفی شرکت سلدوک Celduc

شرکت Celduc سلدوک یک شرکت فرانسوی تولید کننده انواع رله الکترونیکی و رله حالت جامد SSR اس اس ار است. شرکت Celduc در سال 1964 توسط میشل گیچارد تاسیس شده است و شرکت سلدوک بیش از 60 سال سابقه در زمینه تولید تجهیزات الکترونیکی Electronic Equipment دارد. امروزه شرکت سلدوک به دو شرکت مجزا، Celduc® transfo & Celduc® relais تقسیم شده است تا تخصص خود را در دو بخش مجزا از بازار متمرکز کند.

گروه Celduc سلدوک که در نزدیکی Saint-Etienne مستقر شده است، نقش مهمی در افزایش رونق منطقه Rhône-Alpes دارد. شرکت Celduc سلدوک تنها شرکت فرانسوی است که رله های حالت جامد SSR را تولید و نمایندگی فروش سلداک عرضه می کند. مجموعه راد الکتریک نماینده انحصاری شرکت سلدوک فرانسه در ایران می‌باشد که تمامی محصولات سلدوک Celduc فرانسه را در اختیار مشتریان گرامی قرار می‌دهد.

شرکت سلدوک در مساحتی بیش از 10 هزار متر مربع و بیش از 200 کارمند دارد. تیم و متخصصان شرکت سلدوک، متخصص شناخته شده در رله های حالت جامد، سنسور مجاورت مغناطیسی و رید رله هستند. شرکت Celduc سلدوک هر ساله 10 الی 15 درصد گسترش می یابد. قیمت رله های اس اس ار SSR حالت جامد و رله الکترونیکی عرضه شده در نمایندگی فروش سلدوک مناسب است. محصولات عرضه شده در نمایندگی فروش Celduc بسیار متنوع هستند و شامل رنج گسترده ای از رله ها Relays می‌شوند.

رله های اس اس ار SSR و حالت جامد Solid State Relays توسط نیمه هادی ها و ادوات الکترونیکی عمل می‌کنند. سرعت عملکرد در این رله ها نسبت به رله عادی مکانیکی بیشتر است.

نمایندگی Celduc سلدوک

شرکت سلدوک از تولید کنندگان قدیمی و مشهور انواع رله اس اس ار SSR ، رله حالت جامد Solid State Relays و رله الکترونیکی است.

محصولات شرکت سلدوک در نمایندگی فروش Celduc در سراسر دنیا عرضه می شود. دفتر اصلی Head Office شرکت سلدوک و نمایندگی فروش اصلی شرکت سلدوک در فرانسه قرار دارد.

کاتالوگ مشخصات، قیمت خرید و نمایندگی فروش رله اس اس ار SSR حالت جامد سلدوک Celduc فرانسه

رله اس اس ار SSR و حالت جامد Solid State Relays عرضه شده در نمایندگی سلداک در انواع مختلف و مدل های AC و DC هستند.

محصولات شرکت سلدوک فرانسه

شرکت Celduc سلدوک فرانسه تولید کننده انواع رله حالت جامد Solid State Relays و رله الکترونیکی است. شرکت سلدوک فرانسه محصولات دیگری نیز دارد که در ادامه به معرفی آن‌ها می‌پردازیم.

انواع محصولات نمایندگی شرکت Celduc سلدوک

1. رله حالت جامد و رله SSR شرکت Celduc
2. لول سوییچ و فلوتر مکانیکی پلاستیکی و استیل شرکت Celduc
3. سوییچ، کلید و رید رله های مغناطیسی شرکت Celduc

کلیه محصولات فوق در راد الکتریک نمایندگی انحصاری شرکت سلدوک فرانسه در ایران با قیمت مناسب عرضه می‌شوند.

ویژگی‎ رله‎ الکترونیکی شرکت Celduc فرانسه

• مقاوم در مقابل ضربات و ارتعاشات مکانیکی.
• عایق اپتیکال بین مدار کنترل و مدار مصرف.
• طول عمر بسیار بالا ( حدود یک میلیارد بار عملکرد ).
• سرعت عمل بسیار بالا، در زمان قطع و وصل خروجی ( 80 بار در ثانیه ).
• عایق بندی مناسب جهت استفاده در مکان‎های مرطوب و پر گرد و غبار.
• دارای قطعات متحرک نبوده، بنابراین جرقه نمی‎زند، ایجاد نویز نمی ‎کند و سر و صدای مکانیکی ندارد.
• قطع و وصل ‎های غیر مکانیکی احتمال جرقه زدن را از بین برده و مناسب محیط‎ های قابل احتراق می‎ باشد.
• حداقل توان لازم جهت قطع و وصل خروجی ( 32 – 3 ولت DC ) یا ( 265 – 20 ولت AC/DC ) با جریان کمتر از 13 میلی آمپر.

رله حالت جامد (SSR- Solid State Relay)، کلیدی الکترونیکی است که متشکل از عناصر نیمه‌ هادی قدرت مانند ترانزیستور، تریستور یا ترایاک می‌باشد. ورودی رله‌های حالت جامد اغلب DC می‌باشد ولی خروجی آن‌ها مانند رله‌های الکترومکانیکی می‌تواند  AC یا DC باشد. ( برخلاف رله‌های الکترومکانیکی، در زمان خرید SSR ها، باید نوع خروجی مشخص باشد.

بر خلاف رله الکترومکانیکی EMR که از کویل ها، میدان های مغناطیسی، چشمه ها و تماس مکانیکی برای کارکردن و تغییر دادن یک منبع استفاده می کند، رله حالت جامد یا SSR دارای قطعات متحرک نیست، بلکه از خواص الکتریکی و نوری نیمه هادی های حالت جامد برای انجام ورودی خود به خروجی جداسازی و توابع سوئیچینگ استفاده میکند.

درست مانند یک رله الکترومکانیکی معمولی، SSR به طور کامل الکتریکی را بین ورودی و خروجی تماس خود با خروجی آن مانند یک سوئیچ الکتریکی معمولی ارائه می دهد که در آن مقاومت بسیار کم و بی نهایت در هنگام عدم کنترل (باز) و مقاومت بسیار کم هنگام انجام (بسته). رله های حالت جامد می توانند برای جابجایی هر دو جریان AC یا DC با استفاده از خروجی ترانزیستور SCR، TRIAC یا سوئیچینگ به جای مکانیسم معمول مکانی معمولی NO

در حالی که رله حالت جامد و رله الکترومکانیکی اساسا مشابه هستند در این که ورودی های ولتاژ پایین خود را از خروجی که سوئیچ و کنترل یک بار جدا شده است، رله الکترومکانیک چرخه عمر تماس محدود است، می تواند اتاق زیادی بگیرد و سرعت سوئیچ کمتری دارند، به خصوص رله های قدرت بزرگ و کنتاکتور. رله حالت جامد چنین محدودیتی ندارد.

بدین ترتیب، رله های حالت جامد رله بیش از رله های الکترومکانیکی معمولی این است که آنها قطعات متحرک ندارند تا از بین بروند و بنابراین هیچ گونه مسدودی تماس نمی توانند هر دو “ON” و “OFF” را سریعتر از یک رله مکانیکی آرماتور می تواند حرکت کند، و همچنین به نوبه خود خاموش کردن ولتاژ و خاموش شدن جریان صفر، از بین بردن نویز الکتریکی و گذرگاه ها.

رله های حالت جامد را می توان در بسته های بسته بندی استاندارد که از چند ولت یا آمپر به صدها ولت و آمپر توانایی سوئیچینگ خروجی استفاده می شود خریداری کرد. با این حال، رله های حالت جامد با امتیاز های فعلی بسیار بالا (150A به اضافه) هنوز هم به دلیل نیمه هادی قدرت و گرمازدگی مورد نیاز برای خرید بسیار گران هستند، و به همین ترتیب، کمترین گیرنده های الکترومکانیکی هنوز استفاده می شوند.

همانند یک رله الکترومکانیکی، یک ولتاژ ورودی کوچک، معمولا 3 تا 32 ولت DC، می تواند برای کنترل یک ولتاژ خروجی بسیار زیاد یا جریان استفاده شود. به عنوان مثال 240V، 10Amps. این باعث می شود که آنها برای کنترل میکروکنترلر، PIC و آردوینو ایده آل باشند به عنوان یک سیگنال کم ولتاژ 5 ولت از یک میکروکنترلر یا دروازه منطقی برای کنترل یک بار مدار خاص استفاده می شود و این کار با استفاده از opto- جدا کننده ها

کاربرد رله SSR (اس اس ار)

حفاظت تجهیزات و دستگاه های سیستم قدرت در مقابل عیوب و اتصالی ها ، به وسیله کلید قدرت انجام می گیرد قبل از اینكه کلید قدرت بتواند باز شود، سیم پیچی عمل کننده آن باید تغذیه شود این تغذیه به وسیله رله های حفاظتی انجام می پذیرد .

بنابراین به وسیله رله : محل وقوع عیب از شبكه جدا سازی شده باعث می شود که سایر قسمتهای سالم شبكه همچنان به کار خود ادامه دهند و پایداری و ثبات شبكه به همان حالت قبلی محفوظ بماند .

تجهیزات و دستگاهها در مقابل عیوب و اتصالی ها محافظت شده و میزان خسارات وارده به آنها محدود گردد .

ورودی رله حالت جامد

یکی از اجزای اصلی یک رله حالت جامد (SSR) opto-isolator همچنین به نام optocoupler است که شامل یک (یا بیشتر) دیود نوری مادون قرمز یا منبع نور LED و یک دستگاه حساس به عکس در داخل یک مورد واحد. Opto-isolator ورودی را از خروجی جدا می کند.

منبع نور LED به بخش درایو ورودی SSR متصل شده و از طریق یک شکاف به یک ترانزیستور حساس عکس مجاور، جفت darlington یا ترایاک متصل می شود. هنگامی که یک جریان از طریق LED عبور می کند، روشن می شود و نور آن در طول فاصله به یک ترانزیستور عکس / عکس-ترایاک متمرکز می شود.

به این ترتیب خروجی یک SSR Opto coupled با روشن کردن این LED، معمولا با سیگنال کم ولتاژ، روشن می شود. به عنوان تنها اتصال بین ورودی و خروجی یک پرتو نور است، انزوا ولتاژ بالا (معمولا چند هزار ولت) با استفاده از این ایزوله داخلی به دست می آید.

Opto-isolator نه تنها مقادیر بالایی از انزوا ورودی / خروجی را ارائه می دهد بلکه می تواند سیگنال های dc و سیگنال فرکانس پایین را نیز انتقال دهد. همچنین، دستگاه LED و حساسیت عکس می تواند کاملا از یکدیگر جدا شده و با استفاده از فیبر نوری به صورت نوری متصل شود.

مدار ورودی یک SSR ممکن است فقط از یک مقاومت محدود کننده جریان تنها در سری با چراغ opto-isolator، یا یک مدار پیچیده تر با اصلاح، تنظیم جریان، حفاظت قطبی معکوس، فیلتر کردن، و غیره باشد.

برای فعال کردن یا روشن کردن “ON” یک رله دولتی فروخته شده به ولتاژ، ولتاژ بالاتر از مقدار حداقل (معمولا 3 ولت DC) باید به ترمینال ورودی آن اعمال شود (معادل رول کوئل الکترومکانیکی). این سیگنال DC ممکن است از یک سوئیچ مکانیکی، یک دروازه منطقی یا میکرو کنترلر گرفته شود، همانطور که نشان داده شده است.

مدار ورودی AC مدار رله حالت جامد

یکسو کننده های پل یک ولتاژ سینوسی را به پالس های اصلاح شده با امواج کامل تبدیل می کند که دوبار فرکانس ورودی است. مشکل اینجا این است که این پالس های ولتاژ از ولتاژ صفر آغاز می شوند و به پایان می رسند که بدین معنی است که آنها زیر الزامات حداقل ولتاژ ورودی از آستانه ورودی SSR پایین می آیند و باعث می شود که خروجی هر مرحله نیمه روشن و خاموش شود.

برای غلبه بر این شلیک ناپایدار خروجی، ما می توانیم با استفاده از یک خازن صاف، (C1) در خروجی یک یو پی اس پل، پمپ های اصلاح شده را صاف کنیم. اثر شارژ و تخلیه خازن، مولفه DC سیگنال تصحیح شده بالاتر از حداکثر مقدار ولتاژ ورودی ورودی رله حالت جامد را افزایش می دهد. سپس با استفاده از شکل موج ولتاژ سینوسی، به طور مداوم در حال تغییر است، ورودی SSR یک ولتاژ دائمی DC است.

مقادیر مقاومت خازن ولتاژ، R1 و خازن صاف C1، مطابق با ولتاژ منبع، 120 ولت AC یا 240 ولت AC و همچنین امپدانس ورودی رله حالت جامد انتخاب می شوند. اما چیزی حدود 40kΩ و 10uF انجام خواهد داد.

سپس با استفاده از این یکسوساز و یکپارچه سازی مدار خازنی اضافه شده، یک استاندارد DC حالت جامد حالت را می توان با استفاده از یک منبع DC یا غیر قطبی DC کنترل کرد. البته، تولید کنندگان و فروش رله حالت جامد ورودی AC (معمولا 90 تا 280 ولت AC) تولید می کنند.

مدار رله حالت جامد DC ورودی DC

هنگام استفاده از تماس مکانیکی، سوئیچ ها، دکمه های فشار، دیگر اتصالات رله و غیره به عنوان سیگنال فعال، ولتاژ منبع مصرف می تواند برابر با مقدار ولتاژ حداقل مقدار ورودی SSR باشد، در حالی که هنگام استفاده از دستگاه های حالت جامد مانند ترانزیستورها، دروازه ها و میکرو کنترل کننده ها، ولتاژ حداقل ولتاژ باید یک یا دو ولت بالاتر از ولتاژ خاموش شدن SSR باشد تا برای کاهش ولتاژ داخلی دستگاه های سوئیچینگ حساب شود.

اما همچنین با استفاده از یک ولتاژ دی سی ولتاژ یا دزدگیر یا منبع تغذیه، برای تغییر حالت رله حالت جامد به هدایت، ما همچنین می توانیم از شکل موج سینوسیتی نیز استفاده کنیم با افزودن یک رکتیفایر پل برای اصلاح موج کامل و یک مدار فیلتر به ورودی DC همانطور که نشان داده شده است.

رله‌ الکترومکانیکی

دو بخش بوبین (مدار فرمان) و کنتاکت (مدار قدرت) دارند، در رله‌های حالت جامد (SSR) نیز همین دو بخش وجود دارد که معمولاً توسط یک اپتوکوپلر (ایزوله نوری) از یکدیگر ایزوله شده‌اند. در رله‌های حالت جامد، به جای استفاده از نیروی الکترومکانیکی، از نیمه‌هادی‌ها برای سوئیچ بار استفاده می‌شود.

ورودی : سمت راست SSR ترمینال ورودی از نوع DC است، که همان‌طور که در عکس مشخص است ولتاژ تحریک ۴ الی ۳۲ ولت را می‌توان به ورودی اعمال نمود. همین‌طور باید توجه داشت که با توجه به علامت “+” در ورودی، یعنی قطبیت در این رله اهمیت دارد.

خروجی: از نوع سه فاز بوده که ترمینال‌های A1-A2 , B1-B2 , C1-C2 خروجی‌های این رله می‌باشند. همان‌طور که روی آن قید گردیده، این رله می‌تواند تا ۵۳۰ ولت و بار حداکثر ۲۵ آمپری را سویچ کند.

در تصویر زیر یک نمونه رله‌ حالت جامد قابل نصب روی ریل را مشاهده می‌کنید.  این رله برد تولید کوشا الکترونیک البرز بوده و گزینه مناسبی جهت کنترل شیرهای برقی می‌باشد. ورودی این رله SSR، ولتاژ DC از ۱۰ الی ۳۲ ولت می‌تواند باشد. قطبیت در این رله برد اهمیتی ندارد. خروجی می‌تواند ۲۵۰ ولت و بار حداکثر ۶ آمپری را قطع و وصل نماید. در خروجی فیلتر RC برای حذف اثرات جریان بازگشتی طراحی‌شده است. ایزوله مدار فرمان از قدرت، در این رله به‌ صورت نوری می‌باشد.

مزایای رله‌ حالت جامد

• طراحی متنوع جهت مدارهای AC و DC
• بدون قطعات مکانیکی و با طول عمر بالا
• تحمل جریان‌های هجومی بالا در لحظه استارت
• عملکرد بدون صدا
• امکان اتصال مستقیم به خروجی PLC
• مناسب جهت مدارهایی با سرعت سویچ بالا
• عدم وجود جرقه در خروجی در فرمان قطع و وصل
• قطع و وصل در لحظه صفر (در مدل‌های AC)

معایب رله‌ حالت جامد

• ایجاد حرارت حین کار و نیاز به هیت سینک یا فن (یا هر دو) جهت تهویه
• وجود جریان نشستی هنگام خاموش بودن (این جریان در رنج میکرو آمپر بوده و می‌تواند باعث عملکرد لحظه‌ای تجهیزات شود)
• ساخت در مدل‌های AC و DC به‌صورت جداگانه و عدم امکان استفاده در هر دو نوع مدار
• عدم توانایی سوییچ تجهیزات با جریان راه‌اندازی پایین
• ایجاد نویز و هارمونیک
• احتمال روشن شدن اتفاقی در تغییرات شدید ولتاژ و وجود نویز
• قیمت بالاتر نسبت به رله‌های الکترومکانیکی
• نسبت به اتصال کوتاه در خروجی بسیار حساس بوده و به‌سرعت می‌سوزند.

نکات مهم در سیم بندی SSR

برای سیم بندی رله‌های حالت جامد این نکات را در نظر داشته باشید:

• در هنگم سیم بندی دقت نمایید که حداکثر از ۵۰% توان نامی SSR برای راه‌اندازی بارهای سلفی و ۷۰% توان نامی برای راه‌اندازی بارهای غیر سلفی استفاده نمایید.
• به خاطر داشته باشید که رله‌های SSR در لحظه خاموش بودن نیز مقداری جریان از خود عبور می‌دهند،مطمئن شوید که این جریان نشتی باعث عملکرد لحظه‌ای دیگر تجهیزات نشود.
• در صورت DC بودن مدار فرمان یا قدرت ممکن است قطب‌بندی مهم باشد. قطب‌بندی اشتباه می‌تواند باعث عدم عملکرد صحیح و یا آسیب به SSR شود.
• برای تعمیرات و یا تعویض تجهیزات باید مدار قدرت رله‌ها کاملاً بی‌برق شود. هرگز به قطع مدار فرمان بسنده نکنید و از بریکر یا کلید با تعداد پل‌های کافی و قبل از SSR استفاده نمایید.
• رله‌های SSR با خروجی ۵ آمپر به بالا، نیاز به هیت سینک دارند. رله را بدون هیت سینک با سایز مناسب، روی سطوح پلاستیکی، چوبی و … نصب نکنید.
• از تجهیزات مناسب مانند سر سیم، سیم قلع اندود، وایرشو و … در سیم بندی SSR استفاده کنید.
• از سیستم زمین مناسب و بدون نویز در تابلوهای برق استفاده کنید. این کار باعث افزایش ایمنی، کاهش عملکردهای اتفاقی، کاهش برق‌گرفتگی و … می‌شود.
• رله‌های حالت جامد باید با نصب سیستم‌های مناسب در برابر اضافه جریان و اتصال کوتاه محافظت شوند. حتماً از فیوز یا بریکر مناسب استفاده نمایید.
• بهتر است در بارهای سلفی، در خروجی مدار از یک وریستور به عنوان جرقه گیر استفاده شود.

خروجی رله حالت جامد

قابلیت سوئیچینگ خروجی یک رله حالت جامد می تواند همان AC یا DC شبیه به الزامات ولتاژ ورودی آن باشد. مدار خروجی بیشترین استاندارد رله حالت جامد پیکربندی شده است تا تنها یک نوع عمل سوئیچینگ را انجام دهد که معادل آن یک عمل رله الکترومکانیکی است که به طور معمول باز، تک قطب، تک پرتاب (SPST-NO) عمل می کند.

برای اکثر DC SSR، دستگاه سوئیچینگ حالت جامد معمولا استفاده می شود ترانزیستورهای قدرت، Darlington’s و MOSFET ها، در حالی که برای AC SSR، دستگاه سوئیچ یا یک تریستور ترایاک یا عقب به عقب است. تریستورها به دلیل ولتاژ بالا و قابلیت های فعلی ترجیح داده می شوند. یک تریستور تک نیز می تواند در یک مدار یکسو کننده پل مورد استفاده قرار گیرد.

شکل موج خروجی رله حالت جامد

بدون سیگنال ورودی اعمال می شود، هیچ بار بار جریان از طریق SSR به عنوان به طور موثر خاموش (باز کردن)، و پایانه های خروجی مشاهده ولتاژ منبع تغذیه کامل AC. با استفاده از یک سیگنال ورودی DC، صرف نظر از اینکه کدام بخش از شکل موج سینوسی، چرخه مثبت یا منفی چرخه، با توجه به ویژگی های سوئیچینگ صفر SSR، خروجی تنها زمانی روشن می شود که شکل موج عبور می کند نقطه صفر

همانطور که ولتاژ تغذیه در یک جهت مثبت یا منفی افزایش می یابد، مقدار حداقل لازم برای تبدیل تریستور خروجی یا ترانزیستور به طور کامل روشن (معمولا کمتر از حدود 15 ولت) می رسد. افت ولتاژ در پایانه های خروجی SSR این است که دستگاه های تعویض در حالت ولتاژ پایین، VT (معمولا کمتر از 2 ولت) است. به همين دليل هر جريان آسيب پذير بالايي که با بارهاي راکتيو يا لامپ ارتباط دارد، به شدت کاهش مي يابد.

هنگامی که سیگنال ولتاژ ورودی DC حذف می شود، خروجی به طور ناگهانی خاموش نمی شود به عنوان یک بار به هدایت وارد شده، تریستور یا ترایاک استفاده می شود به عنوان دستگاه سوئیچ ON برای باقی مانده از نیمه چرخه تا زمانی که جریان بار پایین زیر دستگاه نگه داشتن جریان، در آن نقطه آن را خاموش می کند. به این ترتیب، dp / dt بازگشت به بالا AMF با بارهای القایی سوئیچ در وسط یک موج سینوسی بسیار کاهش می یابد.

سپس مزایای اصلی رله حالت جامد AC بر روی رله الکترومکانیکی، تابع انتقال صفر آن است که هنگامی که ولتاژ بار AC به ولتاژ صفر نزدیک می شود، SSR را روشن می کند، به این ترتیب هر جریان جریان بالا با سرعتی روبرو می شود که جریان بار همیشه شروع می شود از یک نقطه نزدیک به 0V و ویژگی خاموش فعلی صفر خالص تریستور یا تریاک. بنابراین یک تاخیر خاموش شدن حداکثر (بین حذف سیگنال ورودی و حذف جریان بار) یک نیمه چرخه وجود دارد.

مدار خروجی رله حالت جامد

شایع ترین کاربرد رله های حالت جامد در تعویض یک بار AC است، یعنی این که برای کنترل برق AC برای روشن / خاموش کردن سوئیچینگ، نور کم، کنترل سرعت موتور یا سایر برنامه های کاربردی که در آن کنترل قدرت مورد نیاز است، این بار AC می تواند به راحتی با ولتاژ DC پایین جریان با استفاده از یک رله حالت جامد کنترل عمر طولانی و سرعت سوئیچینگ بالا را کنترل می کند.

یکی از بزرگترین مزایای رله حالت جامد در یک رله الکترومکانیکی، توانایی آن برای جابجایی بارهای AC در نقطه جرقه بار صفر است، بنابراین به طور کامل از بین رفتن شعاع، نویز الکتریکی و گشتاور تماس با رله های مکانیکی معمولی و بارهای القایی

این به این دلیل است که رله های حالت جامد سوئیچینگ AC از SCR و TRIAC به عنوان دستگاه تعویض خروجی خود استفاده می کنند که وقتی سیگنال ورودی برداشته می شود، جریان AC جریان از طریق دستگاه پایین تر از آستانه آن یا نگه داشتن مقدار فعلی قرار می گیرد. سپس خروجی SSR هرگز نمی تواند در وسط یک موج سینوسی خاموش شود.

خاموش شدن جریان صفر یک مزیت عمده برای استفاده از یک رله حالت جامد است؛ زیرا نویز الکتریکی و پشتی که با تغییر ولتاژ های القایی همراه است، توسط تماس های یک رله الکترومکانیکی دیده می شود. نمودار شکل موج خروجی زیر یک حالت جامد حالت جامد AC را در نظر بگیرید.

ردیف حالت جامد فاز

در حالی که رله های حالت جامد می توانند سوئیچینگ یک بار از صفر عبور را انجام دهند، می توانند از طریق مدارهای منطق دیجیتالی، ریزپردازنده ها و حافظه ها نیز عملکرد بسیار پیچیده ای را انجام دهند. یکی دیگر از کاربردهای عالی یک رله حالت جامد در برنامه های کم نور کننده لامپ است، چه در خانه و چه در نمایش یا کنسرت.

تغییر غیر صفر (فوری) رله حالت جامد بلافاصله پس از استفاده از سیگنال کنترل ورودی به عنوان مخالف صفر عبور SSR بالا که منتظر تا نقطه صفر عبور از موج سینوسی AC است. این سوئیچینگ تصادفی، در کاربردهای مقاومتی مانند لامپ کم نور و برنامه های کاربردی که نیاز به بار دارند فقط برای بخش کوچکی از چرخه AC استفاده می شود.

شکل موج فرکانس ssr

در حالی که این اجازه می دهد تا برای کنترل فاز موج بار، مشکل اصلی به طور تصادفی بر روی SSR است که جریان جریان اولیه افزایش در لحظه رله روشن، ممکن است بالا به علت قدرت سوئیچ SSR زمانی که ولتاژ منبع نزدیک به حداکثر مقدار آن (90o). هنگامی که سیگنال ورودی برداشته می شود، هنگامی که جریان بار در زیر تریستورها یا ترایاک نگهداشتن جریان، همانطور که نشان داده شد، جریان را متوقف می کند. برای DC SSR واضح است که عمل سوئیچینگ ON-OFF فوری است.

رله حالت جامد ایده آل برای طیف گسترده ای از برنامه های کاربردی روشن / خاموش سوئیچینگ است، زیرا آنها هیچ قطعات یا تماس های در حال حرکت بر خلاف رله الکترومکانیکی (EMR) ندارند. انواع مختلف تجاری برای انتخاب سیگنال های کنترل ورودی AC و DC و نیز سوئیچینگ خروجی AC و DC به عنوان آنها از عناصر سوئیچینگ نیمه هادی، مانند تریستورها، ترایسترها و ترانزیستورها استفاده می کنند.

اما با استفاده از ترکیبی از opto-isolator خوب و triac، ما می توانیم خود رله حالت جامد ارزان و ساده خود را برای کنترل یک بار AC مانند بخاری، لامپ و یا solenoid. به عنوان یک opto-isolator تنها نیاز به یک مقدار کمی از ورودی / کنترل قدرت برای کار، سیگنال کنترل می تواند از PIC، آردوینو، Raspberry PI، و یا هر گونه دیگر از میکرو کنترل کننده باشد.

مثال رله حالت جامد No1

فرض می کنیم یک کنترل کننده میکرو با یک سیگنال ورودی خروجی دیجیتال تنها 5 ولت برای کنترل عنصر گرمایی AC و 120 وات وجود دارد. برای این کار ما می توانیم از جداسازی Optical Triac MOC 3020 استفاده کنیم، اما Triac داخلی می تواند حداکثر جریان (ITSM) را از حداکثر 1 آمپر در حداکثر یک منبع تغذیه AC 120V عبور دهد بنابراین باید یک ترانسیون سوئیچ اضافی نیز استفاده شود.

اول اجازه می دهد ویژگی های ورودی opto-isolator MOC 3020 را در نظر بگیریم (دیگر opto-triacs در دسترس هستند). داده های opto-isolators به ما می گوید که ولتاژ رو به جلو (VF) قطره دیود ورودی ورودی 1.2 ولت است و حداکثر جریان رو به جلو (IF) 50mA است.

LED نیاز به حدود 10 میلی آمپر دارد تا به وضوح درخشان تا حداکثر مقدار 50 میلی آمپر باشد. با این حال پورت خروجی دیجیتال میکروکنترلر تنها می تواند حداکثر 30 میلی آمپر عرضه کند. سپس مقدار فعلی مورد نیاز جایی بین 10 و 30 میلی آمپر می باشد. از این رو:

مقاومت opto-isolator moc3020

بنابراین یک مقاومت محدود کننده جریان محدود با مقدار بین 126 و 380Ω می تواند مورد استفاده قرار گیرد. همانطور که پورت خروجی دیجیتال همیشه 5 ولت را خاموش می کند و باعث کاهش قدرت تخلیه از طریق چراغ های optocouplers می شود، مقدار مقاومت ترجیحی 240Ω را انتخاب می کنیم. این جریان رو به جلو را به کمتر از 16mA می دهد. در این مثال، هر مقاومت ترجیحی ترجیحی بین 150Ω و 330Ω را انجام می دهد.

بار الکتریکی گرمایی مقاومت 600 وات است. با استفاده از یک منبع تغذیه 120V، یک بار بار 5 آمپر (I = P / V) به ما می دهد. همانطور که ما می خواهیم این جریان بار را در هر دو دوره نیمه (همه 4 قطعه) شکل موج AC کنترل کنیم، ما نیاز به یک ترانسیون سوئیچینگ اصلی داریم.

BTA06 6 آمپر (IT) (RMS)) 600 ولت ترایاک مناسب برای کلی تعویض ON / OFF سوئیچینگ بارهای AC است، اما هر یک از ترایک های مشابه 6 تا 8 آمپر نیز انجام می شود. همچنین این ترانزیستور سوئیچ نیاز به تنها 50mA از دروازه برای شروع هدایت است که بسیار کمتر از 1 آمپر حداکثر امتیاز MOC 3020 opto-isolator.

در نظر بگیرید که ترانزیت خروجی opto-isolator در مقدار حداکثر (90 درجه) ولتاژ منبع تغذیه AC 120VRMS روشن است. این پیک ولتاژ دارای مقدار: 120 * 1.414 = 170Vpk است. اگر حداکثر جريان opto-triacs (ITSM) حداکثر 1 آمپر باشد، حداقل مقدار مقاومت سریي 170/1 = 170Ω است، و یا 180Ω به نزدیکترین مقدار پیش فرض. این مقدار از 180Ω خواهد از optic-coupler output triac، و همچنین دروازه BTA06 triac در عرضه 120VAC محافظت می کند.

اگر ترایاک opto-isolator ON را در صفر صفر (0o) ولتاژ منبع تغذیه 120VRMS سوئیچ کند، سپس حداقل ولتاژ مورد نیاز برای تامین جریان فعلی جریان ورودی 50mA مورد نیاز، باعث می شود که ترانسیون سوئیچینگ به هدایت می شود: 180Ω x 50mA = 9.0 ولت سپس ترایاک هنگامی که ولتاژ سینوسی دروازه به MT1 بیشتر از 9 ولت است، به ولتاژ وارد می شود.

بنابراین حداقل ولتاژ مورد نیاز پس از نقطه صفر متقاطع شکل موج AC 9 ولت پیک می باشد با انحلال قدرت در مقاومت این مقاومت سری که بسیار کوچک است بنابراین مقاومت 180 ولت 0.5 وات مقاوم می تواند با خیال راحت استفاده شود. مدار زیر را در نظر بگیرید.

سیگنال رله حالت جامد AC

این نوع پیکربندی optocoupler مبتنی بر یک برنامه رله حالت جامد بسیار ساده است که می تواند برای کنترل هر نوع ولتاژ AC از قبیل لامپ ها و موتورها استفاده شود. در اینجا ما از MOC 3020 استفاده می کنیم که یک جداساز سوئیچ تصادفی است. جداساز opto-triac MOC 3041 دارای ویژگی های مشابه است، اما با تشخیص عبور از صفر ساخته شده است و اجازه می دهد بار برای دریافت کامل قدرت بدون جریان های سنگین در هنگام تعویض بار های القایی.

دیود D1 از آسیب به دلیل اتصال معکوس ولتاژ ورودی جلوگیری می کند، در حالی که مقاومت 56 اونس (R3) هر جریان di / dt را خاموش می کند، هنگامی که TRIAC خاموش است و باعث غیر فعال شدن اشتباه می شود. این نیز به ترمینال دروازه به MT1 متصل می شود تا اطمینان حاصل شود که ترایاک به طور کامل خاموش می شود.

اگر با مدولاسیون پهنای مدولاسیون، سیگنال ورودی PWM استفاده شود، فرکانس سوئیچ ON / OFF باید حداکثر برای حداکثر ولتاژ AC تنظیم شود. در غیر اینصورت سوئیچ خروجی این مدار رله حالت جامد ممکن است قادر به حفظ آن نباشد.

سوال: رله SSR حالت جامد خاموش نمی شود. چه چیزی باعث این مشکل شده و چه کاری می توان در مورد آن انجام داد؟

ممکن است علل مختلفی برای سمت ورودی و سمت خروجی وجود داشته باشد.

ورودی :

1. جریان مدار سخت افزار در سمت ورودی ممکن است باعث خرابی مجدد شود. یک مقاومت ضد جریان را در ابتدای راه قرار دهید.

یک مقاومت جریان دهنده را همانطور که در شکل بالا آمده تنظیم کنید و مقدار مقاومت ولتاژ را تنظیم کنید تا ولتاژ ورودی حالت جامد حالت 0.5 وات حداکثر باشد. این کار را زمانی انجام دهید که رله SSR خاموش است.

2. نویز انتزاعی ممکن است باعث القاء ولتاژ در مدار ورودی شود. به عنوان یک اقدام مقابله، خطوط برق و خطوط سیگنال را جدا کنید. همچنین سیم پیچ خورده یا سیم محافظتی را برای کاهش ولتاژ القایی زیر ولتاژ رله حالت جامد حالت استفاده کنید.

خروجی :

1.شکست ناگهانی به علت جریان نشت رله SSR حالت جامد

عدم نمایش مجدد از طریق جریان نشت رله حالت جامد حتی وقتی که هیچ سیگنال ورودی به حالت جامد وجود ندارد، یک جریان نشت کوچک IL  از خروجی رله حالت جامد LOAD  وجود دارد. اگر این جریان نشت بزرگتر از جریان آزاد بار باشد، رله SSR حالت جامد ممکن است نتواند تنظیم مجدد شود.

به طور موازی برای افزایش مقاومت رکتیفایر R، جریان سوئیچینگ رله حالت جامد را افزایش دهید.

• بار (رله ها و غیره) ولتاژ را تنظیم مجدد کنید
• بار (رله ها و غیره) تنظیم مجدد جریان
• جریان نشت از رله حالت جامد

توجه داشته باشید: Microloads را می توان با استفاده از یک مقاومت فلدر کننده همانطور که در بالا توضیح داده شد استفاده کرد. FET های MOS، با این حال، می توانند مورد استفاده قرار گیرند تا به طور مستقیم می توان از microloads بدون مقاومت استفاده کرد.

2. شکست Reset با استفاده از بار کم قدرت

اگر ضریب قدرت بار کم باشد (دستورالعمل: cosφ = 0.4 حداکثر)، تاخیر در فاز جریان بار نسبت به فاز ولتاژ تغذیه بار افزایش می یابد و ولتاژ گذرا بزرگ dv / dt  اعمال خواهد شد به حالت رله SSR جامد هنگامی که خاموش است (یعنی جریان بار نزدیک به صفر است)، در نتیجه رله SSR حالت جامد قادر به خاموش کردن (شکست سوئیچینگ) نیست.

رله SSR حالت جامد دارای مدار ورودی CR ساخته شده است برای محدود کردن سرعت تغییر در ولتاژ گذرا، اما جریان نشت افزایش می یابد، اگر مقدار C افزایش یابد، و نقص تنظیم مجدد در مورد 1 بالا ممکن است رخ دهد، بنابراین مقدار C به بزرگترین عامل مشترک تعیین شده است.

بدین ترتیب اگر شکست بازنشانی رخ می دهد به دلیل اینکه عامل قدرت بار کم است، نرخ تغییر در ولتاژ گذرا می تواند برای جلوگیری از شکست بازنشانی با اتصال یک خازن و مقاومت به موازات با پایانه های بار رله حالت جامد محدود شود.

خازن و مقاومت باید برای مطابقت با بار بررسی شوند، اما تجربه قبلی نشان می دهد که یک مقاومت از 100Ω / 1 و یک خازن 0.1μF / 250 VAC از شکست بازنشانی جلوگیری می کند. همچنین، همانطور که در بالا ذکر شد، جریان نشت افزایش می یابد، بنابراین بررسی کنید که شکست بازنشانی رخ نمی دهد.