Spis treści:
SSR (Solid State Relay) je elektronické spínací zařízení, které plní funkce tradičního elektromagnetického relé, ale místo mechanického kontaktního systému používá polovodičové součástky, jako jsou tranzistory nebo triaky.
Relé SSR - podstata činnosti
SSR jsou relé, která používají polovodičové spínací prvky. Optické vodiče, které používají, se někdy nazývají fotočlánky a slouží k oddělení vstupního a výstupního signálu. Fotočlánky převádějí elektrické signály na optické a přenášejí je v prostoru. Plně izolují vstupní a výstupní část a zároveň přenášejí signály vysokou rychlostí. Kromě toho se relé SSR skládají z elektronických součástek bez mechanických kontaktů, a proto se SSR podobají mechanickým relé. Nejdůležitější vlastností relé SSR je však to, že nepoužívají spínací kontakty, které podléhají fyzickému opotřebení.
Relé SSR a jejich výhody oproti běžným relé
Podívejme se na toto téma na příkladu opozice. Na rozdíl od elektromechanických relé (EMR) která k ovládání a spínání napájení používají cívky, magnetická pole, pružiny a mechanické kontakty, polovodičové relé (SSR) nemá žádné pohyblivé části, ale místo toho využívá elektrických a optických vlastností polovodičů k provádění izolačních a spínacích funkcí mezi vstupem a výstupem. Stejně jako běžná elektromechanická relé i SSR zajišťují úplnou elektrickou izolaci mezi vstupními a výstupními kontakty a jejich výstup se chová jako běžný elektrický spínač. Je to proto, že má velmi vysoký, téměř nekonečný odpor, když nevede (otevřený), a velmi nízký odpor, když vede (zavřený). Polovodičové relé může být navrženo tak, aby spínalo střídavý i stejnosměrný proud pomocí výstupu SCR, TRIAC nebo spínacího tranzistoru namísto obvyklých mechanických normálně otevřených kontaktů (NO).
I když jsou si polovodičová relé a elektromechanická relé v podstatě podobné v tom, že jejich nízkonapěťový vstup je elektricky oddělen od výstupu, který spíná a ovládá zátěž, elektromechanická relé mají některá důležitá omezení. Důvodem bývá zkrácená životnost kontaktů, skutečnost, že mohou zabírat hodně místa a mají nižší spínací rychlost (zejména velká výkonová relé) a stykače. Polovodičová relé SSR taková omezení nemají.
Polovodičová relé vítězí v náběhu na konvenční elektromechanická relé, protože nemají žádné pohyblivé části, které by se mohly jednoduše opotřebovat, a tudíž nemají problémy s odskakováním kontaktů. Jsou schopny zapínat i vypínat mnohem rychleji, než se může pohybovat mechanický reléový můstek, a nulové zapínací napětí a nulový vypínací proud eliminují elektrický šum a přechodové jevy.
Typy relé SSR
Přední japonský gigant na trhu s elektronikou OMRON navrhuje následující rozdělení SSR relé:
- Relé SSR integrovaná s radiátory. Integrovaný chladič zajišťuje kompaktní design. Tato relé se instalují hlavně do ovládacích panelů.
- Relé SSR integrovaná s radiátory. Oddělená instalace radiátorů umožňuje uživatelům vybrat si radiátory, které odpovídají tělesům používaných zařízení.
- SSR relé ve tvaru zásuvného konektoru. Tato relé mají stejný tvar jako konektorová relé a lze s nimi použít stejné patice.. Nejčastěji se nacházejí v ovládacích panelech, programovatelných regulátorech a podobných zařízeních.
- Relé SSR na PCB (deska s plošnými spoji). Jedná se o SSR se strukturou svorek pro montáž na desku plošných spojů. Produktová řada zahrnuje také relé MOSFET, která se používají především pro spínání signálů a připojení.
Provozní typy relé SSR
- Regulace ON/OFF je forma regulace, při které se topné těleso zapíná a vypíná v reakci na výstupní napěťové signály z regulátoru teploty. Stejný typ ovládání je možný také pomocí elektromagnetického relé, ale pokud se ohřívač zapíná a vypíná v intervalech několika sekund po dobu několika let, mělo by se k ovládání použít relé SSR.
- Fázové řízení (jednofázové). V případě fázové regulace se výstup mění každý půlcyklus v závislosti na aktuálních výstupních signálech z regulátoru teploty. Použití této formy regulace umožňuje velmi přesné řízení teploty, a proto se stále široce používá v polovodičových zařízeních.
- Řízení cyklu – v případě cyklického řízení se výstupní napětí zapíná/vypíná s konstantní frekvencí. Řízení probíhá v závislosti na výstupním proudu z regulátoru teploty.
- Optimální řízení cyklu se používá pro optimální řízení cyklu je křížová regulace nuly (zero cross), která určuje stav zapnutí/vypnutí v každém půlcyklu. Při konvenčním řízení zůstává výstup zapnutý nepřetržitě po určitou dobu, zatímco při optimálním cyklickém řízení se stav zapnutí/vypnutí určuje v každém cyklu, aby se zlepšila přesnost výstupu.
Příklady použití relé SSR
Není překvapivé, že se relé SSR používají v mnoha elektrických a elektronických obvodech, když už známe důvody, proč se v různých situacích osvědčují. Polovodičové relé se používá k ovládání obvodů se střídavými nebo stejnosměrnými signály zapínáním nebo vypínáním proudu zátěže. Zátěž může být téměř jakákoli, od žárovky s malým příkonem až po elektrické topení s mnohem vyšším příkonem, protože použití polovodičových reléových modulů SSR umožňuje malým vstupům ovládat mnohem větší výstupní signály.
Jednou z nejběžnějších aplikací polovodičových relé je řízení motorů, protože polovodičová relé lze použít k řízení střídavých i stejnosměrných motorů, od malých motorů v domácích spotřebičích až po velké průmyslové motory. Mezi aplikace polovodičových relé patří také spínání zátěží, jako jsou žárovky a pole LED. V těchto aplikacích mají tato relé výhodu rychlosti spínání, která je někdy důležitá zejména pro dosažení světelných efektů. Využívají je také systémy vytápění a chlazení, jako jsou klimatizace, elektrické pece a průmyslová topidla – opět jsou schopny zvládnout vysoké napětí a zároveň jsou kompaktní. Lze je najít v automobilovém průmyslu, kde nahrazují starší mechanická relé v systémech řízení motoru, v obvodech stmívání světlometů nebo ovládání mlhových světel. Ve spojení s CNC technologií se používají v různých průmyslových odvětvích a u hobby výrobců – včetně zpracování dřeva, kovů a plastů. Ještě specializovanější aplikace pro SSR jsou lékařské přístroje, které ze své podstaty vyžadují specializované řídicí systémy pro zapínání a vypínání napájení.
Výběr relé SSR
Existuje několik obecných zásad, které je třeba mít na paměti. Identifikujte požadavky proudové a napěťové zátěže. Zkontrolujte, jaké maximální hodnoty se v obvodu vyskytují, a poté vyberte relé SSR s odpovídajícími proudovými a napěťovými parametry. Ujistěte se, že relé SSR je schopno zpracovat maximální hodnoty, které se vyskytují ve vaší aplikaci. Určete, který typ ovládání je preferován nebo vyžadován vaším uspořádáním. Běžnější jsou napěťově řízená relé SSR, ale v některých případech může být vhodnější proudové řízení.
Relé SSR také nabízejí galvanickou izolaci mezi řídicím vstupem a výstupem zátěže. Tato izolace je důležitá v mnoha aplikacích, zejména tam, kde existují rozdíly potenciálů nebo je nutné izolovat obvody s různým napětím.
Relé SSR mají stanovenou dobu reakce, což je doba, za kterou relé přejde ze stavu zapnuto do stavu vypnuto nebo naopak – pokud ve své aplikaci vyžadujete rychlou reakci, ujistěte se, že vámi vybrané relé SSR má dostatečně rychlou dobu reakce. Kromě doporučení výrobce pro instalaci vezměte v úvahu i faktory prostředí, které specifikace nemusí předpokládat – pokud má zařízení pracovat v náročných podmínkách, jako je vysoká teplota, vlhkost, vibrace nebo agresivní chemikálie, ujistěte se, že vybrané relé SSR je vůči těmto faktorům odolné.
