Rơ le trạng thái rắn (SSR) - Các loại rơ le SSR - Cấu tạo và vận hành

Rơ le trạng thái rắn (SSR) - Các loại rơ le SSR - Cấu tạo và vận hành

Rơ le trạng thái rắn là gì? Cấu tạo, Vận hành, Ứng dụng & Các loại Rơle SSR

SSR (Solid State Relay): cấu tạo, hoạt động, Sơ đồ và các loại rơ le SSR khác nhau dựa trên thuộc tính chuyển mạch và các dạng đầu vào / đầu r, những ưu điểm và nhược điểm của Rơle trạng thái rắn (SSR) so với rơle Rơle điện từ (EMR) .

Rơ le trạng thái rắn (SSR) là gì?

Rơ le trạng thái rắn ( SSR ) là một thiết bị chuyển mạch điện tử được làm bằng chất bán dẫn để chuyển đổi (Bật & Tắt) một mạch điện áp cao, sử dụng điện áp thấp tại các đầu nối điều khiển của nó.

Không giống như EMR (Rơ le điện từ) có cuộn dây & công tắc cơ học (tiếp điểm vật lý), rơ le SSR sử dụng Optocoupler để cách ly mạch điều khiển khỏi mạch điều khiển

Sự khác biệt giữa SSR và EMR

Hoạt động của SSR (Rơ le trạng thái rắn) và EMR (Rơ le điện từ) hoặc rơ le tiếp điểm là giống nhau trong khi điểm khác biệt chính giữa SSR và EMR là không có bộ phận cơ khí và tiếp điểm trong rơ le SSR. Thông thường, SSR có 1 liên hệ trong khi EMR có nhiều liên hệ.

Sự khác biệt khác giữa Rơle trạng thái rắn và Rơle điện từ là không có xung đột biến và tiếng ồn trong quá trình hoạt động của SSR. Có khả năng xuất hiện dòng rò khoảng vài μA đến mA trong rơle SSR trong khi giá trị của dòng rò là Zero (0) trong EMR. Mặt khác, SSR TẮT tải AC ở điểm dòng tải 0 dẫn đến loại bỏ tiếng ồn, độ nảy tiếp điểm và phóng điện hồ quang trong trường hợp tải cảm ứng so với rơle EMR.

Xây dựng SSR (Rơ le trạng thái rắn)

Thiết bị đầu cuối của SSR Relay

Rơ le SSR có hai bộ thiết bị đầu cuối tức là thiết bị đầu cuối đầu vào & thiết bị đầu cuối đầu ra. Các thiết bị đầu cuối này được đưa ra dưới đây:

Thiết bị đầu cuối đầu vào hoặc điều khiển

Hai thiết bị đầu cuối này là thiết bị đầu cuối điều khiển đầu vào. Nó được kết nối với một mạch công suất thấp để điều khiển việc chuyển mạch của nó.

Đầu vào điều khiển của rơ le SSR được thiết kế cho mạch DC hoặc AC riêng biệt

Đầu ra thường mở (NO)

Các cực đầu ra của rơ le SSR bật và tắt tùy thuộc vào đầu vào điều khiển.

Thông thường, kết nối điện giữa các thiết bị đầu cuối này vẫn mở. Khi rơle kích hoạt, các thiết bị đầu cuối này kết nối với nhau cung cấp một đường dẫn kín.

Các thiết bị đầu cuối đầu ra được thiết kế đặc biệt cho mạch AC hoặc DC . Không giống như rơle EMR, rơle SSR không thể chuyển đổi cả tín hiệu AC và DC bằng cách sử dụng cùng một đầu cuối.

Đầu ra thường đóng (NC)

Cực này của rơle vẫn đóng cho đến khi kích hoạt rơle. Không có dòng điện khi rơle kích hoạt. Nó sẽ mở khi kích hoạt rơle.

LƯU Ý: Rơle SSR thường được sử dụng không có đầu cuối NC (thường đóng). Nhưng Rơle SSR Mẫu B & Mẫu C (thảo luận bên dưới) sử dụng thiết bị đầu cuối NC.

Hoạt động và làm việc của SSR Relay

Khi một điện áp thấp được áp dụng cho các cực điều khiển đầu vào của rơle SSR , các đầu nối Tải đầu ra trở nên ngắn điện.

Đầu vào của rơ le SSR kích hoạt bộ ghép quang chuyển mạch Tải. Optocoupler không có kết nối vật lý và nó cách ly mạch điện áp thấp với mạch điện áp cao.

Optocoupler có đèn LED ở đầu vào phát ra ánh sáng hồng ngoại khi có điện áp đặt vào. Các sóng IR này được nhận bởi cảm biến quang (Bóng bán dẫn quang, diode quang, v.v.) ở đầu ra của nó. Cảm biến ảnh chuyển đổi tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện & chuyển mạch trên mạch.

Để kích hoạt optocoupler, điện áp đầu vào của nó phải lớn hơn điện áp chuyển tiếp của nó . Do lý do này, rơ le SSR không kích hoạt trên điện áp thấp hơn điện áp quy định của nó.

Mạch đầu ra của rơle SSR khác nhau đối với các mạch AC & DC. Nó thường được tạo thành từ TRIAC hoặc Thyristor cho mạch AC & MOSFET nguồn cho mạch DC.

Sơ đồ mô hình của SSR Relay

Dưới đây là một sơ đồ chung cho hoạt động của rơle DC sang AC SSR với sơ đồ mô hình:

Một đầu vào DC có đủ điện áp được áp dụng tại các đầu cuối đầu vào điều khiển. Có một diode để bảo vệ chống lại phân cực ngược của DC được áp dụng .

Khi điện áp được đặt vào đèn LED của optocoupler, nó sẽ phát ra ánh sáng hồng ngoại.

Ở đầu bên kia, Opto-TRIAC (bộ thu) nhận đèn và bật sáng. Ngay sau khi bộ ghép quang bật, dòng điện AC đầu ra bắt đầu chạy qua nó

Đổi lại, đầu ra của optocoupler này sẽ kích hoạt TRIAC. Do đó cho phép dòng điện của Mạch tải AC

Các loại chuyển tiếp SSR

Có nhiều loại rơ le SSR (Trạng thái rắn) khác nhau . Chúng được phân loại trên biểu mẫu Đầu vào / đầu ra hoặc thuộc tính chuyển mạch của chúng.

Phân loại dựa trên đầu vào / đầu ra

Sau đây là một số loại rơ le SSR phổ biến được phân loại dựa trên mạch đầu vào và đầu ra (AC / DC) của nó.

DC-To-AC SSR Relay

Rơ le này Hoạt động trên đầu vào DC để chuyển mạch Tải AC . Đầu vào điều khiển của rơle SSR này chỉ hoạt động trên đầu vào DC .

Thực tế là rơ le này không hoạt động trên đầu vào AC là do optocoupler hoạt động trên DC . Các thiết bị đầu cuối đầu vào của nó cũng có hướng. Đảo ngược cực của đầu vào sẽ không kích hoạt rơle. Có một diode được sử dụng để bảo vệ chống lại sự phân cực ngược của đầu vào.

Ngay cả sau khi áp dụng đầu vào được yêu cầu, công tắc đầu ra của SSR này không kích hoạt mà chỉ kích hoạt khi điện áp AC được áp dụng cho các đầu ra của nó.

Sau đây là sơ đồ của rơ le DC-TO-AC SSR.

AC-To-AC SSR Relay

Rơ le SSR chỉ hoạt động khi Đầu vào và đầu ra của cả hai mạch là AC .

Như chúng ta đã biết, optocoupler hoạt động trên điện áp DC . Vì vậy, một bộ chỉnh lưu được sử dụng trước optocoupler để chuyển đổi AC thành DC .

Khi đủ điện áp AC được đặt vào đầu cuối điều khiển đầu vào của nó, nó sẽ kích hoạt cung cấp dòng tải AC .

Sơ đồ của nó được đưa ra dưới đây.

DC-To-DC SSR Relay

Rơ le này có thể chuyển tải DC công suất cao bằng nguồn DC công suất thấp.

Đầu vào DC được áp dụng cho optocoupler như được mô tả trong ví dụ khác ở trên.

Tuy nhiên, để chuyển đổi tải một chiều, người ta sử dụng MOSFET hoặc IGBT công suất .

Mosfet chỉ dẫn dòng điện theo một hướng vì vậy cũng cần đảm bảo tải đầu ra được kết nối bằng cách sử dụng đúng cực. Một diode bảo vệ được sử dụng để tránh hư hỏng trong quá trình phân cực ngược.

Nếu có tải cảm ứng, nên sử dụng điốt quay tự do với tải.

DC-To-AC / DC SSR Relay

Loại rơ le SSR này có thể chuyển tải AC & DC bằng cách sử dụng các đầu cuối riêng biệt.

Loại rơ le SSR như vậy sử dụng MOSFET mắc nối tiếp với các đầu nối Nguồn chung để chuyển đổi cả mạch AC & DC .

Sơ đồ của nó được đưa ra dưới đây.

Sơ đồ này cho thấy một dãy tế bào photodiode như một cảm biến ánh sáng tạo ra điện áp khi đèn LED kích hoạt. Điện áp này được áp dụng cho các cổng & nguồn của N-MOSFET được kết nối nối tiếp.

Để sử dụng rơ le này cho mạch AC , các đầu cuối Xả của MOSFET được sử dụng và các đầu cuối nguồn không được sử dụng.

Trong khi sử dụng mạch DC , đầu cuối Xả & nguồn của MOSFET được sử dụng để chuyển mạch.

Phân loại dựa trên thuộc tính chuyển đổi

Các rơle SSR cũng được phân loại dựa trên các đặc tính chuyển mạch của chúng được đưa ra dưới đây.

Các rơ le này điều khiển các mạch AC và được sử dụng để điều khiển các đầu ra mong muốn trong một ứng dụng cụ thể

Chuyển tiếp SSR BẬT tức thì

Loại rơle như vậy sẽ chuyển mạch tải ngay lập tức bất cứ khi nào có đủ điện áp đầu vào được áp dụng. Nó sẽ tắt khi điện áp tải bằng không tiếp theo sau khi loại bỏ đầu vào điều khiển.

Zero Switching SSR Relay

Loại rơ le này bật khi điện áp đầu vào được áp dụng và điện áp xoay chiều của tải vượt qua điện áp 0 tiếp theo.

Nó tắt giống như rơ le SSR bình thường khi điện áp đầu vào bị loại bỏ và điện áp xoay chiều tải đạt đến 0 vôn.

Hoạt động của rơle chuyển mạch không được thực hiện bởi một mạch được gọi là mạch giao cắt không , mạch này phát hiện giao cắt 0 và kích hoạt TRIAC .

Chuyển tiếp SSR chuyển mạch đỉnh

Các loại rơ le SSR này sẽ bật khi điện áp xoay chiều đầu ra đạt đến đỉnh tiếp theo của nó sau khi áp dụng điện áp điều khiển đầu vào yêu cầu.

Nó cũng tắt sau khi loại bỏ điện áp đầu vào và không vượt qua dòng AC đầu ra.

Có một khối phát hiện đỉnh được sử dụng trong các rơ le này, khối này sẽ kích hoạt TRIAC khi chu kỳ AC đầu ra đạt đến đỉnh của nó.

Chuyển mạch tương tự SSR Relay

Trong khi các kiểu chuyển mạch khác của SSR này phụ thuộc vào chu kỳ AC đầu ra, thì việc chuyển mạch của rơle này phụ thuộc vào biên độ đầu vào của nó.

Điện áp đầu ra bắt đầu của rơ le SSR tương tự tỷ lệ với điện áp điều khiển đầu vào.

Giả sử 3-32v đầu vào DC của rơle 3v đại diện cho 0% & 32v đại diện cho 100% điện áp đỉnh AC của tải.

Khi đầu vào điều khiển được tháo ra, rơle sẽ tắt khi đầu ra tiếp theo cắt AC.

Phân loại dựa trên cực & tiếp điểm

Rơ le SSR được phân loại thành ba loại hoặc " Dạng " xét theo cực và cấu hình tiếp điểm của chúng.

Dạng A hoặc SPST KHÔNG Loại SSR

Dạng A của rơ le SSR là rơ le SPST (Single Pole Single Throw) với các cực thường mở ( NO ). Các đầu cuối tải đầu ra thường mở khi không có đầu vào điều khiển bên ngoài. Khi rơle kích hoạt, các cực đầu ra kết nối với nhau & cho phép dòng điện chạy qua.

Sơ đồ dưới đây cho thấy một rơle SSR có khả năng chuyển đổi AC & DC trên các thiết bị đầu cuối riêng biệt.

Một tế bào photodiode được sử dụng làm bộ thu ánh sáng & MOSFET nâng cao với các nguồn chung được sử dụng để chuyển mạch tải.

Dạng B hoặc SPST Loại NC SSR:

Dạng B của rơle SSR có các cực tải thường đóng. Các đầu cuối tải đầu ra thường được kết nối & cho phép dòng điện chạy khi không có đầu vào điều khiển. Cung cấp một đầu vào điều khiển sẽ mở các đầu cuối tải và dừng dòng hiện tại.

Loại rơ le này sử dụng các MOSFET cạn kiệt sẽ BẬT ở đầu vào bằng không và tắt khi Vgs của nó là âm.

Sơ đồ dưới đây cho thấy rơle NC SPST dạng B sử dụng MOSFETs cạn kiệt.

Mẫu C hoặc SPDT Loại SSR:

Dạng C của rơ le SSR có hai thiết bị đầu cuối ném công tắc.

Có ba thiết bị đầu cuối tải tức là Common, NC & NO .

Khi rơle không hoạt động , đầu cuối chung vẫn được kết nối với đầu cuối NC .

Khi rơle kích hoạt , đầu cuối chung kết nối với đầu cuối NO .

Sơ đồ của rơ le SPDT SSR được đưa ra dưới đây.

Ngoài ra còn có một mạch chuyển đổi điều khiển ngăn không cho các MOSFET bật cùng lúc bằng cách cung cấp thời gian trễ giữa các lần chuyển mạch của nó.

Ưu điểm và nhược điểm của Rơle SSR (Trạng thái rắn))

Ưu điểm:
Thời gian chuyển mạch SSR nhanh hơnnhiều so với rơle EMR (Electromechanical relay).
Nó không có liên hệ vật lý.
Không có vấn đề về tiếp xúc đánh lửa và hao mòn.
Chúng có tuổi thọcao hơn rơ le EMR.
Rơ le SSR Tắt ở dòng tải 0 AC giúp ngăn chặn mọi tiếng ồn vòmhoặc nhiễu điện .
Rung độnghoặc chuyển động không ảnh hưởng đến hoạt động của nó.
Nó có mức tiêu thụ điện năng rất thấpso với rơle EMR.
Rơ le SSR được điều khiển rất dễ dàng bởi các mạch logic( vi điều khiển )
Nhược điểm
Nó có thiết kế phức tạpso với rơ le EMR
Có một sự sụt giảm điện áptrên các thiết bị đầu cuối tải của nó.
Nó có một dòng điện rò rỉtrong trạng thái tắt .
Rơle SSR tản nhiệtquá nhiều .
Nó không thể chuyển đổi điện áp thấpso với rơle EMR.
Việc chuyển đổi rơle SSR phụ thuộc vào điện áp của mạch được điều khiển.

Các ứng dụng của Rơle SSR ( Trạng thái rắn)

Dưới đây là những công dụng phổ biến của Rơle trạng thái rắn trong lĩnh vực kỹ thuật điện và điện tử .

Nói chung, rơle SSR được sử dụng cho mục đích chuyển mạch tức là điều khiển BẬT / TẮT nguồn AC
Nó được sử dụng để điều khiển công suất, tức là điều khiển tốc độ động cơ, làm mờ ánh sáng và quạt, chuyển đổi nguồn, v.v.
Chúng cũng được sử dụng để điều khiển lò sưởi điện để kiểm soát nhiệt độ.
Cabin SSR được sử dụng như một chốt rất hữu ích trong trường hợp có ấm đun nước.
Trong các đường dây liên lạc, rơle SSR của bộ ghép quang được sử dụng để loại bỏ dòng điện dẫn động rơle chạy qua nó.
Rơ le trạng thái rắn chủ yếu được sử dụng trong chuyển mạch tải cao.