Spis treści:
Przekaźnik SSR (z ang. Solid State Relay) to elektroniczne urządzenie przełączające, które wykonuje funkcje tradycyjnego przekaźnika elektromagnetycznego, ale zamiast mechanicznego układu styków wykorzystuje komponenty półprzewodnikowe, takie jak tranzystory lub triaki.
Przekaźnik SSR - istota działania
SSR to przekaźniki wykorzystujące półprzewodnikowe elementy przełączające. Przewodniki optyczne, które wykorzystują bywają nazywane fotoprzełącznikami i służą izolacji sygnałów wejściowych i wyjściowych. Fotoprzekaźniki zamieniają sygnały elektryczne na sygnały optyczne i przekazują sygnały w przestrzeni. W pełni izolują sekcje wejściowe i wyjściowe, a jednocześnie przekazują sygnały z dużą prędkością. Ponadto przekaźniki SSR składają się z komponentów elektronicznych bez styków mechanicznych i stąd wynika podobieństwo przekaźników SSR wobec przekaźników mechanicznych. Najważniejszą cechą przekaźników SSR jest jednak to, że nie wykorzystują one styków przełączających, które ulegają fizycznemu zużyciu.
Przekaźniki SSR i jego przewaga względem konwencjonalnych przekaźników
Spójrzmy na temat na przykładzie opozycji. W przeciwieństwie do przekaźników elektromechanicznych (EMR), które wykorzystują cewki, pola magnetyczne, sprężyny i styki mechaniczne do działania i przełączania zasilania, przekaźnik półprzewodnikowy (SSR) nie ma ruchomych części, ale zamiast tego wykorzystuje elektryczne i optyczne właściwości półprzewodników półprzewodnikowych do wykonywania funkcji izolacji i przełączania między wejściem a wyjściem. Nadal jednak, podobnie jak zwykłe przekaźniki elektromechaniczne, przekaźniki SSR zapewniają całkowitą izolację elektryczną między stykami wejściowymi i wyjściowymi, a ich wyjście działa jak konwencjonalny przełącznik elektryczny. Dzieje się tak, ponieważ ma bardzo wysoką, prawie nieskończoną rezystancję, gdy nie przewodzi (otwarty) i bardzo niską rezystancję, gdy przewodzi (zamknięty). Przekaźniki półprzewodnikowe mogą być zaprojektowane do przełączania zarówno prądu przemiennego, jak i stałego poprzez użycie wyjścia SCR, TRIAC lub tranzystora przełączającego zamiast zwykłych mechanicznych styków normalnie otwartych (NO).
Podczas gdy przekaźnik półprzewodnikowy i przekaźnik elektromechaniczny są zasadniczo podobne, ponieważ ich wejście niskiego napięcia jest elektrycznie odizolowane od wyjścia, które przełącza i steruje obciążeniem, to przekaźniki elektromechaniczne cechują pewne istotne ograniczenia. To zwykle skrócony cykl życia styków, fakt, że mogą zajmować dużo miejsca i mają wolniejsze prędkości przełączania (zwłaszcza duże przekaźniki mocy) i styczniki. Przekaźniki półprzewodnikowe SSR takich ograniczeń nie mają.
Przekaźniki półprzewodnikowe zwyciężają w przedbiegach z konwencjonalnymi przekaźnikami elektromechanicznymi, ponieważ nie mają ruchomych części, które mogą zwyczajnie ulec zużyciu, a zatem nie mają problemów z odbiciem styków. Są w stanie przełączać zarówno “ON”, jak i “OFF” znacznie szybciej niż może poruszać się zwora przekaźnika mechanicznego, a zerowe napięcie włączenia i zerowe natężenie prądu wyłączenia eliminuje szum elektryczny i stany nieustalone.
Typy przekaźników SSR
Czołowy japoński gigant rynku elektroniki OMRON proponuje następujący podział przekaźników SSR:
- Przekaźniki SSR zintegrowane z radiatorami. Zintegrowany radiator zapewnia kompaktową konstrukcję. Przekaźniki te są instalowane głównie w panelach sterowania.
- Przekaźniki SSR z oddzielnymi radiatorami. Oddzielna instalacja radiatorów pozwala użytkownikom na wybór radiatorów pasujących do obudów urządzeń, których używają.
- Przekaźniki SSR o kształcie wtyku. Przekaźniki te mają taki sam kształt jak przekaźniki wtykowe i można używać z nimi tych samych gniazd. Najczęściej występują jako wbudowane w panelach sterowania, w programowalnych sterownikach i podobnych urządzeniach.
- Przekaźniki SSR montowane na PCB (płyta drukowana). To SSR ze strukturą zacisków do do montażu na płytkach PCB. Linia produktów obejmuje również przekaźniki MOSFET, które są używane głównie do przełączania sygnałów i połączeń.
Rodzaje obsługi przekaźników SSR
- Sterowanie ON/OFF to forma sterowania, w której heater jest włączany i wyłączany w odpowiedzi na sygnały wyjściowe napięcia z regulatora temperatury. Ten sam rodzaj sterowania jest również możliwy za pomocą przekaźnika elektromagnetycznego, ale przekaźnik SSR powinien być używany do sterowania grzałką, jeśli jest włączany i wyłączany w odstępach kilku sekund przez okres kilku lat.
- Sterowanie fazowe (jednofazowe). W przypadku sterowania fazowego wyjście jest zmieniane co pół cyklu w odpowiedzi na bieżące sygnały wyjściowe z regulatora temperatury. Korzystanie z tej formy sterowania umożliwia wysoce precyzyjną kontrolę temperatury, przez co pozostaje ona szeroko stosowana w urządzeniach półprzewodnikowych.
- Kontrola cyklu – w przypadku sterowania cyklicznego napięcie wyjściowe jest włączane/wyłączane ze stałą częstotliwością. Sterowanie jest wykonywane w odpowiedzi na prąd wyjściowy z regulatora temperatury.
- Optymalna kontrola cyklu jest stosowana do optymalnego sterowania cyklem jest kontrola krzyżowa (zero cross), która określa stan ON/OFF w każdej połowie cyklu. W przypadku konwencjonalnego sterowania wyjście pozostaje włączone w sposób ciągły przez określony czas, podczas gdy przy optymalnym cyklu sterowania stan ON/OFF jest określany w każdym cyklu, aby poprawić dokładność wyjścia.
Przykładowe zastosowania przekaźników SSR
Nie dziwi, że przekaźniki SSR są stosowane w wielu obwodach elektrycznych i elektronicznych, skoro znamy już przyczyny ich wydajności w różnych sytuacjach. Przekaźnik półprzewodnikowy jest używany do sterowania obwodami z sygnałami AC lub DC poprzez włączanie lub wyłączanie prądu obciążenia. Obciążeniem może być niemal wszystko, od żarówki o małej mocy po grzejnik elektryczny o mocy znacznie większej, bo zastosowanie modułów przekaźników półprzewodnikowych SSR pozwala małym wejściom kontrolować znacznie większe sygnały wyjściowe.
Jednym z najczęstszych zastosowań przekaźników półprzewodnikowych jest sterowanie silnikami, bowiem przekaźników półprzewodnikowych można używać do sterowania zarówno silnikami AC, jak i DC, od małych silników w urządzeniach domowych po duże silniki przemysłowe. Zastosowania przekaźników półprzewodnikowych obejmują także również przełączanie obciążeń takich jak żarówki i tablice LED. W tych zastosowaniach przekaźniki te oferują zaletę szybkości przełączania, co bywa szczególnie ważne dla osiągnięcia efektów świetlnych. Korzystają z nich także systemy ogrzewania i chłodzenia takie jak klimatyzatory, piece elektryczne i grzejniki przemysłowe – po raz kolejny są w stanie obsługiwać wysokie napięcia, a jednocześnie są kompaktowe. Znajdziemy je w świecie motoryzacji, gdzie zastępują starsze, mechaniczne przekaźniki w systemach zarządzania silnikiem, obwodach przyciemniania reflektorów czy w sterowaniu światłami przeciwmgielnymi. W parze z technologią CNC są wykorzystywane w różnych gałęziach przemysłu i hobbystycznym makerstwie – wliczają się w to obróbka drewna, metali i tworzyw sztucznych. Jeszcze bardziej wyspecjalizowane zastosowania SSR to urządzenia medyczne, które ze względu na swój charakter wymagają specjalistycznych systemów sterowania do włączania i wyłączania ich zasilania.
Wybór przekaźnika SSR
Istnieje kilka ogólnych wytycznych, o których warto pamiętać. Zidentyfikuj wymagania dotyczące prądu i napięcia obciążenia. Sprawdź, jakie wartości maksymalne występują w układzie, a następnie wybierz przekaźnik SSR o odpowiednich parametrach prądowych i napięciowych. Upewnij się, że przekaźnik SSR jest w stanie obsłużyć maksymalne wartości, jakie występują w Twojej aplikacji. Określ, jaki typ sterowania jest preferowany lub wymagany przez Twój układ. Przekaźniki SSR sterowane napięciem są bardziej popularne, ale w niektórych przypadkach sterowanie prądem może być bardziej odpowiednie.
Przekaźniki SSR oferują także izolację galwaniczną między wejściem sterującym a wyjściem obciążenia. Ta izolacja jest ważna w wielu aplikacjach, szczególnie gdy występują różnice potencjałów lub konieczne jest odseparowanie układów o różnych napięciach.
Przekaźniki SSR mają określony czas reakcji, który jest czasem potrzebnym na przejście ze stanu włączonego do wyłączonego lub odwrotnie – jeśli wymagasz szybkiej reakcji w swojej aplikacji, upewnij się, że wybrany przekaźnik SSR ma odpowiednio krótki czas reakcji. Oprócz zaleceń montażowych producenta uwzględnij czynniki środowiskowe, których specyfikacja może nie przewidzieć – jeśli urządzenie ma działać w trudnych warunkach środowiskowych takich jak wysoka temperatura, wilgotność, wibracje lub agresywne substancje chemiczne, to upewnij się, że wybrany przekaźnik SSR jest odporny na te czynniki.
