Ein SSR-Datenblatt gibt die maximale Spannung und Stromstärke unter festgelegten Testbedingungen an. Das Schaltschrankumfeld bestimmt jedoch meist die Zuverlässigkeit des Geräts: Motoranlaufströme, Kondensatorladestöße, Wärmestau im Gehäuse, eng beieinander liegende Leistungskomponenten sowie Transienten, die in der Nennlastspezifikation nicht berücksichtigt sind.
Deshalb ist die Auswahl eines Halbleiterrelais (SSR) keine bloße Katalogrecherche. Eine zuverlässige Auswahl muss vier technische Fragen beantworten:
| Entscheidung | Was muss festgelegt werden |
|---|---|
| 1. Ist das SSR elektrisch kompatibel? | AC- oder DC-Ausgang, Steuereingangsbereich, Polarität, Spannung, Frequenz, Phasenanordnung und Schaltmodus |
| Kann es die Last bewältigen? | Kontinuierlicher Effektivstrom (RMS), Größe und Dauer des Einschaltstroms, Leistungsfaktor, Schaltfrequenz und transiente Spannung |
| Kann die Installation die Wärme abführen? | Leitungsverluste, lokale Schaltschrankumgebungstemperatur, Derating-Kurve, thermische Schnittstelle, Kühlkörper, Gruppierung und Luftstrom |
| Was passiert im Fehlerfall? | Ableitstrom, Koordination zwischen Halbleiter und Sicherung, Überspannungsschutz, Übertemperaturverhalten und sicheres Abschalten nach einem Kurzschluss am Ausgang |
Befolgen Sie diese vier Entscheidungen in der angegebenen Reihenfolge. Kompensieren Sie fehlende Last- oder Wärmedaten nicht durch die Anwendung eines universellen Strommultiplikators.
Dieser Leitfaden setzt eine industrielle Schaltschrank- oder OEM-Anwendung voraus. Produktnennwerte, Verkabelung, Schutzkoordination und thermische Auslegung müssen anhand des spezifischen SSR-Datenblatts und der geltenden Gerätenorm überprüft werden.
Wichtigste Erkenntnisse
- Ein AC-Ausgangs-SSR können normalerweise keine Gleichspannung schalten, da ein Triac- oder Thyristorausgang auf den Strom-Nulldurchgang angewiesen ist, um abzuschalten. Ein DC-Ausgangs-SSR verwendet üblicherweise MOSFETs und muss entsprechend der DC-Polarität und -Spannung ausgewählt werden.
- Der aufgedruckte SSR-Strom ist ein bedingter Maximalwert, kein garantierter, nutzbarer Nennstrom. Der zulässige Strom kann bei steigender Umgebungstemperatur oder nachlassender Kühlkörperleistung stark abfallen.
- Der ohmsche Laststrom allein reicht nicht für Motor-, Transformator-, Lampen-, Magnetventil- oder kapazitive Lasten aus. Deren Anlaufstrom und die Dauer des Einschaltstromstoßes bestimmen oft die Auswahl.
- Die Auswahl des Kühlkörpers sollte basieren auf Verlustleistung und Sperrschichttemperatur, nicht auf einer allgemeinen Faustregel wie “doppelter Laststrom”.”
- Der Aus-Zustand bedeutet keine galvanische Trennung. SSRs weisen einen Leckstrom auf und können bei einem Defekt kurzschließen; daher sollten sie nicht als alleinige Wartungstrennung oder Sicherheitsisolierung verwendet werden.
- Ein Abzweig-Leitungsschutzschalter schützt möglicherweise das Kabel, ohne den Halbleiter zu schützen. Die Koordination mit schnellen Halbleitersicherungen muss bei Bedarf separat geprüft werden.
SSR-Auswahl auf einen Blick
| Auswahlpunkt | Was zu bestimmen ist | Warum es wichtig ist |
|---|---|---|
| Ausgangstyp | AC-, DC- oder AC/DC-fähige Architektur | Das falsche Ausgangsgerät schaltet möglicherweise nicht ab oder kann sofort beschädigt werden |
| Steuereingang | Eingangsspannungsbereich, Strombedarf, Polarität | Ein nominaler 24-V-SPS-Ausgang muss das SSR unter realen Spannungsabfallbedingungen zuverlässig ansteuern |
| Lastkategorie | Heizung, Motor, Transformator, Lampe, Magnetspule, LED-Treiber, Kondensatorbank | Jede Last erzeugt einen unterschiedlichen Einschaltstrom, Leistungsfaktor und Schaltstress |
| Betriebsspannung | Normal, maximal, transient und Frequenz | Das SSR muss sowohl der Dauerspannung als auch wiederkehrenden Störungen standhalten |
| Dauerstrom | Effektivstrom (RMS) am ungünstigsten Betriebspunkt | Legt den Ausgangspunkt für die thermische Auslegung fest |
| Stoßstrom | Spitzenwert, Wellenform und Dauer | Bestimmt, ob der Ausgangschip Anlauf- und Fehlerstromtransienten übersteht |
| Schaltmodus | Nulldurchgangsschaltung, Zufallseinschaltung oder proportionale Steuerung | Beeinflusst EMV, Einschaltverhalten und Steuerungsmethode |
| Thermisches Design | Leistungsverlust, Umgebungstemperatur, R-Theta-Werte, Luftstrom | Eine übermäßige Sperrschichttemperatur ist eine Hauptursache für den vorzeitigen Ausfall von Halbleiterrelais (SSR) |
| Verhalten im ausgeschalteten Zustand | Leckstrom, dv/dt, Mindestlast | Kleine Lasten können glimmen, flattern oder den Anschein erwecken, weiterhin unter Spannung zu stehen |
| Schutz | Halbleitersicherung, MOV, Snubber, TVS, Übertemperaturabschaltung | Unterschiedliche Komponenten adressieren verschiedene Fehlermechanismen |
Wenn Sie zunächst die grundlegende interne Struktur und das Funktionsprinzip benötigen, lesen Sie Verständnis von Halbleiterrelais. Diese Seite konzentriert sich auf die Dimensionierung und Spezifikation, anstatt die allgemeine Definition zu wiederholen.
Erfassen Sie die Lastdaten, bevor Sie ein Halbleiterrelais (SSR) auswählen
Ein SSR kann nicht allein anhand von “230 V, 10 A” korrekt ausgewählt werden. Erstellen Sie ein Lastprofil mit mindestens den folgenden Informationen:
- AC- oder DC-Versorgung, einschließlich Frequenz und Polarität
- Einphasen- oder Dreiphasenstromkreis
- Maximale normale Versorgungsspannung, nicht nur die Nennspannung
- Lastleistung oder gemessener stationärer Effektivstrom (RMS)
- Leistungsfaktor und Wirkungsgrad, sofern zutreffend
- Einschalt-, Lade-, Magnetisierungs- oder Kaltleiter-Einschaltstrom
- Stoßstromdauer und Schaltfrequenz
- Einschaltdauer und erwartete Starts pro Stunde
- Lokale Umgebungstemperatur innerhalb des Gehäuses
- Einbaulage, Belüftung und Abstand zu benachbarten Wärmequellen
- Erforderliche Steuerungsmethode: einfaches Ein/Aus, Impulspaketsteuerung, Phasenanschnittsteuerung oder schnelle Taktung
- Folgen eines Kurzschlusses bei Ausfall eines Halbleiterrelais (SSR)
Bei bestehenden Anlagen sind gemessene Strom- und Einschaltstromverläufe meist aussagekräftiger als ein reines Leistungsschild. Bei Neukonstruktionen sollten die Daten des Lastherstellers zum maximalen Strom und Anlaufstrom eingeholt werden, anstatt sich auf allgemeine Multiplikatoren zu verlassen.
Abschätzung des normalen Laststroms
Für eine einphasige Last:
Formel für den Laststrom bei einphasigen Verbrauchern
Ilast = P ÷ (V × PF × η)
Wo:
- Ilast: Laststrom (A)
- P: Leistung (W)
- V: Spannung (V)
- PF: Leistungsfaktor
- η: Wirkungsgrad
Für eine symmetrische Drehstromlast:
Formel für den Laststrom bei Drehstrom
Ilast = P ÷ (√3 × VLL × PF × η)
Wo:
- Ilast: Laststrom (A)
- P: Leistung (W)
- VLL: Außenleiterspannung (V)
- PF: Leistungsfaktor
- η: Wirkungsgrad
Bei einem ohmschen Heizwiderstand liegen Leistungsfaktor und Wirkungsgrad oft nahe bei 1. Bei einem Motor ist der Nennstrom vom Typenschild zu verwenden, sofern verfügbar. Wenn die angegebene Leistung die mechanische Ausgangsleistung ist, muss der Wirkungsgrad berücksichtigt werden.
2. Wählen Sie die richtige Ausgangstechnologie: AC-SSR oder DC-SSR
Die Lastversorgung bestimmt die Ausgangsstufe. Die Steuerspannung tut dies nicht.
Zum Beispiel ein Relais, das als DC-auf-AC beschrieben wird, akzeptiert üblicherweise ein 3-32 V DC Steuersignal, schaltet jedoch eine AC-Last. Der erste Begriff beschreibt den Eingang, der zweite den Ausgang.
| SSR-Ausgang | Typischer Halbleiter | Geeignete Lastversorgung | Wichtige Einschränkung |
|---|---|---|---|
| AC-Ausgang | Triac oder antiparallele SCRs | AC-Lasten | Schaltet normalerweise beim Nulldurchgang des Laststroms ab; nicht für gewöhnliches DC-Schalten geeignet |
| DC-Ausgang | MOSFET, teilweise IGBT in speziellen Ausführungen | Gleichstromlasten | Polarität beachten, sofern der Ausgang nicht ausdrücklich bidirektional ist |
| Bidirektionaler Gleichstromausgang | Antiserielle MOSFETs | Gleichstromanwendungen, bei denen eine Rückwärtssperrung erforderlich ist | Höhere Durchlassverluste können durch die in Reihe geschalteten Bauelemente entstehen |
| Dreiphasiger Wechselstromausgang | Drei gesteuerte Wechselstrom-Ausgangspole | Drehstromverbraucher | Das thermische Verhalten und das Verhalten bei Phasenausfall müssen für alle Pole bewertet werden |
Verwenden Sie nicht die Eingangsbeschreibung, um auf die Ausgangskompatibilität zu schließen. Lesen Sie die vollständige Bezeichnung, das Anschlussdiagramm und die Ausgangsspezifikation.
Kann ein AC-Halbleiterrelais (SSR) Gleichstrom schalten?
Normalerweise nein. Ein Triac oder ein siliziumgesteuerter Gleichrichter (SCR) bleibt leitend, solange der Strom über seinem Haltestrom liegt. Gleichstrom hat keinen natürlichen Nulldurchgang, daher kann das Gerät nach dem Entfernen des Eingangssignals eingeschaltet bleiben.
Kann ein DC-Halbleiterrelais (SSR) Wechselstrom schalten?
Nur wenn der Ausgang speziell für bidirektionalen Strom ausgelegt ist. Ein herkömmlicher polarisierter MOSFET-Ausgang ist kein Ersatz für ein AC-SSR.
3. Stimmen Sie den Steuereingang auf die SPS, den Regler oder den Sensor ab
Ein gängiger SSR-Eingang, gekennzeichnet als 3-32 V DC beinhaltet eine LED und ein strombegrenzendes Netzwerk. Diese allgemeine Kennzeichnung belegt jedoch nicht die Kompatibilität mit jedem Controller.
Verifizieren:
- garantierte Einschaltspannung und garantierte Ausschaltspannung
- Eingangsstrom über den gesamten Spannungsbereich
- Eingangspolarität
- Ausgangstyp des Controllers: Sourcing, Sinking, Relais, Triac oder Transistor
- Verfügbarer SPS-Ausgangsstrom pro Kanal und pro gemeinsamer Gruppe
- Rest- oder Leckstrom des Controllers im ausgeschalteten Zustand“
- Spannungsabfall bei langen Steuerleitungen
- Erforderliche galvanische Trennung zwischen Kanälen und Stromkreisen
Überprüfen Sie bei AC-Eingangs-SSRs die Eingangsfrequenz, den Ansprechbereich, die Abfallspannung und den Eingangsstrom. Ein AC-Ausgangs-SPS oder ein Zweidrahtsensor kann genügend Leckstrom erzeugen, um einen empfindlichen SSR-Eingang aktiv zu halten; ein korrekt ausgelegtes Beschaltungsnetzwerk oder ein Koppelrelais kann erforderlich sein.
Auswahl nach Lasttyp, nicht nur nach Betriebsstrom
Derselbe Betriebsstrom von 10 A kann je nach Last sehr unterschiedliche Belastungen verursachen.
| Lasttyp | Elektrische Hauptbelastung | Auswahlschwerpunkt | Typisches Schaltverfahren |
|---|---|---|---|
| Ohmsche Heizung | Dauerstrom und Schaltschrankwärme | Effektivstrom (RMS), Einschaltdauer, Kühlkörper | Nulldurchgangsschaltung wird üblicherweise für Ein/Aus- oder Impulspaketsteuerung verwendet |
| Motor oder Kompressor | Anlauf- und Blockierstrom, häufige Schaltzyklen | Motornenndaten, Anlaufdauer, Blockierschutz, thermische Reserve | Befolgen Sie die Anweisungen des SSR-Herstellers für Motorlasten |
| Transformator | Der Einschaltstromstoß hängt vom Schaltwinkel und der Remanenz ab | Transformatorspezifische Stoßstromkurve und Schaltmethode | Verwenden Sie eine zweckbestimmte Lösung; gehen Sie nicht davon aus, dass ein Nulldurchgang automatisch die beste Wahl ist |
| Magnetspule oder Ventil | Induktive Ausschaltspannung | Überspannungsschutz und Anforderungen an die Abfallzeit | Auf die Spule abgestimmter AC- oder DC-Ausgang; geeignete Entstörung hinzufügen |
| Glüh- oder Infrarotlampe | Einschaltstrom bei kaltem Glühfaden | Kaltwiderstand und wiederholbare Stoßstromfestigkeit | Nulldurchgangsschaltung reduziert oft Störungen, abhängig von den Anwendungsdaten |
| LED-Treiber oder kapazitiver Eingang | Kondensator-Ladestromstoß, hoher Scheitelfaktor, geringer Dauerstrom | Spitzenstrom, Impulsdauer, Mindestlast, Leckstrom | Verwenden Sie Daten für kapazitive Lasten; die Wattangabe auf dem Typenschild allein ist unzureichend |
Ohmsche Heizlasten
Heizlasten sind in der Regel die einfachste SSR-Anwendung, können jedoch über lange Zeiträume mit einem hohen Tastverhältnis betrieben werden. Dadurch werden Leitungsverluste und die Gehäusetemperatur wichtiger als der Einschaltstrom. Verwenden Sie den maximalen Strom im warmen Zustand und die ungünstigste anzunehmende Versorgungsspannung.
Motoren und Kompressoren
Bemessen Sie ein Halbleiterrelais (SSR) für Motoren nicht allein anhand des Volllaststroms. Überprüfen Sie den Anlaufstrom, die Beschleunigungszeit, die Schalthäufigkeit pro Stunde, den Blockierschutz, den Phasenausfall sowie die Notwendigkeit von Reversier- oder Bremsvorgängen. Die Strombelastbarkeit eines Standard-SSR entspricht nicht der einer Motorlast.
Für Anwendungen, die einen Sanftanlauf, eine Strombegrenzung oder eine kontrollierte Beschleunigung erfordern, ist ein Halbleiter-Motorsteuergerät oder ein Sanftstarter möglicherweise besser geeignet als ein einfaches Ein/Aus-SSR. Die IEC 60947-4-2 deckt Halbleiter-Motorsteuergeräte, Starter und Sanftstarter in ihrem Anwendungsbereich ab.
Transformatoren
Der Einschaltstrom von Transformatoren wird stark durch den Einschaltwinkel, den Restfluss, die Quellenimpedanz und das Transformatordesign beeinflusst. Das Schalten exakt im Spannungsnulldurchgang kann bei einigen Transformatorenanwendungen zu einer starken Flussasymmetrie führen. Wählen Sie ein SSR oder Steuergerät mit expliziten Vorgaben für Transformatorlasten und einem validierten Stoßstrom-Hüllkurvenbereich.
LED-Treiber und kapazitive Lasten
Ein LED-Netzteil nimmt nach dem Einschalten möglicherweise nur einen Bruchteil eines Ampere auf, erzeugt jedoch einen kurzen Ladestromimpuls, der um ein Vielfaches höher liegt. Vergleichen Sie die Höhe und Impulsbreite des Einschaltstroms des Treibers mit den Daten des SSR für repetitive und nicht-repetitive Stoßströme. Überprüfen Sie zudem den Leckstrom im ausgeschalteten Zustand, da dieser den Eingangskondensator aufladen und ein Flackern verursachen kann.
5. Überprüfung der Ausgangsspannung und des Transienten-Spielraums
Die Nennspannung des SSR-Ausgangs muss die höchste stationäre Spannung übersteigen, die am offenen Ausgang auftreten kann. Sie muss zudem Netzstörungen, induktive Schaltvorgänge und repetitive Transienten überstehen.
Überprüfung:
- Nenn- und maximale Dauerspannung
- AC-Effektivwert (RMS) im Vergleich zur maximalen Sperrspannung
- Maximale DC-Betriebsspannung
- periodische Spitzensperrspannung
- statische und kommutierende Spannungssteilheit (dv/dt)
- Stoßspannungsumgebung und vorgeschalteter Schutz
- Isolationsspannung zwischen Steuer- und Laststromkreis
Wenden Sie nicht für jede SSR-Technologie denselben universellen Spannungstoleranzwert an. Verwenden Sie die Anwendungskennlinie des Herstellers und stimmen Sie das SSR auf den gewählten Metalloxid-Varistor (MOV), das Transient-Voltage-Suppression-Bauelement (TVS) oder das Überspannungsschutzgerät ab.
Dimensionierung des SSR-Stroms anhand der Derating-Kurve
Der auf einem SSR aufgedruckte Strom wird normalerweise unter festgelegten thermischen Bedingungen ermittelt. Diese Bedingungen können eine bestimmte Gehäusetemperatur, einen Kühlkörper, einen Luftstrom, eine Einbaulage oder eine Umgebungstemperatur umfassen. Ein “40 A”-SSR ist daher möglicherweise nicht in der Lage, in einem warmen, geschlossenen Schaltschrank dauerhaft 40 A zu führen.
Verwenden Sie den Faktor für den zulässigen Strom aus der exakten Kurve des Datenblatts:
Formel zur Auswahl des SSR-Nennstroms
ISSR,nenn ≥ Ilast ÷ Fzulässig
Wo:
- Ilast: Maximaler Dauerlaststrom
- Fzulässig: Faktor für den zulässigen Strom
wo:
- I_{last} ist der maximale kontinuierliche RMS-Laststrom;
- F_{zulässig} ist der nutzbare Anteil des Nennstroms unter den tatsächlichen Umgebungs- und Montagebedingungen.
Wenn ein Datenblatt unter den Auslegungsbedingungen nur 50 % der Nennleistung zulässt, erfordert eine Dauerlast von 18 A ein Halbleiterrelais (SSR) mit einer Nennleistung von mindestens 36 A, bevor Stoßstrom- und Lastkategorienprüfungen durchgeführt werden. Dies ist keine allgemeingültige 50%-Derating-Regel; es ist ein Beispiel dafür, wie eine Herstellerkennlinie anzuwenden ist.
Die Stromauswahl schließt die Selektion nicht ab. Der Kandidat muss weiterhin die Prüfungen für Stoßstrom, thermische Belastung, Schaltfrequenz und Schutzkoordination bestehen.
Auswahlhilfe für Halbleiterrelais und Kühlkörperberechnung
Verwenden Sie den VIOX-Rechner zur Auswahl von Halbleiterrelais und Kühlkörpern, um die erforderliche SSR-Strombelastbarkeit, Leitungsverluste, den thermischen Widerstand des Kühlkörpers, die Sperrschichttemperatur, den Stoßstromspielraum, den Leckstrom im ausgeschalteten Zustand und die vorläufige Halbleitersicherungs-I^2t-Koordination abzuschätzen.
Geben Sie die tatsächliche Ausgangstechnologie, den Lasttyp, die Systemspannung, die Leistung oder den gemessenen Strom, den Leistungsfaktor, das Tastverhältnis, die Umgebungstemperatur und die thermischen Parameter aus dem Datenblatt des in Frage kommenden SSR ein.
[VIOX Halbleiterrelais-Auswahl- & Kühlkörperrechner hier einfügen]
Nur vorläufige Auswahl: Das Ergebnis ersetzt nicht die exakte Derating-Kurve des Herstellers, die Lastkategorien-Bemessung, die Stoßstromkurve, die Montageanleitung, die Anforderungen an die thermische Schnittstelle oder die zugelassene Koordinierungstabelle für Halbleitersicherungen.
Vollständigen Halbleiterrelais-Auswahl- und Kühlkörperrechner öffnen
7. Nullspannungsschaltendes vs. momentanschaltendes Halbleiterrelais (SSR)
Diese Wahl gilt hauptsächlich für SSRs mit AC-Ausgang.
Nullspannungsschaltung
Ein nullspannungsschaltendes SSR wartet mit dem Einschalten, bis die AC-Spannung nahe Null ist. Es wird häufig für Widerstandsheizungen und Impulspaketsteuerungen verwendet, da es leitungsgebundene und abgestrahlte Störungen im Vergleich zum Schalten bei beliebigem Phasenwinkel reduzieren kann.
Es ist nicht universell die beste Lösung. Das Magnetisierungsverhalten von Transformatoren, Motoranläufe und spezielle Steuerungsmethoden erfordern eine anwendungsspezifische Prüfung.
Momentanschaltung
Ein Halbleiterrelais (SSR) mit Zufallseinschaltung beginnt zu leiten, sobald der Eingangsbefehl und die Halbleiterbedingungen dies zulassen. Dies ist für die Phasenanschnittsteuerung und Anwendungen erforderlich, bei denen der Regler den Zündwinkel wählen muss.
| Anwendung | Üblicher Ausgangspunkt | Vor Freigabe prüfen |
|---|---|---|
| Ohmsche Heizung, einfaches Ein/Aus | Nullpunktschaltend | Zyklusdauer, thermische Last, EMV-Anforderungen |
| Heizung, Phasenanschnittsteuerung | Zufallseinschaltung | Kompatibilität der Steuerung, Oberschwingungen, EMV-Filterung |
| Transformator | Zweckbestimmtes Halbleiterrelais (SSR)/Steuergerät | Einschaltstrom, Remanenz, Ansteuerungsstrategie |
| Motor/Kompressor | Motor-Halbleiterrelais (SSR) | Anlauf-/Blockierstrom, Schaltmodus, Schalthäufigkeit pro Stunde |
| Gleichstromlast | Halbleiterrelais (SSR) mit Gleichstromausgang | Der Begriff Nulldurchgang findet keine Anwendung |
8. Einphasige vs. dreiphasige Halbleiterrelais (SSR)
Ein einphasiges SSR schaltet einen gesteuerten Strompfad. Ein dreiphasiges System kann wie folgt aufgebaut sein:
- ein integriertes dreiphasiges SSR;
- drei gemeinsam angesteuerte einphasige SSRs; oder
- zwei gesteuerte Pole in einem Dreileitersystem, sofern das entsprechende Design dies zulässt.
Eine integrierte Einheit vereinfacht die Montage und die koordinierte Steuerung, jedoch kann die kombinierte Wärmeentwicklung erheblich sein. Separate SSRs können die Wärme verteilen und den Austausch vereinfachen, aber das Design muss gleichzeitige Befehle, Phasenausfallerkennung, ungleiche Kühlung und die gemeinsame Kühlkörpertemperatur berücksichtigen.
Bei Motoren dürfen drei unabhängige Universal-SSRs nicht als vollständiger Motorstarter betrachtet werden. Überlastschutz, Kurzschlussschutz, Phasenausfallverhalten, Neustartlogik und Trennung erfordern weiterhin ein koordiniertes Design.
Berechnung der SSR-Verlustleistung und des Kühlkörperbedarfs
Leitungsverluste von AC-SSR
Für eine vorläufige Schätzung unter Verwendung eines Durchlassspannungsabfalls:
Formel für die Leitungsverluste von AC-SSR
Ppole ≈ VON × IRMS × D
Wo:
- VON: Durchlassspannungsabfall
- IRMS: Effektivstrom
- D: Tastverhältnis
wobei D das Tastverhältnis ist. Falls der Hersteller eine Verlustleistungskurve bereitstellt, sollte diese verwendet werden, da der Spannungsabfall nicht vollkommen konstant ist.
Leitungsverluste von DC-MOSFET-Halbleiterrelais (SSR)
Für einen MOSFET-Ausgang:
Verlustleistungsformel für DC-MOSFET-SSR
Ppole ≈ IRMS² × RDS(on) × D
Wo:
- RDS(on): Einschaltwiderstand des MOSFET
- D: Tastverhältnis
Verwenden Sie den RDS(on)-Wert bei der erwarteten Sperrschichttemperatur und nicht nur den Nennwert bei niedriger Temperatur. Der MOSFET-Widerstand steigt im Allgemeinen mit der Temperatur an.
Wärmewiderstand des Kühlkörpers
Für ein SSR auf einem Kühlkörper:
Formel für den Wärmewiderstand des Kühlkörpers
RθSA,max = (TJ,target − TA) ÷ P − RθJC − RθCS
Wo:
- TJ,target: Ziel-Sperrschichttemperatur
- TA: Umgebungstemperatur
- P: Verlustleistung des SSR
wo:
- TJ,target ist der Auslegungsgrenzwert für die Sperrschichttemperatur, der unter dem absoluten Maximum gehalten wird;
- T_A ist die lokale Umgebungstemperatur um den Kühlkörper;
- P ist die Verlustleistung des SSR;
- R_{\theta JC} ist der thermische Widerstand zwischen Sperrschicht und Gehäuse;
- R_{\theta CS} ist der thermische Widerstand zwischen Gehäuse und Kühlkörper;
- R_{\theta SA} ist der erforderliche thermische Widerstand zwischen Kühlkörper und Umgebung in Grad Celsius pro Watt.
Ein niedrigerer R_{\theta SA}-Wert bedeutet einen effektiveren Kühlkörper.
Berechnungsbeispiel
Angenommen, ein AC-SSR führt kontinuierlich 18 A, weist einen Spannungsabfall im eingeschalteten Zustand von 1,6 V auf und ist an einem Ort installiert, an dem die lokale Umgebungstemperatur 45 Grad Celsius erreichen kann.
P = 1,6 \times 18 = 28,8\ W
Wenn das Design auf eine Sperrschichttemperatur von 100 °C, R_{\theta JC}=0,5 °C/W und R_{\theta CS}=0,2 °C/W ausgelegt ist:
R_{\theta SA,max} = \frac{100-45}{28,8} – 0,5 – 0,2 \approx 1,21\ ^\circ C/W
Der gewählte Kühlkörper muss 1,21 °C/W oder weniger bieten unter Berücksichtigung der tatsächlichen Ausrichtung, des Gehäuseluftstroms, der Höhe und der Montagebedingungen. Dieses Beispiel dient der Veranschaulichung; verwenden Sie die exakten SSR-Verlustdaten und Wärmewiderstände.
Mehrere SSRs auf einem Kühlkörper
Wenn sich mehrere Module einen Kühlkörper teilen, erhöht die Gesamtwärme die Kühlkörpertemperatur, während jedes Modul seinen eigenen Pfad von der Sperrschicht zum Gehäuse beibehält:
Formel für die Sperrschichttemperatur von Halbleiterrelais (SSR)
TJ = TA + Ptotal × RθSA + Pmodule × (RθJC + RθCS)
Wo:
- TJ: Sperrschichttemperatur
- TA: Umgebungstemperatur
Berechnen Sie nicht jedes SSR so, als stünde ihm der gesamte Kühlkörper allein zur Verfügung.
10. Berücksichtigung von Schaltschranktemperatur, Gruppierung und Montage
Die Raumtemperatur entspricht nicht der Auslegungsumgebungstemperatur. Messen oder schätzen Sie die Lufttemperatur in der Nähe des SSR- und Kühlkörpereinlasses, nachdem der Schaltschrank das thermische Gleichgewicht erreicht hat.
Häufige Ursachen für eine Unterschätzung der SSR-Temperatur sind:
- geschlossene Gehäuse, die direkter Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind;
- Kühlkörper, die an Stellen montiert sind, an denen die natürliche Konvektion behindert wird;
- mehrere eng beieinander gruppierte Halbleiterrelais (SSR), Schütze oder Netzteile;
- horizontale Kühlrippen, die keinen vertikalen Luftstrompfad aufbauen können;
- große Höhen, Staubfilter oder eine verringerte Leistung der Zwangslüftung;
- übermäßige oder schlecht aufgetragene Wärmeleitpaste;
- ungleichmäßiger Montagedruck oder eine verzogene Kühlkörperoberfläche.
Beachten Sie die Anweisungen des SSR-Herstellers zu Drehmoment, Ebenheit, Wärmeleitpad und Montage. Mehr Wärmeleitpaste ist nicht besser; das Schnittstellenmaterial sollte mikroskopische Hohlräume füllen, ohne eine dicke isolierende Schicht zu bilden.
Integrierter Kühlkörper oder separater Kühlkörper?
Ein Halbleiterrelais (SSR) mit integriertem Hutschienen-Kühlkörper kann die Anzahl der Bauteile und die Montagezeit reduzieren, während ein separater Kühlkörper dem Konstrukteur mehr Freiheit bei der Bewältigung größerer Verlustleistungen, gemeinsamer thermischer Lasten, der Luftführung und des Austauschs bietet. Keine der beiden Bauweisen ist grundsätzlich besser.
| Konfiguration | Hauptvorteil | Hauptbeschränkung | Beste Bewertungsmethode |
|---|---|---|---|
| Integrierter Kühlkörper | Kompakter Aufbau und vereinfachte Installation | Feste Kühlleistung und mögliche Platzprobleme im Hutschienenbereich | Überprüfung des zulässigen Stroms bei der tatsächlichen Umgebungstemperatur und dem Abstand im Schaltschrank |
| Separater Kühlkörper | Größere Auswahl an Wärmewiderstand, Größe und Luftführung | Höherer Montageaufwand und größere Abhängigkeit von der Schnittstellenqualität | Berechnung des vollständigen thermischen Pfads und Validierung der Gehäusetemperatur |
| Gemeinsamer Kühlkörper | Kann den Platzbedarf im Schaltschrank für mehrere Halbleiterrelais (SSR) reduzieren | Die Wärme jedes Moduls erhöht die Temperatur des gemeinsamen Kühlkörpers | Verwendung der gesamten Wärmeverlustleistung zuzüglich des individuellen Sperrschicht-Pfads jedes Moduls |
Treffen Sie die Auswahl zwischen diesen Optionen nicht allein anhand des Laststroms. Vergleichen Sie den resultierenden Spielraum der Sperrschichttemperatur unter identischen Gehäusebedingungen.
11. Verständnis von Leckstrom im ausgeschalteten Zustand und Mindestlast
Ein Halbleiterrelais (SSR) verhält sich nicht wie eine mechanische Luftstrecke. Sein Ausgangshalbleiter und etwaige interne Snubber-Glieder lassen im ausgeschalteten Zustand einen geringen Strom durch.
Dieser Leckstrom kann Folgendes verursachen:
- LED-Lampen leuchten oder flackern;
- hochohmige Messgeräte zeigen eine “Geisterspannung” an;
- kleine Magnetspulen brummen oder fallen nicht ab;
- elektronische Netzteile laden sich auf und starten periodisch neu;
- eine Last erscheint bei der Fehlersuche als unter Spannung stehend.
Vergleichen Sie den maximalen Leckstrom des SSR im ausgeschalteten Zustand mit dem Abfallstrom und dem minimalen Betriebsstrom der Last. Ein vom Hersteller zugelassener Entladewiderstand (Bleeder-Widerstand) kann bei einigen Lasten mit geringem Stromverbrauch Abhilfe schaffen, erzeugt jedoch zusätzliche Wärme und muss für die Dauerspannung sowie eine sichere Entladung ausgelegt sein. Ein externer RC-Snubber kann den Leckstrom ebenfalls erhöhen.
Vor Wartungsarbeiten immer freischalten und Spannungsfreiheit feststellen. Der Aus-Befehl des SSR ist keine sichere Trennmethode.
12. Schutzmaßnahmen für das SSR koordinieren
Keine einzelne Schutzkomponente deckt alle Belastungen des SSR ab.
| Schutzmaßnahme | Hauptzweck | Auswahlhinweis |
|---|---|---|
| Abzweigschutzschalter oder allgemeine Sicherung | Leitungs- und Stromkreisschutz | Möglicherweise zu langsam, um den Halbleiterübergang zu schützen |
| Schnelle Halbleitersicherung | Begrenzt die Fehlerenergie durch das SSR | Verwenden Sie die Koordinierungstabelle des SSR-Herstellers oder vergleichen Sie auf Basis einer gültigen gemeinsamen Prüfgrundlage |
| Bei der Auswahl geht es nicht darum, die „beste“ Technologie zu finden. Vielmehr geht es darum, grundlegende Kompromisse an die Anwendungsanforderungen anzupassen. Ein MOV, das in AC-Stromverteilungsnetzen hervorragend funktioniert, kann auf einer Hochgeschwindigkeits-Datenleitung katastrophal versagen. Eine GDT, die perfekt für Telekommunikationsschnittstellen ist, wäre für eine 5V DC-Versorgungsschiene ungeeignet. Eine TVS-Diode, die ideal für Board-Level-I/O ist, könnte auf einer blitzgefährdeten Außenschaltung überfordert sein. | Begrenzt repetitive oder gelegentliche Überspannungen | Koordinieren Sie MCOV, Begrenzungspegel, Energie, Alterung und Folgestrom |
| RC-Beschaltung | Begrenzt dv/dt und Schwingungen in induktiven Wechselstromkreisen | Erhöht den Leckstrom im ausgeschalteten Zustand und die Wärmeentwicklung |
| Freilaufdiode | Unterdrückt den induktiven Rückschlag einer Gleichstromspule | Verzögert das Abfallen der Spule und muss polaritätsrichtig angeschlossen werden |
| TVS-Diode | Begrenzt DC-Transienten bei einer höheren Spannung | Schnelleres Abschalten der Last, jedoch höhere Belastung als bei einer Freilaufdiode |
| Thermoschalter oder Sensor | Erkennt Übertemperatur am Kühlkörper | An einer Stelle platzieren, die den kritischen thermischen Pfad repräsentiert |
| Mechanisches Schütz/Trennschalter | Bietet galvanische Trennung oder redundante Abschaltung | Muss für die Sequenzierung und das Schaltvermögen koordiniert sein |
Halbleitersicherungskoordination
Ein Kompaktleistungsschalter oder Leitungsschutzschalter kann einen Fehler zwar abschalten, lässt dabei jedoch genügend Energie durch, um ein Halbleiterrelais (SSR) zu zerstören. Wo ein Halbleiterschutz erforderlich ist, verwenden Sie eine vom SSR-Hersteller empfohlene superflinke Sicherung.
Ein vorläufiger Vergleich der Impulsenergie kann wie folgt durchgeführt werden:
Abschätzung der Impulsenergie
I²t ≈ Ipeak² × tpulse
Wo:
- Ipeak: Spitzenstrom
- tpulse: Impulsdauer
Der gesamte Abschalt-I²t-Wert einer Sicherung und der I²t-Widerstandswert eines Halbleiterrelais (SSR) sind jedoch nur dann aussagekräftig, wenn Wellenform, Dauer, Anfangstemperatur, Systemspannung und Testbedingungen kompatibel sind. Eine freigegebene Koordinierungstabelle ist ein stärkerer Nachweis als der isolierte Vergleich von Katalognummern.
Auswahl von MOV und Snubber
Die maximale Dauerspannung des MOV muss über der höchsten normalen Netzspannung liegen, während sein Schutzpegel unter der relevanten transienten Spannungsfestigkeit des SSR bleiben sollte. Wiederkehrende Transienten, Quellenimpedanz und das Verhalten des MOV am Ende seiner Lebensdauer sind ebenfalls von Bedeutung.
Ein RC-Snubber ist dort sinnvoll, wo ein zu hoher dv/dt-Wert oder induktives Schwingen ein ungewolltes Einschalten oder eine Belastung des Bauteils verursachen könnte. Er sollte als Teil der Schaltung ausgelegt und nicht automatisch hinzugefügt werden, da er den Leckstrom im ausgeschalteten Zustand erhöht.
Nutzen Sie Temperaturtrends, nicht nur einen festen Auslösepunkt
Bei Anlagen im Dauerbetrieb oder mit hohem Sicherheitsrisiko kann ein Temperatursensor am Kühlkörper mehr leisten als nur eine Notabschaltung. Die Trendanalyse der Temperatur in Verbindung mit dem Laststrom und der Umgebungstemperatur im Schaltschrank kann blockierte Luftwege, ausgefallene Lüfter, verschmutzte Kühlkörper, lockere thermische Schnittstellen oder einen steigenden Arbeitszyklus aufdecken, bevor das SSR seinen Auslöseschwellenwert erreicht.
Eine steigende Kühlkörpertemperatur ist kein Beweis dafür, dass das SSR selbst defekt ist. Vergleichen Sie die Messwerte bei ähnlichen Last- und Umgebungsbedingungen und untersuchen Sie den gesamten thermischen Pfad. Ein Thermoschalter, der nur mit dem Steuereingang verbunden ist, kann eine Last nicht unterbrechen, nachdem das SSR bereits kurzgeschlossen ausgefallen ist; ein separates mechanisches Schalt- oder Trenngerät ist erforderlich, wenn die Risikobewertung eine sichere Trennung verlangt.
13. Auslegung für häufige SSR-Fehlermodi
Leistungshalbleiter fallen häufig aus kurzgeschlossen, insbesondere nach Übertemperatur, Stoßstrom, Überspannung oder unzureichender Begrenzung der Fehlerenergie. Die Last kann auch dann unter Spannung bleiben, wenn der Steuereingang abgeschaltet ist.
| Symptom | Wahrscheinliche Ursachen | Technische Maßnahme |
|---|---|---|
| Last bleibt vollständig eingeschaltet | Ausgangshalbleiter mit Kurzschluss ausgefallen; Verdrahtungsüberbrückung | Spannungsversorgung trennen, Ausgangswiderstand gemäß der Prüfmethode des Herstellers verifizieren, SSR austauschen, thermische und Stoßstrom-Ursachen untersuchen |
| Last schaltet nicht ein | Ausgang offen, unzureichende Eingangssteuerung, durchgebrannte Sicherung, Lastfehler | Steuereingang, Ausgangsspannung, Sicherungsdurchgang und Laststrom sicher messen |
| Funktioniert im kalten Zustand, fällt im heißen Zustand aus | Unzureichender Kühlkörper, schlechte Schnittstelle, zu hohe Umgebungstemperatur, grenzwertiger Eingang | Gehäuse-/Kühlkörpertemperatur und Strom nach thermischer Stabilisierung protokollieren |
| Fehlauslösung der Sicherung | Einschaltstrom der Last unterschätzt, falsche Sicherung, wiederkehrende Stromstöße | Einschaltstromverlauf erfassen und die Koordination zwischen Sicherung und Halbleiterrelais (SSR) überprüfen |
| Fehlauslösung (ungewolltes Einschalten) | Übermäßige Spannungssteilheit (dv/dt), Steuerrauschen, Leitungsankopplung | Leitungsführung, Entstörung, Abschirmung und Eingangsstörfestigkeit verbessern |
| Geringe Last leuchtet oder flackert im ausgeschalteten Zustand | Leckstrom oder Snubber-Strom | Maximalen Leckstrom gegen die Abschaltcharakteristik der Last prüfen; zugelassenes Entladeglied (Bleed-Netzwerk) oder andere Ausgangsarchitektur verwenden |
Wenn eine dauerhafte Bestromung zu Brand-, Bewegungs-, Druck- oder Prozessgefahren führen kann, darf für den sicheren Zustand nicht allein auf ein SSR vertraut werden. Verwenden Sie eine geeignete mechanische Trennvorrichtung oder eine sicherheitsgerichtete Architektur, einen unabhängigen Übertemperaturschutz sowie eine gemäß Risikobeurteilung erforderliche Fehlerüberwachung.
14. SSR-Beschaffungsspezifikation
Eine Kaufbeschreibung wie “40 A SSR, 24 V Eingang” ist unvollständig. Verwenden Sie eine Spezifikation, die es dem Lieferanten und dem Schaltschrankbauer ermöglicht, die tatsächliche Anwendung zu bewerten.
| Spezifikationsfeld | Anzufordernde oder bereitzustellende Informationen |
|---|---|
| Anwendung | Lastgerät, Schaltzweck, Einschaltdauer, Starts/Zyklen pro Stunde |
| Eingang | Nennwert/Bereich, Eingangsstrom, Ansprech-/Abfallschwellen, Polarität, SPS-Ausgangstyp |
| Ausgangstechnologie | AC-Triac/SCR, DC-MOSFET, bidirektionales DC oder integriertes Dreiphasensystem |
| Lastversorgung | Nenn- und Maximalspannung, Frequenz, Phasenanordnung |
| Lastdaten | Effektivstrom (RMS), Leistungsfaktor, Wirkungsgrad, Einschaltstromverlauf, Stoßstromdauer |
| Schaltmodus | Kompatibilität mit Nulldurchgangs-, Zufalls- oder Proportionalreglern |
| Strombelastbarkeit | Dauerstrom bei den spezifizierten Umgebungs- und Montagebedingungen |
| Thermische Daten | Verlustleistungskurve, V_{ON} oder R_{DS(on)}, R_{\theta JC}, Schnittstellenanforderungen, Derating-Kurve |
| Daten im ausgeschalteten Zustand | Leckstrom, Mindestlast, Sperrspannung, statisches und kommutierendes dv/dt |
| Stoßstromdaten | Spitzenstrom, Wellenform, Impulsdauer, Wiederholungsgrenzen, I^2t-Basis |
| Schutz | Zugelassene Halbleitersicherung, Empfehlungen für MOV/Snubber, Übertemperaturschutzoption |
| Mechanisch | Gehäuse, Anschlüsse, Montage, Kühlkörper, Drehmoment, Berührungsschutz |
| Dokumentation | Datenblattrevision, Prüfberichte, Rückverfolgbarkeit, Nachweise geltender Zertifizierungen |
Lieferantenaudit-Checkliste für OEM- und Schaltschrankprojekte
Vor der Freigabe einer SSR-Produktfamilie ist der Lieferant aufzufordern, Folgendes bereitzustellen:
- Derating-Kurven (Strom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur) für die spezifische Montageanordnung;
- Verlustleistungsdaten über den vorgesehenen Strombereich;
- Wärmewiderstand zwischen Sperrschicht und Gehäuse sowie Anweisungen zur Schnittstellenbeschaffenheit;
- Stoßstromkurven unter Angabe von Wellenform und Dauer;
- Empfohlene Modelle für flinke Sicherungen oder eine dokumentierte Koordinationsmethode;
- Maximaler Leckstrom und Mindestlast bei Betriebstemperatur;
- dv/dt- und Transienten-Spannungsdaten;
- Anschlussdrehmoment und Leiteranforderungen;
- Chargenrückverfolgbarkeit und Änderungskontrollprozess;
- Produktionschargendaten für kritische Merkmale wie Leckstrom im ausgeschalteten Zustand, Spannungsabfall im eingeschalteten Zustand, Sperrspannung und Ansprechspannung, sofern statistische Prozesslenkung angewendet wird;
- Nachweise für jegliche beanspruchte Zertifizierung oder Normkonformität;
- Muster für die Validierung von Temperaturanstieg, Einschaltstrom, Leckstrom und Fehlerreaktion in der tatsächlichen Baugruppe.
Bei der Beschaffung durch OEMs in großen Stückzahlen können statistische Fähigkeitsdaten dabei helfen festzustellen, ob ein Parameter konsistent kontrolliert wird, anstatt nur die Spezifikationsgrenzen zu erfüllen. Wenn ein Lieferant einen Prozessfähigkeitsindex wie Cpk angibt, bestätigen Sie das gemessene Merkmal, den Stichprobenumfang, die Eingriffsgrenzen, die Prüftemperatur und den Chargenzeitraum. Ein Cpk-Wert ohne diesen Kontext ist kein aussagekräftiger Beleg für die Zuverlässigkeit von Halbleiterrelais (SSR).
IEC 62314:2022 behandelt die Anforderungen für Alles-oder-Nichts-Halbleiterrelais innerhalb ihres Anwendungsbereichs. AC-Halbleitersteuergeräte und -schütze für Nicht-Motorlasten fallen unter IEC 60947-4-3, während Halbleiter-Motorsteuergeräte und -Starter durch IEC 60947-4-2 abgedeckt werden. Die geltenden Produkt- und Montageanforderungen hängen davon ab, wie das SSR geliefert und integriert wird; ein Komponentenzertifikat zertifiziert für sich genommen nicht die fertige Schalttafel.
Häufige Fehler bei der Auswahl von Halbleiterrelais (SSR)
Den Nennstrom des Typenschilds als nutzbaren Schaltschrankstrom betrachten
Die Korrektur besteht darin, die exakte Derating-Kurve zu verwenden und die Sperrschichttemperatur unter den ungünstigsten Umgebungsbedingungen zu verifizieren.
Ignorieren von Einschaltströmen der Last
Messen oder beschaffen Sie die Einschaltstromkurve. Ein Spitzenstromwert ohne Impulsdauer ist nicht ausreichend.
Die Annahme, dass Nulldurchgangsschaltung immer besser ist
Die Nulldurchgangsschaltung ist eine gute Standardeinstellung für viele ohmsche Heizanwendungen, aber keine allgemeingültige Regel für Transformatoren, Motoren oder Phasenanschnittsteuerungen.
Auswahl eines Kühlkörpers basierend auf der Ampere-Nennleistung des SSR
Berechnung der tatsächlichen Halbleiterverluste und des vollständigen thermischen Pfades. Zwei Halbleiterrelais (SSR) mit derselben Stromkennzeichnung können unterschiedliche Spannungsabfälle und thermische Anforderungen aufweisen.
Verlassen auf einen allgemeinen Leitungsschutzschalter zum Schutz des SSR
Der Schutz von Leitern und der Schutz von Halbleiterübergängen sind getrennte Koordinationsaufgaben.
“Aus” als isoliert betrachten
Berücksichtigung von Leckstrom und Kurzschlussfehlern. Bereitstellung einer sicheren Trennung und eines risikogerechten Abschaltpfads.
Austausch eines elektromechanischen Relais (EMR) ohne Überprüfung des Schaltkreisverhaltens
Ein SSR verändert Leckstrom, Wärmeentwicklung, Ausfallmodus, Spannungsabfall und Einschwingverhalten. Wenn die Entscheidung zwischen den Technologien noch aussteht, ist eine Überprüfung erforderlich. Elektromechanisches Relais vs. Halbleiterrelais vor der endgültigen Auslegung.
Häufig Gestellte Fragen
Ist eine höhere Ampere-Nennleistung eines SSR immer sicherer?
Nicht automatisch. Eine höhere Stromklasse bietet in der Regel mehr Chipfläche oder thermische Reserven, aber der Nutzen hängt vom internen Aufbau, dem Kühlkörper, der Umgebungstemperatur, den Anschlüssen, der Stoßstromfestigkeit und dem Schutz ab. Eine Überdimensionierung kann eine falsche Ausgangstechnologie oder eine unzureichende thermische Montage nicht kompensieren.
Können zwei SSRs parallel geschaltet werden, um den Strom zu teilen?
Schalten Sie normale SSR-Ausgänge nicht parallel, es sei denn, der Hersteller unterstützt dies ausdrücklich. Geringe Unterschiede in der Durchlassspannung, Temperatur und Leitungsimpedanz können dazu führen, dass ein Gerät einen unverhältnismäßig hohen Strom führt, was zu einem thermischen Durchgehen führt. Verwenden Sie ein korrekt dimensioniertes SSR oder eine vom Hersteller zugelassene Parallelschaltung.
Können sich mehrere SSRs einen Kühlkörper teilen?
Ja, sofern die Luft- und Kriechstrecken, die Isolierung, die Montageanweisungen und die kombinierte thermische Berechnung dies zulassen. Verwenden Sie die gesamte Verlustleistung der Module, um die Kühlkörpertemperatur zu berechnen, und addieren Sie dann den jeweiligen Temperaturanstieg von Sperrschicht zu Gehäuse und von Gehäuse zu Kühlkörper für jedes SSR.
Warum wird bei ausgeschaltetem SSR eine Spannung an der Last gemessen?
Leckströme im ausgeschalteten Zustand durch den Halbleiter oder das interne RC-Glied können zu einem Messwert am Messgerät führen, insbesondere bei hochohmigen Digitalmultimetern. Stellen Sie fest, ob es sich um eine harmlose Geisterspannung handelt oder ob der Strom ausreicht, um die Last zu betreiben. Gehen Sie aufgrund eines Steuerbefehls niemals davon aus, dass der Stromkreis sicher zu berühren ist.
Ist ein Nullspannungsschaltendes Halbleiterrelais (SSR) immer die beste Wahl für eine Wechselstromlast?
Nein. Es wird üblicherweise für das Schalten von ohmschen Heizlasten und für die Impulspaketsteuerung bevorzugt, aber die Phasenanschnittsteuerung erfordert ein beliebiges Einschalten (Random-Turn-On). Anwendungen mit Transformatoren und Motoren erfordern lastspezifische Anleitungen, da der Schaltwinkel den Einschaltstrom und die elektromagnetische Belastung verändern kann.
Warum sollte eine Halbleitersicherung verwendet werden, wenn der Stromkreis bereits über einen Leitungsschutzschalter verfügt?
Der Leitungsschutzschalter dient primär dem Schutz der Leitungen und der Abschaltung bei Kurzschlüssen. Ein Halbleiterübergang kann jedoch beschädigt werden, bevor ein Standard-Leitungsschutzschalter auslöst. Eine koordinierte ultraschnelle Sicherung begrenzt die Durchlassenergie auf ein Niveau, dem das SSR standhalten kann.
Ab welcher Temperatur ist ein SSR zu heiß?
Es gibt keine zuverlässige Regel für die berührbare Temperatur. Verwenden Sie die vom Hersteller angegebene maximale Gehäuse- oder Sperrschichttemperatur und legen Sie das Design auf einen niedrigeren Zielwert aus, der eine Betriebsreserve bietet. Überprüfen Sie die lokale Umgebungstemperatur, die Gehäusetemperatur, die Kühlkörpertemperatur und den Strom, nachdem der Schaltschrank den stationären Zustand erreicht hat.
Endgültige Auswahlregel
Ein zuverlässiges Halbleiterrelais (SSR) wird ausgehend von der Last rückwärts ausgewählt, nicht ausgehend vom Katalogstrom vorwärts. Stimmen Sie zuerst die AC- oder DC-Ausgangstechnologie und den Steuereingang ab. Qualifizieren Sie das Gerät anschließend hinsichtlich Last-Einschaltstrom, Derating gemäß Datenblatt, Schaltverfahren, Durchlassverlusten, Sperrschichttemperatur, Leckstromverhalten, Transienten-Schutz und Fehlerverhalten.
Die beste Beschaffungsdokumentation lautet nicht einfach “SSR, 40 A”. Sie ist ein dokumentierter Betriebspunkt, der die tatsächliche Last, Umgebungstemperatur, Kühlkörper, Stoßstromprofil, Schutzeinrichtungen und das sichere Verhalten bei einem Kurzschluss am Ausgang aufzeigt.
Technische Referenzen
- IEC 62314:2022 – Halbleiterrelais
- IEC 60947-4-2:2020+AMD1:2024 – Halbleiter-Motorsteuergeräte und -Starter
- IEC 60947-4-3:2020 – Halbleiter-Steuergeräte und -Schütze für nicht motorische Lasten für Wechselspannung
