Πώς να επιλέξετε ένα ρελέ στερεάς κατάστασης (SSR): Τύπος φορτίου, ονομαστικό ρεύμα, ψύκτρα και προστασία

Ένα φύλλο δεδομένων SSR σάς ενημερώνει για τη μέγιστη τάση και το ρεύμα υπό καθορισμένες συνθήκες δοκιμής. Ο πίνακας ελέγχου προσθέτει τις συνθήκες που συνήθως καθορίζουν αν η συσκευή είναι αξιόπιστη: ρεύμα εκκίνησης κινητήρα, παλμούς φόρτισης πυκνωτή, θερμότητα εγκλωβισμένη στο εσωτερικό του περιβλήματος, συσκευές ισχύος σε στενή διάταξη και μεταβατικά φαινόμενα που δεν εμφανίζονται ποτέ στην ονομαστική τιμή φορτίου.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η επιλογή ενός ρελέ στερεάς κατάστασης (SSR) δεν είναι μια άσκηση επιλογής βάσει κωδικού καταλόγου. Μια αξιόπιστη επιλογή πρέπει να απαντά σε τέσσερα τεχνικά ερωτήματα:

Απόφαση	Τι πρέπει να καθοριστεί
1. Είναι το SSR ηλεκτρικά συμβατό;	Έξοδος AC ή DC, εύρος εισόδου ελέγχου, πολικότητα, τάση, συχνότητα, διάταξη φάσεων και τρόπος μεταγωγής
2. Μπορεί να αντέξει το φορτίο;	Συνεχές ρεύμα RMS, μέγεθος και διάρκεια ρεύματος εισόδου (inrush), συντελεστής ισχύος, συχνότητα μεταγωγής και μεταβατική τάση
3. Μπορεί η εγκατάσταση να αποβάλει τη θερμότητά της;	Απώλειες αγωγιμότητας, τοπική θερμοκρασία περιβάλλοντος πίνακα, καμπύλη απομείωσης, θερμική διεπαφή, ψύκτρα, ομαδοποίηση και ροή αέρα
4. Τι συμβαίνει κατά τη διάρκεια ενός σφάλματος;	Ρεύμα διαρροής, συντονισμός ημιαγωγού-ασφάλειας, καταστολή υπερτάσεων, απόκριση σε υπερθερμοκρασία και ασφαλής τερματισμός λειτουργίας μετά από αστοχία βραχυκυκλωμένης εξόδου

Ακολουθήστε αυτές τις τέσσερις αποφάσεις με τη σειρά. Μην αντισταθμίζετε τα ελλιπή δεδομένα φορτίου ή θερμικά δεδομένα εφαρμόζοντας έναν καθολικό πολλαπλασιαστή ρεύματος.

Αυτός ο οδηγός προϋποθέτει εφαρμογή σε βιομηχανικό πίνακα ελέγχου ή OEM. Οι ονομαστικές τιμές προϊόντος, η καλωδίωση, ο προστατευτικός συντονισμός και ο θερμικός σχεδιασμός πρέπει να επαληθεύονται σύμφωνα με το ακριβές φύλλο δεδομένων του SSR και το ισχύον πρότυπο εξοπλισμού.

Βασικά συμπεράσματα

• Ένα Το SSR εξόδου AC δεν μπορεί κανονικά να μεταγωγεί DC, επειδή μια έξοδος triac ή θυρίστορ βασίζεται στη διέλευση του ρεύματος από το μηδέν για να απενεργοποιηθεί. Ένα SSR εξόδου DC χρησιμοποιεί συνήθως MOSFET και πρέπει να επιλέγεται με βάση την πολικότητα και την τάση DC.
• Το αναγραφόμενο ρεύμα του SSR είναι ένα υπό συνθήκες μέγιστο όριο και όχι ένα εγγυημένο ωφέλιμο ρεύμα για τον πίνακα. Το επιτρεπόμενο ρεύμα ενδέχεται να μειωθεί απότομα καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία περιβάλλοντος ή επιδεινώνεται η απόδοση της ψύκτρας.
• Το ρεύμα ωμικού φορτίου από μόνο του δεν επαρκεί για φορτία κινητήρων, μετασχηματιστών, λαμπτήρων, ηλεκτρομαγνητικών βαλβίδων ή χωρητικά φορτία. Το ρεύμα εκκίνησης και η διάρκεια της αιχμής τους καθορίζουν συχνά την επιλογή.
• Η επιλογή της ψύκτρας πρέπει να βασίζεται στην απώλεια ισχύος και τη θερμοκρασία επαφής, και όχι σε έναν γενικό κανόνα όπως “χρησιμοποιήστε το διπλάσιο ρεύμα φορτίου”.”
• Η κατάσταση εκτός λειτουργίας (off-state) δεν σημαίνει απομόνωση ανοικτού κυκλώματος. Τα SSR παρουσιάζουν ρεύμα διαρροής και μπορούν να αστοχήσουν σε κατάσταση βραχυκυκλώματος, επομένως δεν πρέπει να χρησιμοποιούνται ως η μοναδική διάταξη αποσύνδεσης συντήρησης ή απομόνωσης ασφαλείας.
• Ένας αυτόματος διακόπτης διακλάδωσης μπορεί να προστατεύει το καλώδιο χωρίς να προστατεύει τον ημιαγωγό. Ο συντονισμός με ταχεία ασφάλεια ημιαγωγών πρέπει να ελέγχεται ξεχωριστά όταν απαιτείται.

Επιλογή SSR με μια ματιά

Στοιχείο επιλογής	Τι πρέπει να προσδιοριστεί	Γιατί έχει σημασία
Τύπος εξόδου	Αρχιτεκτονική AC, DC ή με δυνατότητα AC/DC	Η λανθασμένη συσκευή εξόδου ενδέχεται να μην απενεργοποιείται ή να υποστεί άμεση βλάβη
Είσοδος ελέγχου	Εύρος τάσης εισόδου, απαίτηση ρεύματος, πολικότητα	Μια ονομαστική έξοδος PLC 24 V πρέπει να οδηγεί αξιόπιστα το SSR υπό πραγματικές συνθήκες πτώσης τάσης
Κατηγορία φορτίου	Θερμαντήρας, κινητήρας, μετασχηματιστής, λαμπτήρας, ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα, οδηγός LED, συστοιχία πυκνωτών	Κάθε φορτίο παράγει διαφορετικό ρεύμα εισόρμησης, συντελεστή ισχύος και καταπόνηση μεταγωγής
Τάση λειτουργίας	Κανονική, μέγιστη, μεταβατική και συχνότητα	Το SSR πρέπει να αντέχει τόσο τη σταθερή τάση όσο και τις επαναλαμβανόμενες διαταραχές
Συνεχές ρεύμα	Ενεργός τιμή (RMS) ρεύματος στο χειρότερο σημείο λειτουργίας	Καθορίζει το σημείο εκκίνησης για τη θερμική επιλογή
Ρεύμα υπέρτασης	Μέγιστο πλάτος, κυματομορφή και διάρκεια	Καθορίζει εάν το τσιπ εξόδου επιβιώνει από μεταβατικά φαινόμενα εκκίνησης και σφάλματος
Τρόπος μεταγωγής	Μηδενική διέλευση (zero-cross), τυχαία ενεργοποίηση ή αναλογικός έλεγχος	Επηρεάζει την EMI, τη συμπεριφορά ρεύματος εισόδου (inrush) και τη μέθοδο ελέγχου
Θερμικός σχεδιασμός	Απώλεια ισχύος, θερμοκρασία περιβάλλοντος, τιμές R-theta, ροή αέρα	Η υπερβολική θερμοκρασία διασταύρωσης είναι η κύρια αιτία πρόωρης αστοχίας του SSR
Συμπεριφορά κατά την κατάσταση απενεργοποίησης (off-state)	Ρεύμα διαρροής, dv/dt, ελάχιστο φορτίο	Τα μικρά φορτία ενδέχεται να παρουσιάζουν φωτεινότητα, τρέμουλο ή να φαίνονται ότι παραμένουν υπό τάση
Προστασία	Ασφάλεια ημιαγωγών, MOV, κύκλωμα απόσβεσης (snubber), TVS, διακοπή λόγω υπερθερμοκρασίας	Διαφορετικά εξαρτήματα αντιμετωπίζουν διαφορετικούς μηχανισμούς αστοχίας

Αν χρειάζεστε πρώτα τη βασική εσωτερική δομή και την αρχή λειτουργίας, διαβάστε Κατανόηση των ρελέ στερεάς κατάστασης (SSR). Αυτή η σελίδα εστιάζει στον υπολογισμό μεγέθους και τις προδιαγραφές αντί να επαναλαμβάνει τον γενικό ορισμό.

1. Συλλέξτε τα δεδομένα φορτίου πριν επιλέξετε ένα SSR

Ένα SSR δεν μπορεί να επιλεγεί σωστά μόνο από την ένδειξη “230 V, 10 A”. Δημιουργήστε ένα προφίλ φορτίου με τουλάχιστον τις ακόλουθες πληροφορίες:

• Τροφοδοσία AC ή DC, συμπεριλαμβανομένης της συχνότητας και της πολικότητας
• Μονοφασικό ή τριφασικό κύκλωμα
• Μέγιστη κανονική τάση τροφοδοσίας, όχι μόνο ονομαστική τάση
• Ισχύς φορτίου ή μετρούμενο ρεύμα RMS μόνιμης κατάστασης
• Συντελεστής ισχύος και απόδοση όπου εφαρμόζεται
• Ρεύμα εκκίνησης, φόρτισης, μαγνήτισης ή ρεύμα εισόδου ψυχρού νήματος
• Διάρκεια υπέρτασης και συχνότητα μεταγωγής
• Κύκλος λειτουργίας και αναμενόμενες εκκινήσεις ανά ώρα
• Τοπική θερμοκρασία αέρα εντός του περιβλήματος
• Προσανατολισμός εγκατάστασης, αερισμός και απόσταση από παρακείμενες πηγές θερμότητας
• Απαιτούμενη μέθοδος ελέγχου: απλή ενεργοποίηση/απενεργοποίηση, έλεγχος με ριπές (burst firing), έλεγχος γωνίας φάσης ή ταχεία μεταγωγή
• Συνέπεια αστοχίας ενός SSR σε κατάσταση βραχυκύκλωσης

Για τον υπάρχοντα εξοπλισμό, οι μετρημένες κυματομορφές ρεύματος και ρεύματος εισόδου είναι συνήθως πιο χρήσιμες από μια απλή ετικέτα ισχύος. Για έναν νέο σχεδιασμό, προμηθευτείτε τα δεδομένα μέγιστου ρεύματος και ρεύματος εκκίνησης από τον κατασκευαστή του φορτίου, αντί να βασίζεστε σε γενικούς πολλαπλασιαστές.

Εκτίμηση κανονικού ρεύματος φορτίου

Για μονοφασικό φορτίο:

Τύπος ρεύματος μονοφασικού φορτίου

Iload = P ÷ (V × PF × η)

Πού:

• Iload: Ρεύμα φορτίου (A)
• P: Ισχύς (W)
• V: Τάση (V)
• PF: Συντελεστής ισχύος
• η: Απόδοση

Για ένα ισορροπημένο τριφασικό φορτίο:

Τύπος ρεύματος φορτίου τριφασικού συστήματος

Iload = P ÷ (√3 × VLL × PF × η)

Πού:

• Iload: Ρεύμα φορτίου (A)
• P: Ισχύς (W)
• VLL: Τάση μεταξύ φάσεων (V)
• PF: Συντελεστής ισχύος
• η: Απόδοση

Για μια ωμική αντίσταση, ο συντελεστής ισχύος και η απόδοση είναι συχνά κοντά στο 1. Για έναν κινητήρα, χρησιμοποιήστε το ρεύμα που αναγράφεται στην πινακίδα, όπου είναι διαθέσιμο. Εάν η αναγραφόμενη ισχύς είναι η μηχανική ισχύς εξόδου, πρέπει να συμπεριληφθεί η απόδοση.

2. Επιλέξτε τη σωστή τεχνολογία εξόδου: AC SSR ή DC SSR

Η τροφοδοσία του φορτίου καθορίζει το στάδιο εξόδου. Η τάση του ελεγκτή δεν το καθορίζει.

Για παράδειγμα, ένα ρελέ που περιγράφεται ως DC-to-AC συνήθως δέχεται σήμα ελέγχου 3-32 V DC αλλά μεταγωγίζει φορτίο AC. Ο πρώτος όρος περιγράφει την είσοδο· ο δεύτερος περιγράφει την έξοδο.

Έξοδος SSR	Τυπικός ημιαγωγός	Κατάλληλη τροφοδοσία φορτίου	Σημαντικός περιορισμός
Έξοδος AC	Triac ή αντιπαράλληλα SCR	Φορτία AC	Κανονικά απενεργοποιείται όταν το ρεύμα φορτίου διέρχεται από το μηδέν· δεν είναι κατάλληλο για συνήθη μεταγωγή DC
Έξοδος συνεχούς ρεύματος (DC)	MOSFET, μερικές φορές IGBT σε εξειδικευμένα σχέδια	Φορτία DC	Τηρήστε την πολικότητα εκτός εάν η έξοδος είναι ρητά αμφίδρομη
Αμφίδρομη έξοδος DC	MOSFETs σε διάταξη back-to-back	DC όπου απαιτείται αποκλεισμός αντίστροφης ροής	Ενδέχεται να προκύψουν υψηλότερες απώλειες αγωγιμότητας από τις διατάξεις σε σειρά
Τριφασική έξοδος AC	Τρεις ελεγχόμενοι πόλοι εξόδου AC	Τριφασικά φορτία AC	Η συμπεριφορά θερμικής προστασίας και προστασίας από αστοχία φάσης πρέπει να αξιολογείται για όλους τους πόλους

Μην χρησιμοποιείτε την περιγραφή εισόδου για να συμπεράνετε τη συμβατότητα εξόδου. Διαβάστε την πλήρη ονομασία, το διάγραμμα ακροδεκτών και τις προδιαγραφές εξόδου.

Μπορεί ένα AC SSR να μεταγωγεί DC;

Συνήθως όχι. Ένα triac ή ένας ανορθωτής ελεγχόμενος από πυρίτιο (SCR) παραμένει σε κατάσταση αγωγής όσο το ρεύμα παραμένει πάνω από το ρεύμα συγκράτησής του. Το DC δεν έχει φυσικό μηδενισμό ρεύματος, επομένως η συσκευή ενδέχεται να παραμείνει ενεργοποιημένη αφού αφαιρεθεί το σήμα εισόδου.

Μπορεί ένα DC SSR να μεταγωγεί AC;

Μόνο εάν η έξοδός του είναι ειδικά σχεδιασμένη για αμφίδρομο ρεύμα. Μια συμβατική πολωμένη έξοδος MOSFET δεν αποτελεί υποκατάστατο για ένα AC SSR.

3. Αντιστοιχίστε την είσοδο ελέγχου με το PLC, τον ελεγκτή ή τον αισθητήρα

Μια κοινή είσοδος SSR με σήμανση 3-32 V DC περιλαμβάνει ένα LED και ένα κύκλωμα περιορισμού ρεύματος. Αυτή η ευρεία σήμανση δεν αποδεικνύει ακόμα τη συμβατότητα με κάθε ελεγκτή.

Επαληθεύω:

• εγγυημένη τάση ενεργοποίησης και εγγυημένη τάση απενεργοποίησης
• ρεύμα εισόδου σε όλο το εύρος τάσης
• πολικότητα εισόδου
• τύπος εξόδου ελεγκτή: sourcing, sinking, ρελέ, triac ή τρανζίστορ
• διαθέσιμο ρεύμα εξόδου PLC ανά κανάλι και ανά κοινή ομάδα
• υπολειπόμενο ρεύμα ή ρεύμα διαρροής από τον ελεγκτή όταν είναι “off”
• πτώση τάσης σε μακριές καλωδιώσεις ελέγχου
• απαιτούμενη απομόνωση μεταξύ καναλιών και κυκλωμάτων

Για SSR με είσοδο AC, επαληθεύστε τη συχνότητα εισόδου, το εύρος ενεργοποίησης, την τάση απενεργοποίησης και το ρεύμα εισόδου. Ένας PLC με έξοδο AC ή ένας αισθητήρας δύο καλωδίων ενδέχεται να παρουσιάζει διαρροή ρεύματος ικανή να διατηρήσει ενεργή μια ευαίσθητη είσοδο SSR· ενδέχεται να απαιτείται ένα σωστά σχεδιασμένο κύκλωμα παράκαμψης (bleed network) ή ένα ρελέ διεπαφής.

4. Επιλογή βάσει τύπου φορτίου, όχι μόνο βάσει ρεύματος λειτουργίας

Το ίδιο ρεύμα λειτουργίας 10 A μπορεί να επιβάλει πολύ διαφορετική καταπόνηση ανάλογα με το φορτίο.

Τύπος φορτίου	Κύρια ηλεκτρική καταπόνηση	Εστίαση επιλογής	Τυπική προσέγγιση μεταγωγής
Ωμική θέρμανση	Συνεχές ρεύμα και θερμότητα πίνακα	Ρεύμα RMS, κύκλος λειτουργίας, ψύκτρα	Η διέλευση από το μηδέν (zero-cross) χρησιμοποιείται συνήθως για έλεγχο on/off ή έλεγχο ριπής (burst control)
Κινητήρας ή συμπιεστής	Ρεύμα εκκίνησης και ρεύμα εγκλωβισμένου δρομέα, συχνή μεταγωγή	Δεδομένα ονομαστικής ισχύος κινητήρα, διάρκεια εκκίνησης, προστασία από εμπλοκή, θερμικό περιθώριο	Ακολουθήστε τις οδηγίες του κατασκευαστή του SSR για φορτία κινητήρα
Μετασχηματιστής	Το ρεύμα μαγνήτισης εξαρτάται από τη γωνία μεταγωγής και τον υπολειμματικό μαγνητισμό	Καμπύλη υπερέντασης ειδική για μετασχηματιστές και μέθοδος μεταγωγής	Χρησιμοποιήστε μια λύση ειδικού σκοπού· μην υποθέτετε ότι η διέλευση από το μηδέν είναι αυτόματα η καλύτερη
Ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα ή βαλβίδα	Τάση απενεργοποίησης επαγωγικού φορτίου	Καταστολή υπερτάσεων και απαίτηση χρόνου απελευθέρωσης	Έξοδος AC ή DC προσαρμοσμένη στο πηνίο· προσθέστε την κατάλληλη καταστολή
Λαμπτήρας πυρακτώσεως ή υπέρυθρης ακτινοβολίας	Ρεύμα εισόδου ψυχρού νήματος	Αντίσταση εν ψυχρώ και ικανότητα επαναλαμβανόμενων υπερτάσεων	Η μηδενική διάβαση συχνά μειώνει τις διαταραχές, ανάλογα με τα δεδομένα της εφαρμογής
Οδηγός LED ή χωρητική είσοδος	Παλμός φόρτισης πυκνωτή, υψηλός συντελεστής κορυφής, μικρό σταθερό ρεύμα	ρεύμα αιχμής, διάρκεια παλμού, ελάχιστο φορτίο, διαρροή	Χρησιμοποιήστε δεδομένα χωρητικού φορτίου· τα watt της πινακίδας από μόνα τους δεν επαρκούν

Αντιστατικά φορτία θέρμανσης

Τα φορτία θέρμανσης είναι συνήθως η απλούστερη εφαρμογή SSR, αλλά μπορούν να λειτουργούν με υψηλό κύκλο λειτουργίας για μεγάλες περιόδους. Αυτό καθιστά τις απώλειες αγωγιμότητας και τη θερμοκρασία του περιβλήματος πιο σημαντικές από το ρεύμα εκκίνησης. Χρησιμοποιήστε το μέγιστο ρεύμα θερμής κατάστασης και τη χειρότερη αξιόπιστη τάση τροφοδοσίας.

Κινητήρες και συμπιεστές

Μην υπολογίζετε το μέγεθος ενός SSR κινητήρα μόνο από το ρεύμα πλήρους φορτίου. Ελέγξτε το ρεύμα εκκίνησης, τον χρόνο επιτάχυνσης, τις εκκινήσεις ανά ώρα, την προστασία από εμπλοκή ρότορα, την απώλεια φάσης και αν απαιτείται αναστροφή ή πέδηση. Μια ονομαστική τιμή αμπέρ SSR γενικής χρήσης δεν είναι ισοδύναμη με μια ονομαστική τιμή χρήσης κινητήρα.

Για εφαρμογές που απαιτούν ομαλή εκκίνηση, περιορισμό ρεύματος ή ελεγχόμενη επιτάχυνση, ένας ημιαγωγικός ελεγκτής κινητήρα ή ένας ομαλός εκκινητής μπορεί να είναι πιο κατάλληλος από ένα απλό SSR τύπου on-off. Το πρότυπο IEC 60947-4-2 καλύπτει ημιαγωγικούς ελεγκτές κινητήρων, εκκινητές και ομαλούς εκκινητές εντός του πεδίου εφαρμογής του.

Μετασχηματιστές

Το ρεύμα μαγνήτισης κατά τη ζεύξη του μετασχηματιστή επηρεάζεται έντονα από τη γωνία κλεισίματος, την υπολειπόμενη μαγνητική ροή, την εμπέδηση της πηγής και τον σχεδιασμό του μετασχηματιστή. Το κλείσιμο ακριβώς στο μηδέν της τάσης μπορεί να προκαλέσει σοβαρή ασυμμετρία ροής σε ορισμένες εφαρμογές μετασχηματιστών. Επιλέξτε έναν SSR ή ελεγκτή με ρητές οδηγίες για φορτία μετασχηματιστή και επικυρωμένο φάκελο ρεύματος υπέρτασης.

Οδηγοί LED και χωρητικά φορτία

Ένα τροφοδοτικό LED μπορεί να απορροφά μόνο ένα κλάσμα του ampere μετά την εκκίνηση, αλλά να παράγει έναν σύντομο παλμό φόρτισης πολλές φορές υψηλότερο. Συγκρίνετε το μέγεθος του ρεύματος εισόδου και το πλάτος παλμού του οδηγού με τα δεδομένα επαναλαμβανόμενης και μη επαναλαμβανόμενης υπέρτασης του SSR. Ελέγξτε επίσης το ρεύμα διαρροής στην κατάσταση απενεργοποίησης, καθώς μπορεί να φορτίσει τον πυκνωτή εισόδου και να προκαλέσει αναλαμπές.

5. Έλεγχος τάσης εξόδου και περιθωρίου μεταβατικών φαινομένων

Η ονομαστική τάση εξόδου του SSR πρέπει να υπερβαίνει την υψηλότερη τάση μόνιμης κατάστασης που μπορεί να εμφανιστεί στα άκρα της ανοικτής εξόδου. Πρέπει επίσης να αντέχει σε διαταραχές της γραμμής, επαγωγικές μεταγωγές και επαναλαμβανόμενα μεταβατικά φαινόμενα.

Ανασκόπηση:

• ονομαστική και μέγιστη συνεχής τάση τροφοδοσίας
• Ονομαστική τιμή AC RMS έναντι τάσης αποκοπής αιχμής
• Μέγιστη τάση λειτουργίας DC
• επαναλαμβανόμενη τάση αιχμής στην κατάσταση αποκοπής
• στατικό και μεταγωγικό dv/dt
• περιβάλλον υπερτάσεων και προστασία ανάντη
• ονομαστική τιμή μόνωσης μεταξύ κυκλωμάτων ελέγχου και φορτίου

Μην εφαρμόζετε ένα ενιαίο ποσοστό περιθωρίου τάσης σε κάθε τεχνολογία SSR. Χρησιμοποιήστε την καμπύλη εφαρμογής του κατασκευαστή και συντονίστε το SSR με τον επιλεγμένο βαρίστορ οξειδίου μετάλλου (MOV), τη διάταξη καταστολής παροδικών τάσεων (TVS) ή τη διάταξη προστασίας από υπερτάσεις (SPD).

6. Προσδιορίστε το ρεύμα του SSR από την καμπύλη απομείωσης

Το ρεύμα που αναγράφεται σε ένα SSR καθορίζεται συνήθως υπό συγκεκριμένες θερμικές συνθήκες. Αυτές οι συνθήκες μπορεί να περιλαμβάνουν μια συγκεκριμένη θερμοκρασία περιβλήματος, ψύκτρα, ροή αέρα, προσανατολισμό τοποθέτησης ή θερμοκρασία περιβάλλοντος. Επομένως, ένα SSR “40 A” ενδέχεται να μην είναι σε θέση να μεταφέρει 40 A συνεχώς μέσα σε έναν θερμό, ερμητικά κλειστό πίνακα ελέγχου.

Χρησιμοποιήστε τον συντελεστή επιτρεπόμενου ρεύματος από την ακριβή καμπύλη του φύλλου δεδομένων:

Τύπος επιλογής ονομαστικού ρεύματος SSR

ISSR,rated ≥ Iload ÷ Fallowable

Πού:

• Iload: Μέγιστο συνεχές ρεύμα φορτίου
• Fallowable: Συντελεστής επιτρεπόμενου ρεύματος

όπου:

• Το I_{load} είναι το μέγιστο συνεχές ρεύμα φορτίου RMS;
• Το F_{allowable} είναι το χρησιμοποιήσιμο κλάσμα του ονομαστικού ρεύματος υπό τις πραγματικές συνθήκες περιβάλλοντος και τοποθέτησης.

Εάν ένα φύλλο δεδομένων επιτρέπει μόνο το 50% της ονομαστικής τιμής υπό τις συνθήκες σχεδιασμού, ένα συνεχές φορτίο 18 A απαιτεί ένα SSR με ονομαστική τιμή τουλάχιστον 36 A πριν από τους ελέγχους υπέρτασης και κατηγορίας φορτίου. Αυτός δεν είναι ένας καθολικός κανόνας υποβιβασμού 50%; είναι ένα παράδειγμα του πώς να εφαρμόσετε μια καμπύλη κατασκευαστή.

Ο έλεγχος ρεύματος δεν ολοκληρώνει την επιλογή. Ο υποψήφιος εξοπλισμός πρέπει επίσης να περάσει ελέγχους ρεύματος υπέρτασης, θερμικούς ελέγχους, ελέγχους συχνότητας μεταγωγής και ελέγχους προστατευτικού συντονισμού.

Επιλογή ρελέ στερεάς κατάστασης και υπολογιστής ψύκτρας

Χρησιμοποιήστε τον υπολογιστή επιλογής ρελέ στερεάς κατάστασης και ψύκτρας VIOX για να εκτιμήσετε την απαιτούμενη ονομαστική τιμή ρεύματος SSR, τις απώλειες αγωγιμότητας, τη θερμική αντίσταση της ψύκτρας, τη θερμοκρασία διασταύρωσης, το περιθώριο υπέρτασης, το ρεύμα διαρροής στην κατάσταση απενεργοποίησης και τον προκαταρκτικό συντονισμό I^2t της ασφάλειας ημιαγωγών.

Εισαγάγετε την πραγματική τεχνολογία εξόδου, τον τύπο φορτίου, την τάση του ηλεκτρικού συστήματος, την ισχύ ή το μετρούμενο ρεύμα, τον συντελεστή ισχύος, τον κύκλο λειτουργίας, τη θερμοκρασία περιβάλλοντος και τις θερμικές παραμέτρους από το φύλλο δεδομένων του υποψήφιου SSR.

[Εισαγάγετε εδώ τον υπολογιστή επιλογής ρελέ στερεάς κατάστασης & ψύκτρας VIOX]

Μόνο προκαταρκτική επιλογή: Το αποτέλεσμα δεν αντικαθιστά την ακριβή καμπύλη απομείωσης του κατασκευαστή, την ονομαστική τιμή κατηγορίας φορτίου, την καμπύλη ρεύματος υπέρτασης, τις οδηγίες τοποθέτησης, τις απαιτήσεις θερμικής διεπαφής ή τον εγκεκριμένο πίνακα συντονισμού ασφαλειών ημιαγωγών.

Ανοίξτε τον πλήρη υπολογιστή επιλογής ρελέ στερεάς κατάστασης και ψύκτρας

7. SSR μηδενικής διέλευσης έναντι τυχαίας ενεργοποίησης

Αυτή η επιλογή εφαρμόζεται κυρίως σε SSR εξόδου AC.

Μεταγωγή μηδενικής διέλευσης (zero-cross)

Ένα SSR μηδενικής διέλευσης αναμένει μέχρι η τάση AC να πλησιάσει το μηδέν πριν ενεργοποιηθεί. Χρησιμοποιείται ευρέως για ωμική θέρμανση και έλεγχο με ριπές (burst-fire), επειδή μπορεί να μειώσει τις αγώγιμες και ακτινοβολούμενες διαταραχές σε σύγκριση με τη μεταγωγή τυχαίας γωνίας.

Δεν είναι καθολικά η βέλτιστη λύση. Η συμπεριφορά μαγνήτισης μετασχηματιστών, η εκκίνηση κινητήρων και οι εξειδικευμένες μέθοδοι ελέγχου απαιτούν εξέταση ανάλογα με την εφαρμογή.

Μεταγωγή τυχαίας ενεργοποίησης (random turn-on)

Ένα SSR τυχαίας ενεργοποίησης αρχίζει να άγει μόλις το επιτρέψουν η εντολή εισόδου και οι συνθήκες του ημιαγωγού. Απαιτείται για τον έλεγχο ισχύος με γωνία φάσης και για εφαρμογές όπου ο ελεγκτής πρέπει να επιλέξει τη γωνία πυροδότησης.

Εφαρμογή	Συνήθες σημείο εκκίνησης	Έλεγχος πριν από την έγκριση
Ωμικός θερμαντήρας, απλή λειτουργία on/off	Μηδενική διέλευση (Zero-cross)	Περίοδος κύκλου, θερμικό φορτίο, απαιτήσεις EMI
Θερμαντήρας, έλεγχος γωνίας φάσης	Τυχαία ενεργοποίηση	Συμβατότητα ελεγκτή, αρμονικές, φιλτράρισμα EMC
Μετασχηματιστής	SSR/ελεγκτής ειδικού σκοπού	Ρεύμα εισόδου μαγνήτισης, υπολειπόμενος μαγνητισμός, στρατηγική πυροδότησης
Κινητήρας/συμπιεστής	SSR ονομαστικής ισχύος κινητήρα	Ρεύμα εκκίνησης/εμπλοκής, τρόπος μεταγωγής, εκκινήσεις ανά ώρα
Φορτίο DC	SSR εξόδου DC	Η ορολογία μηδενικής διέλευσης (zero-cross) δεν εφαρμόζεται

8. Μονοφασικό έναντι τριφασικού SSR

Ένα μονοφασικό SSR μεταγωγεί μία ελεγχόμενη διαδρομή ρεύματος. Ένα τριφασικό ηλεκτρικό σύστημα μπορεί να χρησιμοποιεί:

• ένας ενσωματωμένος τριφασικός SSR·;
• τρεις μονοφασικοί SSR ελεγχόμενοι από κοινού· ή
• δύο ελεγχόμενοι πόλοι σε κύκλωμα τριών αγωγών όπου ο εφαρμοστέος σχεδιασμός το επιτρέπει.

Μια ενσωματωμένη μονάδα απλοποιεί την τοποθέτηση και τον συντονισμένο έλεγχο, αλλά η συνδυασμένη θερμότητά της μπορεί να είναι σημαντική. Οι ξεχωριστοί SSR μπορούν να κατανείμουν τη θερμότητα και να απλοποιήσουν την αντικατάσταση, αλλά ο σχεδιασμός πρέπει να διαχειρίζεται ταυτόχρονες εντολές, ανίχνευση απώλειας φάσης, άνιση ψύξη και κοινή θερμοκρασία ψύκτρας.

Για κινητήρες, μην αντιμετωπίζετε τρεις ανεξάρτητους SSR γενικής χρήσης ως πλήρη εκκινητή κινητήρα. Η προστασία από υπερφόρτιση, η προστασία από βραχυκύκλωμα, η συμπεριφορά σε περίπτωση απώλειας φάσης, η λογική επανεκκίνησης και η απομόνωση εξακολουθούν να απαιτούν συντονισμένο σχεδιασμό.

9. Υπολογισμός απώλειας ισχύος SSR και απαίτησης ψύκτρας

Απώλεια αγωγιμότητας AC SSR

Για μια προκαταρκτική εκτίμηση με χρήση της πτώσης τάσης σε κατάσταση αγωγιμότητας:

Τύπος απωλειών αγωγιμότητας AC SSR

Ppole ≈ VON × IRMS × D

Πού:

• VON: Πτώση τάσης σε κατάσταση αγωγιμότητας
• IRMS: Ενεργός τιμή ρεύματος (RMS)
• D: Συντελεστής λειτουργίας (duty ratio)

όπου D είναι ο συντελεστής λειτουργίας. Εάν ο κατασκευαστής παρέχει καμπύλη απωλειών ισχύος, χρησιμοποιήστε αυτή την καμπύλη, διότι η πτώση τάσης δεν είναι απόλυτα σταθερή.

Απώλειες αγωγιμότητας DC MOSFET SSR

Για έξοδο MOSFET:

Τύπος απωλειών DC MOSFET SSR

Ppole ≈ IRMS² × RDS(on) × D

Πού:

• RDS(on): αντίσταση σε κατάσταση αγωγής (on resistance) του MOSFET
• D: Συντελεστής λειτουργίας (duty ratio)

Χρησιμοποιήστε την R_{DS(on)} στην αναμενόμενη θερμοκρασία διασταύρωσης, όχι μόνο την ονομαστική τιμή χαμηλής θερμοκρασίας. Η αντίσταση του MOSFET γενικά αυξάνεται με τη θερμοκρασία.

Θερμική αντίσταση ψύκτρας

Για ένα SSR σε μία ψύκτρα:

Τύπος θερμικής αντίστασης ψύκτρας

RθSA,max = (TJ,target − TA) ÷ P − RθJC − RθCS

Πού:

• TJ,target: Θερμοκρασία σύνδεσης στόχος
• TA: Θερμοκρασία περιβάλλοντος
• P: Απώλεια ισχύος SSR

όπου:

• Το T_{J,target} είναι το όριο θερμοκρασίας σύνδεσης σχεδιασμού, το οποίο διατηρείται κάτω από το απόλυτο μέγιστο·;
• Το T_A είναι η τοπική θερμοκρασία αέρα γύρω από την ψύκτρα·;
• Το P είναι η απώλεια ισχύος SSR·;
• Το R_{\theta JC} είναι η θερμική αντίσταση σύνδεσης προς περίβλημα·;
• Το R_{\theta CS} είναι η θερμική αντίσταση περιβλήματος προς ψύκτρα;
• Το R_{\theta SA} είναι η απαιτούμενη θερμική αντίσταση ψύκτρας προς περιβάλλον σε βαθμούς Κελσίου ανά watt.

Χαμηλότερο R_{\theta SA} σημαίνει μια πιο αποτελεσματική ψύκτρα.

Παράδειγμα εφαρμογής

Υποθέστε ότι ένα AC SSR μεταφέρει 18 A συνεχώς, έχει πτώση τάσης κατά την κατάσταση λειτουργίας 1.6 V και είναι εγκατεστημένο όπου η τοπική θερμοκρασία περιβάλλοντος μπορεί να φτάσει τους 45 βαθμούς C.

P = 1.6 \times 18 = 28.8\ W

Εάν ο σχεδιασμός στοχεύει σε θερμοκρασία διασταύρωσης 100 βαθμών C, R_{\theta JC}=0.5 βαθμούς C/W, και R_{\theta CS}=0.2 βαθμούς C/W:

R_{\theta SA,max} = ÷{100-45}{28.8} – 0.5 – 0.2 \approx 1.21\ ^\circ C/W

Η επιλεγμένη ψύκτρα πρέπει να παρέχει 1.21 βαθμούς C/W ή χαμηλότερη υπό τις πραγματικές συνθήκες προσανατολισμού, ροής αέρα στο περίβλημα, υψομέτρου και τοποθέτησης. Αυτό το παράδειγμα είναι ενδεικτικό· χρησιμοποιήστε τα ακριβή δεδομένα απωλειών του SSR και τις θερμικές αντιστάσεις.

Πολλαπλά SSR σε μία ψύκτρα

Όταν πολλές μονάδες μοιράζονται μία ψύκτρα, η συνολική θερμότητα αυξάνει τη θερμοκρασία της ψύκτρας, ενώ κάθε μονάδα διατηρεί τη δική της διαδρομή από τη διασταύρωση προς το περίβλημα:

Τύπος θερμοκρασίας διασταύρωσης SSR

TJ = TA + Ptotal × RθSA + Pmodule × (RθJC + RθCS)

Πού:

• TJ: Θερμοκρασία διασταύρωσης
• TA: Θερμοκρασία περιβάλλοντος

Μην υπολογίζετε κάθε SSR σαν να διαθέτει ολόκληρη την ψύκτρα για τον εαυτό του.

10. Λάβετε υπόψη τη θερμοκρασία του πίνακα, την ομαδοποίηση και την τοποθέτηση

Η θερμοκρασία δωματίου δεν αποτελεί τη θερμοκρασία περιβάλλοντος σχεδιασμού. Μετρήστε ή εκτιμήστε τη θερμοκρασία του αέρα κοντά στο SSR και την είσοδο της ψύκτρας αφού ο πίνακας φτάσει σε θερμική ισορροπία.

Οι συνήθεις αιτίες υποεκτίμησης της θερμοκρασίας του SSR περιλαμβάνουν:

• στεγανά ερμάρια εκτεθειμένα στο ηλιακό φως;
• ψύκτρες τοποθετημένες σε σημεία όπου εμποδίζεται η φυσική μεταφορά θερμότητας;
• αρκετά SSR, επαφείς ή τροφοδοτικά ομαδοποιημένα σε κοντινή απόσταση;
• οριζόντια πτερύγια που δεν μπορούν να αναπτύξουν διαδρομή ανοδικής ροής αέρα;
• μεγάλο υψόμετρο, φίλτρα σκόνης ή μειωμένη απόδοση εξαναγκασμένου αερισμού;
• υπερβολική ή κακώς εφαρμοσμένη θερμοαγώγιμη πάστα;
• ανομοιόμορφη πίεση τοποθέτησης ή παραμορφωμένη επιφάνεια ψύκτρας.

Χρησιμοποιήστε τις οδηγίες του κατασκευαστή του SSR σχετικά με τη ροπή σύσφιξης, την επιπεδότητα, το θερμικό υπόθεμα και την τοποθέτηση. Περισσότερη θερμοαγώγιμη πάστα δεν είναι καλύτερη· το υλικό διεπαφής πρέπει να γεμίζει τα μικροσκοπικά κενά χωρίς να δημιουργεί ένα παχύ μονωτικό στρώμα.

Ενσωματωμένη ψύκτρα ή ξεχωριστή ψύκτρα;

Ένα SSR με ενσωματωμένη ψύκτρα για ράγα DIN μπορεί να μειώσει τον αριθμό των εξαρτημάτων και τον χρόνο συναρμολόγησης, ενώ μια ξεχωριστή ψύκτρα δίνει στον σχεδιαστή μεγαλύτερη ελευθερία στη διαχείριση μεγαλύτερων απωλειών, κοινών θερμικών φορτίων, ροής αέρα και αντικατάστασης. Καμία κατασκευή δεν είναι εγγενώς καλύτερη.

Διαμόρφωση	Κύριο πλεονέκτημα	Κύριος περιορισμός	Καλύτερη μέθοδος αξιολόγησης
Ενσωματωμένη ψύκτρα	Συμπαγής συναρμολόγηση και απλοποιημένη εγκατάσταση	Σταθερή ικανότητα ψύξης και πιθανός συνωστισμός εντός της ζώνης ράγας DIN	Επαληθεύστε το επιτρεπόμενο ρεύμα στην πραγματική θερμοκρασία περιβάλλοντος του πίνακα και την απόσταση
Ξεχωριστή ψύκτρα	Μεγαλύτερη επιλογή θερμικής αντίστασης, μεγέθους και ροής αέρα	Περισσότερη εργασία τοποθέτησης και μεγαλύτερη εξάρτηση από την ποιότητα της διεπαφής	Υπολογίστε την πλήρη θερμική διαδρομή και επικυρώστε τη θερμοκρασία περιβλήματος
Κοινόχρηστη ψύκτρα	Μπορεί να μειώσει τον χώρο στον πίνακα για αρκετά SSR	Η θερμότητα από κάθε μονάδα αυξάνει τη θερμοκρασία της κοινής ψύκτρας	Χρησιμοποιήστε τη συνολική απώλεια θερμότητας συν τη διαδρομή σύνδεσης κάθε μονάδας ξεχωριστά

Μην επιλέγετε μεταξύ αυτών των επιλογών μόνο με βάση το ρεύμα φορτίου. Συγκρίνετε το προκύπτον περιθώριο θερμοκρασίας σύνδεσης υπό τις ίδιες συνθήκες περιβλήματος.

11. Κατανόηση του ρεύματος διαρροής στην κατάσταση απενεργοποίησης (Off-State) και του ελάχιστου φορτίου

Ένα SSR δεν συμπεριφέρεται όπως ένα μηχανικό διάκενο αέρα. Ο ημιαγωγός εξόδου του και οποιοδήποτε εσωτερικό κύκλωμα απόσβεσης (snubber) επιτρέπουν τη διέλευση ενός μικρού ρεύματος ενώ είναι απενεργοποιημένο.

Αυτή η διαρροή μπορεί να προκαλέσει:

• Τη φωτεινή ένδειξη ή το αναβόσβημα λαμπτήρων LED;
• μετρητές υψηλής σύνθετης αντίστασης να εμφανίζουν “τάση-φάντασμα”·;
• μικρά σωληνοειδή να παράγουν βόμβο ή να μην αποδεσμεύουν·;
• ηλεκτρονικά τροφοδοτικά να φορτίζουν και να επανεκκινούν περιοδικά·;
• ένα φορτίο να εμφανίζεται υπό τάση κατά την αντιμετώπιση προβλημάτων.

Συγκρίνετε το μέγιστο ρεύμα διαρροής στην κατάσταση απενεργοποίησης (off-state) του SSR με το ρεύμα αποδέσμευσης και το ελάχιστο ρεύμα λειτουργίας του φορτίου. Μια εγκεκριμένη από τον κατασκευαστή αντίσταση διαρροής (bleed resistor) μπορεί να επιλύσει ορισμένα προβλήματα μικρών φορτίων, αλλά προσθέτει θερμότητα και πρέπει να είναι ονομαστικής τιμής για συνεχή τάση και ασφαλή εκφόρτιση. Ένα εξωτερικό κύκλωμα απόσβεσης RC (snubber) μπορεί επίσης να αυξήσει τη διαρροή.

Πάντα να απομονώνετε και να επαληθεύετε την απουσία τάσης πριν από τη συντήρηση. Η εντολή απενεργοποίησης του SSR δεν αποτελεί ασφαλή μέθοδο απομόνωσης.

12. Συντονισμός προστασίας γύρω από το SSR

Κανένα μεμονωμένο προστατευτικό εξάρτημα δεν αντιμετωπίζει κάθε καταπόνηση του SSR.

Προστατευτικό μέτρο	Κύριος σκοπός	Προσοχή κατά την επιλογή
Αυτόματος διακόπτης κλάδου ή γενική ασφάλεια	Προστασία καλωδίων και κυκλωμάτων	Ενδέχεται να είναι πολύ αργό για την προστασία της επαφής ημιαγωγού
Ταχεία ασφάλεια ημιαγωγών	Περιορίζει την ενέργεια σφάλματος μέσω του SSR	Χρησιμοποιήστε τον πίνακα συντονισμού του κατασκευαστή του SSR ή συγκρίνετε με βάση μια έγκυρη κοινή δοκιμή
MOV	Περιορίζει την επαναλαμβανόμενη ή περιστασιακή υπέρταση	Συντονισμός MCOV, επιπέδου περιορισμού, ενέργειας, γήρανσης και ρεύματος συνέχειας
RC snubber	Περιορίζει το dv/dt και τις ταλαντώσεις σε επαγωγικά κυκλώματα AC	Προσθέτει ρεύμα διαρροής στην κατάσταση απενεργοποίησης και θερμότητα
Δίοδος Flyback	Καταστέλλει την επαγωγική αιχμή ενός πηνίου DC	Επιβραδύνει την απελευθέρωση του πηνίου και πρέπει να έχει τη σωστή πολικότητα
Δίοδος TVS	Περιορίζει τις μεταβατικές τάσεις DC σε υψηλότερη τάση	Ταχύτερη απελευθέρωση φορτίου αλλά υψηλότερη καταπόνηση από μια δίοδο ελεύθερης ροής
Θερμικός διακόπτης ή αισθητήρας	Ανιχνεύει την υπερθέρμανση της ψύκτρας	Τοποθετήστε το σε σημείο που αντιπροσωπεύει την κρίσιμη θερμική διαδρομή
Μηχανικός επαφέας/διακόπτης απομόνωσης	Παρέχει απομόνωση ή εφεδρικό τερματισμό λειτουργίας	Πρέπει να συντονίζεται για την αλληλουχία και την ικανότητα διακοπής σφάλματος

Συντονισμός ασφάλειας ημιαγωγών

Ένας MCCB ή ένας MCB μπορεί να εκκαθαρίσει ένα σφάλμα, επιτρέποντας όμως αρκετή ενέργεια ώστε να καταστραφεί ένας SSR. Όπου απαιτείται προστασία ημιαγωγών, χρησιμοποιήστε μια υπερταχεία ασφάλεια που συνιστάται από τον κατασκευαστή του SSR.

Μια προκαταρκτική σύγκριση ενέργειας παλμού μπορεί να χρησιμοποιήσει:

Εκτίμηση ενέργειας παλμού

I²t ≈ Ipeak² × tpulse

Πού:

• Ipeak: Μέγιστο ρεύμα
• tpulse: Διάρκεια παλμού

Ωστόσο, το συνολικό I^2t εκκαθάρισης της ασφάλειας και το I^2t αντοχής του SSR είναι ουσιαστικά μόνο όταν η κυματομορφή, η διάρκεια, η αρχική θερμοκρασία, η τάση του ηλεκτρικού συστήματος και οι συνθήκες δοκιμής τους είναι συμβατές. Ένας εγκεκριμένος πίνακας συντονισμού αποτελεί ισχυρότερη απόδειξη από μια μεμονωμένη σύγκριση αριθμών καταλόγου.

Επιλογή MOV και κυκλώματος απόσβεσης (snubber)

Η μέγιστη συνεχής τάση λειτουργίας του MOV πρέπει να παραμένει πάνω από την υψηλότερη κανονική τάση γραμμής, ενώ το επίπεδο προστασίας του πρέπει να παραμένει κάτω από τη σχετική αντοχή σε μεταβατικές τάσεις του SSR. Οι επαναλαμβανόμενες μεταβατικές τάσεις, η σύνθετη αντίσταση της πηγής και η συμπεριφορά του MOV στο τέλος της διάρκειας ζωής του έχουν επίσης σημασία.

Ένα κύκλωμα απόσβεσης RC (RC snubber) είναι χρήσιμο όπου η υπερβολική τιμή dv/dt ή οι επαγωγικές ταλαντώσεις απειλούν με εσφαλμένη ενεργοποίηση ή καταπόνηση της συσκευής. Θα πρέπει να σχεδιάζεται ως μέρος του κυκλώματος και όχι να προστίθεται αυτόματα, επειδή αυξάνει το ρεύμα στην κατάσταση απενεργοποίησης (off-state).

Χρησιμοποιήστε τις τάσεις θερμοκρασίας και όχι μόνο ένα σταθερό σημείο ενεργοποίησης

Σε εξοπλισμό συνεχούς λειτουργίας ή υψηλής κρισιμότητας, ένας αισθητήρας θερμοκρασίας ψύκτρας μπορεί να προσφέρει περισσότερα από έναν απλό τερματισμό έκτακτης ανάγκης. Η παρακολούθηση της τάσης της θερμοκρασίας σε συνδυασμό με το ρεύμα φορτίου και τη θερμοκρασία περιβάλλοντος του πίνακα μπορεί να αποκαλύψει μια φραγμένη δίοδο αέρα, έναν ανεμιστήρα που έχει αστοχήσει, μια μολυσμένη ψύκτρα, μια χαλαρή θερμική διεπαφή ή έναν αυξανόμενο κύκλο λειτουργίας πριν ο SSR φτάσει στο όριο ενεργοποίησής του.

Μια αυξανόμενη θερμοκρασία ψύκτρας δεν αποτελεί απόδειξη ότι ο ίδιος ο SSR είναι ελαττωματικός. Συγκρίνετε τις ενδείξεις υπό παρόμοιες συνθήκες φορτίου και περιβάλλοντος και εξετάστε ολόκληρη τη θερμική διαδρομή. Ένας θερμικός διακόπτης συνδεδεμένος μόνο στην είσοδο ελέγχου δεν μπορεί επίσης να διακόψει ένα φορτίο αφού ο SSR έχει ήδη αστοχήσει σε κατάσταση βραχυκυκλώματος· απαιτείται μια ξεχωριστή μηχανική διάταξη μεταγωγής ή απομόνωσης όπου η εκτίμηση κινδύνου απαιτεί θετική διακοπή.

13. Σχεδιασμός για κοινούς τρόπους αστοχίας SSR

Τα ημιαγωγά ισχύος συχνά αστοχούν βραχυκυκλωμένα, ειδικά μετά από υπέρβαση θερμοκρασίας, ρεύμα υπέρτασης, υπέρταση ή ανεπαρκή περιορισμό της ενέργειας σφάλματος. Το φορτίο μπορεί να παραμείνει ενεργοποιημένο ακόμη και όταν η είσοδος ελέγχου είναι απενεργοποιημένη.

Σύμπτωμα	Πιθανές αιτίες	Τεχνική απάντηση
Το φορτίο παραμένει πλήρως ενεργοποιημένο	Αστοχία ημιαγωγού εξόδου λόγω βραχυκυκλώματος· παράκαμψη καλωδίωσης	Απομονώστε την τροφοδοσία, επαληθεύστε την αντίσταση εξόδου σύμφωνα με τη μέθοδο δοκιμής του κατασκευαστή, αντικαταστήστε το SSR, διερευνήστε τα αίτια θερμικής καταπόνησης και υπερτάσεων
Το φορτίο δεν ενεργοποιείται	Ανοικτή έξοδος, ανεπαρκής οδήγηση εισόδου, καμένη ασφάλεια, σφάλμα φορτίου	Μετρήστε με ασφάλεια την είσοδο ελέγχου, την τάση εξόδου, τη συνέχεια της ασφάλειας και το ρεύμα φορτίου
Λειτουργεί εν ψυχρώ, αστοχεί εν θερμώ	Ανεπαρκής ψύκτρα, κακή διεπαφή, υπερβολική θερμοκρασία περιβάλλοντος, οριακή είσοδος	Καταγράψτε τη θερμοκρασία της θήκης/ψύκτρας και το ρεύμα μετά τη θερμική σταθεροποίηση
Ενοχλητική λειτουργία ασφάλειας	Υποτιμημένο ρεύμα εισόδου φορτίου, λανθασμένη ασφάλεια, επαναλαμβανόμενη υπέρταση	Καταγράψτε την κυματομορφή ρεύματος εισόδου και ελέγξτε τον συντονισμό ασφάλειας/SSR
Εσφαλμένη ενεργοποίηση	Υπερβολικό dv/dt, θόρυβος ελέγχου, σύζευξη καλωδίωσης	Βελτιώστε τη δρομολόγηση, την καταστολή, τη θωράκιση και το περιθώριο θορύβου εισόδου
Το μικρό φορτίο αναβοσβήνει ή τρίζει ενώ είναι απενεργοποιημένο	Ρεύμα διαρροής ή ρεύμα κυκλώματος απόσβεσης (snubber)	Ελέγξτε το μέγιστο ρεύμα διαρροής σε σχέση με τα χαρακτηριστικά απελευθέρωσης του φορτίου· χρησιμοποιήστε ένα εγκεκριμένο κύκλωμα αποστράγγισης (bleed network) ή διαφορετική αρχιτεκτονική εξόδου

Όπου η συνεχιζόμενη τροφοδοσία θα μπορούσε να δημιουργήσει κινδύνους πυρκαγιάς, κίνησης, πίεσης ή διεργασίας, μην βασίζεστε σε ένα μόνο SSR για την κατάσταση ασφαλείας. Χρησιμοποιήστε έναν κατάλληλο μηχανικό αποζεύκτη ή αρχιτεκτονική με πιστοποίηση ασφαλείας, ανεξάρτητη προστασία από υπερθερμοκρασία και παρακολούθηση σφαλμάτων, όπως απαιτείται από την εκτίμηση κινδύνου.

14. Προδιαγραφή προμήθειας SSR

Μια περιγραφή αγοράς όπως “40 A SSR, είσοδος 24 V” είναι ελλιπής. Χρησιμοποιήστε μια προδιαγραφή που επιτρέπει στον προμηθευτή και τον κατασκευαστή πίνακα να αξιολογήσουν την πραγματική εφαρμογή.

Πεδίο προδιαγραφών	Πληροφορίες προς αίτηση ή παροχή
Εφαρμογή	Εξοπλισμός φορτίου, σκοπός μεταγωγής, κύκλος λειτουργίας, εκκινήσεις/κύκλοι ανά ώρα
Είσοδος	Ονομαστική τιμή/εύρος, ρεύμα εισόδου, επίπεδα ενεργοποίησης/απενεργοποίησης (pickup/dropout), πολικότητα, τύπος εξόδου PLC
Τεχνολογία εξόδου	AC triac/SCR, DC MOSFET, αμφίδρομο DC, ή ενσωματωμένο τριφασικό
Τροφοδοσία φορτίου	Ονομαστική και μέγιστη τάση, συχνότητα, διάταξη φάσεων
Δεδομένα φορτίου	Ενεργό ρεύμα (RMS), συντελεστής ισχύος, απόδοση, κυματομορφή ρεύματος εισόδου (inrush), διάρκεια υπέρτασης
Τρόπος μεταγωγής	Συμβατότητα με μηδενική διέλευση (zero-cross), τυχαία ενεργοποίηση, ή αναλογικό ελεγκτή
Ικανότητα ρεύματος	Συνεχές ρεύμα στην καθορισμένη θερμοκρασία περιβάλλοντος και συνθήκη τοποθέτησης
Θερμικά δεδομένα	Καμπύλη απωλειών ισχύος, V_{ON} ή R_{DS(on)}, R_{\theta JC}, απαίτηση διεπαφής, καμπύλη απομείωσης
Δεδομένα κατάστασης απενεργοποίησης	Ρεύμα διαρροής, ελάχιστο φορτίο, τάση αποκοπής, στατικό και μεταγωγικό dv/dt
Δεδομένα υπέρτασης	Ρεύμα αιχμής, κυματομορφή, διάρκεια παλμού, όρια επανάληψης, βάση I^2t
Προστασία	Εγκεκριμένη ασφάλεια ημιαγωγών, καθοδήγηση MOV/snubber, επιλογή υπερθέρμανσης
Μηχανική	Περίβλημα, ακροδέκτες, τοποθέτηση, ψύκτρα, ροπή σύσφιξης, προστασία από άμεση επαφή
Τεκμηρίωση	Αναθεώρηση φύλλου δεδομένων, εκθέσεις δοκιμών, ιχνηλασιμότητα, αποδεικτικά στοιχεία εφαρμοστέας πιστοποίησης

15. Λίστα ελέγχου προμηθευτή για έργα OEM και ηλεκτρικών πινάκων

Πριν από την έγκριση μιας σειράς SSR, ζητήστε από τον προμηθευτή να παρέχει:

• καμπύλες απομείωσης ρεύματος σε σχέση με τη θερμοκρασία περιβάλλοντος για την ακριβή διάταξη τοποθέτησης;
• δεδομένα απωλειών ισχύος σε όλο το προβλεπόμενο εύρος ρεύματος;
• θερμική αντίσταση από τη διασταύρωση προς το περίβλημα και οδηγίες διεπαφής;
• καμπύλες ρεύματος υπέρτασης με αναγραφόμενη κυματομορφή και διάρκεια;
• προτεινόμενα μοντέλα ασφαλειών ταχείας τήξης ή τεκμηριωμένη μέθοδο συντονισμού;
• μέγιστο ρεύμα διαρροής και ελάχιστο φορτίο στη θερμοκρασία λειτουργίας;
• δεδομένα dv/dt και μεταβατικής τάσης;
• ροπή σύσφιξης ακροδεκτών και απαιτήσεις αγωγών;
• ιχνηλασιμότητα παρτίδας και διαδικασία ελέγχου αλλαγών;
• δεδομένα παρτίδας παραγωγής για κρίσιμα χαρακτηριστικά όπως διαρροή κατά την κατάσταση απενεργοποίησης (off-state), πτώση τάσης κατά την κατάσταση ενεργοποίησης (on-state), τάση αποκοπής και τάση ενεργοποίησης εισόδου όπου χρησιμοποιείται στατιστικός έλεγχος διεργασιών;
• αποδεικτικά στοιχεία για οποιαδήποτε αξιούμενη πιστοποίηση ή συμμόρφωση με πρότυπα;
• δείγματα για επικύρωση θερμικής ανόδου, ρεύματος εισόρμησης, διαρροής και απόκρισης σε σφάλμα στην πραγματική διάταξη.

Για προμήθειες OEM μεγάλου όγκου, τα δεδομένα στατιστικής ικανότητας μπορούν να βοηθήσουν στον προσδιορισμό του εάν μια παράμετρος ελέγχεται με συνέπεια αντί απλώς να περνά τα όρια προδιαγραφών. Εάν ένας προμηθευτής αναφέρει έναν δείκτη ικανότητας διεργασίας όπως ο Cpk, επιβεβαιώστε το χαρακτηριστικό που μετρήθηκε, το μέγεθος του δείγματος, τα όρια ελέγχου, τη θερμοκρασία δοκιμής και την περίοδο της παρτίδας. Μια τιμή Cpk χωρίς αυτό το πλαίσιο δεν αποτελεί ουσιαστική απόδειξη της αξιοπιστίας του SSR.

Το πρότυπο IEC 62314:2022 αφορά τις απαιτήσεις για ρελέ στερεάς κατάστασης (SSR) τύπου «όλα ή τίποτα» εντός του πεδίου εφαρμογής του. Οι ημιαγωγικοί ελεγκτές AC και οι επαφείς για φορτία μη κινητήρων εμπίπτουν στο πρότυπο IEC 60947-4-3, ενώ οι ημιαγωγικοί ελεγκτές κινητήρων και οι εκκινητές καλύπτονται από το πρότυπο IEC 60947-4-2. Οι ισχύουσες απαιτήσεις για το προϊόν και τη συναρμολόγηση εξαρτώνται από τον τρόπο παροχής και ενσωμάτωσης του SSR· ένα πιστοποιητικό εξαρτήματος δεν πιστοποιεί από μόνο του τον ολοκληρωμένο πίνακα.

16. Συνήθη λάθη κατά την επιλογή SSR

Αντιμετώπιση του ρεύματος της πινακίδας ως ωφέλιμου ρεύματος του πίνακα

Η διόρθωση έγκειται στη χρήση της ακριβούς καμπύλης απομείωσης (derating curve) και στην επαλήθευση της θερμοκρασίας της επαφής υπό τις δυσμενέστερες συνθήκες περιβάλλοντος.

Παράβλεψη του ρεύματος εισόδου (inrush) του φορτίου

Μετρήστε ή προμηθευτείτε την κυματομορφή του ρεύματος εισόδου. Μια τιμή ρεύματος αιχμής χωρίς τη διάρκεια του παλμού δεν επαρκεί.

Υπόθεση ότι η μεταγωγή στο μηδέν (zero-cross) είναι πάντα προτιμότερη

Η μεταγωγή στο μηδέν αποτελεί μια ισχυρή προεπιλογή για πολλές εφαρμογές ωμικής θέρμανσης, αλλά δεν αποτελεί καθολικό κανόνα για μετασχηματιστές, κινητήρες ή έλεγχο γωνίας φάσης.

Επιλογή ψύκτρας βάσει της ονομαστικής έντασης του SSR

Υπολογίστε την πραγματική απώλεια ημιαγωγού και την πλήρη θερμική διαδρομή. Δύο SSR με την ίδια ονομαστική ένταση μπορεί να έχουν διαφορετικές πτώσεις τάσης και θερμικές απαιτήσεις.

Βασιζόμενοι σε έναν γενικό αυτόματο διακόπτη για την προστασία του SSR

Η προστασία των αγωγών και η προστασία των επαφών ημιαγωγών είναι ξεχωριστές εργασίες συντονισμού.

Αντιμετωπίζοντας την κατάσταση “off” ως απομονωμένη

Λάβετε υπόψη το υπολειπόμενο ρεύμα και το σφάλμα βραχυκυκλώματος. Παρέχετε ασφαλή απομόνωση και μια διαδρομή απενεργοποίησης κατάλληλη για τον κίνδυνο.

Αντικατάσταση ενός EMR χωρίς επανεξέταση της συμπεριφοράς του κυκλώματος

Ένα SSR μεταβάλλει το υπολειπόμενο ρεύμα, τη θερμότητα, τον τρόπο αστοχίας, την πτώση τάσης και τη μεταβατική συμπεριφορά. Εάν η απόφαση παραμένει μεταξύ τεχνολογιών, επανεξετάστε Ηλεκτρομηχανικός επαφέας έναντι επαφέα στερεάς κατάστασης πριν από την οριστικοποίηση του σχεδιασμού.

Συχνές Ερωτήσεις

Είναι πάντα ασφαλέστερη μια υψηλότερη ονομαστική τιμή έντασης ρεύματος (amp rating) για έναν SSR;

Όχι απαραίτητα. Μια υψηλότερη κατηγορία ρεύματος παρέχει συνήθως μεγαλύτερη επιφάνεια chip ή θερμικό περιθώριο, αλλά το όφελος εξαρτάται από τον εσωτερικό σχεδιασμό, την ψύκτρα, τη θερμοκρασία περιβάλλοντος, τους ακροδέκτες, την ονομαστική τιμή υπέρτασης και την προστασία. Η υπερδιαστασιολόγηση δεν μπορεί να αντισταθμίσει την εσφαλμένη τεχνολογία εξόδου ή την ανεπαρκή θερμική τοποθέτηση.

Μπορούν δύο SSR να συνδεθούν παράλληλα για την κατανομή του ρεύματος;

Μην συνδέετε παράλληλα κοινές εξόδους SSR, εκτός εάν ο κατασκευαστής το υποστηρίζει ρητά. Μικρές διαφορές στην τάση κατά την κατάσταση λειτουργίας (on-state), στη θερμοκρασία και στην αντίσταση της καλωδίωσης μπορεί να προκαλέσουν τη μεταφορά δυσανάλογου ρεύματος από μία συσκευή, δημιουργώντας θερμική αστάθεια. Χρησιμοποιήστε έναν SSR με τη σωστή ονομαστική τιμή ή μια εγκεκριμένη από τον κατασκευαστή παράλληλη διάταξη.

Μπορούν αρκετοί SSR να μοιράζονται μία ψύκτρα;

Ναι, εάν οι ηλεκτρικές αποστάσεις, η απομόνωση, οι οδηγίες τοποθέτησης και ο συνδυαστικός θερμικός υπολογισμός το επιτρέπουν. Χρησιμοποιήστε τη συνολική απώλεια της μονάδας για να υπολογίσετε τη θερμοκρασία της ψύκτρας και, στη συνέχεια, προσθέστε την άνοδο θερμοκρασίας από τη διασταύρωση προς το περίβλημα (junction-to-case) και από το περίβλημα προς την ψύκτρα (case-to-sink) για κάθε SSR.

Γιατί η τάση μετριέται στο φορτίο όταν ο SSR είναι απενεργοποιημένος;

Η διαρροή στην κατάσταση απενεργοποίησης (off-state) μέσω του ημιαγωγού ή του εσωτερικού κυκλώματος απόσβεσης (snubber) μπορεί να προκαλέσει ένδειξη στο όργανο μέτρησης, ειδικά με ένα ψηφιακό πολύμετρο υψηλής σύνθετης αντίστασης. Προσδιορίστε εάν πρόκειται για ακίνδυνη τάση φάντασμα ή για ρεύμα επαρκές για τη λειτουργία του φορτίου. Μην υποθέτετε ποτέ ότι το κύκλωμα είναι ασφαλές για επαφή με βάση την εντολή ελέγχου.

Είναι ένας SSR μηδενικής διέλευσης (zero-cross) πάντα η καλύτερη επιλογή για ένα φορτίο AC;

Όχι. Προτιμάται συνήθως για τη μεταγωγή ωμικών θερμαντήρων και τον έλεγχο ριπής (burst control), αλλά ο έλεγχος γωνίας φάσης απαιτεί τυχαία ενεργοποίηση (random turn-on). Οι εφαρμογές μετασχηματιστών και κινητήρων απαιτούν καθοδήγηση ανάλογα με το φορτίο, επειδή η γωνία μεταγωγής μπορεί να μεταβάλει το ρεύμα εισόδου (inrush) και την ηλεκτρομαγνητική καταπόνηση.

Γιατί να χρησιμοποιήσετε μια ασφάλεια ημιαγωγών εάν το κύκλωμα διαθέτει ήδη αυτόματο διακόπτη;

Ο αυτόματος διακόπτης προστατεύει κυρίως την καλωδίωση και αποκαθιστά τα σφάλματα κυκλώματος. Μια επαφή ημιαγωγού μπορεί να υποστεί ζημιά πριν ανοίξει ένας τυπικός αυτόματος διακόπτης. Μια συντονισμένη υπερταχεία ασφάλεια περιορίζει την ενέργεια διέλευσης σε ένα επίπεδο που μπορεί να αντέξει ο SSR.

Πόσο θερμός είναι ο SSR όταν θεωρείται υπερβολικά θερμός;

Δεν υπάρχει αξιόπιστος κανόνας θερμοκρασίας αφής. Χρησιμοποιήστε τη μέγιστη θερμοκρασία περιβλήματος ή επαφής που ορίζει ο κατασκευαστής και, στη συνέχεια, σχεδιάστε με βάση έναν χαμηλότερο στόχο που παρέχει περιθώριο λειτουργίας. Επαληθεύστε την τοπική θερμοκρασία περιβάλλοντος, τη θερμοκρασία περιβλήματος, τη θερμοκρασία της ψύκτρας και το ρεύμα αφού ο πίνακας φτάσει σε μόνιμη κατάσταση.

Κανόνας Τελικής Επιλογής

Ένας αξιόπιστος SSR επιλέγεται ξεκινώντας από το φορτίο προς τα πίσω και όχι από το ονομαστικό ρεύμα του καταλόγου προς τα εμπρός. Πρώτα αντιστοιχίστε την τεχνολογία εξόδου AC ή DC και την είσοδο ελέγχου. Στη συνέχεια, αξιολογήστε τη συσκευή ως προς το ρεύμα εισόδου (inrush) του φορτίου, την απομείωση (derating) του φύλλου δεδομένων, τη μέθοδο μεταγωγής, τις απώλειες αγωγιμότητας, τη θερμοκρασία επαφής, τη συμπεριφορά διαρροής, την προστασία από μεταβατικά φαινόμενα και την απόκριση σε σφάλματα.

Το καλύτερο αρχείο προμηθειών δεν είναι απλώς “SSR, 40 A”. Είναι ένα τεκμηριωμένο σημείο λειτουργίας που δείχνει το πραγματικό φορτίο, τη θερμοκρασία περιβάλλοντος, την ψύκτρα, το προφίλ υπερτάσεων, τις προστατευτικές διατάξεις και την ασφαλή απόκριση σε περίπτωση βραχυκύκλωσης της εξόδου.

Τεχνικές Αναφορές

• IEC 62314:2022 – Ρελέ στερεάς κατάστασης
• IEC 60947-4-2:2020+AMD1:2024 – Ημιαγωγικοί ελεγκτές κινητήρων, εκκινητές και ομαλοί εκκινητές
• IEC 60947-4-3:2020 – Ελεγκτές και επαφείς ημιαγωγών AC για φορτία μη κινητήρων