Egy SSR adatlap megadja a maximális feszültséget és áramerősséget a megadott vizsgálati körülmények között. A vezérlőszekrény olyan körülményeket ad hozzá, amelyek általában meghatározzák az eszköz megbízhatóságát: motorindítási áram, kondenzátortöltési impulzusok, a burkolaton belül rekedt hő, szorosan csoportosított teljesítményelektronikai eszközök, valamint olyan tranziens jelenségek, amelyek soha nem jelennek meg a névleges terhelési értékekben.
Ezért a félvezető relé (SSR) kiválasztása nem csupán katalógusszám szerinti választás. A megbízható kiválasztáshoz négy mérnöki kérdésre kell választ adni:
| Döntés | Mit kell meghatározni |
|---|---|
| 1. Elektromosan kompatibilis-e az SSR? | AC vagy DC kimenet, vezérlőbemeneti tartomány, polaritás, feszültség, frekvencia, fázisrend és kapcsolási mód |
| 2. Képes-e elviselni a terhelést? | Folyamatos RMS áramerősség, bekapcsolási áramlökés nagysága és időtartama, teljesítménytényező, kapcsolási frekvencia és tranziens feszültség |
| 3. Képes a telepítés a hő elvezetésére? | Vezetési veszteség, helyi elosztó környezeti hőmérséklete, teljesítménycsökkentési görbe, hőátadó felület, hűtőborda, csoportosítás és légáramlás |
| 4. Mi történik hiba esetén? | Szivárgóáram, félvezető-biztosító koordináció, túlfeszültség-védelem, túlmelegedésre adott válasz, valamint biztonságos lekapcsolás rövidre zárt kimeneti hiba után |
Kövesse ezt a négy döntést sorrendben. Ne kompenzálja a hiányzó terhelési vagy hőtechnikai adatokat univerzális áramszorzó alkalmazásával.
Ez az útmutató ipari vezérlőszekrény vagy OEM alkalmazást feltételez. A termékjellemzőket, a vezetékezést, a védelmi koordinációt és a hőtechnikai kialakítást az adott SSR adatlapja és a vonatkozó berendezésszabvány alapján kell ellenőrizni.
A legfontosabb tudnivalók
- Egy Az AC-kimenetű SSR normál esetben nem képes DC kapcsolására, mivel a triakos vagy tirisztoros kimenet a kikapcsoláshoz az áram nullátmenetére támaszkodik. A DC-kimenetű SSR általában MOSFET-eket használ, és a DC polaritásnak, valamint a feszültségnek megfelelően kell kiválasztani.
- A nyomtatott SSR-áram egy feltételes maximum, nem pedig egy garantáltan használható paneláram. A megengedett áramerősség meredeken csökkenhet a környezeti hőmérséklet emelkedésével vagy a hűtőborda teljesítményének romlásával.
- A rezisztív terhelőáram önmagában nem elegendő motorok, transzformátorok, lámpák, mágnesszelepek vagy kapacitív terhelések esetén. A kiválasztást gyakran azok indítási árama és a túláram időtartama határozza meg.
- A hűtőborda kiválasztását a következőkre kell alapozni: teljesítményveszteség és átmeneti hőmérséklet, nem pedig egy általános szabályra, mint például “a terhelőáram kétszeresét kell használni”.”
- A kikapcsolt állapot nem jelent szakadásos leválasztást. Az SSR-ek rendelkeznek szivárgóárammal és rövidzárlatos állapotban is meghibásodhatnak, ezért nem használhatók kizárólagos karbantartási leválasztóként vagy biztonsági leválasztó eszközként.
- Az ágvezeték-megszakító megvédheti a kábelt anélkül, hogy megvédené a félvezetőt. A gyors félvezető-biztosíték koordinációját szükség esetén külön ellenőrizni kell.
SSR-kiválasztás áttekintése
| Kiválasztási szempont | Mit kell meghatározni | Miért fontos |
|---|---|---|
| Kimenet típusa | AC, DC vagy AC/DC-képes architektúra | A nem megfelelő kimeneti eszköz esetleg nem kapcsol ki, vagy azonnal károsodhat |
| Vezérlőbemenet | Bemeneti feszültségtartomány, áramigény, polaritás | Egy névleges 24 V-os PLC-kimenetnek megbízhatóan kell vezérelnie az SSR-t valós feszültségesési körülmények között |
| Terhelési kategória | Fűtőelem, motor, transzformátor, lámpa, mágnesszelep, LED-meghajtó, kondenzátortelep | Minden terhelés eltérő bekapcsolási áramlökést, teljesítménytényezőt és kapcsolási igénybevételt eredményez |
| Működési feszültség | Normál, maximális, tranziens és frekvencia | Az SSR-nek el kell viselnie mind az állandó feszültséget, mind az ismétlődő zavarokat |
| Folyamatos áram | RMS áram a legkedvezőtlenebb üzemi ponton | Meghatározza a termikus kiválasztás kiindulópontját |
| Lökőáram | Csúcsérték, hullámforma és időtartam | Meghatározza, hogy a kimeneti chip túléli-e az indítási és hiba-tranzienseket |
| Kapcsolási mód | Nullátmenetes, véletlenszerű bekapcsolású vagy arányos vezérlés | Hatással van az EMI-re, a bekapcsolási áramlökésre és a vezérlési módra |
| Hőtechnikai tervezés | Teljesítményveszteség, környezeti hőmérséklet, R-theta értékek, légáramlás | A túlzott csatlakozási hőmérséklet az SSR korai meghibásodásának elsődleges oka |
| Kikapcsolt állapotú viselkedés | Szivárgó áram, dv/dt, minimális terhelés | A kis terhelések izzhatnak, zöröghetnek vagy úgy tűnhet, mintha feszültség alatt maradnának |
| Védelem | Félvezető biztosíték, MOV, snubber, TVS, túlmelegedés elleni kioldás | A különböző komponensek különböző meghibásodási mechanizmusokat kezelnek |
Ha először az alapvető belső felépítésre és működési elvre van szüksége, olvassa el a Félvezető relék megértése. című részt. Ez az oldal a méretezésre és a specifikációra összpontosít, ahelyett, hogy megismételné az általános definíciót.
1. Gyűjtse össze a terhelési adatokat az SSR kiválasztása előtt
Egy SSR nem választható ki helyesen pusztán a “230 V, 10 A” alapján. Állítson össze egy terhelési profilt legalább a következő információkkal:
- AC vagy DC tápellátás, beleértve a frekvenciát és a polaritást
- Egyfázisú vagy háromfázisú áramkör
- Maximális normál tápfeszültség, nem csak a névleges feszültség
- Terhelési teljesítmény vagy mért állandósult RMS áram
- Teljesítménytényező és hatásfok, ahol alkalmazható
- Indítási, töltési, mágnesezési vagy hidegizzószál-bekapcsolási áramlökés
- Túlfeszültség időtartama és kapcsolási frekvencia
- Munkaciklus és várható indítások száma óránként
- Helyi levegőhőmérséklet a burkolaton belül
- Beépítési irány, szellőzés és távolság a szomszédos hőforrásoktól
- Szükséges vezérlési mód: egyszerű be/ki, impulzuscsomag-vezérlés, fázishasításos vezérlés vagy gyors ciklusú kapcsolás
- Az SSR rövidzárlati meghibásodásának következménye
Meglévő berendezéseknél a mért áram és a bekapcsolási áram hullámformái általában hasznosabbak, mint önmagában a teljesítménycímke. Új tervezésnél a gyártó által megadott maximális áram- és indítóáram-adatokat használja, ahelyett, hogy általános szorzókra támaszkodna.
A normál terhelőáram becslése
Egyfázisú terhelés esetén:
Egyfázisú terhelőáram képlete
Iload = P ÷ (V × PF × η)
Hol:
- Iload: Terhelőáram (A)
- P: Teljesítmény (W)
- V: Feszültség (V)
- PF: Teljesítménytényező
- η: Hatásfok
Kiegyensúlyozott háromfázisú terhelés esetén:
Háromfázisú terhelőáram képlete
Iload = P ÷ (√3 × VLL × PF × η)
Hol:
- Iload: Terhelőáram (A)
- P: Teljesítmény (W)
- VLL: Fázisok közötti feszültség (V)
- PF: Teljesítménytényező
- η: Hatásfok
Ellenállásos fűtőtest esetén a teljesítménytényező és a hatásfok gyakran közel van az 1-hez. Motor esetén használja a típustáblán feltüntetett áramerősséget, amennyiben rendelkezésre áll. Ha a megadott teljesítmény mechanikai kimenő teljesítmény, a hatásfokot figyelembe kell venni.
2. Válassza ki a megfelelő kimeneti technológiát: AC SSR vagy DC SSR
A terhelési tápellátás határozza meg a kimeneti fokozatot. A vezérlőfeszültség nem.
Például egy olyan relé, amelyet úgy írnak le, mint DC-AC általában 3-32 V DC vezérlőjelet fogad, de AC terhelést kapcsol. Az első kifejezés a bemenetet, a második a kimenetet írja le.
| SSR kimenet | Tipikus félvezető | Megfelelő terhelési tápellátás | Fontos korlátozás |
|---|---|---|---|
| AC kimenet | Triak vagy párhuzamosan kapcsolt, ellentétes irányú SCR-ek | AC terhelések | Általában kikapcsol, amikor a terhelőáram átlépi a nullát; nem alkalmas hagyományos DC kapcsolásra |
| DC kimenet | MOSFET, speciális kialakításoknál esetenként IGBT | DC terhelések | Ügyeljen a polaritásra, kivéve, ha a kimenet kifejezetten kétirányú |
| Kétirányú DC kimenet | Háttal kapcsolt MOSFET-ek | DC, ahol fordított irányú blokkolás szükséges | A sorba kapcsolt eszközök nagyobb vezetési veszteséget eredményezhetnek |
| Háromfázisú AC kimenet | Három vezérelt AC kimeneti pólus | Háromfázisú AC terhelések | A termikus és fáziskiesési viselkedést minden pólusra vonatkozóan értékelni kell |
Ne használja a bemeneti leírást a kimeneti kompatibilitás kikövetkeztetésére. Olvassa el a teljes megnevezést, a kapocsdiagramot és a kimeneti specifikációt.
Kapcsolhat az AC SSR DC-t?
Általában nem. A triak vagy a szilíciumvezérelt egyenirányító (SCR) reteszelt állapotban marad, amíg az áramerősség a tartóárama felett van. A DC-nek nincs természetes áramnullátmenete, ezért az eszköz az input jel eltávolítása után is bekapcsolva maradhat.
Kapcsolhat a DC SSR AC-t?
Csak akkor, ha a kimenetét kifejezetten kétirányú áramra tervezték. A hagyományos polarizált MOSFET kimenet nem helyettesíti az AC SSR-t.
3. Illessze a vezérlőbemenetet a PLC-hez, vezérlőhöz vagy érzékelőhöz
Egy általános SSR bemenet, amelyen ez áll: 3-32 V DC LED-et és áramkorlátozó hálózatot tartalmaz. Ez a széles körű jelölés még nem igazolja a kompatibilitást minden vezérlővel.
Ellenőrizd:
- garantált bekapcsolási feszültség és garantált kikapcsolási feszültség
- bemeneti áram a teljes feszültségtartományban
- bemeneti polaritás
- vezérlő kimeneti típusa: sourcing (forrás), sinking (nyelő), relé, triak vagy tranzisztor
- PLC kimeneti áram csatornánként és közös csoportonként
- maradékáram vagy szivárgóáram a vezérlőből “kikapcsolt” állapotban”
- feszültségesés hosszú vezérlővezetékekben
- szükséges leválasztás a csatornák és áramkörök között
AC-bemenetű SSR-ek esetén ellenőrizze a bemeneti frekvenciát, a meghúzási tartományt, az elejtési feszültséget és a bemeneti áramot. Egy AC-kimenetű PLC vagy kétvezetékes érzékelő elegendő szivárgó áramot termelhet ahhoz, hogy egy érzékeny SSR-bemenetet aktív állapotban tartson; ilyenkor megfelelően méretezett söntellenállás-hálózatra vagy közbenső relére lehet szükség.
4. A terhelés típusa alapján válasszon, ne csak az üzemi áram szerint
Ugyanaz a 10 A üzemi áram a terheléstől függően nagyon eltérő igénybevételt okozhat.
| Terhelés típusa | Fő elektromos igénybevétel | Kiválasztási fókusz | Tipikus kapcsolási megközelítés |
|---|---|---|---|
| Ohmos fűtőtest | Folyamatos áram és szekrényen belüli hő | RMS áram, munkaciklus, hűtőborda | A nullátmenetes kapcsolást általában be/ki vagy impulzuscsoportos vezérléshez használják |
| Motor vagy kompresszor | Indítási és állórész-blokkolt áram, gyakori kapcsolás | Motor névleges adatai, indítási időtartam, megakadás elleni védelem, termikus tartalék | Kövesse az SSR gyártójának motorterhelésre vonatkozó útmutatását |
| Transzformátor | A mágnesezési bekapcsolási áramlökés a kapcsolási szögtől és a remanenciától függ | Transzformátorspecifikus túláramgörbe és kapcsolási módszer | Használjon célzott megoldást; ne feltételezze, hogy a nullátmenetes kapcsolás automatikusan a legjobb |
| Mágnesszelep vagy szelep | Induktív kikapcsolási feszültség | Túlfeszültség-védelem és kioldási idő követelménye | AC vagy DC kimenet a tekercshez illesztve; alkalmazzon megfelelő zavarszűrést |
| Izzólámpa vagy infravörös lámpa | Hideg izzószál bekapcsolási áramlökése | Hidegellenállás és ismétlődő túlfeszültség-tűrőképesség | A nullátmenet gyakran csökkenti a zavarokat, az alkalmazási adatok függvényében |
| LED-meghajtó vagy kapacitív bemenet | Kondenzátortöltési impulzus, magas csúcstényező, kis állandó áram | Csúcsáram, impulzusidőtartam, minimális terhelés, szivárgás | Használja a kapacitív terhelésre vonatkozó adatokat; az adattáblán feltüntetett wattérték önmagában nem elegendő |
Rezisztív fűtési terhelések
A fűtési terhelések általában a legegyszerűbb SSR-alkalmazások, de hosszú ideig magas kitöltési tényezővel működhetnek. Emiatt a vezetési veszteség és a burkolat hőmérséklete fontosabb, mint az indítási áram. Használja a maximális melegállapotú áramot és a legrosszabb elképzelhető tápfeszültséget.
Motorok és kompresszorok
Ne méretezzen motorhoz való SSR-t kizárólag a teljes terhelésű áram alapján. Ellenőrizze az indítási áramot, a gyorsítási időt, az óránkénti indítások számát, a forgórész-blokkolás elleni védelmet, a fáziskiesést, valamint azt, hogy szükséges-e irányváltás vagy fékezés. Az általános célú SSR áramerősség-besorolása nem egyenértékű a motorhasználati besorolással.
Lágyindítást, áramkorlátozást vagy szabályozott gyorsítást igénylő alkalmazásokhoz egy félvezetős motorvezérlő vagy lágyindító megfelelőbb lehet, mint egy egyszerű ki-be kapcsoló SSR. Az IEC 60947-4-2 szabvány hatálya alá tartoznak a félvezetős motorvezérlők, indítók és lágyindítók.
Transformers
A transzformátor mágnesezési bekapcsolási áramlökését nagymértékben befolyásolja a zárási szög, a maradványfluxus, a forrásimpedancia és a transzformátor kialakítása. A pontosan nulla feszültségnél történő zárás egyes transzformátoralkalmazásoknál jelentős fluxusaszimmetriát okozhat. Válasszon olyan SSR-t vagy vezérlőt, amely kifejezetten transzformátoros terheléshez való útmutatással és hitelesített túláram-burkológörbével rendelkezik.
LED-meghajtók és kapacitív terhelések
Egy LED-tápegység az indítást követően csak az amper töredékét veheti fel, de rövid, az üzemi áramnál sokszor nagyobb töltési impulzust generálhat. Hasonlítsa össze a meghajtó bekapcsolási áramának nagyságát és impulzusszélességét az SSR ismétlődő és nem ismétlődő túláramadataival. Ellenőrizze a kikapcsolt állapotú szivárgóáramot is, mivel az feltöltheti a bemeneti kondenzátort, ami villogást okozhat.
5. Ellenőrizze a kimeneti feszültséget és a tranziens tartalékot
Az SSR kimeneti feszültségértékének meg kell haladnia a nyitott kimeneten megjelenő legmagasabb állandósult feszültséget. Emellett el kell viselnie a hálózati zavarokat, az induktív kapcsolásokat és az ismétlődő tranzienseket.
Áttekintés:
- névleges és maximális folyamatos tápfeszültség
- AC RMS érték a csúcszárófeszültséggel szemben
- DC maximális üzemi feszültség
- ismétlődő csúcs-zárófeszültség
- statikus és kommutációs dv/dt
- túlfeszültség-környezet és előtétvédelem
- vezérlő- és terhelőáramkörök közötti szigetelési névleges érték
Ne alkalmazzon egyetlen univerzális feszültségtartalék-százalékot minden SSR-technológiára. Használja a gyártó alkalmazási görbéjét, és hangolja össze az SSR-t a kiválasztott fém-oxid varisztorral (MOV), tranziensfeszültség-elnyomó (TVS) eszközzel vagy túlfeszültség-védelmi eszközzel (SPD).
6. Az SSR áramerősségének méretezése a teljesítménycsökkentési görbe alapján
Az SSR-en feltüntetett áramerősséget általában meghatározott termikus körülmények között állapítják meg. Ezek a körülmények magukban foglalhatnak egy adott tokhőmérsékletet, hűtőbordát, légáramlást, szerelési irányt vagy környezeti hőmérsékletet. Ezért egy “40 A”-es SSR előfordulhat, hogy nem képes 40 A folyamatos áramot vezetni egy meleg, zárt vezérlőszekrényen belül.
Használja a megengedett áramerősségi tényezőt a pontos adatlap görbéje alapján:
SSR névleges áramerősség kiválasztási képlet
ISSR,névleges ≥ Iterhelés ÷ Fmegengedett
Hol:
- Iterhelés: Maximális folyamatos terhelőáram
- Fmegengedett: Megengedett áramtényező
ahol:
- Az I_{load} a maximális folyamatos RMS terhelőáram;
- Az F_{allowable} a névleges áramerősség felhasználható hányada az aktuális környezeti és szerelési körülmények között.
Ha az adatlap a tervezési feltételek mellett csak 50%-ot engedélyez a névleges értékből, akkor egy 18 A-es folyamatos terheléshez legalább 36 A névleges értékű SSR szükséges a túláram- és terhelési kategória ellenőrzése előtt. Ez nem egy általános 50%-os teljesítménycsökkentési szabály; ez egy példa arra, hogyan kell alkalmazni a gyártói görbét.
Az áramerősség szerinti szűrés nem zárja le a kiválasztást. A jelöltnek még meg kell felelnie a túláram-, hő-, kapcsolási frekvencia- és védelmi koordinációs ellenőrzéseken.
Félvezető relé kiválasztása és hűtőborda-kalkulátor
Használja a VIOX félvezető relé kiválasztó és hűtőborda-kalkulátort a szükséges SSR névleges áramerősség, vezetési veszteség, hűtőborda hőellenállás, csatlakozási hőmérséklet, túláramtartalék, kikapcsolt állapotú szivárgóáram és az előzetes félvezető-biztosító I^2t koordináció becsléséhez.
Adja meg a tényleges kimeneti technológiát, a terhelés típusát, a rendszerfeszültséget, a teljesítményt vagy a mért áramerősséget, a teljesítménytényezőt, a munkaciklust, a környezeti hőmérsékletet és a kiválasztott SSR adatlap szerinti hőtechnikai paramétereket.
[VIOX félvezető relé kiválasztó és hűtőborda-kalkulátor beszúrása ide]
Csak előzetes kiválasztáshoz: Az eredmény nem helyettesíti a gyártó pontos terhelhetőségi görbéjét, a terhelési kategória szerinti besorolást, a túláramgörbét, a szerelési utasításokat, a hőátadó felületre vonatkozó követelményeket vagy a jóváhagyott félvezető-biztosító koordinációs táblázatot.
A teljes félvezető relé kiválasztó és hűtőborda-kalkulátor megnyitása
7. Nullaátmenetes vs. véletlenszerű bekapcsolású SSR
Ez a választás főként AC-kimenetű SSR-ekre vonatkozik.
Nullátmenetes kapcsolás
A nullátmenetes SSR a bekapcsolás előtt megvárja, amíg az AC feszültség közel nulla lesz. Széles körben alkalmazzák ellenállásos fűtésnél és impulzuscsomag-vezérlésnél, mivel a tetszőleges szögű kapcsoláshoz képest csökkentheti a vezetett és sugárzott zavarokat.
Nem minden esetben ez a legjobb megoldás. A transzformátorok mágnesezési viselkedése, a motorindítás és a speciális vezérlési módok alkalmazásspecifikus felülvizsgálatot igényelnek.
Véletlenszerű bekapcsolású kapcsolás
A véletlenszerű bekapcsolású SSR amint a bemeneti parancs és a félvezető állapota lehetővé teszi, megkezdi a vezetést. Erre fázishasításos teljesítményszabályozásnál és olyan alkalmazásoknál van szükség, ahol a vezérlőnek kell megválasztania a gyújtási szöget.
| Alkalmazás | Szokásos kiindulópont | Jóváhagyás előtt ellenőrizze |
|---|---|---|
| Ohmos fűtőtest, egyszerű be/ki kapcsolás | Nullátmenet | Ciklusidő, hőterhelés, EMI követelmények |
| Fűtőtest, fázishasításos vezérlés | Véletlenszerű bekapcsolás | Vezérlő kompatibilitás, harmonikusok, EMC szűrés |
| Transzformátor | Célzott alkalmazású SSR/vezérlő | Mágnesezési bekapcsolási áramlökés, remanencia, gyújtási stratégia |
| Motor/kompresszor | Motorvezérlésre alkalmas SSR | Indítási/elakadási áram, kapcsolási mód, indítások száma óránként |
| DC terhelés | DC-kimenetű SSR | A nullátmenetes kapcsolás fogalma nem alkalmazható |
8. Egyfázisú vs. háromfázisú SSR
Az egyfázisú SSR egy vezérelt áramutat kapcsol. A háromfázisú elektromos rendszer a következőket használhatja:
- egy integrált háromfázisú SSR;
- három egyfázisú SSR együttes vezérléssel; vagy
- két vezérelt pólus háromvezetékes áramkörben, ahol az alkalmazandó kialakítás ezt lehetővé teszi.
Az integrált egység egyszerűsíti a szerelést és a koordinált vezérlést, de a kombinált hőtermelése jelentős lehet. A különálló SSR-ek eloszthatják a hőt és egyszerűsíthetik a cserét, de a kialakításnak kezelnie kell az egyidejű parancsokat, a fáziskiesés-érzékelést, az egyenetlen hűtést és a közös hűtőborda hőmérsékletét.
Motorok esetében ne kezeljen három független általános célú SSR-t komplett motorindítóként. A túlterhelés elleni védelem, a rövidzárlat elleni védelem, a fáziskiesési viselkedés, az újraindítási logika és a leválasztás továbbra is koordinált tervezést igényel.
9. Az SSR teljesítményveszteségének és a hűtőborda-igénynek a kiszámítása
AC SSR vezetési veszteség
Előzetes becsléshez, a bekapcsolt állapotú feszültségesést használva:
AC SSR vezetési veszteség képlete
Ppole ≈ VON × IRMS × D
Hol:
- VON: Bekapcsolt állapotú feszültségesés
- IRMS: RMS áramerősség
- D: Kitöltési tényező
ahol D a bekapcsolási kitöltési tényező. Ha a gyártó teljesítményveszteségi görbét biztosít, használja azt a görbét, mivel a feszültségesés nem teljesen állandó.
DC MOSFET SSR vezetési veszteség
MOSFET kimenet esetén:
DC MOSFET SSR veszteségképlet
Ppole ≈ IRMS² × RDS(on) × D
Hol:
- RDS(on): MOSFET bekapcsolt állapotú ellenállása
- D: Kitöltési tényező
Az R_{DS(on)} értékét a várható átmeneti hőmérsékleten használja, ne csak az alacsony hőmérsékletű névleges értéket. A MOSFET ellenállása általában a hőmérséklet növekedésével nő.
Hűtőborda hőellenállása
Egy SSR egy hűtőbordán történő alkalmazása esetén:
Hűtőborda hőellenállásának képlete
RθSA,max = (TJ,target − TA) ÷ P − RθJC − RθCS
Hol:
- TJ,target: Cél-átmeneti hőmérséklet
- TA: Környezeti hőmérséklet
- P: SSR teljesítményveszteség
ahol:
- A T_{J,target} a tervezési átmeneti hőmérséklet-határérték, amelyet az abszolút maximum alatt kell tartani;
- A T_A a hűtőborda körüli helyi levegő hőmérséklete;
- A P az SSR teljesítményvesztesége;
- Az R_{\theta JC} az átmenet-tok hőellenállás;
- R_{\theta CS} a tokozás és a hűtőborda közötti hőellenállás;
- R_{\theta SA} a szükséges hűtőborda és környezet közötti hőellenállás Celsius-fok per wattban kifejezve.
Az alacsonyabb R_{\theta SA} hatékonyabb hűtőbordát jelent.
Kidolgozott példa
Assume an AC SSR carries 18 A continuously, has a 1.6 V on-state drop, and is installed where local ambient temperature may reach 45 degrees C.
P = 1,6 \times 18 = 28,8\ W
Ha a tervezés 100 °C-os csatlakozási hőmérsékletet céloz meg, R_{\theta JC}=0,5 °C/W, és R_{\theta CS}=0,2 °C/W:
R_{\theta SA,max} = ÷{100-45}{28.8} – 0.5 – 0.2 \approx 1.21\ ^\circ C/W
A kiválasztott hűtőbordának biztosítania kell a 1,21 °C/W vagy annál alacsonyabb értéket a tényleges beépítési helyzet, a szekrény légáramlása, a tengerszint feletti magasság és a szerelési körülmények mellett. Ez a példa szemléltető jellegű; használja a pontos SSR-veszteségadatokat és hőellenállásokat.
Több SSR egy hűtőbordán
Amikor több modul osztozik egy hűtőbordán, a teljes hőmennyiség megemeli a hűtőborda hőmérsékletét, miközben minden modul megtartja a saját átmenet-tok útvonalát:
SSR átmeneti hőmérséklet képlet
TJ = TA + Ptotal × RθSA + Pmodule × (RθJC + RθCS)
Hol:
- TJ: Átmeneti hőmérséklet
- TA: Környezeti hőmérséklet
Ne úgy számítsa ki az egyes SSR-ek hőigényét, mintha a teljes hűtőborda csak az övé lenne.
10. Vegye figyelembe a szekrényhőmérsékletet, a csoportosítást és a szerelést
A szobahőmérséklet nem a tervezési környezeti hőmérséklet. Mérje meg vagy becsülje meg az SSR és a hűtőborda bemenete körüli levegő hőmérsékletét, miután a szekrény elérte a termikus egyensúlyt.
Az SSR hőmérsékletének alulbecslése gyakori okai közé tartoznak:
- napfénynek kitett zárt szekrények;
- olyan helyre szerelt hűtőbordák, ahol a természetes konvekció akadályozott;
- egymáshoz közel csoportosított több SSR, mágneskapcsoló vagy tápegység;
- vízszintes bordák, amelyeknél nem alakulhat ki felfelé irányuló légáramlási út;
- nagy tengerszint feletti magasság, porszűrők vagy csökkentett kényszerhűtési teljesítmény;
- túlzott vagy rosszul felvitt hővezető paszta;
- egyenetlen rögzítési nyomás vagy vetemedett hűtőborda-felület.
Kövesse az SSR gyártójának nyomatékra, síklapúságra, hővezető lapra és szerelésre vonatkozó utasításait. A több hővezető paszta nem jobb; az illesztőanyagnak a mikroszkopikus hézagokat kell kitöltenie anélkül, hogy vastag szigetelőréteget képezne.
Beépített hűtőborda vagy különálló hűtőborda?
A beépített DIN-sínre szerelhető hűtőbordával ellátott SSR csökkentheti az alkatrészszámot és az összeszerelési időt, míg a különálló hűtőborda nagyobb szabadságot ad a tervezőnek a nagyobb veszteségek, a megosztott hőterhelés, a légáramlás és a csere kezelésében. Egyik konstrukció sem jobb önmagában.
| Konfiguráció | Fő előny | Fő korlátozás | Legjobb értékelési módszer |
|---|---|---|---|
| Beépített hűtőborda | Kompakt összeszerelés és egyszerűsített telepítés | Rögzített hűtési kapacitás és lehetséges zsúfoltság a DIN-sín zónáján belül | Ellenőrizze a megengedett áramerősséget a tényleges elosztószekrény-környezetben és a távolságok figyelembevételével |
| Különálló hűtőborda | Szélesebb választék hőellenállás, méret és légáramlás tekintetében | Több szerelési munka és nagyobb függés az illesztési felület minőségétől | Számítsa ki a teljes hőutat és ellenőrizze a tokhőmérsékletet |
| Közös hűtőborda | Csökkentheti a több SSR számára szükséges panelhelyet | Minden modul hője növeli a közös hűtőborda hőmérsékletét | Használja a teljes hőveszteséget, valamint az egyes modulok egyedi átmeneti útját |
Ne csak a terhelőáram alapján válasszon ezen opciók közül. Hasonlítsa össze az eredményül kapott átmeneti hőmérsékleti tartalékot azonos szekrényfeltételek mellett.
11. A kikapcsolt állapotú szivárgóáram és a minimális terhelés megértése
Az SSR nem úgy viselkedik, mint egy mechanikus légrés. A kimeneti félvezetője és az esetleges belső snubber áramkör kikapcsolt állapotban is átenged egy kis áramot.
Ez a szivárgás a következőket okozhatja:
- LED-lámpák izzását vagy villogását;
- nagy impedanciájú mérőműszerek “szellem” feszültséget jeleznek;
- kis mágnesszelepek zúgnak vagy nem engednek el;
- elektronikus tápegységek időszakosan feltöltődnek és újraindulnak;
- a terhelés feszültség alatt lévőnek tűnik hibakeresés közben.
Hasonlítsa össze az SSR maximális kikapcsolt állapotú szivárgóáramát a terhelés elengedési áramával és minimális üzemi áramával. A gyártó által jóváhagyott söntellenállás megoldhat néhány kis terheléssel kapcsolatos problémát, de hőt termel, és folyamatos feszültségre, valamint biztonságos kisütésre kell méretezni. Egy külső RC-tag szintén növelheti a szivárgást.
Karbantartás előtt mindig válassza le a berendezést, és ellenőrizze a feszültségmentességet. Az SSR kikapcsolt állapota nem minősül biztonságos leválasztási módnak.
12. Védelem koordinálása az SSR körül
Egyetlen védelmi komponens sem kezeli az összes SSR-t érő igénybevételt.
| Védelmi intézkedés | Fő cél | Választási óvatosság |
|---|---|---|
| Ágmegszakító vagy általános biztosíték | Kábel- és áramkörvédelem | Túl lassú lehet a félvezető átmenet védelméhez |
| Gyors félvezető biztosíték | Korlátozza az SSR-en áthaladó hibaenergiát | Használja az SSR gyártójának koordinációs táblázatát, vagy hasonlítsa össze az adatokat érvényes, közös vizsgálati alapon |
| MOV | Korlátozza az ismétlődő vagy alkalmi túlfeszültséget | Hangolja össze az MCOV-t, a korlátozási szintet, az energiát, az öregedést és a követőáramot |
| RC snubber | Korlátozza a dv/dt értéket és a lengéseket az AC induktív áramkörökön | Kikapcsolt állapotú szivárgóáramot és hőt ad hozzá |
| Visszacsapó dióda | Elnyomja a DC tekercs induktív feszültséglökését | Lassítja a tekercs elengedését, és a polaritásnak helyesnek kell lennie |
| TVS dióda | Magasabb feszültségen korlátozza a DC tranziens jelenségeket | Gyorsabb terhelés-elengedés, de nagyobb igénybevétel, mint a visszacsapó dióda esetében |
| Hőkapcsoló vagy érzékelő | Érzékeli a hűtőborda túlmelegedését | Olyan helyre kell tenni, ahol a kritikus hővezetési útvonalat képviseli |
| Mechanikus mágneskapcsoló/leválasztó | Leválasztást vagy redundáns lekapcsolást biztosít | A szekvenciális működés és a zárlati terhelhetőség szempontjából össze kell hangolni |
Félvezetővédő biztosíték koordinációja
Egy MCCB vagy MCB képes megszakítani a zárlatot, miközben még mindig elegendő energia juthat át az SSR tönkretételéhez. Ahol félvezetővédelem szükséges, használjon az SSR gyártója által ajánlott ultragyors biztosítékot.
Az impulzusenergia előzetes összehasonlításához az alábbi használható:
Impulzusenergia-becslés
I²t ≈ Ipeak² × tpulse
Hol:
- Ipeak: Csúcsáram
- tpulse: Impulzus időtartama
A biztosíték teljes kioldási I^2t értéke és az SSR I^2t tűrése azonban csak akkor összevethető, ha a hullámforma, az időtartam, a kezdeti hőmérséklet, a rendszerfeszültség és a vizsgálati körülmények megegyeznek. A jóváhagyott koordinációs táblázat megbízhatóbb bizonyíték, mint az önmagában álló katalógusszám-összehasonlítás.
MOV és snubber kiválasztása
A MOV maximális folyamatos üzemi feszültségének a legmagasabb normál hálózati feszültség felett kell maradnia, miközben a védelmi szintjének az SSR vonatkozó tranziens tűrése alatt kell lennie. Az ismétlődő tranziensek, a forrásimpedancia és a MOV élettartam végi viselkedése szintén fontos szempont.
Az RC-tag hasznos ott, ahol a túlzott dv/dt vagy az induktív lengések téves bekapcsolást vagy az eszköz igénybevételét okozhatják. Ezt az áramkör részeként kell megtervezni, nem automatikusan hozzáadni, mivel növeli a kikapcsolt állapotú áramot.
Ne csak egy rögzített kioldási pontot használjon, hanem figyelje a hőmérsékleti trendeket is
Folyamatosan üzemelő vagy nagy kockázatú berendezések esetén a hűtőborda hőmérséklet-érzékelője többre is képes, mint a vészleállítás. A hőmérséklet trendjének a terhelőárammal és a szekrény környezeti hőmérsékletével együtt történő figyelése feltárhatja az eldugult légutakat, a meghibásodott ventilátort, a szennyezett hűtőbordát, a laza hőátadó felületet vagy a növekvő munkaciklust, még mielőtt az SSR elérné a kioldási küszöbértékét.
A hűtőborda emelkedő hőmérséklete önmagában nem bizonyítja, hogy az SSR hibás. Hasonlítsa össze a leolvasott értékeket hasonló terhelési és környezeti feltételek mellett, és vizsgálja meg a teljes hőátadási utat. A csak a vezérlőbemenetre csatlakoztatott hőkapcsoló nem tudja megszakítani a terhelést, ha az SSR már rövidzárlatosan meghibásodott; külön mechanikus kapcsoló vagy leválasztó eszköz szükséges ott, ahol a kockázatértékelés pozitív megszakítást követel meg.
13. Tervezés az SSR gyakori meghibásodási módjaira
A teljesítmény-félvezetők gyakran rövidzárlatosan, hibásodnak meg, különösen túlmelegedés, túláram, túlfeszültség vagy nem megfelelő hibaenergia-korlátozás után. A terhelés akkor is feszültség alatt maradhat, ha a vezérlőbemenet ki van kapcsolva.
| Tünet | Valószínű okok | Mérnöki válasz |
|---|---|---|
| A terhelés folyamatosan bekapcsolva marad | A kimeneti félvezető rövidzárlatos lett; vezetékezési áthidalás | Feszültségmentesítse a rendszert, ellenőrizze a kimeneti ellenállást a gyártó vizsgálati módszere szerint, cserélje ki az SSR-t, vizsgálja meg a termikus és túlfeszültség-eredetű okokat |
| A terhelés nem kapcsol be | Szakadt kimenet, elégtelen bemeneti vezérlés, kiolvadt biztosíték, terhelési hiba | Mérje meg biztonságosan a vezérlőbemenetet, a kimeneti feszültséget, a biztosíték folytonosságát és a terhelőáramot |
| Hidegen működik, melegen meghibásodik | Nem megfelelő hűtőborda, rossz illesztés, túlzott környezeti hőmérséklet, határértéken lévő bemenet | Naplózza a ház/hűtőborda hőmérsékletét és az áramerősséget a termikus stabilizáció után |
| Zavaró biztosítékműködés | A terhelési bekapcsolási áram alulbecsült, rossz biztosíték, ismétlődő túlfeszültség | Rögzítse a bekapcsolási áram hullámformáját, és vizsgálja felül a biztosíték/SSR koordinációt |
| Hibás bekapcsolás | Túlzott dv/dt, vezérlési zaj, vezetékezési csatolás | Javítsa az útvonalvezetést, az elnyomást, az árnyékolást és a bemeneti zajtűrést |
| A kis terhelés kikapcsolt állapotban világít vagy zörög | Szivárgóáram vagy snubber áram | Ellenőrizze a maximális szivárgást a terhelés kioldási karakterisztikájához képest; használjon jóváhagyott söntölő hálózatot vagy eltérő kimeneti architektúrát |
Ahol a folyamatos feszültség alatt tartás tűz-, mozgás-, nyomás- vagy folyamatveszélyt okozhat, ne hagyatkozzon egyetlen SSR-re a biztonságos állapot eléréséhez. Használjon megfelelő mechanikus leválasztót vagy biztonsági besorolású architektúrát, független túlmelegedés elleni védelmet és hibafelügyeletet a kockázatértékelés előírásai szerint.
14. SSR beszerzési specifikáció
Egy olyan beszerzési leírás, mint a “40 A SSR, 24 V bemenet”, nem teljes. Használjon olyan specifikációt, amely lehetővé teszi a szállító és a kapcsolószekrény-gyártó számára a valós alkalmazás értékelését.
| Specifikációs mező | Kérendő vagy megadandó információk |
|---|---|
| Alkalmazás | Terhelő berendezés, kapcsolási cél, munkaciklus, indítások/ciklusok száma óránként |
| Bemenet | Névleges/tartomány, bemeneti áram, meghúzási/elengedési szintek, polaritás, PLC kimeneti típus |
| Kimeneti technológia | AC triak/SCR, DC MOSFET, kétirányú DC, vagy integrált háromfázisú |
| Terhelési táplálás | Névleges és maximális feszültség, frekvencia, fázisrendezés |
| Terhelési adatok | RMS áram, teljesítménytényező, hatásfok, bekapcsolási áramlökés hullámformája, túlfeszültség időtartama |
| Kapcsolási mód | Nullátmenetes, véletlenszerű bekapcsolású vagy arányos vezérlő kompatibilitás |
| Áramterhelhetőség | Folyamatos áram a megadott környezeti és szerelési körülmények mellett |
| Termikus adatok | Teljesítményveszteségi görbe, V_{ON} vagy R_{DS(on)}, R_{\theta JC}, illesztési követelmény, teljesítménycsökkentési görbe |
| Kikapcsolt állapotú adatok | Szivárgóáram, minimális terhelés, zárófeszültség, statikus és kommutációs dv/dt |
| Túlfeszültség-adatok | Csúcsáram, hullámforma, impulzusidőtartam, ismétlődési határértékek, I^2t alap |
| Védelem | Jóváhagyott félvezető biztosíték, MOV/snubber útmutató, túlmelegedés elleni opció |
| Mechanikus | Tokozás, kapcsok, szerelés, hűtőborda, nyomaték, érintésvédelem |
| Dokumentáció | Adatlap-revízió, vizsgálati jegyzőkönyvek, nyomon követhetőség, vonatkozó tanúsítási igazolások |
15. Beszállítói audit ellenőrzőlista OEM és elosztószekrény-projektekhez
Mielőtt jóváhagyna egy SSR-családot, kérje meg a beszállítót, hogy biztosítsa a következőket:
- áramerősség-környezeti hőmérséklet teljesítménycsökkentési görbék a pontos szerelési elrendezéshez;
- teljesítményveszteségi adatok a tervezett áramtartományban;
- átmeneti (junction-to-case) hőellenállás és illesztési utasítások;
- túláramgörbék a hullámforma és az időtartam megadásával;
- ajánlott gyorsbiztosító-modellek vagy dokumentált koordinációs módszer;
- maximális szivárgóáram és minimális terhelés üzemi hőmérsékleten;
- dv/dt és tranziens feszültségadatok;
- kapocsnyomaték és vezetékre vonatkozó követelmények;
- gyártási tétel szerinti nyomonkövethetőség és változáskezelési folyamat;
- gyártási tétel adatai a kritikus jellemzőkre vonatkozóan, mint például kikapcsolt állapotú szivárgás, bekapcsolt állapotú feszültségesés, zárófeszültség és bemeneti meghúzási érték, ahol statisztikai folyamatszabályozást alkalmaznak;
- bizonyíték bármely állított tanúsítványra vagy szabványmegfelelőségre;
- minták a melegedés, bekapcsolási áramlökés, szivárgás és hiba-válaszidő validálásához a tényleges szerelvényben.
Nagy volumenű OEM beszerzés esetén a statisztikai képességi adatok segíthetnek annak meghatározásában, hogy egy paraméter következetesen szabályozott-e, ahelyett, hogy csak éppen megfelelne a specifikációs határértékeknek. Ha egy beszállító olyan folyamatképességi mutatót jelent, mint a Cpk, erősítse meg a mért jellemzőt, a mintaméretet, az ellenőrzési határértékeket, a vizsgálati hőmérsékletet és a tétel időszakát. A Cpk-érték ezen kontextus nélkül nem az SSR megbízhatóságának érdemi bizonyítéka.
Az IEC 62314:2022 szabvány a hatálya alá tartozó, ki-be kapcsoló félvezető relékre vonatkozó követelményeket határozza meg. A nem motorikus terhelésekhez használt AC félvezető vezérlők és mágneskapcsolók az IEC 60947-4-3, míg a félvezető motorvezérlők és indítók az IEC 60947-4-2 hatálya alá tartoznak. Az alkalmazandó termék- és szerelési követelmények attól függnek, hogyan történik az SSR táplálása és integrálása; az alkatrész-tanúsítvány önmagában nem tanúsítja a kész kapcsolószekrényt.
16. Gyakori hibák az SSR kiválasztásakor
A típustáblán szereplő áramerősség kezelése felhasználható paneláramként
A helyes eljárás a pontos teljesítménycsökkentési (derating) görbe használata, valamint a csatlakozási hőmérséklet ellenőrzése a legrosszabb környezeti feltételek mellett.
A terhelési bekapcsolási áram figyelmen kívül hagyása
Mérje meg vagy szerezze be a bekapcsolási áram hullámformáját. Az impulzusidőtartam nélküli csúcsáram-érték nem elegendő.
Annak feltételezése, hogy a nullátmenetes kapcsolás mindig jobb
A nullátmenetes kapcsolás számos ohmos fűtési alkalmazásnál kiváló alapértelmezés, de nem univerzális szabály transzformátorok, motorok vagy fázishasításos vezérlés esetén.
Hűtőborda kiválasztása az SSR áramerősség-besorolása alapján
Számítsa ki a tényleges félvezető-veszteséget és a teljes hőutat. Két azonos áramerősség-jelölésű SSR eltérő feszültségeséssel és hőigénnyel rendelkezhet.
Általános megszakítóra hagyatkozni az SSR védelme érdekében
A vezetők védelme és a félvezető átmenetek védelme külön koordinációs feladat.
A “kikapcsolt” állapot kezelése leválasztottként
Vegye figyelembe a szivárgó áramot és a rövidzárlati meghibásodást. Gondoskodjon biztonságos leválasztásról és a kockázatnak megfelelő lekapcsolási útvonalról.
EMR cseréje az áramköri viselkedés felülvizsgálata nélkül
Az SSR megváltoztatja a szivárgást, a hőt, a meghibásodási módot, a feszültségesést és a tranziens viselkedést. Ha a döntés még mindig a technológiák között zajlik, tekintse át Elektromechanikus relé vs. félvezető relé a tervezés véglegesítése előtt.
Gyakran Ismételt Kérdések
Mindig biztonságosabb a nagyobb áramerősségű SSR?
Nem feltétlenül. A magasabb áramosztály általában nagyobb chipfelületet vagy termikus tartalékot biztosít, de az előny függ a belső kialakítástól, a hűtőbordától, a környezeti hőmérséklettől, a kapcsoktól, a túlfeszültség-tűréstől és a védelemtől. A túlméretezés nem kompenzálja a nem megfelelő kimeneti technológiát vagy a nem kielégítő termikus rögzítést.
Kapcsolható két SSR párhuzamosan az áram megosztása érdekében?
Ne kapcsoljon párhuzamosan hagyományos SSR kimeneteket, hacsak a gyártó ezt kifejezetten nem támogatja. A bekapcsolt állapotú feszültség, a hőmérséklet és a vezetékezési impedancia közötti kis különbségek miatt az egyik eszköz aránytalanul nagy áramot vehet fel, ami termikus elszabadulást okozhat. Használjon egy megfelelően méretezett SSR-t vagy a gyártó által jóváhagyott párhuzamos szerelvényt.
Osztozhat több SSR egy hűtőbordán?
Igen, ha a villamos hézagok, a szigetelés, a szerelési utasítások és a kombinált termikus számítás ezt lehetővé teszi. Használja a teljes modulveszteséget a hűtőborda hőmérsékletének kiszámításához, majd adja hozzá az egyes SSR-ek saját átmenet-tok és tok-hűtőborda közötti hőmérséklet-emelkedését.
Miért mérhető feszültség a terhelésen, amikor az SSR ki van kapcsolva?
A félvezetőn vagy a belső RC-tagon keresztüli kikapcsolt állapotú szivárgóáram mérési eredményt produkálhat, különösen nagy impedanciájú digitális műszer használata esetén. Határozza meg, hogy ártalmatlan szellem feszültségről van-e szó, vagy a terhelés működtetéséhez elegendő áramerősségről. Soha ne feltételezze a vezérlőparancs alapján, hogy az áramkör érintése biztonságos.
Mindig a nullátmenetes SSR a legjobb választás AC terheléshez?
Nem. Általában előnyben részesítik ellenállásos fűtőtestek kapcsolásánál és impulzuscsomag-vezérlésnél, de a fázishasításos vezérlés véletlenszerű bekapcsolást igényel. Transzformátoros és motoros alkalmazásoknál terhelésfüggő útmutatás szükséges, mivel a kapcsolási szög megváltoztathatja a bekapcsolási áramlökést és az elektromágneses igénybevételt.
Miért használjunk félvezető biztosítékot, ha az áramkörben már van megszakító?
A megszakító elsődlegesen a vezetékezést védi és megszünteti az áramköri zárlatokat. A félvezető átmenet károsodhat, mielőtt egy szabványos megszakító kioldana. Egy összehangolt ultragyors biztosíték a megengedett átbocsátott energiát olyan szintre korlátozza, amelyet az SSR elvisel.
Milyen hőmérséklet számít túl magasnak egy SSR esetében?
Nincs megbízható szabály az érintési hőmérsékletre vonatkozóan. Használja a gyártó által megadott maximális tokozási vagy átmeneti hőmérsékletet, majd tervezzen egy alacsonyabb célértékkel, amely üzemi tartalékot biztosít. Ellenőrizze a helyi környezeti hőmérsékletet, a tokozás hőmérsékletét, a hűtőborda hőmérsékletét és az áramerősséget, miután a szekrény elérte az állandósult állapotot.
Végső kiválasztási szabály
A megbízható SSR kiválasztása a terheléstől visszafelé történik, nem a katalógus szerinti áramerősségtől előrefelé. Először illessze az AC vagy DC kimeneti technológiát és a vezérlőbemenetet. Ezután minősítse az eszközt a terhelési áramlökés, az adatlap szerinti teljesítménycsökkentés, a kapcsolási mód, a vezetési veszteség, az átmeneti hőmérséklet, a szivárgási viselkedés, a tranziens védelem és a hibaállapotra adott válasz alapján.
A legjobb beszerzési nyilvántartás nem csupán annyi, hogy “SSR, 40 A”. Ez egy dokumentált munkapont, amely tartalmazza a tényleges terhelést, a környezeti hőmérsékletet, a hűtőbordát, a túlfeszültség-profilt, a védelmi eszközöket, valamint a biztonságos válaszlépést arra az esetre, ha a kimenet rövidzárlatos állapotban hibásodna meg.
Műszaki hivatkozások
- IEC 62314:2022 – Félvezető relék
- IEC 60947-4-2:2020+AMD1:2024 – Félvezető motorvezérlők, indítók és lágyindítók
- IEC 60947-4-3:2020 – AC félvezető vezérlők és mágneskapcsolók nem motorikus terhelésekhez
