گروه فنی مهندسی دریا

رله SSR چیست؟

رله حالت جامد، رله الکترونیکی، Solid State relay، رله بدون صدا، رله بدون نویز، رله اس اس آر و … همگی از نامهای این نوع رله های بی صدا می باشند. رله های حالت جامد متشکل از قطعه های نیمه هادی قدرت مانند تریستورها و ترانزیستورها و یا ترایاک برای تغییر جریان تا حدود صد آمپر می باشد. رله SSR شامل یک مدار فرمان و قدرت می باشد که در دو مدل تک فاز و سه فاز ساخته می شود و دارای انواع آنالوگ و دیجیتال است. رله ی حالت جامد یک کلید الکترونیکی است که به عنوان بخشی از یک سوئیچ (تعویض) الکترونیکی به حساب می آید. رله های حالت جامد دارای سرعت تعویض بالایی در مقایسه با رله های الکترومکانیکی می باشند و هیچگونه تماس فیزیکی برای فرسودگی ندارند.

داخل اس اس آر، روی هر تریستور ولتاژ کوچکی افت می‌کند. زمانی که اس اس آر تحریک می شود، مقاومت به سرعت و به شدت کاهش می یابد به طوری که موجب وصل خروجی می شود. مجموع این ولتاژ ها جریانی که یک اس اس ار می‌دهد را محدود می‌کند. به کمک رله ی اس اس آر جریان یا ولتاژ های مختلف را می توان کنترل کرد. با تریستور های پیشرفته تر، می‌توان به رله SSR ها با جریان بالا حدود ۱۰۰ تا ۱۲۰۰ آمپر دست یافت، انواع آن به صورت تجاری قابل دسترس می باشند.

کاربرد و نحوه عملکرد رله SSR چگونه است؟

رله SSR نمونه ای مدرن از کنتاکتور است که در اتوماسیون صنعتی plc ها، بار های مقاومتی و بار های سلف (موتور) کاربرد دارند. رله SSR  هم جهت کنترل درجه حرارت کاربرد دارد و هم جریان برق المنت را به گونه ای قطع و وصل می کند تا درجه حرارت مطلوب حاصل گردد. همچنین در هیترها، جایی که سوئیچینگ با تعداد بالا مورد نیاز باشد نیز کاربرد دارد. از رله حالت جامد به عنوان کنترل جهت حرکت یک موتور DC به کمک چهار SSR بسته شده به صورت پل ( H-Bridge)استفاده می گردد و یا جهت کنترل حرارت با خروجی پالس کنترل PIDاستفاده می شود.

پارامترهای تعیین شده برای انتخاب رله SSR

• محدوده و نوع ولتاژ جهت کنترل قطع و وصل در دو حالت DC control input و AC control input می باشد.

• ولتاژی که به دو سر خروجی وصل می شود. ( به دو سر سوئیچ) این ولتاژ نیز دو حالت DC و AC دارد.

• حداکثر جریان قابل عبور از سوئیچ الکترونیکی در خروجی می باشد.

• انتخاب هیت سینک مناسب جهت جلوگیری از آسیب به رله SSR حائز اهمیت است.

• انتخاب فیوز مناسب را نیز باید مد نظر قرار داد.

• توجه به نوع بار (موتوری، اهمی ، AC، DC و …)

انواع رله SSR از نظر کلیدزنی چگونه عملکردی دارند؟

-کلید زنی در صفر “Zero Crossing Switching”

رله‌های اس اس آر با کلیدزنی از نوع صفر، هنگامیکه ولتاژ به صفر می‌رسد، روشن یا خاموش می‌شوند و عملیات سوییچ نیز انجام می‌گردد. مزیت رله Zero Crossing Switching این است که از ایجاد نویز جلوگیری می‌کند و همچنین باعث جلوگیری از آسیب به رله می شود. این نوع رله‌ها برای بار‌های خازنی، مقاومتی و سلفی قابل استفاده می باشند.

-عمل در لحظه دریافت فرمان “Instant-ON)Random switching) “

این نوع رله‌ها با توجه به نامشان، در لحظه تحریک روشن می‌شوند و به محض قطع تحریک، خاموش می‌شوند. رله Instant-ON برای بارهای سلفی مناسب می باشند. قابل ذکر است که از این نوع SSR برای کنترل فاز هم می‌توان استفاده کرد. باید دقت داشت که عملکرد در این حالتRandom switching) ) منجر به ایجاد امواج الکترومغناطیسی در محیط می‌ شود.

-کلیدزنی در پیک “Peak Switching”

این رله‌ها، در بالاترین حد ولتاژ عملیات کلید زنی را انجام می‌دهند. این رله‌ها در بار‌های سلفی با سیم پیچ های هسته آهنین (انواع موتورها) کاربرد دارند. این نوع کلید زنی کاربردهای خاصی دارد و امروزه کمتر مورد استفاده قرار می گیرند.

-کلیدزنی آنالوگ “Analog Switching”

این نوع رله دارای تحریک (ورودی) آنالوگ می باشد و معمولا در رنج (۲۰-۴) میلی آمپر و یا (۱۰-۰) ولت می‌باشد. این SSR ها در انواع کنترل کننده‌های سرعت موتور و همچنین در کنترل دمای کوره‌ها و المنت‌ها کاربرد دارند. SSR Analog Switching برای کنترل فاز نیز کاربرد دارد. در حالت کلی رله اس اس آر آنالوگ در بارهای خازنی، مقاومتی و سلفی قابل استفاده می باشد. آنچه در مورد اس اس آر های آنالوگ اهمیت دارد، این است که خروجی اس اس آر بر اساس تابع خطی ورودی تغییر می‌کند.

ویژگی های اس اس آر

-در برابر ضربه مقاوم می باشند.

-طول عمر بسیار بالایی دارند.

-عایق شده بین مدار کنترل و مصرف می باشند.

-عایق شده در برابر غبار و رطوبت می باشند.

-فاقد هرگونه قطعات متحرک و نویز می باشند و صدایی ایجاد نمی کند.

مزایا و معایب رله حالت جامد

از مهمترین مزایای رله حالت جامد می توان موارد زیر را نام برد:

• رله حالت جامد در مقایسه با رله های مکانیکی به دلیل نداشتن هیچ قسمت متحرکی طول عمر نسبتا طولانی تری دارند.

• رله حالت جامد در مقایسه با رله های مکانیکی ابعاد بسیار کوچکتری دارند واز وزن سبکتری برخوردار هستند.

• رله حالت جامد در مقایسه با رله های مکانیکی سرعت سوئیچینگ بسیار بالاتری دارند.

• رله حالت جامد برخلاف رله های مکانیکی برای راه اندازی، به جریان بسیار کمی نیاز دارند.

• رله حالت جامد به دلیل عدم تولید جرقه در هنگام کلید زنی ازامنیت بالاتری برخوردار هستند و همین امر باعث شده تا در مکانهای قابل اشتعال نیز قابل استفاده باشند.

معایب رله حالت جامد:

• رله حالت جامد در مقایسه با رله های مکانیکی قیمت بالاتری دارند. و حساسیت بیشتری نیز دارند.

• در رله حالت جامد ، روی هر ترانزیستور ولتاژ کمی به دلیل وجود مقاومت افت می کند. ایجاد می شود، و این امر باعث می شود تا جریان عبوری از SSR را محدود شود. البته  با پیشرفت تکنولوژی ترانزیستورهای پرقدرتی ساخته شده اند که با آنها می توان رله حالت جامد ۱۰۰ تا ۱۲۰۰ آمپری را تولید و استفاده کرد.

• با توجه به استفاده از المان های نیمه هادی در رله SSR، هیچگاه توانایی قطع مدار به طور کامل را ندارند و در نتیجه همیشه نشت جریان جزئی وجود دارد.

• حرارت ایجاد شده حین کار موجب آسیب رساندن و سوختن رله می شود. البته با استفاده از فن و هیت سینک می توان حرارت ناشی از کارکرد رله را تا حد چشمگیری کاهش داد.

نکات مهم در سیم بندی رله SSR

برای سیم بندی رله‌های حالت جامد این نکات را در نظر داشته باشید:

• در هنگم سیم بندی دقت نمایید که حداکثر از ۵۰% توان نامی SSR برای راه‌اندازی بارهای سلفی و ۷۰% توان نامی برای راه‌اندازی بارهای غیر سلفی استفاده نمایید.

• به خاطر داشته باشید که رله‌ SSR در لحظه خاموش بودن نیز مقداری جریان از خود عبور می‌دهند،مطمئن شوید که این جریان نشتی باعث عملکرد لحظه‌ای دیگر تجهیزات نشود.

• در صورت DC بودن مدار فرمان یا قدرت ممکن است قطب‌بندی مهم باشد. قطب‌بندی اشتباه می‌تواند باعث عدم عملکرد صحیح و یا آسیب به SSR شود.

• برای تعمیرات و یا تعویض تجهیزات باید مدار قدرت رله‌ها کاملاً بی‌برق شود. هرگز به قطع مدار فرمان بسنده نکنید و از بریکر یا کلید با تعداد پل‌های کافی و قبل از SSR استفاده نمایید.

• رله‌ SSR با خروجی ۵ آمپر به بالا، نیاز به هیت سینک دارند. رله را بدون هیت سینک با سایز مناسب، روی سطوح پلاستیکی، چوبی و … نصب نکنید.

• از تجهیزات مناسب مانند سر سیم، سیم قلع اندود، وایرشو و … در سیم بندی SSR استفاده کنید.

• از سیستم زمین مناسب و بدون نویز در تابلوهای برق استفاده کنید. این کار باعث افزایش ایمنی، کاهش عملکردهای اتفاقی، کاهش برق‌گرفتگی و … می‌شود.

• رله‌های حالت جامد باید با نصب سیستم‌های مناسب در برابر اضافه جریان و اتصال کوتاه محافظت شوند. حتماً از فیوز یا بریکر مناسب استفاده نمایید.

ویدیو زیر به بررسی عملکرد رله SSR و مقایسه آن با رله های الکترومکانیکی پرداخته است