Rơle trạng thái rắn: các loại, ứng dụng thực tế, sơ đồ kết nối

Bộ khởi động và công tắc tơ cổ điển đang dần trở thành dĩ vãng.Vị trí của họ trong lĩnh vực điện tử ô tô, thiết bị gia dụng và tự động hóa công nghiệp bị chiếm giữ bởi rơle trạng thái rắn - một thiết bị bán dẫn không có bất kỳ bộ phận chuyển động nào.

Các thiết bị có thiết kế và sơ đồ kết nối khác nhau, xác định phạm vi ứng dụng của chúng. Trước khi sử dụng thiết bị, bạn cần hiểu rõ nguyên lý hoạt động của nó, tìm hiểu về tính năng hoạt động và kết nối của các loại rơle. Các câu trả lời cho các câu hỏi trên được mô tả chi tiết trong bài viết được trình bày.

Thiết bị chuyển tiếp trạng thái rắn

Rơle trạng thái rắn hiện đại (SSR) là các thiết bị bán dẫn mô-đun hoạt động như các công tắc điện.

Đơn vị vận hành chính của các thiết bị này được biểu thị bằng triac, thyristor hoặc bóng bán dẫn. SSR không có bộ phận chuyển động, điều này làm cho chúng khác với rơle điện cơ.

Kích thước của SSR phần lớn phụ thuộc vào khả năng chịu tải tối đa và khả năng tản nhiệt bằng truyền nhiệt và đối lưu (+)

Cấu trúc bên trong của các thiết bị này có thể khác nhau rất nhiều tùy thuộc vào loại tải được điều chỉnh và mạch điện.

Rơle trạng thái rắn đơn giản nhất bao gồm các thành phần sau:

• bộ phận đầu vào có cầu chì;
• mạch kích hoạt;
• cách ly quang học (mạ điện);
• bộ phận chuyển mạch;
• mạch bảo vệ;
• tải nút thoát.

Nút đầu vào SSR là mạch sơ cấp có điện trở mắc nối tiếp. Một cầu chì được tích hợp vào mạch này như một tùy chọn. Nhiệm vụ của nút đầu vào là nhận tín hiệu điều khiển và truyền lệnh đến các công tắc chuyển tải.

Với dòng điện xoay chiều, cách ly điện được sử dụng để tách mạch điều khiển và mạch chính. Nguyên lý hoạt động của rơle phần lớn phụ thuộc vào thiết kế của nó. Mạch kích hoạt chịu trách nhiệm xử lý tín hiệu đầu vào có thể được bao gồm trong bộ cách ly quang hoặc được đặt riêng.

Bộ phận bảo vệ ngăn chặn tình trạng quá tải và xảy ra lỗi, vì nếu thiết bị bị hỏng thì thiết bị được kết nối cũng có thể bị hỏng.

Mục đích chính của rơle trạng thái rắn là đóng/mở mạng điện bằng tín hiệu điều khiển yếu. Không giống như các chất tương tự cơ điện, chúng có hình dạng nhỏ gọn hơn và không tạo ra tiếng tách đặc trưng trong quá trình hoạt động.

Nguyên lý hoạt động của TTP

Hoạt động của rơle trạng thái rắn khá đơn giản. Hầu hết các SSR được thiết kế để điều khiển tự động hóa trong mạng 20-480 V.

Cách ly quang học cho phép bạn tạo tín hiệu điều khiển có công suất tối thiểu, điều này rất quan trọng đối với các cảm biến hoạt động từ nguồn điện tự trị (+)

Ở phiên bản cổ điển, thân thiết bị bao gồm hai tiếp điểm của mạch chuyển mạch và hai dây điều khiển. Số lượng của chúng có thể thay đổi khi số lượng pha được kết nối tăng lên. Tùy thuộc vào sự hiện diện của điện áp trong mạch điều khiển, tải chính được bật hoặc tắt bởi các phần tử bán dẫn.

Một đặc điểm của rơle trạng thái rắn là sự hiện diện của điện trở không vô hạn.Nếu các tiếp điểm trong các thiết bị cơ điện bị ngắt kết nối hoàn toàn, thì trong các thiết bị ở trạng thái rắn, việc không có dòng điện trong mạch được đảm bảo bởi các đặc tính của vật liệu bán dẫn.

Do đó, ở điện áp cao, dòng điện rò rỉ nhỏ có thể xuất hiện, ảnh hưởng tiêu cực đến hoạt động của thiết bị được kết nối.

Phân loại rơle trạng thái rắn

Các lĩnh vực ứng dụng của rơle rất đa dạng, do đó đặc điểm thiết kế của chúng có thể khác nhau rất nhiều, tùy thuộc vào nhu cầu của một mạch tự động cụ thể. SSR được phân loại theo số pha được kết nối, loại dòng điện hoạt động, đặc điểm thiết kế và loại mạch điều khiển.

Theo số pha kết nối

Rơle trạng thái rắn được sử dụng cả trong các thiết bị gia dụng và tự động hóa công nghiệp với điện áp hoạt động 380 V.

Do đó, các thiết bị bán dẫn này, tùy thuộc vào số pha, được chia thành:

• một pha;
• ba pha.

SSR một pha cho phép bạn làm việc với dòng điện 10-100 hoặc 100-500 A. Chúng được điều khiển bằng tín hiệu tương tự.

Nên nối các dây có màu khác nhau vào rơle ba pha để có thể đấu nối chính xác khi lắp đặt thiết bị

Rơle trạng thái rắn ba pha có khả năng truyền dòng điện trong phạm vi 10-120 A. Thiết bị của họ giả định nguyên lý hoạt động thuận nghịch, đảm bảo độ tin cậy của việc điều chỉnh đồng thời một số mạch điện.

SSR ba pha thường được sử dụng để đảm bảo hoạt động của động cơ không đồng bộ. Cầu chì nhanh phải được đưa vào mạch điều khiển điện của nó do dòng điện khởi động cao.

Theo loại dòng điện hoạt động

Rơle trạng thái rắn không thể được cấu hình hoặc lập trình lại, vì vậy chúng chỉ có thể hoạt động bình thường trong một phạm vi nhất định của các thông số điện mạng.

Tùy theo nhu cầu, SSR có thể được điều khiển bằng mạch điện với hai loại dòng điện:

• Vĩnh viễn;
• biến.

Tương tự, SSR có thể được phân loại theo loại điện áp tải hoạt động. Hầu hết các rơle trong thiết bị gia dụng đều hoạt động với các thông số thay đổi.

Dòng điện một chiều không được sử dụng làm nguồn điện chính ở bất kỳ quốc gia nào trên thế giới nên rơle loại này có phạm vi ứng dụng hẹp.

Các thiết bị có dòng điều khiển không đổi có đặc điểm là độ tin cậy cao và sử dụng điện áp 3-32 V để điều chỉnh. Chúng có thể chịu được phạm vi nhiệt độ rộng (-30..+70°C) mà không có thay đổi đáng kể về đặc tính.

Rơle điều chỉnh AC có điện áp điều khiển 3-32 V hoặc 70-280 V. Chúng được đặc trưng bởi nhiễu điện từ thấp và tốc độ hoạt động cao.

Theo đặc điểm thiết kế

Rơle trạng thái rắn thường được lắp đặt trong bảng điện chung của một căn hộ, vì vậy nhiều mẫu có khối lắp để gắn trên thanh ray DIN.

Ngoài ra, còn có các bộ tản nhiệt đặc biệt nằm giữa TSR và bề mặt đỡ. Chúng cho phép bạn làm mát thiết bị dưới tải trọng cao, duy trì các đặc tính hiệu suất của thiết bị.

Rơle được gắn trên thanh ray DIN chủ yếu thông qua một giá đỡ đặc biệt, giá đỡ này cũng có chức năng bổ sung - nó loại bỏ nhiệt dư thừa trong quá trình vận hành thiết bị

Nên bôi một lớp keo tản nhiệt giữa rơle và bộ tản nhiệt, điều này làm tăng diện tích tiếp xúc và tăng khả năng truyền nhiệt. Ngoài ra còn có TTP được thiết kế để gắn chặt vào tường bằng vít thông thường.

Theo loại sơ đồ điều khiển

Nguyên lý hoạt động của rơle điều chỉnh của thiết bị không phải lúc nào cũng yêu cầu nó phải hoạt động tức thời.

Do đó, các nhà sản xuất đã phát triển một số sơ đồ điều khiển SSR được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau:

1. Kiểm soát "thông qua số không". Loại điều khiển rơle trạng thái rắn này chỉ liên quan đến hoạt động ở giá trị điện áp bằng 0. Nó được sử dụng trong các thiết bị có tải điện dung, điện trở (máy sưởi) và tải cảm ứng (máy biến áp) yếu.
2. Lập tức. Được sử dụng khi cần vận hành mạnh rơle khi có tín hiệu điều khiển.
3. Giai đoạn. Nó liên quan đến việc điều chỉnh điện áp đầu ra bằng cách thay đổi các thông số của dòng điện điều khiển. Được sử dụng để thay đổi trơn tru mức độ sưởi ấm hoặc ánh sáng.

Rơle trạng thái rắn cũng khác nhau ở nhiều thông số khác, ít quan trọng hơn. Vì vậy, khi mua TSR, điều quan trọng là phải hiểu sơ đồ hoạt động của thiết bị được kết nối để mua thiết bị điều khiển phù hợp nhất cho nó.

Phải cung cấp nguồn dự trữ vì rơle có tuổi thọ hoạt động nhanh chóng bị tiêu hao khi xảy ra tình trạng quá tải thường xuyên.

Ưu điểm và nhược điểm của TTP

Rơle trạng thái rắn không phải là vô ích khi thay thế các bộ khởi động và công tắc tơ thông thường trên thị trường. Những thiết bị bán dẫn này có nhiều ưu điểm hơn so với các thiết bị cơ điện, điều này buộc người tiêu dùng phải lựa chọn chúng.

Rơle cho vi mạch có kích thước nhỏ gọn và bị hạn chế nhiều về dòng điện tối đa. Chúng được gắn chủ yếu bằng cách hàn các chân đặc biệt

Những lợi thế này bao gồm:

1. Tiêu thụ điện năng thấp (ít hơn 90%).
2. Kích thước nhỏ gọn cho phép lắp đặt thiết bị trong không gian hạn chế.
3. Tốc độ khởi động và tắt máy cao
4. Giảm tiếng ồn khi vận hành, không có tiếng click đặc trưng của rơle cơ điện.
5. Dự kiến ​​sẽ không có bảo trì.
6. Tuổi thọ sử dụng lâu dài nhờ nguồn lực hàng trăm triệu thao tác.
7. Nhờ khả năng sửa đổi linh kiện điện tử rộng rãi, TSR đã mở rộng phạm vi ứng dụng.
8. Không có nhiễu điện từ trong quá trình hoạt động.
9. Thiệt hại cho các điểm tiếp xúc do sốc cơ học được loại bỏ.
10. Thiếu tiếp xúc vật lý trực tiếp giữa mạch điều khiển và mạch chuyển mạch.
11. Khả năng điều chỉnh tải.
12. Sự hiện diện của các mạch tự động trong SSR xung giúp bảo vệ chống quá tải.
13. Khả năng sử dụng trong môi trường dễ nổ.

Những ưu điểm đã nêu của rơle trạng thái rắn không phải lúc nào cũng đủ để thiết bị hoạt động bình thường. Đó là lý do tại sao họ vẫn chưa thay thế hoàn toàn các contactor cơ điện.

Để hoạt động ổn định của rơle trạng thái rắn mạnh mẽ, việc tản nhiệt hiệu quả là rất quan trọng, vì ở nhiệt độ cao, điện áp tải bị biến dạng mạnh (+)

TTP cũng có những nhược điểm khiến chúng không được sử dụng trong nhiều trường hợp.

Những nhược điểm bao gồm:

1. Không có khả năng vận hành hầu hết các thiết bị có điện áp trên 0,5 kV.
2. Giá cao.
3. Nhạy cảm với dòng điện cao, đặc biệt là trong mạch khởi động động cơ.
4. Hạn chế sử dụng trong điều kiện có độ ẩm cao.
5. Giảm nghiêm trọng các đặc tính hiệu suất ở nhiệt độ dưới 30°C dưới 0 và trên 70°C trên 70°C.
6. Vỏ nhỏ gọn dẫn đến thiết bị nóng quá mức khi tải ở mức cao liên tục, đòi hỏi phải sử dụng các thiết bị làm mát thụ động hoặc chủ động đặc biệt.
7. Khả năng làm nóng chảy thiết bị do nhiệt trong thời gian ngắn mạch.
8. Dòng điện vi mô ở trạng thái đóng của rơle có thể rất quan trọng đối với hoạt động của thiết bị. Ví dụ: đèn huỳnh quang được kết nối với mạng có thể nhấp nháy định kỳ.

Vì vậy, rơle trạng thái rắn có những ứng dụng nhất định. Trong các mạch của thiết bị công nghiệp điện áp cao, việc sử dụng chúng bị hạn chế đáng kể do tính chất vật lý không hoàn hảo của vật liệu bán dẫn.

Tuy nhiên, trong lĩnh vực thiết bị gia dụng và công nghiệp ô tô, TTP chiếm vị trí vững chắc nhờ những đặc tính tích cực của chúng.

Sơ đồ kết nối có thể

Sơ đồ kết nối của rơle trạng thái rắn có thể rất đa dạng. Mỗi mạch điện được xây dựng dựa trên đặc tính của tải được kết nối. Cầu chì, bộ điều khiển và thiết bị điều chỉnh bổ sung có thể được thêm vào mạch.

Do mạch điều khiển và mạch tải trong thiết bị không trùng nhau nên đặc tính điện của chúng có thể khác nhau ở bất kỳ thông số nào (+)

Sau đây sẽ trình bày sơ đồ kết nối SSR đơn giản và phổ biến nhất:

• thường mở;
• với đường viền liên quan;
• thường đóng;
• ba pha;
• có thể đảo ngược.

Mạch thường mở (hở) - rơle trong đó tải được cấp điện khi có tín hiệu điều khiển. Nghĩa là, thiết bị được kết nối sẽ tắt khi đầu vào 3 và 4 bị ngắt điện.

Trước khi mua rơle, bạn phải xác định loại trạng thái ban đầu cần thiết (đóng hoặc mở) để đảm bảo thiết bị được kết nối hoạt động bình thường (+)

Mạch thường đóng - nghĩa là rơle trong đó tải được cấp điện khi không có tín hiệu điều khiển. Nghĩa là, thiết bị được kết nối vẫn ở trạng thái hoạt động khi đầu vào 3 và 4 bị ngắt điện.

Có sơ đồ kết nối cho rơle trạng thái rắn trong đó điện áp điều khiển và điện áp tải giống nhau. Phương pháp này có thể được sử dụng đồng thời để hoạt động trong mạng DC và AC.

Rơle ba pha được kết nối theo các nguyên tắc hơi khác nhau. Các tiếp điểm có thể được kết nối theo cấu hình “Sao”, “Tam giác” hoặc “Sao và Trung tính”.

Việc lựa chọn mạch kết nối rơle ba pha phần lớn phụ thuộc vào đặc tính vận hành của thiết bị được kết nối với nó dưới dạng tải

Đảo ngược rơle trạng thái rắn được sử dụng trong động cơ điện ở chế độ thích hợp. Chúng được sản xuất theo phiên bản ba pha và bao gồm hai mạch điều khiển.

Nếu điều quan trọng là rơle phải duy trì cực tính của các tiếp điểm kết nối thì việc đánh dấu sẽ luôn chỉ ra vị trí kết nối pha và trung tính

Chỉ cần lắp ráp các mạch điện bằng SSR sau khi vẽ sơ bộ trên giấy, vì các thiết bị được kết nối không đúng cách có thể bị hỏng do đoản mạch.

Ứng dụng thực tế của thiết bị

Phạm vi sử dụng rơle trạng thái rắn khá rộng. Do độ tin cậy cao và không cần bảo trì thường xuyên nên chúng thường được lắp đặt ở những nơi khó tiếp cận trên thiết bị.

Trong nhiều rơle, việc kết nối dây mạch điều khiển cần có cực tính, điều này phải được tính đến trong quá trình lắp đặt thiết bị.

Các lĩnh vực ứng dụng chính của TTP là:

• hệ thống điều nhiệt sử dụng các bộ phận làm nóng;
• duy trì nhiệt độ ổn định trong các quy trình công nghệ;
• điều khiển máy biến áp;
• điều chỉnh ánh sáng;
• mạch cảm biến chuyển động, ánh sáng, cảm biến ảnh cho chiếu sáng đường phố và như thế.;
• điều khiển động cơ điện;
• Nguồn cung cấp năng lượng liên tục.

Với sự tự động hóa ngày càng tăng của các thiết bị gia dụng, rơle trạng thái rắn ngày càng trở nên phổ biến và các công nghệ bán dẫn phát triển không ngừng mở ra các lĩnh vực ứng dụng mới.

Nếu muốn, bạn có thể tự lắp ráp rơle trạng thái rắn. Hướng dẫn chi tiết được cung cấp trong bài viết này.

Kết luận và video hữu ích về chủ đề này

Các video được trình bày sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về hoạt động của rơle trạng thái rắn và làm quen với cách kết nối chúng.

Trình diễn thực tế hoạt động của rơle trạng thái rắn đơn giản:

Phân tích các loại và tính năng của rơle trạng thái rắn:

Kiểm tra hoạt động và mức độ gia nhiệt của SSR:

Hầu như ai cũng có thể lắp đặt một mạch điện bao gồm rơle trạng thái rắn và cảm biến.

Tuy nhiên, việc lập kế hoạch cho mạch làm việc đòi hỏi kiến ​​thức cơ bản về kỹ thuật điện vì việc kết nối không đúng có thể dẫn đến điện giật hoặc đoản mạch. Nhưng nhờ những hành động đúng đắn, bạn có thể nhận được rất nhiều thiết bị hữu ích trong cuộc sống hàng ngày.

Bạn có điều gì cần bổ sung hoặc có thắc mắc gì về việc kết nối và sử dụng rơle thể rắn? Bạn có thể để lại nhận xét về ấn phẩm, tham gia thảo luận và chia sẻ trải nghiệm của riêng bạn khi sử dụng các thiết bị đó. Biểu mẫu liên hệ nằm ở khối bên dưới.