رله SSR چیست؟

رله SSR یک عنصر الکترونیکی نیمه هادی می باشد. “SSR” که مخفف “Solid State Relay” یا رله حالت جامد است، در واقع به معنای نوعی کلید الکترونیکی است و عملکردی مشابه رله‌های الکترومکانیکی یا کنتاکتورها را دارد، با این تفاوت که هیچ عنصر متحرکی درون آن‌ها وجود ندارد و و دارای طول عمر طولانی تری است. در واقع این رله‌ها یک قطعه سوییچ الکترونیکی می باشند که با یک سیگنال کوچک می‌توان جریان یا ولتاژ بزرگتر را کنترل کرد.

برای دانستن مزایای استفاده از رله حالت جامد ویدیو زیر را ببینید:

این مقاله به منظور آشنایی بیشتر با رله SSR می باشد. برای مشاهده و خرید انواع محصولات رله SSR با مراجعه به فروشگاه برق و صنعت بین‌الملل (الکتروملل) می توانید با استفاده از فیلتر ها اس اس آر مد نظر خود را انتخاب کنید و یا در صورت نیاز از مشاوران تخصصی راهنمایی دریافت کنید.

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.

ساختار رله حالت جامد چگونه است؟

ساختار رله حالت جامد این گونه است که، دو پیچ بالای آن به عنوان ورودی و خروجی مدار قدرت و دو پیچ پایین آن مربوط به مدار فرمان می باشند. در حالت کلی اس اس ارها متشکل از یک ترمینال ورودی به عنوان فرمان و یک خروجی به عنوان کلید می باشند و معمولا به صورت کوپل نوری ساخته می‌شوند. معمولاعنصر فرستنده سیگنال کنترلی، به صورت نوریک دیود نوری و همچنین عنصر گیرنده که خروجی اس اس ار است، به صورت کلید عمل می‌کند و می‌تواند بر حسب جریان و سرعت کلید زنی، تریستور با ماسفت باشد.

در رله SSR دو بخش مدار فرمان و مدار قدرت، توسط یک ایزوله نوری (اپتوکوپلر) از هم جدا شده‌اند و برای سوییچ از نیمه هادی‌ها استفاده می گردد. نکته قابل توجه اینجاست که با توجه به بالا رفتن دما حین کار، امکان سوختن رله اس اس آر وجود دارد، بنابراین برای خنک شدن رله، معمولا آن را بر روی یک هیت سینک “Heat Sink”  نصب می‌کنند. درصورتیکه در جریان‌های پایین اجباری به استفاده از هیت سینک نمی باشد ولی در جریان‌های بالا به دلیل تولید حرارت زیاد و سوختن اس اس آر حتما باید از هیت سینک استفاده گردد.

درصورتیکه هدف استفاده از رله SSR در بارهای DC باشد، می توان در ساختمان داخلی از ماسفت های به صورت موازی با یکدیگر استفاده کرد تا میزان جریان قابل تحمل اس اس ار SSR نیز افزایش یابد.

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.

امیدواریم این مقاله برای شما مفید باشد، درصورتی که تمایل به تبادل اطلاعات و یا تبادل تجربیات خود با دیگران در این زمینه دارید، با گذاشتن دیدگاه خود ما را بهره مند سازید.