Relè a stato solido: tipologie, applicazione pratica, schemi di collegamento

Gli avviatori e i contattori classici stanno gradualmente diventando un ricordo del passato.Il loro posto nell'elettronica automobilistica, negli elettrodomestici e nell'automazione industriale è occupato dai relè a stato solido, un dispositivo a semiconduttore che non ha parti mobili.

I dispositivi hanno strutture e schemi di collegamento diversi, che ne determinano il campo di applicazione. Prima di utilizzare il dispositivo, è necessario comprenderne il principio di funzionamento, conoscere le caratteristiche di funzionamento e il collegamento di diversi tipi di relè. Le risposte alle domande di cui sopra sono descritte in dettaglio nell'articolo presentato.

Dispositivo relè a stato solido

I moderni relè a stato solido (SSR) sono dispositivi semiconduttori modulari che fungono da interruttori elettrici di potenza.

Le unità operative chiave di questi dispositivi sono rappresentate da triac, tiristori o transistor. Gli SSR non hanno parti mobili, il che li rende diversi dai relè elettromeccanici.

La dimensione di un SSR dipende in gran parte dalla capacità di carico massima e dalla capacità di dissipare il calore mediante trasferimento di calore e convezione (+)

Le parti interne di questi dispositivi possono variare notevolmente a seconda del tipo di carico regolato e del circuito elettrico.

I relè a stato solido più semplici includono i seguenti componenti:

• unità di ingresso con fusibili;
• circuito di innesco;
• isolamento ottico (galvanico);
• unità di commutazione;
• circuiti di protezione;
• caricare il nodo di uscita.

Il nodo di ingresso SSR è un circuito primario con un resistore collegato in serie. Come opzione, in questo circuito è integrato un fusibile. Il compito del nodo di ingresso è ricevere un segnale di controllo e trasmettere un comando agli interruttori che commutano il carico.

Con la corrente alternata, viene utilizzato l'isolamento galvanico per separare il circuito di controllo e quello principale. Il principio di funzionamento del relè dipende in gran parte dal suo design. Il circuito di trigger responsabile dell'elaborazione del segnale di ingresso può essere incluso nell'unità di isolamento ottico o posizionato separatamente.

L'unità di protezione impedisce che si verifichino sovraccarichi ed errori, perché se il dispositivo si guasta, anche le apparecchiature collegate potrebbero guastarsi.

Lo scopo principale dei relè a stato solido è chiudere/aprire una rete elettrica utilizzando un segnale di controllo debole. A differenza degli analoghi elettromeccanici, hanno una forma più compatta e non producono clic caratteristici durante il funzionamento.

Principio di funzionamento del TTP

Il funzionamento di un relè a stato solido è abbastanza semplice. La maggior parte degli SSR sono progettati per controllare l'automazione in reti 20-480 V.

L'isolamento ottico consente di creare segnali di controllo di potenza minima, che è fondamentale per i sensori che funzionano da fonti di alimentazione autonome (+)

Nella versione classica, il corpo del dispositivo comprende due contatti del circuito commutato e due fili di controllo. Il loro numero può variare all'aumentare del numero di fasi collegate. A seconda della presenza di tensione nel circuito di controllo, il carico principale viene acceso o spento tramite elementi a semiconduttore.

Una caratteristica dei relè a stato solido è la presenza di resistenza non infinita.Se i contatti nei dispositivi elettromeccanici sono completamente disconnessi, nei dispositivi a stato solido l'assenza di corrente nel circuito è assicurata dalle proprietà dei materiali semiconduttori.

Pertanto, a tensioni elevate, possono verificarsi piccole correnti di dispersione che possono influire negativamente sul funzionamento delle apparecchiature collegate.

Classificazione dei relè a stato solido

I campi di applicazione dei relè sono molteplici, pertanto le loro caratteristiche progettuali possono variare notevolmente, a seconda delle esigenze di un particolare circuito automatico. Gli SSR sono classificati in base al numero di fasi collegate, al tipo di corrente operativa, alle caratteristiche di progettazione e al tipo di circuito di controllo.

Per numero di fasi collegate

I relè a stato solido sono utilizzati sia negli elettrodomestici che nell'automazione industriale con una tensione operativa di 380 V.

Pertanto, questi dispositivi a semiconduttore, a seconda del numero di fasi, sono suddivisi in:

• monofase;
• trifase.

SSR monofase consentono di lavorare con correnti di 10-100 o 100-500 A. Sono controllati utilizzando un segnale analogico.

Si consiglia di collegare fili di colore diverso al relè trifase in modo che possano essere collegati correttamente durante l'installazione dell'apparecchiatura

Relè trifase a stato solido sono in grado di far passare corrente nell'intervallo 10-120 A. Il loro dispositivo presuppone un principio di funzionamento reversibile, che garantisce l'affidabilità della regolazione simultanea di più circuiti elettrici.

Spesso gli SSR trifase vengono utilizzati per garantire il funzionamento di un motore asincrono. È necessario includere fusibili rapidi nel circuito di controllo elettrico a causa delle elevate correnti di spunto.

Per tipo di corrente operativa

I relè a stato solido non possono essere configurati o riprogrammati, quindi possono funzionare normalmente solo entro un certo intervallo di parametri elettrici di rete.

A seconda delle esigenze, gli SSR possono essere controllati da circuiti elettrici con due tipi di corrente:

• permanente;
• variabili.

Allo stesso modo, gli SSR possono essere classificati in base al tipo di tensione di carico attiva. La maggior parte dei relè negli elettrodomestici funziona con parametri variabili.

La corrente continua non viene utilizzata come principale fonte di elettricità in nessun paese del mondo, quindi i relè di questo tipo hanno un campo di applicazione ristretto

I dispositivi con corrente di controllo costante sono caratterizzati da un'elevata affidabilità e utilizzano per la regolazione una tensione di 3-32 V. Possono sopportare un ampio intervallo di temperature (-30..+70°C) senza variazioni significative delle caratteristiche.

I relè regolati in CA hanno una tensione di controllo di 3-32 V o 70-280 V. Sono caratterizzati da basse interferenze elettromagnetiche e da un'elevata velocità operativa.

Per caratteristiche di progettazione

I relè a stato solido sono spesso installati nel quadro elettrico generale di un appartamento, quindi molti modelli dispongono di un blocco di montaggio per il montaggio su guida DIN.

Inoltre, tra il TSR e il piano di appoggio sono presenti appositi radiatori. Consentono di raffreddare il dispositivo sotto carichi elevati, mantenendo le sue caratteristiche prestazionali.

Il relè è montato su una guida DIN principalmente tramite una staffa speciale, che ha anche una funzione aggiuntiva: rimuove il calore in eccesso durante il funzionamento del dispositivo

Si consiglia di applicare uno strato di pasta termica tra relè e radiatore, che aumenta l'area di contatto e aumenta il trasferimento di calore. Esistono anche TTP predisposti per il fissaggio a muro con comuni viti.

Per tipo di schema di controllo

Il principio di funzionamento di un relè regolabile di apparecchiature non richiede sempre il suo funzionamento istantaneo.

Pertanto, i produttori hanno sviluppato diversi schemi di controllo SSR utilizzati in vari campi:

1. Controllo "attraverso lo zero". Questo tipo di controllo del relè a stato solido prevede il funzionamento solo con un valore di tensione pari a 0. Viene utilizzato in dispositivi con carichi capacitivi, resistivi (riscaldatori) e deboli induttivi (trasformatori).
2. Immediato. Utilizzato quando è necessario azionare bruscamente il relè quando viene applicato un segnale di controllo.
3. Fase. Implica la regolazione della tensione di uscita modificando i parametri della corrente di controllo. Utilizzato per modificare agevolmente il grado di riscaldamento o illuminazione.

I relè a stato solido differiscono anche per molti altri parametri meno significativi. Pertanto, quando si acquista un TSR, è importante comprendere lo schema di funzionamento delle apparecchiature collegate per poter acquistare il dispositivo di controllo più appropriato.

È necessario prevedere una riserva di carica, perché il relè ha una vita operativa che si consuma rapidamente con frequenti sovraccarichi.

Vantaggi e svantaggi del TTP

Non invano i relè a stato solido sostituiscono gli avviatori e i contattori convenzionali presenti sul mercato. Questi dispositivi a semiconduttore presentano molti vantaggi rispetto alle loro controparti elettromeccaniche, che costringono i consumatori a sceglierli.

I relè per microcircuiti sono di dimensioni compatte e altamente limitati in termini di flusso di corrente massimo. Sono fissati principalmente saldando gambe speciali

Questi vantaggi includono:

1. Basso consumo energetico (90% in meno).
2. Dimensioni compatte che consentono l'installazione dei dispositivi in ​​spazi limitati.
3. Elevata velocità di avvio e spegnimento
4. Rumore di funzionamento ridotto, nessun clic caratteristico di un relè elettromeccanico.
5. Non è prevista alcuna manutenzione.
6. Lunga durata grazie ad una risorsa di centinaia di milioni di operazioni.
7. Grazie alle ampie possibilità di modifica dei componenti elettronici, i TSR hanno ampliato i campi di applicazione.
8. Nessuna interferenza elettromagnetica durante il funzionamento.
9. I danni ai contatti dovuti a shock meccanici vengono eliminati.
10. Mancanza di contatto fisico diretto tra i circuiti di controllo e di commutazione.
11. Possibilità di regolazione del carico.
12. La presenza di circuiti automatici negli SSR pulsati che proteggono dai sovraccarichi.
13. Possibilità di utilizzo in ambienti esplosivi.

I vantaggi indicati dei relè a stato solido non sono sempre sufficienti per il normale funzionamento dell'apparecchiatura. Ecco perché non hanno ancora sostituito completamente i contattori elettromeccanici.

Per un funzionamento stabile di potenti relè a stato solido, è importante un'efficace dissipazione del calore, poiché a temperature elevate la tensione di carico è fortemente distorta (+)

I TTP presentano anche degli svantaggi che ne impediscono l’utilizzo in molti casi.

Gli svantaggi includono:

1. Impossibilità di far funzionare la maggior parte dei dispositivi con tensioni superiori a 0,5 kV.
2. Alto prezzo.
3. Sensibilità alle correnti elevate, soprattutto nei circuiti di avviamento del motore.
4. Restrizioni all'uso in condizioni di elevata umidità.
5. Diminuzione critica delle caratteristiche prestazionali a temperature inferiori a 30°C sotto zero e superiori a 70°C sopra 70°C.
6. Il case compatto porta ad un riscaldamento eccessivo del dispositivo con carichi costantemente elevati, che richiede l'uso di speciali dispositivi di raffreddamento passivi o attivi.
7. Possibilità di fusione del dispositivo a causa del calore durante un cortocircuito.
8. Le microcorrenti nello stato chiuso del relè possono essere fondamentali per il funzionamento dell'apparecchiatura. Ad esempio, le lampade fluorescenti collegate alla rete potrebbero lampeggiare periodicamente.

Pertanto, i relè a stato solido hanno determinate applicazioni. Nei circuiti di apparecchiature industriali ad alta tensione, il loro utilizzo è fortemente limitato a causa delle proprietà fisiche imperfette dei materiali semiconduttori.

Tuttavia, negli elettrodomestici e nell’industria automobilistica, i TTP occupano una posizione forte grazie alle loro proprietà positive.

Possibili schemi di collegamento

Gli schemi di collegamento per i relè a stato solido possono essere molto diversi. Ogni circuito elettrico è costruito in base alle caratteristiche del carico collegato. È possibile aggiungere al circuito ulteriori fusibili, controller e dispositivi di regolazione.

A causa del fatto che i circuiti di controllo e di carico nel dispositivo non si sovrappongono, le loro caratteristiche elettriche possono differire di qualsiasi parametro (+)

Di seguito verranno presentati gli schemi di collegamento degli SSR più semplici e comuni:

• normalmente aperto;
• con contorno associato;
• normalmente chiuso;
• trifase;
• reversibile.

Circuito normalmente aperto (aperto). - un relè in cui il carico viene eccitato in presenza di un segnale di controllo. Cioè, l'apparecchiatura collegata viene spenta quando gli ingressi 3 e 4 sono diseccitati.

Prima di acquistare un relè, è necessario determinare il tipo richiesto del suo stato iniziale (chiuso o aperto) per garantire il corretto funzionamento delle apparecchiature collegate (+)

Circuito normalmente chiuso — indica un relè in cui il carico viene eccitato in assenza di un segnale di controllo. Cioè, l'apparecchiatura collegata è funzionante quando gli ingressi 3 e 4 sono diseccitati.

Esiste uno schema di collegamento per un relè a stato solido in cui le tensioni di controllo e di carico sono le stesse. Questo metodo può essere utilizzato contemporaneamente per lavorare su reti DC e AC.

Relè trifase sono collegati secondo principi leggermente diversi. I contatti possono essere collegati nelle configurazioni “Stella”, “Triangolo” o “Stella e Neutro”.

La scelta di un circuito di collegamento del relè trifase dipende in gran parte dalle caratteristiche operative dell'apparecchiatura ad esso collegata come carico

Relè a stato solido invertibili utilizzato nei motori elettrici nella modalità appropriata. Sono prodotti in versione trifase e comprendono due anelli di controllo.

Se è importante che il relè mantenga la polarità di collegamento dei contatti, la marcatura indicherà sempre dove collegare la fase e il neutro

È necessario assemblare i circuiti elettrici con SSR solo dopo averli preliminarmente disegnati su carta, poiché i dispositivi collegati in modo errato potrebbero guastarsi a causa di un cortocircuito.

Applicazione pratica dei dispositivi

L'ambito di utilizzo dei relè a stato solido è piuttosto ampio. A causa della loro elevata affidabilità e della mancanza di necessità di manutenzione regolare, vengono spesso installati in punti difficili da raggiungere sulle apparecchiature.

In molti relè, il collegamento dei fili del circuito di controllo richiede la polarità, che deve essere presa in considerazione durante l'installazione dell'apparecchiatura

I principali ambiti di applicazione del TTP sono:

• sistema di termoregolazione tramite elementi riscaldanti;
• mantenimento di temperature stabili nei processi tecnologici;
• controllo dei trasformatori;
• regolazione dell'illuminazione;
• circuiti di sensori di movimento, illuminazione, fotosensori per illuminazione stradale e così via.;
• controllo del motore elettrico;
• gruppi di continuità.

Con la crescente automazione degli elettrodomestici, i relè a stato solido stanno diventando sempre più comuni e lo sviluppo delle tecnologie dei semiconduttori apre costantemente nuove aree di applicazione.

Se lo si desidera, è possibile assemblare autonomamente il relè a stato solido. Istruzioni dettagliate sono fornite in Questo articolo.

Conclusioni e video utile sull'argomento

I video presentati ti aiuteranno a comprendere meglio il funzionamento dei relè a stato solido e ad acquisire familiarità con come collegarli.

Dimostrazione pratica del funzionamento di un semplice relè a stato solido:

Analisi delle tipologie e caratteristiche dei relè statici:

Testare il funzionamento e il grado di riscaldamento dell'SSR:

Quasi chiunque può installare un circuito elettrico costituito da un relè a stato solido e un sensore.

Tuttavia, la progettazione di un circuito funzionante richiede conoscenze di base di ingegneria elettrica poiché collegamenti errati possono provocare scosse elettriche o cortocircuiti. Ma come risultato delle giuste azioni, puoi ottenere molti dispositivi utili nella vita di tutti i giorni.

Hai qualcosa da aggiungere o hai domande sul collegamento e sull'utilizzo dei relè a stato solido? Puoi lasciare commenti sulla pubblicazione, partecipare alle discussioni e condividere la tua esperienza nell'utilizzo di tali dispositivi. Il modulo di contatto si trova nel blocco inferiore.