Szyjesz szafy? Poznaj przekaźniki półprzewodnikowe SSR

Dawno, dawno temu, jeszcze w latach 30 XIX wieku, powstawały pierwsze przekaźniki elektromagnetyczne. Ówcześni naukowcy prześcigali się w rozwiązaniach i głowili się, aby finalnie stworzyć z ich wykorzystaniem elektryczny telegraf – urządzenie, które umożliwiło komunikację na odległość i rozpoczęło komunikacyjną rewolucję, która notabene trwa do dziś.

Przekaźniki półprzewodnikowe, o których dzisiaj mowa, to znacznie młodsze rozwiązanie, którego świat doczekał się dopiero w latach 80. XX wieku. Jak też się okazało, stały się wspaniałą alternatywą i uzupełnieniem dla swoich elektromagnetycznych braci. Spróbujmy w takim razie przyjrzeć im się bliżej, by dowiedzieć się czego możemy od nich oczekiwać i w jakiego typu aplikacjach warto wykorzystać ich liczne zalety.

Budowa i działanie SSR-ów

Zacznijmy od krótkiego wstępu na temat budowy i działania tego urządzenia. Przekaźniki półprzewodnikowe, skrótem nazywane trzema literami SSR (od Solid State Relay), cechują się całkiem inną budową niż przekaźniki elektromagnetyczne (EMR). W całości są urządzeniami elektronicznymi i nie posiadają żadnych części ruchomych. Odpowiednikiem styków przekaźnika elektromagnetycznego są tutaj elementy półprzewodnikowe: tyrystory, triaki i tranzystory.

W razie jakichkolwiek niejasności – o przekaźnikach elektromagnetycznych sporo napisałam kiedyś w tym artykule, do którego lektury serdecznie Cię zapraszam.

Na czym polega działanie przekaźnika SSR? Prąd wejściowy przepływa przez układ optoelektroniczny, który dodatkowo zapewnia separację obwodu wejść/wyjść i wysterowuje obwód mocy. Efekt końcowy jest taki sam jak w przypadku przekaźnika elektromagnetycznego – po podaniu napięcia na wejściu wyjście zostaje załączone. Różnica jest jedynie taka, że w przypadku przekaźnika SSR obciążenie przełączane jest przez element elektroniczny.

Różne sposoby załączania?

W nowej serii przekaźników półprzewodnikowych firmy Relpol mamy dwie główne grupy (biorąc pod uwagę sposób ich załączania). Jest to grupa przekaźników załączających w zerze napięcia (ZS) oraz załączających w dowolnej chwili (IO). Starsze wersje przekaźników umożliwiają również inne sposoby załączania, np. w maksimum napięcia lub sterowanie przebiegiem sinusoidy.

Załączające w zerze napięcia (ZS) – taki przekaźnik załącza się w momencie, gdy napięcie przechodzi przez wartość zero, natomiast wyłącza się, gdy wartość prądu osiągnie zero. Dzięki temu, możliwe jest ograniczanie negatywnych skutków stanów nieustalonych, które powstają podczas operacji łączeniowych (szczególnie przy obciążeniach indukcyjnych).

Do jakich aplikacji? Jest to najczęściej stosowane i uniwersalne rozwiązanie i zaleca się je do aplikacji sterujących obciążeniami o charakterze rezystancyjnym, indukcyjnym lub pojemnościowym. Ściślej mówiąc, wspaniale sprawdzi się w sterowaniu elementami grzejnymi, w maszynach pakujących, w maszynach przemysłu spożywczego czy też w maszynach do przetwórstwa tworzyw sztucznych.

Załączające w dowolnej chwili (IO) – taki przekaźnik załącza się natychmiast po podaniu napięcia. Dzięki temu, mamy szybszy czas załączenia niż przy załączaniu w zerze.

Do jakich aplikacji? Tego typu sterowanie zaleca się w do aplikacji sterujących obciążeniami o charakterze indukcyjnym, w których ma znaczenie szybki czas odpowiedzi. Mogą to być chociażby aplikacje związane z kontrolą temperatury, z regulacją PID.

Powyżej przedstawiono wydruki przebiegów napięcia obciążenia (kolor żółty), sygnału sterującego (kolor fioletowy) oraz prądu obciążenia (kolor niebieski).

Napięcie sterujące

Wszystkie te przekaźniki można podzielić również ze względu na rodzaj napięcia sterującego – tak samo jak w przypadku przekaźników elektromagnetycznych i styczników. Różnica polega na tym, że dla SSR-ów zakres napięcia sterującego jest o wiele szerszy, a przez to jest bardziej uniwersalny. Mamy tutaj następujące zakresy:

• dla napięć DC: 3…32 V
• dla napięć AC/DC: 24-265 V i 90-265 V.

Jeżeli chodzi o rodzaj sterowania obciążeniem, to przekaźniki SSR cechują się innymi możliwościami niż klasyczne rozwiązania (czyli przekaźniki elektromagnetyczne i styczniki). Po pierwsze – możemy znacznie zwiększyć częstotliwość operacji łączeniowych, wybrać moment załączenia obciążenia, a także wyłączać obciążenie w momencie, gdy prąd równa się zeru.

Półprzewodnikowy czy elektromagnetyczny?

W tabeli poniżej zaprezentowano zalety i ograniczenia przekaźników elektromagnetycznych i półprzewodnikowych. Należy pamiętać, że są to oddzielne rodzaje urządzeń i z ich odmiennej konstrukcji wynika szereg różnic. Polecam zapoznać się z poniższymi zagadnieniami, aby świadomie wybierać rozwiązania do swoich aplikacji.

Ze względu na korzyści płynące z powyżej przedstawionych zalet przekaźników SSR, wspaniale sprawdzają się w takich zastosowaniach jak między innymi:

• systemy zabezpieczeń dla zachowania ciągłości produkcji,
• systemy pożarowe i alarmowe,
• sprzęt nawigacyjny,
• wszelkie systemy kontroli temperatury,
• urządzenia dla trakcji kolejowej, tramwajowej i trolejbusowej,
• systemy testujące,
• zasilacze przemysłowe i UPS-y,
• sprzęt medyczny,
• systemy oświetleniowe.

Rodzaje przekaźników SSR

Firma Relpol ma w sprzedaży wiele rodzajów przekaźników półprzewodnikowych. W tabeli poniżej zaprezentowałam część z nich, wraz z ich najistotniejszymi parametrami, jak również przykładami ich użycia.

Dodatkowy kod RSR32 i RSR35

A teraz miła ciekawostka. 😉 Warto zaznaczyć, że SSR-y miniaturowe, choć standardowo przeznaczone do obwodów drukowanych, z powodzeniem można stosować do gniazd ze starszej linii przekaźników firmy Relpol. Nowe, miniaturowe przekaźniki półprzewodnikowe otrzymały dodatkowo oznaczenie (kod urządzenia) od strony ich czoła. Umożliwia to znacznie łatwiejszą identyfikację przekaźnika w momencie, gdy jest on wpięty w podstawkę. Na pewno każdy, kto serwisował szafy sterownicze wie, jaki to problem. Kiedy mamy wiele przekaźników na szynie DIN wpiętych bez odstępów obok siebie, musimy każdy taki przekaźnik najpierw wypiąć z gniazda, aby móc go obejrzeć i sprawdzić jakiej jest klasy i jakie ma parametry. Dzięki takiemu rozwiązaniu pozbywamy się tego problemu.

Radiatory

Aby zapewnić prawidłowe warunki pracy przekaźnikom SSR, wydzielane przez nie ciepło musi być odpowiednio odprowadzane. To, ile ciepła się wydzieli, uzależnione jest od wartości prądu obciążenia (na dobór radiatora ma też wpływ temperatura otoczenia). Maksymalna temperatura, jaką może „przyjąć” układ SCR to 125°C. Jeżeli temperatura nadal będzie wzrastać, to dojdzie do uszkodzenia przekaźnika. Aby temu zapobiec, przekaźniki montuje się na odpowiednio dobranych radiatorach, dzięki którym ciepło rozpraszane jest do otoczenia. Przekaźniki z radiatorami należy montować w wymaganych odstępach od siebie, a oprócz tego, należy oczywiście zapewnić odpowiednią wentylację wewnątrz szafy sterowniczej.

Podczas zamawiania przekaźnika, należy wziąć to pod uwagę i dobrać odpowiedni radiator. Można to zrobić chociażby za pomocą metody zaprezentowanej przez firmę Relpol w ich katalogu przekaźników półprzewodnikowych. Jeżeli jednak nie chcesz bawić się w samodzielne obliczenia, zawsze możesz zdecydować się na przekaźnik RSR72 ze zintegrowanym radiatorem. Wtedy zespół specjalistów dobierze radiator za Ciebie. Warto o tym pamiętać! 😉

To który przekaźnik mam wybrać…?

Podczas wybierania rozwiązania do swojej aplikacji, warto abyś zwrócił uwagę na istotne różnice pomiędzy przekaźnikami półprzewodnikowymi SSR, a elektromagnetycznymi EMR. Obie grupy cechują się zupełnie innymi własnościami, ściśle wynikającymi z ich budowy. Znając cechy przekaźników, możesz w świadomy sposób wykorzystać ich atuty, wybierając rozwiązanie pasujące do konkretnych warunków dyktowanych przez specyfikę analizowanego procesu. W szczególności warto odpowiedzieć sobie na następujące pytania:

• Jak często przekaźnik ma wykonywać przełączenia? Czy jest to aplikacja wymagająca bardzo częstych przełączeń?
• W jakich warunkach środowiskowych będzie pracował Twój przekaźnik?
• Czy wymagana jest cicha praca przekaźnika?
• Czy Twoja aplikacja wymaga szybkiego czasu reakcji i dużej częstotliwości załączania?
• Czy masz wystarczająco dużo miejsca w szafie sterowniczej, aby zastosować radiator i odpowiednią wentylację?

Wybierając przekaźnik, pamiętaj też o radiatorze!

Więcej informacji znajdziesz na stronie producenta – www.relpol.pl