رله حالت جامد (الکترونیکی) SSR چیست؟

حتما شما هم می دانید رله چیست و چه کاربردی دارد اما شاید برای شما سوال شده باشد که رله SSR چیست و چه تفاوتی با سایر رله های الکترومکانیکی دارد؟

مهم ترین تفاوت رله های الکترومکانیکی و رله های حالت جامد (SSR) در این است که سر و صدای ایجاد شده از رله های الکترومکانیکی در برخی کاربردها ممکن است آزار دهنده باشد که تنها با استفاده از یک رله حالت جامد می توان آن را حذف کرد.

 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.

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 …)

 عملکرد رله حالت جامد:

رله های حالت جامد رفتاری کاملا مشابه رله های الکترومکانیکی دارند. اما همانطور که گفته شد در این رله ها از قطعات متحرک استفاده نمی شود. به همین دلیل این قطعات کاملا بی صدا عمل می کنند. در این رله ها از قطعات نیمه رسانا ماند نورهای ال ای دی برای ارسال سیگنال استفاده می شود. این نیمه رسانا همان اپتوکوپلر است. رله الکتریکی هنگامی فعال می شود که میزان ولتاژ ورودی از بازه مشخص شده بالاتر برود و از سوی دیگر این رله زمانی متوقف می شود که میزان ولتاژ ورودی از پایین ترین ولتاژ تعیین شده نیز کمتر شود.

ویژگی های SSR

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:

• 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.

                                                                                                آلیس الکترونیک