Relé de estado sólido: tipos, aplicação prática, diagramas de conexão

Os arrancadores e contactores clássicos estão gradualmente a tornar-se coisas do passado.Seu lugar na eletrônica automotiva, eletrodomésticos e automação industrial é ocupado por relés de estado sólido - um dispositivo semicondutor que não possui partes móveis.

Os dispositivos possuem diferentes designs e diagramas de conexão, que determinam seu escopo de aplicação. Antes de utilizar o dispositivo, é necessário entender seu princípio de funcionamento, conhecer as características de funcionamento e conexão dos diferentes tipos de relés. As respostas às perguntas acima são descritas detalhadamente no artigo apresentado.

Dispositivo de relé de estado sólido

Os modernos relés de estado sólido (SSRs) são dispositivos semicondutores modulares que atuam como interruptores elétricos de potência.

As principais unidades operacionais desses dispositivos são representadas por triacs, tiristores ou transistores. Os SSRs não possuem partes móveis, o que os diferencia dos relés eletromecânicos.

O tamanho de um SSR depende em grande parte da capacidade máxima de carga e da capacidade de dissipar calor por transferência de calor e convecção (+)

A parte interna desses dispositivos pode variar muito dependendo do tipo de carga que está sendo regulada e do circuito elétrico.

Os relés de estado sólido mais simples incluem os seguintes componentes:

• unidade de entrada com fusíveis;
• circuito de gatilho;
• isolamento óptico (galvânico);
• unidade de comutação;
• circuitos de proteção;
• carregar o nó de saída.

O nó de entrada SSR é um circuito primário com um resistor conectado em série. Um fusível está embutido neste circuito como opção. A tarefa do nó de entrada é receber um sinal de controle e transmitir um comando às chaves que comutam a carga.

Com corrente alternada, o isolamento galvânico é usado para separar os circuitos de controle e principais. O princípio de operação do relé depende em grande parte do seu design. O circuito de disparo responsável pelo processamento do sinal de entrada pode ser incluído na unidade de isolamento óptico ou localizado separadamente.

A unidade de proteção evita a ocorrência de sobrecargas e erros, pois se o dispositivo quebrar, os equipamentos conectados também poderão falhar.

O principal objetivo dos relés de estado sólido é fechar/abrir uma rede elétrica usando um sinal de controle fraco. Ao contrário dos análogos eletromecânicos, possuem formato mais compacto e não produzem cliques característicos durante a operação.

Princípio de funcionamento do TTP

A operação de um relé de estado sólido é bastante simples. A maioria dos SSRs são projetados para controlar a automação em redes de 20 a 480 V.

O isolamento óptico permite criar sinais de controle de potência mínima, o que é crítico para sensores operando a partir de fontes de energia autônomas (+)

Na versão clássica, o corpo do dispositivo inclui dois contatos do circuito comutado e dois fios de controle. Seu número pode mudar à medida que o número de fases conectadas aumenta. Dependendo da presença de tensão no circuito de controle, a carga principal é ligada ou desligada por elementos semicondutores.

Uma característica dos relés de estado sólido é a presença de resistência não infinita.Se os contatos nos dispositivos eletromecânicos estiverem completamente desconectados, nos dispositivos de estado sólido a ausência de corrente no circuito é garantida pelas propriedades dos materiais semicondutores.

Portanto, em tensões elevadas, podem surgir pequenas correntes de fuga, o que pode afetar negativamente o funcionamento dos equipamentos conectados.

Classificação de relés de estado sólido

As áreas de aplicação dos relés são variadas, portanto suas características de projeto podem variar muito, dependendo das necessidades de um determinado circuito automático. Os SSRs são classificados de acordo com o número de fases conectadas, tipo de corrente operacional, características de projeto e tipo de circuito de controle.

Por número de fases conectadas

Os relés de estado sólido são utilizados tanto em eletrodomésticos quanto em automação industrial com tensão de operação de 380 V.

Portanto, esses dispositivos semicondutores, dependendo do número de fases, são divididos em:

• Fase única;
• trifásico.

SSRs monofásicos permitem trabalhar com correntes de 10-100 ou 100-500 A. Eles são controlados por um sinal analógico.

Recomenda-se conectar fios de cores diferentes ao relé trifásico para que possam ser conectados corretamente na instalação do equipamento

Relés de estado sólido trifásicos são capazes de passar correntes na faixa de 10-120 A. Seu dispositivo assume um princípio de funcionamento reversível, o que garante a confiabilidade da regulação simultânea de diversos circuitos elétricos.

Freqüentemente, SSRs trifásicos são usados ​​para garantir a operação de um motor assíncrono. Fusíveis rápidos devem ser incluídos em seu circuito de controle elétrico devido às altas correntes de partida.

Por tipo de corrente operacional

Os relés de estado sólido não podem ser configurados ou reprogramados, portanto, só podem operar normalmente dentro de uma determinada faixa de parâmetros elétricos da rede.

Dependendo das necessidades, os SSRs podem ser controlados por circuitos elétricos com dois tipos de corrente:

• permanente;
• variáveis.

Da mesma forma, os SSRs podem ser classificados de acordo com o tipo de tensão de carga ativa. A maioria dos relés em eletrodomésticos opera com parâmetros variáveis.

A corrente contínua não é utilizada como principal fonte de eletricidade em nenhum país do mundo, portanto relés deste tipo têm um escopo de aplicação restrito

Dispositivos com corrente de controle constante são caracterizados por alta confiabilidade e utilizam uma tensão de 3-32 V. Eles podem suportar uma ampla faixa de temperatura (-30..+70°C) sem alterações significativas nas características.

Os relés regulados CA têm uma tensão de controle de 3-32 V ou 70-280 V. Eles são caracterizados por baixa interferência eletromagnética e alta velocidade de operação.

Por recursos de design

Os relés de estado sólido são frequentemente instalados no painel elétrico geral de um apartamento, portanto, muitos modelos possuem um bloco de montagem para montagem em trilho DIN.

Além disso, existem radiadores especiais localizados entre o TSR e a superfície de apoio. Eles permitem resfriar o dispositivo sob altas cargas, mantendo suas características de desempenho.

O relé é montado em trilho DIN principalmente por meio de um suporte especial, que também possui uma função adicional - remove o excesso de calor durante a operação do dispositivo

Recomenda-se aplicar uma camada de pasta térmica entre o relé e o radiador, o que aumenta a área de contato e aumenta a transferência de calor. Existem também TTPs projetados para fixação na parede com parafusos comuns.

Por tipo de esquema de controle

O princípio de funcionamento de um relé ajustável de um equipamento nem sempre exige sua operação instantânea.

Portanto, os fabricantes desenvolveram vários esquemas de controle de SSR que são usados ​​em vários campos:

1. Controle "até zero". Este tipo de controle de relé de estado sólido envolve operação apenas com valor de tensão 0. É usado em dispositivos com cargas capacitivas, resistivas (aquecedores) e indutivas fracas (transformadores).
2. Instante. Usado quando é necessário operar o relé bruscamente quando um sinal de controle é aplicado.
3. Estágio. Envolve regular a tensão de saída alterando os parâmetros da corrente de controle. Usado para alterar suavemente o grau de aquecimento ou iluminação.

Os relés de estado sólido também diferem em muitos outros parâmetros menos significativos. Portanto, ao adquirir um TSR, é importante entender o esquema de funcionamento do equipamento conectado para adquirir o dispositivo de controle mais adequado para o mesmo.

Deve ser fornecida uma reserva de energia, pois o relé tem uma vida operacional que é rapidamente consumida com sobrecargas frequentes.

Vantagens e desvantagens do TTP

Os relés de estado sólido não substituem em vão as partidas e contatores convencionais do mercado. Esses dispositivos semicondutores apresentam muitas vantagens sobre seus equivalentes eletromecânicos, o que obriga os consumidores a escolhê-los.

Os relés para microcircuitos são compactos em tamanho e altamente limitados em termos de fluxo máximo de corrente. Eles são fixados principalmente por soldagem de pernas especiais

Essas vantagens incluem:

1. Baixo consumo de energia (90% menos).
2. Dimensões compactas permitindo a instalação de dispositivos em espaços limitados.
3. Alta velocidade de inicialização e desligamento
4. Ruído operacional reduzido, sem cliques característicos de um relé eletromecânico.
5. Nenhuma manutenção é esperada.
6. Longa vida útil graças a um recurso de centenas de milhões de operações.
7. Graças às amplas possibilidades de modificação de componentes eletrônicos, os TSR ampliaram as áreas de aplicação.
8. Nenhuma interferência eletromagnética durante a operação.
9. Os danos aos contatos devido a choques mecânicos são eliminados.
10. Falta de contato físico direto entre os circuitos de controle e comutação.
11. Possibilidade de regulação de carga.
12. A presença de circuitos automáticos em SSRs pulsados ​​que protegem contra sobrecargas.
13. Possibilidade de utilização em ambientes explosivos.

As vantagens indicadas dos relés de estado sólido nem sempre são suficientes para o funcionamento normal do equipamento. É por isso que ainda não substituíram completamente os contatores eletromecânicos.

Para a operação estável de relés de estado sólido potentes, a dissipação de calor eficaz é importante, porque em temperaturas elevadas a tensão de carga é fortemente distorcida (+)

Os TTPs também apresentam desvantagens que impedem seu uso em muitos casos.

As desvantagens incluem:

1. Incapacidade de operar a maioria dos dispositivos com tensões acima de 0,5 kV.
2. Preço Alto.
3. Sensibilidade a altas correntes, principalmente em circuitos de partida de motores.
4. Restrições de uso em condições de alta umidade.
5. Diminuição crítica nas características de desempenho em temperaturas abaixo de 30°C abaixo de zero e acima de 70°C acima de 70°C.
6. O case compacto leva ao aquecimento excessivo do dispositivo sob cargas consistentemente altas, o que requer o uso de dispositivos especiais de resfriamento passivos ou ativos.
7. Possibilidade de derreter o dispositivo devido ao calor durante um curto-circuito.
8. Microcorrentes no estado fechado do relé podem ser críticas para o funcionamento do equipamento. Por exemplo, lâmpadas fluorescentes conectadas à rede podem piscar periodicamente.

Assim, os relés de estado sólido têm certas aplicações. Em circuitos de equipamentos industriais de alta tensão, seu uso é bastante limitado devido às propriedades físicas imperfeitas dos materiais semicondutores.

No entanto, nos eletrodomésticos e na indústria automotiva, os TTPs ocupam uma posição forte devido às suas propriedades positivas.

Possíveis diagramas de conexão

Os diagramas de conexão para relés de estado sólido podem ser muito diversos. Cada circuito elétrico é construído com base nas características da carga conectada. Fusíveis, controladores e dispositivos reguladores adicionais podem ser adicionados ao circuito.

Devido ao fato de os circuitos de controle e carga no dispositivo não se sobreporem, suas características elétricas podem diferir em qualquer parâmetro (+)

A seguir serão apresentados os diagramas de conexão SSR mais simples e comuns:

• normalmente aberto;
• com contorno associado;
• normalmente fechado;
• trifásico;
• reversível.

Circuito normalmente aberto (aberto) - um relé no qual a carga é energizada na presença de um sinal de controle. Ou seja, o equipamento conectado é desligado quando as entradas 3 e 4 são desenergizadas.

Antes de adquirir um relé, você deve determinar o tipo necessário de seu estado inicial (fechado ou aberto) para garantir o correto funcionamento do equipamento conectado (+)

Circuito normalmente fechado — significa um relé no qual a carga é energizada na ausência de um sinal de controle. Ou seja, o equipamento conectado está em condições de funcionamento quando as entradas 3 e 4 estão desenergizadas.

Existe um diagrama de conexão para um relé de estado sólido no qual as tensões de controle e de carga são iguais. Este método pode ser usado simultaneamente para trabalhar em redes DC e AC.

Relés trifásicos estão conectados de acordo com princípios ligeiramente diferentes. Os contatos podem ser conectados nas configurações “Estrela”, “Triângulo” ou “Estrela e Neutro”.

A escolha de um circuito de conexão de relé trifásico depende em grande parte das características operacionais do equipamento conectado a ele como carga

Inversão de relés de estado sólido usado em motores elétricos no modo apropriado. São fabricados na versão trifásica e incluem dois circuitos de controle.

Se for importante para o relé manter a polaridade de conexão dos contatos, então a marcação sempre indicará onde conectar a fase e o neutro

É necessário montar circuitos elétricos com SSR somente após desenhá-los preliminarmente no papel, pois dispositivos conectados incorretamente podem falhar devido a um curto-circuito.

Aplicação prática de dispositivos

O escopo de uso dos relés de estado sólido é bastante extenso. Devido à sua alta confiabilidade e à falta de necessidade de manutenção regular, muitas vezes são instalados em locais de difícil acesso nos equipamentos.

Em muitos relés, a conexão dos fios do circuito de controle requer polaridade, que deve ser levada em consideração durante a instalação do equipamento

As principais áreas de aplicação do TTP são:

• sistema de termorregulação por meio de elementos de aquecimento;
• manutenção de temperaturas estáveis ​​em processos tecnológicos;
• controle de transformadores;
• ajuste de iluminação;
• circuitos de sensores de movimento, iluminação, sensores fotográficos para iluminação pública e assim por diante.;
• controle de motor elétrico;
• fontes de alimentação ininterrupta.

Com a crescente automação de eletrodomésticos, os relés de estado sólido estão se tornando cada vez mais comuns e o desenvolvimento de tecnologias de semicondutores está constantemente abrindo novas áreas de sua aplicação.

Se desejar, você mesmo pode montar o relé de estado sólido. Instruções detalhadas são fornecidas em Este artigo.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Os vídeos apresentados ajudarão você a entender melhor o funcionamento dos relés de estado sólido e a se familiarizar com como conectá-los.

Demonstração prática do funcionamento de um relé simples de estado sólido:

Análise dos tipos e características dos relés de estado sólido:

Testando a operação e o grau de aquecimento do SSR:

Quase qualquer pessoa pode instalar um circuito elétrico composto por um relé de estado sólido e um sensor.

No entanto, planejar um circuito funcional requer conhecimentos básicos de engenharia elétrica porque conexões incorretas podem resultar em choque elétrico ou curto-circuito. Mas, como resultado das ações corretas, você pode obter muitos dispositivos úteis na vida cotidiana.

Você tem algo a acrescentar ou alguma dúvida sobre como conectar e usar relés de estado sólido? Você pode deixar comentários na publicação, participar de discussões e compartilhar sua própria experiência no uso de tais dispositivos. O formulário de contato está localizado no bloco inferior.