Relé de estado sólido: tipos, aplicación práctica, diagramas de conexión.
Los arrancadores y contactores clásicos se están convirtiendo poco a poco en cosa del pasado.Su lugar en la electrónica del automóvil, los electrodomésticos y la automatización industrial lo ocupan los relés de estado sólido, un dispositivo semiconductor que no tiene partes móviles.
Los dispositivos tienen diferentes diseños y esquemas de conexión, que determinan su ámbito de aplicación. Antes de utilizar el dispositivo, es necesario comprender su principio de funcionamiento, conocer las características de funcionamiento y conexión de los diferentes tipos de relés. Las respuestas a las preguntas anteriores se describen en detalle en el artículo presentado.
El contenido del artículo:
Dispositivo de relé de estado sólido
Los relés de estado sólido (SSR) modernos son dispositivos semiconductores modulares que actúan como interruptores eléctricos de potencia.
Las unidades operativas clave de estos dispositivos están representadas por triacs, tiristores o transistores. Los SSR no tienen partes móviles, lo que los diferencia de los relés electromecánicos.
El interior de estos dispositivos puede variar mucho según el tipo de carga que se regule y el circuito eléctrico.
Los relés de estado sólido más simples incluyen los siguientes componentes:
- unidad de entrada con fusibles;
- circuito de disparo;
- aislamiento óptico (galvánico);
- unidad de conmutación;
- circuitos de protección;
- cargar el nodo de salida.
El nodo de entrada SSR es un circuito primario con una resistencia conectada en serie. Como opción, se incorpora un fusible en este circuito. La tarea del nodo de entrada es recibir una señal de control y transmitir un comando a los interruptores que cambian la carga.
Con corriente alterna, se utiliza aislamiento galvánico para separar los circuitos de control y principal. El principio de funcionamiento del relé depende en gran medida de su diseño. El circuito disparador responsable de procesar la señal de entrada puede incluirse en la unidad de aislamiento óptico o ubicarse por separado.
La unidad de protección evita que se produzcan sobrecargas y errores, ya que si el dispositivo se avería, los equipos conectados también pueden fallar.
El objetivo principal de los relés de estado sólido es cerrar/abrir una red eléctrica mediante una señal de control débil. A diferencia de sus homólogos electromecánicos, tienen una forma más compacta y no producen los clics característicos durante el funcionamiento.
Principio de funcionamiento de TTP
El funcionamiento de un relé de estado sólido es bastante sencillo. La mayoría de los SSR están diseñados para controlar la automatización en redes de 20-480 V.
En la versión clásica, el cuerpo del dispositivo incluye dos contactos del circuito conmutado y dos cables de control. Su número puede cambiar a medida que aumenta el número de fases conectadas. Dependiendo de la presencia de voltaje en el circuito de control, la carga principal se enciende o apaga mediante elementos semiconductores.
Una característica de los relés de estado sólido es la presencia de una resistencia no infinita.Si los contactos en los dispositivos electromecánicos están completamente desconectados, en los dispositivos de estado sólido la ausencia de corriente en el circuito está garantizada por las propiedades de los materiales semiconductores.
Por lo tanto, a voltajes elevados, pueden aparecer pequeñas corrientes de fuga que pueden afectar negativamente el funcionamiento de los equipos conectados.
Clasificación de relés de estado sólido.
Las áreas de aplicación de los relés son variadas, por lo que sus características de diseño pueden variar mucho, dependiendo de las necesidades de un circuito automático en particular. Los SSR se clasifican según el número de fases conectadas, el tipo de corriente operativa, las características de diseño y el tipo de circuito de control.
Por número de fases conectadas
Los relés de estado sólido se utilizan tanto en electrodomésticos como en automatización industrial con una tensión de funcionamiento de 380 V.
Por tanto, estos dispositivos semiconductores, según el número de fases, se dividen en:
- fase única;
- tres fases.
SSR monofásicos le permiten trabajar con corrientes de 10-100 o 100-500 A. Se controlan mediante una señal analógica.
Relés de estado sólido trifásicos son capaces de pasar corriente en el rango de 10-120 A. Su dispositivo asume un principio de funcionamiento reversible, lo que garantiza la confiabilidad de la regulación simultánea de varios circuitos eléctricos.
A menudo se utilizan SSR trifásicos para garantizar el funcionamiento de un motor asíncrono. Se deben incluir fusibles rápidos en su circuito de control eléctrico debido a las altas corrientes de irrupción.
Por tipo de corriente de funcionamiento
Los relés de estado sólido no se pueden configurar ni reprogramar, por lo que solo pueden funcionar normalmente dentro de un cierto rango de parámetros eléctricos de la red.
Dependiendo de las necesidades, los SSR pueden controlarse mediante circuitos eléctricos con dos tipos de corriente:
- permanente;
- variables.
De manera similar, los SSR se pueden clasificar según el tipo de voltaje de carga activa. La mayoría de los relés de los electrodomésticos funcionan con parámetros variables.
Los dispositivos con corriente de control constante se caracterizan por su alta confiabilidad y utilizan para la regulación un voltaje de 3-32 V. Pueden soportar un amplio rango de temperatura (-30..+70°C) sin cambios significativos en sus características.
Los relés regulados por CA tienen un voltaje de control de 3-32 V o 70-280 V. Se caracterizan por una baja interferencia electromagnética y una alta velocidad de funcionamiento.
Por características de diseño
Los relés de estado sólido a menudo se instalan en el panel eléctrico general de un apartamento, por lo que muchos modelos tienen un bloque de montaje para montaje en riel DIN.
Además, hay radiadores especiales ubicados entre el TSR y la superficie de soporte. Le permiten enfriar el dispositivo bajo cargas elevadas, manteniendo sus características de rendimiento.
Se recomienda aplicar una capa de pasta térmica entre el relé y el radiador, lo que aumenta el área de contacto y aumenta la transferencia de calor. También existen TTP diseñados para su fijación a la pared con tornillos convencionales.
Por tipo de esquema de control
El principio de funcionamiento de un relé ajustable de un equipo no siempre requiere su funcionamiento instantáneo.
Por ello, los fabricantes han desarrollado varios esquemas de control SSR que se utilizan en diversos campos:
- Control "a través de cero". Este tipo de control de relé de estado sólido implica operación solo a un valor de voltaje de 0. Se utiliza en dispositivos con cargas capacitivas, resistivas (calentadores) e inductivas débiles (transformadores).
- Instante. Se utiliza cuando es necesario operar el relé bruscamente cuando se aplica una señal de control.
- Fase. Implica regular el voltaje de salida cambiando los parámetros de la corriente de control. Se utiliza para cambiar suavemente el grado de calefacción o iluminación.
Los relés de estado sólido también se diferencian en muchos otros parámetros menos importantes. Por lo tanto, a la hora de adquirir un TSR, es importante comprender el esquema de funcionamiento del equipo conectado para poder adquirir el dispositivo de control más adecuado para él.
Se debe proporcionar una reserva de energía, porque el relé tiene una vida operativa que se consume rápidamente con sobrecargas frecuentes.
Ventajas y desventajas del TTP
Los relés de estado sólido no sustituyen en vano a los arrancadores y contactores convencionales del mercado. Estos dispositivos semiconductores tienen muchas ventajas sobre sus homólogos electromecánicos, lo que obliga a los consumidores a elegirlos.
Estas ventajas incluyen:
- Bajo consumo de energía (90% menos).
- Dimensiones compactas que permiten instalar dispositivos en espacios limitados.
- Alta velocidad de inicio y apagado
- Ruido de funcionamiento reducido, sin clics característicos de un relé electromecánico.
- No se espera ningún mantenimiento.
- Larga vida útil gracias a un recurso de cientos de millones de operaciones.
- Gracias a las amplias posibilidades para modificar componentes electrónicos, los TSR han ampliado sus áreas de aplicación.
- Sin interferencias electromagnéticas durante el funcionamiento.
- Se eliminan los daños a los contactos debidos a golpes mecánicos.
- Falta de contacto físico directo entre los circuitos de control y conmutación.
- Posibilidad de regulación de carga.
- La presencia de circuitos automáticos en SSR pulsados que protegen contra sobrecargas.
- Posibilidad de uso en ambientes explosivos.
Las ventajas indicadas de los relés de estado sólido no siempre son suficientes para el funcionamiento normal del equipo. Por eso todavía no han sustituido por completo los contactores electromecánicos.
Los TTP también tienen desventajas que impiden su uso en muchos casos.
Las desventajas incluyen:
- Incapacidad para operar la mayoría de los dispositivos con voltajes superiores a 0,5 kV.
- Precio alto.
- Sensibilidad a altas corrientes, especialmente en circuitos de arranque de motores.
- Restricciones de uso en condiciones de alta humedad.
- Disminución crítica de las características de rendimiento a temperaturas inferiores a 30°C bajo cero y superiores a 70°C por encima de 70°C.
- La carcasa compacta provoca un calentamiento excesivo del dispositivo con cargas constantemente elevadas, lo que requiere el uso de dispositivos de refrigeración activos o pasivos especiales.
- Posibilidad de fundir el dispositivo debido al calor durante un cortocircuito.
- Las microcorrientes en el estado cerrado del relé pueden ser críticas para el funcionamiento del equipo. Por ejemplo, las lámparas fluorescentes conectadas a la red pueden parpadear periódicamente.
Por tanto, los relés de estado sólido tienen determinadas aplicaciones. En circuitos de equipos industriales de alto voltaje, su uso está muy limitado debido a las imperfectas propiedades físicas de los materiales semiconductores.
Sin embargo, en los electrodomésticos y en la industria del automóvil, los TTP ocupan una posición fuerte debido a sus propiedades positivas.
Posibles diagramas de conexión.
Los diagramas de conexión de relés de estado sólido pueden ser muy diversos. Cada circuito eléctrico se construye en función de las características de la carga conectada. Se pueden agregar al circuito fusibles, controladores y dispositivos de regulación adicionales.
A continuación se presentarán los diagramas de conexión SSR más simples y comunes:
- normalmente abierto;
- con contorno asociado;
- normalmente cerrado;
- tres fases;
- reversible.
Circuito normalmente abierto (abierto) - un relé en el que la carga se energiza en presencia de una señal de control. Es decir, el equipo conectado se apaga cuando las entradas 3 y 4 están desenergizadas.
Circuito normalmente cerrado — significa un relé en el que la carga se energiza en ausencia de una señal de control. Es decir, el equipo conectado está en condiciones de funcionar cuando las entradas 3 y 4 están desenergizadas.
Existe un diagrama de conexión para un relé de estado sólido en el que los voltajes de control y carga son los mismos. Este método se puede utilizar simultáneamente para trabajar en redes DC y AC.
Relés trifásicos están conectados según principios ligeramente diferentes. Los contactos se pueden conectar en configuraciones “Estrella”, “Triángulo” o “Estrella y Neutro”.
Relés reversibles de estado sólido utilizado en motores eléctricos en el modo apropiado. Se fabrican en versión trifásica e incluyen dos lazos de control.
Es necesario ensamblar circuitos eléctricos con SSR solo después de dibujarlos previamente en papel, ya que los dispositivos conectados incorrectamente pueden fallar debido a un cortocircuito.
Aplicación práctica de dispositivos.
El ámbito de uso de los relés de estado sólido es bastante amplio. Debido a su alta confiabilidad y a la falta de necesidad de mantenimiento regular, a menudo se instalan en lugares de difícil acceso del equipo.
Las principales áreas de aplicación del TTP son:
- sistema de termorregulación mediante elementos calefactores;
- mantener temperaturas estables en procesos tecnológicos;
- control de transformadores;
- ajuste de iluminación;
- circuitos de sensores de movimiento, iluminación, fotosensores para alumbrado público etcétera.;
- control de motores eléctricos;
- fuente de poder ininterrumpida.
Con la creciente automatización de los electrodomésticos, los relés de estado sólido se están volviendo cada vez más comunes y las tecnologías de semiconductores en desarrollo abren constantemente nuevas áreas de aplicación.
Si lo desea, puede montar el relé de estado sólido usted mismo. Se proporcionan instrucciones detalladas en Este artículo.
Conclusiones y vídeo útil sobre el tema.
Los videos presentados lo ayudarán a comprender mejor el funcionamiento de los relés de estado sólido y a familiarizarse con cómo conectarlos.
Demostración práctica del funcionamiento de un relé de estado sólido simple:
Análisis de los tipos y características de los relés de estado sólido:
Prueba del funcionamiento y grado de calentamiento del SSR:
Casi cualquier persona puede instalar un circuito eléctrico que consta de un relé de estado sólido y un sensor.
Sin embargo, planificar un circuito que funcione requiere conocimientos básicos de ingeniería eléctrica porque las conexiones incorrectas pueden provocar una descarga eléctrica o un cortocircuito. Pero como resultado de las acciones correctas, se pueden obtener muchos dispositivos útiles en la vida cotidiana.
¿Tiene algo que agregar o tiene alguna pregunta sobre la conexión y el uso de relés de estado sólido? Puede dejar comentarios sobre la publicación, participar en debates y compartir su propia experiencia en el uso de dichos dispositivos. El formulario de contacto se encuentra en el bloque inferior.
Y si tengo caídas constantes de voltaje en mi departamento, ¿qué debo hacer? Aproximadamente 180-250 V, ¿qué hacer y adónde ir?
De hecho, este es un problema bastante común en muchas áreas de las ciudades del espacio postsoviético.Como tiene un apartamento, el problema no sólo es relevante para usted, sino quizás para toda la entrada, la casa o incluso el área. Por lo tanto, es mejor presentar una solicitud colectiva para eliminar el problema de las sobretensiones.
Este problema debe ser abordado por representantes de la empresa con la que tiene un contrato de suministro de electricidad. Además, en el futuro, le aconsejo que utilice estabilizadores y relés de voltaje en conjunto, no por separado. Los primeros son efectivos a bajo voltaje y los segundos a alto voltaje.