رله جامد یا رله SSR چیست ؟

همانطور که میدانید رله ها به طور کلی کارشان قطع و وصل است منتهی رله جامد یا SSR این عمل را به صورت الکترونیکی انجام میدهد ولی رله هایی مانند رله شیشه ای به صورت مکانیکی عمل قطع و وصل را انجام میدهند.

رله حالت جامد SSR یک المان سوئیچینگ الکترونیکی است که در آن با یک سیگنال کنترلی می توان جریان یا ولتاژ بزرگتر را کنترل کرد.

عملکرد SSR شبیه رله های الکترومکانیکی می باشد با این تفاوت که در این المان هیچ قسمت متحرکی وجود نداشته و نسبت به آن دارای ابعاد کوچکتری می باشد.عدم قسمت متحرک در SSR موجب افزایش عمر قطعه شده و در مداراتی که تعداد دفعات کلید زدن زیاد می‌ باشد کاربرد دارد. چنانچه بخواهیم در بارهای DC از SSR استفاده کنیم در ساختمان داخلی از ماسفت هایی به صورت موازی با یکدیگر استفاده می شود تا میزان جریان قابل تحمل SSR نیز افزایش یابد .

رله SSR یک عنصر الکترونیکی نیمه هادی می باشد. SSR که مخفف Solid State Relay یا رله حالت جامد است، در واقع به معنای نوعی کلید الکترونیکی است و عملکردی مشابه رله‌های الکترومکانیکی یا کنتاکتورها را دارد، با این تفاوت که هیچ عنصر متحرکی درون آن‌ها وجود ندارد و دارای طول عمر طولانی تری است. در واقع این رله ‌ها یک قطعه سوییچ الکترونیکی می باشند که با یک سیگنال کوچک می‌توان جریان یا ولتاژ بزرگتر را کنترل کرد.

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.

داخل اس اس آر ، روی هر تریستور ولتاژ کوچکی افت می‌کند. زمانی که اس اس آر تحریک می شود، مقاومت به سرعت و به شدت کاهش می یابد به طوری که موجب وصل خروجی می شود. مجموع این ولتاژ ها جریانی که یک اس اس آر می‌دهد را محدود می‌کند. به کمک رله ی اس اس آر جریان یا ولتاژ های مختلف را می توان کنترل کرد. با تریستور های پیشرفته تر، می‌توان به رله SSR ها با جریان بالا حدود ۱۰۰ تا ۱۲۰۰ آمپر دست یافت، انواع آن به صورت تجاری قابل دسترس می باشند.

تاریخچه رله SSR و شیوه عملکرد آن ؟

رله های الکتریکی در اشکال متفاوت و از ۱۰۰ سال پیش تاکنون به کار می رفته اند. در سال ۱۹۷۱ رله حالت جامد (SSR) ابداع شد. روی کار آمدن این رله موجب ظهور تکنولوژی های دیگری نیز شده است.

رله جامد الکترونیکی در سیستم هایی که نیازمند سوئیچ میان On/Off هستند، همین طور در مدیریت سیگنال نور و کنترل جریان الکتریکی و مقاومت موجود در مدار به کار برده می شود. با وجود طراحی بسیار ساده رله این قطعه الکترونیکی در موارد متعدد دیگری نیز کاربرد دارد.

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 آرها متشکل از یک ترمینال ورودی به عنوان فرمان و یک خروجی به عنوان کلید می باشند و معمولا به صورت کوپل نوری ساخته می‌شوند. معمولا عنصر فرستنده سیگنال کنترلی، به صورت نور یک دیود نوری و همچنین عنصر گیرنده که خروجی اس اس آر 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 می ‌کنند. 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 آر SSR نیز افزایش یابد.

رله جامد یا SSR چگونه نصب می شوند ؟

این رله ها نیاز به تغذیه دارند که از برق DC برای تغذیه آن استفاده میشود و در خروجی هم مانند یک کلید خروجی آن قطع و وصل میشود . در انواع مدل های AC و DC  وجود دارند که در مدل های AC هم برای برق سه فاز و هم برق تک فاز این رله ها موجود است منهتی باید به اطلاعات نوشته شده روی رله توجه شود و تا حدود ولتاژ و جریان مجاز آن رعایت شود.

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 کنترلر PID استفاده می شود.

تقریباً در هر مداری که نیاز به سرعت کلید زنی بالا دارد می توان از SSR استفاده نمود. برای مثال می توان کنترل دور موتور، سافت استارتر، هیتر و مواردی از این قبیل را نام برد.

استفاده از SSR به عنوان کنتاکت های یک کنتاکتور الکترونیکی و …

انواع رله جامد الکتریکی یا SSR کدامند ؟

این رله با تمام سادگی خود از انواع متفاوتی نیز برخوردار است که در ادامه به برخی از آنها می پردازیم :

1- رله SSR Zero-Switching :

این رله SSR رایج ترین رله حالت جامد به شمار می رود. این رله تنها زمانی جریان خروجی را فعال می کند که ولتاژ کنترل در مدار برقرار شده باشد. در این حالت ولتاژ به اصطلاح از حد صفر عبور کرده است. از طرفی جریان نیز زمانی غیر فعال می شود که ولتاژ کنترل قطع شود.

رله‌های اس اس آر با کلیدزنی از نوع صفر، هنگامیکه ولتاژ به صفر می ‌رسد، روشن یا خاموش می‌شوند و عملیات سوییچ نیز انجام می‌گردد. مزیت رله Zero Crossing Switching این است که از ایجاد نویز جلوگیری می‌کند و همچنین باعث جلوگیری از آسیب به رله می شود. این نوع رله‌ها برای بار‌های خازنی، مقاومتی و سلفی قابل استفاده می باشند.

2- رله SSR Instant-On :

در این مدل رله حالت جامد به محض برقراری اتصال ولتاژ ورودی بار خروجی را با توجه به تنظیم مدار مورد نظر فعال می کند.

در این رله ها خروجی سیستم به محض دریافت و فعال سازی ورودی فعال می شود. به همین دلیل این رله در مدارهایی که نیاز به دقت بالا باشد به کار برده می شوند.

عمل در لحظه دریافت فرمان Instant-ON Random switching :

این نوع رله‌ها با توجه به نامشان، در لحظه تحریک روشن می‌شوند و به محض قطع تحریک، خاموش می‌شوند. رله Instant-ON برای بارهای سلفی مناسب می باشند. قابل ذکر است که از این نوع SSR برای کنترل فاز هم می‌توان استفاده کرد. باید دقت داشت که عملکرد در این حالتRandom switching  منجر به ایجاد امواج الکترومغناطیسی در محیط می‌ شود.

3- رله SSR Peak Switching :

این رله های SSR تنها زمانی فرمان خروجی را صادر می کنند که ولتاژ ورودی فعال و میزان جریان به بالاترین حد یا Peak خود برسد.

این رله‌ها، در بالاترین حد ولتاژ عملیات کلید زنی را انجام می‌دهند. این رله‌ها در بار‌های سلفی با سیم پیچ های هسته آهنین (انواع موتورها) کاربرد دارند. این نوع کلید زنی کاربردهای خاصی دارد و امروزه کمتر مورد استفاده قرار می گیرند.

4- رله های SSR مدل Analog Switching :

در این نوع از رله حالت جامد برخلاف رله های SSR پیشین هیچ ولتاژ خروجی مشخصی تعیین نشده است.

این رله ها کاملا به صورت خطی با ولتاژ و جریان ورودی در ارتباط هستند. در واقع میزان ورودی کیفیت خروجی رله را کنترل می کند. این قبیل رله ها در ساخت استارتر ها و همینطور در کنترل جریان هجومی نیز به کار برده می شوند.

این نوع رله دارای تحریک (ورودی) آنالوگ می باشد و معمولا در رنج (۲۰-۴) میلی آمپر و یا (۱۰-۰) ولت می‌باشد. این SSR ها در انواع کنترل کننده‌های سرعت موتور و همچنین در کنترل دمای کوره‌ها و المنت‌ها کاربرد دارند. SSR Analog Switching برای کنترل فاز نیز کاربرد دارد. در حالت کلی رله اس اس آر آنالوگ در بارهای خازنی، مقاومتی و سلفی قابل استفاده می باشد. آنچه در مورد اس اس آر های آنالوگ اهمیت دارد، این است که خروجی اس اس آر بر اساس تابع خطی ورودی تغییر می‌کند.

مزایا و معایب رله حالت جامد SSR :

مزایا و ویژگی های رله حالت جامد 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.

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 SSR :

رله حالت جامد در مقایسه با رله های مکانیکی قیمت بالاتری دارند. و حساسیت بیشتری نیز دارند.

در رله حالت جامد ، روی هر ترانزیستور ولتاژ کمی (به دلیل وجود مقاومت افت می کند) ایجاد می شود، و این امر باعث می شود تا جریان عبوری از SSR محدود شود. البته  با پیشرفت تکنولوژی ترانزیستورهای پرقدرتی ساخته شده اند که با آنها می توان رله حالت جامد ۱۰۰ تا ۱۲۰۰ آمپری را تولید و استفاده کرد.

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.

رله های SSR چه تفاوتی با سایر رله های الکترومکانیکی دارد ؟

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 که در پایین با آن آشنا می شوید.

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.

همان طور که از نام این قطعه مشخص است تفاوت اصلی رله های الکترومکانیکی و رله جامد در این است که در ساخت این قطعات هیچ عنصر متحرک به کار نرفته است همین امر سبب افزایش طول عمر این قطعه شده است.

در این رله ها به جای حرکت فیزیکی در قطعه و به منظور برقراری ارتباط مورد نظر در مدار از نور های اینفرارد یا ال ای دی استفاده می شود. سر و صدای ایجاد شده از رله ها در برخی کاربردها ممکن است آزار دهنده باشد که تنها با استفاده از یک رله حالت جامد می توان آن را حذف کرد.

جدا کننده برق مستقیم (Galvanic Separation) چیست ؟

در پاسخ به این سوال که نقش جدا کننده برق مستقیم در SSR چیست باید گفت که با استفاده از این قابلیت اجزای تشکیل دهنده رله از یکدیگر مجزا می شوند.

به جای استفاده از یک قطعه متحرک به منظور برقراری ارتباط در رله از جداکننده مستقیم برق استفاده می شود و این قطعه با استفاده از نور ال ای دی یا اینفرارد اتصال مورد نظر را برقرار می کند.

این دستگاه علاوه بر اطمینان از عدم بروز هرگونه اشکالی در روند عملکرد رله جامد امکان برقراری ارتباط سیمی میان دستگاه های متفاوتی که به نیروی برق متفاوتی نیاز دارند را نیز میسر کرده است.

اپتوکوپلر چیست ؟

این قطعه منبع تولید کننده نور مورد استفاده در برقراری ارتباط در رله جامد الکترونیکی SSR است. انتقال دهنده گیرنده سیگنال نیز درون سیستم SSR تعبیه شده اند. به محض این که انرژی مورد نظر در مدار تهیه شود صرف نظر از این که این انرژی موجب بسته یا باز شدن مدار شود، اجازه خروج سیگنال با تمام ولتاژ از خروجی SSR داده می شود. به طور کلی اپتوکوپلر از دو قطعه کلی تشکیل شده است. یکی از این قطعات وظیفه ارسال سیگنال و دیگری وظیفه دریافت سیگنال را برعهده دارد. همین امر سبب شده است که بگوییم این مدارها، مدارهای کامل نامیده می شوند.

سیگنال کنترل در SSR چیست ؟

میزان ولتاژ مورد نیازی که برای تغییر سوئیچ اپتوکوپلر از خاموش به روشن مورد نیاز است را سیگنال کنترل می نامند.

در واقع بر اساس تولید کننده های متفاوت غالبا از ولتاژهای ۳ یا ۴ تا ۲۴ ولت DC در این قطعات به کار برده می شود.

رتبه ولتاژ در SSR چیست ؟

ولتاژ استاندارد در SSR به منظور عملکرد این قطعه رتبه بندی شده است.

تعریف ولتاژ عملیاتی در رله حالت جامد چیست ؟

حداکثر ولتاژ قابل اجرا در این قطعه پیش از آنکه نوسانی در میزان جریان ایجاد شود را ولتاژ عملیاتی می نامند.

موارد مد نظر هنگام انتخاب رله SSR کدامند ؟

هنگام انتخاب SSR باید ویژگی هایی که در زیر به آن ها اشاره می شود را در نظر داشت :

بازه دقیق ولتاژ کنترلی : محدوده و نوع ولتاژ کنترلی جهت قطع و وصل SSR که دو حالت DC control input و AC control input می باشد.

انتخاب نوع DC یا AC : ولتاژی که به دو سر خروجی وصل می گردد ( به دو سر سوئیچ) که این ولتاژ نیز دو حالت DC یا AC می باشد.

میزان ولتاژی که به خروجی های SSR متصل می شود.

حداکثر میزان جریان عبوری هنگام خروج از سوئیچ الکترونیکی.

انتخاب هیت سینک مناسب نیز جهت جلوگیری از آسیب به رله SSR حائز اهمیت است.

انتخاب فیوز مناسب را نیز باید مد نظر قرار داد.

معرفی رله های حالت جامد SSR آتونیکس Autonics :

رله های حالت جامد SSR آتونیکس Autonics با مقاوت دی الکتریک بالای 4000 VAC به جز سری (SRS1) شامل یک رنج گسترده از محصولات شامل رله های SSR سوکتی ، رله های SSR با هیت سینک جداشونده و رله های SSR با هیت سینک یکپارچه با طراحی بدنه باریک و حتی SSR با ورودی آنالوگ ، که این امر باعث کاربردی شدن این سری از محصولات آتونیکس Autonics در صنایع مختلف شده است. رله های حالت جامد SSR آتونیکس Autonics کاربردهای متفاوتی نظیر کنترل توان بارهای المنت ، بخاری و هیتر، تجهیزات نیمه هادی ، ماشین آلات صنعتی و موتور ها و غیره را پوشش می دهند.

رله حالت جامد یا SSR یک سوئیچینگ الکتریکی است که در آن از قطعات نیمه هادی به کاربرده شده، در نتیجه هنگام قطع و وصل هیچ صدایی ندارد. از مزایای رله حالت جامد نسبت به رله های مکانیکی میتوان به سرعت قطع و وصل بالا و طول عمر زیاد شان اشاره کرد. جهت خرید رله حالت جامد  SSR و اطلاع از لیست قیمت رله حالت جامد SSR آتونیکس Autonics ، با صنعت استور نمایندگی فروش محصولات آتونیکس Autonics تماس بگیرید.

ورود به دسته بندی محصول رله حالت جامد | Solid State Relay