Relés de estado sólido: tipos, aplicações práticas, diagramas de fiação

Entradas e contatores clássicos estão gradualmente se tornando uma coisa do passado. Seu lugar na eletrônica automotiva, eletrodomésticos e automação industrial é ocupado por um relé de estado sólido - um dispositivo semicondutor no qual não existem peças móveis.

Os dispositivos possuem vários projetos e diagramas de fiação, dos quais seus campos de aplicação dependem. Antes de usar o dispositivo, você precisa entender seu princípio operacional, aprender sobre os recursos da operação e conexão de diferentes tipos de relés. As respostas para essas perguntas estão detalhadas no artigo.

Dispositivo de relé de estado sólido

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

Os principais nós de trabalho desses dispositivos são representados por triacs, tiristores ou transistores. Os TTRs não possuem partes móveis, o que difere dos relés eletromecânicos.

O tamanho do relé de estado sólido depende em grande parte da carga máxima permitida e da capacidade de remover o calor por transferência e convecção de calor (+)

A estrutura interna desses dispositivos pode variar bastante, dependendo do tipo de carga ajustável e do circuito elétrico.

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

• nó de entrada com fusíveis;
• cadeia de gatilho;
• isolamento óptico (galvânico);
• nó de comutação;
• circuitos de proteção;
• saída do nó para a carga.

O nó de entrada TTR é um circuito primário com um resistor conectado em série. Um fusível neste circuito é opcional. A tarefa do nó de entrada é aceitar o sinal de controle e transmitir o comando aos comutadores de carga.

Com corrente alternada, o isolamento galvânico é usado para separar o controle e o circuito principal. O princípio da operação do relé depende muito do seu dispositivo.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 sobrecargas e erros, pois, no caso de falha do dispositivo, o equipamento conectado também pode falhar.

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

O princípio de operação do TTR

A operação de um relé de estado sólido é bastante simples. A maioria dos TTRs é projetada 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 extremamente importante para sensores que operam a partir de fontes de energia autônomas (+)

Na versão clássica, dois contatos de um circuito comutado e dois fios de controle estão incluídos no gabinete do dispositivo. Seu número pode mudar com um aumento no número de fases conectadas. Dependendo da presença de tensão no circuito de controle, a carga principal é ativada ou desativada pelos elementos semicondutores.

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

Portanto, em altas tensões, podem ocorrer pequenas correntes de fuga que podem afetar adversamente a operação do equipamento conectado.

Classificação de relé de estado sólido

O escopo do relé é diverso, portanto, seus recursos de design podem variar bastante, dependendo das necessidades de um circuito automático específico. Os TTRs são classificados pelo número de fases conectadas, tipo de corrente de operação, recursos de projeto e tipo de circuito de controle.

Pelo número de fases conectadas

Os relés de estado sólido são usados ​​como parte de eletrodomésticos e na automação industrial com uma tensão de operação de 380 V.

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

• fase monofásica;
• trifásico.

TTR monofásico permitem trabalhar com correntes de 10 a 100 ou 100 a 500 A. Seu controle é realizado usando um sinal analógico.

Recomenda-se conectar fios de várias cores ao relé trifásico, para que, ao instalar o equipamento, você possa conectá-los corretamente

Relés de estado sólido trifásicos capazes de passar corrente na faixa de 10 a 120 A. Seu dispositivo envolve um princípio reversível de operação, o que garante a confiabilidade da regulação de vários circuitos elétricos simultaneamente.

Freqüentemente, SSRs trifásicos são usados ​​para fornecer um motor de indução. Em seu circuito de controle, os fusíveis rápidos são necessariamente incluídos devido às altas correntes de energização.

Por tipo de corrente de operação

Os relés de estado sólido não podem ser configurados ou reprogramados, portanto, eles só podem funcionar corretamente com uma certa faixa de parâmetros elétricos da rede elétrica.

Dependendo das necessidades, o TTR pode ser controlado por circuitos elétricos com dois tipos de corrente:

• permanente;
• variáveis.

Da mesma forma, é possível classificar o TTR pelo tipo de tensão de carga ativa. A maioria dos relés em eletrodomésticos opera com parâmetros variáveis.

A corrente contínua não é usada como a principal fonte de eletricidade em qualquer país do mundo, portanto, relés desse tipo têm um escopo estreito

Dispositivos com corrente de controle constante são caracterizados por alta confiabilidade e usam uma tensão de 3-32 V. Para regular, eles suportam uma ampla faixa de temperatura (-30 .. + 70 ° C) sem alterações significativas nas características.

Relés controlados por corrente alternada têm uma tensão de controle de 3-32 V ou 70-280 V.Eles se distinguem pela baixa interferência eletromagnética e alta velocidade de resposta.

Por recursos de design

Os relés de estado sólido costumam ser instalados no painel elétrico comum de um apartamento; muitos modelos possuem um bloco de montagem para montagem em um trilho DIN.

Além disso, existem radiadores especiais localizados entre o TTR e a superfície de suporte. Eles permitem que você esfrie o dispositivo com altas cargas, mantendo seu desempenho.

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

Entre o relé e o radiador, é recomendável aplicar uma camada de pasta térmica, o que aumenta a área de contato e aumenta a transferência de calor. Existem também TTRs projetados para fixação na parede com parafusos comuns.

Por tipo de esquema de controle

Nem sempre o princípio de operação de uma tecnologia de relé ajustável exige sua operação instantânea.

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

1. Controle "a zero". Esta opção de controle de um relé de estado sólido assume a operação apenas quando o valor da tensão é 0. É usado em dispositivos com cargas capacitivas, resistivas (aquecedores) e indutivas fracas (transformadores).
2. Instantâneo. É usado quando a operação de relé afiada é necessária quando um sinal de controle é aplicado.
3. Fase. Assume a regulação da tensão de saída alterando os parâmetros da corrente de controle. É usado para alterar suavemente o grau de aquecimento ou iluminação.

Os relés de estado sólido diferem em muitos outros parâmetros menos significativos. Portanto, ao comprar um TTR, é importante entender o esquema de operação do equipamento conectado para adquirir o dispositivo de ajuste mais adequado.

Uma reserva de energia deve ser fornecida, porque o relé possui um recurso operacional que é rapidamente consumido com sobrecargas frequentes.

Vantagens e desvantagens do TTR

Os relés de estado sólido não são, em vão, excluídos do mercado acionadores de partida e contatores convencionais. Esses dispositivos semicondutores têm muitas vantagens sobre os equivalentes eletromecânicos, o que faz com que os consumidores optem por eles.

O relé para microcircuitos possui dimensões compactas e é muito limitado pela corrente máxima transmitida. Eles são fixados principalmente soldando pernas especiais

Essas vantagens incluem:

1. Baixo consumo de energia (90% a menos).
2. Dimensões compactas para montagem de dispositivos em um espaço limitado.
3. Alta velocidade de partida e desligamento
4. Ruído de operação reduzido; não há 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. Devido às amplas possibilidades de modificação de componentes eletrônicos, os TTRs ampliaram os campos de aplicação.
8. Falta de interferências eletromagnéticas na operação.
9. A corrupção de contatos devido a choque mecânico é excluída.
10. Falta de contato físico direto entre os circuitos de controle e comutação.
11. Capacidade de regular a carga.
12. A presença no TTR pulsado de circuitos automáticos que protegem contra sobrecargas.
13. Possibilidade de uso em atmosferas explosivas.

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

Para uma operação estável de poderosos relés de estado sólido, a dissipação de calor efetiva é importante, porque a temperaturas elevadas a tensão da carga é fortemente distorcida (+)

O TTR também possui desvantagens que não permitem o uso em muitos casos.

As desvantagens incluem:

1. A incapacidade da maioria dos dispositivos com tensões acima de 0,5 kV.
2. Alto custo.
3. Sensibilidade a altas correntes, especialmente nos circuitos de partida de motores elétricos.
4. Restrições ao uso em condições de alta umidade.
5. Uma diminuição crítica no desempenho em temperaturas abaixo de 30 ° C e acima de 70 ° C de calor.
6. A caixa compacta leva ao aquecimento excessivo do dispositivo com cargas estáveis, o que requer o uso de dispositivos de resfriamento passivos ou ativos especiais.
7. A capacidade de derreter o dispositivo do aquecimento durante um curto-circuito.
8. Microcorrentes no estado fechado do relé podem ser críticas para a operação do equipamento. Por exemplo, lâmpadas fluorescentes conectadas à rede podem piscar periodicamente.

Assim, os relés de estado sólido têm aplicações específicas. Nas cadeias 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 TTRs ocupam uma posição forte devido às suas propriedades positivas.

Diagramas de fiação possíveis

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

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

A seguir, serão apresentados os esquemas de conexão TTR mais simples e comuns:

• normalmente aberto;
• com circuito conectado;
• normalmente fechado;
• trifásico;
• reversível.

Circuito normalmente aberto (aberto) - um relé, cuja 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 comprar um relé, é necessário determinar o tipo de estado inicial necessário (fechado ou aberto) para garantir a operação correta do equipamento conectado (+)

Circuito Normalmente Fechado - entende-se um relé, cuja carga é energizada na ausência de um sinal de controle. Ou seja, o equipamento conectado está em condições de trabalho com as entradas desenergizadas 3 e 4.

Existe um esquema de conexão de relé de estado sólido no qual o controle e a tensão de carga são os mesmos. Este método pode ser usado simultaneamente para trabalhos em redes DC e AC.

Relés trifásicos conectados por princípios ligeiramente diferentes. Os contatos podem ser conectados nas opções "Estrela", "Triângulo" ou "Estrela com ponto morto".

A escolha de um esquema de conexão de relé trifásico depende muito das características da operação do equipamento conectado a ele como carga

Relés reversos de estado sólido são aplicados em motores elétricos no modo correspondente. Eles são fabricados em uma versão trifásica e incluem dois circuitos de controle.

Se for importante que o relé observe a polaridade da conexão dos contatos, a marcação sempre indicará onde conectar a fase e o zero.

Só é necessário montar circuitos elétricos com TTRs depois de pré-desenhados no papel, porque os dispositivos conectados incorretamente podem falhar devido a um curto-circuito.

Uso prático de dispositivos

O escopo de uso de relés de estado sólido é bastante extenso. Devido à sua alta confiabilidade e falta de necessidade de manutenção regular, eles geralmente são instalados em áreas de difícil acesso do equipamento.

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

As principais áreas de aplicação do TTR são:

• Sistema de termorregulação com uso de elementos de aquecimento;
• manutenção de temperatura estável em processos tecnológicos;
• controle de operação do transformador;
• ajuste de iluminação;
• circuitos de sensores de movimento, iluminação, fotossensores para iluminação pública e afins;
• controle de motor elétrico;
• fontes de alimentação ininterrupta.

Com o aumento da automação de eletrodomésticos, os relés de estado sólido estão se tornando mais difundidos e o desenvolvimento de tecnologias de semicondutores está constantemente abrindo novas áreas de sua aplicação.

Se desejar, você pode montar um relé de estado sólido. Instruções detalhadas são fornecidas em este artigo.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Os vídeos apresentados ajudarão a entender melhor a operação dos relés de estado sólido e a se familiarizar com os métodos de conexão.

Uma demonstração prática da operação de um relé de estado sólido simples:

Análise de variedades e características da operação de relés de estado sólido:

Testando a operação e o grau de aquecimento do TTR:

Quase todo mundo pode montar um circuito elétrico a partir de um relé de estado sólido e um sensor.

No entanto, o planejamento de um circuito de trabalho requer conhecimentos básicos de engenharia elétrica, pois a conexão inadequada pode causar choque elétrico ou curto-circuito. Mas, como resultado das ações corretas, você pode obter muitos dispositivos úteis na vida cotidiana.

Há algo para complementar ou tiver dúvidas sobre como conectar e usar relés de estado sólido? Você pode deixar comentários sobre a publicação, participar de discussões e compartilhar sua própria experiência usando esses dispositivos. O formulário de contato está localizado no bloco inferior.