Relés de estado sólido (SSR) son un sustituto de interruptores electromagnéticos como relés. Se han introducido para mitigar los inconvenientes inherentes a los relés de contacto de propósito general (relés electromagnéticos).
Los SSR están disponibles para sistemas de CC y CA.
Según el tipo de conmutación de salida, existen dos tipos principales de SSR, no hay paso, y cruce aleatorio. En este artículo, analicemos el relés de estado sólido de cruce por cero para comprender su funcionamiento y cómo utilizarlos.
¿Qué es un relé de estado sólido de cruce por cero?
Un SSR de cruce por cero es un SSR para controlar un dispositivo de CA que se enciende cuando el voltaje de carga es cercano o igual a cero. Como cualquier otro SSR, los SSR de cruce por cero tampoco tienen contactos mecánicos y están construidos puramente alrededor de componentes semiconductores.
Antes de profundizar en más detalles, analicemos qué no hay paso medios y por qué es importante para determinadas cargas.
Importancia del paso por cero
En aplicaciones prácticas como entornos industriales, nos encontramos con dos tipos principales de cargas: resistador y inductivo. Los equipos que tienen bobinas como motores y transformadores son cargas inductivas y los dispositivos como calentadores, bombillas incandescentes son resistivos.
Dado que estamos cambiando una fuente de CA, no hay garantía en qué punto de la forma de onda se encenderá el interruptor. Por lo tanto, el voltaje de carga puede ser de 0 V a 345 V pico para un sistema de 230 V cuando está encendido.
Esta sincronización puede causar problemas en el equipo que se está alimentando. Por ejemplo, se prefiere que las cargas resistivas, como los calentadores, se suministren con 0 V y se incrementen gradualmente para reducir las posibilidades de dañar el elemento calentador.
Si no, el corriente de entrada puede quemar el elemento. Dado que el voltaje es CA, solo necesitamos controlar con precisión el punto en el que se enciende el interruptor.
El punto donde la forma de onda sinusoidal de CA está a 0 V (donde la forma de onda cambia de dirección) se llama punto de cruce por cero. Y este es el momento perfecto para encender el dispositivo.
Funcionalidad SSR de cruce por cero
Cuando se aplica la señal de control, la salida no se enciende inmediatamente.
En cambio, observa la forma de onda y espera a que se complete el semiciclo actual. Cuando se completa el semiciclo actual y el voltaje alcanza 0 V (el punto de cruce por cero), la salida se conecta con la carga.
Esto permite que la carga siga la forma de onda de voltaje. Si la carga es una bombilla incandescente, el aumento gradual de la tensión de carga desde 0V permite que el filamento se caliente y aumente su resistencia. Esto asegura una vida útil más larga de la bombilla.
¿Cuál es la diferencia entre cruce cero y cruce aleatorio?
Cuando se aplica la señal de control, los dispositivos de cruce por cero esperan a que se complete el semiciclo actual antes de encender la salida. Esto siempre asegura que la carga reciba una forma de onda sinusoidal limpia para funcionar.
Los dispositivos cruzados aleatorios se encienden inmediatamente. Esto puede hacer que fluyan grandes corrientes de entrada al equipo y dañarlo. Si el dispositivo que se está controlando es sensible a picos de alto voltaje, la conmutación cruzada aleatoria puede dañarlos muy fácilmente.
Además, un dispositivo de cruce por cero no se apaga inmediatamente cuando se elimina la señal de control. Al igual que cuando se encienden, permanecen conductores hasta que se completa el medio ciclo actual.
Relés de cruce por cero frente a relés de cruce por cero
Aparte de su diferencia principal en el tiempo de conmutación, los relés de cruce por cero y de cruce por cero son casi idénticos entre sí. Los relés de cruce por cero tienen algunos componentes adicionales en sus circuitos para permitir la detección de cruce por cero.
Los relés de cruce por cero son más adecuados para la conmutación de circuitos resistivos, mientras que los relés de cruce aleatorio son los más adecuados para controlar cargas inductivas como motores y ventiladores.
Para aplicaciones avanzadas como control de ángulo de fase / control de disparo de fase, se utilizan relés cruzados aleatorios debido a sus características de encendido instantáneo.
Los SSR de cruce por cero también tienen pérdidas de conmutación muy bajas. Esto permite el uso de componentes con clasificaciones más bajas, lo que significa que los SSR cruzados por cero pueden ser más baratos que los SSR cruzados aleatorios. Para manejar las altas corrientes de irrupción y
Circuito de relé de estado sólido de cruce por cero
Un circuito típico de relé de estado sólido de cruce por cero de 4 terminales tiene el siguiente circuito dentro de su carcasa. El siguiente diagrama esquemático también muestra una carga de 600 W (un elemento calefactor) y una fuente de 120 V conectada.
Cuando el microcontrolador envía lógica ALTA al SSR, el LED dentro del optoaislador se ilumina. El optoaislador MOC3041 contiene un detector de cruce por cero incorporado. El LED enciende el circuito detector de cruce por cero.
El circuito de cruce por cero espera hasta que se completa el semiciclo actual. En el punto de cruce por cero, envía una señal de activación para activar el foto triac dentro del optoaislador.
Esto hace que el triac fotoeléctrico del interior comience a conducir desde el pin 6 al pin 4. Este pulso enciende el triac externo de alta potencia, que luego comienza a suministrar corriente a la carga adjunta.
El diodo D1 protege los daños por polaridad inversa al relé. La resistencia R3 está en su lugar para atar el pin de la puerta de la prueba a MT1 para garantizar que el triac se apague por completo.
Conclusión
En este artículo, analizamos los relés de estado sólido de cruce por cero y su principio de funcionamiento. Si bien son superiores a sus contrapartes de relés de contacto, se debe mencionar que hay casos en los que los relés de contacto tradicionales podrían ser una mejor opción.
Por lo tanto, analizar el tipo de carga, el voltaje de carga máximo, el promedio esperado y los valores de sobrecorriente será sin duda útil para seleccionar un relé / SSR adecuado para su aplicación.
