Relè a stato solido (SSR) sostituiscono gli interruttori elettromagnetici come i relè. Sono stati introdotti per mitigare gli inconvenienti inerenti ai relè di contatto generici (relè elettromagnetici).
Gli SSR sono disponibili sia per i sistemi CC che CA.
In base al tipo di commutazione dell'uscita, esistono due tipi principali di SSR, passaggio per lo zero, ed incrocio casuale. In questo articolo, discutiamo del relè a stato solido zero-crossing per capire il loro funzionamento e come usarli.
Che cos'è un relè a stato solido a passaggio zero?
Un SSR zero-crossing è un SSR per controllare un dispositivo CA che si accende quando la tensione di carico è vicina o uguale a zero. Come ogni altro SSR, anche gli SSR zero-crossing non hanno contatti meccanici e sono costruiti esclusivamente attorno a componenti a semiconduttore.
Prima di immergerci in ulteriori dettagli, discutiamo di cosa passaggio per lo zero mezzi e perché è importante per determinati carichi.
L'importanza del passaggio per lo zero
In applicazioni pratiche come gli ambienti industriali, ci imbattiamo in due principali tipologie di carichi: resistivo ed induttivo. Le apparecchiature che hanno bobine come motori e trasformatori sono carichi induttivi e dispositivi come riscaldatori, lampadine a incandescenza sono resistivi.
Poiché stiamo commutando una sorgente CA, non vi è alcuna garanzia in quale punto della forma d'onda si accenderà l'interruttore. Pertanto la tensione di carico può essere compresa tra 0V e 345V di picco per un sistema a 230V quando alimentato.
Questa tempistica può causare problemi all'apparecchiatura che viene alimentata. Ad esempio, si preferisce che carichi resistivi come riscaldatori siano alimentati con 0V e aumentati gradualmente per ridurre le possibilità di danneggiare l'elemento riscaldante.
In caso contrario, il corrente di spunto può bruciare l'elemento. Poiché la tensione è CA, dobbiamo solo controllare con precisione il punto in cui l'interruttore si accende.
Il punto in cui la forma d'onda sinusoidale CA è a 0V (dove la forma d'onda cambia direzione) è chiamato punto di zero-crossing. E questo è il momento perfetto per accendere il dispositivo.
Funzionalità SSR zero-crossing
Quando viene applicato il segnale di controllo, l'uscita non viene immediatamente attivata.
Invece, osserva la forma d'onda e attende il completamento del semiciclo corrente. Quando il semiciclo corrente è completo e la tensione raggiunge 0V (il punto di zero-crossing), l'uscita è collegata al carico.
Ciò consente al carico di seguire la forma d'onda della tensione. Se il carico è una lampadina ad incandescenza, l'aumento graduale della tensione di carico da 0V permette al filamento di riscaldarsi e di aumentare la sua resistenza. Ciò garantisce una maggiore durata utile della lampadina.
Qual è la differenza tra Zero Cross e Random Cross?
Quando viene applicato il segnale di controllo, i dispositivi di zero-crossing attendono il completamento del semiciclo corrente prima di attivare l'uscita. Ciò garantisce sempre che il carico riceva una forma d'onda sinusoidale pulita per funzionare.
I dispositivi casuali incrociati vengono attivati immediatamente. Ciò può causare il flusso di grandi correnti di spunto nell'apparecchiatura e danneggiarla. Se il dispositivo controllato è sensibile ai picchi di alta tensione, la commutazione incrociata casuale può danneggiarli molto facilmente.
Inoltre, un dispositivo zero cross non si spegne immediatamente quando il segnale di controllo viene rimosso. Simile all'accensione, rimangono conduttivi fino al completamento del semiciclo corrente.
Relè zero-cross e non zero-cross
A parte la loro differenza principale nei tempi di commutazione, i relè zero crossing e non zero crossing sono quasi identici tra loro. I relè Zero Cross hanno alcuni componenti extra nei loro circuiti per consentire il rilevamento del passaggio per lo zero.
I relè a croce zero sono più adatti per la commutazione di circuiti resistivi mentre i relè a croce casuale sono i relè più adatti per il controllo di carichi induttivi come motori e ventole.
Per applicazioni avanzate come controllo dell'angolo di fase/controllo dell'accensione di fase, vengono utilizzati relè incrociati casuali a causa delle loro caratteristiche di accensione istantanea.
Gli SSR Zero-crossing hanno anche perdite di commutazione molto basse. Ciò consente l'uso di componenti con rating inferiori, il che significa che gli SSR zero cross possono essere più economici degli SSR casuali incrociati. Per gestire le elevate correnti di spunto e
Circuito relè a stato solido a zero-crossing
Un tipico circuito di relè a stato solido con passaggio per lo zero a 4 terminali ha il seguente circuito all'interno del suo alloggiamento. Il diagramma schematico seguente mostra anche un carico da 600 W (elemento riscaldante) e una sorgente da 120 V collegata.
Quando il microcontrollore invia la logica HIGH all'SSR, il LED all'interno dell'optoisolatore è acceso. L'optoisolatore MOC3041 contiene un rilevatore di passaggio per lo zero integrato. Il LED accende il circuito del rilevatore di passaggio per lo zero.
Il circuito di zero crossing attende il completamento del semiciclo corrente. Al punto di zero-crossing, invia un segnale di trigger per attivare il fototriac all'interno dell'isolatore ottico.
Ciò fa sì che il fototriac all'interno del pin inizi a condurre dal pin 6 al pin 4. Questo impulso accende il triac esterno ad alta potenza che quindi inizia a fornire corrente al carico collegato.
Il diodo D1 protegge il relè dai danni da inversione di polarità. Il resistore R3 è in posizione per legare il pin di gate della prova a MT1 per garantire che il triac si spenga completamente.
Conclusione
In questo articolo abbiamo discusso dei relè a stato solido zero-crossing e del loro principio di funzionamento. Sebbene siano superiori alle loro controparti con relè di contatto, va detto che ci sono casi in cui i relè di contatto tradizionali potrebbero essere una scelta migliore.
Pertanto, l'analisi del tipo di carico, della tensione di carico massima, della media prevista e dei valori di corrente di picco sarà sicuramente utile per selezionare un SSR/relè adatto alla propria applicazione.
