Solid State Relais (SSR's) zijn een vervanging voor elektromagnetische schakelaars zoals relais. Ze zijn geïntroduceerd om de nadelen te verminderen die inherent zijn aan contactrelais voor algemeen gebruik (elektromagnetische relais).
SSR's zijn beschikbaar voor zowel DC- als AC-systemen.
Op basis van het uitgangsschakeltype zijn er twee belangrijke SSR-typen, nuldoorgang, en willekeurige kruising. Laten we het in dit artikel hebben over de nuldoorgang solid-state relais om hun werking te begrijpen en hoe ze te gebruiken.
Wat is een nuldoorgang Solid State Relay?
Een nuldoorgangs-SSR is een SSR om een wisselstroomapparaat te besturen dat inschakelt wanneer de belastingsspanning dichtbij of gelijk aan nul is. Net als elke andere SSR hebben nuldoorgangs-SSR's ook geen mechanische contacten en zijn ze puur gebouwd rond halfgeleidercomponenten.
Laten we, voordat we dieper ingaan op de details, bespreken wat: nuldoorgang middelen en waarom het belangrijk is voor bepaalde belastingen.
Belang van nuldoorgang
In praktische toepassingen zoals industriële omgevingen komen we twee hoofdtypen belastingen tegen: resistief en inductief. Apparatuur met spoelen zoals motoren en transformatoren zijn inductieve belastingen en apparaten zoals verwarmingen, gloeilampen zijn resistief.
Aangezien we een AC-bron schakelen, is er geen garantie op welk punt van de golfvorm de schakelaar wordt ingeschakeld. Daarom kan de belastingsspanning van 0V tot 345V piek zijn voor een 230V-systeem wanneer ingeschakeld.
Deze timing kan problemen veroorzaken in de apparatuur die wordt gevoed. Zo worden weerstandsbelastingen zoals verwarmingen bij voorkeur gevoed met 0V en geleidelijk verhoogd om de kans op beschadiging van het verwarmingselement te verkleinen.
Zo niet, dan de inschakelstroom kan het element verbranden. Omdat de spanning AC is, hoeven we alleen het punt waarop de schakelaar wordt ingeschakeld nauwkeurig te regelen.
Het punt waar de AC-sinusvormige golfvorm zich op 0V bevindt (waar de golfvorm van richting verandert) wordt de genoemd nuldoorgangspunt. En dit is het perfecte moment om het apparaat aan te zetten.
Zero-crossing SSR-functionaliteit
Bij het aanleggen van het stuursignaal wordt de uitgang niet direct ingeschakeld.
In plaats daarvan neemt het de golfvorm waar en wacht tot de huidige halve cyclus is voltooid. Wanneer de huidige halve cyclus is voltooid en de spanning 0V bereikt (het nuldoorgangspunt), is de uitgang verbonden met de belasting.
Hierdoor kan de belasting de spanningsgolfvorm volgen. Als de belasting een gloeilamp is, zorgt de geleidelijke toename van de belastingsspanning van 0V ervoor dat de gloeidraad kan opwarmen en de weerstand ervan kan toenemen. Dit zorgt voor een langere bruikbare levensduur van de lamp.
Wat is het verschil tussen nulkruis en willekeurig kruis?
Wanneer het stuursignaal wordt toegepast, wachten nuldoorgangsapparaten tot de huidige halve cyclus is voltooid voordat ze de uitgang inschakelen. Dit zorgt er altijd voor dat de belasting een zuivere sinusvormige golfvorm ontvangt om te werken.
Willekeurige cross-apparaten worden onmiddellijk ingeschakeld. Hierdoor kunnen grote inschakelstromen in de apparatuur stromen en deze beschadigen. Als het apparaat dat wordt bestuurd gevoelig is voor hoogspanningspieken, kan willekeurig schakelen tussen verschillende apparaten deze heel gemakkelijk beschadigen.
Ook schakelt een nuldoorgangsinrichting niet onmiddellijk uit wanneer het stuursignaal wordt verwijderd. Net als bij het inschakelen, blijven ze geleidend totdat de huidige halve cyclus is voltooid.
Zero-cross vs. Non-zero-cross relais
Afgezien van hun primaire verschil in de schakeltiming, zijn nuldoorgangsrelais en niet-nuldoorgangsrelais bijna identiek aan elkaar. Nuldoorgangsrelais hebben een paar extra componenten in hun circuit om de nuldoorgangsdetectie mogelijk te maken.
Nuldoorgangsrelais zijn meer geschikt voor het schakelen van resistieve circuits, terwijl willekeurige kruisrelais de meest geschikte relais zijn voor het regelen van inductieve belastingen zoals motoren en ventilatoren.
Voor geavanceerde toepassingen zoals: fasehoekregeling/fasegestuurde regeling, worden willekeurige kruisrelais gebruikt vanwege hun onmiddellijke inschakelkarakteristieken.
Zero-crossing SSR's hebben ook zeer lage schakelverliezen. Dit maakt het gebruik van componenten met lagere classificaties mogelijk, wat betekent dat zero cross SSR's goedkoper kunnen zijn dan random cross SSR's. Om de hoge inschakelstromen aan te kunnen en
Nuldoorgang Solid State Relay Circuit
Een typisch 4-terminal nuldoorgang solid-state relaiscircuit heeft het volgende circuit in zijn behuizing. In onderstaand schema is ook een 600W belasting (een verwarmingselement) en een 120V bron aangesloten.
Wanneer de microcontroller logica HOOG naar de SSR stuurt, gaat de LED in de opto-isolator branden. De MOC3041 opto-isolator bevat een ingebouwde nuldoorgangsdetector. De LED schakelt het nuldoorgangsdetectiecircuit in.
De nuldoorgangsschakeling wacht tot de huidige halve cyclus is voltooid. Bij het nuldoorgangspunt stuurt het een triggersignaal om de fototriac in de opto-isolator te activeren.
Dit zorgt ervoor dat de fototriac binnenin begint te geleiden van pin 6 naar pin 4. Deze puls schakelt de externe, krachtige triac in die vervolgens stroom gaat leveren aan de aangesloten belasting.
De diode D1 beschermt schade door omgekeerde polariteit aan het relais. R3-weerstand is aanwezig om de poortpin van de proef aan MT1 te binden om ervoor te zorgen dat de triac volledig wordt uitgeschakeld.
Conclusie
In dit artikel hebben we zero-crossing solid-state relais en hun werkingsprincipe besproken. Hoewel ze superieur zijn dan hun tegenhangers met contactrelais, moet worden vermeld dat er gevallen zijn dat traditionele contactrelais een betere keuze kunnen zijn.
Daarom zal het analyseren van het belastingstype, de maximale belastingsspanning, het verwachte gemiddelde en de piekstroomwaarden zeker nuttig zijn bij het selecteren van een geschikt SSR/relais voor uw toepassing.
