Relés de estado sólido (SSRs) são um substituto para interruptores eletromagnéticos, como relés. Eles foram introduzidos para mitigar as desvantagens que são inerentes aos relés de contato de uso geral (relés eletromagnéticos).
SSRs estão disponíveis para sistemas DC e AC.
Com base no tipo de comutação de saída, existem dois tipos principais de SSR, cruzamento zero, e cruzamento aleatório. Neste artigo, vamos discutir o relés de estado sólido com cruzamento zero para entender seu funcionamento e como usá-los.
O que é um Relé de Estado Sólido de cruzamento zero?
Um SSR de cruzamento zero é um SSR para controlar um dispositivo CA que liga quando a tensão de carga é próxima ou igual a zero. Como todos os outros SSRs, os SSRs de cruzamento zero também não têm contatos mecânicos e são construídos exclusivamente em torno de componentes semicondutores.
Antes de entrarmos em mais detalhes, vamos discutir o que cruzamento zero meios e porque é importante para certas cargas.
Importância do Zero-Crossing
Em aplicações práticas, como ambientes industriais, encontramos dois tipos principais de cargas: resistivo e indutivo. Equipamentos que possuem bobinas como motores e transformadores são cargas indutivas e dispositivos como aquecedores, lâmpadas incandescentes são resistivos.
Como estamos trocando uma fonte CA, não há garantia de qual ponto da forma de onda a chave será ligada. Portanto, a tensão de carga pode ser de pico de 0 V a 345 V para um sistema de 230 V quando ligado.
Essa temporização pode causar problemas no equipamento que está sendo alimentado. Por exemplo, cargas resistivas, como aquecedores, devem ser fornecidas com 0 V e aumentadas gradualmente para reduzir as chances de danificar o elemento de aquecimento.
Caso contrário, o corrente de irrupção pode queimar o elemento. Como a tensão é CA, só precisamos controlar com precisão o ponto em que a chave liga.
O ponto onde a forma de onda sinusoidal AC está em 0V (onde a forma de onda muda de direção) é chamado de ponto de cruzamento zero. E este é o momento perfeito para ligar o dispositivo.
Funcionalidade SSR de cruzamento zero
Quando o sinal de controle é aplicado, a saída não é ligada imediatamente.
Em vez disso, ele observa a forma de onda e espera que o meio-ciclo atual seja concluído. Quando o meio-ciclo atual é concluído e a tensão atinge 0 V (o ponto de cruzamento zero), a saída é conectada à carga.
Isso permite que a carga siga a forma de onda da tensão. Se a carga for uma lâmpada incandescente, o aumento gradativo da tensão da carga a partir de 0V permite que o filamento aqueça e aumente sua resistência. Isso garante uma vida útil mais longa da lâmpada.
Qual é a diferença entre Zero Cross e Random Cross?
Quando o sinal de controle é aplicado, os dispositivos de cruzamento zero aguardam a conclusão do meio-ciclo atual antes de ligar a saída. Isso sempre garante que a carga receba uma forma de onda senoidal limpa para funcionar.
Dispositivos cruzados aleatórios são ativados imediatamente. Isso pode fazer com que grandes correntes de pico fluam para o equipamento e possam danificá-los. Se o dispositivo que está sendo controlado for sensível a picos de alta tensão, a comutação cruzada aleatória pode danificá-los com muita facilidade.
Além disso, um dispositivo zero cross não desliga imediatamente quando o sinal de controle é removido. Semelhante à ativação, eles permanecem condutores até que o meio-ciclo atual seja concluído.
Relés Zero-Cross vs. Non-Zero-Cross
Exceto por sua diferença primária no tempo de chaveamento, os relés de cruzamento de zero e de cruzamento diferente de zero são quase idênticos entre si. Os relés de cruzamento de zero têm alguns componentes extras em seus circuitos para permitir a detecção de cruzamento de zero.
Os relés de cruzamento zero são mais adequados para a comutação de circuitos resistivos, enquanto os relés de cruzamento aleatório são os relés mais adequados para controlar cargas indutivas, como motores e ventiladores.
Para aplicativos avançados, como controle de ângulo de fase / controle de disparo de fase, relés cruzados aleatórios são usados devido às suas características de ativação instantânea.
SSRs de cruzamento zero também têm perdas de comutação muito baixas. Isso permite o uso de componentes com classificações mais baixas, o que significa que SSRs de cruzamento zero podem ser mais baratos do que SSRs de cruzamento aleatório. Para lidar com as altas correntes de inrush e
Circuito de Relé de Estado Sólido Cruzamento Zero
Um circuito de relé de estado sólido com cruzamento zero típico de 4 terminais tem o seguinte circuito dentro de seu invólucro. O diagrama esquemático abaixo também mostra uma carga de 600W (um elemento de aquecimento) e uma fonte de 120V conectada.
Quando o microcontrolador envia lógica HIGH para o SSR, o LED dentro do opto-isolador acende. O opto-isolador MOC3041 contém um detector de cruzamento zero integrado. O LED liga o circuito detector de cruzamento zero.
O circuito de cruzamento zero espera até que o meio-ciclo atual seja concluído. No ponto de cruzamento zero, ele envia um sinal de gatilho para ativar o fototriac dentro do opto-isolador.
Isso faz com que o foto triac dentro do comece a conduzir do pino 6 para o pino 4. Esse pulso liga o triac externo de alta potência, que então começa a fornecer corrente para a carga conectada.
O diodo D1 protege contra danos de polaridade reversa ao relé. O resistor R3 está instalado para amarrar o pino da porta de teste ao MT1 para garantir que o triac desligue totalmente.
Conclusão
Neste artigo, discutimos os relés de estado sólido de cruzamento zero e seu princípio de operação. Embora sejam superiores aos relés de contato, deve-se mencionar que há casos em que os relés de contato tradicionais podem ser a melhor escolha.
Portanto, analisar o tipo de carga, a tensão de carga máxima, a média esperada e os valores de corrente de surto certamente será útil na seleção de um SSR / relé adequado para sua aplicação.
