Твердотельные реле (SSR) заменяют электромагнитные переключатели, например реле. Они были введены для устранения недостатков, присущих контактным реле общего назначения (электромагнитным реле).
SSR доступны как для систем постоянного, так и для переменного тока.
В зависимости от типа переключения выхода различают два основных типа SSR: переход через ноль, и случайное пересечение. В этой статье давайте обсудим твердотельные реле с переходом через нуль чтобы понять их работу и как их использовать.
Что такое твердотельное реле с переходом через нуль?
SSR с переходом через ноль - это SSR для управления устройством переменного тока, которое включается, когда напряжение нагрузки близко или равно нулю. Как и любой другой SSR, SSR с переходом через ноль также не имеет механических контактов и полностью построен на основе полупроводниковых компонентов.
Прежде чем мы углубимся в подробности, давайте обсудим, что переход через ноль значит и почему это важно при определенных нагрузках.
Важность перехода через ноль
В практических приложениях, таких как промышленная среда, мы сталкиваемся с двумя основными типами нагрузок: могущий оказать сопротивление и индуктивный. Оборудование с катушками, такое как двигатели и трансформаторы, является индуктивной нагрузкой, а такие устройства, как нагреватели, лампы накаливания - резистивными.
Поскольку мы переключаем источник переменного тока, нет гарантии, в какой точке формы волны переключатель включится. Следовательно, напряжение нагрузки может составлять от 0 В до 345 В пиковое для системы 230 В при включении.
Это время может вызвать проблемы в оборудовании, на которое подается питание. Например, резистивные нагрузки, такие как нагреватели, предпочтительно питать от 0 В и постепенно увеличивать, чтобы снизить вероятность повреждения нагревательного элемента.
Если нет, то Пусковой ток может сжечь элемент. Поскольку напряжение переменного тока, нам нужно только точно контролировать точку, в которой переключатель включается.
Точка, в которой синусоидальный сигнал переменного тока находится на уровне 0 В (где форма сигнала меняет направление), называется точка перехода через ноль. И это идеальный момент для включения устройства.
Функциональность SSR с нулевым переходом
При подаче управляющего сигнала выход не сразу включается.
Вместо этого он наблюдает за формой волны и ожидает завершения текущего полупериода. Когда текущий полупериод завершается и напряжение достигает 0 В (точка перехода через нуль), выход подключается к нагрузке.
Это позволяет нагрузке следовать форме волны напряжения. Если нагрузка представляет собой лампу накаливания, постепенное увеличение напряжения нагрузки от 0 В позволяет нити накаливания нагреваться и увеличивать ее сопротивление. Это обеспечивает более длительный срок службы лампы.
В чем разница между нулевым крестом и случайным крестом?
При подаче управляющего сигнала устройства перехода через нуль ожидают завершения текущего полупериода перед включением выхода. Это всегда гарантирует, что нагрузка получит для работы чистый синусоидальный сигнал.
Случайные перекрестные устройства включаются немедленно. Это может вызвать протекание больших пусковых токов в оборудование и привести к его повреждению. Если управляемое устройство чувствительно к скачкам высокого напряжения, случайное перекрестное переключение может очень легко повредить его.
Кроме того, устройство пересечения нуля не выключается сразу после снятия управляющего сигнала. Как и при включении, они остаются проводящими до завершения текущего полупериода.
Реле с переходом через ноль и реле без перехода через нуль
За исключением их основного различия во времени переключения, реле перехода через нуль и реле, отличное от перехода через ноль, почти идентичны друг другу. Реле перехода через ноль имеют несколько дополнительных компонентов в своей схеме, позволяющие обнаруживать переход через нуль.
Реле с нулевым перекрестием больше подходят для переключения резистивных цепей, в то время как реле с перекрестным переключением являются наиболее подходящими реле для управления индуктивными нагрузками, такими как двигатели и вентиляторы.
Для продвинутых приложений, таких как управление углом фазы / управление фазойиспользуются случайные перекрестные реле благодаря их характеристикам мгновенного включения.
SSR с нулевым переходом также имеют очень низкие потери переключения. Это позволяет использовать компоненты с более низкими рейтингами, что означает, что SSR с нулевым пересечением может быть дешевле, чем SSR со случайным пересечением. Для работы с высокими пусковыми токами и
Цепь твердотельного реле с нулевым переходом
Типичная 4-контактная цепь твердотельного реле с переходом через ноль имеет следующую схему внутри корпуса. На схематической диаграмме ниже также показаны подключенная нагрузка 600 Вт (нагревательный элемент) и источник 120 В.
Когда микроконтроллер отправляет на SSR логический уровень HIGH, загорается светодиод внутри оптоизолятора. Оптоизолятор MOC3041 содержит встроенный детектор перехода через ноль. Светодиод включает цепь детектора перехода через ноль.
Схема перехода через нуль ожидает завершения текущего полупериода. В точке пересечения нуля он посылает сигнал запуска для активации фотомистора внутри оптоизолятора.
Это приводит к тому, что фотомистор внутри начинает проводить от контакта 6 к контакту 4. Этот импульс включает внешний высокомощный симистор, который затем начинает подавать ток на подключенную нагрузку.
Диод D1 защищает реле от неправильной полярности. Резистор R3 подключен к контакту затвора испытательного устройства с MT1, чтобы гарантировать полное отключение симистора.
Заключение
В этой статье мы обсудили твердотельные реле с переходом через нуль и их принцип работы. Хотя они превосходят свои аналоги с контактными реле, следует отметить, что в некоторых случаях традиционные контактные реле могут быть лучшим выбором.
Следовательно, анализ типа нагрузки, максимального напряжения нагрузки, ожидаемых средних значений и значений импульсного тока, безусловно, будет полезен при выборе подходящего SSR / реле для вашего приложения.
