چرا SSR ها خراب می شوند؟

مقدمه 
رله حالت جامد ssr یک المان سوئیچینگ الکترونیکی است که در آن با یک سیگنال کنترلی میتوان جریان و ولتاژ بزرگتر را کنترل کرد. به طور خلاصه رله ssr، سوئیچ الکترونیکی است که توسط مدار میکروالکترونیک تشکیل شده است. این رله قادر به سوئیچ کردن بارهای AC و DC می باشید. ssr ها یکی از تجهیزات الکترونیکی هستند که جایگزین کنتاکتور ها و رله ها در تابلو های برق صنعتی و اتوماسیون برق ساختمان می شوند.

رله چیست؟

حفاظت تجهیزات و دستگاه های سیستم قدرت در مقابل عیوب و اتصالیها، به وسیله کلید قدرت انجام میگیرد قبل از اینکه کلید قدرت بتواند باز شود، سیم پیچی عمل کننده آن باید تغذیه شود این تغذیه به وسیله رله های حفاظتی انجام میشود. رله به دستگاهی گفته میشود که در اثر تغییر کمیت الکتریکی مانند ولت و جریان و یا کمیت فیزیکی مثل درجه حرارت و حرکت روغن تحریک شده و باعث به کار افتادن دستگاه های دیگر و نهایتا قطع مدار به وسیله کلید قدرت یا دژنکتور می گردد.

رله ssr یک عنصر الکترونیکی نیمه هادی میباشد. "ssr" که مخفف "solid state relay" یا رله حالت جامد است، در واقع به معنای نوعی کلید الکترونیکی است و عملکردی مشابه رله های الکترومکانیکی یا کنتاکتور هارا دارد، با این تفاوت که هیچ عنصر متحرکی درون آن ها وجود ندارد و دارای طول عمر طولانی تری است. در واقع این رله ها یک قطعه سوییچ الکترونیکی می باشند که با یک سیگنال کوچک میتوان جریان یا ولتاژ بزرگتر را کنترل کرد.

رله حالت جامد، انواع رله الکترونیکی، solid state relay، رله بدون صدا، رله بدون نویز، رلهssr و... همگی از نامهای این نوع رله های بی صدا می باشند. رله های ssr متشکل از قطعه های نیمه هادی قدرت مانند تریستورها و ترانزیستورها و یا ترایاک برای تغییر جریان تا حدود صد آمپر میباشد. رله ssr شامل یک مدار فرمان و قدرت می باشد که در دو مدل تک فاز و سه فاز ساخته می شود و دارای انواع آنالوگ و دیجیتال است. رله ی حالت جامد یک کلید الکترونیکی است که به عنوان بخشی از یک سوئیچ الکترونیکی به حساب می آید. رله های حالت جامد دارای سرعت تعویض بالایی در مقایسه با رله های الکترومکانیکی می باشند و هیچگونه تماس فیزیکی برای فرسودگی ندارند.

داخل ssr روی هر تریستور ولتاژ کوچکی افت میکند. زمانی که ssr تحریک میشود، مقاومت به سرعت و به شدت کاهش می یابد به طوری که موجب وصل خروجی میشود. مجموع این ولتاژ ها جریانی که یک ssr می دهد را محدود میکند. به کمک رله ssr جریان یا ولتاژ های مختلف را میتوان کنترل کرد. با تریستور های پیشرفته تر، می توان به رله ssr ها با جریان بالا حدود ۱۰۰ تا ۱۲۰۰ آمپر دست بافت، انواع آن به صورت تجاری قابل دسترس می باشند.

در کاربرد های صنعتی برق بیشتر از ssr های سه فاز استفاده می شود که در دو نوع تحریک DC و AC ساخته می شوند. ssrهای برق تک فاز و سه فاز در بعضی از کاربرد ها میسوزند. از ssr های تک فاز هم می توان در برق ساختمان و تاسیسات التکرونیکی و روشنایی ها استفاده کرد.

دلایل سوختن ssr ها

امکان سوختنssr به دلیل اینکه جریان مجاز خروجی ssr  رعایت نمیشوند وجود دارد. البته جریان سمت بار بر روی بدنه یادداشت میشود و یا در حین خرید  ssr مشخص میشود که چند آمپری است. دلیل دیگر سوختن ssr رعایت نشدن ولتاژ کاری ssr اعم از تحریک کننده و خروجی سمت بار می باشد. مشکل، ولتاژی با نامreversing voltage است که در خروجی ssr وجود دارد، باعث سوختن آن میشود. ssrها یک ماکزیمم تحمل در برابر این پارامتر دارند و عبور از آن حد باعث سوختن آن خواهد شد.

این مشکل reversing voltageبیشتر در بار های القایی ایجاد میشود. برای پیشگیری از به وجود آمدن این مشکل بهتر است که از ssrهای با کیفیت ساخت بهتر استفاده شود. این ssrها در بازار شناخته شده هستند. در زیر مواردی که باعث سوختن رله حالت جامد میشود را معرفی میکنیم:

●انتخاب جریان نامی ssr

به احتمال زیاد  دلیل این است که قابلیت بارگذاری نامی رله حالت جامد مورد نظر شما از توان بارگیری عملی پایین تر است. علاوه بر این، در صورتی که توان بارگیری بیش از حد ssr  بالا باشد ممکن است جریان افزایش بار به رله حالت جامد نیز آسیب برساند. پس رله حالت جامد باید بر اساس انواع مختلف بار به درستی انتخاب شود. برای بار مقاومتی، توصیه نمی شود که جریان واقعی بار، بالاتر از دوسوم جریان نامی رله مغتاطیسی حالت جامد باشد. برای بار القایی، جریان بار نباید بیشتر از نصف جریان نامی ssr باشد. لازم است ssr به دستگاه محافظ اضافه بار مجهز شود. زمان انتخاب رله حالت جامد، ssrبا جریان نامی بالاتر انتخاب شود تا حاشیه جریان کافی را تضمین کند.

●انواع جریان ssr

Ssrها به دو حالتDC و AC تقسم میشوند که اس اس آر DC فقط برای کنترل برق DC و بار DCاستفاده میشود در حالی که اس اس آرAC فقط برای کنترل بری AC و بار ACاست. در هنگام انتخاب رله حالت جامد، لطفا توجه داشته باشید که بر اساس شرایط کار صحیح انتخاب شده باشد زیرا در غیر این صورت موجب سوختن ssr می شود.

●محیط نصب

دمای محیط بسیار مهم است زیرا اگر جریان بار بالاتر یا معادلA10 باشد، رادیاتور گرم باید مجهز شود. به جز این مورد، توصیه میشود که یک واریستور را به صورت سری در سمت خروجی به عنوان اندازه گیری حفاظت از جریان بیش از حد وصل کنید تا از سوختن ssrجلوگیری کند.

پیشگیری از سوختن ssr

نکات مهم در سیستم بندی رله ssr:

به دلیل اینکه ssr حرارت تولید میکند پس دارای یک هیت سینگ میباشد. برای نصب بهتر است که روی یک فلز بدون رنگ نصب شده و کف ssr (محل هیت سینگ) را آغشته به خمیر سیلیکون نموده تا مقاومت حرارتی پایین آید و عمل دفع حرارت بهتر انجام شود. 
نکات مدار پایدار کننده:

در مدار های کنتاکتوری از یک پلاتین فرمان نرمال باز، برای پایدارکردن کنتاکتور بعد از استارت استفاده می شود. در ssr ها هیچ پلاتین فرمان و تجهیزات کمکی به این منظور لحاظ نشده است و برای روشن و خاموش کردن آن باید از یک سوئیچ استفاده کنید. در صورت استفاده از سوئیچ، با قطع و وصل شدن برق رله مجدد روشن میشود و میتواند باعث حادثه و سوختن رله شود.

نکات سیم کشیssr:

برای افزایش ایمنی، کاهش عملکرد های اتفاقی، کاهش برق گرفتگی و ... از سیستم زمین مناسب و بدون نویز در تابلو های برق استفاده کنید. برای تعمیرات و یا تعویض تجهیزات باید مدار قدرت رله ها کاملا بی برق شود. هر گز به قطع مدار فرمان بسنده نکنید و از جدا کننده یا کلید با تعداد پل های کافی و قبل از ssr استفاده کنید. رله های حالت جامد باید با نصب سیستم های مناسب در برابر اضافه جریان و اتصال کوتاه محافظت شوند پس حتما از فیوزیا بریکر مناسب استفاده کنید.

از تجهیزات مناسب در سیم بندی ssrاستفاده کنید. مانند؛ سرسیم، سیم قلع اندود، وایرشو و ... . زمان سیم بندی دقت کنید که حداکثر از ۵۰درصد توان نامی ssr برای راه اندازی بارهای سلفی و ۷۰ درصد توان نامی برای راه اندازی بارهای غیر سلفی استفاده کنید. رله را بدون هیت سینگ با سایز مناسب، روی سطوح پلاستیکی، چوبی و ... نصب نکنید. زیرا رلهssr با خروجی ۵ آمپر به بالا، نیاز به هیت سینگ دارند. قطب بندی اشتباه می تواند باعث عدم عملکرد صحیح و یا آسیب بهssr شود و در صورت DC بودن مدار فرمان یا قدرت ممکن است قطب بندی مهم باشد. توجه داشته باشید که رله ssr در لحظه خاموش بودن نیز مقداری جریان از خود عبور می دهند، پس مطمئن شوید که این جریان نشتی باعث عملکرد لحظه ای در تجهیزات نشود.

کاربردssr

رلهssr نمونه ای مدرن از کنتاکتور است که در اتوماسیون صنعتی plcها، بار های مقاومتی و بار های سلف( موتور) کاربرد دارند. رله ssr هم جهت کنترل درجه حرارت کاربرد دارو و هم جریان برق المنت را به گونه ای قطع و وصل میکند که درجه حرارت مطلوب حاصل شود. همچنین در هیتر ها، جایی که سوئیچینگ با تعداد بالا مورد نیاز باشد نیز کاربرد دارد. از رله حالت جامد به عنوان کنترل جهت حرکت یک موتور DC به کمک چهار ssr بسته شده به صورت پل استفاده میشود. سه پارامتر جهت انتخاب ssr باید در نظر گرفت: 
●محدوده و نوع ولتاژ کنترلی جهت قطع و وصل ssr 
●ولتاژی که به دو سر خروجی وصل می شود. 
●جریان حداکثر قابل عبور از سوئچ الکترونیکی در خروجی.

مزایا و معایب رله ssr

مزایای رله ssr

●رله حالت جامد در مقایسه با رله های مکانیکی به دلیل نداشتن هیچ قسمت متحرکی، طول عمر نسبتا طولانی دارند. 
●به دلیل عدم تولید جرقه در هنگام کلید زنی از امنیت بالایی بر خوردار هستند و همین امر باعث شده تا در مکانهای قابل اشتعال نیز مورد استفاده قرار گیرند. 
●این رله ها بر خلاف رله های مکانیکی برای راه اندازی، به جریان بسیار کمی نیاز دارند. 
●همچنین رله حالت جامد در مقایسه با رله مکانیکی ابعاد کوچکتری دارند و از وزن کمتری برخوردارند.

معایب رلهssr:

●در رله حالت جامد، روی هر ترانزیستور ولتاژ کمی به دلیل وجود مقاومت افت میکند و این امر باعث میشود تا جریان عبوری ازssr را محدود شود. اما به دلیل پیشرفت تکنولوژی ترانزیستور های پر قدرتی ساخته شده اند که با آنها پی توان رله حالت جامد ۱۰۰ تا ۱۲۰۰ آمپری را تولید کرد. 
●رله حالت جامد در مقایسه با رله های مکانیکی قیمت بالایی دارند و از حساسیت بیشتر برخوردار هستند.
●حرارت ایجاد شده حین کار موجب آسیب رساندن و سوختن رله میشود. البته با استفاده از فن و هیت سینگ میتوان حرارت ناشی از کارکرد رله را تا حدی کاهش داد.

نتیجه

رله زمانی حالت جامد یک المان سوئیچینگ الکترونیکی است که در آن با یک سیگنال کنترلی می توان جریان یا ولتاژ بزرگتر را کنترل کرد. رله ssr یک عنصر الکترونیکی نیمه هادی میباشد. عملکرد ssr تا حدودی شبیه رله های مکانیکی میباشد اما تفاوت هایی نیز دارد که در این المان هیچ قسمت متحرکی وجود نداشته و نسبت به آن دارای ابعاد کوچکتری است. ssrها یک ماکزیمم تحمل در برابر این پارامتر دارند و عبور از آن حد باعث سوختن آن خواهد شد. برای پیشگیری از به وجود آمدن این مشکل بهتر است که از ssrهای با کیفیت ساخت بهتر استفاده شود. به طور خلاصه ssr، سوئیچ الکترونیکی است که توسط مدار میکروالکترونیک تشکیل شده است.