Как выбрать твердотельные реле

Как выбрать твердотельные реле

Ниже приведены варианты, которые следует учитывать при выборе соответствующих твердотельных реле на основе фактических требований:

  1) Напряжение нагрузки  - переменный или постоянный

  2) Ток нагрузки - максимальный ток и минимальный ток

  3) Тип нагрузки - резистивная, индуктивная или емкостная

  4) Входной управляющий сигнал - переменный или постоянный ток

  5) Способ монтажа - монтаж на печатную плату, панель или DIN-рейку

  6) Температура окружающей среды - для расчета коэффициента снижения характеристик и размера радиатора

  7) Международная сертификация - Underwriter Laboratories (UL), Канадская ассоциация стандартов (CSA), Британский совет по сертификации телекоммуникаций (BABT), Verband Deutscher Elektrotechniker (VDE), Technischen Uberwachungs Vereine (TUV), Conformite Europeene (CE) или другие.

Напряжение нагрузки:

Первое соображение заключается в том, является ли напряжение нагрузки переменным или постоянным, чтобы определить, выбран ли AC-SSR или DC-SSR. Во-вторых, следует учитывать напряжение источника питания нагрузки, которое не может превышать номинальное выходное напряжение и меньше минимального напряжения твердотельного реле. Затем рассмотрим величину напряжения нагрузки и переходного напряжения . Напряжение нагрузки относится к стационарному напряжениюприкладывается к выходной клемме переключателя SSR, а переходное напряжение относится к максимальному напряжению, которое могут выдержать выходные клеммы реле SSR. Когда индуктивная нагрузка переменного тока, нагрузка однофазного двигателя или нагрузка трехфазного двигателя переключаются или подаются на питание, напряжение на выходе переключателя SSR может быть в два раза больше пикового напряжения источника питания, и это напряжение не может быть больше переходного напряжения SSR для предотвращения повреждения электронного переключателя чрезмерным ударным напряжением. Поэтому при выборе SSR лучше оставить запас для выходного напряжения и выбрать реле SSR с RC-цепью для защиты твердотельного реле и оптимизации dv / dt.

RC цепь:

RC-цепь , также известная как RC-фильтр, RC-демпфер или RC-сеть, представляет собой цепь, состоящую из резистора и конденсатора. Рекомендуется выбирать твердотельные реле с поглотительной схемой варистора и демпфирующей схемой RC. RC-цепь блокирует прохождение определенных частот и позволяет другим частотным сигналам проходить для фильтрации мешающих сигналов. Кроме того, RC-цепь может также использоваться для уменьшения скорости нарастания выходного напряжения (dv / dt), для поглощения перенапряжения, подавления избыточного переходного напряжения / тока и предотвращения поломки твердотельного реле из-за перенапряжения ,

Ток нагрузки:

Значение выходного тока твердотельного реле представляет собой установившийся ток, протекающий через выходные клеммы SSR, который обычно равен току нагрузки, подключенной к выходной клемме SSR. Поскольку переключающие элементы переключателей SSR очень чувствительны к температуре, а перегрузка по току может генерировать большое количество тепла, поэтому перегрузочная способность SSR является слабой. Следовательно, выходной ток реле SSR не должен превышать его номинального выходного тока, а импульсный ток не должен превышать перегрузочную способность, особенно для индуктивных / емкостных нагрузок, которые могут генерировать импульсные токи, а также пусковой ток, генерируемый сам блок питания.
Выходной ток требует запаса, чтобы избежать чрезмерных пусковых токов, которые сокращают срок службы твердотельного реле. Для общих резистивных нагрузок номинальное значение эффективного рабочего тока может быть выбрано на основе 60% номинального значения. Кроме того, можно предусмотреть быстрый предохранитель и воздушный выключатель для защиты выходного контура или добавления контура стока RC и варистора (MOV) к выходу реле. Спецификацией выбора варистора является выбор 500 В ~ 600 В MOV для 220 В переменного тока SSR и 800 В ~ 900 В MOV для 380 В переменного тока SSR.

Пусковой ток:

Почти все контролируемые нагрузки будут генерировать большие пусковые токи в момент включения. Например:

1) Электронагревательные приборы, такие как лампы накаливания , электрические печи и т. Д. Они представляют собой чисто резистивные нагрузки с положительным коэффициентом устойчивости, но сопротивление при низкой температуре невелико, поэтому ток при запуске будет в несколько раз превышать установившийся ток.

2) Некоторые типы ламп имеют низкий импеданс при сгорании.

3) Когда двигатель включен, ротор заблокирован и выключен, он генерирует большой пусковой ток и напряжение. Заперта ротора является ситуация , в которой двигатель до сих пор выводит крутящий момент , когда скорость равна 0 оборотов в минуту, в то же время, коэффициент мощности двигателя будет чрезвычайно низок, а ток может быть до 7 раз от номинального тока.

4) Когда промежуточное реле или электромагнитный клапан не надежно закрыты и отскакивают, он также генерирует большой пусковой ток.

5) Когда конденсаторная батарея или конденсаторный источник питания переключаются, это вызывает аналогичное состояние короткого замыкания и генерирует очень большой ток.

6) Когда электродвигатель коммутируемого типа с конденсатором меняет направление, напряжение на конденсаторе и напряжение питания накладываются на выходную клемму SSR, и SSR будет выдерживать импульсное напряжение, в два раза превышающее напряжение питания.

Чрезмерный пусковой ток может повредить полупроводниковые переключатели внутри SSR. Поэтому при выборе реле необходимо сначала проанализировать характеристики перенапряжения контролируемой нагрузки, чтобы реле могло выдерживать пусковой ток, обеспечивая при этом устойчивую работу. Номинальный ток твердотельного реле следует выбирать в соответствии с коэффициентом снижения номинальных характеристик в реальных требованиях. И если выбранное реле должно работать в месте с частой работой, длительным сроком службы и высокой надежностью, номинальный ток должен быть разделен на 0,6 в зависимости от известного коэффициента снижения мощности , чтобы обеспечить надежность работы. Кроме того, резистор или катушка индуктивности могут быть последовательно подключены к выходному контуру для дополнительного ограничения тока.
Внимание: пожалуйста, не используйте SSRзначение импульсного тока в качестве основы для выбора пускового тока нагрузки. Поскольку значение импульсного тока реле SSR основано на импульсном токе электронного переключателя с предварительным условием половины (или одного) цикла питания, то есть 10 мс или 20 мс.

Тип нагрузки:

Нагрузки могут быть разделены на три типа в зависимости от электрического сопротивления: тип резистивной нагрузки (или чисто резистивная нагрузка), тип индуктивной нагрузки и тип емкостной нагрузки. В обычных электрических приборах нет чистой индуктивной нагрузки и чистой емкостной нагрузки, потому что эти два типа нагрузки не имеют активной мощности. В последовательно-параллельной цепи, если емкостное реактивное сопротивление больше, чем индуктивное реактивное сопротивление, цепь является емкостной нагрузкой; и наоборот.

Резистивная нагрузка:

Короче говоря, нагрузка, которая работает только с компонентами резисторного типа, называется резистивной нагрузкой . Однако некоторые нагрузки имеют низкое сопротивление при низких температурах, что приводит к увеличению пускового тока . Например, когда электропечь только включена, ток в 1,3-1,4 раза больше, чем стабильный ток; когда лампа накаливания включена, ток в 10 раз превышает постоянный ток.
Q1: Каковы характеристики резистивной нагрузки (при работе)?
A1: В цепи постоянного тока соотношение между током и напряжением соответствует фундаментальному закону Ома.I = U / R; в цепи переменного тока текущая фаза совпадает с фазой напряжения (по сравнению с источником питания).
Q2: Какие резистивные нагрузки?
A2: нагревательное устройство, которое нагревается электрическим сопротивлением (например, печь сопротивления, печь, электрический водонагреватель , горячее масло и т. Д.) И лампами, которые для излучения света используют резистивный провод (например, вольфрамовая йодная лампа , лампа накаливания и т. Д.) ,

Индуктивная нагрузка:

Вообще говоря, индуктивная нагрузка - это нагрузка, которая применяет принцип электромагнитной индукции (с параметрами индуктивности), например, электрические изделия большой мощности (например, холодильники, кондиционеры и т. Д.). Индуктивная нагрузка увеличит коэффициент мощности цепи, и ток через индуктивную нагрузку не может внезапно измениться. При запуске индуктивная нагрузка требует гораздо большего пускового тока (примерно в 3-7 раз), чем ток, необходимый для поддержания нормальной работы. Например, пусковой ток асинхронного двигателя в 5-7 раз превышает номинальное значение, а пусковой ток двигателя постоянного тока немного больше, чем пусковой ток двигателя переменного тока.; Некоторые металлогалогенные лампы имеют время включения до 10 минут, а их импульсные токи в 100 раз превышают ток установившегося состояния.
Кроме того, когда питание включается или выключается, индуктивная нагрузка будет создавать противоэлектродвижущую силу (обычно в 1-2 раза превышающую напряжение питания), и противоэлектродвижущая сила (сокращенная ЭДС противодействия или просто CEMF) будет накладываться на Напряжение питания, а результирующее напряжение до трех раз превышает напряжение питания. Таким образом, когда типом нагрузки является индуктивная нагрузка, к выходной клемме твердотельного реле следует подключать варистор с выдерживаемым напряжением, в 1,6-1,9 раза превышающим напряжение нагрузки. Счетчик ЭДС является неопределенным значением, которое изменяется в зависимости от L и di / dt.и если текущая скорость изменения (di / dt) слишком высока, SSR будет поврежден. В практических применениях CEMF может быть уменьшена последовательной индуктивностью L, а величина индуктивности L зависит от размера и стоимости.
Q3: каковы характеристики индуктивной нагрузки (при работе)?
A3: Индуктивные нагрузки запаздывают (текущее напряжение запаздывает). В цепи постоянного тока индуктивная нагрузка позволяет току течь через него и аккумулировать энергию в индуктивности, а ток отстает от напряжения. В цепи переменного тока текущая фаза отстает от фазы напряжения (по сравнению с источником питания), и фаза может отставать на четверть цикла (или 90 градусов) на максимум.
Q4: Какие индуктивные нагрузки?
A4: Лампы, которые для подачи света используют газ под напряжением (например, лампы дневного света, Высокого давления , натриевые лампы или лампы HPS, ртутные лампы , металлогалогенные лампы и т.д.), а также высокой мощности электрического оборудования (например , двигателя на основе оборудования, компрессоров , реле и т.д.).

Емкостная нагрузка:

Обычно нагрузка с параметром емкости называется емкостной нагрузкой , и емкостная нагрузка будет снижать коэффициент мощности схемы. Во время зарядки или разрядки емкостная нагрузка эквивалентна короткому замыканию, поскольку напряжение на конденсаторе не может быть резко изменено.
Q5: Каковы характеристики индуктивной нагрузки (при работе)?
A5: Емкостные нагрузки являются ведущими (напряжение токоподводов). В цепях постоянного тока емкостные нагрузки препятствуют прохождению тока, но могут накапливать энергию. В цепях переменного тока текущая фаза опережает фазу напряжения (по сравнению с источником питания), и фаза может вести максимум четверть цикла (или 90 градусов).
Q6: Какие индуктивные нагрузки?
A6: устройство с конденсатором, таким как компенсационный конденсатор. И устройства управления питанием, такие как импульсные источники питания, ИТ-оборудование и т. Д.

Как выбрать твердотельное реле в зависимости от типа нагрузки

1) Для индуктивных и емкостных нагрузок рекомендуется твердотельное реле с более высокими значениями dv / dt , если к выходной клемме реле при включенном твердотельном реле переменного тока применяется усиленная dv / dt (скорость экспоненциального роста напряжения). / выкл.

2) Для резистивных нагрузок переменного тока и большинства индуктивных нагрузок переменного тока имеются реле пересечения нуля, чтобы продлить срок службы нагрузки и реле и уменьшить их собственные радиочастотные помехи.

3) В качестве контроллера фазового выхода следует использовать полупроводниковое реле случайного типа.

* Фактор силы:

В электротехнике коэффициент мощности системы питания переменного тока определяется как отношение реальной мощности, протекающей к нагрузке, к полной мощности в цепи, и представляет собой безразмерное число в замкнутом интервале от -1 до 1. Если оно не указано, что мощность нагрузки общего продукта - это полная мощность (включает в себя как активную, так и реактивную мощность). Но общая спецификация индуктивной нагрузки часто дает величину активной мощности. Например, хотя люминесцентная лампа имеет маркировку от 15 до 40 Вт (ее активная мощность), ее балласт потребляет приблизительно 8 Вт, поэтому к 15 ~ 40 Вт следует добавить 8 Вт, чтобы рассчитать общую мощность. Индуктивная часть продукта (то есть количество реактивной мощности) может быть рассчитана на основе данного коэффициента мощности.

Входной управляющий сигнал:

1) Входное управляющее напряжение : входное управляющее напряжение имеет широкий диапазон 3 ~ 32 В.

2) Входной ток управления : входной ток DCR постоянного тока и однофазных SSR переменного тока обычно составляет около 10 мА, а входной ток трехфазного SSR переменного тока обычно составляет около 30 мА, что также может быть настроено на величину менее 15 мА.

3) Частота управления : рабочая частота управляющих твердотельных реле переменного тока обычно не превышает 10 Гц, а период управляющего сигнала твердотельного реле постоянного тока должен быть в пять раз больше суммы времени включения и выключения реле.

Способ крепления:

Во многих случаях мощность нагрузки будет ограничивать, установлен ли SSR на печатную плату, панель или DIN-рейку.

Температура окружающей среды:

Когда реле находится во включенном состоянии, оно будет выдерживать рассеиваемую мощность P = V ( падение напряжения во включенном состоянии ) × I (ток нагрузки), и на нагрузочную способность SSR сильно влияет температура окружающей среды и ее температура. собственная температура. Если температура окружающей среды слишком высока, нагрузочная способность SSR неизбежно будет соответственно уменьшаться, кроме того, переключатель SSR может быть неуправляемым или даже иметь постоянные повреждения. Поэтому необходимо установить определенный запас в соответствии с фактической рабочей средой и выбрать подходящий размер радиатора, чтобы обеспечить условия рассеивания тепла. Для токов нагрузки более 5 А необходимо установить радиатор. Для токов выше 100А радиатор и вентилятордолжны быть оборудованы для сильного охлаждения. Если реле SSR работает при высоких температурах (40–80 ° C) в течение длительного времени, ток нагрузки может быть уменьшен в соответствии с максимальным выходным током и кривой температуры окружающей среды, предоставленной производителем, для обеспечения нормальной работы, а также Ток нагрузки обычно контролируется в пределах 1/2 от номинального значения.

* Коэффициент снижения:

В приведенной ниже таблице показан рекомендуемый коэффициент снижения номинального выходного тока твердотельных реле, применяемых к различным нагрузкам при комнатной температуре (были учтены возможности перегрузки и скачок тока нагрузки).

Есть два способа использовать фактор снижения:

1) Номинальное значение тока твердотельного реле может быть выбрано в соответствии с коэффициентом снижения мощности в различных средах и разных типах нагрузки. Номинальный ток реле SSR равен значению постоянного тока нагрузки, деленному на коэффициент снижения.

2) Если было выбрано твердотельное реле и тип нагрузки или среда изменяется, ток нагрузки должен быть отрегулирован на основе кривой нагрузки и коэффициента снижения мощности в определенной среде. Скорректированный ток, умноженный на коэффициент снижения, должен быть ниже номинального значения твердотельного реле.

Кроме того, когда SSR запускаются в приложениях, которые требуют более частой работы, более продолжительного срока службы и более стабильной производительности надежности, коэффициент ухудшения характеристик необходимо дополнительно умножить на 0,6 на основе данных в таблице. Однако ток нагрузки не должен быть ниже минимального выходного тока твердотельного реле, иначе реле не будет включено или состояние выхода будет ненормальным.