Rơ le trạng thái rắn là rơ le có các thành phần trạng thái rắn (như thiết bị bán dẫn) là các thành phần chính. So với rơ le cơ học truyền thống, rơ le trạng thái rắn có nhiều điểm khác biệt và ưu điểm. Sau đây sẽ trình bày chi tiết về định nghĩa, nguyên lý hoạt động, cấu trúc, ưu điểm và lĩnh vực ứng dụng của rơ le trạng thái rắn.
1. Định nghĩa về rơle trạng thái rắn:
Rơ le trạng thái rắn (viết tắt của từ sr), toàn bộ thành phần của rơ le trạng thái rắn được tạo thành từ các linh kiện điện tử trạng thái rắn, là một loại thiết bị chuyển mạch không tiếp xúc mới trên các thiết bị điện công nghiệp. Công tắc tiếp xúc là gì, trên thực tế, là việc sử dụng các linh kiện điện tử (như triode chuyển mạch, điều khiển silicon hai chiều và các thiết bị bán dẫn khác) đặc điểm chuyển mạch, có thể đạt được mục đích không có tia lửa chạm vào và tắt mạch, vì vậy nó còn được gọi là "công tắc tiếp xúc". Rơ le trạng thái rắn là một thiết bị hoạt động bốn đầu cuối, trong đó hai đầu cuối là đầu điều khiển đầu vào và hai đầu cuối còn lại là đầu điều khiển đầu ra. Nó có cả hiệu ứng truyền động khuếch đại và hiệu ứng cô lập
2. Nguyên lý hoạt động của rơle trạng thái rắn:
Rơ le bán dẫn là một công tắc không tiếp xúc. Nguyên lý hoạt động của nó dựa trên đặc tính dẫn điện của thiết bị bán dẫn. Nó chứa một mạch điều khiển và một vòng tải. Khi tín hiệu điều khiển được áp dụng cho mạch điều khiển khi rơ le hoạt động bình thường, mô hình điều khiển đi qua phần tử bán dẫn trong mạch điều khiển, sau đó dòng điện có thể đi qua mạch tải để thực hiện hoạt động của công tắc. Trên thực tế, trạng thái của công tắc có thể được điều khiển bằng cách thay đổi kích thước của điện áp điều khiển đầu vào.
3. Cấu trúc của rơle trạng thái rắn:
đầu vào:
Theo các loại điện áp đầu vào khác nhau, mạch đầu vào có thể được chia thành mạch đầu vào DC, mạch đầu vào AC và mạch đầu vào AC / DC. Một số mạch điều khiển đầu vào cũng có chức năng điều khiển logic tích cực và tiêu cực và đảo ngược tương thích với TTL / CMOS, có thể dễ dàng kết nối với mạch logic TTL, MOS.
Đối với tín hiệu điều khiển có điện áp điều khiển cố định, mạch đầu vào điện trở được áp dụng. Dòng điện điều khiển được đảm bảo lớn hơn 5 mA. Đối với tín hiệu điều khiển có phạm vi biến thiên lớn (như 3 ~ 32V), mạch dòng điện không đổi được áp dụng để đảm bảo dòng điện hoạt động đáng tin cậy ở mức lớn hơn 5 mA trong toàn bộ phạm vi biến thiên điện áp.
Khớp nối cô lập
Cách ly và ghép nối mạch đầu vào và đầu ra của rơle trạng thái rắn bao gồm ghép nối quang điện và ghép nối biến áp: ghép nối quang điện thường sử dụng quang diode-quang triode, quang diode-silicon điều khiển ánh sáng hai chiều, tế bào quang điện, thực hiện điều khiển cách ly giữa phía điều khiển và phía tải. Ghép nối biến áp tần số cao sử dụng tín hiệu tần số cao được ghép nối với thứ cấp, chỉnh lưu bằng kiểm tra sóng và mạch logic để tạo thành tín hiệu truyền động.
mạch đầu ra
Công tắc nguồn của SSR được kết nối trực tiếp với nguồn điện và đầu tải, thực hiện việc bật và tắt nguồn điện tải. Nó chủ yếu sử dụng các bóng bán dẫn tinh thể công suất cao (ống chuyển mạch-Transistor), một chiều (Thyristor hoặc SCR), hai chiều (Triac), ống hiệu ứng trường công suất (MOSFET), bóng bán dẫn lưỡng cực cổng cách điện (IGBT). Mạch đầu ra của rơle trạng thái rắn cũng có thể được chia thành mạch đầu ra DC, mạch đầu ra AC và mạch đầu ra AC / DC. Theo loại tải, nó có thể được chia thành rơle trạng thái rắn DC và rơle trạng thái rắn AC. Thiết bị lưỡng cực hoặc ống hiệu ứng trường công suất có thể được sử dụng cho đầu ra DC và hai SCR hoặc một SCR hai chiều thường được sử dụng cho đầu ra AC. Rơle trạng thái rắn ac có thể được chia thành rơle trạng thái rắn AC một pha và rơle trạng thái rắn AC ba pha. Rơle trạng thái rắn AC có thể được chia thành rơle trạng thái rắn AC ngẫu nhiên và rơle trạng thái rắn AC trên không theo thời gian dẫn và tắt máy.
4. Sự khác biệt và ưu điểm:
(1) Tốc độ: Tốc độ phản ứng của rơle trạng thái rắn nhanh hơn, vì nó được điều khiển bằng các thiết bị bán dẫn và là rơle cơ học không có thành phần cơ học. Do đó, tốc độ chuyển mạch của rơle trạng thái rắn có thể đạt đến mức micro giây, cao hơn nhiều so với mức mili giây của rơle cơ học.
(2) Tuổi thọ: vì không có cấu trúc cơ học nên tuổi thọ của rơle trạng thái rắn dài hơn. Các bộ phận cơ học của rơle cơ học dễ bị mài mòn và dễ hỏng sau thời gian dài sử dụng, trong khi rơle trạng thái rắn không có vấn đề này nên có thể cung cấp tuổi thọ dài hơn.
(3) Im lặng: Rơ le cơ học trong quá trình chuyển mạch sẽ tạo ra âm thanh va chạm cơ học, còn rơ le bán dẫn không có chuyển động cơ học, rơ le bán dẫn không có công tắc tiếp điểm, sẽ không có âm thanh va chạm rơ le cơ học. Rơ le bán dẫn này sẽ không tạo ra tiếng ồn, im lặng hơn.
(4) Thể tích: chênh lệch trên thể tích, so với thể tích rơle cơ học, thể tích rơle bán dẫn sẽ nhỏ hơn, chiếm ít không gian hơn. Có tính chất di động lớn hơn. Kích thước nhỏ của rơle bán dẫn cũng cho phép nó đạt được mật độ mạch cao hơn trong không gian hạn chế và có thể được áp dụng tốt hơn ở một số khu vực có không gian hạn chế hoặc yêu cầu trọng lượng cao.
(5) Độ tin cậy: rơle trạng thái rắn không tiếp xúc cơ học, không có công tắc tiếp xúc. Rơle trạng thái rắn không làm giảm hiệu suất của chúng do hao mòn cơ học và không thể tạo ra hiện tượng không có hồ quang, giúp kéo dài đáng kể tuổi thọ sử dụng của chúng. Và tốc độ chuyển mạch của rơle trạng thái rắn rất nhanh, có thể đạt thời gian phản hồi từ vài mili giây đến vài micro giây và có độ tin cậy cao và tuổi thọ cao do các đặc tính linh kiện điện tử vốn có của nó. Cấu trúc của rơle trạng thái rắn được bịt kín hoàn toàn, có khả năng chống rung và chống va đập cơ học tốt, phù hợp với công việc trong môi trường va đập và rung động cao. Vỏ cũng có đặc tính chống ẩm, nấm mốc, chống ăn mòn tốt, phù hợp với mọi loại môi trường khắc nghiệt.
5. Các lĩnh vực ứng dụng:
Rơ le trạng thái rắn được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm:
(1) Hệ thống điều khiển tự động hóa công nghiệp: hệ thống điều khiển tự động hóa công nghiệp cần hoạt động chuyển mạch hiệu quả, tốc độ cao, rơle trạng thái rắn có thể đáp ứng các yêu cầu này và có thể chịu được tiếng ồn của môi trường công nghiệp, nhiễu điện từ và các yếu tố bất lợi khác.
(2) Thiết bị gia dụng: Rơ le bán dẫn được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị gia dụng như lò điện, lò vi sóng, bình nước nóng điện, v.v. Do đặc tính tin cậy và tuổi thọ cao nên có thể cải thiện tuổi thọ và hiệu quả làm việc của các thiết bị gia dụng.
(3) Thiết bị y tế: Thiết bị y tế có yêu cầu cao về độ chính xác và độ tin cậy, rơle trạng thái rắn có thể cung cấp khả năng điều khiển chuyển mạch ổn định và chính xác hơn nên được sử dụng rộng rãi trong thiết bị y tế.
(4) Điện tử công suất: Ứng dụng của rơle bán dẫn trong lĩnh vực điện tử công suất cũng đang dần tăng lên, chẳng hạn như bộ biến tần, bộ biến tần và cọc sạc.
Tóm lại, rơle trạng thái rắn là rơle sử dụng các thiết bị bán dẫn làm thành phần chính, với ưu điểm là tốc độ nhanh, tuổi thọ cao, không gây tiếng ồn, kích thước nhỏ và độ tin cậy cao. Nó được sử dụng rộng rãi trong tự động hóa công nghiệp, thiết bị gia dụng, thiết bị y tế và điện tử công suất. Những đặc điểm này làm cho rơle trạng thái rắn trở thành một giải pháp thay thế lý tưởng cho rơle cơ học.
