Ett solid-state relä eller statiskt relä, ofta förkortat SSR, är en elektronisk enhet som kopplar till eller från laster när en extern spänning eller signal ansluts till dess styringång. Ett SSR innehåller inga rörliga delar så det kan koppla mycket snabbare än ett elektromekaniskt relä samtidigt som gnistbildning undviks.
SSR är ljudlösa, så applikationen utsätts inte för störande ljud som är fallet med elektromekaniska reläer och kontaktorer. Livslängden för ett SSR är betydligt längre och kräver mindre underhåll än elektromekaniska reläer, detta eftersom SSR inte utsätts för något mekaniskt slitage eller har några kontakter som kan slitas ut. SSR används i många olika typer av applikationer där snabb och ljudlös koppling föredras. En del av dessa industriella tillämpningar är: plast/gummi, livsmedel, process, paketering, HVAC, halvledare, olja/gas, transport/transportband, effekt eller energisystem, tryckerier, lab, ugnar, belysning, medicin och rörelsestyrning. Nedan följer några tekniska tips hur man säkerställer att rätt relä väljs till rätt applikation.
1. Hur kommer ditt SSR att monteras/installeras?
SSRs finns tillgängliga i några olika monteringsalternativ:
- Kretskortsmonterade (PCB) SSR är begränsade i laststorlek pga elektriska krypavstånd och av hänsyn till avgiven effektförlust.
- SSR i sk. puckutförande installeras ofta på baksidan av ett elektriskt skåp eller panel, men kan också installeras direkt mot en metallyta i en maskin eller utrustning. Generellt så kan ett SSR monteras utan en extern kylfläns om lasten är mindre än 5A, eller under 8A om monteringsytan är en omålad slät metallplatta. För att nå önskad max utgångsdata, måste en kylfläns dimensioneras och installeras korrekt tillsammans med solid state reläet.
Väletablerade tillverkare av SSR som Carlo Gavazzi erbjuder en kylflänsguide online som ett smidigt verktyg. - De som inte vill oroa sig över att korrekt dimensionera och montera en separat kylfläns kan istället välja ett SSR med integrerad kylfläns. Dessa kan enkelt snäppas fast på en DIN-skena och är bara att ansluta och använda. Många av de mer avancerade solid state reläerna, som t ex de proportionalreglerande finns tillgänliga i detta utförande. Det är också enklare att få dessa SSR godkända och generellt så är de cUL listade och har även motordata inkluderat i databladen.
2. Hur många poler önskar du att koppla?
När man väljer ett SSR, behöver man veta hur många poler (eller faser) som ska kopplas till lasten. Om din applikation är en DC-last behöver du ett 1-poligt DC-kopplande SSR. Vid 1-fas AC-laster så väljer man ett 1-poligt AC-kopplande SSR. För 3-fas AC-laster, behöver man bestämma om man önskar att styra alla tre polerna till lasten, eller om det räcker med två poler. Detta kan uppnås med ett 2-poligt eller 3-poligt 3-fas kopplande SSR.
3. Vilken typ av last har du?
Varje förekommande last (resistiv, induktiv eller kapacitiv) kommer fungera bättre med olika typer av SSR.
- Resistiva laster omvandlar elektrisk energi till värme eller ljus (som i värmeelement, glödlampor och effektmotstånd).
Denna typ av laster kontrolleras bäst med nollgenomgångskopplande (zero switching) SSR, där utgången aktiveras vid första nollgenomgången av belastningsspänningens sinuskurva, (vanligtvis under 8.33 mS). Proportionalreglering kan uppnås med ett analogkopplande (analogue switching) SSR vilket har en intern krets som kontrollerar fasvinkeln och ger en utgång som är proportionell mot ingångssignalen, oftast 0 eller 4 till 20 mA alternativt 0 till 10VDC. Analogkopplande reläer finns tillgängliga i olika versioner beroende på ingång och/eller utgångskarakteristik. - Induktiva laster som t ex magnetspolar (solenoider), pump/fläktmotorer eller spolar rent generellt.
I dessa fall är ett direktkopplande (instant-on switching) SSR det bästa valet. Direktkopplande reläer aktiveras direkt efter att styrspänningen appliceras (vanligtvis mindre än 0.35 mS). Transformatorer är den svåraste varianten av induktiv last och ska kopplas med toppvärdeskopplande (peak switching) SSR. Med dessa SSR kommer utgången aktiveras vid första toppen av fasspänningen (och nära nollgenomgången av strömmen) av solid-state reläet. Eftersom alltmer applikationer rör sig mot DC-spänningar och DC-laster så kommer DC-kopplande (DC switching) SSR att behövas. Många applikationer inom förnyelsebar energi och belysningsstyrningar med LED kräver DC-kopplande teknologi. - Kapacitiva laster är mindre vanligt förekommande, de kan delvis finnas i snabbladdare/urladdare som t ex hjärtstartare och blixtljus. Dessa laster fungerar också väl med ett nollgenomgångskopplande (zero switching) SSR.
4. Vad är din belastningsspänning och ström?
Man behöver veta den maximala AC eller DC spänningen och strömmen för den specifika lasten man har. Dessa uppgifter finns oftast på specifikationen av lasten (motorn, värmaren etc). Vid AC-laster så kopplar SSR vanligtvis 1-fas vid 115 eller 230 VAC, eller för 3-fas applikationer: 230, 400, 480, eller 600 VAC. En ytterligare faktor att ta hänsyn till är om det förekommer avbrott eller transienter vid applikationen när man ska välja min och max.belastningsspänning. Vid DC-laster då är det DC-belastningsspänning. Vid motorer behöver man veta max kilowatt data vid respektive spänning i aktuell applikation. Detta står på motorns märkplåt.
5. Vad är styrspänningen eller ingångssignalen för att koppla solid-state reläet?
Sedan behöver man veta en annan spänning, den sk. pick-up spänningen som krävs för att starta upp lasten och även dess stopp (turn off) spänning (vid vilken lasten kommer stängas av). Dessa är de kritiska styrspänningsnivåerna för SSR och de finns normalt på lastens specifikations-/produktblad. Till skillnad från elektromekaniska reläer eller kontaktorer som typiskt styrs med en fast spolspänning så har SSR många olika ingångsområden, endera VDC, VAC, eller både VAC/VDC.
Om man önskar att proportionalreglera lasten, så behöver man några ytterligare specifikationer för att kunna välja rätt SSR. Proportionalreglering utförs normalt via en 0-5, 1-5 eller 0-10 VDC ingång eller 4-20 mA styrsignal. Rådfråga oss när det gäller att bestämma den optimala kopplingsprincipen för din last och applikation eftersom det kan vara avancerat. Proportionalreglerande utgångmodeller inkluderar fasvinkel, distribuerad pulsstyrning, sk. burst (pulsskurar), mjukstart och kombinationer av dessa.
6. Vad är omgivningstemperaturen där solid-state reläet ska installeras?
Den maximala nominella strömmen på SSR beror på omgivningstemperaturen där det kommer att installeras. Förhöjda temperaturer kan reducera strömtåligheten på SSR. Många SSR monteras på chassin och behöver en kylfläns för att optimera deras funktion. Man behöver veta omgivningstemperaturen och aktuella monteringsförhållanden för att säkerställa att rätt kylfläns specas och väljs.
Kompetenta tillverkare av SSR, som Carlo Gavazzi erbjuder online verktyg och guider för att hjälpa till med dimensioneringen av enstaka eller flera SSR tillsammans med lämplig kylfläns.
Med DIN-monterbara SSR så är kylflänsen redan integrerad och gällande data står listade på sidan av enheten eller databladet vid olika omgivningstemperaturer. Tänk på att högre omgivningstemperaturer kräver att man måste ta hänsyn till att strömtåligheten minskar på solid state reläet.