Descrição

O que é o relé de estado sólido?

Enquanto os relés eletromecânicos utilizam bobinas, campos magnéticos, molas e contatos mecânicos para operar e comutar cargas, o relé de estado sólido, ou SSR (Solid State Relay), não possui partes móveis, mas usa as propriedades elétricas e ópticas dos semicondutores de estado sólido para executar suas funções de isolamento e comutação de entrada para saída.

Assim como um relé eletromecânico normal, os SSRs fornecem isolamento elétrico completo entre seus contatos de entrada e saída, com sua saída agindo como um interruptor elétrico convencional, pois possui resistência muito alta, quase infinita, quando desligado, e uma resistência muito baixa, quando ligado. Os relés de estado sólido podem ser projetados para comutar correntes CA ou CC.

Como funciona o relé de estado sólido?

Os relés eletromecânicos têm um ciclo de vida de contato limitado, podem ocupar muito espaço e têm velocidades de comutação mais lentas, especialmente grandes relés e contatores de potência. Os relés de estado sólido não têm tais limitações.

Assim, as principais vantagens dos relés de estado sólido sobre os relés eletromecânicos convencionais é que eles não têm partes móveis para se desgastar, são capazes de ligar e desligar muito mais rápido do que um relé mecânico e a ativação de tensão zero e a desativação de corrente zero, reduzem ruídos elétricos e transientes.

Um dos principais componentes de um relé de estado sólido (SSR) é um opto isolador (também chamado de opto acoplador) que contém um (ou mais) diodo emissor de luz infravermelha, ou fonte de luz LED, e um dispositivo fotossensível dentro um único caso. O opto isolador isola a entrada da saída.

Entrada de acionamento do relé de estado sólido

A entrada de acionamento é composta de um circuito opto acoplador que isola galvanicamente a entrada do circuito comutador, normalmente composto por transistores ou retificadores controlados (SCR e TRIACs).

O circuito de entrada de um SSR pode consistir de apenas um único resistor limitador de corrente em série com o LED do opto isolador, ou de um circuito mais complexo com retificação, regulação de corrente, proteção contra inversão de polaridade, filtragem, etc.

Para ativar ou ligar um relé de estado, uma tensão maior que seu valor mínimo (geralmente 3 volts DC) deve ser aplicada em seus terminais de entrada (equivalente à bobina do relé eletromecânico). Este sinal DC pode ser derivado de uma chave mecânica, uma porta lógica ou microcontrolador, conforme mostrado.

Entrada de acionamento CC

Ao usar contatos mecânicos, chaves, botões, outros contatos de relé, etc, como sinal de ativação, a tensão de alimentação usada pode ser igual ao valor mínimo de tensão de entrada do SSR, enquanto que ao usar dispositivos de estado sólido como transistores, portas e micro controladores, a tensão de alimentação mínima precisa ser um ou dois volts acima da tensão de ativação do SSR para levar em conta a queda de tensão interna dos dispositivos de comutação.

Mas, além de usar uma tensão CC, para acionar o relé de estado sólido, também podemos usar uma forma de onda senoidal adicionando um retificador de ponte de onda completa e um circuito de filtro para a entrada CC como mostrado a seguir.

Entrada de acionamento CA

Os circuitos de entrada AC são normalmente compostos por retificadores em ponte, que convertem uma tensão senoidal em pulsos retificados de onda completa com o dobro da frequência de entrada. A tensão retificada deve então ser suavizada com a utilização de um capacitor na saída da ponte retificadora. O sinal resultante é uma tenção CC, necessária para o correto acionamento do opto acoplador.

Os valores do resistor de queda de tensão, R1 e do capacitor de suavização, C1 são escolhidos de acordo com a tensão de alimentação, 120 volts AC ou 240 volts AC, bem como a impedância de entrada do relé de estado sólido. Mas algo em torno de 40kΩ e 10uF são valores comumente empregados.

Então, com este retificador de ponte e circuito de capacitor de suavização adicionados, um relé de estado sólido CC padrão pode ser controlado usando uma alimentação CA ou CC não polarizada.

Saída do relé de estado sólido

Os recursos de comutação de saída de um relé de estado sólido podem ser CA ou CC. O circuito de saída da maioria dos relés de estado sólido padrão é configurado para executar apenas um tipo de ação de comutação, fornecendo o equivalente a uma operação normalmente aberta, de um polo e de um passo (SPST-NO) de um relé eletromecânico.

Para a maioria dos SSRs CC, o dispositivo de comutação de estado sólido comumente usado são transistores de potência, Darlington e MOSFETs, enquanto que para um SSR CA, o dispositivo de comutação é um TRIAC ou tiristores back-to-back. Os tiristores são preferidos devido às suas capacidades de alta tensão e corrente. Um único tiristor também pode ser usado dentro de um circuito retificador de ponte, conforme mostrado.

A aplicação mais comum de relés de estado sólido é na comutação de cargas CA, seja para controlar a alimentação CA. Uma das maiores vantagens dos relés de estado sólido sobre um relé eletromecânico é sua capacidade de desligar as cargas CA no ponto de corrente de carga zero, eliminando o arco voltaico, o ruído elétrico e o dano aos contato associados aos relés mecânicos convencionais e cargas indutivas .

Isso ocorre porque os relés de estado sólido de comutação CA usam SCRs e TRIACs como seu dispositivo de comutação de saída que continua conduzindo, uma vez que o sinal de entrada é removido, até que a corrente CA que flui através do dispositivo caia abaixo de seu limite ou valor de corrente de retenção. Então a saída de um SSR nunca pode desligar no meio de um pico de onda senoidal.

O desligamento por corrente zero é uma grande vantagem para o uso de um relé de estado sólido, pois reduz o ruído elétrico associado à comutação de cargas indutivas.  Considere o diagrama de forma de onda de saída abaixo de um relé de estado sólido CA típico.

Sem nenhum sinal de entrada aplicado, nenhuma corrente de carga flui através do SSR, pois ele está efetivamente DESLIGADO (circuito aberto) e os terminais de saída veem a tensão de alimentação CA total. Com a aplicação de um sinal de entrada CC, independentemente de qual parte da forma de onda senoidal, positiva ou negativa, o ciclo está passando, devido às características de comutação de tensão zero do SSR, a saída só liga quando a forma de onda cruza o ponto zero.

À medida que a tensão de alimentação aumenta na direção positiva ou negativa, ela atinge o valor mínimo necessário para ligar totalmente os tiristores ou triac de saída (geralmente menos de cerca de 15 volts). A queda de tensão nos terminais de saída do SSR é aquela da queda de tensão no estado ligado dos dispositivos de comutação, VT (geralmente inferior a 2 volts). Assim, quaisquer altas correntes de energização associadas a cargas reativas ou de lâmpadas são bastante reduzidas.

Quando o sinal de tensão de entrada CC é removido, a saída não desliga repentinamente, uma vez acionada em condução, o tiristor ou triac usado como dispositivo de comutação permanece ligado pelo restante do meio ciclo até que as correntes de carga caiam abaixo dos dispositivos que mantêm corrente, em que ponto ele desliga. Assim, os altos dv/dt  associados à comutação de cargas indutivas no meio de uma onda senoidal são bastante reduzidos.

Então, as principais vantagens do relé de estado sólido CA sobre o relé eletromecânico são sua função de cruzamento de zero que liga o SSR quando a tensão de carga CA está próxima de zero volts, suprimindo assim quaisquer correntes de pico altas, pois a corrente de carga sempre começará de um ponto próximo a 0V, e a característica de desligamento de corrente zero inerente do tiristor ou triac. Portanto, há um atraso máximo possível no desligamento (entre a remoção do sinal de entrada e a remoção da corrente de carga) de meio ciclo.

MS-1DA48 (acionamento CC, carga CA)

• Relé de estado sólido monofásico;
• Acionamento: 3 a 32VCC;
• Carga: 24 a 480VCA;
• Corrente: 10 a 200 A;
• Acionamento por cruzamento por zero;
• LED indicador;
• Montagem para painel;
• Circuito supressor de ruído (snubber) incorporado;
• Capa plástica protetora;
• Circuito comutador Triac;
• Compatível CE.

MS-1AA48 (acionamento e carga CA)

• Relé de estado sólido monofásico;
• Acionamento: 90 a 280VCA;
• Carga: 24 a 480VCA;
• Corrente: 10 a 200 A;
• Acionamento por cruzamento por zero;
• LED indicador;
• Montagem para painel;
• Circuito supressor de ruído (snubber) incorporado;
• Capa plástica protetora;
• Circuito comutador Triac;
• Compatível CE.

MS-DD (acionamento e carga CC)

• Acionamento e carga CC;
• Acionamento: 5 a 32VCC;
• Carga: 5 a 60VCC – 5 a 110VCC – 5 a 220VCC;
• Corrente: 10 a 120 A;
• Acionamento por cruzamento por zero;
• LED indicador;
• Montagem para painel;
• Compatível CE.

MS-1DA48XX-R (Baixo custo – Cargas resistivas apenas)

• Relé de estado sólido monofásico para cargas resistivas;
• Acionamento: 3 a 32VCC;
• Carga: 24 a 480VCA;
• Corrente: 10, 25 e 40 A;
• Acionamento por cruzamento por zero;
• LED indicador;
• Montagem para painel;
• Circuito supressor de ruído (snubber) incorporado;
• Capa plástica protetora;
• Circuito comutador Triac;
• Compatível CE.

MS-1DA68 (acionamento CC, carga CA)

• Relé de estado sólido monofásico padrão industrial;
• Acionamento: 3,2 a 32VCC;
• Carga: 24 a 1200VCA;
• Corrente: 60 a 1000 A;
• Acionamento por cruzamento por zero;
• LED indicador;
• Montagem para painel;
• Circuito comutador Triac;
• Compatível CE.

MS-1AA68 (acionamento CA, carga CA)

• Relé de estado sólido monofásico padrão industrial;
• Acionamento: 90 a 280VCA;
• Carga: 24 a 1200VCA;
• Corrente: 60 a 1000 A;
• Acionamento por cruzamento por zero;
• LED indicador;
• Montagem para painel;
• Circuito comutador Triac;
• Compatível CE.

MS-480-H (duplo canal)

• Acionamento: 4 a 32 VCC;
• Carga: 24 a 480VCA;
• Corrente: 20, 15, 40, 50 4 60A;
• Acionamento por cruzamento por zero;
• LED indicador;
• Montagem para painel;
• Compatível CE.

Dimensões

Conexões

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