Que es un relé de estado sólido, Usos, Tipos Y Función

Un relé de estado sólido (SSR) es un dispositivo de conmutación electrónica que se enciende o apaga cuando se aplica un pequeño voltaje externo a través de sus terminales de control.

Relé de estado sólido
Relé de estado sólido

1.  ¿Qué es un relé de estado sólido?

Los relés de estado sólido consisten en un sensor que responde a una entrada apropiada (señal de control), un dispositivo de conmutación electrónica de estado sólido que conmuta la alimentación a los circuitos de carga y un mecanismo de acoplamiento para permitir que la señal de control active este interruptor sin piezas mecánicas.

El relé de estado sólido puede estar diseñado para cambiar CA o CC a la carga. Cumple la misma función que un relé electromecánico, pero no tiene partes móviles. Los relés de estado sólido empaquetados utilizan dispositivos semiconductores de potencia, como tiristores y transistores, para conmutar corrientes de hasta alrededor de cien amperios.

Los relés de estado sólido tienen velocidades de conmutación rápidas en comparación con los relés electromecánicos, y no tienen contactos físicos que desgastar.

La aplicación de relés de estado sólido debe tener en cuenta su menor capacidad para resistir sobrecargas momentáneas, en comparación con los contactos electromecánicos, y su mayor resistencia de estado “activado“. A diferencia de un relé electromecánico, un relé de estado sólido proporciona solo disposiciones de conmutación limitadas (conmutación SPST).

2.  Tipos Relés de estado sólido

Hay varios tipos diferentes de relés que se pueden usar en equipos eléctricos, uno de ellos es el relé de estado sólido la SSR.

El relé de estado sólido se utiliza como controlador de encendido / apagado. Al igual que otros tipos de interruptores de relé, el SSR usa una pequeña señal que en realidad controla una carga mucho mayor.

Tiene una señal de control (un sensor que responde a una entrada), un interruptor electrónico que conmuta la alimentación a los circuitos principales y un mecanismo de acoplamiento de algún tipo.

Categorías de relé de estado sólido

Los SSR se clasifican por su circuito de entrada particular y esto está directamente relacionado con la salida que logran. Existen 3 categorías básicas de relé de estado sólido que los electricistas reconocen:

  • El relé de estado sólido acoplado.
  • Transformer Coupled
  • Photo Coupled.

A continuación te explicamos estas categorías:

Relé de estado sólido acoplado: este relé de láminas tiene una señal de control aplicada directamente a la bobina de un relé de láminas. Cuando el interruptor de láminas se cierra, activa los circuitos que activarán el interruptor de tiristores.

Transformer Couple SSR: este relé de estado sólido recibe la señal de entrada a través de un convertidor DC-ACo recibe es directamente si la corriente es AC. La corriente de CA se envía a un transformador de muy baja potencia que provoca la activación del interruptor de tiristores. La configuración exacta de entrada-salida en este tipo de relé de estado sólido dependerá de cómo esté diseñado el transformador.

Photo Coupled SSR: este tipo aplica la señal de control a una fuente de luz o infrarroja. Luego, el semiconductor fotosensible detecta la radiación y cambia la carga. El haz de luz es el único “camino de acoplamiento” que se ejecuta entre la entrada y la salida en este tipo de relé de estado sólido.

Componentes de un SSR

Un SSR se compone de diferentes tipos de materiales semiconductores. Esto incluye transistores y tiristores.

El SSR tendrá una clasificación actual que puede ser tan pequeña como un micro amplificador que se utiliza para instancias de baja potencia; o pueden tener una clasificación actual de cientos de amperios y usarse para situaciones que requieren alta potencia. Los SSR tienen una velocidad de conmutación muy rápida que puede variar de 1 a 100 nanosegundos.

Mecanismo del relé de estado sólido

El mecanismo de acoplamiento permite que la señal de control active el interruptor sin utilizar ningún componente mecánico, solo eléctrico. El relé de estado sólido se puede diseñar para usar con corrientes de CA o CC.

Este tipo de relé básicamente cumple la misma función primaria que el relé electromecánico, excepto que no contiene partes móviles que pueden ser ventajosas en muchos casos.

Ventajas del relé de estado sólido

  • Una ventaja de usar un SSR es que no están sujetos a un desgaste de contacto común.
  • Un relé de estado sólido es mucho más rápido que un relé electromecánico que depende del tiempo necesario para apagar o encender un LED.
  • El SSR tiene una expectativa de vida útil mucho más larga que otras opciones, especialmente porque no hay piezas móviles que se desgasten y no hay contactos en los que se pueda acumular carbono.
  • Otra ventaja es que la resistencia de salida siempre permanecerá constante sin importar cuánto se utilicen los relés. Esto es importante porque significa que hay una operación muy limpia; uno que permanece sin rebote.
  • Tampoco hay chispas que permitan que el SSR se use en entornos explosivos o combustibles.
  • El relé de estado sólido no genera ningún tipo de chispa cuando se dedica a la conmutación.
  • El SSR también es un tipo de relé que ofrece una operación completamente silenciosa que es preferible. Si el usuario quiere usar la misma carcasa para un SSR y un relé mecánico para facilitar la intercambiabilidad, puede que el SSR sea mucho más pequeño que el relé mecánico que tiene especificaciones similares.
  • Otra ventaja de la SSR es que no es tan sensible a algunos de los factores ambientales que pueden estar presentes durante el almacenamiento o la operación. Esto significa que el relé de estado sólido no es susceptible a golpes mecánicos, humedad, vibración o campos magnéticos externos que puedan estar presentes.

3.  Función y uso

Los relés eléctricos, de una forma u otra, han existido por más de 100 años. No fue hasta 1971 cuando Crydom inventó el relé de estado sólido que tuvimos nuestro siguiente gran paso en la tecnología de relés.

Los SSR pueden usarse en una variedad de aplicaciones mientras se mantiene un diseño relativamente simple. A continuación te mostramos algunas funciones y usos del relé de estado sólido:

Para cargas resistivas y capacitivas.

La primera función determinante del RSS son las cargas resistivas y capacitivas; esta aplicación del voltaje es controlada por la salida del relé de estado sólido y se activa en el primer cruce por cero del voltaje de línea.

También se ofrece con una función opcional de monitoreo del sistema y una función de detección de corriente.

Debido a la alta corriente de sobretensión y las capacidades de voltaje de bloqueo, los SSR de este tipo de conmutación también funcionarán con éxito con la mayoría de las cargas inductivas y capacitivas.

Son los SSR más utilizados en maquinaria de moldeo de plásticos, máquinas de envasado, equipos de soldadura y maquinaria para la industria de procesamiento de alimentos.

Para cargas inductivas.

Este tipo de función del relé puede encender en cualquier lugar a lo largo de la curva de tensión sinusoidal de CA. Los tiempos de respuesta generalmente pueden ser tan bajos como 1 ms.

El SSR es particularmente adecuado en aplicaciones donde se desea un tiempo de respuesta rápido, como solenoides o bobinas.

Para cargas inductivas pesadas.

El SSR de conmutación de pico está diseñado de manera que la salida de potencia se activa en el primer pico del voltaje de línea al aplicar el voltaje de control. Después del primer medio período, el SSR de conmutación pico funciona como un SSR de conmutación cero ordinario.

Para cargas resistivas e inductivas.

El semiconductor de potencia en el relé de conmutación de CC funciona de acuerdo con la entrada de control. El tiempo de respuesta es inferior a 100 ms. Los relé de estado sólido de conmutación de CC se utilizan con cargas resistivas e inductivas para el control de motores y válvulas de CC.

Para cargas resistivas

Como la entrada de control de 4-20 mA o 0-10 V CC del relé analógico se puede variar, la salida funciona de acuerdo con el principio de control de fase. El relé está equipado con un circuito de sincronización incorporado para lograr el control del ángulo de fase. La salida es proporcional a la señal de entrada. La función de transferencia es linealizada y reproducible.

Estos SSR son muy ventajosos en aplicaciones de circuito cerrado o donde el arranque suave puede limitar las altas corrientes de entrada. Ideal para usar en la conmutación de calentadores de cuarzo o en aplicaciones que requieren un control preciso de la temperatura.

Para cargas resistivas.

Las aplicaciones típicas de este relé de estado sólido: control analógico de elementos calefactores con montaje o controladores automáticos con señal de control de 4-20 mA o 0-10 V CC. Control de zonas de calentamiento, control analógico de elementos de calentamiento frágiles que se utilizan para cortar, soldar, etc., que pueden prolongar su vida útil debido a la reducción de la tensión térmica.

Para cargas resistivas e inductivas.

El sistema de monitoreo (detección) relé de estado sólido proporciona una salida de alarma en caso de falla del circuito. Monitores de circuitos internos:

  • Linea de voltaje.
  • Corriente de carga.
  • Correcto funcionamiento de la RSS.

El relé está diseñado para aplicaciones donde se requiere la detección inmediata de fallas. Una señal de salida de alarma está disponible para determinar el estado de la falla.

Para cargas resistivas e inductivas.

El relé de estado sólido de detección de corriente MIDI Solitron es un tipo de conmutación cero que también proporciona una salida de alarma cuando detecta variaciones en la carga.

Las condiciones típicas que se pueden detectar incluyen: rotura del calentador, circuito abierto, cortocircuito parcial del calentador, fusible fundido, cortocircuito de semiconductores y conexión de alimentación defectuosa. La detección de corriente integral elimina la necesidad de equipos externos adicionales.

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