رله یک نوع کلید الکتریکی است که برای باز یا بسته شدن به فرمان یک مدار الکتریکی وابسته است. برای تعیین باز یا بسته بودن رله‌ها، می‌توانید از قطعات مغناطیسی، حرارتی و الکتریکی استفاده کنید. این قطعه می‌تواند جریان‌هایی را که از جریان مدار فرمان قوی‌تر هستند، هدایت کند؛ در نتیجه، به عنوان تقویت‌کننده سیگنال نیز شناخته می‌شود. رله حالت جامد که به آن رله الکترونیکی SSR هم گفته می‌شود، یک دستگاه معادل نیمه هادی رله‌های الکترومکانیکی است که در سیستم‌های مختلف قرار می‌گیرند.

رله‌های الکترومکانیکی از سیم پیچ‌ها، میدان‌های مغناطیسی و کنتاکت‌ها استفاده می‌کنند، در حالی که SSRها هیچگونه قسمت متحرکی ندارند. با توجه به ویژگی خاصی که رله‌ها دارند، می‌توانند در صنایع مختلفی به کار گرفته شوند.

این رله‌ها می‌توانند از ویژگی‌های نوری و الکتریکی نیمه رساناهای حالت جامد استفاده کنند. در بررسی انواع رله‌های حالت جامد، نوع دیگری از رله‌های حالت جامد وجود دارد که به آن‌ها رله‌های مکانیکی گفته می‌شود. کنتاکت آن رله‌ها برخلاف SSRها متحرک است و سیگنال موردنظر را با حرکت مکانیکی انتقال می‌دهند. رله‌های SSR  تمامی جریان‌ها و سیگنال‌ها را به وسیله مدارهای الکترونیکی منتقل می‌کنند.

احتمال دارد برخی افراد کنتاکتور را با رله اشتباه بگیرند. با این که این دو از نظر ساختمان داخلی شباهت‌های زیادی به هم دارند، اما در ظرفیت عبور جریان از کنتاکت‌ها با یکدیگر تفاوت‌های زیادی دارند. کنتاکتورها ظرفیت بسیار زیادتری نسبت به رله‌ها دارند.

از رله‌های حالت جامد در مدارهایی استفاده می‌شود که دفعات کلیدزنی آن‌ها زیاد باشد. پیش از دانستن انواع رله‌های حالت جامد می‌بایست با چیستی و کاربرد رله‌های حالت جامد آشنا شوید. شاید این سؤال برایتان پیش بیاید که نحوه عملکرد رله‌های حالت جامد یا SSR چگونه است و استفاده از آن در صنایع و حوزه­های مختلف چه مزایایی به همراه دارد. در ادامه مطلب در کنار پاسخ به این پرسش‌ها به بررسی انواع رله‌های حالت جامد هم خواهیم پرداخت.

رله SSR (رله حالت جامد) چیست؟

در اصطلاح تخصصی، رله یک دستگاه سوئیچینگ نسبتاً ساده است که برای باز یا بسته کردن خودکار مجموعه‌ای از کنتاکت‌ها بین دو مدار استفاده می‌شود. این فرآیند توسط یک ورودی الکتریکی یا سیگنال کنترلی به نوعی راه اندازی می‌شود که در پاسخ به آن، سوئیچ رله معمولاً از حالت خاموش به روشن تغییر می‌کند.

با انجام این فرایند، رله مجموعه خاصی از کنتاکت‌ها را می‌بندد و در نتیجه مدارها نیز بسته می‌شوند. در اکثر اوقات، زمانی که رله هیچ سیگنالی دریافت نمی‌کند، کنتاکت‌ها باز هستند و مدار هم عملاً باز است. هنگامی که سیگنال کنترل الکتریکی به پایانه‌های رله ارسال می‌شود، یک پاسخ فیزیکی در سوئیچ رله ایجاد می‌کند که معمولاً باعث می‌شود کنتاکت‌ها بسته شده و مدار در صورت لزوم متوقف شود.

در یک رله استاندارد، این فرایند الکترومکانیکی است. به عبارت دیگر، یک سیگنال کنترل الکتریکی یک پاسخ مکانیکی را در رله ایجاد می‌کند. بنابراین، سوئیچ رله مکانیکی استاندارد از قطعات متحرک کلیدی تشکیل شده است و این قطعات هستند که به صورت فیزیکی تغییر موقعیت می‌دهند تا کنتاکت‌ها را باز یا بسته کنند. رله حالت جامد هیچ بخش مکانیکی یا متحرکی ندارد. به عنوان اجزای الکتریکی، SSRها به طور گسترده برای باز و بسته کردن یا خاموش و روشن کردن مورد استفاده قرار می‌گیرند.

رله‌های جامد را می‌توان بر اساس جریان‌های ورودی AC یا DC بسته به مدل و کاربرد طراحی کرد. ولتاژهای رایج برای ورودی DC شامل 5، 12 و 24 ولت است، در حالی که نمونه‌های AC اکثراً دارای میزان ولتاژ 120 یا 240 ولت خواهند بود.

طرز کار SSR

برای درک کارکرد اصلی رله‌های SSR مهم است که با مدار و اجزای آن آشنا باشید. مدار رله حالت جامد از یک مدار ورودی یا کنترل، یک مدار محرک و یک مدار یا کلید خروجی تشکیل شده است. در ادامه با تشریح کار اجزای مورد نظر، نحوه کار این رله را توضیح خواهیم داد:

نحوه کار مدار ورودی رله حالت جامد

مدار ورودی جایی است که ولتاژ کنترل اعمال می‌شود و به آن مدار کنترل نیز می‌گویند. ولتاژ آن می‌تواند AC یا DC یا ترکیبی از هر دو باشد. هنگامی که ولتاژ اعمال نمی‌شود، LED روشن می‌شود و اجازه می‌دهد جریان از آن عبور کند. این به نوبه خود، فوتوترانزیستور را در سمت خروجی مدار رله فعال می‌کند. ولتاژ کنترل رله حالت جامد می‌تواند در دو حالت وجود داشته باشد، اما باید در محدوده عملیاتی مشخص شده SSR قرار بگیرد. این محدوده اغلب در حدود 3 تا 32 ولت است.

مدار محرک رله حالت جامد

مدار محرک، ترانزیستور را در مدار خروجی روشن می‌کند. سپس ترانزیستور جریان بار را کنترل می‌کند. درایو SSR از مدارهای کوچک کوپلینگ و مدار عملکرد تشکیل شده است. مدار کوپلینگ برای جداسازی الکتریکی قسمت کنترل و بار SSR استفاده می‌شود. این امر بسیار مهم است؛ زیرا از هر گونه ولتاژ یا جریانی بین دو طرف که می‌تواند به SSR آسیب برساند، جلوگیری می‌کند. مدار عملکرد شامل مدارهای تشخیص، حفاظت و یکسوکننده‌ها است.

مدار خروجی رله جامد

مدار خروجی رله حالت جامد بخشی است که مربوط به روشن/خاموش کردن منبع تغذیه بار است. این بخش عمدتاً از یک ترانزیستور یا تراشه خروجی تشکیل شده است. به محض دریافت سیگنال از مدار درایو، ترانزیستور پرقدرت خروجی روشن می‌شود و اجازه می‌دهد جریان از طریق بار عبور کند؛ بنابراین، این مدار معمولاً مستقیماً به منبع تغذیه بار مشخص شده متصل می‌شود.

انواع رله SSR

علاوه بر وجود انواع مختلفی از سوئیچ‌های رله حالت جامد که در بازارهای جهانی به فروش می‌رسند، برای نصب آن‌ها نیز پایه‌های مختلفی وجود دارد. در اینجا به بررسی انواع رله‌های حالت جامد از لحاظ پایه‌ به‌کاررفته در آن‌ها می‌پردازیم:

• رله حالت جامد با پایه ریلی DIN

رله‌های حالت جامد پایه DIN به گونه‌ای طراحی شده‌اند که بر روی طیف وسیعی از راه‌انداز‌های DIN نصب شوند.

• رله حالت جامد با پایه PCB

رله‌های جامد مبتنی بر PCB، همانطور که از نامشان پیداست، برای نصب مستقیم روی برد مدار در نظر گرفته شده‌اند. این امر باعث می‌شود که نصب سریع و ساده بر روی مادربردها و انواع PCB از طریق اتصالات انجام شود.

• رله حالت جامد با پایه شاسی

رله‌های حالت جامدِ دارای شاسی، یکی از در دسترس‌ترین و انعطاف‌پذیرترین انواع سوئیچ‌ها هستند و برای اتصال همسطح با انواع مختلف پانل‌های صنعتی و تجهیزاتی، دریچه‌ها یا هیت سینک‌ها تولید می‌شوند.

طبقه بندی بر اساس ویژگی سوئیچینگ

سوئیچینگ یکی از قسمت‌های مهم رله‌های جامد است که می‌تواند این رله‌ها را بر اساس این ویژگی به دسته‌های مختلفی تقسیم کند که به شرح زیر هستند:

رله سوئیچینگ پیک

وقتی که ولتاژ AC خروجی بعد از اعمال ولتاژ کنترل ورودی به پیک بعدی خود برسد، این رله روشن می‌شود. سپس، زمانی که ولتاژ ورودی حذف شود و از جریان صفر AC عبور کند، خاموش خواهد شد. برای روشن کردن TRIAC از یک بلوک تشخیص پیک استفاده می‌کنند که زمان به اوج رسیدن AC خروجی فعال خواهد شد.

رله سوئیچینگ آنالوگ

بر خلاف دیگر سوئیچینگ‌ها، این رله به دامنه ورودی آن وابسته است. ولتاژ کنترل ورودی با ولتاژ خروجی شروع رله هماهنگ و متناسب است. وقتی که ورودی کنترل از میان برداشته شود، این رله با گذشتن از خروجی AC صفر، خاموش خواهد شد.

رله سوئیچینگ صفر

زمانی که ولتاژ AC از ولتاژ صفر بعدی عبور کند و یک ولتاژ ورودی اعمال شود، این رله روشن می‌شود و در صورتی که ولتاژ ورودی حذف شود، مانند رله‌های دیگر خاموش می‌شود.

طبقه بندی بر اساس قطب و پرتاب

این نوع رله‌ها از نظر پرتاب و قطب نیز می‌توانند انواع مختلفی داشته باشند که عبارتند از:

• فرم B یا SPDT NC
• فرم A یا SPST NO
• فرم C یا نوعSPDT

مزایای رله‌های SSR (حالت جامد)

با بررسی انواع رله‌های حالت جامد می توان فهمید که استفاده از آن­ها مزایای زیادی دارد که در ادامه آن‌ها را شرح می‌دهیم:

صرفه جویی در انرژی

رله‌های حالت جامد و کنتاکتورها، برای تعویض بارهای توان بالا به جریان ورودی بسیار کمی نیاز دارند.  از آن جایی که رله نیازی به برق دادن به یک سیم پیچ و باز و بسته کردن فیزیکی کنتاکت‌ها ندارد، در واقع 75 درصد انرژی کمتر نسبت به EMR مصرف می‌کند.

بی صدا بودن

SSR ها از مدارهای الکترونیکی برای ارائه سوئیچینگ استفاده می‌کنند به این معنی که روش‌های سوئیچینگ حالت جامد هیچ نویزی در هنگام تغییر حالت کنتاکت‌های خروجی ایجاد نمی‌کنند. آن‌ها عملکرد سوئیچینگ کاملاً بی سر و صدایی دارند که یک مزیت ایده آل به حساب می‌آید.

طول عمر زیاد

SSRها هیچ قطعه مکانیکی متحرکی ندارند؛ بنابراین، در معرض هیچگونه خرابی یا خوردگی قرار نمی‌گیرند. یک SSR دارای طول عمر متوسط بالایی است و عملکرد آن در طول زمان کاهش نمی‌یابد. اما برای بهره مندی از طول عمر بی نهایت رله حالت جامد، SSR باید به درستی استفاده شود.

مقاومت زیاد در برابر ضربه

رله‌های حالت جامد کاملاً در یک محفظه محصور شده‌اند؛ به همین دلیل یکی از موارد کاربرد رله‌های حالت جامد را می‌توان استفاده در محیط‌های سخت دانست. علاوه بر این، هیچ خطر سوئیچینگ آنی در آن‌ها وجود ندارد؛ زیرا رله‌ها به صورت مکانیکی یا الکتریکی جهش نمی‌کنند.

کاربرد رله‌های SSR (حالت جامد)

رله‌های حالت جامد با توجه به نوع کارکردی که دارند، می‌توانند در صنایع و موقعیت‌های مختلفی کاربرد داشته باشند. از کاربرد رله‌های حالت جامد می‌توان به امکان پذیر کردن کنترل دما با فرکانس بالا اشاره کرد؛ به همین دلیل در کنترل گرمایشی سیستم‌های زیادی مانند تهویه مطبوع، منسوجات و کوره‌ها به کار می‌روند.

علاوه بر این، SSRها می‌توانند در صنایع دیگر مانند صنعت پلاستیک، صنعت مواد غذایی، صنعت راه آهن و صنعت بسته بندی به کار روند. آن‌ها می‌توانند سیگنال‌های راه آهن را با ایمنی بالا انتقال دهند و در صنعت تولید پلاستیک، یک راه خوب برای سوئیچینگ قوی در فرایند تولید و تجهیزات پردازش پلاستیک به شمار می‌روند.

SSR ها از نظر نوع تحریک

رله‌های حالت جامد معمولاً از نظر تحریک به سه دسته تقسیم می‌شوند که عبارتند از:

• تحریک ترانسفورمری
• تحریک ترکیبی
• تحریک نوری

ایزوله سازی در رله حالت جامد

در قطعاتی مانند ترانزیستور، بین قدرت ارتباط الکتریکی و قسمت کنترل، ارتباط مستقیمی وجود دارد. در نتیجه، این امر می‌تواند مشکلات زیادی از جمله بروز ارورهای مختلف و سوئیچ بارها ایجاد کند. از این جهت، می‌توان از ایزوله سازی برای به صفر رساندن ارتباط الکتریکی بین دو مدار فرمان و قدرت استفاده کرد.

ساختار رله حالت جامد

رله‌های حالت جامد معمولاً ساختار مشخصی دارند که باعث می‌شود عملکرد صحیحی داشته باشند. ساختار این قطعه به شکل زیر است:

مدار ورودی

تمامی رله‌های حالت جامد، دارای یک مدار ورودی هستند که می‌تواند ساده یا پیچیده باشد.

ایزوله سازی

در یک SSR که از نوع نیمه هادی است، جداسازی توسط کوپلینگ نوری انجام می‌شود. در رله‌های قدیمی این کار با کوپلینگ‌های مغناطیسی یا رله‌های Reed نیز قابل انجام است.

مدار رهاساز

این مدار سیگنال ورودی را پردازش کرده و مدار خروجی را سوئیچ می‌کند. در مناطقی که سوئیچینگ پیچیده می‌شود، حالت کلیدزنی موردنظر فعال خواهد شد.

مدار سوئیچینگ

این مدار از یک بخش تشکیل شده است که نیروی الکتریکی را به بار سوئیچ می‌کند. این قطعه ممکن است یک ترانزیستور دوقطبی یا یک ترانزیستور MOS برای تغییر ولتاژ DC به بار باشد.

مدار حفاظت

مدار سوئیچنگ باید در برابر نوسانات و تداخل در منابع ولتاژ پایین محافظت شود.

قطع و وصل در رله جامد

رله‌های جامد یا SSR در چند حالت تک فاز و دو فاز طراحی شده‌اند که برای کلیدزنی به کار می‌روند. تعداد ترمینال‌ها روی رله یکسان نیست. عدد 24 تا 380 ولت روی رله بدین معنا است که رله می‌تواند برای قطع و وصل در این بازه قرار بگیرد.

انواع رله حالت جامد یا SSR از نظر نوع کلید زنی

همان طور که می‌دانید، رله‌ها می‌توانند خاموش و روشن شوند؛ به همین دلیل دارای قابلیت کلیدزنی هستند. معمولاً چهار روش برای کلیدزنی در نظر گرفته می‌شود که عبارتند از:

• کلید زنی لحظه‌ای

هنگامی که قصد انجام کنترل فاز را دارید، باید این نوع کلیدزنی را انجام دهید و برای بارهای سلفی آن را استفاده کنید.

• کلیدزنی در صفر

این نوع کلیدزنی زمانی استفاده می‌شود که بارها به شکل سلفی، خازنی و مقاومتی باشند.

• کلیدزنی آنالوگ

از آن جایی که این کلیدزنی برای کنترل فاز استفاده می‌شود، می‌توان آن را در کنترل کننده‌های سرعت موتور و سافت استارترها اجرا کرد.

• کلیدزنی در پیک

از این نوع کلیدزنی باید برای بارهای سلفی با هسته آهنی استفاده کنید.

نکات مهم در سیم بندی رله SSR

اگر به سیستم داخلی رله‌های حالت جامد نگاهی بیندازید، متوجه می‌شوید که تمام اجزای آن سیم‌بندی دارند. زمانی که سیم‌بندی را انجام می‌دهید، باید حداکثر نیمی از توان موردنظر را برای راه‌اندازی بارهای سلفی و هفتاد درصد را برای راه‌اندازی بارهای غیرسلفی استفاده کنید.

رله الکترونیکی جامد (SSR) چه تفاوتی با رله‌های الکترونیکی دیگر دارد؟

همانطور که می‌دانید، پس از بررسی انواع رله‌های حالت می‌توان دریافت که رله الکترونیکی SSR با سایر رله‌ها تفاوت‌هایی دارند که به شرح زیر است:

سخن آخر

رله‌های حالت جامد به دلیل مزایای زیادی که نسبت به رله‌های EMR دارند، در حال محبوب شدن هستند. آن‌ها طراحی کوچکی دارند و می‌توانند سال‌های زیادی عمر کنند. این بدان معنی است که می‌توانید آن‌ها را در طیف گسترده‌ای از صنایع استفاده کنید. برای خرید رله الکترونیکی می‌توانید با ما تماس بگیرید.

سوالات متداول

چگونه یک رله SSR را انتخاب کنیم؟

هنگام انتخاب رله SSR، باید عواملی مانند ولتاژ و جریان بار، فرکانس سوئیچینگ، دمای محیط و ولتاژ جداسازی مورد نیاز را در نظر بگیرید.

مشکلات رایج رله‌های SSR چیست؟

برخی از مشکلات رایج رله‌های SSR شامل جریان نشتی، افت ولتاژ و مسائل حرارتی است.

رله های حالت جامد چگونه خاموش و روشن می شوند؟

این رله ها با اعمال ولتاژ خارجی روشن یا خاموش می شوند.