Relés semicondutores — tipos, dispositivo e princípio de operação

Muitos leitores, ouvindo a palavra "relé", certamente imaginarão uma bobina no centro da qual um contato móvel é atraído. E isso não é nada surpreendente, porque originalmente os relés eram sempre eletromagnéticos, e a palavra "relé" é geralmente entendida como um dispositivo eletromagnético para abrir e fechar um circuito elétrico.

No entanto, por muito tempo, chaves semicondutoras foram usadas para comutar circuitos elétricos em várias áreas da tecnologia: transistores, tiristores, triacs. Avanços e relés de semicondutores não foram poupados.

Apesar de circuitos com grandes correntes e tensões serem tradicionalmente comutados com a ajuda de relés eletromagnéticos, hoje já é possível implementar interruptores elétricos semicondutores estáveis ​​​​e potentes. Tais interruptores são relés semicondutores ou relés de estado sólido (do inglês Solid-state relay, abreviado SSR).

Assim, o relé semicondutor passa a ser um dispositivo totalmente eletrônico, sem contato mecânico móvel, que serve para ligar/desligar cargas potentes em circuitos de potência, fornecendo uma baixa tensão de controle à entrada de controle do dispositivo eletrônico.

Dentro do invólucro do relé de estado sólido (estado sólido) há um circuito de detecção que responde ao sinal de controle, bem como uma seção de fonte de alimentação - eletrônica de estado sólido na lateral do circuito de alta potência.

Esses relés são usados ​​​​em circuitos CC e CA, onde executam as mesmas funções que os relés e contatores eletromagnéticos mecânicos anteriores, só que agora o problema é resolvido sem partes móveis no circuito de comutação. Como resultado, graças aos poderosos tiristores, triacs e transistores integrados nas caixas dos relés, tornou-se possível comutar correntes de até centenas de amperes sem recorrer a componentes mecânicos.

Comparados aos relés eletromecânicos, os relés de estado sólido têm uma velocidade de comutação segura mais alta da ordem de centenas de microssegundos, enquanto o circuito de controle e o circuito de potência são completamente isolados galvanicamente um do outro (geralmente é usado isolamento de optopar).

Os relés de estado sólido são capazes de suportar sobrecarga no lado de comutação por um curto período de tempo e permanecer em serviço, o que os ancestrais eletromecânicos não podem se orgulhar. Ao mesmo tempo, o relé de estado sólido funciona silenciosamente, tem dimensões compactas, os contatos aqui não oxidam (já que não há contatos propriamente ditos), não há faíscas, o aparelho não tem medo de poeira ou vibração.

Obviamente, a resistência do composto semicondutor do relé no estado de condução não é linear e, em altas correntes comutadas, o dispositivo precisa ser resfriado, mas as vantagens definitivamente se sobrepõem a essas desvantagens convencionais. Além disso, a vida útil de um relé de estado sólido é medida em milhões de ciclos de comutação.

Os relés de estado sólido são monofásicos ou trifásicos, para comutação CC ou CA. Os relés de comutação CA possuem um sensor de cruzamento zero embutido, de modo que a comutação ocorre com corrente praticamente zero, sem danos ao comutador de estado sólido, sem picos de corrente perigosos de cargas indutivas.

Tiristores ou triacs servem como interruptores em um relé CA, e o campo ou transistores IGBT… A energia é fornecida ao circuito de controle diretamente da fonte do sinal de controle, e a corrente de controle não excede alguns miliampères, e a corrente de comutação pode ser dezenas ou centenas de ampères.

Estão disponíveis relés de estado sólido trifásicos não reversíveis e reversíveis. Os relés reversores trifásicos têm duas entradas de controle e, na saída, uma das fases pode não mudar sua posição.

Em comparação com partidas magnéticas mecânicas volumosas, os relés semicondutores compactos funcionam silenciosamente e não se desgastam, você não precisa limpar periodicamente os contatos e, para cargas poderosas, basta fornecer um bom resfriamento ao invólucro do relé; em alguns casos, o radiador exceto, a instalação para isso é fornecida.

Quanto à produção industrial empoeirada e explosiva, aqui o relé de estado sólido acaba sendo um verdadeiro salvador, pois o arco dos contatos mecânicos é excluído devido à sua ausência, e o invólucro selado do relé não permite que os componentes eletrônicos fiquem sujos .

Relés de estado sólido em miniatura em um invólucro de plástico estão disponíveis para montagem em PCB. Esses relés podem alternar correntes de até 2 amperes a uma tensão de rede de 220-240 volts, por exemplo, um ventilador ou bomba, uma lâmpada ou mesmo um pequeno radiador podem ser ligados com um sinal digital de 5 volts de um sensor, que geralmente é muito importante para sistemas de automação residencial entusiastas de bricolage.