Entendendo os relés de estado sólido (SSRs)

  Entendendo os relés de estado sólido (SSRs)

O relé de estado sólido é um interruptor eletrônico que controla a distribuição de energia elétrica sem usar contatos mecânicos. Os SSRs são diferentes dos relés mecânicos tradicionais porque usam tecnologia de semicondutores para controlar cargas elétricas. Isso geralmente é feito com componentes como MOSFETs ou Triacs. Os SSRs são controlados por um sinal de controle em baixa tensão. O emprego de SSRs em sistemas de controle de temperatura PID tem muitas vantagens. A ausência de contatos em SSRs elimina os problemas inerentes associados a dispositivos mecânicos, incluindo ressalto de contato, formação de arco e desgaste mecânico que eventualmente leva à falha. Em segundo lugar, como os SSRs podem alternar em frequências mais altas do que os relés mecânicos, eles são ideais para aplicações PID que usam modulação por largura de pulso para controle de aquecimento. Os SSRs também contribuem para o desempenho mais silencioso dos sistemas devido à sua operação silenciosa. A falta de componentes mecânicos vestíveis significa que eles têm uma vida útil mais longa. O SSR tornou-se o elemento de comutação mais popular para aplicações PID modernas. Isso é especialmente verdadeiro quando são necessários interruptores rápidos, controles suaves e durabilidade a longo prazo.

Dois tipos de SSRs são comumente usados paraControle de temperatura: SSRs MOSFET e Triac. Os SSRs Triac, que usam o dispositivo Triac para controlar cargas CA, são projetados para controles de carga CA. Embora os SSRs de controle de fase estejam disponíveis, eles#39; re menos comum para controles liga/desliga que normalmente acompanham o PID. SSRs CA ou CC e SSRs MOSFET baseados em Triac são selecionados com base nos requisitos da aplicação. Isso inclui o tipo de carga (CA, CC, níveis de tensão e corrente), bem como as características do sinal de controle. Esses principais benefícios dos SSRs para sistemas PID são um fator importante na escolha dos elementos de comutação de carga. O salto de contato é evitado pela remoção de contatos mecânicos. Isso pode interferir nos sinais sensíveis produzidos pelos controladores PID, principalmente durante a comutação do SSR. Os SSRs têm uma capacidade de comutação rápida, o que permite ao controlador (via PWM, por exemplo) modulá-los para controlar a temperatura proporcionalmente. Isso leva a ajustes mais suaves na temperatura e menos ciclos térmicos. Os relés mecânicos podem ter problemas com o PWM e causar ruídos indesejados, ou até mesmo falhar precocemente. Os SSRs também são mais confiáveis para projetos de longo prazo devido à sua longa vida útil. É importante ser 

III. Os principais parâmetros para selecionar um SSR

A seleção de um SSR apropriado tem um impacto direto na confiabilidade e no desempenho do sistema PID. Para garantir a segurança e a compatibilidade, é importante considerar cuidadosamente uma série de parâmetros-chave. Primeiro, é importante selecionar o SSR com base nos requisitos de carga. A classificação de corrente SSR deve ser alta o suficiente para incorporar uma margem de segurança, e a tensão da carga (CA ou CC) deve corresponder ao SSR. As classificações de potência SSR, que são calculadas multiplicando a tensão e a corrente, também devem ser levadas em consideração. É importante que o SSR possa lidar com todos os requisitos de energia da carga. O SSR também precisa ser capaz de lidar com o controlador PID e#39; s frequência de comutação. É especialmente importante quando o sistema usa PWM para controlar o elemento de aquecimento proporcionalmente. Os microcontroladores que implementam os algoritmos PID devem ser operados em altas frequências para permitir que o SSR funcione corretamente. Verifique se o SSR atende a todos os requisitos verificando a frequência máxima de comutação. Os requisitos do sinal de controle também são importantes. Os SSRs devem corresponder aos níveis de tensão de saída dos controladores PID (por exemplo, 3.3 V ou 5 V). Os SSRs normalmente requerem uma faixa de tensão de entrada que corresponda aos níveis lógicos comuns. Verifique a especificação de tensão de entrada SSR. Terminais como o Terminal 1 são geralmente usados para a conexão com sinais de controle. O Terminal 2 é um terminal comum. Se você quiser garantir a fiação correta, conecte o PID' s saída para o Terminal 1 usando um transistor (ou diretamente, se for seguro) e o terminal 2 para o aterramento do PID ou outra referência adequada. Também é necessário verificar o requisito de corrente de entrada SSR. O pino de saída do controlador deve ser capaz de fornecer/afundar essa corrente. Um transistor pode ser necessário se um SSR precisar de mais corrente do que pode ser fornecida com segurança pelo controlador. Esses requisitos serão especificados no SSR' s folha de dados. Outro parâmetro importante é o gerenciamento térmico. Para uma operação adequada, a maioria dos SSRs requer dissipadores de calor externos. Isso é especialmente verdadeiro para SSRs de maior potência. As folhas de dados do SSR fornecem resistência térmica e dissipação de energia (em graus Celsius/watt). Essas informações permitem calcular a temperatura e escolher o dissipador de calor certo. Material, técnica de montagem, tamanho e outros fatores devem ser considerados. As opções de montagem (montagem em superfície, terminal de parafuso) devem corresponder aos SSRs e dissipadores de calor. É importante ter recursos de proteção como OVP, UVP e SCS. Para cargas indutivas, recomenda-se o SCS. Escolha um SSR que tenha proteção apropriada incorporada. Outra consideração importante é o isolamento. Os SSRs devem ter isolamento de entrada/saída suficiente para ruído e segurança. É importante considerar a classificação de tensão de isolamento.

IV. Integração do SSR e do controlador PID

O próximo passo é integrar o SSR corretamente com o controlador. É necessário conectar o sinal de saída do controlador PID (que representa o erro e as ações corretivas calculadas) com a entrada de controle SSR. O controlador' O sinal de controle deve ser identificado como corrente de afundamento ou fonte. O SSR' A fiação é afetada por isso. A saída SSR deve ser conectada à saída do controlador PID, a saída PID à entrada de controle SSR (geralmente Terminal 1 - conexão do lado baixo) e o terminal comum SSR ao terra do controlador PID ou referência adequada. A carga (por exemplo, elemento de aquecimento ou ventilador) deve ser conectada entre o Terminal 2 (geralmente o terminal de carga SSR) e o ponto de conexão da fonte de alimentação para a carga. Para segurança e confiabilidade, certifique-se de que o sistema e a carga estejam devidamente aterrados. Recomenda-se fornecer um diagrama de fiação claro e simplificado que mostre a conexão entre o SSR, o controlador PID, a carga e a fonte de alimentação. Este diagrama é obrigatório. É fácil alimentar o sistema. Conecte a entrada de controle SSR à saída SSR e, em seguida, à fonte de alimentação. A saída PID pode ser inicialmente definida em um nível muito baixo para garantir que o SSR tenha sido desligado. Verifique se o SSR está respondendo corretamente. O teste inicial deve verificar se os fundamentos da fiação estão funcionando. Verifique a saída do controlador PID (por exemplo, usando um osciloscópio, se houver um disponível) e confirme se ele aciona o SSR corretamente. Certifique-se de que os dissipadores de calor estejam montados e conectados corretamente para um resfriamento eficiente.

V. Ajuste de PID com SSRs: Considerações

As características do SSR e a escolha feita podem afetar o ajuste do PID. O atraso do loop de controle é causado pela massa térmica e pelo dissipador de calor do SSR. A dinâmica de comutação SSR pode não ser instantânea, apesar de ser rápida. Isso deve ser compensado pelo controlador PID. O fornecimento de energia para a carga é afetado por quedas de tensão nos SSRs. Esses fatores podem afetar a resposta do sistema e exigir alterações nos parâmetros PID. É importante considerar o impacto do ajuste. É possível que o ganho do processo seja diferente quando comparado a uma carga resistiva pura. SSRs e dissipadores de calor podem introduzir um atraso de tempo que afeta a resposta. Isso pode exigir ajustes nos termos Integral (I) e Derivativo (D). O ajuste iterativo é usado. Comece com Proporcional. Ajuste o termo P primeiro, para obter uma boa resposta e evitar overshoot excessivo. Introduza o termo I para eliminar qualquer erro de estado estacionário e observe o comportamento do sistema. Fique de olho em possíveis instabilidades. Adicione D para amortecer e estabilizar, especialmente se você tiver oscilações. O ajuste pode ser um procedimento iterativo.

A segurança é fundamental ao trabalhar com componentes elétricos e energia CA. Verifique todas as conexões com o diagrama de fiação SSR e a folha de dados. Verifique se o SSR foi conectado corretamente à carga. (AC/DC e polaridade). Para evitar conexões soltas ou curtas, é importante ter conexões seguras. Verifique se as conexões estão todas seguras. Os testes devem ser realizados com cautela. Ao ligar o sistema, a saída do PID deve ser definida em um nível muito baixo. Aumente o sinal de controle ou ponto de ajuste gradualmente. Certifique-se de observar como a carga se comporta. Desconecte a eletricidade imediatamente se surgir algum problema.