از دیرباز مسئله کلید زنی یا قطع و وصل ولتاژ برق برای یک مصرف کننده حائز اهمیت بوده و بر همین مبنا بر اساس نوع جریان و محدوده ولتاژ، تجهیزات مختلفی با قابلیت‌ها و ابعاد متفاوت ساخته شده‌اند. رله‌ها جزو اولین دسته از کلیدها بودند که حالتی نیمه اتوماتیک و با تلفیق دو علم برق و مکانیک ساخته شدند. با گذشت زمان و پیشرفت تکنولوژی برق در حوزه الکترونیک، امروزه تجهیزی به عنوان رله در بازار موجود شده است که به آن رله حالت جامد یا رله SSR می گوییم. در این مقاله به معرفی انواع رله SSR می‌پردازیم. با ما همراه باشید.
رله SSR چیست؟
رله حالت جامد یا Solid State Relay (SSR) نوعی تجهیز کلید زنی از نوع سوئیچینگ الکترونیکی است که از ادوات نیمه هادی‌های الکترونیک قدرت ساخته شده است. این تجهیز این توانایی را دارد تا یک مدار ولتاژ بالا را با استفاده از ولتاژ پایین و با داشتن تنوع جریانی در ورودی و خروجی کنترل نماید و مدار را خاموش -روشن کند. تفاوت بارز رله‌های حالت جامد با رله‌های الکترومکانیکال که اصطلاحاً EMR نامیده می‌شوند در عدم وجود سیم پیچ در رله SSR است. در عوض رله حالت جامد از اپتوکوپلر برای جداسازی مدار کنترل از مدار تغذیه استفاده می‌کند. همچنین در رله EMR شما با مؤلفه های کنتاکت باز و کنتاکت بسته سر و کار دارید و این در حالی است که رله SSR فاقد این امکان می‌باشد. به طور کلی یک رله حالت جامد دارای 2 جفت ترمینال می‌باشد که به ترمینال ورودی و ترمینال خروجی معروف‌اند. ترمینال ورودی وظیفه کنترل سوئیچینگ را بر عهده داشته و ترمینال خروجی برای اتصال به مصرف کننده، استفاده می‌شود. هر زمان که ترمینال ورودی شما برق دار شود، ترمینال خروجی فعال می‌شود. در حقیقت ترمینال خروجی شما حالتی نظیر کنتاکت های NO دارند و وظیفه آنها تکمیل و ایجاد یک مسیر بسته در مدار است. پس فراموش نکنید که ترمینال‌های خروجی رله SSR بر خلاف رله EMR نمی‌توانند سیگنال AC و DC را با استفاده از ترمینال‌های یکسان سوئیچ کنند؛ بلکه باید مداری بسته شکل بگیرد. البته در مدل‌هایی خاص از رله‌های SSR که در ادامه معرفی خواهیم کرد؛ ترمینال‌های خروجی به حالت NC نیز داریم. اما استفاده از حالت NO متداول‌تر است.
اپتوکوپلر چیست؟
Optocoupler دارای یک LED در ورودی است که زمانی که ولتاژ به آن اعمال می‌شود؛ نور مادون قرمز ساطع می‌کند. امواج مادون قرمز (IR) توسط حسگرهایی از قبیل فتودیود، ترانزیستور عکس و از این قبیل شناسایی شده و آن را تبدیل به سیگنال می‌کنند. در نتیجه مدار شما فعال می‌شود. در یک اپتوکوپلر لازم است تا ولتاژ ورودی دامنه‌ای بیش از ولتاژ پیشروی باشد تا فعال شود. در نتیجه اگر به یک رله حالت جامد ولتاژی کمتر از ولتاژ مشخص شده در ترمینال ورودی بدهید؛ فعال نخواهد شد. ضمناً مدارهای خروجی این رله در حالت جریان AC و جریان DC با هم متفاوت است. در حالت جریان مستقیم از ماسفت در مدار خروجی استفاده شده است و در حالت جریان متناوب از ترایاک (TRIAC) و تریستور.
انواع رله SSR
همانند بسیاری از ادوات سوئیچینگ و کلید زنی مانند رله‌های EMR، کلیدهای مینیاتوری، کنتاکتور، کلید فیوزها و… می‌توان دسته بندی‌های مختلفی را برای یک رله SSR در نظر گرفت. در ادامه به بخشی از آنها خواهیم پرداخت.
1- رله های SSR بر اساس ورودی/ خروجی
الف) رله SSR با ورودی DC و خروجی AC
در این مدل، ولتاژ ورودی شما باید از نوع جریان DC باشد که عموماً با دامنه 24 ولت است. در این مدل باید ورودی را مطابق با علامت پلاریته درج شده بر روی رله اعمال کرد و چنانچه جابجا وارد نمایید؛ رله فعال نخواهد شد. در داخل رله حالت جامد دیودی قرار دارد که برای محافظت از مدار SSR نصب شده است و دادن ولتاژ معکوس به ترمینال ورودی، سبب سوختن آن نخواهد شد. همچنین اعمال ولتاژ ورودی به تنهایی رله را فعال نمی‌کند و تا زمانی که خروجی AC را به مدار AC وصل نکنید؛ رله غیر فعال است.
ب) رله SSR با ورودی AC و خروجی AC ( رله DC)
در این رله حالت جامد از یکسو کننده استفاده می‌شود. زیرا مدار داخلی رله حالت جامد با جریان نوع DC کار می‌کند. هنگامی که شما ولتاژ AC متناسب را به رله اعمال کنید؛ با فرض بسته بودن مدار AC خروجی، رله فعال می‌شود.
ج) رله SSR با ورودی DC و خروجی DC
در این مدل ما قصد داریم تا یک مدار جریان مستقیم با توان بالا را به وسیله یک جریان مستقیم توان پایین روشن یا خاموش نماییم. در این مدل بخش ورودی رله حالت جامد مشابه حالت پایه است که در بالا توضیح دادیم. اما در طرف خروجی به دلیل وجود توان بالاتر در مصرف کننده از یک IGBT استفاده می‌کنیم. این قطعه جریان ما را تنها در یک جهت هدایت می‌کند و بنابراین لازم است مطمئن شویم که بار خروجی بر اساس قطبیت صحیح به رله متصل شده است. البته در عموم SSR های موجود در بازار از دیود محافظ نیز استفاده شده است.
د) رله SSR با بار مختلف ( رله DC)
در این مدل رله می‌توانید بار AC و DC را با استفاده از ترمینال‌های جداگانه تغییر دهید. این رله از ماسفت های سری با ترمینال‌های منبع مشترک برای سوئیچ کردن مدارهای ما استفاده می‌کند.
2- انواع SSR ها بر اساس نوع یا نحوه سوئیچینگ
الف) رله SSR مدل Instant ON (مدل متداول)
این نمونه در تمامی برندها وجود داشته و بیشترین استفاده را دارد. در این مدل با فرض بسته بودن مدار خروجی، با اعمال ولتاژ ورودی صحیح، رله روشن شده و با قطع ولتاژ ورودی، خاموش می‌شود.
ب) رله SSR مدل سوئیچینگ صفر
در این مدل با فرض بسته بودن مدار خروجی، چنانچه ولتاژ ورودی رله اعمال شود؛ مدار خروجی روشن می‌شود. با قطع ولتاژ ورودی رله، مدار تا زمان قطع ولتاژ بار متصل می‌ماند و در صورت قطع ولتاژ بار، مانند مدل Instant ON خاموش می‌شود. در این مدل از رله‌های حالت جامد، مداری تحت عنوان مدار عبور صفر وجود دارد.
ج) رله SSR مدل سوئیچینگ پیک
این رله حالت جامد فقط در زمانی عملیات سوئیچینگ را انجام خواهد داد که ولتاژ خروجی متصل به بار به مقدار پیک مورد نیاز برسد. در این مدل ولتاژ ورودی رله SSR اعمال شده، مدار خروجی نیز بسته می‌شود و زمانی که میزان ولتاژ مدار خروجی به پیک خود رسید؛ رله فعال می‌شود. در ساختار این رله از یک بلوک تشخیص پیک یا حساس به پیک ولتاژ استفاده شده است که دز زمانی که چرخه خروجی به ماکزیمم خود می‌رسد؛ دستور روشن شدن ترایاک را می‌دهد.
د) رله SSR مدل سوئیچینگ آنالوگ
متفاوت با مدل‌های قبلی نحوه عملکرد این مدل وابسته به ورودی است. به میزانی که ولتاژ ورودی به رله اعمال می‌شود؛ با فرض بسته بودن مدار خروجی؛ ولتاژ خروجی متناسب با ولتاژ کنترل ورودی است. یعنی اگر ورودی شما برای مثال 4 تا 24 ولت DC باشد و نوع خروجی AC، در اینصورت در ولتاژ 4 ولت، ولتاژ خروجی صفر و در 24 ولت، ولتاژ خروجی ماکزیمم (پیک بار) را خواهید داشت.
3- دسته بندی بر اساس میزان جریان یا توان نامی رله SSR
می‌توان رله‌های SSR را بر اساس جریان نامی یا توان نامی آنها نیز دسته‌بندی کرد. بر همین اساس در حال حاضر جریان نامی‌های 25، 40، 50 و 75 آمپر نسبت به جریان‌های دیگر متداول‌تر هستند.
4- رله های SSR مختلف بر اساس تعداد فاز
جریان نوع AC به دو دسته تک فاز و سه فاز تقسیممی‌شود. بر همین اساس رله‌های حالت جامد موجود در بازار برای مدارهای تک فاز و سه فاز نیز ساخته شده‌اند. در نمونه تک فاز 4 ترمینال و در نمونه سه فاز 6 ترمینال داریم.
5- انواع رله های SSR بر اساس فرم
رله‌های SSR دارای قطب‌ها و پیکربندی متفاوتی هستند که از آنها به عنوان فرم یا نوع یاد می‌شود. در ادامه به معرفی آنها می‌پردازیم:
الف) رله SSR فرم A یا SPST NO
فرم Single Pole Single Throw NO مدلی است که پایه‌های آن حالت عادی باز یا NO است. در حالتی که جریان کنترلی وجود نداشته یا صفر است، ترمینال‌های خروجی قطع هستند و با فعال شدن ترمینال ورودی، پایانه‌های خروجی به یکدیگر متصل می‌شوند.
ب) رله SSR فرم B یا SPST NC
فرم Single Pole Single Throw NC مدلی است که پایه‌های آن در حالت عادی بسته یا NC است. در حالتی که جریان کنترلی وجود نداشته یا صفر است؛ ترمینال خروجی وصل است و با فعال شدن ترمینال ورودی، پایانه‌های خروجی ارتباطشان با یکدیگر قطع می‌شود. این نوع رله‌ها از ماسفت های تخلیه در مدار خود استفاده می‌کنند.
ج) رله SSR فرم C یا SPDT
فرم Single Pole Dual Throw مدلی است که دارای سه پایانه بار به صورت Com ، NO و NC است. در زمانی که جریان کنترلی وصل نیست؛ در پایانه بار تیغه ترمینال Com به تیغه ترمینال NC متصل است و در زمانی که جریان کنترلی وصل می‌شود؛ حالت معکوس پیش آمده و تیغه ترمینال Com به تیغه ترمینال NO وصل می‌شود. لازم به ذکر است که در این مدل رله حالت جامد، مدار سوئیچینگ ما دارای خاصیت تأخیر زمانی است تا از روشن شدن همزمان ماسفت ها جلوگیری کند.
6- انواع رله های SSR بر اساس کشور ساخت
خوشبختانه در بازار ایران در حال حاضر نمونه‌های ایرانی و خارجی رله‌های SSR موجود هستند که به معرفی آنها می‌پردازیم:
الف- رله های SSR ایرانی
در بازار رله‌های SSR ایرانی با برندهای الکتروکهربا، المان صنعت برتر سپهر (ISBS) و سپران را می‌توانیم نام ببریم. برند الکتروکهربا تولید کننده رله‌های حالت جامد AC به AC ، AC به DC و DC به AC در آمپرهای 40 و 70 می‌باشد. برند المان صنعت (ISBS) تولید کننده رله‌های حالت جامد DC به AC در آمپرهای 25 و 40 می‌باشد که می‌توانید در صفحه محصولات رله و SSR سایت برق و انرژی جزئیات آن را مشاهده نمایید. برند سپران نیز به تازگی نمونه‌های از SSR را ساخته و روانه بازار کرده است.
ب- رله های SSR خارجی
رله‌های SSR خارجی از دیرباز در بازار ایران وجود داشته و مورد استفاده مهندسان قرار گرفته است. معروف‌ترین برندهای خارجی موجود برندهای FOTEK، ABB، CNTD، SUSHIMA و… است. شما می‌توانید بر مبنای نوع سیگنال کنترلی، جریان نامی و مواردی که عنوان شد؛ SSR مورد نظر خود را از میان نمونه‌های خارجی انتخاب نمایید.
در این مقاله به بررسی کامل رله‌های حالت جامد یا SSR پرداختیم. این مقاله به ویژگی‌های این رله‌ها اشاره کرد که می‌تواند برای برخی پروژه‌ها به خصوص در حوزه اتوماسیون صنعتی، جایگزین خوبی به جای رله‌های EMR باشد. در مقاله معایب رله SSR نیز نگاهی به ویژگی‌های منفی این قطعه در مقابل رله‌های EMR پرداختیم که مطالعه آن شما را در انتخاب گزینه مناسب یاری می‌کند. شما می‌توانید سؤالات و نظرات خود را در قسمت نظرات این مقاله و یا از طریق تماس با همکاران ما در میان بگذارید. انرژی در دستان تو!
