Rơ le bán dẫn SSR: Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và phân loại

Tin Trung

• Tin tức
• Th12 27, 2024
• 955 lượt xem

Rơ le bán dẫn SSR được xem như là giải pháp hiện đại thay thế cho công tắc thông thường khi bật tắt mạch điện. Điện áp bên ngoài tác động lên rơ le SSR để kích hoạt. Toàn bộ về định nghĩa, cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của rơ le bán dẫn sẽ có trong bài viết sau từ BTB Electric.

Rơ le bán dẫn SSR là gì?

Rơ le bán dẫn là thiết bị chuyển mạch sử dụng cách thành phần bán dẫn bên trong để điều khiển dòng điện trong mạch chính. Rơ le này còn được gọi là rơ le trạng thái rắn SSR (solid state relay), có thể được coi là phiên bản hiện đại hơn của rơ le cơ điện truyền thống EMR. 

Về cơ bản, rơ le nhận tín hiệu điều khiển hoặc đầu vào điện áp để kích hoạt cơ chế đóng hoặc ngắt mạch. Trong đa số trường hợp, khi relay không nhận được tín hiệu, các tiếp điểm sẽ giữ nguyên trạng thái. Đây chính là quá trình vận hành trong relay cơ học EMR. Do vậy mà rơ le cơ học bao gồm các bộ phận chuyển động chính thay đổi trạng thái về mặt vật lý để đóng mở tiếp điểm, từ đó đóng hoặc ngắt mạch theo yêu cầu.

Tuy nhiên relay bán dẫn SSR không có bộ phận chuyển động hay bộ phận cơ khí. Loại rơ le này dùng linh kiện bán dẫn thay cho cơ cấu chuyển động vật lý để bật – tắt mạch. Điều này giúp tăng tuổi thọ, giảm tiếng ồn và giảm thời gian phản hồi của rơ le. Một số linh kiện bán dẫn dùng trong SSR là Diode, Triac, MOSFET hoặc Transistor.

Cấu tạo của rơ le bán dẫn

Cấu tạo của rơ le bán dẫn gồm 3 mạch là mạch đầu vào, mạch cách ly và mạch đầu ra. 

• Mạch đầu vào (cảm biến): Chức năng tương tự cuộn dây trên rơ le điện cơ. Mạch sẽ kích hoạt khi điện áp vào cao hơn điện áp đóng và ngừng hoạt động khi điện áp nhỏ hơn điện áp ra tối thiểu.
• Mạch cách ly (chuyển mạch điện tử): Quyết định thành phần đầu ra nào được hoặc không được cung cấp năng lượng, hoạt động như cơ chế ghép nối mạch đầu vào và đầu ra. Mạch này sử dụng 1 LED và Phototransistor (cảm biến ánh sáng) trong 1 opto-isolator để cách ly mạch đầu vào và mạch công suất.
• Mạch đầu ra: Là các tiếp điểm nhận dòng điện và phân phối tới tải tương ứng. Mạch sử dụng Triac hoặc MOSFET để điều khiển dòng điện phụ tải.

Đọc thêm: Rơ le điện từ là gì? Nguyên lý hoạt động và ứng dụng

Nguyên lý hoạt động của rơ le SSR

Rơ le bán dẫn hoạt động được cả trên dòng điện đầu vào AC và DC, tùy thuộc hệ thống. Điện áp phổ biến cho điện áp DC là 5V, 12V và 24V. Trong khi rơ le SSR AC có điện áp đầu vào thông dụng là 120V hoặc 240V.

Khi rơ le bán dẫn tiếp nhận tín hiệu điều khiển đầu vào, LED đặt trong mạch cách ly sẽ phát sáng, qua khe hở không khí để kích hoạt cảm biến ánh sáng. Sự dẫn điện này kích hoạt bóng (linh kiện) bán dẫn ở mạch đầu ra, đóng cho dòng điện chạy qua mạch hoặc ngắt mạch. Quá trình này hoàn toàn không có sự tiếp xúc giữa các bộ phận hay không có sự chuyển động cơ học, giúp relay bán dẫn hoạt động ổn định hơn, không bị mài mòn và giảm hiện tượng hồ quang điện.

Nguyên lý vận hành của rơ le bán dẫn là cách ly tín hiệu giữa mạch công suất và mạch điều khiển. Điều này giúp mạch điều khiển được bảo vệ khỏi các sự cố trên mạch công suất như quá dòng, quá áp.

Thời gian đáp ứng của relay bán dẫn là rất cao, chỉ vài micro giây so với vài mili giây của rơ le cơ điện. Tuy nhiên khi hoạt động, linh kiện bán dẫn bên trong sẽ sinh nhiệt, cần bố trí hệ thống tản nhiệt cho SSR để đảm bảo hoạt động ổn định và tăng tuổi thọ.

Ưu nhược điểm của rơ le bán dẫn SSR so với SCR

Rơ le bán dẫn SSR là bản nâng cấp của rơ le cơ điện SCR với khả năng hoạt động hiệu quả hơn, tuy nhiên lại tiềm ẩn nhiều rủi ro về an toàn và chi phí vận hành.

Những ưu điểm nổi bật của rơ le bán dẫn:

• Không có hiện tượng hồ quang điện, không gây nhiễu, không có tiếng ồn khi hoạt động.
• Có độ bền cao, kích thước nhỏ.
• Phản hồi rất nhanh trong 1µs bật và 0,5 µs tắt.
• Yêu cầu dòng điện đầu vào thấp, chỉ 5mA ở 5VDC.
• Tách biệt các cực đầu vào và cực đầu ra, có thể sử dụng để chuyển đổi điện áp cao.

Những nhược điểm của relay bán dẫn:

• Ràng buộc vào các đặc tính dòng điện, điện áp cụ thể.
• Có sinh dòng điện rò ngay các khi rơ le tắt.
• Sinh nhiệt khi đang hoạt động tỉ lệ thuận với mức sụt điện áp.
• Dễ bị ảnh hưởng bởi dòng điện tăng vọt sang phía đầu ra.
• Chi phí đầu tư cao hơn rơ le thông thường.

Các loại SSR thông dụng

Rơ le bán dẫn SSR có các loại thông dụng là Zero-Switching Relays (rơ le không chuyển mạch), Instant ON Relays (rơ le bật tức thì), Peak Switching Relays (rơ le chuyển mạch tại đỉnh) và Analog Switching Relays (rơ le chuyển mạch analog).

• Rơ le không chuyển mạch

Rơ le không chuyển mạch hoạt động khi điện áp điều khiển được áp dụng và điện áp của tải gần như bằng 0. Khi điện áp điều khiển được loại bỏ, rơ le sẽ tắt tải và dòng điện trong tải cũng gần như bằng 0. Đây là loại relay bán dẫn được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay.

• Rơ le bật tức thì

Rơ le bật tức thì là thiết bị chuyển mạch ngay khi nhận được tín hiệu điều khiển, cho phép tải bật hoặc tắt tại bất kỳ điểm nào trong dải tín hiệu ON. Thời gian trễ của relay này thường nằm trong khoảng mili giây (ms).

• Rơ le chuyển mạch tại đỉnh

Rơ le chuyển mạch tại đỉnh đóng tải khi điện áp điều khiển đạt đến giá trị cao nhất. Relay này sẽ chuyển sang trạng thái tắt khi điện áp điều khiển được loại bỏ và dòng điện tải gần như bằng 0.

• Rơ le chuyển mạch analog

Rơ le chuyển mạch analog cho phép tạo ra một số lượng vô hạn các điện áp đầu ra trong phạm vi đánh giá của relay. Relay này được tích hợp mạch điều khiển đồng bộ hóa để quản lý điện áp đầu ra. Điều này cho phép chức năng Ramp-Up của thời gian đưa tải vào hoạt động. Khi điện áp điều khiển được loại bỏ, relay sẽ chuyển sang trạng thái tắt và đảm bảo dòng điện tải gần như bằng 0.

Xem thêm: Các loại rơ le bảo vệ thông dụng

Ứng dụng của rơ le bán dẫn

Rơ le bán dẫn được sử dụng rộng rãi trong nhiều hệ thống điện. SSR dùng để bảo vệ thiết bị, điều khiển dòng điện và chuyển mạch tự động, tăng tính tin cậy của hệ thống. 

• Ứng dụng trong công nghiệp: SSR được dùng trong các hệ thống điều khiển tự động PLC cho động cơ, máy móc, kiểm soát nhiệt độ tự động. Rơ le tự động đáp ứng việc hoạt động trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt nhờ khả năng vận hành nhanh, độ bền cao.
• Ứng dụng trong điện dân dụng: SSR được tích hợp trong nhiều thiết bị điện tử gia dụng như tủ lạnh, điều hòa, lò vi sóng,… với khả năng chuyển mạch mượt mà, không gây tiếng ồn khi hoạt động.

Bài viết trên đã cung cấp cho bạn toàn bộ thông tin cơ bản về rơ le bán dẫn SSR. Bạn muốn biết thêm thông tin về các dòng rơ le hoặc thiết bị điện khác, hãy theo dõi những bài viết mới nhất từ BTB Electric.