Relé de estado sólido: tipos, aplicación práctica, esquemas de conexión
Los arrancadores y contactores clásicos están desapareciendo gradualmente. Su lugar en la electrónica automotriz, los electrodomésticos y la automatización industrial lo ocupa el relé de estado sólido – un dispositivo semiconductor en el que no hay partes móviles.
Los dispositivos tienen diferentes diseños y esquemas de conexión, de los cuales dependen sus ámbitos de aplicación. Antes de utilizar el dispositivo, es necesario comprender su principio de funcionamiento, conocer las particularidades de funcionamiento y conexión de los diferentes tipos de relés. Las respuestas a las preguntas planteadas se detallan en el artículo presentado.
Contenido del artículo:
Dispositivo del relé de estado sólido
Los relés de estado sólido (SSR) modernos son dispositivos semiconductores modulares que actúan como interruptores eléctricos de potencia.
Los nodos de trabajo clave de estos dispositivos están compuestos por triacs, tiristores o transistores. Los SSR no tienen partes móviles, lo que los diferencia de los relés electromecánicos.
El dispositivo interno de estos instrumentos puede variar mucho según el tipo de carga regulada y el esquema eléctrico.
Los relés de estado sólido más simples incluyen los siguientes nodos:
- nodo de entrada con fusibles;
- circuito disparador;
- aislamiento óptico (galvánico);
- nodo de conmutación;
- circuitos de protección;
- nodo de salida a la carga.
El nodo de entrada del SSR es un circuito primario con una resistencia conectada en serie. El fusible se incorpora a este circuito de forma opcional. La función del nodo de entrada es recibir la señal de control y transmitir la orden a los interruptores que conmutan la carga.
En corriente alterna, se utiliza un aislamiento galvánico para separar el circuito de control del circuito principal. El principio de funcionamiento del relé depende en gran medida de su diseño. El circuito disparador, responsable de procesar la señal de entrada, puede estar incluido en el nodo de aislamiento óptico o estar ubicado por separado.
El nodo de protección evita la aparición de sobrecargas y errores, ya que en caso de avería del dispositivo, también puede dañarse el equipo conectado.
El propósito principal de los relés de estado sólido es cerrar/abrir el circuito eléctrico mediante una señal de control débil. A diferencia de sus homólogos electromecánicos, tienen una forma más compacta y no producen los característicos chasquidos durante su funcionamiento.
Principio de funcionamiento del SSR
El funcionamiento del relé de estado sólido es bastante sencillo. La mayoría de los RES están diseñados para controlar automatismos en redes de 20-480 V.
En la configuración clásica, el dispositivo incluye dos contactos del circuito conmutado y dos cables de control. Su número puede variar al aumentar la cantidad de fases conectadas. Dependiendo de la presencia de tensión en el circuito de control, se activa o desactiva la carga principal mediante elementos semiconductores.
Una característica de los relés de estado sólido es que tienen una resistencia no infinita. Mientras que los contactos en los dispositivos electromecánicos se separan completamente, en los de estado sólido la ausencia de corriente en el circuito se logra gracias a las propiedades de los materiales semiconductores.
Por lo tanto, con tensiones elevadas pueden aparecer pequeñas corrientes de fuga, que podrían afectar negativamente el funcionamiento del equipo conectado.
Clasificación de los relés de estado sólido
Los ámbitos de aplicación de los relés son variados, por lo que sus características constructivas pueden diferir considerablemente según las necesidades del esquema automático específico. Los RES se clasifican según el número de fases conectadas, el tipo de corriente de trabajo, las características constructivas y el tipo de circuito de control.
Según el número de fases conectadas
Los relés de estado sólido se utilizan tanto en electrodomésticos como en automatización industrial con tensión de trabajo de 380 V.
Por lo tanto, estos dispositivos semiconductores se dividen, según el número de fases, en:
- monofásicos;
- trifásicos.
Los RES monofásicos permiten trabajar con corrientes de 10-100 o 100-500 A. Su control se realiza mediante una señal analógica.
Los relés de estado sólido trifásicos pueden conducir corriente en el rango de 10-120 A. Su diseño implica un principio de funcionamiento reversible, que garantiza la fiabilidad de la regulación de varios circuitos eléctricos simultáneamente.
A menudo, los RES trifásicos se utilizan para garantizar el funcionamiento de un motor asíncrono. En su esquema eléctrico de control se incluyen obligatoriamente fusibles rápidos debido a las altas corrientes de arranque.
Según el tipo de corriente de trabajo
Los relés de estado sólido no se pueden ajustar ni reprogramar, por lo que solo pueden funcionar correctamente dentro de un rango específico de parámetros eléctricos de la red.
Según las necesidades, los TTR pueden ser controlados por circuitos eléctricos con dos tipos de corriente:
- continua;
- alterna.
De manera similar, los TTR se pueden clasificar según el tipo de voltaje de la carga activa. La mayoría de los relés en los electrodomésticos funcionan con parámetros variables.
Los dispositivos con corriente de control continua se caracterizan por su alta fiabilidad y utilizan un voltaje de regulación de 3-32 V. Soportan un amplio rango de temperaturas (-30..+70°C) sin cambios significativos en sus características.
Los relés que se regulan con corriente alterna tienen un voltaje de control de 3-32 V o 70-280 V. Se caracterizan por bajas interferencias electromagnéticas y alta velocidad de respuesta.
Según las características constructivas
Los relés de estado sólido a menudo se instalan en el cuadro eléctrico general de un apartamento, por lo que muchos modelos tienen una base de montaje para fijación en riel DIN.
Además, existen disipadores especiales que se colocan entre el TTR y la superficie de apoyo. Permiten enfriar el dispositivo bajo cargas elevadas, manteniendo sus características de funcionamiento.
Se recomienda aplicar una capa de pasta térmica entre el relé y el disipador, lo que aumenta la superficie de contacto y mejora la disipación de calor. También existen TTR diseñados para fijarse a la pared con tornillos comunes.
Según el tipo de esquema de control
No siempre el principio de funcionamiento de los relés regulables requiere su activación instantánea.
Por lo tanto, los fabricantes han desarrollado varios esquemas de control de TTR que se utilizan en diferentes ámbitos:
- Control «paso por cero». Esta opción de control del relé de estado sólido implica la activación solo cuando el valor de voltaje es igual a 0. Se utiliza en dispositivos con carga capacitiva, resistiva (calentadores) y débilmente inductiva (transformadores).
- Instantáneo. Se utiliza cuando se necesita una activación brusca del relé al aplicar la señal de control.
- Fase. Implica la regulación del voltaje de salida mediante la modificación de los parámetros de la corriente de control. Se utiliza para cambios graduales en el nivel de calefacción o iluminación.
Los relés de estado sólido también se diferencian en muchos otros parámetros menos importantes. Por lo tanto, al comprar un TTR, es importante comprender el esquema de funcionamiento del equipo conectado para adquirir un dispositivo de regulación que se adapte lo mejor posible.
Es obligatorio prever un margen de potencia, porque el relé tiene una vida útil que se consume rápidamente con sobrecargas frecuentes.
Ventajas y desventajas del SSR
Los relés de estado sólido no reemplazan sin razón a los contactores y arrancadores convencionales del mercado. Estos dispositivos semiconductores presentan múltiples ventajas frente a sus homólogos electromecánicos, lo que lleva a los consumidores a elegirlos.
Entre estas ventajas se incluyen:
- Bajo consumo de energía (un 90% menos).
- Dimensiones compactas que permiten montar los dispositivos en espacios reducidos.
- Alta velocidad de activación y desconexión
- Menor nivel de ruido, sin los clics característicos de los relés electromecánicos.
- No requiere mantenimiento.
- Larga vida útil gracias a una duración de cientos de millones de conmutaciones.
- Gracias a las amplias posibilidades de modificación de los módulos electrónicos, los TTR tienen aplicaciones extendidas.
- Ausencia de interferencias electromagnéticas durante la conmutación.
- Se evita el deterioro de los contactos debido al impacto mecánico.
- Ausencia de contacto físico directo entre los circuitos de control y conmutación.
- Posibilidad de regular la carga.
- Presencia en los TTR de impulsos de circuitos automáticos de protección contra sobrecargas.
- Posibilidad de uso en entornos explosivos.
Las ventajas mencionadas de los relés de estado sólido no siempre son suficientes para el funcionamiento normal del equipo. Por eso aún no han reemplazado por completo a los contactores electromecánicos.
Los TTR también tienen desventajas que impiden su uso en muchos casos.
Entre las desventajas se incluyen:
- Imposibilidad de funcionamiento de la mayoría de los dispositivos con tensiones superiores a 0,5 kV.
- Alto costo.
- Sensibilidad a corrientes elevadas, especialmente en circuitos de arranque de motores eléctricos.
- Limitaciones de uso en condiciones de alta humedad.
- Reducción crítica del rendimiento a temperaturas inferiores a 30°C bajo cero y superiores a 70°C de calor.
- El tamaño compacto provoca un calentamiento excesivo del dispositivo bajo cargas altas constantes, lo que requiere el uso de dispositivos de refrigeración pasiva o activa.
- Posibilidad de fusión del dispositivo debido al calentamiento en caso de cortocircuito.
- Las microcorrientes en estado cerrado del relé pueden ser críticas para el funcionamiento del equipo. Por ejemplo, las lámparas fluorescentes conectadas a la red pueden parpadear periódicamente.
Por lo tanto, los relés de estado sólido tienen ciertas áreas de aplicación. En los circuitos de equipos industriales de alta tensión, su uso está muy limitado debido a las propiedades físicas imperfectas de los materiales semiconductores.
Sin embargo, en los electrodomésticos y la industria automotriz, los SSR (relés de estado sólido) ocupan posiciones sólidas gracias a sus propiedades positivas.
Posibles esquemas de conexión
Los esquemas de conexión de los relés de estado sólido pueden ser muy diversos. Cada circuito eléctrico se construye en función de las características de la carga conectada. En el esquema se pueden agregar fusibles, controladores y dispositivos reguladores adicionales.
A continuación, se presentarán los esquemas de conexión más simples y comunes de los SSR:
- normalmente abierto;
- con circuito acoplado;
- normalmente cerrado;
- trifásico;
- reversible.
Esquema normalmente abierto – relé en el que la carga está bajo tensión cuando hay una señal de control. Es decir, el equipo conectado se encuentra en estado apagado cuando las entradas 3 y 4 están desenergizadas.
Esquema normalmente cerrado – se refiere a un relé en el que la carga está bajo tensión cuando no hay señal de control. Es decir, el equipo conectado se encuentra en estado operativo cuando las entradas 3 y 4 están desenergizadas.
Existe un esquema de conexión de relé de estado sólido en el que la tensión de control y la tensión de carga son iguales. Este método se puede utilizar simultáneamente para trabajar en redes de corriente continua y alterna.
Los relés trifásicos se conectan con principios algo diferentes. Los contactos pueden conectarse en las configuraciones «Estrella», «Triángulo» o «Estrella con neutro».
Los relés de estado sólido reversibles se utilizan en motores eléctricos en el modo correspondiente. Se fabrican en versión trifásica e incluyen dos circuitos de control.
Es necesario montar circuitos eléctricos con TTR solo después de haberlos dibujado previamente en papel, porque los dispositivos conectados incorrectamente pueden dañarse debido a un cortocircuito.
Aplicación práctica de los dispositivos
El ámbito de uso de los relés de estado sólido es bastante amplio. Debido a su alta fiabilidad y a la falta de necesidad de mantenimiento regular, a menudo se instalan en lugares de difícil acceso del equipo.
Los principales ámbitos de aplicación de los TTR son:
- sistema de termorregulación con uso de resistencias calefactoras;
- mantenimiento de una temperatura estable en procesos tecnológicos;
- control del funcionamiento de transformadores;
- regulación de la iluminación;
- esquemas de sensores de movimiento, iluminación, fotosensores para iluminación exterior y similares;
- control de motores eléctricos;
- fuentes de alimentación ininterrumpida.
Con el aumento de la automatización de los electrodomésticos, los relés de estado sólido se vuelven cada vez más comunes, y las tecnologías de semiconductores en desarrollo abren constantemente nuevas áreas de aplicación.
Si se desea, se puede montar un relé de estado sólido por cuenta propia. Las instrucciones detalladas se presentan en este artículo.
Conclusiones y video útil sobre el tema
Los videos presentados ayudarán a comprender mejor el funcionamiento de los relés de estado sólido y a conocer las formas de conectarlos.
Demostración práctica del funcionamiento del relé de estado sólido más simple:
Análisis de las variedades y características de funcionamiento de los relés de estado sólido:
Prueba de funcionamiento y grado de calentamiento del TTR:
Casi cualquier persona puede montar un circuito eléctrico con un relé de estado sólido y un sensor.
Sin embargo, la planificación del esquema de trabajo requiere conocimientos básicos de electrotecnia, porque una conexión incorrecta puede provocar una descarga eléctrica o un cortocircuito. Pero como resultado de las acciones correctas se pueden obtener muchos dispositivos útiles para el hogar.
¿Tiene algo que añadir o tiene preguntas sobre el tema de la conexión y el uso de los relés de estado sólido? Puede dejar comentarios en la publicación, participar en las discusiones y compartir su propia experiencia con estos dispositivos. El formulario de contacto se encuentra en el bloque inferior.
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¿Y si tengo constantes fluctuaciones de voltaje en mi apartamento? Aproximadamente 180-250 V, ¿qué hago y a dónde acudir?
En realidad, es un problema bastante común en muchos barrios de las ciudades de todo el espacio postsoviético. Como usted tiene un apartamento, el problema no solo le afecta a usted, sino posiblemente a todo el edificio, la entrada o incluso el distrito. Por lo tanto, lo mejor es presentar una solicitud colectiva para resolver el problema de las fluctuaciones de voltaje.
Los representantes de la empresa con la que usted tiene contratado el suministro de electricidad deben encargarse de resolver este problema. También, para el futuro, le recomiendo usar estabilizadores y relés de voltaje, específicamente en conjunto, no por separado. Los primeros son efectivos con bajo voltaje, y los segundos – con alto voltaje.