Comprensión de relés de estado sólido (SSRs)

  Comprensión de relés de estado sólido (SSRs)

El relé de estado sólido es un interruptor electrónico que controla la distribución de energía eléctrica sin utilizar contactos mecánicos. Los SSR son diferentes de los relés mecánicos tradicionales porque utilizan tecnología de semiconductores para controlar cargas eléctricas. Esto se suele hacer con componentes como MOSFETs o Triacs. Los SSR son controlados por una señal de control a baja tensión. El empleo de SSR en los sistemas de control de temperatura PID tiene muchas ventajas. La ausencia de contactos en los SSR elimina los problemas inherentes asociados con los dispositivos mecánicos, incluyendo el rebote de contacto, la formación de arco y el desgaste mecánico que finalmente conduce a la falla. En segundo lugar, debido a que los SSR pueden cambiar a frecuencias más altas que los relés mecánicos, son ideales para aplicaciones PID que utilizan la modulación de ancho de pulso para el control de calentamiento. Los SSR también contribuyen al rendimiento más silencioso de los sistemas debido a su funcionamiento silencioso. La falta de componentes mecánicos portátiles significa que tienen una vida útil más larga. El SSR se ha convertido en el elemento de conmutación más popular para aplicaciones PID modernas. Esto es especialmente cierto cuando se requiere un cambio rápido, controles suaves y durabilidad a largo plazo.

Dos tipos de SSR se utilizan comúnmente paraControl de temperaturaMOSFET and Triac SSRs (en inglés). Los SSR Triac, que utilizan el dispositivo Triac para controlar cargas de ca están diseñados para controles de carga de ca. Aunque los SSR de control de fase están disponibles, they' es menos común para los controles on/off que normalmente van con PID. Los SSR AC o DC y los SSR MOSFET basados en triac se seleccionan en función de los requisitos de la aplicación. Esto incluye el tipo de carga (AC, DC, niveles de tensión y corriente), así como las características de la señal de control. Estos beneficios primarios de los SSR para los sistemas PID son un factor importante en la elección de los elementos de conmutación de carga. El rebote de contacto se evita mediante la eliminación de contactos mecánicos. Esto puede interferir con las señales sensibles producidas por los controladores PID, particularmente durante la conmutación de la SSR. Los SSR tienen una rápida capacidad de conmutación, que permite al controlador (a través de PWM, por ejemplo) modularlos para controlar la temperatura proporcionalmente. Esto conduce a ajustes más suaves en la temperatura y menos ciclos térmicos. Los relés mecánicos pueden tener problemas con PWM y causar ruido no deseado, o incluso falltemprano. Los SSR también son más fiables para proyectos a largo plazo debido a su larga vida útil. Es importante ser 

III. Los parámetros clave para seleccionar una SSR

La selección de un SSR apropiado tiene un impacto directo en la fiabilidad y el rendimiento del sistema PID. Para garantizar la seguridad y la compatibilidad, es importante considerar cuidadosamente una serie de parámetros clave. En primer lugar, es importante seleccionar el SSR en función de los requisitos de carga. La corriente SSR debe ser lo suficientemente alta para incorporar un margen de seguridad, y el voltade la carga (AC orDC) debe coincidir con la SSR. También deben tenerse en cuenta las potencias SSR, que se calculan multiplicel voltay la corriente. Es importante que el SSR pueda manejar todos los requerimientos de potencia de la carga. El SSR también necesita ser capaz de manejar el controlador PID controller's frecuencia de conmutación. Es especialmente importante cuando el sistema utiliza PWM para controlar el elemento calefactor proporcionalmente. Los microcontroladores que implementan los algoritmos PID deben ser operados a altas frecuencias para permitir que el SSR funcione correctamente. Verifique que la SSR cumple con todos los requisitos comprobando la frecuencia máxima de conmutación. Los requisitos de señales de Control también son importantes. Los SSR deben coincidir con los niveles de voltade salida de los controladores PID (por ejemplo 3.3V o 5V). Los SSR típicamente requieren un rango de voltade entrada que coincide con los niveles lógicos comunes. Compruebe la especificación de tensión de entrada SSR. Terminales como el Terminal 1 se utilizan generalmente para la conexión de control de señales. La Terminal 2 es una Terminal común. Si desea asegurar el cablecorrecto, conecte el PID's salida a la Terminal 1 usando un transist(o directamente si es seguro), y Terminal 2 a tierra del PID u otra referencia adecuada. También es necesario verificar el requisito de corriente de entrada SSR. El pin de salida del controlador debería ser capaz de generar/absorber esta corriente. Un transistpuede ser necesario si un SSR necesita más corriente de la que puede ser proporcionada con seguridad por el controlador. Estos requisitos se especificarán en el SSR's datasheet. Otro parámetro importante es la gestión térmica. Para un funcionamiento adecuado, la mayoría de los SSR requieren disipadores de calor externos. Esto es especialmente cierto para los SSR de mayor potencia. Las hojas de datos SSR proporcionan resistencia térmica y disipación de energía (en grados Celsius/ vati). Esta información le permite calcular la temperatura y elegir el disipador de calor correcto. Material, técnica de montaje, tamaño y otros factores deben ser considerados. Las opciones de montaje (montaje en superficie, terminal del tornillo) deben coincidir tanto con los SSR como con los disipadores de calor. Es importante tener características de protección como OVP, UVP y SCS. Para cargas inductivas se recomienda SCS. Elija una SSR que tenga protección apropiada incorporada. Otra consideración importante es el aislamiento. Los SSR deberán tener un aislamiento de entrada/salida suficiente para garantizar la seguridad y el ruido. Es importante considerar la tensión de aislamiento nominal.

IV. Integración del SSR y el controlador PID

El siguiente paso es integrar el SSR correctamente con el controlador. Es necesario conectar la señal de salida del controlador PID (que representa el error y las acciones correccalculadas) con la entrada de control SSR. El controlador#La señal de control 39;s debe ser identificada como corriente de hundimiento o fuente. El SSR's cablese ve afectado por esto. La salida SSR debe estar cableada a la salida del controlador PID, salida PID a la entrada de control SSR (a menudo Terminal 1 - conexión lateral baja), y Terminal común SSR a tierra del controlador PID o referencia adecuada. La carga (por ejemplo, elemento calentador o ventilador) debe conectarse entre el Terminal 2 (a menudo el Terminal de carga SSR) y el punto de conexión de la fuente de alimentación para la carga. Por seguridad y fiabilidad, asegúrese de que el sistema y la carga estén conectados a tierra correctamente. Se recomienda proporcionar un diagrama de cableclaro y simplificado que muestra la conexión entre el SSR, controlador PID, carga y fuente de alimentación. Este diagrama es necesario. Es fácil alimentar el sistema. Conecte la entrada de control SSR a la salida SSR y luego a la fuente de alimentación. La salida del PID puede ser inicialmente ajustada a un nivel muy bajo para asegurar que el SSR ha sido apagado. Compruebe que la SSR responde correctamente. La prueba inicial debe verificar que los elementos básicos del cableson funcionales. Compruebe la salida del controlador PID (por ejemplo, usando un osciloscopio, si hay uno disponible) y confirme que maneja el SSR correctamente. Asegúrese de que los disipadores de calor están correctamente montados y conectados para una refrigeración eficiente.

V. PID tuning with SSRs: Considerations (en inglés)

Las características SSR y la elección hecha pueden afectar la afinación del PID. El retardo del bucle de Control es causado por la masa térmica y el disipador de calor de la SSR. La dinámica de conmutación SSR puede no ser instantánea, a pesar de ser rápida. Esto debe ser compensado por el controlador PID. La entrega de potencia a la carga se ve afectada por las caídas de voltaen los SSR. Estos factores pueden afectar la respuesta del sistema y requerir cambios en los parámetros PID. Es importante considerar el impacto de la afinación. Es posible que la ganancia del proceso sea diferente cuando se compara con una carga resistiva pura. Los SSR y los disipadores de calor pueden introducir un retraso de tiempo que afecta a la respuesta. Esto puede requerir ajustes a la Integral (I) y a los términos derivados (D). Se utiliza afinación iterativa. Comience con proporcional. Ajuste primero el término P, para obtener una buena respuesta y evitar un exceso excesivo. Introduzca el I-term para eliminar cualquier error de estado estacionario y observar el comportamiento del sistema. Esté atento a la inestabilidad potencial. Añadir D para humedecer y estabilizar, especialmente si experimenta oscil. El ajuste puede ser un procedimiento iterativo.

La seguridad es primordial cuando se trabaja con componentes eléctricos y corriente alterna. Compruebe todas las conexiones con el diagrama de cablessy la hoja de datos. Verifique que el SSR se haya conectado correctamente a la carga. (AC/DC y polaridad). Para evitar conexiones flojas o cortas, es importante tener conexiones seguras. Compruebe que todas las conexiones son seguras. Las pruebas deben realizarse con precaución. Cuando se enciende el sistema, la salida del PID debe estar en un nivel muy bajo. Aumente gradualmente la señal de control o setpoint. Asegúrese de observar cómo se comporta la carga. Desconecla la electricidad inmediatamente si surge algún problema.