رله SSR چیست؟

آیا می دانید رله SSR چیست؟ رله SSR که مخفف solid state relay است، به نوعی از رله اشاره دارد که در ساختار آن هیچ بخش متحرکی به کار نرفته است. اگر با فرآیندهای مربوط به اتوماسیون صنعتی و کنترل‌های مکانیزه شده آشنا باشید؛ احتمالا نام قطعاتی مثل پی ال سی یا رله را شنیده‌اید. در واقع پی ال سی را باید نسل پیشرفته‌تر رله‌ها دانست که در پاسخ به نیازهای نوین و البته پیچیده‌تر صنعتی در دنیای مدرن و ایجاد سهولت بیشتر به وجود آمدند. البته هرگز نباید تصور کرد که پی ال سی و رله ساختار یا ماهیت یا حتی شیوه کار مشابهی دارند؛ اما هدف هر دو آنها یکسان است. اگر بخواهیم این موضوع را خیلی سریع بررسی کنیم باید بگوییم که هم پی ال سی ها و هم رله‌ها به منظور اتوماتیک کردن فرایندها به کار برده می‌شوند اما رله این کار را از طریقی ساده، یعنی قطع و وصل کردن جریان برق، انجام می‌دهد در حالی که پی ال سی، بیشتر به یک کامپیوتر و مغز متفکر شبیه است که قابلیت برنامه نویسی منطقی دارد و می‌تواند بر اساس داده‌ها، تصمیم مناسب را اتخاذ کند. در واقع در رله‌ها از اتخاذ تصمیم خبری نیست! بلکه رله به وسیله کمیت خاصی تحریک شده و در اثر این تحریک، جریان برق، قطع یا وصل می‌شود.

رله ssr چیست

اما سوال اساسی ما هنوز باقی است؛ رله SSR چیست؟ دیدیم که وظیفه رله قطع و وصل کردن جریان برق است. طبیعتا رله SSR یا رله حالت جامد هم مانند باقی انواع رله‌ها، همین وظیفه را بر عهده دارد؛ اما آنچه باعث تمایز این نوع رله، از انواع معمولی می‌شود؛ نحوه انجام این کار است. برای درک بهتر این موضوع، باید ساختار رله‌های معمولی و رله SSR را بشناسیم تا بتوانیم این تمایز را به صورت کامل درک نماییم. به طور خلاصه باید گفت که در رله‌های معمولی، فرایند قطع و وصل شدن جریان برق، حالتی مکانیکی دارد در حالی در رله حالت جامد؛ این موضوع ماهیتی الکترونیکی می‌یابد. در ادامه به طور مفصل این موضوع را توضیح خواهیم داد.

ساختار رله چگونه است؟

در یک نگاه کلی، رله‌ها شامل کنتاکت‌های NO‌ و NC هستند و در اثر وارد شدن نیروی خاصی، یا به اصطلاح دقیق‌تر ایجاد تحریک، وضعیت این کنتاکت‌ها تغییر یافته و جریان قطع یا وصل می‌شود.

در رله‌های معمولی، این تغییر وضعیت کنتاکت، به وسیله حرکت تیغه‌ یا در حالت کلی، جسمی از نقطه A به نقطه B انجام می‌شود و اصطلاحا فرایند قطع و وصل کردن، ماهیتی مکانیکی دارد؛ اما این موضوع در مورد رله حالت جامد متفاوت است. به عبارت دیگر اگر بخواهیم بگوییم که وجه تمایز اصلی رله SSR چیست؛ باید به این نکته اشاره کنیم که اگرچه رله SSR هم جریان را قطع و وصل می‌کند اما این فرایند، به وسیله تابش نوری از نقطه a به نقطه b انجام می‌شود. چگونگی این فرایند را در ادامه به طور مفصل بررسی خواهیم کرد اما نکته قابل تامل این است که هیچ نوعی از حرکت مکانیکی در این رله وجود ندارد و ماهیت انجام کار، الکترونیکی است. پس از آشنایی با تفاوت رله الکترونیکی و مکانیکی وقت آن رسیده تا ببینیم چرا باید به جای استفاده از رله‌های معمولی از رله‌های حالت جامد استفاده نماییم.

علت استفاده از رله SSR چیست؟

رله‌ها علی رغم تمام مزایای خود در فرایند اتوماسیون صنعتی، از سادگی در نصب گرفته تا هزینه پایین، معایبی هم دارند و رله SSR در واقع اقدامی برای رفع این معایب است. از جمله این معایب باید به فرسودگی سریع رله‌های مکانیکی به خاطر وجود بخش متحرک و ایجاد صدا در هنگام انجام فرایند اشاره کرد.

حالا به اینجا می‌رسیم که نوآوری موجود در رله SSR چیست که می‌تواند این مشکلات را برطرف کند و اصلا چرا این موارد به عنوان مشکل تلقی می‌شوند. در مورد مشکل اول، یعنی فرسودگی سریع، نیازی به توضیح اضافه نیست. از آن جا که در رله حالت جامد، بخش متحرکی نیست؛ طبیعتا فرسودگی و از کار افتادن این نوع رله، نسبت به رله‌های معمولی بیشتر طول خواهد کشید. این موضوع هم از نظر هزینه‌های اقتصادی و هم از نظر مختل شدن فرایند تولید به منظور انجام تعویض و صرف زمان از اهمیت بالایی برخوردار است.

اما مشکل دوم؛ ایجاد سر و صدا در هنگام اجرای فرایند با توجه به محیط شلوغ صنعتی که همه ما آن را با صداهای بلندی که در اثر کار کردن دستگاه‌های خم و برش و … ایجاد می‌شوند؛ به یاد می‌آوریم؛ شاید اصلا مشکل به نظر نرسد اما در واقع اینگونه نیست! در بسیاری از صنایع امروزی، از سنسورهای حساس به صدا برای کنترل برخی از جنبه‌های فرایند تولید استفاده می‌شود و ایجاد صدا توسط رله می‌تواند، صحت سنجش سنسور از وضعیت را دچار مشکل سازد و در نتیجه شاید این موضوع به اتخاذ تصمیمات اشتباه، به علت وجود داده‌های اشتباه، و از کار افتادن فرایند تولید منجر شود. رله SSR این با ساختار الکترونیکی خود، این مشکل را هم برطرف می‌کند.

بیان این موارد نباید سبب ایجاد این تصور شود که با ارائه‌ی رله حالت جامد، که برای اولین بار در ۱۹۷۳ صورت پذیرفت؛ دیگر مشکلی در مورد استفاده از رله‌ها وجود ندارد. با وجود این پیشرفت‌ها، هنوز هم عدم قابلیت برنامه پذیری رله‌ها و صرف زمان زیاد برای ایجاد تغییری ساده در ساختار آنها (در صورتی که مدار فرمان ما متشکل از رله باشد) از جمله مشکلاتی هستند که باعث شده تا اهالی صنعت به استفاده از کامپیوتر‌ها و پی ال سی ها تمایل بیشتری داشته باشند.

ساختار رله SSR چیست؟

پس از آشنایی با زمینه‌هایی که باعث شد ایده ارائه رله SSR شکل بگیرد؛ وقت آن رسیده تا این ساختار الکترونیکی را که مشکلات رله معمولی را برطرف می‌کند؛ بیشتر و دقیق‌تر بشناسیم.

گفتیم که وظیفه قطع و وصل کردن جریان برق در رله معمولی، توسط حرکتی بخشی تحت عنوان تیغه انجام می‌شود و در رله SSR‌ این کار توسط تابش نور انجام می‌شود. اما سوال اساسی اینجاست که تابش نور چگونه می‌تواند جریان برق را قطع یا وصل کند و ما را از وجود بخش متحرک در رله بی‌نیاز سازد؟

پاسخ با بررسی ساختار این قطعه برای شما آشکار خواهد شد. رله حالت جامد، از مواد نیمه هادی ساخته می‌شوند که از جمله آنها باید به ماسفت و ترایاک اشاره کرد. نحوه عملکرد در رله SSR اینگونه است که ابتدا رله حالت جامد، یک سیگنال ورودی که همان ولتاژ ضعیف است را دریافت می‌کند؛ این سیگنال را باید فرمان شروع کار نامید.

در ادامه به یکی از مهم‌ترین قطعات یعنی اپتوکوپلر می‌رسیم. این قطعه وظیفه تامین انرژی لازم برای تابش نور مادون قرمز توسط LED را بر عهده دارد. پس از دریافت ولتاژ ورودی این بخش فعال شده و انرژی لازم برای انجام کار توسط LED تامین می‌گردد‌. در مرحله بعد نور مادون قرمز یا ir توسط LED ساطع می‌شود.

در مرحله بعد به قطعه مهم بعدی می‌رسیم‌‌. سنسور حساس به نور. این سنسور که معمولا یا فوتوترانزیستور است یا فوتو دیود، نور ساطع شده توسط LED را دریافت می‌نماید و به آن واکنش نشان می‌دهد. این واکنش هم چیزی نیست جز تبدیل کردن این نور مادون قرمز به سیگنال الکتریکی. به طور کلی باید کفت که کار سنسورها تبدیل کردن کمیته‌های فیزیکی به سیگنال‌های آنالوگ یا دیجیتال است و سنسور نوری به کار رفته در ساختار رله حالت جامد هم همین کار را می‌کند.

در مرحله بعدی سیگنال الکتریکی تولید شده توسط سنسور نوری، سوئیچ را فعال می‌نماید و وضعیت کنتاکت‌ها تغییر یافته و جریان برق قطع یا وصل می‌شود.

حالا که دانستیم نحوه عملکرد رله SSR چیست؛ به خوبی می‌توانیم در مورد اجزای داخلی آن هم حرف بزنیم. این قطعه شامل موارد زیر است.

• کنتاکت‌ها
• اپتوکوپلر
• منبع تولید نور LED
• سنسور حساس به نور
• سوئیچ خروجی

پارامترهای مهم رله SSR چیست؟

طبیعتا همواره در هر قطعه یا کالایی تعدادی پارامتر وجود دارند که نقش مهمی در تعیین کاربرد و ویژگی‌های آن قطعه ایفا می‌کنند و برای  رله SSR هم با توجه به ساختار متفاوت آن، تعدادی پارامتر مهم تعریف شده است که در ادامه به بررسی آنها خواهیم پرداخت.

اول از همه باید به این نکته توجه کرد که رله حالت جامدی که ما آن را انتخاب کرده‌ایم از نوع ac یا dc است. پارامتر مهم بعدی که از آن با عنوان سیگنال کنترل یاد می‌شود- بیان کننده حداقل میزان ولتاژی است که باید به ورودی رله SSR وارد شود تا اپتوکوپلر آن فعال گردد.

پارامتر مهم دیگر ولتاژ عملیاتی است که حداکثر میزان ولتاژ را بیان می‌نماید. جدا از این موضوع باید به بیشترین میزان جریانی که رله می‌تواند از خود عبور دهد هم توجه نمود.

ssr چیست

انواع رله SSR چیست؟

پس از آشنایی با تعریف، ساختار و اجزای این قطعه وقت آن رسیده تا ببینیم انواع رله SSR چیست و این انواع مختلف، چه تفاوتی با هم دارند. همواره برای دسته بندی هر کالا یا حتی مفهومی، شیوه‌های متفاوتی وجود دارد اما بهتر است سراغ شیوه‌ای برویم که تفاوت‌ها در ساختار کلی را نمایش می‌دهد و وجود آن تفاوت معنادار و تاثیرگذار است.

رله SSR به چهار دسته مهم تقسیم می‌شود. این تقسیم بندی بر این اساس انجام شده که رله ما چه زمانی و با چه کیفیتی خروجی خواهد داشت. انواع رله SSR بر این مبنا عبارتند از:

رله zero switching

در SSR (Solid State Relay)، مفهوم “zero switching” یا “سوئیچینگ صفر” به معنای کنترل و روشن و خاموش کردن بار بدون ایجاد تغییرات ناخواسته در جریان بار یا تغییرات ناگهانی در ولتاژ اشاره دارد. این ویژگی مهمی است زیرا ممکن است اگر SSR در لحظه‌یی غیر از صفر ولتاژ را روی بار بیاورد، ناگهان جریان بزرگی از بار را رها کند که می‌تواند باعث مشکلات مانند نوسانات ولتاژ یا ایجاد نویز در شبکه شود.

بنابراین، در سوئیچینگ صفر،  SSR بار را در لحظه‌ای که ولتاژ برابر با صفر است، روشن و خاموش می‌کند. این باعث می‌شود که جریان بار ناگهانی تغییر کند و این نوسانات و نویزهای ناخواسته را کاهش دهد. این ویژگی معمولاً در برنامه‌هایی که نیاز به کنترل دقیق ولتاژ یا جریان دارند، بسیار مهم است، مانند برنامه‌هایی که از تجهیزات حساسی مانند الکترونیک‌ها یا سنسورها استفاده می‌کنند.

Top of Form

رله Instant on

این ویژگی به فعال شدن فوری SSR اشاره دارد، به طوری که بلافاصله پس از دریافت سیگنال کنترلی، SSR جریان را به بار ارسال می‌کند. این ویژگی منجر به کاهش تاخیر و زمان واکنش SSR می‌شود، که برای برنامه‌هایی که نیاز به واکنش سریع دارند، مهم است.

رله Peak

در این نوع رله، خروجی هنگامی به وجود خواهد آمد که ولتاژ عبوری از رله، به حداکثر میزان ولتاژ عبوری، که از پارامترهای مهم رله SSR بود و به آن اشاره کردیم؛ برسد‌.

Analogue Switching

این نوع رله، میزان خروجی را بر مبنای میزان ورودی تعیین می‌کند و هیچ حداقلی برای ایجاد خروجی در آن وجود ندارد. به عبارت دیگر شما به محض ایجاد ورودی یا وارد شدن ولتاژ ورودی به رله، ولتاژ خروجی خواهید داشت اما کیفیت و میزان آن به ولتاژ ورودی شما بستگی دارد. تفاوت این نوع با نوع instant on این است که در نوع instant on ولتاژ خروجی، ویژگی‌های برنامه ریزی شده و از پیش تعیین شده‌ای دارد در حالی که در این مدل، ویژگی‌های خروجی، به ویژگی‌های ولتاژ ورودی وابسته است.

کاربرد رله ssr

کاربرد رله SSR چیست؟

از رله SSR در موارد متعددی در صنعت استفاده می‌شود. این رله با توجه به ویژگی‌های خود که در بخش بعدی به آن خواهیم پرداخت؛ توانسته نیازهای مختلفی را پوشش دهد و به یکی از پرکاربردترین قطعات د‌ر دنیای صنعت تبدیل گردد.

از جمله کاربردهای رله حالت جامد باید به موارد زیر اشاره کنیم:

صنایع غذایی: بیشترین کاربرد رله SSR در این صنعت، به دستگاه‌های فروش خودکار، قهوه‌سازها، خنک کننده‌ها و … مربوط می‌شود.

صنایع راه‌آهن: اطمینانی که رله SSR در مورد انتقال سیگنال ایجاد می‌کند باعث می‌شود تا کاربرد زیادی در صنعت راه‌آهن و حمل و نقل ریلی داشته باشد.

صنایع پلاستیک: از رله حالت جامد در اکسترودها، دستگاه‌های تزریق پلاستیک، کنترل دما، چاپ سه بعدی و … استفاده می‌شود.

پزشکی: در تجهیزات بیمارستانی مثل وسایل توانبخشی و استریل کردن و … به کار می‌رود.

اتوماسیون صنعتی

و…

ویژگی‌های رله SSR چیست؟

احتمالا با مرور این مطالب تا به اینجا، نیازی به این بخش نیست و شما می‌توانید به سادگی ویژگی‌های رله حالت جامد را برشمارید اما لیست کردن این ویژگی‌ها به صورت خلاصه و اجمالی، خالی از لطف نیست. از جمله ویژگی‌های این نوع رله باید به موارد زیر اشاره نماییم:

• عدم وجود قطعه متحرک
• عمر مفید بالا
• عدم ایجاد لرزش و جرقه
• عدم ایجاد نویز صوتی
• عملکرد سریع
• سازگاری با دو نوع جریان مستقیم و متناوب
• تحمل جریان بالا

جمع بندی

در نهایت باید گفت که رله SSR یا حالت جامد را باید نسل نوین رله‌ها دانست که در آن ماهیت مکانیکی فرایند به الکترونیکی تغییر یافته و برخی از مشکلاتی را که در اثر استفاده از رله‌های معمولی ایجاد می‌شد را برطرف نموده است. این رله تغییر وضعیت کنتاکت‌ها و قطع و وصل کردن جریان برق را از طریق تابش نور مادون قرمز به سنسور حساس به نور و تبدیل شدن نور تابیده شده به سیگنال الکتریکی انجام می‌دهد که باعث می‌شود عملکردی سریع‌تر داشته باشد و به علت عدم وجود قطعات متحرک در آن، عمر مفید بیشتری هم داشته باشد.