ما هو التتابع الحالة الصلبة وكيفية استخدامها بشكل صحيح

في جميع الدوائر الكهربائية يجب تشغيل وإيقاف الأجهزة والأجهزة. للقيام بذلك ، استخدم أجهزة التبديل ، يمكن أن يكون إما رمز تبديل بسيط أو مفتاح تبديل ، أو مرحّلات ، أو قواطع ، إلخ. اليوم سننظر في أحد هذه الأجهزة - مرحل الحالة الصلبة ، دعنا نتحدث عن الشكل الذي تريده لتحديد دائرة التحكم في الحمل والاتصال بها.

ما هذا

تتابع الحالة الصلبة - هذا هو جهاز مبني على عناصر أشباه الموصلات ومفاتيح الطاقة ، مثل triacs ، ثنائي القطب أو الترانزستورات MOS. في المصادر الإنجليزية ، تسمى مرحلات الحالة الصلبة SSR من الحالة الصلبة التقوية (التي في الترجمة الحرفية تعادل الاسم الروسي).

مثل في المرحلات الكهرومغناطيسية وغيرها من أجهزة التبديل ، وهي مصممة للتحكم في إشارة ضعيفة مع الحمل مع ارتفاع الجهد أو التيار.

الاختلافات من التبديلات الكهرومغناطيسية

تعمل المرحلات التقليدية ، مثل جميع أجهزة التبديل الكهرومغناطيسي ، على النحو التالي - هناك ملف يتم تزويد التيار به من نظام التحكم أو من محطة الضغط على زر. نتيجة لتدفق التيار عبر الملف ، يظهر مجال مغناطيسي يجذب حديد التسليح مع مجموعة الاتصال. بعد ذلك ، يتم إغلاق جهات الاتصال والحالية في الحمل من خلالها.

تلك الحالة الصلبة ليس لها ملف تحكم ولا يوجد مجموعة اتصال متحركة. ما داخل الحالة الصلبة التقوية يمكنك أن ترى أدناه. في ذلك ، كما ذكر أعلاه ، بدلاً من جهات اتصال الطاقة ، يتم استخدام مفاتيح أشباه الموصلات: الترانزستورات ، triacs ، الثايرستور وغيرها ، اعتمادًا على نطاق التطبيق (الجانب الأيمن من الصورة).

هذا هو الفرق الرئيسي بين تتابع أشباه الموصلات وتلك الكهرومغناطيسي. في هذا الصدد ، تتمتع الحالة الصلبة بعمر خدمة أطول بكثير ، نظرًا لعدم وجود تآكل ميكانيكي لمجموعة الاتصال ، تجدر الإشارة أيضًا إلى أن سرعة مرحلات أشباه الموصلات أعلى من سرعة المرحلات الكهرومغناطيسية.

بالإضافة إلى عدم وجود تآكل ميكانيكي ، لا توجد شرارات أو أقواس أثناء التبديل ، وكذلك أصوات من تأثيرات التلامس أثناء التبديل. بالمناسبة ، إذا لم تكن هناك شرارات وتصريفات للقوس أثناء التبديل ، فإن مرحلات الحالة الصلبة يمكن أن تعمل في غرف متفجرة.

مقارنة

مزايا مرحلات الحالة الصلبة بالمقارنة مع المرحلات الكهرومغناطيسية هي كما يلي:

1. الضوضاء.

2. هناك أدلة على أن MTBF الخاصة بهم من أجل 10 مليارات التبديل ، وهو 1000 أو أكثر من مورد المرحلات الكهرومغناطيسية.

3. إذا بالنسبة إلى المرحلات الكهرومغناطيسية ، فإن جهد التيار الكهربائي ليس بالأمر السيءثم الدائرة الإلكترونية تتابع أشباه الموصلات في معظم الحالات فشلإذا لم يتم اتخاذ قرارات الدوائر للحد من هذه النبضات. لذلك ، فإن مقارنة هذه الأجهزة بعدد التبديل ليس صحيحًا دائمًا.

4. سرعة مرحل أشباه الموصلات هو الكسور ووحدات من مللي ثانية ، في حين أن التتابع الكهرومغناطيسي لديه 50 مللي ثانية إلى 1 ثانية.

5. استهلاك الطاقة هو أقل بنسبة 95 ٪ من استهلاك الملف من نظائرها الكهرومغناطيسية.

ومع ذلك ، يتم تغطية هذه المزايا من قبل عدد من العيوب:

• تتابع أشباه الموصلات تسخين أثناء التشغيل. الطاقة المساوية لمنتج انخفاض الجهد عبر مفتاح الطاقة (بترتيب 2 فولت) ويتم تحرير قوة التيار المتدفق عبره إلى حرارة ؛

• في حالة التحميل الزائد والدوائر القصيرة يوجد احتمال كبير لفشل مفتاح الطاقة ، وعادة ما تكون سعة التحميل الزائد 10In لمدة 10 مللي ثانية - فترة واحدة في الشبكة بتردد 50 هرتز (قد تختلف تبعًا للمكونات المستخدمة) ؛

• على الأرجح ، لن يكون لدى قاطع الدائرة وقت للرحيل قبل فشل التتابع خلال دائرة كهربائية قصيرة ؛

• في حالة الجهد الزائد للنبض (ارتفاع الطاقة) - يمكن أن تنتهي مدة خدمة مرحل الحالة الصلبة على الفور.

• تحتوي مرحلات الحالة الصلبة على تيار تسرب (يصل إلى 7-10 مللي أمبير) فيما يتعلق بذلك ، إذا كانت موجودة في دائرة التحكم ، على سبيل المثال ، مصابيح LED - سوف تومض الأخيرة بشكل مشابه للوضع مع مفتاح الإضاءة الخلفية. وفقًا لذلك ، سيكون هناك جهد على سلك الطور حتى عند فصل التتابع!

يوضح الجدول التالي الخصائص العامة لمرحلات الحالة الصلبة لسلسلة TSR (ثلاثية الطور) و SSR (أحادية الطور) من الشركة المصنعة "FOTEK" (بالمناسبة ، بعضها الأكثر شيوعًا). من حيث المبدأ ، فإن الشركات المصنعة الأخرى لديها مواصفات المنتج مماثلة أو مماثلة.

مقاومة العزل

> 50 متر مكعب / 500 فولت العاصمة

قوة عازلة الإدخال / الإخراج

يقاوم 2.5 كيلو فولت AC لمدة دقيقة واحدة

تنطلق الحالي

لا يزيد عن 7.5 مللي أمبير

قدرة التحميل الزائد

حتى 10 التيارات المقدرة في غضون 10 مللي ثانية

طريقة التبديل

عند العبور إلى الصفر (في نماذج التيار المتناوب) أو على الفور من خلال optocoupler (للتيار المباشر)

المدمج في الحماية

سلسلة SSR-F لها فتيل قابل للاستبدال

أنواع

مرحلات الحالة الصلبة يمكن تصنيفها:

• حسب نوع التيار (ثابت أو بالتناوب) ؛

• بواسطة القوة الحالية (الطاقة المنخفضة ، الطاقة) ؛

• وفقا لطريقة التثبيت ؛

• بواسطة الجهد.

• حسب عدد المراحل ؛

• حسب نوع إشارة التحكم (تيار أو تناوب مباشر ، مدخلات تناظرية للتحكم في المقاوم المتغير ، في دائرة 4-20 مللي أمبير ، وما إلى ذلك).

• حسب نوع التبديل - التبديل عندما يمر الجهد خلال الصفر (في دوائر التيار المتردد) ، أو التبديل بواسطة إشارة تحكم (لضبط الطاقة ، على سبيل المثال).

لذلك ، من خلال عدد المراحل هناك مرحل واحد وثلاث مراحل. لكن أنواع إشارات التحكم أكثر من ذلك بكثير. اعتمادًا على الجهاز الداخلي ، يمكن التحكم في مرحلات الحالة الصلبة إما بجهد ثابت أو بجهد متناوب.

مرحلات الحالة الصلبة الأكثر شيوعًا والتي يتم التحكم فيها بواسطة جهد ثابت في النطاق من 3 إلى 32 فولت. في هذه الحالة ، يجب أن يكون حجم الجهد المتحكم به في هذا النطاق ، وألا يكون مساويا لأي قيمة محددة منه ، وهو مناسب للغاية عند دمجه في الأنظمة ذات الفولتية المختلفة.

هناك أيضًا مرحلات أشباه الموصلات ، يتم من خلالها التحكم في الإشارة التناظرية:

• 4-20 مللي أمبير ؛

• 0-10 فولت من التيار المباشر.

• المقاوم المتغير 470-560 كيلو أوم.

في هذه الحالة ، يمكن استخدام هذه المرحلات لتنظيم الطاقة على الجهاز المتصل ، وفقا لمبدأ التحكم في المرحلة. يتم استخدام مبدأ التعديل نفسه في المخفتات المنزلية للإضاءة.

في الجدول أدناه ، ترى أنواع إشارات التحكم في مرحلات الحالة الصلبة مع طريقة التحكم في الطور من IMPULS.

انتبه إلى الأحرف الأخيرة من الوسم (LA ، VD ، VA) ، بالنسبة لمعظم الشركات المصنعة فهي متماثلة ، ويقولون ، فقط حول نوع الإشارة.

كما ذكرنا من قبل ، في مرحل متحكم به بمرحلة ، اعتمادًا على حجم إشارة التحكم ، يتغير جهد الخرج ، كما هو موضح في الرسم البياني أدناه.

يمكن التعرف على مثل هذا الترحيل بواسطة الصورة الشرطية بالقرب من أطراف الإدخال ، على سبيل المثال ، توضح الصورة أدناه أن المقاوم المتغير 470-560 kOhm متصل بالإدخال.

هناك أيضًا مرحلات الحالة الصلبة مع إشارة تحكم من شبكة AC 220V ، كما هو موضح أدناه. إنها مناسبة للاستخدام كبديل عن الموصلات منخفضة الطاقة أو المرحلات الكهرومغناطيسية.

وسم ونوع السيطرة

لتحديد "مرحلة" التتابع ، استخدم الرموز في بداية العلامة:

• SSR - مرحلة واحدة ؛

• TTR - ثلاث مراحل.

وهو ما يعادل أجهزة التبديل أحادية القطب وثلاثة أعمدة.

يتم تشفير القوة الحالية أيضًا ، على سبيل المثال ، يشير FOTEK إلى ذلك في النموذج: Pxx

حيث "xx" هو التيار في amperes ، على سبيل المثال ، P03 - 3 amperes ، و P10 - 10 amperes.

إذا كانت العلامة تحتوي على الحرف H ، فإن هذا التتابع يهدف إلى تبديل الجهد الزائد.

في العلامة ، تتم الإشارة إلى البيانات الخاصة بنوع عنصر التحكم في الأحرف الأخيرة ، وقد تختلف من مصنع إلى آخر ، ولكن غالبًا ما يكون لها هذا الشكل والمعنى (يتم جمع البيانات من جهات تصنيع مختلفة):

• VA - المقاوم المتغير 470-560kOhm / 2W (التحكم في الطور) ؛

• LA - 4-20mA إشارة تناظرية (مراقبة المرحلة) ؛

• VD - إشارة تناظرية 0-10V DC (التحكم في الطور) ؛

• ZD - السيطرة على 10-30V العاصمة (التبديل عند المرور صفر) ؛

• ZD3 - التحكم 3-32V DC (التبديل عند المرور بصفر) ؛

• ZA2 - التحكم في 70-280V AC (التبديل عند المرور بصفر) ؛

• DD3 - التحكم في إشارة DC 3-32V بواسطة دائرة التيار المباشر (تبديل الجهد DC) ؛

• DA - DC إشارة التحكم ، AC تبديل الدائرة.

• AA - AC إشارة التحكم (220V) ، AC تبديل الدائرة.

دعنا نتحقق من ذلك في الممارسة العملية ، دعنا نقول أنك صادفت مثل هذا المنتج كما في الشكل أدناه ، وتريد أن تعرف ما هو عليه.

إذا كنت تدرس بعناية النقوش القريبة من المحطات الطرفية لتوصيل الأسلاك ، فسيصبح من الواضح بالفعل أن هذا هو مرحل للتحكم في دوائر التيار المتردد من 90 إلى 480 فولت ، بينما يحدث التحكم أيضًا مع التيار المتردد بجهد يتراوح من 80 إلى 250 فولت.

إذا كانت العلامة مرئية فقط ، فعندئذٍ: "SSR" تكون أحادية الطور ؛ "-10" - تصنيف التيار من 10 أمبير. "AA" - التحكم في التيار المتردد ، تبديل التيار المتردد ؛ "H" - لتبديل الجهد العالي في دائرة الطاقة - ما يصل إلى 480V (إذا لم يكن H هناك ، فسيكون ما يصل إلى 380-400V).

وللتوحيد وفهم أفضل ، قم بدراسة الجدول التالي مع علامات وخصائص مرحلات الحالة الصلبة.

جهاز

تعتمد الدائرة الداخلية لمرحل الحالة الصلبة على التيار الذي صمم من أجله (مباشر أو متناوب) ونوع الإشارة للتحكم فيه. دعونا نفكر في بعضهم.

لنبدأ بالتتابع ، والذي يتم التحكم فيه بواسطة تيار مباشر وينطلق عند المرور بصفر. يطلق عليهم أحيانًا "مرحلات الحالة الصلبة من نوع Z".

هنا ، تعتبر المسامير 3-4 هي مدخلات إشارة التحكم ، والتي تستخدم تحكم optocoupler ، والذي يستخدم لعزل كلفاني دارات الإدخال والإخراج.

تقوم الكتلة التي تتحكم في الانتقال خلال 0 ، أو كما يطلق عليها Zero Cross Circuit - بمراقبة مرحلة الجهد في التيار الكهربائي وعندما تمر خلال الصفر ، تقوم بإجراء تبديل الدائرة (أو إيقاف تشغيله). وتسمى هذه الطريقة أيضًا Zero Voltage Switch ، فهي تتيح تقليل تيارات الاندفاع عند تشغيلها (نظرًا لأن الجهد الكهربائي في هذه اللحظة يساوي الصفر) وعواصف التحريض الذاتي EMF عند فصل الحمل.

مناسبة للسيطرة على الأحمال مقاوم ، بالسعة والحثي. غير مناسب للتحكم في الحمل الاستقرائي العالي (مع cos cos <0.5) ، مثل الخمول المحول. أيضًا ، لا تتداخل طريقة التحكم هذه مع التيار الكهربائي أثناء التبديل. أدناه ترى الرسوم البيانية لإشارات التحكم ، التيار الكهربائي الجهد والحمل الحالي مع طريقة التحكم هذه.

بشكل تخطيطي ، يتم تطبيق هذا على النحو التالي:

هنا ، يتم توفير الجهد من الشبكة إلى كتلة مع triac وكتلة التي تتعقب الانتقال من خلال الصفر. العناصر Q1 ، R3 ، R4 ، R5 ، C4 في الجهد العالي تمنع فتح الثايرستور T2 ، الذي يتحكم في التيار الكهربائي T1. ثم التبديل ممكن فقط مع الجهد قريبة من الصفر. تتكون دائرة الإدخال على U1 - جهاز optocoupler للترانزستور ، والذي يوفر إشارة إلى القطب الكهربائي للتحكم في برنامج التشغيل T2 ، خلال Q2.

يتم ترتيب المرحلات الفورية بشكل مختلف بعض الشيء عن تبديل المرحلات عند عبور الصفر. إنهم يفتقرون إلى سلسلة ZCC.

عند التحكم في التيار المتردد ، تختلف الدائرة فقط في وجود عند إدخال المعدل (جسر الصمام الثنائي).

وعند تبديل دوائر التيار المستمر ، يتم استبدال الصمام الثلاثي بواسطة الترانزستور.

هناك أيضا مرحلات عالمية للتيار المباشر والمتناوب ، حيث يتم استخدام مجموعة من الترانزستورات. بشكل عام ، هناك العديد من دوائر مراحل إخراج مرحلات الحالة الصلبة ، فيما يلي أمثلة على دوائر من نماذج مختلفة من شركة تصنيع مثل International Rectifier.

في التتابع باستخدام طريقة التحكم في الطور ، يكون الموقف مختلفًا إلى حد ما. إنه ، مثل باهتة ، يمكن ضبط طاقة الحمل (الجهد الناتج) ، لهذا يتم تطبيق إشارة تمثيلية على المدخلات - يتم توصيل الجهد ، التيار ، أو المقاومة بالتناوب. كعنصر قوة ، يتم استخدام الثايرستور هنا.لكن ضع في اعتبارك أنه نظرًا لطريقة التعديل هذه ، يحدث التداخل في الشبكة ، لقمع عوامل تصفية الشبكة التي تستخدم الإختناقات ذات الوضع المشترك ، ولكن هذا موضوع مختلف تمامًا.

يمكنك أن ترى الاختلافات في التبديل عند المرور من الصفر من مرحلة التحول في الشكل أدناه.

مخططات اتصال وميزات الاستخدام

في الواقع ، فإن مخطط توصيل مرحلات الحالة الصلبة لا يختلف تقريبًا عن الأشكال التقليدية. كيف تتصل هيا بنا

إذا كنت بحاجة إلى استبدال مرحل 220 فولت التقليدي بضبط 220 فولت AC ، فاستخدم المخطط التالي ، على سبيل المثال LDG LDSSR-10AA-H. الرسم البياني على سبيل المثال يظهر الاتصال من خلال التبديل التقليدي أو تبديل التبديل. بدلاً من ذلك ، يمكن توفير إشارة تمكين من ترموستات ووحدة تحكم وأجهزة أخرى.

إذا كنت بحاجة للسيطرة على دائرة 220 فولت باستخدام إشارة الجهد المنخفض ، يمكنك استخدام FOTEK HPR-80AA.

في هذه الدائرة ، يتم استخدام مصدر طاقة 12VDC كمصدر للتيار المباشر ذي الجهد المنخفض ، والذي يستخدم على نطاق واسع كمصدر طاقة لشرائط LED. بالمناسبة ، يمكنك التحكم في مرحل الحالة الصلبة هذا عن طريق تطبيق الجهد من شاحن الهاتف المحمول على المدخلات ، لأن خرجه هو 5V ، وهو أكثر من الحد الأدنى من إشارة 3V.

ضع في اعتبارك أن الجهد الكهربي للتحكم يجب أن يكون مفصولًا تمامًا ، لأن كل مرحل له معلمات معينة يعمل بها ، على سبيل المثال ، يبلغ الجهد أعلاه حوالي 1 فولت ، وقد لا يعمل بثلاث فولتات مقننة ، ولكن بالفعل عند 2.5 (يتم حساب متوسط ​​البيانات ، على سبيل المثال ، وقد تختلف اعتمادًا ليس فقط على منتج معين ، ولكن أيضًا حسب الظروف البيئية والتثبيت.)

لكن تذكر أن هناك أيضًا مرحل مع طريقة التحكم في الطور. يتم توضيح مخططات اتصال مثل هذه المرحلات أدناه (توضيح من التعليمات الخاصة بهم).

السؤال هو لماذا هناك حاجة إلى مثل هذه التبديلات وأين يتم استخدامها؟ كان البحث عن إجابة لهذا السؤال قصير الأجل ، ما إن دخلت في بداية الاستعلام وأصدرت على الفور خيارات لاستخدامها كمفتاح تشغيل للتحكم في عناصر التسخين من منظمات الحرارة التي ينتج عنها 4-20 مللي أمبير أو 0-10 فولت.

بالمناسبة ، بالنسبة للتطبيقات الصناعية ، هناك أيضًا تطورات محلية ، على سبيل المثال ، ARIES TPM132 والنماذج الأخرى التي يمكن أن تعمل مع إشارات خرج 4-20mA و 0-10V.

ومع ذلك ، فإن استخدام مرحل الحالة الصلبة للتحكم في الحمل الثقيل غير ممكن بدون تبريد. لهذا ، يتم استخدام المبني للمجهول (المبرد البسيط) أو التبريد النشط (المبرد + المبرد).

وترد توصيات لاختيار مبردات في الوثائق التقنية لمرحلة معينة الحالة الصلبة ، لذلك لا يمكنك تقديم المشورة العالمية.

استنتاج

يمكن استخدام مرحلات الحالة الصلبة كمرحلات كهروميكانيكية في بعض الحالات. تتمثل أكثر الخيارات شيوعًا في الحياة اليومية في استبدال الملامس في غلاية كهربائية ، نظرًا لظهور صوت عالٍ عند تشغيله ، على التوالي ، و إدراج تينوف سوف تصبح صامتة.

بالإضافة إلى تنفيذ العديد من وحدات التحكم القوية في الطاقة لنفس عناصر التسخين وغيرها من الأشياء ، والتي يتم استخدام مرحل الحالة الصلبة مع إدخال إشارة تناظرية من مقاومة متغيرة (نوع VA).

يمكن لهواة الراديو تجميع أبسط مرحل الحالة الصلبة ، استنادًا إلى برنامج تشغيل بصري للترافعات ذات النوع ZCC MOC3041 وما شابه ذلك.

أعتقد أن هذه منتجات جيدة للاستخدام في أدوات التشغيل الآلي المختلفة ، بالإضافة إلى أنها لا تحتاج إلى صيانة (باستثناء تنظيف مشعات الغبار) ، ويمكن القول أن مدة الخدمة غير محدودة. سوف تستمر عدة مرات أطول من الموصلات ، بشرط عدم وجود حمولة زائدة ، ارتفاع درجة الحرارة ، ماس كهربائى وارتفاع مفاجئ!