Diagram Relai Keadaan Padat: Panduan Lengkap untuk Memahami dan Menggunakan SSR

Simbol dan Representasi Rangkaian Solid State Relay

Simbol dalam bahasa diagram sirkuit bukanlah coretan di atas kertas - simbol dibuat berdasarkan fungsi. Simbol solid state relay (SSR), meskipun ditampilkan sebagai bentuk yang sederhana, namun menyampaikan sejumlah abstraksi listrik dalam satu tampilan. Secara tradisional, SSR diwakili dalam bentuk kotak persegi panjang yang dibagi secara logis ke dalam dua bagian: input dan output. Pembagian ini tidak dapat dikenali hanya sebagai simetri artistik tetapi sebagai fitur utama isolasi listrik SSR.

Sebuah dioda, sering diberi label dengan tanda panah untuk menunjukkan LED (Light Emitting Diode) digunakan untuk menunjukkan sisi input. Ini mengacu ke perangkat opto-isolasi dalam SSR: ketika sisi input menerima sinyal DC tegangan rendah (tetapi bukan nol), LED menyala, memberikan sinyal pada sisi output, tetapi tidak ada koneksi listrik fisik di antara keduanya.

Sisi output juga menunjukkan berbagai komponen karena kemampuan pengalihan naik-turun relai adalah AC atau DC. Output SSR X adalah output AC SSR yang memiliki TRIAC atau dua SCR paralel terbalik (Silicon Controlled Rectifier), keduanya merupakan jenis thyristor, perangkat semikonduktor. Pada varian DC, sebuah transistor daya (MOSFET atau IGBT) diilustrasikan. Simbol-simbol tersebut menunjukkan aksi pengalihan rangkaian relai solid state dan kemampuannya untuk mengontrol arus keluaran dan tegangan keluaran.

Untuk menggambarkan skema yang lebih panjang, penghalang isolasi dapat dilambangkan dengan zigzag, atau simbol opto-coupler: dioda yang berlawanan dengan fototransistor dalam lingkaran. Pembagian antara sirkuit kontrol dan sisi beban ini tidak bersifat dekoratif, tetapi menekankan isolasi dielektrik, yang sering dinilai dalam kilovolt.

Keadaan Padat Relay Diagram Pengkabelan dan Terminal Identifikasi

Simbol SSR berguna untuk mendapatkan makna fungsi dalam sirkuit, tetapi diagram pengkabelan membawa fungsi menjadi kenyataan. Penting untuk mempelajari cara memasang kabel relai solid state agar dapat menggunakannya dengan aman dan efektif dalam rangkaian praktis.

Identifikasi Terminal

Sebagian besar solid state relay mengikuti konfigurasi pin standar:

• Terminal 3 dan 4 (Masukan sisi): Masukan sinyal kontrol DC. Mereka peka terhadap polaritas pada SSR yang dikontrol DC, terminal 3 biasanya pada potensi tinggi. Ini adalah bagian sirkuit input dan membuat konduksi output.
• Terminal 1 dan 2 (Keluaran sisi): Ketika SSR dialihkan, aliran arus di antara keduanya juga dialihkan, itulah sebabnya SSR mengatur aliran arus pada beban.

Contoh Pengkabelan

1. Pengalihan Beban AC (AC-AC SSR)

[Output DC PLC] ───(3 SSR 4) ─── [Sisi Input]
                           │
                       [Lapisan Isolasi]
                           │
[Catu Daya AC] ───(1 SSR 2)─── [Beban AC]

• Masukan Sinyal DC (misalnya sinyal DC 5V/ 24V dari PLC)
• Keluaran: Tegangan AC mengalihkan pemanas, lampu, atau motor

Itulah karakteristik dari relai solid state ac fase tunggal.

2. Pengalihan Beban DC (DC-DC SSR)

[Mikrokontroler] ───(3 SSR 4) ─── [Sisi Input]
                           │
                       [Opto-Isolator]
                           │
[Catu Daya DC] ───(1 SSR 2)─── [Beban DC]

• Masukan: Logika TTL atau 5V
• Keluaran: Mengalihkan sirkuit DC 12V, 24V atau lebih tinggi

Pengkabelan ini adalah standar untuk aplikasi relai dc fase tunggal.

Pertimbangan Pengkabelan

• Masalah Polaritas: SSR DC khususnya dapat dihancurkan dengan menghubungkan ujung input atau output pada polaritas terbalik.
• Jenis Bebandi mana beban bersifat induktif, beban harus dihubungkan dengan sirkuit snubber atau varistor, yang menyerap potensi tinggi.
• Pemasangan: Integrasi heatsink mungkin diperlukan sesuai dengan arus dan siklus kerja.

Rangkaian Sisi Input - Isolasi LED dan Fototransistor

Isolasi optik adalah landasan SSR. Setelah sinyal input diterapkan di terminal kontrol, biasanya sinyal PLC atau mikrokontroler, sinyal tersebut menggerakkan LED internal. Energi cahaya yang dipancarkan tidak melintasi kabel tetapi lapisan dielektrik transparan, di mana ia memberi energi pada komponen fotosensitif, yang mungkin berupa fototransistor, fototriak, atau susunan fotodioda.

Desain ini memastikan:

• Isolasi listrik dari kontrol dan beban sepenuhnya
• Kekebalan terhadap kebisingan: tidak ada ggl balik atau transien yang akan diteruskan ke logika kontrol
• Keamanan yang lebih baik, terutama dalam pengaturan industri tegangan tinggi

Ini adalah tindakan yang dipicu oleh cahaya yang memberi energi pada gerbang transistor output atau thyristor, yang pada dasarnya mengalihkan beban tanpa belitan mekanis atau gerakan relai elektromekanis (EMR).

Struktur Perangkat Sisi Keluaran AC: SCR vs TRIAC

1. Struktur TRIAC

TRIAC adalah sakelar dua arah yang mampu melakukan arah masuk dan keluar pada saat dipicu. Dari sudut pandang fungsional, sakelar ini menggabungkan dua SCR secara paralel-balik dalam satu paket. Ini sangat cocok untuk AC berdaya sedang, seperti penerangan atau pemanas, di mana gelombang sinus dapat dialihkan pada titik tengah untuk mengurangi EMI.

Namun, TRIAC rentan terhadap pemicuan palsu di bawah lingkungan induktif karena kekebalan pergantiannya rendah. Dalam aplikasi ini, desainer mungkin memilih yang lebih tahan lama.

2. Struktur SCR Inverse-Paralel

Ini adalah konfigurasi paralel terbalik SCR dua arah dua diskrit. Salah satunya, masing-masing SCR, melakukan setengah dari siklus AC. Konduktivitas termal yang lebih besar dan kemampuan dv/dt yang lebih baik memungkinkan penggunaannya pada beban dengan inersia dan induktansi tinggi, seperti motor, transformator, dan solenoida industri.

Sedikit lebih besar, dengan sirkuit penggerak, SCR paralel terbalik adalah urutan hari ini dalam hal desain relai solid state ac kelas industri karena ketangguhan dan kemampuan kontrolnya.

Metode Pemicuan: SSR Penyeberangan Nol vs Penyalaan Acak

1. SSR Pemicu Penyeberangan Nol

SSR ini menunggu bentuk gelombang AC mencapai setengah dari titik puncak gelombang sinus sebelum beralih. Hal ini mengurangi gangguan elektromagnetik (EMI) dan lonjakan arus dan sangat ideal untuk beban resistif murni seperti pemanas atau lampu pijar. Hal ini juga mengurangi ketegangan pada beban dan juga pada perangkat switching.

2. SSR Nyalakan Acak

SSR ini dimaksudkan untuk digunakan dalam aplikasi respons cepat dan akan beralih segera setelah menerima sinyal input, terlepas dari fase AC. Ini dapat diatur waktunya dengan lebih tepat dan sering digunakan dalam kontrol sudut fase atau kontrol motor atau perangkat yang membutuhkan pemicuan tersinkronisasi.

Relai Keadaan Padat DC: Struktur MOSFET dan IGBT

1. Struktur MOSFET

SSR tegangan/arus DC rendah hingga sedang dengan MOSFET banyak digunakan. Mereka bekerja dengan dingin dan cepat dan juga sangat efisien. Pilihan yang baik di mana ruang dan waktu respons adalah yang terpenting.

2. Struktur IGBT

Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) menggabungkan kecepatan pengalihan MOSFET yang sesuai dan kapasitas arus tinggi dari transistor persimpangan bipolar. Mereka paling tepat digunakan pada mesin industri yang membutuhkan kemampuan penanganan yang berat, terutama tegangan DC tinggi dan pencapaian arus tingkat ampere.

Manajemen Termal: Kurva Penurunan dan Desain Pembuangan Panas

Semua perangkat semikonduktor menghasilkan panas, tidak terkecuali SSR. Suhu yang berlebihan menyebabkan berkurangnya kapasitas arus dan akhirnya kegagalan. Kurva penurunan yang ditemukan di sebagian besar lembar data SSR menunjukkan hubungan antara suhu sekitar dan arus keluaran yang diijinkan.

Sebagai contoh, relai dengan rating 25A pada suhu 25°C mungkin hanya mendukung 15A pada suhu 60°C. Untuk mengatasi hal ini:

• Gunakan ukuran yang tepat heat sink
• Menerapkan pelumas termal untuk memastikan kontak permukaan penuh
• Pasang SSR dengan jarak bebas vertikal untuk aliran udara

Bagaimana Keadaan Padat Relay Bekerja: Ikhtisar Prinsip Kerja Lengkap

Mari kita uraikan secara sederhana:

1. Masukan Sinyal: Tegangan kontrol kecil (misalnya, 5V DC) diterapkan pada rangkaian input SSR.
2. LED Aktivasi: Arus memberi energi pada LED internal, yang memancarkan cahaya inframerah.
3. Opto-Isolasi: Cahaya ini melintasi celah isolasi dan mengaktifkan fototransistor atau perangkat serupa.
4. Memicu: Perangkat fotosensitif mengeluarkan sinyal yang memicu gerbang perangkat sakelar-baik TRIAC, SCR, MOSFET, atau IGBT.
5. Pengalihan Beban: Perangkat pengalih menghantarkan, memungkinkan arus beban mengalir melalui terminal output ke beban.
6. Matikan: Apabila tegangan kontrol dihilangkan, LED mati, fotosensor dinonaktifkan, dan sirkuit output terbuka.

Seluruh proses ini terjadi dalam milidetik, tanpa suara dan tanpa kontak fisik, tidak seperti EMR tradisional. Keindahannya terletak pada kecepatan, keamanan, dan kesederhanaannya.

Aplikasi: Keunggulan Spesifik dan Gaya Pemasangan

Ada sejumlah manfaat penting dalam menggunakan solid state relay (SSR) dibandingkan dengan relay mekanis. Mereka tidak memiliki bagian yang bergerak sehingga bebas dari kebisingan dan tidak mengalami keausan kontak atau erosi oleh aksi busur, memberikan masa pakai yang lebih lama. Mereka cocok untuk on / off frekuensi tinggi dengan kemampuan switching yang sangat cepat, isolasi listrik built-in menambah keamanan sistem serta mencegah masalah loop tanah. Selain itu, mereka tidak mudah peka terhadap guncangan atau getaran, sehingga dapat digunakan di lingkungan industri atau mobil yang tidak menguntungkan.

Gaya Pemasangan

SSR yang berbeda dapat dipasang dengan gaya yang berbeda agar sesuai dengan persyaratan desain. Pemasangan rel DIN sebagian besar digunakan di kabinet kontrol untuk dipasang dengan mudah. Pemasangan panel memfasilitasi lebih banyak daya dan memiliki pemasangan yang stabil. Pemasangan PCB Komputer jenis DIP atau SIP (yaitu, DIP pengguna atau SIP) sangat cocok untuk sistem tertanam kecil dan sistem yang lebih besar.

Aplikasi Dunia Nyata

SSR digunakan pada peralatan medis (seperti mesin MRI dan otomatisasi laboratorium) dalam aplikasi dunia nyata yang membutuhkan EMI rendah dan pengoperasian yang tenang. SSR mengatur sistem konveyor, pemanas, dan motor dalam aplikasi industri. Mereka digunakan dalam pengisi daya baterai, sistem pencahayaan, dan colokan pintar di bidang elektronik konsumen.

SSR semakin banyak digunakan untuk menggantikan relai mekanis dari semua jenis dan di semua jenis industri karena keamanannya yang hemat biaya, penggunaan yang lebih cerdas, dan lebih andal, dengan memberikan sistem kelistrikan yang lebih aman, lebih cerdas, dan lebih andal karena pengoperasiannya yang senyap, terisolasi secara listrik, dan berkecepatan tinggi.