اس اس آر (SSR)

مقدمه:

اس اس آر یا رله حالت جامد (Solid State Relay:SSR) یک المان سوئیچینگ الکترونیکی است که در آن با یک سیگنال کنترلی می‌توان جریان یا ولتاژ بزرگتر را کنترل کرد.

رله را جوزف هنری در سال ۱۸۳۵ میلادی اختراع کرد. متداول‌ترین و پرکاربردترین نوع رله الکتریکی رله الکترومکانیکی است.

رله:

واژه رله (Reley)عموماً به قطعه‌ای گفته می‌شود که در پاسخ به اعمال یک ولتاژ، اتصال الکتریکی بین دو یا چند نقطه را برقرار می‌کند. رله نوعی کلید الکتریکی است که با هدایت یک مدار الکتریکی دیگر باز و بسته می‌شود. روش کنترل باز و بسته شدن این کلید الکتریکی به صورت‌های مختلف مکانیکی، حرارتی، مغناطیسی، الکترواستاتیک و… می‌باشد.

رله الکترومکانیکی:

پایه‌ای‌ترین عمل کنترلی برای هر تجهیز، روشن (ON) و خاموش (OFF) کردن آن است. ساده ترین راه برای انجام این کار، استفاده از سوئیچ‌ها یا کلیدها برای ایجاد وقفه در رسیدن انرژی منبع الکتریکی به مدار است. هرچند سوئیچ‌ها (کلیدها) برای عمل کنترل مورد استفاده قرار می‌گیرند. اما معایبی نیز دارند، بزرگترین عیب آن‌ها قطع یا وصل به صورت فیزیکی است. علاوه بر این، اندازه کلیدها نسبتاً بزرگ است، کُند عمل می‌کنند و تنها قابلیت سوئیچ جریان‌های الکتریکی کم را دارند.

رله‌های الکتریکی اساساً سوئیچ‌هایی هستند که عملکرد آن‌ها الکتریکی است. در شکل‌ها، اندازه‌ها و توان‌های متنوع برای کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. رله‌ها همچنین می‌توانند یک یا چند کنتاکت در یک بسته با توان بالاتر باشند. برای ولتاژهای بالا یا کاربردهای سوئیچینگ جریان به کار می‌روند. در این حالت کنتاکتور (Contactor) نامیده می‌شوند.

این هسته آهنی از یک بخش ثابت به نام یوغ (Yoke) و یک فنر متحرک به نام آرمیچر (Armature)تشکیل می‌شود. مدار میدان مغناطیسی را با بستن فاصله هوایی بین سیم‌پیچ الکتریکی آرمیچرِ متحرک کامل می‌کند. آرمیچر به گونه‌ای تعبیه شده که می‌تواند در اثر بسته شدن مسیر میدان مغناطیسی آزادانه حرکت کند و کنتاکت‌های الکتریکی را ببندد. اتصال بین یوغ و آرمیچر معمولاً یک یا چند فنر است. کنتاکت‌ها را به حالت بدون انرژی، یعنی حالت OFF، بازنشانی می‌کند. امروزه بسیاری از رله‌ها به صورت حالت جامد ساخته می‌شوند و اجزای متحرک ندارند.

رله حالت جامد (SSR):

برخلاف رله الکترومکانیکی که در آن از سیم‌پیچ، میدان‌های مغناطیسی، فنرها و کنتاکت‌های مکانیکی برای سوییچ استفاده می‌شود. SSR بخش متحرک ندارد. به جای آن از ویژگی‌های الکتریکی و نوری نیمه‌هادی‌ها برای ایزوله‌سازی ورودی از خروجی و عملکرد سوییچینگ استفاده می‌کند.

عدم وجود قسمت متحرک در SSR و ابعاد کوچکتر موجب افزایش عمر قطعه می شود. در مداراتی که تعداد دفعات کلید زدن زیاد می‌باشد کاربرد دارد. برخلاف رله الکترومکانیکی که در آن از سیم‌پیچ، میدان‌های مغناطیسی، فنرها و کنتاکت‌های مکانیکی برای سوییچ استفاده می‌شود. SSR بخش متحرک ندارد و به جای آن از ویژگی‌های الکتریکی و نوری نیمه‌هادی‌ها برای ایزوله‌سازی ورودی از خروجی و عملکرد سوییچینگ استفاده می‌کند.

مزایا:

عدم وجود قسمت متحرک در SSR و ابعاد کوچکتر موجب افزایش عمر قطعه می شود. در مداراتی که تعداد دفعات کلید زدن زیاد می‌باشد کاربرد دارد

مشابه یک رله الکترومکانیکی معمولی، رله‌ حالت جامد ایزولاسیون یا جداسازی الکتریکی بین کنتاکت‌های ورودی و خروجی را مهیا می‌کند. همچنین خروجی این رله مشابه یک سوئیچ الکتریکی عمل می‌کند. در آن، هنگام قطع بودن، مقاومت ورودی بسیار بزرگ و حتی بی‌نهایت است.

وقتی عمل هدایت انجام می شود، مقدار مقاومتش بسیار کوچک است. رله‌های حالت جامد را می‌توان برای سوئیچ جریان‌های AC یا DC خروجی به جای کنتاکت‌های در حالت عادی باز (NO) مکانیکی طراحی کرد.

هرچند رله حالت جامد و رله الکترومکانیکی در ورودی ولتاژ پایین‌ خود اساساً مشابه بوده و از خروجی (که یک بار را سوئیچ یا کنترل می‌کند) ایزوله هستند. اما رله‌های الکترومکانیکی چرخه عمر کنتاکت محدودی دارند. می‌تواند منجر به سرعت سوئیچ کم‌تر، مخصوصاً در رله‌های توان بالا و کنتاکتورها شود. رله‌های حالت جامد چنین محدودیتی ندارند.

بنابراین،مزایای اصلی رله‌های حالت جامد نسبت به رله‌های الکترومکانیکی رایج این است که بخش‌های متحرکی ندارند که در طول زمان ضعیف شوند. بنابراین، مشکلی برای کنتاکت‌ها وجود ندارد.قادرند هر دو سوئیچ ON و OFF را بسیار سریع‌تر از آرمیچر یک رله مکانیکی انجام دهند و نویز و حالت گذرا را حذف کنند. رله‌های حالت جامد را بر اساس نوع ورودی DC، AC و آنالوگ و… و نوع خروجی AC و DC طبقه بندی می‌کنند.