Nội dung bài viết
Trong tủ điều khiển máy ép nhựa, lò sấy, máy đóng gói, bạn hay gặp những khối vuông bắt trên tấm nhôm có cánh tản nhiệt: đó là rơ le bán dẫn SSR (Solid State Relay). SSR làm cùng việc với rơ le trung gian và contactor, là dùng tín hiệu nhỏ để đóng cắt một mạch lớn hơn, nhưng không có tiếp điểm cơ khí.
Nguyên lý
Bên trong SSR có hai phần cách ly bằng quang (opto):
- Ngõ vào: tín hiệu điều khiển nhỏ, thường 3–32 V DC từ bộ điều khiển nhiệt độ hoặc PLC, làm sáng một đèn LED bên trong.
- Ngõ ra: ánh sáng LED kích linh kiện bán dẫn (thyristor, triac cho tải AC; transistor MOSFET cho tải DC) dẫn điện, cấp điện cho tải.
Vì không có bộ phận chuyển động, SSR không kêu, không có tia lửa, không mòn tiếp điểm, và đóng cắt được rất nhiều lần mỗi phút.
Đọc ký hiệu DA, DD, AA
Nhiều hãng ghi kiểu điều khiển ở cuối mã:
| Ký hiệu | Ngõ vào | Ngõ ra | Dùng cho |
|---|---|---|---|
| DA | DC | AC | Điện trở sấy, đèn, tải AC thông dụng |
| DD | DC | DC | Tải DC: van điện từ DC, động cơ DC nhỏ |
| AA | AC | AC | Khi tín hiệu điều khiển là điện xoay chiều |
Ví dụ: SSR-40 DA là SSR 40 A, điều khiển bằng DC, đóng cắt tải AC.
Đóng tại điểm 0 hay đóng ngẫu nhiên
- Đóng tại điểm 0 (zero-cross): SSR chờ điện áp lưới về 0 mới dẫn, giảm xung dòng và nhiễu. Hợp với tải điện trở như điện trở sấy. Đây là loại phổ biến nhất.
- Đóng ngẫu nhiên (random turn-on): dẫn ngay khi có tín hiệu. Dùng cho tải cảm hoặc khi cần điều khiển góc pha.
Ưu và nhược điểm
Ưu điểm: tuổi thọ cao khi đóng cắt liên tục; điều khiển nhiệt độ mịn bằng chu kỳ bật/tắt nhanh; không tia lửa nên hợp với môi trường có bụi, hơi dễ cháy (khi thiết bị được chứng nhận cho môi trường đó); điều khiển thẳng từ ngõ ra transistor.
Nhược điểm cần biết:
- Tỏa nhiệt: khi dẫn, SSR có sụt áp khoảng 1–1,6 V (tùy loại, xem catalogue), nên luôn tỏa nhiệt.
- Dòng rò khi tắt: vài mA. Đủ để đèn LED nhỏ còn sáng mờ, và không được coi SSR là thiết bị cách ly: tải phía sau vẫn có điện áp nguy hiểm khi SSR tắt.
- Hỏng thường ở trạng thái dẫn: SSR bị quá dòng, quá áp hay quá nhiệt hay hỏng kiểu chập luôn, tải chạy liên tục không tắt được. Lò sấy vì vậy cần thêm bộ bảo vệ quá nhiệt độc lập cắt contactor nguồn.
- Chịu ngắn mạch kém: aptomat thường không cắt kịp để bảo vệ bán dẫn. Nên dùng cầu chì tác động nhanh cho bán dẫn theo khuyến nghị của hãng.
Tản nhiệt: tính nhanh
Nhiệt tỏa ra xấp xỉ sụt áp × dòng tải. Ví dụ tính toán của VITCO: tải 25 A, sụt áp khoảng 1,5 V thì SSR tỏa khoảng 37 W, tương đương một bóng đèn sợi đốt nhỏ bắt trong tủ. Vì vậy:
- Luôn bắt SSR lên đế tản nhiệt đủ lớn, có keo tản nhiệt giữa đáy SSR và đế.
- Chọn dòng định mức dư ra: dòng ghi trên SSR là dòng tối đa khi có tản nhiệt đúng chuẩn ở nhiệt độ thấp. Tủ nóng thì dòng cho phép giảm theo đường suy giảm (derating) trong catalogue. Nhiều kỹ sư chọn SSR có dòng định mức khoảng gấp đôi dòng tải.
- Thông gió tủ: SSR công suất lớn cần quạt hút cho tủ.
Lắp đặt, thay thế SSR trong tủ điện phải do người có chuyên môn thực hiện, sau khi đã cắt điện nguồn tải bằng aptomat hoặc cầu dao, không chỉ ngắt tín hiệu điều khiển.
Thiết bị VITCO liên quan
- Rơ le bán dẫn: SSR 1 pha và 3 pha của Omron, Hanyoung, Fotek, từ 5 A tới 50 A, kèm đế tản nhiệt SSR-HSM-70 cho loại 1 pha.
- Rơ le trung gian Shizuma SZM, SZU: khi tải nhỏ, đóng cắt không thường xuyên, rơ le kiếng có tiếp điểm cơ khí là lựa chọn đơn giản hơn SSR; cuộn hút 24 V DC hoặc 220 V AC.
- Contactor Tengen TGC1: đặt trước SSR làm thiết bị cắt nguồn khi bộ bảo vệ quá nhiệt tác động.
Cần chọn SSR và tản nhiệt cho tải cụ thể, gửi yêu cầu báo giá kèm công suất và điện áp tải để kỹ sư VITCO hỗ trợ.
Nguồn tham khảo
- IEC 62314: rơ le bán dẫn (solid-state relays).
- IEC 60947-4-3: bộ điều khiển và contactor bán dẫn cho tải không phải động cơ.
- Tài liệu kỹ thuật rơ le bán dẫn Omron G3NA, Fotek SSR.
