Por que controladores de potência SCR volumosos são usados ​​quando o mesmo pode ser alcançado com um relé?

Esta é uma pergunta meio noob. Recentemente, adquiri um controlador de potência SCR ( WATLOW DIN-a-mite DB20-24CO-0000 Estilo B ). Esta é a primeira vez que eu realmente testei um controlador SCR para mim. O gatilho de entrada é de 4VDC a 32VDC, que eu energizei com um Li-ion totalmente carregado em 4.1V. Entrada CA: 115VCA do inversor de 12V e saída é um medidor de painel digital de 115V (eu queria tentar primeiro com um dispositivo de baixa potência), embora seja destinado a um aquecedor.

Conforme as especificações, o SCR é classificado para 25Amps. Estão disponíveis relés de corrente com classificação semelhante ou até mais alta e tamanho muito menor.

Portanto, existe algum motivo específico para usar um controlador de energia SCR em um relé / contator de corrente mais alto? Além disso, um controlador de energia SCF é igual a um relé de estado sólido?

Portanto, existe algum motivo específico para usar um controlador de energia SCR em um relé / contator de corrente mais alto? [Dos comentários: O que eu queria perguntar é se um simples controlador acionado por SCR (ignorando o exemplo acima) é melhor que um relé?]

Sim, existem várias vantagens:

• Sem partes móveis.
• Geralmente, é possível alternar com muita frequência (embora a folha de dados da peça escolhida sugira que eles executem um ciclo de trabalho mínimo de 3 s).
• Desligamento com cruzamento zero. Uma das características dos SCRs (incluindo os triacs) é que, uma vez acionados, eles permanecem ligados até a corrente cair abaixo do valor de espera no próximo cruzamento zero.
• A possibilidade de comutação zero-cross no ponto de ligação. Esse tipo de SSR, quando acionado, espera até a próxima cruz zero antes de ligar. Tanto isso quanto o desligamento com cruzamento zero resultam em muito reduzida interferência eletromagnética (EMI).
• A possibilidade de escurecer. Veja a figura 1.

Figura 1. Com SSRs sem cruzamento de zero, é possível escurecer.

• A energia proporcional ainda é possível com SSRs com cruzamento zero, mas em uma escala de tempo mais longa. Isso geralmente é mais do que adequado para o controle do aquecedor, onde as constantes de tempo são longas. Veja a figura 2.

Figura 2. Controle proporcional do tempo de on-off. Observe que o tamanho da etapa é um mínimo de meio ciclo. Isso pode fazer com que a resposta pareça grosseira se o tempo de repetição for curto.

• SSRs são silenciosos.

Também é um SSR quase igual ao controlador acionado por SCR?

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Figura 3. Um SSR muito simples (a), um tiristor (b) e um triac (c).

Um SSR (a) terá isolamento elétrico entre o circuito de disparo e o SCR real. Um controlador SCR pode não e, na sua forma mais simples, pode ser apenas um tiristor ou triac. Observe que na Figura 3a eu mostrei uma fonte de corrente constante para representar o circuito interno que permite que o SSR trabalhe em uma ampla faixa de tensões de entrada - 4 a 32 V no seu exemplo.

Para mais informações, veja:

• Confusão com disparo TRIAC e ponto de cruzamento zero .
• Usando corrente alternada para acionar o Triac .

O relé fornecerá "tudo ligado" ou "tudo desligado", mas o scr poderá controlar o fornecimento através de uma faixa controlável definida de 0 a 100%.

O seu SSR é uma potência controlada por tensão, ajustando a fase do TRiac, que é uma forma de controle proporcional de baixo custo.

No entanto, os aquecedores têm constantes de tempo prolongadas e também podem ser controlados on-off com pequena histerese.

Os controladores lineares evitam as histerias quando usados ​​com um termistor de ponto de ajuste. Você também pode ajustar o ganho para melhorar a regulação. Um desvio excessivo do sensor fará com que ele atue completamente com alto ganho e pouco ganho terá mais ultrapassagem quando uma porta fechar ou mais atraso quando uma porta fria for aberta.

Ao contrário de apenas um ZCS Triac ou Relay, esta unidade permite compensação externa de PID para o controle ideal de temperatura com. distúrbios. Um relé tem um ciclo de vida muito menor do que os SSRs, dependendo da classificação da carga e da qualidade do relé em cerca de 50k ciclos MTBF ... Quantos ciclos por hora você espera depende da histerese. (0,5 a 1 'C)

No entanto, assumi controle proporcional na observação acima. Os melhores controladores incluem sinal PID condicional em feedback de temperatura versus erro de ponto de ajuste.

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Um relé de estado sólido é apenas a "coragem", por assim dizer, do SSPC, que é a parte de comutação real dentro sem todos os recursos sofisticados. Requer controle externo. Mas se tudo o que você deseja é substituir um relé e não precisar de todos os recursos sofisticados de um SSPC, essas são uma alternativa a um relé.

Os relés apresentam problemas de arco de contato e oxidação, erosão e soldagem, além de tudo o que se relaciona com peças físicas e móveis - atrasos mais longos e rejeição de contato, etc.

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É possível organizar um híbrido de um relé e um SSR, onde você ativa ambos. O SSR será mais rápido e não terá problemas de arco. Então o relé será acionado, mas como o SSR já está ativo, quase não haverá arcos nos contatos e o ressalto também é irrelevante. Então isso é legal. Quando o relé finalmente é acionado, ele assume o controle e o SSR não dissipa mais energia. Portanto, o afundamento de calor para o SSR não é uma preocupação e pode ser muito menor. Duvido que os SSMCs possam usar uma abordagem híbrida em si mesmos e ainda manter muitos de seus outros recursos.

Em suma, existem opções. E isso é uma coisa agradável, suponho. É apenas uma questão de decidir o que é melhor para a situação.

Por que evitar relés? Geralmente, devido ao custo / tamanho versus vida limitada e modo de falha.

Os SCRs são pequenos e baratos, mas são vulneráveis ​​a surtos e picos de linha. Podem ser incluídos circuitos de proteção e monitoramento da CPU.

Um relé pequeno e barato terá vida útil limitada, pois os contatos são corroídos lentamente por arco durante a abertura e por corrosão / vaporização da superfície durante o fechamento. Eventualmente, o relé se tornará irregular, recusando-se a fechar (fragmentos de óxido no caminho) ou quando os contatos corroídos forem soldados juntos. Até que isso ocorra, um relé barato pode ser mais confiável que um SCR, portanto, sua proteção / monitoramento adicional não é necessária.

A vida do relé pode ser bastante prolongada usando relés fisicamente grandes e mais caros (com alta força de fechamento e contatos largos e grossos). Esse dispositivo será grande demais para caber dentro do seu controlador? Seu controlador está lidando com várias saídas, ou apenas uma?

Pequena questão separada: os relés possuem sincronização CA não sincronizada e chute indutivo e criam ruído elétrico, mas os SCRs podem usar comutação de baixo ruído e cruzamento de zero. Algumas aplicações confidenciais (laboratórios de pesquisa etc.) podem impedir o uso de controladores baseados em relé.