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Motores, contatores e acionamentos

Calculadora de seleção de relés de estado sólido e dissipadores

Calcule corrente de carga do SSR, corrente nominal mínima, perdas em condução, resistência térmica do dissipador, temperatura de junção, margem a picos e verificação I²t do fusível semicondutor.

Equações elétricas e térmicas de relé de estado sólido

A seleção do SSR combina a equação da corrente de carga com a redução de capacidade indicada pelo fabricante, as perdas por condução, uma rede térmica entre a junção e o ambiente e dados de corrente de pico específicos da forma de onda.

Monofásico ou CC: Icarga = P/(V × fp × η)
trifásico: Icarga = P/(√3 × VLL × fp × η)
Verificação da corrente: ISSR,nominal ≥ Icarga / Fadmissível
Perda de condução de CA: Ppolo ≈ Vligado × Icarga × regime
Perda por condução em CC: Ppolo ≈ Icarga² × RDS(on) × ciclo de serviço
RθSA,max = [TJ,max − TA − Ppole(RθJC + RθCS)] / Ptotal
TJ,estimate = TA + PtotalRθSA + Ppole(RθJC + RθCS)
Rectangular pulse screen: I²t ≈ Ipeak² × tpulse

em que:

Fallowable
Fracção admissível da corrente de cabeçalho a partir da curva de redução de capacidade exata da ficha técnica
VON
Queda máxima de tensão do SSR no estado ligado à corrente de funcionamento[V]
RDS(on)
Resistência de condução máxima da saída CC à temperatura de funcionamento da junção[Ω]
Ppole
Perda de condução num polo de saída[W]
Ptotal
Perda total entregue ao dissipador de calor comum[W]
RθJC
Resistência térmica entre juntas[°C/W]
RθCS
Resistência térmica da interface Caixa para dissipador[°C/W]
RθSA
Resistência térmica do lavatório ao ar[°C/W]
TJ,max
Temperatura máxima permitida da junção de semicondutores[°C]
TA
Temperatura do ar imediatamente ao redor do dissipador de calor[°C]

Utilize as curvas de perda de energia do fabricante e redução de capacidade sempre que disponível. Uma estimativa retangular do I²t não pode ser comparada cegamente com um valor nominal da ficha técnica ou um valor do fusível com base numa duração e temperatura iniciais diferentes.

Como usar a calculadora de relé de estado sólido

Escolha o fluxo de trabalho que corresponde à informação disponível. Selecione um SSR converte potência de carga ou corrente numa verificação de valor nominal elétrica. Dimensão um dissipador de calor calcula perda de condução e o caminho térmico necessário. Verifique se um SSR existente compara um candidato com corrente, tensão, pico, I²t, fusível, fuga e dados de carga mínima inseridos em sua ficha técnica.

  1. Escolha a seleção SSR, dimensionamento de dissipador de calor ou verificação de SSR existente.
  2. Identificar a saída CA ou CC e o tipo de carga real.
  3. Utilize carga medida e corrente de irrupção sempre que disponível.
  4. Introduza valores da ficha técnica piores do que valores típicos.
  5. Reveja todos os indicadores térmicos e de proteção, e não apenas o resultado principal.
  6. Verifique o resultado contra o VIOX exato ou ficha técnica do fabricante antes de encomendar.

CA SSR, CC SSR e compatibilidade de carga

Um SSR de saída CA utiliza normalmente um TRIAC ou tirístores em antiparalelo e depende da passagem da corrente alternada por zero para desligar. Um SSR de saída CC utiliza normalmente um transístor ou MOSFET. A tecnologia da saída deve corresponder ao circuito de carga; um SSR CA comum com TRIAC não substitui um SSR de saída CC.

AplicaçãoEscolha da saída inicialAspeto a considerar na comutação
Aquecedor resistenteSSR de CA com TRIAC/SCRA comutação no cruzamento por zero é habitualmente preferida para o controlo simples de temperatura por ligação e desligação
Aquecedor ou válvula CCCC MOSFET/Transistor SSRVerifique a polaridade, RDS(on) e a supressão indutiva
Motor ou compressorSSR de CA ou CC adequado a motoresA corrente de arranque, os ciclos de funcionamento, o bloqueio do rotor, a perda de fase e a derivação podem determinar a seleção
TransformadorSSR de carga do transformadorCorrente de irrupção magnetizante assimétrica e ponto de ligação requerem revisão especial
Lâmpada Incandescente ou infravermelhaSSR compatível com cargaA corrente de irrupção do filamento frio pode exceder largamente a corrente em regime permanente
Controlador LED ou entrada capacitivaSSR compatível com cargaPulsos de carga curtos, carga mínima e fuga podem governar

Valor nominal de corrente SSR e redução de temperatura

A corrente indicada num SSR é condicional. A corrente contínua admissível depende da temperatura ambiente ou da caixa, do dissipador, da orientação de montagem, do espaçamento, do caudal de ar, da interface térmica e da categoria da carga. Por esse motivo, a calculadora solicita a utilização admissível indicada na ficha técnica, em vez de aplicar um multiplicador universal de duas ou seis vezes.

Usar a curva de corrente admissível à temperatura ambiente real

A corrente de cabeçalho não é automaticamente a corrente instalada

SSR adjacentes e quadros fechados podem exigir redução de capacidade adicional

Cálculo da perda de energia e do dissipador de calor SSR

Para uma saída CA com TRIAC ou SCR, uma primeira estimativa térmica utiliza a tensão no estado ligado multiplicada pela corrente eficaz da carga. Para uma saída CC com MOSFET, a perda por condução é o quadrado da corrente multiplicado pela resistência de condução máxima à temperatura de funcionamento. As resistências térmicas entre a junção e a cápsula, na interface e no dissipador consomem então a subida de temperatura disponível entre o ar local e a temperatura máxima da junção.

Termo térmicoSignificadoNota de seleção
RθJCJunção com o caso SSRUsar o máximo da ficha técnica exata
RθCSDa cápsula, através da pastilha ou pasta térmica, até ao dissipadorDepende do material de interface, planicidade, pressão e montagem
RθSACalor ao ar circundanteDepende do dissipador de calor, orientação, fluxo de ar, altitude e invólucro
TJ,maxTemperatura máxima permitida da junção de semicondutoresUm objetivo de projeto pode necessitar de uma margem inferior ao máximo absoluto
TAAr imediatamente em torno do dissipador de calorUsar a temperatura interna do quadro quando montado num invólucro

Verificação da corrente de pico transitória e do I²t do SSR

Motores, transformadores, lâmpadas, solenoides e fontes de alimentação capacitivas podem apresentar uma corrente de irrupção muito superior à corrente contínua. Compare o valor de pico e a duração reais com as curvas de corrente de pico repetitiva e não repetitiva do SSR. Os valores de I²t só são comparáveis quando a forma de onda, a duração, a frequência da rede, a repetição e a temperatura inicial da junção se baseiam nos mesmos critérios.

  • Utilize dados medidos da corrente de irrupção ou dados do fabricante da carga sempre que possível.
  • Não trate um valor nominal de corrente de pico transitória para um ciclo como um valor nominal para regimes repetitivos.
  • Uma estimativa retangular do I²t não é equivalente ao ensaio de meia onda sinusoidal indicado na ficha técnica.
  • Verificar a supressão de dv/dt e de tensão transitória para cargas indutivas.
  • Verifique a frequência de comutação permitida e o regime de ciclos térmicos.

Fusível semicondutor e coordenação de curto-circuito

Um disjuntor a montante ou um fusível de uso geral pode proteger a cablagem sem proteger a junção semicondutora de um SSR. O I²t total de corte do fusível deve ser coordenado com a capacidade de suportabilidade do SSR, utilizando a tabela aprovada pelo fabricante, a tensão, a corrente de defeito presumível e a margem de segurança. Uma simples comparação entre o I²t do fusível e o I²t suportado pelo SSR constitui apenas uma avaliação preliminar.

Fuga fora do estado, carga mínima e isolamento seguro

A fuga no estado desligado pode fazer com que lâmpadas LED brilhem, cargas sensíveis se movam ou permaneçam energizadas e surja tensão perigosa à saída. Muitos SSR CA também exigem uma corrente mínima de retenção ou de carga. A maioria das falhas de SSR corresponde a curto-circuitos, pelo que o sistema de comando deve definir uma resposta segura e proporcionar isolamento mecânico quando necessário.

  • Não utilize um SSR como único desligamento de manutenção.
  • Verificar fugas na tensão e temperatura máximas de carga.
  • Confirme que a menor carga ligada excede a corrente mínima especificada.
  • Utilizar redes de amortecimento ou sangradores aprovados pelo fabricante quando necessário.
  • Diagnóstico de projeto e comportamento de corte para uma saída SSR em curto-circuito.

Fluxo de trabalho térmico do quadro de comando

O resultado do dissipador de calor SSR fornece o calor liberado no invólucro. Adicione esse valor a disjuntores, fontes de alimentação, acionamentos, transformadores e outras perdas, em seguida, verifique a temperatura do invólucro e arrefecimento. A temperatura do ar do dissipador de calor pode ser substancialmente superior à temperatura ambiente.

Pressupostos

  • corrente eficaz ou CC estável para cálculos térmicos contínuos
  • Ficha técnica digitada pelo utilizador, com parâmetros térmicos
  • Uma temperatura comum de dissipador de calor para módulos que compartilham um dissipador de calor
  • A estimativa Retangular do I²t é mostrada apenas como uma verificação sensível à forma de onda

Avisos importantes

  • Estimativa de engenharia preliminar apenas. Verifique o projeto final em relação à norma aplicável em vigor, regras locais, dados do fabricante e condições do projeto.
  • A seleção final deve basear-se na categoria exata da carga do SSR, na curva de redução de capacidade, nos dados de corrente de pico repetitiva e não repetitiva, na interface térmica, nas instruções de montagem e no fusível semicondutor coordenado.
  • Um SSR pode falhar em curto-circuito, apresenta fuga no estado desligado e não é um dispositivo de seccionamento seguro. Preveja uma arquitetura adequada de seccionamento e proteção.

Perguntas frequentes

Devo selecionar um SSR multiplicando a corrente de carga por dois?

Não como regra universal. Utilize a curva exata do fabricante no ambiente real, dissipador de calor, orientação de montagem, espaçamento e tipo de carga. A entrada de utilização torna essa decisão explícita.

Um CA SSR pode alternar uma carga CC?

Uma SSR de saída de CA de TRIAC ou SCR normalmente depende da passagem por zero da corrente alternada para desligar e não é adequada para CC. Utilize um MOSFET de saída de corrente contínua corretamente classificado ou SSR transistor.

Quando devo utilizar comutação no zero da tensão?

A comutação no zero da tensão é normalmente preferida para aquecimento resistivo simples, de modo a reduzir as interferências eletromagnéticas de comutação. O disparo aleatório ou instantâneo é utilizado no controlo por ângulo de fase e em algumas aplicações indutivas, mas a corrente de irrupção de transformadores e motores exige dados exatos da aplicação.

Será que um SSR fornece isolamento elétrico quando está desligado?

Não. A fuga no estado desligado mantém-se e o modo de defeito comum pode ser um curto-circuito. Utilize um seccionador mecânico ou outro meio de isolamento exigido para efetuar uma manutenção segura.

A resistência calculada do dissipador corresponde a uma referência de produto?

Não. Trata-se da resistência térmica máxima entre o dissipador e o ar no modelo simplificado introduzido. Selecione um dissipador a partir das curvas do fabricante para a orientação, temperatura do invólucro, caudal de ar, dispositivos próximos e interface de montagem.