Funcionamento dos Relés de Estado Sólido
Os Reles de estado sólido são dispositivos eletrônicos que desempenham funções semelhantes às dos relés eletromagnéticos convencionais, mas sem a necessidade de componentes mecânicos móveis. Em vez disso, eles utilizam componentes semicondutores, como transistores de potência ou tiristores, para controlar o fluxo de corrente elétrica. A confiabilidade do rele de estado sólido é uma de suas principais vantagens, garantindo um desempenho consistente e durável em diversas aplicações.
Os relés de estado sólido são projetados para atuar como chaves eletrônicas, controlando o fluxo de energia em um circuito elétrico. Eles são capazes de fornecer isolamento elétrico entre a entrada de controle e a carga controlada, tornando-os adequados para aplicações de alta potência, bem como para ambientes industriais exigentes.
Esses dispositivos oferecem várias vantagens em relação aos relés eletromagnéticos tradicionais. Por exemplo, eles são mais rápidos na comutação, têm uma vida útil mais longa, são mais resistentes a choques e vibrações e podem ser dimensionados para lidar com altas correntes e tensões.
Os relés de estado sólido são amplamente utilizados em uma variedade de aplicações, como controle de motor, controle de aquecimento, automação industrial, acionamento de carga resistiva ou indutiva e comutação de corrente contínua (CC) ou corrente alternada (CA). Eles oferecem um desempenho confiável e durável, contribuindo para a eficiência e segurança dos sistemas elétricos.
Componentes dos relés de estado sólido:
Circuito de Entrada:
Isolador Foto-Óptico:
O circuito de entrada de um relé de estado sólido é responsável por fornecer o sinal de controle que ativa ou desativa os dispositivos semicondutores de potência. Ele é projetado para fornecer isolamento elétrico entre a parte de controle e a parte de potência do relé.
Existem várias configurações possíveis para o circuito de entrada, mas uma das mais comuns é o uso de um optoacoplador ou isolador óptico. Aqui está uma descrição básica do circuito de entrada utilizando um optoacoplador:
- LED: O circuito de entrada começa com um LED (Light Emitting Diode= diodo emissor de luz). Esse LED é alimentado com uma corrente baixa e é controlado pelo sinal de controle externo. Quando o sinal de controle é aplicado ao LED, ele emite luz.
- Fototransistor ou Fotodiodo: A luz emitida pelo LED é direcionada para o fototransistor ou fotodiodo no optoacoplador. A intensidade da luz incidente no fototransistor ou fotodiodo varia de acordo com o estado do sinal de controle.
- Acoplador óptico: O optoacoplador, também conhecido como acoplador óptico ou optoisolador, é um dispositivo que combina o LED e um fotoacoplador em um único pacote. O fotoacoplador é composto por um fototransistor ou um fotodiodo sensível à luz emitida pelo LED.
A saída do optoacoplador é conectada ao circuito de controle dos dispositivos semicondutores de potência. O sinal elétrico gerado pelo fototransistor ou fotodiodo é amplificado e isolado galvanicamente do sinal de controle externo. Isso evita qualquer interferência eletromagnética e garante a integridade do sinal.
Ao aplicar o sinal de controle adequado ao LED do optoacoplador, a luz emitida ativará o fototransistor ou fotodiodo, gerando o sinal elétrico correspondente na saída do optoacoplador. Esse sinal de saída é então usado para controlar os dispositivos semicondutores de potência, permitindo o acionamento da carga controlada pelo relé de estado sólido.
É importante ressaltar que essa é apenas uma configuração comum para o circuito de entrada de um relé de estado sólido. Em diferentes aplicações e projetos, outras configurações ou circuitos de entrada podem ser utilizados, como acopladores capacitivos ou indutivos.
A luz emitida pelo LED é direcionada ao isolador foto-óptico, também conhecido como acoplador óptico ou fotoacoplador. Esse dispositivo é responsável por isolar eletricamente o circuito de entrada (controle) do circuito de saída (carga). Ele consiste em um emissor óptico (LED) e um detector óptico (fotodiodo) dentro de um invólucro que impede o acoplamento direto entre os dois circuitos.
Circuito de Saída:
O circuito de saída de um relé de estado sólido é responsável por fornecer a conexão entre a carga controlada e os dispositivos semicondutores de potência. Ele garante que a corrente elétrica seja conduzida ou interrompida adequadamente, dependendo do estado do sinal de controle. O circuito de saída pode variar dependendo do tipo de carga (corrente contínua ou corrente alternada) e do dispositivo semicondutor de potência utilizado. A seguir, descreverei dois tipos comuns de circuito de saída: um para controle de corrente contínua (CC) e outro para controle de corrente alternada (CA).
- Circuito de Saída para Corrente Contínua (CC):
- Transistor de Potência: Um transistor de potência, como um MOSFET ou um IGBT, é comumente usado no circuito de saída para controle de corrente contínua. Ele é conectado em série com a carga controlada.
- Diodo de Proteção (Freewheeling): Um diodo de proteção, também conhecido como diodo de freewheeling, é colocado em paralelo com a carga controlada e o transistor de potência. Ele permite que a corrente circule quando o transistor é desligado, protegendo o transistor de possíveis picos de tensão reversa.
- Circuito de Saída para Corrente Alternada (CA):
- Tiristor ou Triac: Para o controle de corrente alternada, são usados dispositivos semicondutores de potência específicos, como tiristores (SCR) ou triacs. Esses componentes são capazes de controlar o fluxo de corrente em ambos os semiciclos do sinal de corrente alternada.
- Optoacoplador Adicional: Devido à alta tensão envolvida em sistemas de corrente alternada, é comum utilizar um optoacoplador adicional no circuito de saída. Ele fornece isolamento elétrico entre o controle de baixa tensão e a parte de potência de alta tensão.
Circuito de Carga:
O circuito de carga está conectado ao circuito de saída do SSR. Quando o circuito de saída é ativado pelo dispositivo de comutação semicondutor, a carga elétrica é energizada e a carga conectada a ele é ligada. Essa carga pode ser qualquer dispositivo elétrico, como motores, lâmpadas, aquecedores, entre outros.
O circuito de comando, também conhecido como circuito de controle, desempenha um papel fundamental no controle do relé de estado sólido (SSR). Ele é responsável por ativar ou desativar o SSR de acordo com as necessidades da aplicação.
Por exemplo, um microcontrolador ou um circuito de controle externo pode fornecer o sinal necessário para acionar o LED do circuito de entrada e controlar o SSR.
Os relés de estado sólido apresentam várias vantagens em relação aos relés eletromecânicos convencionais. Eles possuem tempos de comutação mais rápidos, maior vida útil, consumo de energia reduzido e maior confiabilidade devido à ausência de peças mecânicas móveis suscetíveis a desgaste. Além disso, a utilização de componentes semicondutores e o isolamento óptico proporcionam uma operação livre de ruídos indesejados.
Em resumo, o circuito de comando do relé de estado sólido controla o funcionamento do SSR, permitindo que ele seja ativado ou desativado de forma precisa e confiável. Isso contribui para um desempenho eficiente e uma maior durabilidade do sistema.
Resumo
- Circuito de entrada / Circuito de controle: O circuito de controle é responsável por fornecer o sinal de controle que aciona os dispositivos semicondutores. Geralmente, ele é composto por circuitos eletrônicos, como optoacopladores, que fornecem isolamento elétrico entre a entrada de controle e a parte de potência do relé.
- Dispositivos semicondutores de potência: Esses dispositivos são responsáveis por controlar o fluxo de corrente no circuito. Os transistores de potência, como os MOSFETs (Transistores de Efeito de Campo de Metal-Óxido-Semicondutor) ou IGBTs (Transistores Bipolares de Porta Isolada), são frequentemente utilizados nos relés de estado sólido.
- Dissipador de calor: Como os relés de estado sólido podem lidar com altas correntes, é necessário um dissipador de calor para remover o calor gerado pelos dispositivos semicondutores de potência. Esse componente ajuda a manter a temperatura adequada dos semicondutores, evitando falhas e garantindo uma operação segura.
- Proteção contra sobretensão e surtos: Para proteger os dispositivos semicondutores e garantir a durabilidade do relé, são incluídos circuitos de proteção contra sobretensão e surtos de tensão. Esses circuitos podem envolver varistores, diodos de proteção ou outras técnicas de supressão de transientes.
- Terminais de entrada e saída: Os relés de estado sólido possuem terminais de entrada onde o sinal de controle é aplicado e terminais de saída que estão conectados à carga controlada. Esses terminais são projetados para facilitar a conexão do relé em um circuito elétrico.
E importante considerar que sua construção pode variar conforme a necessidade do projeto.