Ecuaciones eléctricas y térmicas del relé de estado sólido
La selección de un SSR combina la ecuación de corriente de carga con la reducción del fabricante, las pérdidas de conducción, la red térmica unión-ambiente y los datos de sobrecorriente para la forma de onda específica.
Single phase or DC: Iload = P/(V × pf × η)Three phase: Iload = P/(√3 × VLL × pf × η)Current screen: ISSR,rated ≥ Iload / FallowableAC conduction loss: Ppole ≈ VON × Iload × dutyDC conduction loss: Ppole ≈ Iload² × RDS(on) × dutyRθSA,max = [TJ,max − TA − Ppole(RθJC + RθCS)] / PtotalTJ,estimate = TA + PtotalRθSA + Ppole(RθJC + RθCS)Rectangular pulse screen: I²t ≈ Ipeak² × tpulsedonde:
- Fallowable
- Fracción admisible de la corriente nominal según la curva exacta de reducción de ficha
- VON
- Caída de tensión máxima del SSR en conducción a la corriente de servicio[V]
- RDS(on)
- Resistencia máxima de la salida CC en conducción a la temperatura de unión de servicio[Ω]
- Ppole
- Pérdida de conducción en un polo de salida[W]
- Ptotal
- Pérdida total transferida al disipador común[W]
- RθJC
- Resistencia térmica unión-carcasa[°C/W]
- RθCS
- Resistencia térmica de la interfaz carcasa-disipador[°C/W]
- RθSA
- Resistencia térmica disipador-aire[°C/W]
- TJ,max
- Temperatura máxima permitida de la unión del semiconductor[°C]
- TA
- Temperatura del aire inmediatamente alrededor del disipador[°C]
Use las curvas de pérdidas y reducción del fabricante siempre que estén disponibles. Una estimación rectangular de I²t no puede compararse directamente con un valor de ficha de semionda ni con un fusible basado en otra duración y temperatura inicial.
Cómo usar la calculadora de relés de estado sólido
Elija el flujo que corresponda a la información disponible. Seleccionar un SSR convierte la potencia o corriente de carga en una selección eléctrica. Dimensionar un disipador calcula las pérdidas y la ruta térmica necesaria. Comprobar un SSR existente compara un candidato con los datos de corriente, tensión, sobrecorriente, I²t, fusible, fuga y carga mínima de su ficha.
- Elija selección de SSR, dimensionamiento del disipador o verificación de un SSR existente.
- Identifique la salida CA o CC y el tipo real de carga.
- Use la corriente de carga y de arranque medida siempre que sea posible.
- Introduzca valores máximos de ficha en lugar de valores típicos.
- Revise todas las métricas térmicas y de protección, no solo el resultado principal.
- Verifique el resultado con la ficha exacta de VIOX o del fabricante antes de realizar el pedido.
Compatibilidad entre SSR de CA, SSR de CC y la carga
Un SSR de salida CA suele usar un TRIAC o tiristores en antiparalelo y depende del paso por cero de la corriente para apagarse. Un SSR de salida CC suele usar un transistor o MOSFET. La tecnología de salida debe corresponder al circuito; un TRIAC de CA convencional no sustituye a un SSR de salida CC.
| Solicitud | Opción inicial de salida | Consideración de conmutación |
|---|---|---|
| Calefactor resistivo | SSR de CA con TRIAC/SCR | El paso por cero suele preferirse para el control sencillo de temperatura todo/nada |
| Calefactor o válvula de CC | SSR de CC con MOSFET/transistor | Compruebe la polaridad, RDS(on) y la supresión inductiva |
| Motor o compresor | SSR de CA o CC apto para motor | Pueden gobernar la corriente de arranque, los ciclos, el bloqueo, la pérdida de fase y el bypass |
| Transformador | SSR apto para carga de transformador | La magnetización asimétrica y el instante de conexión requieren una revisión específica |
| Lámpara incandescente o infrarroja | SSR compatible con la carga | El arranque del filamento frío puede superar ampliamente la corriente estable |
| Controlador LED o entrada capacitiva | SSR compatible con la carga | Pueden gobernar los pulsos breves de carga, la carga mínima y la fuga |
Corriente nominal del SSR y reducción por temperatura
La corriente impresa en un SSR es condicional. La corriente continua admisible depende de la temperatura ambiente o de carcasa, el disipador, la orientación, la separación, la ventilación, la interfaz térmica y la categoría de carga. Por eso la calculadora solicita la utilización admisible de ficha en vez de aplicar un multiplicador universal.
Use la curva de corriente admisible a la temperatura ambiente real
La corriente nominal destacada no es automáticamente la corriente admisible instalada
Los SSR adyacentes y los cuadros cerrados pueden requerir una reducción adicional
Cálculo de pérdidas y disipador del SSR
Para una salida CA con TRIAC o SCR, la primera estimación térmica multiplica la tensión en conducción por la corriente RMS. Para una salida CC con MOSFET, la pérdida es la corriente al cuadrado por la resistencia máxima a la temperatura de servicio. Las resistencias térmicas unión-carcasa, interfaz y disipador consumen el salto térmico disponible entre el aire local y la temperatura máxima de unión.
| Término térmico | Significado | Nota de selección |
|---|---|---|
| RθJC | Unión a carcasa del SSR | Use el máximo exacto de la ficha técnica |
| RθCS | Carcasa a disipador a través de almohadilla o compuesto | Depende del material de interfaz, la planitud, la presión y el montaje |
| RθSA | Disipador al aire circundante | Depende del disipador, la orientación, la ventilación, la altitud y el armario |
| TJ,max | Temperatura máxima permitida de la unión del semiconductor | El objetivo de diseño puede necesitar margen por debajo del máximo absoluto |
| TA | Aire inmediatamente alrededor del disipador | Use la temperatura interior del cuadro cuando esté montado en un armario |
Verificación de sobrecorriente e I²t del SSR
Motores, transformadores, lámparas, solenoides y fuentes capacitivas pueden tener un arranque muy superior a la corriente continua. Compare el pico y la duración reales con las curvas repetitivas y no repetitivas del SSR. Los valores I²t solo son comparables si forma de onda, duración, frecuencia, repetición y temperatura inicial usan la misma base.
- Use la corriente de arranque medida o los datos del fabricante de la carga cuando sea posible.
- No trate una sobrecorriente nominal de un ciclo como capacidad repetitiva.
- Una estimación rectangular de I²t no equivale a un ensayo de ficha de semionda.
- Compruebe el dv/dt de conmutación y la supresión de transitorios en cargas inductivas.
- Verifique la frecuencia de conmutación permitida y el ciclo térmico.
Coordinación del fusible semiconductor y el cortocircuito
Un interruptor o fusible general puede proteger el cableado sin proteger la unión semiconductor del SSR. El I²t total de corte del fusible debe coordinarse con la resistencia del SSR mediante la tabla aprobada, la tensión, la corriente de defecto prevista y el margen de seguridad. Comparar simplemente ambos I²t es solo una comprobación inicial.
Continuar con la calculadora de dimensionamiento de fusibles
Fuga en apagado, carga mínima y aislamiento seguro
Un SSR no es un contacto mecánico abierto. La fuga puede hacer brillar lámparas LED, mover cargas sensibles o mantenerlas energizadas y dejar tensión peligrosa en la salida. Muchos SSR de CA también requieren una corriente mínima. Como la mayoría de fallos son en cortocircuito, el sistema debe definir una respuesta segura y proporcionar aislamiento mecánico cuando sea necesario.
- No use un SSR como único seccionamiento para mantenimiento.
- Compruebe la fuga a la tensión y temperatura máximas de carga.
- Confirme que la menor carga conectada supera la corriente mínima especificada.
- Use redes snubber o resistencias de descarga aprobadas por el fabricante cuando sean necesarias.
- Diseñe el diagnóstico y la parada para una salida SSR en cortocircuito.
Flujo térmico del cuadro de control
El resultado del disipador indica el calor liberado dentro del armario. Súmelo a las pérdidas de interruptores, fuentes, variadores, transformadores y demás equipos; después compruebe la temperatura y refrigeración del armario. El aire junto al disipador puede estar mucho más caliente que la sala.
Añadir las pérdidas del SSR al calor del cuadroCalcular la refrigeración del armarioComparar el dimensionamiento de un contactor mecánico
Supuestos
- Corriente RMS estable o CC para los cálculos térmicos continuos
- Parámetros térmicos y de reducción de ficha introducidos por el usuario
- Una temperatura común de disipador para los módulos que lo comparten
- La estimación rectangular de I²t se muestra solo como comprobación dependiente de la forma de onda
Advertencias importantes
- Estimación preliminar de ingeniería únicamente. Verifique el diseño final con la norma aplicable actual, las reglas locales, los datos del fabricante y las condiciones del proyecto.
- La selección final debe usar la categoría de carga exacta, la curva de reducción, los datos de sobrecorriente repetitiva y no repetitiva, la interfaz térmica, las instrucciones de montaje y el fusible semiconductor coordinado.
- Un SSR puede fallar en cortocircuito, presenta fuga en apagado y no es un dispositivo de aislamiento seguro. Instale un seccionamiento y una arquitectura de protección adecuados.