Relés de estado sólido | Funcionamento e aplicações

Relés de estado solido, ou em inglês solid state relay (SSR), são semicondutores que têm as mesmas funções dos relés eletromecânicos convencionais e contatores: comutar uma carga maior a partir de uma carga de menor intensidade.
Esse tipo relé difere de um relé eletromecânico pois não possuem em seu mecanismos elementos mecânicos ou peças móveis, funcionando a partir de tiristores ao invés dos contatos, o tiristor é um tipo de diodo que possui um “Gate”, desse modo a corrente só atravessa o tiristor se seu gate for energizado por uma corrente elétrica, assim a comutação do relé é feita sem o fechamento de contatos e sim por um processo químico do tiristor.
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Vantagens no uso de relés de estado sólido
O rele estado solido consiste na alternativa moderna ideal para uso em lugar dos antigos relés eletromecânicos por apresentarem diversas vantagens em relação aos relés eletromecânicos quando utilizados com a aplicação correta, tais como:
- Devido a ausência de contatos um rele de estado solido não gera arco elétrico;
- Seus componentes apresentam um menor desgaste com o uso;
- Não ocorre o problema do repique dos contatos;
- Um rele de estado solido não produz o ruido na atuação;
- Reles de estado solido não geram Interferência por rádio frequência (IRF) Interferência Eletromagnética (EMI) na comutação;
- Tempo de comutação consideravelmente menor;
- Vida útil e durabilidade maiores pois não há desgaste de contatos nem partes mecanicas;
- Relés de estado sólido possuem faixa de tensões e correntes de operação maiores;
- Se comparados a relés e contatores comuns requerem correntes muito menores para o acionamento;
- Menor tamanho físico;
- Maior resistência a vibrações mecânicas;
- Compatíveis com microprocessadores e lógica TTL;
- Respondem a frequência de acionamento elevadas, permitindo assim controle de luminosos e temperatura;
Principais desvantagens
Não obstante a gama de vantanges que os relés de estado sólido apresentam, existem algumas desvantagens a serem consideradas e analizadas como:
- O circuito de saída é sensível podendo ser danificado por sobre-tensões;
- A saída precisa de uma tensão e corrente mínima para operar;
- Em alguns casos podem ter um custo mais elevado que relés convencionais;
- Normalmente estão restritos à operações com um único pólo;
- A resistência ON é maior do que a dos relés convencionais;
- A capacitância de saída é maior no rele estado solido;
- É mais sensível a transientes;
- Há aquecimento quando correntes elevadas são controladas;
- A corrente de fuga no estado OFF é maior no rele estado solido;
Principais aplicações dos relés de estado sólido
A utilização dos relés de estado sólido vem crescendo a cada dia no brasil seguindo uma tendência mundial, são largamente utilizados para Controle de Processos Industriais, especialmente em controle de temperatura nos aquecimentos e resfriamentos, motores, válvulas, solenoides, lâmpadas, transformadores, e etc.
As principais aplicações por área do rele estado solido são:
- Fabricantes de máquinas ( injetoras, extrusoras, sopradoras, embalagem);
- Indústria alimentícia;
- Iluminação industrial;
- Sistemas de segurança;
- Automação industrial;
- Controladores de demanda de energia;
- Automação bancária;
- Controladores de tráfego;
- Instrumentação eletrônica;
- Equipamentos de testes;
- Equipamentos de escritório;
- Equipamentos médicos e hospitalares;
- Displays;
- Controle de elevadores;
- Equipamentos meteorológicos.
Em decorrência da larga utilização de relés de estado sólido na industria em diversos países do mundo, as empresas fabricantes de controladores de temperatura começaram a incorporar saídas pulsadas do tipo PWM especificamente para acionamentos de relés de estado sólido. Isto também ocorre nos SDCDs e CLPs.
Cuidados na aplicação de um relé de estado sólido
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Cuidados no Dissipamento de Calor
Recomenda-se a utilização de algum mecanismos de dissipamento de calor, proporcional a potencia do relé, considerando também as condições do ambiente onde o relé irá trabalhar.
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Utilização de fusíveis de proteção
Os relés de estado sólido, quando submetidos a um “curto” em sua saída, sofrem danos, entrando em estado de “curto” interno.
Isto é perigoso, pois, a partir desse momento a carga fica energizada continuamente e determinadas precauções devem ser tomadas para evitar superaquecimentos nos processos controlados. Para que isto não aconteça, os fusíveis ultra-rápidos são colocados de forma a garantir que os relés estejam protegidos além de abrir o circuito de forma a evitar o superaquecimento nos processos controlados.
Para o dimensionamento de fusíveis ultra-rápidos temos que verificar a taxa de I ²x t do relé. Esta taxa é o valor que determina a escolha do fusível ultra-rápido em caso de curto circuito na saída do relé. Estes fusíveis devem ser cuidadosamente escolhidos para garantia de proteção do relé de estado sólido. O valor do fusível deverá estar entre o valor do relé de estado sólido e a corrente nominal da carga, porém o mais próximo possível do valor da carga.
Tipos de Relés de Estado Sólido
- Relés pequenos para DC
- Relés AC para Controle de Energia a Partir da Rede