Skip to main content

Elektrik Röleleri ve SSR Nedir ? | Elektronik Giriş Çıkış Cihazları Serisi

ELEKTRİK RÖLELERİ VE SSR NEDİR ? 

Elektrik röleleri nedir  ve nasıl kullanılırlar ? Elektrik röleleri tipleri ve yapıları nasıldır ? SSR nedir ve nerelerde nasıl kullanılır ? Aralarında ki fark nedir ? Bu ve benzeri sorulara yanıt aradığımız Elektrik Röleleri ve SSR Nedir adlı yazımızla karşınızdayız.

Başlayalım.

ELEKTRİK RÖLELERİ VE SSR

Şimdiye kadar, çeşitli fiziksel değişkenleri ve sinyalleri algılamak için kullanılabilecek ve bu nedenle Sensörler olarak adlandırılan bir dizi giriş cihazı hakkında konuştuk.

Ancak, bazı harici fiziksel süreçleri kontrol etmek veya çalıştırmak için kullanılan çıkış cihazları olarak sınıflandırılan çeşitli elektrikli ve elektronik cihazlar da vardır.

Bu çıkış cihazlarına genellikle Aktüatörler denir.

Aktüatörler bir elektrik sinyalini hareket, kuvvet, ses vb. gibi karşılık gelen bir fiziksel miktara dönüştürürler.Aktüatör aynı zamanda bir transdüser(çevirici) olarak da sınıflandırılır, çünkü bir fiziksel tip miktarını diğerine değiştirir ve genellikle düşük voltajlı bir komut sinyali tarafından çalıştırılırlar.

 Aktüatörler, çıkışlarının sahip olduğu kararlı durumların sayısına göre ikili veya sürekli cihazlar olarak sınıflandırılabilir.

Örneğin, bir röle enerjili ve on veya enerjisiz ve off iki sabit duruma sahipken ikili aktüatördür, bir motor ise tam 360 derecelik bir hareket boyunca dönebildiği için sürekli bir aktüatördür.

En yaygın kullanılan aktüatör tipleri veya çıkış cihazları, Elektrik Röleleri, Işıklar, Motorlar ve Hoparlörlerdir.

Solenoidlerin girişleri, valfleri açmak veya kapatmak, çeşitli robotik ve mekatronik uygulamalarda vb. elektriksel olarak açmak için kullanılabileceğini daha önce görmüştük.Ancak, eğer solenoid piston bir veya daha fazla elektrik kontağı setini çalıştırmak için kullanılıyorsa, sonsuz sayıda farklı şekillerde kullanılabilecek kadar faydalı olan ‘röle’ adı verilen bir cihazımız bulunmaktadır ve bu derste Elektrik Rölelerine bakacağız.

Elektrik Röleleri ayrıca “Elektromekanik Röleler” olarak adlandırılan mekanik aksiyon röleleri ve yarı iletken transistör, tristör, triyak vb. gibi cihazlar olan “Katı Hal Röleleri” veya SSR’ler olarak adlandırılan anahtarlama cihazları olarak da kullanabilirler.

Elektromekanik Röle

Röle terimi genellikle bir kontrol sinyali uygulamasına cevap olarak iki veya daha fazla nokta arasında elektrik bağlantısı sağlayan bir cihazı ifade eder.

En yaygın ve yaygın olarak kullanılan elektrik rölesi tipi elektromekanik röle veya EMR’dir.

Herhangi bir ekipmanın en temel kontrolü onu “AÇIK” ve “KAPALI” duruma getirme yeteneğidir. Bunu yapmanın en kolay yolu, elektrik beslemesini kesmek için anahtar kullanmaktır.

Anahtarlar bir şeyi kontrol etmek için kullanılabilmesine rağmen, dezavantajları vardır.Bunlardan en büyük olan dezavantaj ise manuel olarak (fiziksel olarak) “AÇIK” veya “KAPALI” olmalarıdır.

Bununla birlikte, Elektrik Röleleri, temel olarak her türlü uygulama için uygun şekillerde, boyutlarda ve güç değerlerinde gelen elektrikle çalışan anahtarlardır.

Röleler, aynı zamanda şebeke voltajı veya yüksek akım anahtarlama uygulamaları için kullanılan “Kontaktörler” olarak adlandırılan daha büyük güç röleleriyle tek bir pakette tek veya çoklu kontaklara sahip olabilir.

Elektrik röleleri hakkındaki bu eğitici yazıda, sadece motor kontrol veya robot devrelerinde kullanabileceğimiz elektromekanik rölelerin temel çalışma prensipleriyle ilgileneceğiz.

Röleler, genel olarak elektriksel ve elektronik kontrol veya anahtarlama devrelerinde ya doğrudan PCB panolarına monte edilmiş ya da serbest olarak bağlanmış ve yük akımlarının normalde 20+ ampere kadar amper gereksinimleri olduğu durumlarda kullanılır.Röle devreleri Elektronik uygulamalarında yaygındır.

Adından da anlaşılacağı gibi, elektromekanik röleler, düşük voltajlı bir elektrik kontrol sinyalinin AC veya DC tarafından röle terminalleri boyunca uygulanmasıyla üretilen manyetik akıyı röle terminalleri boyunca çalıştıran ve aslında bir çekme kuvvetine dönüştüren elektro-manyetik cihazlardır. . Elektromekanik rölenin en yaygın şekli, geçirgen bir demir çekirdeğin etrafına sarılmış “birincil-ana devre” olarak adlandırılan enerji verici bir bobinden oluşur.

Bu demir çekirdeğin hem ‘yoke’ adı verilen sabit bir kısmı, hem de sabit elektrik bobini ile hareketli armatür arasındaki hava boşluğunu kapatarak manyetik alan devresini tamamlayan armatür adı verilen hareketli bir yay yüklü kısmı vardır.

Armatür, kendisine bağlı olan elektriksel temas noktalarını kapatarak oluşturulan manyetik alan içinde serbestçe hareket etmesine izin verecek şekilde menteşeli veya dönerdir.Yoke ve armatür arasına bağlananlar, normalde dönüş vuruşunun röle bobini “enerjisiz” durumda olduğunda kontakları ilk konumlarına “sıfırlamak” için kullanılan bir yaydır (veya yaylar), yani “KAPALI” konumudur.

 

elektrik röleleri ve ssr nedir

Elektromekanik Röle Yapısı

Yukarıdaki basit rölede iki adet elektriksel iletken kontak vardır.Röleler “Normal Açık” veya “Normal Kapalı” olabilir.

Bir kontak çifti -> Normalde Açık (NO) olarak sınıflandırılır veya kontakları açıktır diyebiliriz ve diğerlerini Normal Olarak Kapalı, (NC) olarak sınıflandırır veya kontakları keser.

Normalde açık konumda, kontaklar sadece alan akımı “ON” olduğunda ve anahtar kontakları endüktif bobine doğru çekildiğinde kapanır.

Normalde kapalı konumda, kontaklar normal konumlarına dönerken alan akımı “KAPALI” olduğunda kontaklar kalıcı olarak kapatılır.Bu terimler Normalde Açık, Normalde Kapalı olarak  ; kontakların, röle bobininin enerjisi kesildiğinde, yani röle bobinine besleme olmadığında elektrik kontaklarının durumunu belirtir.

Rölelerin kontakları bir devreyi tamamlayan birbirine temas eden ve devre akımının tıpkı bir anahtar gibi akmasını sağlayan elektriksel olarak iletken metal parçalarıdır.

Kontaklar açıkken, Mega-Ohm değerlerinde, kontaklar arasındaki direnç çok yüksektir, açık devre durumu oluşturur ve devre akımı akmaz.

Kontaklar kapatıldığında, kontak direnci sıfır olmalı, kısa devre olmalı, fakat bu her zaman böyle olmayabilir.

Tüm röle kontakları kapatıldıklarında belirli bir miktarda “temas direnci” vardır ve buna da FET’lere benzer şekilde “Direnç” denir.

Yeni bir rölede ve kontaklarla, bu ON-direnci çok küçük olacaktır, genellikle 0,2Ω’den düşük olacaktır, çünkü uçlar yeni ve temizdir, ancak zamanla uç direnci artacaktır.

Örneğin. Kontaklar 10A gibi bir yük akımından geçiyorsa, Ohm Yasası kullanan kontaklar arasındaki voltaj düşüşü 0,2 x 10 = 2 volttur, besleme voltajı 12 volt ise o zaman yük voltajı sadece 10 volt olacaktır (12 – 2).

 Kontak uçları aşınmaya başladığında ve yüksek endüktif veya kapasitif yüklerden düzgün şekilde korunmadıkları takdirde, devre akımı röle bobini iken kontaklar açılmaya başladığında hala akmak istediği için ark hasar belirtileri göstermeye başlayacaktır ve röle enerjisiz duruma geçecektir.

Temas noktaları arasındaki bu kıvrılma veya kıvılcımlanma, temas uçları hasarlandıkça uçların temas direncinin daha da artmasına neden olacaktır.

Devam etmesine izin verilirse, temas uçları fiziksel olarak kapalı oldukları ancak herhangi bir veya çok az akımı geçmedikleri noktaya geldiğinde çok yanabilir ve hasar görebilir.

Bu ark hasarı şiddetli hale gelirse, kontaklar sonunda kısa devre durumu ve kontrol ettikleri devrede muhtemel bir hasara neden olarak birlikte birbirine yapışır.Eğer şimdi 1Ω gibi bir değer nedeniyle temas direnci artmışsa, aynı yük akımı için kontaklar arasındaki voltaj düşüşü 1 x 10 = 10 volt dc’ye yükselir. Kontaklar arasındaki bu yüksek voltaj düşümü, özellikle 12 veya 24 voltta çalışıyorsa, yük rölesi için kabul edilemez olabilir, sonra hatalı rölenin değiştirilmesi gerekecektir.

Temaslı ark ve yüksek “On-rezistans” etkilerini azaltmak için, aşağıda belirtildiği gibi röle ömrünü uzatmak için temas uçları, çeşitli gümüş bazlı alaşımlardan yapılır veya kaplanır.

Elektrik Rölesi Kontak Ucu Malzemeleri

Ag (ince gümüş)

  1. Elektriksel ve termal iletkenlik tüm metallerin en yükseğidir.
  2. Düşük temas direncine sahiptir, ucuzdur ve yaygın olarak kullanılır.
  3. Kontaklar kolayca sülfürlenme etkisiyle kararır.

AgCu (gümüş bakır)

  1. “Sert gümüş” kontaklar olarak bilinir ve daha iyi aşınma direnci ile ark ve kaynak yapma eğiliminde olanların eğilimi azalır, ancak biraz daha yüksek temas direnci vardır.

AgCdO (gümüş kadmiyum oksit)

  1. Ark ve kaynak yapma eğilimi çok az, iyi aşınma direnci ve ark söndürme özellikleri.

AgW (gümüş tungsten)

  1. Sertlik ve erime noktası yüksek, ark direnci mükemmel.
  2. Değerli bir metal değil.
  3. Direnci azaltmak için yüksek temas basıncı gerekir.
  4. Temas direnci nispeten yüksektir ve korozyona karşı direnç zayıftır.

AgNi (gümüş nikel)

  1. Gümüşün elektrik iletkenliğine, mükemmel ark direncine eşittir.

AgPd (gümüş paladyum)

  1. Düşük temas aşınması, daha fazla sertlik.
  2. Pahalı.

Platin, Altın ve Gümüş Alaşımları

  1. Özellikle düşük akım devreleri için kullanılan mükemmel korozyon direnci.

Röle üreticileri manuelleri <-> datasheetleri , yalnızca dirençli DC yükler için maksimum temas dereceleri sunar ve bu derecelendirme, AC yükler veya yüksek endüktif veya kapasitif yükler için büyük ölçüde azaltılır.

Değişken akımları endüktif veya kapasitif yüklerle değiştirirken uzun ömür ve yüksek güvenilirlik sağlamak için röle kontaklarında bir çeşit ark bastırma veya filtreleme gerekir.

Röle uçlarının ömrünü, açıldıkları sırada oluşan yay miktarını azaltarak uzatmak, elektriksel röle temas uçlarına paralel olarak elektriksel olarak bir RC Snubber Ağı denilen bir Rezistör-Kondansatör ağı bağlayarak elde edilir.

Kontaklar açık olduğunda meydana gelen voltaj değeri, RC şebekesi tarafından güvenli bir şekilde kısa devre yapacaktır, böylece kontak uçlarında üretilen arkları bastıracaktır. Örneğin.

elektrik röleleri ve ssr  arasındaki fark

Elektriksel Röle Snubber Devresi

Elektrik Rölesi Kontak Tipleri

Röle kontaklarının nasıl bağlandığını açıklamak için kullanılan Normalde Açık, (NO) ve Normalde Kapalı, (NC) standart açıklamalarının yanı sıra, röle temasları ,  hareketlerii ile de sınıflandırılabilir. Elektrik röleleri, her bir “kontak” ile “kutup” olarak adlandırılan bir veya daha fazla anahtar kontağından oluşabilir.

Bu kontakların veya kutupların her biri, röle bobinine enerji verilerek birbirine bağlanabilir veya “ayrılabilir” ve bu, kontak tiplerinin aşağıdaki gibi tanımlanmasına yol açar:

SPST – Tek Kutuplu Tek Kontak

SPDT – Tek Kutuplu Çift Kontak

DPST – Çift Kutuplu Tek Kontak

DPDT – Çift Kutuplu Çift Kontak

Kontakların hareketi ile de açık  veya kapalı olarak tanımlanır.

“Tek Kutuplu Çift Kontak – (Kapalı olmadan önce Açık)” veya SPDT – (B-M)

Devre veya şematik diyagramlardaki röleleri tanımlamak için elektrik rölesi kontak tipleri için kullanılan daha yaygın diyagramlardan bazılarına örnekler aşağıda verilmiştir, ancak daha birçok muhtemel yapılandırma vardır.

Elektrik Rölesi Kontak Konfigürasyonları (Resim üzerinde görebilirsiniz)

Burada ;

C Ortak uçtur

NO Normalde Açık kontaktır

NC Normalde Kapalı kontaktır

Elektromekanik röleler ayrıca kontaklarının veya anahtarlama elemanlarının kombinasyonları ve tek bir röle içinde birleştirilen kontakların sayısı ile belirtilir.

Elektriksel rölelerin kullanımı hakkında hatırlanması gereken son nokta ise yüksek yük akımlarının üstesinden gelmek için röle kontaklarını paralel olarak bağlamak önerilmez.

Örneğin, asla mekanik olarak çalıştırılan röle kontakları aynı anda asla kapanmaz veya açılmaz, çünkü her biri 5A kontak değerine sahip paralel olarak iki röle kontaklı 10A yük sağlamaya çalışır.

Sonuç olarak, kontaklardan birinin kısa bir an için bile daima aşırı yüklenmesi, rölenin zaman içinde erken bozulmasına neden olur.

Ayrıca, düşük güçte elektronik veya bilgisayar tipi devrelerin nispeten yüksek akımları veya gerilimleri hem “AÇIK” hem de “KAPALI” olarak değiştirmelerini sağlamak için elektrik röleleri kullanılabilir.

Asla aynı röle içindeki örneğin yüksek gerilim AC (240v) ve düşük gerilim DC (12v) gibi farklı yük voltajlarını birbirine karıştırmayın, her zaman emniyet için ayrı röleler kullanın.

Herhangi bir elektrik rölesinin en önemli parçalarından biri bobinidir.Bu, elektrik akımını rölelerin kontaklarını mekanik olarak çalıştırmak için kullanılan elektromanyetik bir akıya dönüştürür.

Röle bobinleriyle ilgili temel sorun, kablo bobinlerinden yapıldıkları için “son derece endüktif yükler” olmalarıdır.Herhangi bir tel bobini, seri (LR Serisi Devre) direnç (R) ve endüktanstan (L) oluşan bir empedans değerine sahiptir.

Akım bobinden akarken etrafından kendiliğinden indüklenen bir manyetik alan oluşur.Bobin içindeki akım “KAPALI” konuma getirildiğinde, manyetik akı bobin içinde çökerken (trafo teorisi) büyük bir geri emf (elektromotor kuvveti) voltajı üretilir.

Bu indüklenmiş ters voltaj değeri, anahtarlama voltajına kıyasla çok yüksek olabilir ve röle bobinini çalıştırmak için kullanılan bir transistör, FET veya mikro denetleyici gibi herhangi bir yarı iletken cihaza zarar verebilir.

Transistöre veya herhangi bir anahtarlama yarı iletken cihaza zarar vermeyi önlemenin bir yolu, röle bobini boyunca ters taraflı bir diyot bağlamaktır.

Bobinden geçen akım “KAPALI” duruma getirildiğinde, manyetik akı bobinde çökerken indüklenen bir geri emf üretilir.

Bu ters voltaj ileri iletimi, yarı iletken transistöre zarar gelmesini önleyen depolanan enerjiyi ileten ve dağıtan diyotu bastırır.

Bu tip uygulamalarda kullanıldığında, diyot genel olarak bir Volan Diyotu, Serbest Seyir Diyotu ve hatta Geri Çekilme Diyotu olarak bilinir, ancak hepsi aynı anlama gelir. Koruma için bir volan diyot gerektiren diğer endüktif yük tipleri, selonoidler, motorlar ve endüktif bobinlerdir.

Yarı iletken bileşenlerin korunması için volan Diyotlarının yanı sıra, koruma için kullanılan diğer cihazlar arasında RC Snubber Networks, Metal Oksit Varistörleri veya MOV ve Zener Diyotları bulunur.

Katı Hal Rölesi (Solid State Relay- SSR)

Elektromekanik röle (EMR) ucuz, kullanımı kolay ve düşük güç, elektriksel olarak yalıtılmış bir giriş sinyali tarafından kontrol edilen bir yük devresinin anahtarlanmasına izin verirken, elektromekanik bir rölenin ana dezavantajlarından biri “mekanik bir cihaz” olmasıdır. hareketli parçaları olduğundan, manyetik alan kullanan metal bağlantıların fiziksel olarak hareket etmesinden dolayı anahtarlama hızları (tepki süresi) yavaş olur.

Bir süre içinde bu hareketli parçalar aşınır ve arızalanır veya sabit ark ve erozyonla temas direncinin röleyi kullanılamaz hale getirip ömrünü kısaltabilir.Ayrıca, bağlı oldukları herhangi bir elektronik devreyi etkileyebilecek temas sıçramalarından muzdarip temaslar ile elektriksel olarak gürültülüdürler.

Elektrik rölesinin bu dezavantajlarının üstesinden gelmek için, bir katı hal temassız, saf elektronik röle olan bir Katı Hal Rölesi veya (SSR) adı verilen başka bir röle türü geliştirilmiştir.

Tamamen elektronik bir cihaz olan katı hal rölesinin mekanik kontakları güç transistörleri, tristörler veya triyaklar tarafından değiştirildiği için tasarımında hareketli parça yoktur.

Giriş kontrol sinyali ile çıkış yükü voltajı arasındaki elektriksel ayrım, opto-coupler tipi vb. ışık sensörü yardımıyla gerçekleştirilir.

Katı Hal Rölesi, konvansiyonel elektromekanik röle ile karşılaştırıldığında çok daha hızlı bir anlık tepki süresiyle birlikte yüksek derecede güvenilirlik, uzun ömür ve düşük elektromanyetik girişim (EMI) (yaylı kontaklar veya manyetik alanlar yok) sağlar.

Ayrıca, katı hal rölesinin giriş kontrol gücü gereksinimleri, genellikle ek bufferlara, sürücülere veya amplifikatörlere ihtiyaç duyulmaksızın çoğu IC mantık aileleriyle uyumlu olmalarını sağlayacak kadar düşüktür.

Bununla birlikte, bir yarı iletken cihaz olarak, çıkış anahtarlayan yarı iletken cihazının aşırı ısınmasını önlemek için uygun soğutucuların üzerine monte edilmelidirler.

Katı Hal Rölesi

AC tipi Katı Hal Rölesi, AC sinüzoidal dalga formunun sıfır geçiş noktasında “AÇIK” olur, indüktif veya kapasitif yükleri değiştirirken yüksek ani akımları önlerken, Tristörler ve Triyakların dahili  “KAPALI” özelliği ise elektromekanik rölelerin ark kontakları üzerinde bir gelişme sağlar.

Elektromekanik röleler gibi, yarı iletken çıkış anahtarlama cihazını yüksek endüktif veya kapasitif yükleri değiştirmek için kullanıldığında gürültü ve voltaj geçici ani yükselmelerden korumak için genellikle SSR’nin çıkış terminalleri boyunca bir Direnç-Kapasitör (RC) durdurma ağı gerekir.

Modern SSR’lerin çoğunda bu RC snubber ağı, ek harici bileşenlere olan ihtiyacı azaltarak rölenin içine standart olarak inşa edilmiştir.

Sıfır olmayan geçiş algılama anahtarlaması (anlık “AÇIK”) SSR’ler, konserlerde, gösterilerde, disko aydınlatmasında vb. ışıkların kısılması veya solması gibi faz kontrollü uygulamalar için veya motor hızı kontrol tipi uygulamaları için de kullanılabilir.

Bir katı hal rölesinin çıkış anahtarlama cihazı yarı iletken bir cihaz olduğundan (DC anahtarlama uygulamaları için Transistör veya AC anahtarlama için bir Triyak / Tristör kombinasyonu) olduğundan, “ON” değerinin elektromekanik röle değerinden çok daha yüksek olduğu zaman, yaklaşık olarak 1,5 – 2,0 volt, SSR çıkış terminalleri boyunca voltaj düşüşü olur.

Büyük akımların uzun süre boyunca değiştirilmesi durumunda, ilave bir soğutucu gerekir.

Giriş/Çıkış Arabirimi Modülleri

Giriş/Çıkış Arabirim Modülleri, (I / O Modülleri) özellikle bilgisayarları, mikro denetleyicileri veya PIC’leri “gerçek dünya” yükleri ve anahtarlarına bağlamak için tasarlanmış başka bir katı hal rölesi türüdür.

Dört temel tip I/O modülü vardır:

AC veya DC Giriş gerilimi ; TTL veya CMOS lojik seviye çıkışına ve bir AC veya DC Çıkış gerilimine , TTL veya CMOS mantık girişine sahiptir ki  her bir modül kendi gerektirdiği arayüz , devre ve izolasyonu küçük birer aygıt olarak sağlar.

Tek tek katı hal modülleri olarak bulunurlar veya 4, 8 veya 16 kanal cihazına entegre edilir.

Modüler Giriş/Çıkış Arayüz Sistemi

Katı hal rölelerinin (SSR’lerin) eşdeğer watt değerli elektromekanik rölelere kıyasla en büyük dezavantajları, daha yüksek maliyetlerdir, sadece tek kutuplu tek atış (SPST) tiplerinin mevcut olması, “KAPALI” durumdaki kaçak akımların anahtarlamadan akması cihaz ve yüksek bir “AÇIK”-durum gerilimi düşmesi ve ek ısı emiş gereksinimleriyle sonuçlanan güç tüketimidir.

Ayrıca, çok küçük yük akımlarını, ses veya video sinyalleri gibi yüksek frekans sinyallerini değiştiremezler, ancak bu tip uygulama için özel Katı Hal Anahtarları mevcuttur.

ELEKTRİK RÖLELERİ VE SSR NEDİR  SONUÇ: 

Bugün Elektrik Röleleri ve SSR Nedir adlı yazımızı sizlerle paylaştık.Umuyorum sizler adına faydalı bir yazı olmuştur.

Elektrik Röleleri hakkındaki bu derste, hem elektromekanik röle hem de fiziksel bir işlemi kontrol etmek için bir çıkış cihazı (aktüatör) olarak kullanılabilecek katı hal rölesine baktık.

Bir sonraki derste, Aktüatörler adı verilen ve özellikle küçük bir elektrik sinyalini elektromanyetizma kullanarak karşılık gelen bir fiziksel harekete dönüştüren çıkış cihazlarına bakmaya devam edeceğiz. Bu cihazlarda Selonoid olarak adlandırılacaklar.

İyi Çalışmalar

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.