Solide State Relay (SSR)

Een Solide State Relais, ook wel halfgeleiderrelais genoemd is eigenlijk geen relais want het heeft geen bewegende delen. Toch kan dit component als relais beschouwd worden, omdat het mogelijk is een secundaire kring te schakelen door een stuursignaal op de ingang aan te sluiten.

Een industriële AC en DC Solide State Relay (let op de verschillen in aansluitwaarden)

De primaire laagspanningszijde kun je direct op een GPIO-pin van de Raspberry aansluiten omdat deze 3.3V HOOG afgeeft. De secundaire kant van de SSR wordt bijvoorbeeld in het 230V-circuit, zoals die van een lamp, opgenomen. Er zijn geen andere componenten zoals een (blus)diode of een stuurtransistor nodig. Dit laatste is natuurlijk wel verstandig om te doen. Vanwege het ontbreken van bewegende delen hoor je ook geen schakelklik.

Waarschuwing!
Ondanks dat een SSR de meest veilige (en handigste) manier is om 230V-apparaten mee te schakelen is het belangrijk dat je ervaring met hoogspanning circuits hebt. Werken met hoogspanning is gevaarlijk! Werk zorgvuldig en gebruik het juiste gereedschap en de juiste bedrading. Vraag altijd een ervaren persoon om je circuit te controleren voordat deze ingeschakeld wordt. Dit kan een hoop leed voorkomen.

Koeling
De SSR schakelt moeiteloos alle 230V-apparaten tot grote vermogens. Lees hiervoor altijd de datasheet van de producent of respecteer de informatie die op de SSR vermeld staat. Bij vermogens groter dan 400W wordt de SSR warm.
– Een industriële SSR kan tot wel 125A aansturen. De SSR kun je koelen met een koellichaam of door de SSR op een metalen plaat te schroeven (de achterzijde van het SSR is van metaal en geeft de warmte af).
– Bij zogenaamde printmodules is het vermogen klein (400-450W) dat aangestuurd kan worden. Er is geen mogelijkheid het relais te koelen.

Hoe werkt een SSR
In functies ziet de SSR er als volgt uit:

Als aan de ingang van het halfgeleiderrelais een gelijkspanning wordt aangelegd met de juiste polariteit zal de inwendige led oplichten. Deze zal de fototransistor belichten, waardoor een stroom zal vloeien. Deze stroom zal in het triggerblok worden omgezet naar een puls die de triac doet geleiden. Zolang de spanning gehandhaafd blijft zal de triac in geleiding zijn (bij benadering: zie onder bij “Nadelen”).

De fototransistor mag enkel een lichtinval opmerken bij het oplichten van de led. Daarom wordt het halfgeleiderrelais altijd geleverd in een zwarte behuizing, zodat uitwendig licht de werking niet kan beïnvloeden.

Een triac dooft steeds bij het nulpunt. Dankzij het triggerblok, of nulpuntschakelaar, zal de triac weer ontsteken bij de volgende nuldoorgang. Dit verklaart waarom bij het aanleggen of afsluiten van de aangelegde gelijkspanning een reactie aan de uitgang niet direct, maar met een kleine vertraging optreedt. Niet elk halfgeleiderrelais hoeft een nulpuntschakelaar te bevatten.

Schema van de SSR printmodule
De meeste SSR printmodules zijn voorzien van een Omron G3MB-202P solid-state relais. Deze module kan een wisselspanning schakelen tussen 100 en 240V met een stroom tot 2A. De module kan worden bediend vanaf de GPIO header van de Raspberry Pi. Om de module tegen overmatige stroomafname te beschermen is een zekering aangebracht.

Veilige aansturing van de SSR

Het basisschema van de SSR ziet er doorgaans als volgt uit:

De SSR voor gelijkspanning (DC) toepassingen
De SSR voor wisselspanning (AC) toepassingen
De SSR voor zowel wissel- als gelijkspanning (AC/DC) toepassingen

Python script
Omdat het relais dezelfde software aansturing als een LED wordt in dit artikel geen software beschreven. Je kunt het Python script hier vinden.

Voordelen van het halfgeleiderrelais
• Dankzij de nulpuntschakelaar schakelt het halfgeleiderrelais enkel bij nuldoorgang. Zo ontstaan er geen plotse inschakelstromen, die bijvoorbeeld hoogfrequentstoringen kunnen veroorzaken, die op hun beurt het net vervuilen.
• Het halfgeleiderrelais bevat geen bewegende delen (solid state), alles gebeurt elektronisch. Dankzij dit statische aspect is het onmogelijk vonken te veroorzaken zodat deze component gebruikt kan worden in ruimten waar explosiegevaar dreigt.
• Het ontbreken van mechanische wrijving zorgt voor een enorm verlengde levensduur. Het halfgeleiderrelais werkt ook geluidloos.
• Het aanstuurvermogen is zeer beperkt (het komt rechtstreeks vanuit een logische schakeling). Alhoewel de nulpuntschakelaar de snelheid beperkt is de snelheid van een halfgeleiderrelais aanzienlijk hoger dan die van een gewoon relais.

Nadelen van het halfgeleiderrelais
• De nulpuntschakelaar zorgt voor een in- en uitschakelvertraging, deze kunnen relatief groot zijn: maximaal ½ van de periode (bij een frequentie van 50 Hz is de vertraging maximaal: (1/50)÷2 = 10 ms).
• De prijs is recht evenredig met de stroom die de component kan schakelen. Bovendien kan een halfgeleiderrelais slechts één circuit schakelen, terwijl goedkope mechanische relais vele circuits samen kunnen schakelen.
• Een halfgeleiderrelais ontwikkelt warmte; zeker bij het schakelen van grote stromen moet hiermee bij de montage rekening worden gehouden.
• Een ander nadeel is dat bij een deels inductieve- (of capacitieve-) belasting het Solid State Relais problemen kan krijgen met het op het juiste moment schakelen. Het SSR (type AC) schakelt op de nuldoorgangen van de sinusvormige spanning en stroom en deze nuldoorgangen komen als gevolg van faseverschuiving uit elkaar te liggen.
• Een SSR kan dus niet onvoorwaardelijk (inductieve) elektromotoren schakelen. Een (Mono-/Bi-stabiel)relais met schakelcontacten heeft hier geen last van.

Toepassingen
• Procesregelaars (meet- en regeltechniek)
• Allerhande computersturingen

Module met 8 kanalen (SSR)

Have A Nice Day!