Vai cietvielu{0}}relejus var izmantot bez siltuma izlietnes?

Īsā atbilde: Jā, bet

Jā, varat izmantot cietvielu{0}}releju (SSR) bez dzesētāja. Bet tikai ļoti īpašos apstākļos, kurus varat aprēķināt. Šī nav minēšanas spēle. Tas ir inženiertehnisks lēmums, kas balstīts uz siltuma analīzi un riska novērtējumu.

Varat darbināt SSR bez dzesētāja, ja jums ir zema-jaudas slodze, lietojumprogrammas, kas ātri ieslēdzas un izslēdzas, vai vēsā vidē.

Ja jūsu situācija neatbilst šiem šaurajiem nosacījumiem, jums ir jāveic aprēķins, lai novērstu pārkaršanu un komponentu atteici.

Kāpēc SSR rada siltumu

Cietvielu{0}}releji nav ideāli slēdži. To iekšējām daļām, piemēram, MOSFET vai TRIAC, ir neliela pretestība, kad tās ir ieslēgtas.

Uz MOSFET{0}}bāzētajiem līdzstrāvas SSR tas tiek izsaukts par-stāvokļa pretestību (RDS(ieslēgts)). Maiņstrāvas SSR, kas balstīta uz TRIAC-, tas tiek parādīts kā tiešā sprieguma kritums (Vf).

Kad strāva plūst caur SSR, šī pretestība vai sprieguma kritums izraisa jaudas zudumu. Šī zaudētā jauda kļūst par siltumu.

Pamatsakarība ir vienkārša: siltums ir vienāds ar sprieguma kritumu pāri SSR un strāvu, kas plūst caur to. Šim siltumam ir jāizplūst no SSR iekšējā savienojuma, pretējā gadījumā temperatūra pārsniegs maksimālo drošo robežu.

Iedomājieties vienkāršu ķēdi ar strāvas avotu, SSR un slodzi. Kad strāva plūst caur SSR, SSR spailēs notiek neliels sprieguma kritums tā iekšējās pretestības dēļ. Tieši šeit sāk uzkrāties siltums.

Siltuma kvantitatīva noteikšana

Galvenā spēka formula

Lai noskaidrotu, vai jums ir nepieciešama siltuma izlietne, vispirms jāaprēķina, cik daudz siltuma radīs SSR. Šī darbība nav obligāta.

Lielākajai daļai TRIAC{0}}bāzēto maiņstrāvas-releju aprēķins ir vienkāršs:

Jauda (vati)=Ieslēgts-Stāvoklis sprieguma kritums (V_f) * Slodzes strāva (ampēri)

Ieslēgtā-stāvokļa sprieguma kritums ir galvenā specifikācija SSR datu lapā. Tipiskiem SSR, kuru pamatā ir TRIAC{2}}, tas svārstās no 1,0 V līdz 1,6 V un paliek diezgan nemainīgs dažādās strāvās.

Uz MOSFET{0}}bāzētiem līdzstrāvas SSR cita formula darbojas labāk, izmantojot ieslēgtā-stāvokļa pretestību:

Jauda (vati)=(slodzes strāva)^2 * Ieslēgts-Stāvokļa pretestība (RDS(ieslēgts))

Datu lapā atradīsit arī RDS(on) vērtības. Parasti tie ir tikai daži miliomi (mΩ).

Praktisks piemērs

Izstrādāsim parasto scenāriju ar maiņstrāvas paneļa-montāžas SSR.

Pieņemsim, ka SSR datu lapā ir redzams tipisks sprieguma kritums par -1,2 V. Jūs vēlaties pārslēgt pretestības sildītāju, kas patērē 5 ampērus.

Izmantojot formulu:

Jaudas izkliede=1.2V * 5A=6 vati

Šis rezultāts nozīmē, ka SSR ģenerē 6 vatus siltuma katru sekundi, kad tas ir aktīvs. Šim siltumam nepārtraukti jāpārvietojas prom no SSR pusvadītāju savienojuma un jāizplūst apkārtējā gaisā. Ja tas nevar efektīvi aizbēgt, SSR iekšējā temperatūra paaugstināsies, līdz tā neizdosies.

Izpratne par termisko pretestību

Siltuma noņemšana atbilst termiskās pretestības (Rth) jēdzienam, ko mēra grādos pēc Celsija uz vatu (grāds /W). Tas parāda, cik daudz komponenta temperatūra paaugstināsies uz katru tā radītā siltuma vatu.

Pastāv vairākas termiskās pretestības vērtības, no kurām katra atspoguļo atšķirīgu siltuma ceļa daļu no avota uz apkārtējo gaisu.

Ja nav siltuma izlietnes, vissvarīgākā vērtība ir Junction-to-Apkārtējā termiskā pretestība (Rth-ja). Tas atspoguļo kopējo pretestību siltuma plūsmai no iekšējā pusvadītāju savienojuma tieši uz apkārtējo gaisu. Šī vērtība parasti ir augsta, tāpēc ir grūti atbrīvoties no ievērojama karstuma.

Ja neizmantojat siltuma izlietni, siltums pārvietojas no savienojuma vietas uz korpusu, pēc tam no korpusa uz apkārtējo gaisu. Kopējā termiskā pretestība ir vienāda ar Rth-jc plus Rth-ca (Case-to-Ambient).

Izšķirošie faktori

1. faktors: slodzes strāva

Slodzes strāva ir galvenais siltuma veidošanās cēlonis. Kā liecina jaudas formulas, siltums palielinās tieši līdz ar strāvu maiņstrāvas SSR un ar strāvas kvadrātu līdzstrāvas SSR.

Zemāka slodzes strāva nozīmē mazāk siltuma, tāpēc ir lielāka iespējamība, ka SSR var darboties bez siltuma izlietnes.

Aptuvens noteikums liecina, ka daudzi standarta paneļa{0}}montāžas SSR var izturēt 1–2 ampērus brīvā dabā istabas temperatūrā bez siltuma izlietnes.

Bet šī ir tikai brīva vadlīnija. Nekad neizmantojiet to pareizu siltuma aprēķinu vietā, pamatojoties uz jūsu konkrēto SSR datu lapu un jūsu lietojumprogrammas darbības apstākļiem.

2. faktors: apkārtējās vides temperatūra

Apkārtējās vides temperatūra (Ta) ir bāzes līnija visu temperatūras paaugstināšanās mērīšanai. Tā ir gaisa temperatūra tieši ap SSR.

Katram SSR ir maksimālā savienojuma temperatūra (Tj max), bieži vien aptuveni 125 grādi, ko jūs nevarat pārsniegt. Augstāka apkārtējā temperatūra nozīmē mazāk vietas temperatūras paaugstināšanai pirms šīs robežas sasniegšanas.

Svarīgā apkārtējās vides temperatūra ir jūsu vadības paneļa vai korpusa iekšpusē, nevis telpas temperatūra ārpusē. Slēgts, pārpildīts korpuss var viegli darboties par 20 grādiem vai vairāk virs telpas ārējās temperatūras.

3. faktors: darba cikls un frekvence

Liela nozīme ir arī ielādes laikam. SSR, kas pastāvīgi darbojas (100% darba cikls), rada pastāvīgu siltumu.

Ja SSR darbojas tikai īsus periodus ar ilgu "izslēgšanas" laiku starp tiem, vidējā jauda būs daudz zemāka. "Izslēgts" laiks ļauj SSR atdzist, potenciāli novēršot vajadzību pēc siltuma izlietnes pat ar lielāku maksimālo strāvu.

Maiņstrāvas SSR gadījumā nulles -šķērsošanas pārslēgšanas tehnoloģija, protams, samazina pārslēgšanas zudumus, tāpēc frekvencei ir mazāka nozīme. Līdzstrāvas SSR, ko izmanto augstas-frekvences impulsa-platuma modulācijas (PWM) lietojumprogrammās, pārslēgšanas zudumi var pievienot papildu siltumu papildus vadītspējas zudumiem.

4. faktors: montāža un orientācija

SSR korpuss un stiprinājums var palīdzēt dzesēšanai. Uzstādot SSR pamatplāksni tieši uz lielas, nekrāsotas metāla šasijas vai apakšpaneļa, šis metāls var darboties kā pamata siltuma izlietne caur vadītspēju.

No pirmās-pieredzes mēs esam redzējuši, ka sistēmas kļūmē, ja SSR tika uzstādīts uz plastmasas DIN sliedes adaptera vai plastmasas virsmas, pilnībā pārtraucot siltuma pārnesi. Pat neliels metāla stiprinājuma kronšteins var radīt patiesas atšķirības salīdzinājumā ar kopējo izolāciju.

Orientācija ietekmē arī dabisko konvekciju. Uzstādot SSR vertikāli uz paneļa, gaiss brīvāk plūst pāri tā virsmām, labāk aizvadot siltumu, nekā uzstādot to horizontāli.

SSR samazināšanas līkņu lasīšana

Kas ir pazemināšanas līkne?

Termiskā samazināšanas līkne, iespējams, ir vissvarīgākais grafiks SSR datu lapā siltuma pārvaldībai. Tas sniedz tiešu vizuālu atbildi par to, cik lielu strāvas stiprumu SSR var droši izturēt dažādās darba temperatūrās.

Grafikā parādīta maksimālā pieļaujamā slodzes strāva uz vertikālās (Y) ass pret apkārtējās vides temperatūru uz horizontālās (X) ass.

Parasti datu lapa parāda vairākas līknes vienā un tajā pašā diagrammā. Viena līkne atspoguļo SSR spēju bez siltuma izlietnes, savukārt citas līknes parāda uzlabotu veiktspēju ar īpašiem ieteiktiem siltuma izlietnēm.

Kā lasīt līkni

Derating līknes izmantošana ir vienkārša. Tas pārvērš datu lapas informāciju skaidros jūsu dizaina darbības ierobežojumos. Apskatīsim piemēru.

Iedomājieties, ka skatāties uz 25A SSR samazinājuma līkni. Diagrammā ir parādītas vairākas līnijas, tostarp viena ar apzīmējumu "Nav siltuma izlietnes".

1. darbība. Atrodiet apkārtējās vides temperatūru.Vispirms nosakiet savu sliktāko{0}}apkārtējās vides temperatūru vadības korpusā. Pieņemsim, ka šī ir karsta vide 60 grādu temperatūrā. Atrodiet 60 grādus uz horizontālās (X) ass.

2. darbība: nosakiet pareizo līniju.No vairākām parādītajām līknēm atrodiet konkrēto līniju darbībai bez siltuma izlietnes.

3. darbība: atrodiet maksimālo strāvu.No 60 grādu punkta uz X-ass novelciet vertikālu līniju uz augšu, līdz tā saskaras ar līkni "Nav siltuma izlietnes". No šī krustojuma novelciet horizontālu līniju pāri vertikālajai (Y) asij.

4. darbība:InterpretētRezultāts.Vērtība, uz kuru šī līnija norāda uz Y-ass, ir absolūtā maksimālā slodzes strāva, ko SSR var izturēt 60 grādos bez siltuma izlietnes. Tipiskā piemērā tas varētu būt tikai 3 ampēri, kas ir neliela daļa no SSR nominālā 25 A jaudas.

Vienmēr ievērojiet drošības rezervi. Ja līknē ir 3,0 A robeža, stingras konstrukcijas maksimālā darba strāva būtu 2,4 A (80% samazinājums) vai mazāka. Šī rezerve atspoguļo neparedzētus mainīgos lielumus, piemēram, sprieguma izmaiņas, nelielas gaisa plūsmas problēmas un komponentu novecošanos, nodrošinot sistēmas ilgtermiņa uzticamību.

Reālas-pasaules termiskās kļūmes

1. slazds: korpusa gaisa plūsma

Izplatīta projektēšanas kļūda ir siltuma aprēķinu veikšana, pieņemot "brīvā gaisa" apstākļus, kad SSR tiks uzstādīts noslēgtā, blīvi iesaiņotā elektriskajā skapī.

Gaiss, kas atrodas noslēgtā korpusā ar vairākām siltumu{0}}radošām ierīcēm (barošanas blokiem, VFD, citiem relejiem), nepaliks istabas temperatūrā. Iekšējā apkārtējās vides temperatūra paaugstināsies, dažreiz ievērojami, samazinot dzesēšanas efektivitāti katram iekšpusē esošajam komponentam.

Vienmēr projektējiet faktiskajai darbības videi. Ja korpuss ir noslēgts un tajā ir vairāki vati siltuma, modelējiet iekšējās temperatūras pieaugumu vai izmēriet to prototipā. Apsveriet iespēju pievienot ventilācijas vai korpusa ventilatorus, ja aprēķinātā iekšējā apkārtējās vides temperatūra ietekmē komponentu uzticamību.

2. slazds: siltuma avota tuvums

Siltuma pārvaldībā ir jāņem vērā visa sistēma. Vietai, kur ievietojat SSR panelī, ir tikpat liela nozīme kā paneļa kopējai temperatūrai.

Bieža kļūda ir SSR uzstādīšana tieši blakus vai virs cita liela siltuma avota, piemēram, mainīgas frekvences piedziņas, lielas barošanas avota vai lielas{0}}jaudas bremzēšanas rezistoriem.

Siltums no tuvējā komponenta izstaros un plūdīs uz SSR, mākslīgi paaugstinot tās vietējo apkārtējās vides temperatūru un kaitējot tā spējai atdzist. Vienā neaizmirstamā lauka kļūmē SSR turpināja sabojāt, neskatoties uz zemo slodzes strāvu. Galvenais iemesls bija liels jaudas rezistors, kas uzstādīts tieši zem tiem. Pieaugošais karstums pārkarsēja SSR, izvirzot tos virs nominālās apkārtējās vides temperatūras.

Paneļa izkārtojumā iezīmējiet galvenos siltuma avotus un nodrošiniet atbilstošu fizisko atstarpi, lai novērstu termiskus traucējumus.

3. kļūda: nepareiza montāža

Paļaujoties uz metāla šasiju vai apakšpaneli pasīvajai dzesēšanai, montāžas virsmas kvalitāte ir ļoti svarīga.

Krāsas, pulvera pārklājumi un anodēšanas slāņi ir efektīvi siltumizolatori. Tie rada barjeru, kas būtiski bloķē siltuma plūsmu no SSR pamatplāksnes uz metāla paneli.

Lai nodrošinātu vislabāko siltuma pārnesi, montāžas virsmai jābūt tukšai, tīrai, plakanai metālam. Lai gan tas ir vissvarīgākais, izmantojot formālu siltuma izlietni, tā joprojām ir laba prakse, pat ja šasiju izmanto kā siltuma izlietni. Šis mazais solis var nodrošināt noderīgu siltuma rezervi.

4. slazds: termiskās smērvielas mīts

Inženieri dažreiz maldīgi uzskata, ka termopastas vai termopaliktņa uzklāšana uz SSR pamatnes palīdzēs tai atdzist, pat ja nav siltuma izlietnes. Tas ir nepareizi.

Termiskās saskarnes materiāls (TIM), tāpat kā smērviela vai spilventiņi, veic vienu lietu: aizpilda mazās gaisa spraugas starp divām gludām, cietām virsmām (piemēram, SSR pamatplāksni un siltuma izlietni). Gaiss slikti vada siltumu, un TIM to aizstāj ar materiālu, kas siltumu vada daudz labāk.

Tās uzdevums ir uzlabot siltuma vadītspēju starp cietām vielām. Tas nekādi neuzlabo siltuma konvekciju vai starojumu no virsmas gaisā. Termiskās smērvielas uzklāšana uz SSR un atstāšana brīvā dabā neradīs jēgpilnu dzesēšanas efektu.

Secinājums: galīgais lēmums

Key Takeaways

Lēmumam izmantot cietvielu{0}}releju bez siltuma izlietnes ir jābūt apzinātam, un tas ir jāpamato ar datiem. Tas nav stūris, kur samazināt izmaksu ietaupījumus bez analīzes. Aizņemtajam inženierim process sastāv no četriem galvenajiem principiem.

Vienmēr aprēķiniet. Nekad neuzminēt un nepaļauties uz īkšķa noteikumiem. Izmantojiet jaudas izkliedes formulas (P=V*I vai P=I^2*R), lai noteiktu siltuma slodzi konkrētajam lietojumam.

Uzticieties pazemināšanas līknei. Šis grafiks SSR datu lapā ir jūsu vissvarīgākais rīks. Tas sniedz galīgo atbildi par pašreizējo-apstrādes spēju jūsu konkrētajā apkārtējās vides temperatūrā.

Apsveriet visu sistēmu. Efektīvai apkārtējās vides temperatūrai, korpusa gaisa plūsmai un tuvumam citiem siltuma avotiem ir tikpat liela nozīme kā paša SSR slodzes strāvai.

Ja rodas šaubas, izmantojiet siltuma izlietni. Pareiza izmēra siltuma izlietnes izmaksas gandrīz vienmēr ir niecīgas, salīdzinot ar izmaksām par sistēmas atteici, neplānotu dīkstāvi, aprīkojuma bojājumiem un izsaukumiem uz vietas.

Jūsu ceļš uz uzticamību

Cietvielu{0}}releji ir ļoti jaudīgi un uzticami komponenti, ja ievērojat to darbības prasības. To siltuma pārvaldības izpratne un apguve ir absolūti nepieciešama, lai pilnībā izmantotu to potenciālu.

Pārejot no minējumiem uz aprēķiniem, jūs nodrošināsiet, ka jūsu dizains ir ne tikai funkcionāls, bet arī izturīgs. Šī rūpība ir droša,-ilgmūžīga un uzticama automatizēta aprīkojuma izveides pamats.

Skatīt arī

Kāds ir releja ievilkšanas spriegums? Inženiera rokasgrāmata 2025

Ko nozīmē releja ievilkšanas un atbrīvošanas spriegums?

Releju ražošanas process un testēšanas plūsma

Kā atšķirt normāli atvērtus un normāli aizvērtus releja kontaktus