השתמשו בממסרי מצב-מוצק באוטומציה במפעלים עבור אמינות גבוהה, מיתוג מהיר ו-EMI נמוך

כדי להימנע מזמן השבתה יקר, אבחון מתקדם ותחזוקה חזויה משמשים יותר ויותר באוטומציה במפעלים בתעשיות כגון ייצור מזון ומשקאות, הרכבה אוטומטית ומערכות עיבוד רציף אחרות, כמו גם HVAC, טיהור מים ומכונות לייצור חשמל. ממסרים אמינים עבור מיתוג הם חיוניים לתהליכים תעשייתיים אוטומטיים אלה. הם חייבים להיות מסוגלים למתג במהירות ולפעול ברציפות בתנאים מאתגרים עם בלאי מגעים מינימלי, ולא לגרום להפרעות אלקטרומגנטיות (EMI) העלולות להשפיע על חיישנים ופקדים אלחוטיים.

ממסרי מצב מוצק (SSRs) עומדים בדרישות המיתוג של אוטומציה במפעל באמצעות טכנולוגיה חדשנית המשפרת את האמינות והעמידות כדי להבטיח ביצועים עקביים גם בסביבות קשות.

מאמר זה דן בקצרה בדרישות המיתוג של אוטומציה במפעלים. לאחר מכן הוא מציג דוגמאות של SSRs של Littelfuse‏ ומראה כיצד ניתן להשתמש בהם כדי לענות על הדרישות הללו.

הגדרה ועמידה בדרישות המיתוג של אוטומציה במפעלים

צורכי המיתוג עבור אוטומציה במפעלים כוללים אמינות בעלות נמוכה, זמני הפעלה מהירים ללא ניתורי מגעים או קשתות חשמליות, EMI מינימלי היכול להשפיע על מעגלים סמוכים או על חיישנים ורשתות אלחוטיות המשמשים יותר ויותר במפעלים, וטולרנס גבוה לזעזועים ורעידות מכניות.

SSRs משתמשים בהתקני מוליכים-למחצה לביצוע פעולות המיתוג כדי לעמוד בדרישות אלה. ניתן להפעיל אותם על ידי מתח AC או DC עם דגמים שונים עבור כל סוג של עירור (איור 1).

איור 1: דיאגרמות בלוקים פונקציונליות אלו של SSRs מציגות את הרכיבים הקריטיים עבור דגמי DC (למעלה) ו-AC (למטה) כאחד. (מקור התמונה: .Littelfuse, Inc‏)

SSRs מופעלי-DC (למעלה) מייצבים את המתח המופעל. SSRs מופעלי-AC (למטה) משתמשים במיישר גשר גל-מלא כדי להמיר את אות העירור ל-DC. שני סוגי ה-SSRs מבודדים אופטית את אות ההפעלה מהיציאה. האלמנט האקטיבי של SSRs אלה הוא זוג מיישרים מבוקרי-סיליקון (SCRs). SSRs אלה כוללים הגנת מתח-יתר בצורה של דיודת שיכוך מתחים טרנזיינטיים (TVS) המחוברת בין שערי ה-SCRs כדי להגן על ה-SSR ולמנוע שינויי מצב בלתי-צפויים בנוכחות טרנזיינטים חשמליים ברשת.

תגובת המיתוג מנצלת את זמני המיתוג המהירים של התקני המוליכים-למחצה ומבוקרת על ידי מעגל הטריגר. המיתוג יכול להיות בחציית-אפס של מתח היציאה לאחר יישום אות ההפעלה או אקראי (מיידי) עם אות ההפעלה (איור 2).

איור 2: תכונות המיתוג נבחרות כדי להתאים ליישום המיועד של ה-SSR. (מקור התמונה: .Littelfuse, Inc‏)

הפעלת חציית-אפס משמשת עבור יישומים עם זרמים גבוהים, כגון תנורי חימום תעשייתיים, בהם הוא ממזער את זרמי ההתנעה. הפעלה מיידית משמשת כאשר המיתוג חייב להתרחש בתדר גבוה. מיתוג מיידי מניב את תדר המיתוג הגבוה ביותר האפשרי.

דוגמאות של SSRs

כמענה לצורך בממסרי מיתוג הספקת-כוח אמינים ועמידים יותר ביישומי מכונות תעשייתיות ומסחריות, .Littelfuse Inc‏ תכננה את משפחת SRP1 של SSRs בעלי עמידות גבוהה. הוא מוצע בשני קווי דגמים: SSR‏ חשוף עם עמידות-גבוהה SRP1-CB‏, ו- SSR‏ הכול-באחד עם עמידות-גבוהה SRP1-CR‏ עם Touch-Safe‏ והגנת מתח-יתר (איור 3, שמאל ואמצע).

איור 3: מוצגים ה-SSR‏ החשוף SRP1-CB‏ (משמאל), SRP1-CR Touch-Safe SSR (במרכז), והדקי חיבור-מהיר החלופיים של SRP1-CB...F (מימין). (מקור התמונה: .Littelfuse, Inc‏)

Littelfuse תכננה מוליכים-למחצה קנייניים כדי למזער את הדגרדציה של רכיבים עקב חום ולהעניק ביצועים אופטימליים בתנאים קשים. שני קווי הדגמים מציעים יחידות עם דירוגי הפעלה AC או DC וזרם יציאה של A‏ 10‏, V‏ 25‏ ו-A‏ 50‏ באחד משני תחומי מתחי יציאה, _AC‏V‏ 24‏ עד _AC‏ V‏ 240‏ או _AC‏V‏ 48‏ עד _AC‏V‏ 600‏. הדגמים נבדלים בכך שה-SRP1-CR כולל מאפייני הגנה והתקנה משולבים, כולל כיסוי בטוח-לאצבעות IP20‏, הגנת מתח-יתר דיודות TVS, ופד תרמי מוצמד-מראש. גרסת SRP1-CB…F (איור 3, מימין) כוללת גם הדקי חיבור-מהיר.

הממסרים הם התקני קוטב-יחיד, דרך-יחידה (SPST) המחווטים בטור עם עומס היציאה (איור 4).

איור 4: SRP1 SSRs המחווטים בטור עם עומס היציאה; הכניסה מוזנת על ידי אות הפעלה AC או DC, בהתאם לדגם. (מקור התמונה: .Littelfuse, Inc‏)

SSRs דורשים צלעות קירור כדי לפעול בדירוגים שצוינו. שני דגמי Littelfuse משתמשים בטכנולוגיית המליטה הישירה העדכנית ביותר כדי להבטיח אמינות מקסימלית ואריכות ימים של המוצר. ממסרי SRP1-CR כוללים פד תרמי מובנה עבור פיזור חום יעיל שאינו זקוק לתרכובת תרמית ומאפשר התקנה נקייה וקלה. הגרפים של ירידת הערך הנומינלי (Derating‏) התרמי (איור 5) מציגים את זרם היציאה המקסימלי הניתן לתמיכה עבור טמפרטורות סביבה שונות וצלעות קירור של התנגדויות תרמיות שונות.

איור 5: מוצגות עקומות ירידת הערך הנומינלי (Derating‏) עבור SSRs סדרת SRP1-CR עבור טמפרטורות סביבה וצלעות קירור שונות. (מקור התמונה: .Littelfuse, Inc‏)

ההתנגדות התרמית מוגדרת ב-C‏° לוואט (C/W‏°‏). צלעות קירור בדירוג של 10°C/W תתחממנה ב-10°C מהאוויר שמסביב עבור כל W‏ 1‏ של חום שהן מפזרות. צלעות קירור בעלות התנגדות תרמית נמוכה יותר הן יעילות יותר לעומת צלעות קירור בעלות התנגדות תרמית גבוהה יותר, ולכן מקררות טוב יותר.

SRP1 SSRs מורשים לעמידה בתקני בריאות, בטיחות, סביבה, תאימות אלקטרומגנטית וחסינות אלקטרוסטטית, כולל UL, CAN/CSA, IEC, CISPR, RoHS ו-REACH. הם מותאמים היטב ליישומים עבור חימום ובקרת תנועה באוטומציה תעשייתית. הם עובדים היטב גם בתעשיית המזון והמשקאות, ומבקרים תנורים תעשייתיים, ציוד אריזה ומערכות מסועים. מערכות חימום, אוורור ומיזוג אוויר משתמשות בממסרים אלה עבור מטפלי אוויר ומדחסים, וכך גם במערכות תאורה בקנה-מידה גדול. כל היישומים הללו דורשים ביצועים מעולים ואמינות גבוהה ביותר, ולסדרת SRP1 יש אפשרויות לעמוד בדרישות שונות של זרם, מתח, זמן תגובה ומיתוג.

לדוגמה, ה-SRP1-CBAZL-050NW-N הוא SSR המדורג ל-A‏ 50‏ עם יציאה של _AC‏V‏ 24‏ עד _AC‏V‏ 240‏. הוא מקבל מתח כניסה של _AC‏V‏ 90‏ עד _AC‏V‏ 280‏ וממתג בחציית אפס של מתח היציאה. הוא מציע התנגדות מצב-מופעל מקסימלית של 6.3 מיליאוהם (mΩ‏), אשר תגרום לירידה של 0.3 וולט בלבד על פני הממסר בזרם המקסימלי. מפל המתח המקסימלי הנומינלי הוא 1.3 וולט. הממסר מופעל בתוך פחות מ-20 מילי-שניות (ms‏), כולל זמן ההמתנה לחציית האפס, ונכבה בתוך פחות מ-ms‏ 30‏.

ה-SRP1-CBDZL-010NF-N‏ הוא דוגמה ל-SSR מופעל-DC‏. יש לו דירוג זרם יציאה של A‏ 10‏ עם תחום מתחי יציאה של _AC‏V‏ 24‏ עד _AC‏V‏ 240‏. תחום מתחי הכניסה הוא _DC‏V‏ 4‏ עד _DC‏V‏ 32‏. גם הוא ממתג בחציית האפס של מתח היציאה, ויש לו אותה התנגדות מצב-מופעל מקסימלית של mΩ‏ 6.3‏. הוא שונה מממסרי SRP1-CB הסטנדרטיים בכך שהוא כולל הדקי חיבור-מהיר. זמן ההפעלה שלו שווה למחצית המחזור של צורת-גל היציאה.

ה-SRP1-CRARH-025TC-N‏ הוא גרסה Touch-Safe‏ של סדרת SRP1 והוא מדורג לזרם יציאה של A‏ 25‏. דגם זה הוא מופעל-AC באמצעות מתח כניסה של _AC‏V‏ 90‏ עד _AC‏V‏ 280‏. הוא שונה משאר הדגמים מכיוון שיש לו תגובת מיתוג מיידית ופועל בתחום מתחי יציאה רחב של _AC‏V‏ 48‏ עד _AC‏V‏ 600‏. זמן הפעלת הממסר הוא פחות מ-20 מילישניות (ms), וזמן הכיבוי שלו הוא פחות מ-ms‏ 30‏.

זמן התגובה המהיר ביותר מושג באמצעות ממסר עם כניסת DC ותגובת מיתוג מיידית. דוגמה לכך הוא ה-SRP1-CRDRL-010TC-N‏. ל-SSR זה יש דירוג זרם יציאה של A‏ 10‏ עם תחום מתחי יציאה של _AC‏V‏ 24‏ עד _AC‏V‏ 240‏. תחום מתחי הכניסה הוא _DC‏V‏ 4‏ עד _DC‏V‏ 32‏. זמן ההפעלה שלו הוא 20 מיקרו-שניות (µs), וזמן הכיבוי שלו הוא פחות מחצי מהמחזור של צורת הגל של היציאה, מבין זמני מחזור ממסר המהירים ביותר.

סיכום

כדי לעמוד בדרישות ביצועי המיתוג, האמינות והתקנים הבינלאומיים של אוטומציה במפעלים, המתכננים יכולים להסתמך על סדרת SRP1 של SSRs. סדרה זו משתמשת בחידושים בטכנולוגיית מוליכים-למחצה כדי להשיג חיים ארוכים, מהירות מיתוג גבוהה ו-EMI מינימלי על פני מגוון רחב של זרמי יציאה ואפשרויות בקרת כניסה.