Drie fasen solid state relais

Wat zijn het en wat is er nieuw

Onlangs stuurde Elincom electronics ons een persbericht over een nieuwe serie 3 fasen solid state relais (SSR) van de Franse firma Celduc (zie kader). Dit bericht triggerde ons om eens te gaan kijken wat op dit moment een 3 fasen SSR is om zo beter te begrijpen wat de huidige stand der techniek is op dit vlak.

Solid state relais zijn verre van nieuw. Al vele decennia worden deze gemaakt waarbij de techniek en de uitvoeringen niet veel veranderd zijn. Nog altijd zijn het elektronische schakelaars waarbij het schakelelement bijna altijd een thyristor is. Triac’s, MOSFET’s, bipolaire transistoren en andere schakelelementen worden ook wel toegepast, maar veelal zijn het toch twee thyristors anti-parallel die de hoofdstroom moeten schakelen. Dit lijkt op wat een triac doet, maar bij de triac is de spanningsval over de aansluitingen hoger wat een bijna dubbele hoeveelheid warmteproductie oplevert.
Worden thyristors als schakelelement is de SSR gebruikt, dan zijn deze alleen voor het schakelen van wisselstromen geschikt. Een thyristor schakelt immers alleen uit als de stroom beneden de houdstroom komt, iets dat bij gelijkstroom en een vaste belasting natuurlijk niet voorkomt. Aangezien we het hier over drie fasen relais hebben en we daardoor te maken hebben met wisselspanningen, is deze beperking dan ook geen hindernis.

Ster of driehoek
Belastingen die gebruik maken van drie fasen wisselstroom kunnen in driehoek of ster (al dan niet met nul-aansluiting) aangesloten worden. Bij applicaties waar de belasting in driehoek aangesloten wordt, is het niet nodig om alle drie de fasen te schakelen. Slechts twee schakelaars zijn voldoende om de belasting stroomloos te maken. Een driefasen SSR voor deze toepassing hoeft dan ook maar twee schakelelementen te hebben In afbeelding 1 is dit te zien. De derde fase wordt hier rechtstreeks via een vaste verbinding van ingang naar uitgang gevoerd.
Wordt de belasting in ster aangesloten en wordt er geen nul gebruikt, dan kan ook de tweevoudige SSR gebruikt worden. De belasting moet dan wel volkomen in evenwicht zijn. Is dit niet het geval en wordt er wel een nul gebruikt, dan moeten alle drie de fasen geschakeld worden en hebben we de SSR uit afbeelding 2 nodig.
Aangezien de SSR’s uit afbeelding 1 en 2 beide tot de drie fasen SSR’s gerekend worden, is het dus wel van belang om te weten welke SSR gebruikt moet worden. De tweevoudige gebruiken voor een applicatie met een belasting die in ster met nul is aangesloten, zal niet het gewenste schakelgedrag opleveren.

Wat zit er in
Bij een SSR is het schakelsignaal een DC- of AC-spanning die gebruikt wordt om LED in een optocoupler aan te sturen. Door deze optocoupler is er een galvanische scheiding tussen schakelsignaal en het schakelelement. Door toepassing van een optocoupler is er weinig energie nodig om de SSR te sturen. Menige microcontroller kan daardoor rechtstreeks de SSR aansturen.