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ソリッドステートリレー

ソリッドステートリレー（SSR）は、機械的な接点のないリレーです。コントローラから弱い制御信号をSSR入力に印加し、SSR出力が負荷をオン/オフにします。

3Dプリンタの単純なデバイスでは、SSRはほとんどの場合、商用ヒーター（チャンバー、ドライヤー、テーブル、または別の加熱モジュール）に使用されます。低電圧電子機器から110-230V AC負荷を制御する便利な方法ですが、商用電源を安全にする方法ではありません。

プロジェクトが110-230V ACを持っている場合、電力部分をエンクロージャ、ヒューズ、通常の端子、絶縁、ケーブルストレインリリーフ、および電気安全の理解で組み立てる必要があります。

SSRが通常のリレーとどのように異なるか

通常の電磁リレーは、接点が内部で物理的に移動するため、クリックします。リレーコイルは電力が必要です。しばしば、トランジスタドライバ、保護ダイオードが必要であり、接点はスパークし、チャットし、摩耗する可能性があります。

SSRは半導体を使用して負荷をスイッチします。したがって、クリックがなく、機械的な接点の摩耗がなく、頻繁なヒーターのオン/オフサイクリングに適しています。

しかし、SSRは「欠点のないリレー」ではありません。

SSRは独自の制限があります：

  • 加熱；
  • しばしばヒートシンクが必要；
  • オフ状態で小さなリーク電流を持つことができる；
  • 適切に選択されたコンタクタよりも過負荷とスパイクに耐えが悪い；
  • 「オン」状態で失敗する可能性がある；
  • AC負荷またはDC負荷に対して選択する必要があります；
  • ヒューズ、エンクロージャ、および緊急熱保護を置き換えません。

頻繁でない電力サイクリングでは、通常のリレーまたはコンタクタがより適切かもしれません。抵抗性ヒーターの頻繁な制御のために、SSRはしばしばより実用的です。

AC SSRの内部にあるもの

AC SSRは通常、次を含みます：

  • 制御信号入力回路；
  • 光学的分離；
  • トリガー回路；
  • 電力TRIAC またはサイリスタペア；
  • スナッバー回路またはその他のスパイク保護；
  • 負荷用の電力端子。

簡潔に言えば、それはエンクロージャ内の既製のTRIAC回路です。したがって、SSRは、光結合器TRIAC、TRIAC、スナッバー、ボード間隔、および商用セクションを自分自身で計算したくない場所に便利です。

既製のエンクロージャは検証の必要性を排除しません。特にSSRが安い場合、技術仕様がない場合、またはエンクロージャに疑わしく高い電流額定がある場合。

AC SSRおよびDC SSR

SSRは負荷のタイプに応じて選択する必要があります：

  • AC SSR - 交流用、例えば商用ヒーター110-230V AC；
  • DC SSR - 直流用、例えば12Vまたは24V DC負荷。

これらは異なるデバイスです。AC SSRを24V DCヒーターに自動的に置くことはできません。オフにしない可能性があります。DC SSRは230V ACに適切と見なすことはできません。危険で、そのような回路に対して額定されていない可能性があります。

ACまたはDCラベルだけでなく、出力電圧範囲も確認する必要があります。

マーキングの例：

Input: 3-32V DC
Output: 24-380V AC

これは以下を意味します：

  • 入力は低電圧DC信号で制御される；
  • 出力は指定された範囲でAC負荷をスイッチします；
  • SSRを通じて入力側から負荷に電力を供給する必要はありません。

購入する前に、Input、Output、Load voltage、Load current行とメーカーの接続図をチェックしてください。

典型的な接続図

SSRは通常、負荷の電力ラインの断裂に配置されます。コントローラはSSR入力にのみ接続し、商用回路はSSR出力を通じます。

ソリッドステートリレーSSRの内部構造

出典：Wikimedia Commons、Thomas Verdyck、CC BY-SA 3.0

重要なポイント：

  • SSR入力とSSR出力はデバイスの異なる側です；
  • 低電圧側を商用側に接続しないでください；
  • SSRは負荷の電力ラインの断裂に配置されます、通常Line；
  • 保護接地PEはSSRを通じて破られません；
  • ヒューズはワイヤと負荷を保護する必要があります；
  • ヒーターは独立した熱保護が必要です；
  • 全商用セクションを接触から閉じる必要があります。

SSRはサービス切断と見なされません。メンテナンスのために、電力をカットする物理的な方法が必要です：スイッチ、ブレーカー、コネクタ、または他の標準的な回路ブレーク。実際には、ローカルルール、電力タイプ、保護接地、およびエンクロージャに応じて異なるスキームがある可能性があります。確実でない場合、適格な人が回路を確認すべきです。

ゼロクロス、ランダムターンオン、制御

AC SSRは異なるターンオン方法を備えています。

**ゼロクロスSSR**は、商用電源のゼロクロッシングの近くで負荷をオンにします。これは抵抗性ヒーターのシンプルなオン/オフの良いオプションです：ノイズが少なく、スイッチングがより柔らかいです。

**ランダムターンオンSSR**は、制御信号が印加された後、ほぼ直後に出力をオンにします。このタイプは、異なるロジック、位相制御、または特定の負荷要件が必要な場所で使用されます。

チャンバー、ドライヤー、またはシンプルなヒーターの場合、高速調光制御は通常は必要ありません。ゆっくりした制御は十分なことがしばしばあります。例えば、ヒーターを秒単位でオンにします。毎秒何百回もジャークしないでください。

すべてのSSRが位相制御に適しているわけではありません。特に位相電力レギュレータが必要な場合、それは別のデバイスタイプと別のトピック（ノイズ、加熱、負荷要件）です。

リーク電流

SSRは「オフ」の場合でも小さな電流を流すことができます。これはリーク電流と呼ばれます。

強力なヒーターでは、そのような電流は通常、顕著な加熱を作成しませんが、小さなランプ、LEDドライバ、電源、または非常に小さな負荷では、それは顕著である可能性があります。インジケータが弱く光ることができ、電源入力は奇妙に動作することができます。

したがって、SSRは理想的な回路ブレークと見なされるべきではありません。最初のヒーターのターンオン前に、制御信号が除去されたときに負荷が加熱しないことを確認してください。まず、SSR出力を安全な小さな負荷、ランプ、またはマルチメータでテストする方が良いです。メインヒーターではすぐにはいけません。

メンテナンス、緊急シャットダウン、および完全な分離のために、スイッチ、ブレーカー、ヒューズ、コネクタ、または電力をカットする他の物理的な方法が必要です。

加熱とヒートシンク

SSRは動作中に加熱します。オン状態では、電力要素を通じて電圧降下があり、それは熱が生成されることを意味します。

確認する必要があります：

  • 負荷電流；
  • 実際の温度でのSSRの最大電流；
  • 出力での電圧降下；
  • ヒートシンク要件；
  • エンクロージャ内の温度；
  • ヒートシンク方向と気流；
  • SSRとヒートシンク間の熱接触の品質；
  • テスト後の端子とワイヤの温度。

25Aまたは40Aラベルは、SSRがヒーターの隣に在来型のエンクロージャの内側にヒートシンクなしでそのような電流に耐えることを意味しません。メーカーは通常、特定の冷却条件下で電流を指定します。

シンプルなプロジェクトのための実用的なルール：負荷電流のためにSSRを正確に選択しないでください。ヘッドルームを計画し、ヒートシンクを使用し、技術仕様を読み、実際のエンクロージャで温度を確認してください。50%ヘッドルームは初期推定の下限であり、どのインストールのための保証ではありません。

SSRはヒーターを保護しません

SSRは電力スイッチであり、安全システムではありません。

ヒーターは独立した層が必要です：

  • ワイヤと負荷用のヒューズまたはブレーカー；
  • 正しい温度センサー；
  • ソフトウェア温度制限；
  • ファームウェアで加熱をチェック；
  • 独立したサーモスタット、熱ヒューズ、またはバイメタルスイッチ；
  • 実際の温度に耐えられるマテリアルから作られたエンクロージャ；
  • 観察下での最初のテスト。

重要な故障モード：SSRは分解し、オンのままになる可能性があります。したがって、緊急熱保護は、コントローラおよびSSRとは無関係にヒーター電源をカットできる必要があります。

どのような負荷が適しているか

SSRは抵抗AC負荷で最も簡単に使用されます：

  • ヒーター；
  • シリコン加熱パッド；
  • 白熱灯；
  • 組み込みの電子機器のない単純な熱負荷。

以下を注意深く使用してください：

  • モーター；
  • ACファン；
  • トランスフォーマー；
  • ソレノイド；
  • 電源；
  • 電子ドライバ；
  • 高い突入電流を持つ負荷。

帰納的で電子負荷は、異なるタイプのSSR、スナッバー、変阻器、コンタクタ、または別の回路を必要とするかもしれません。「40A」ラベルだけでSSRを選択することはできません。

購入する前にチェックすること

SSRを購入する前に、チェック：

  • 負荷AC またはDC；
  • 負荷電圧；
  • 負荷電流と電力；
  • 制御入力電圧；
  • コントローラとの入力互換性：3.3V、5V、12V、または他のレベル；
  • ターンオンのタイプ：ゼロクロスまたはランダム；
  • 必要な冷却での最大電流；
  • ヒートシンクが必要です；
  • 技術仕様があります；
  • 通常の接続図があります；
  • 端子と絶縁距離；
  • メーカー品質；
  • ヒューズが配置されている場所；
  • 独立した熱保護がどこになるか。

ドキュメンテーションがなく、SSRが商用ヒーターを制御する必要がある場合、それは悪い選択です。

一般的な間違い

  • SSR入力と出力を混同；
  • DC SSRの代わりにAC SSRを購入またはその逆；
  • 出力電圧範囲をチェックしなかった；
  • AC SSRをDCヒーターに接続し、オフにならないことに驚いた；
  • 負荷電流のためにSSRを正確に選択；
  • ヒートシンクなしでSSRをインストール；
  • 閉じた、暑いエンクロージャにSSRをインストール；
  • リーク電流を考慮に入れなかった；
  • SSRを緊急シャットダウンの唯一の方法として使用；
  • ヒューズを忘れた；
  • 独立した熱保護をインストールしなかった；
  • 商用端子をアクセス可能なままにしました；
  • SSRのタイプと負荷を理解することなく、SSRを高速PWMで制御します。

メインポイント

SSRは、特に商用抵抗ヒーターの頻繁な静かな負荷制御に便利です。しかし、SSRは負荷タイプ、電圧、電流、ターンオン方法、および熱動作点に対して選択される必要があります。

110-230V AC負荷の場合、SSRは電気安全を排除しません。エンクロージャ、ヒューズ、通常の配線、必要に応じてヒートシンク、および独立した加熱熱保護が必要です。

参考資料