कौन-से लोड सिंगल सॉलिड स्टेट रिले के लिए उपयुक्त हैं?

प्रतिरोधी लोड: एकल सॉलिड-स्टेट रिले के लिए आदर्श मिलान

प्रतिरोधी लोड एकल सॉलिड-स्टेट रिले के आउटपुट अर्धचालकों पर तनाव को क्यों न्यूनतम करते हैं

जब गर्म करने वाले तत्वों और पुराने फैशन के इंकैंडेसेंट लैंप जैसे प्रतिरोधी भारों की बात आती है, तो वे ठोस-अवस्था रिले (SSR) के अंदर स्थित अर्धचालकों पर वास्तव में बहुत कम दबाव डालते हैं। इन प्रकार के भारों का इंजीनियर्स द्वारा 'लगभग एकता शक्ति गुणांक' (near unity power factor) कहा जाता है, जिसका मूल अर्थ है कि वोल्टेज और धारा सहज रूप से संरेखित रहते हैं, बजाय एक-दूसरे से विसंगत होने के। यह संरेखण उन अप्रिय वोल्टेज चोटियों (voltage spikes) को रोकता है जो उपकरण को चालू या बंद करने के समय उत्पन्न होती हैं। चूँकि धारा के अचानक प्रवाह या संगृहीत ऊर्जा की कोई चिंता नहीं है, अतः तापीय दृष्टिकोण से विद्युत आवश्यकता स्थिर और भविष्यवाणी योग्य बनी रहती है। इससे नाजुक अर्धचालक संधियों की बार-बार होने वाली गर्म होने और ठंडी होने की प्रक्रियाओं से होने वाले क्षरण को रोकने में सहायता मिलती है। एक महत्वपूर्ण बात यह है कि प्रतिरोधी भार बंद करने पर कोई अवांछित विद्युत (जिसे पीछे की विद्युत वाहक बल या back-EMF कहा जाता है) वापस नहीं भेजते हैं, जो इनके प्रेरक या संधारित्रीय समकक्षों के विपरीत है। यह SSR के लिए जीवन को बहुत आसान बना देता है, क्योंकि वे अपने सामान्य पैरामीटर्स के भीतर सुरक्षित रूप से कार्य कर सकते हैं, बिना डिज़ाइन में अतिरिक्त सुरक्षा सीमाओं को शामिल किए।

शून्य-पारगमन स्विचिंग: कैसे यह प्रतिरोधी अनुप्रयोगों में दीर्घायु और ईएमआई प्रदर्शन को बढ़ाती है

शून्य क्रॉसिंग स्विचिंग का उपयोग करते समय, सॉलिड-स्टेट रिले तब चालू होता है जब एसी वोल्टेज शून्य वोल्ट पर पहुँचता है। यह सावधानीपूर्ण समय सीमा धारा प्रवाह में अचानक उछाल को रोकने में सहायता करती है, जो समस्याएँ उत्पन्न कर सकती हैं। इसका परिणाम? बिजली के झटकों के कारण कम तनाव और विद्युत चुंबकीय हस्तक्षेप (ईएमआई) में काफी कमी। परीक्षणों से पता चलता है कि सामान्य स्विचिंग विधियों की तुलना में ईएमआई स्तर लगभग 40 डीबी कम है। औद्योगिक हीटिंग प्रणालियों को विशेष रूप से लाभ होता है, क्योंकि वे पास के अन्य नियंत्रण परिपथों के साथ हस्तक्षेप करने वाले बहुत कम शोर उत्पन्न करती हैं। थाइरिस्टर घटक भी काफी कम शक्ति का अपव्यय करते हैं—वास्तव में 65% से 80% तक कम—जिसका अर्थ है कि इन घटकों का आयुष्य बढ़ जाता है और उनके प्रतिस्थापन की आवश्यकता कम बार पड़ती है। एक अन्य बड़ा लाभ यह है कि यांत्रिक रिले में प्रति वर्ष लाखों ऑपरेशन के बाद होने वाली संपर्क वेल्डिंग की समस्याओं से बचा जा सकता है। कई वर्षों तक बार-बार स्विचिंग की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए, प्रतिरोधी लोड को विश्वसनीय रूप से नियंत्रित करने के लिए शून्य क्रॉसिंग सबसे अच्छा विकल्प बना हुआ है।

प्रेरक लोड: एकल सॉलिड-स्टेट रिले की विश्वसनीयता के लिए महत्वपूर्ण विचार

बैक-ईएमएफ और वोल्टेज ट्रांसिएंट्स: एकल सॉलिड-स्टेट रिले सर्किट्स में प्राथमिक विफलता तंत्र

इंडक्टिव लोड्स, जैसे सोलनॉइड्स, कॉन्टैक्टर्स और विभिन्न प्रकार के मोटर्स, अपने चुंबकीय क्षेत्रों के भीतर ऊर्जा संग्रहित करते हैं। जब इन उपकरणों को अचानक बंद किया जाता है, तो वे तीव्र बैक-ईएमएफ वोल्टेज स्पाइक्स उत्पन्न करते हैं, जो प्रति माइक्रोसेकंड 1,000 वोल्ट से अधिक तक पहुँच सकते हैं। ये स्पाइक्स सॉलिड-स्टेट रिले (SSR) के आउटपुट अर्धचालकों में विनाशकारी थर्मल रनअवे प्रभाव उत्पन्न करते हैं। साधारण प्रतिरोधी लोड्स की तुलना में, संग्रहित ऊर्जा के अचानक मुक्त होने से विद्युत चापों के समान परिस्थितियाँ उत्पन्न होती हैं, जो अर्धचालक जंक्शनों के विघटन को तीव्र कर देती हैं। औद्योगिक SSR स्थापनाओं में देखी गई अधिकांश प्रारंभिक विफलताएँ वास्तव में इसी घटना से उत्पन्न होती हैं। जब बंद करने के दौरान करंट के शून्य तक गिरने का कोई प्राकृतिक बिंदु नहीं होता है, तो स्थिति और भी गंभीर हो जाती है— विशेष रूप से एसी प्रणालियों में यह समस्याग्रस्त है, क्योंकि वोल्टेज के शून्य स्तर तक पहुँचने के बाद भी शेष चुंबकीय ऊर्जा परिसंचरण जारी रहती है।

शमन रणनीतियाँ: स्नबर नेटवर्क, dv/dt-रेटेड SSR और रैंडम-ऑन स्विचिंग का चयन

एकल सॉलिड-स्टेट रिले को उन झंझट भरे प्रेरक खतरों से बचाने के कई प्रभावी तरीके हैं, जो विभिन्न प्रकार की समस्याएँ उत्पन्न कर सकते हैं। सबसे पहले, RC स्नबर नेटवर्क यहाँ अद्भुत प्रदर्शन करते हैं। अधिकांश लोग लगभग 100 ओम के प्रतिरोधकों को लगभग 0.1 माइक्रोफैराड के संधारित्रों से जोड़ते हैं। ये छोटे-छोटे व्यवस्थाएँ ऊर्जा के अचानक के झटके को अवशोषित कर लेती हैं, जिससे वह SSR के आउटपुट चरण तक पहुँचने से पहले ही निष्क्रिय हो जाता है। एक और अच्छी प्रथा है कि ऐसे SSR का चयन करना जिसकी dv/dt रेटिंग कम से कम 500 वोल्ट प्रति माइक्रोसेकंड हो। इससे यह सुनिश्चित होता है कि तेज़ वोल्टेज स्पाइक्स के सामने आने पर आंतरिक घटकों को क्षति नहीं पहुँचेगी। प्रेरक परिपथों के लिए, शून्य-क्रॉसिंग बिंदुओं की प्रतीक्षा करने के बजाय यादृच्छिक रूप से स्विचिंग करना उन घातक अनुनाद समस्याओं को रोकने में सहायक होता है, जो समय के साथ संचित होती रहती हैं। और एक महत्वपूर्ण बात जिसे कई इंजीनियर अक्सर नज़रअंदाज़ कर देते हैं—प्रेरक लोड के साथ काम करते समय, SSR की धारा रेटिंग को लगभग 40 से 50 प्रतिशत तक कम कर देना चाहिए। यह अतिरिक्त सुरक्षा बफर उन अप्रत्याशित प्रारंभिक धारा चोटों और अस्थायी अतिभार स्थितियों के लिए खाता रखता है, जो अधिक बार होती हैं जितना हम चाहेंगे।

कैपेसिटिव और मिश्रित लोड: एकल सॉलिड-स्टेट रिले के डेरेटिंग के साथ इनरश करंट का प्रबंधन

कैपेसिटर चार्जिंग सर्ज: एकल सॉलिड-स्टेट रिले के चयन के लिए शिखर धारा रेटिंग और I²t सहन क्षमता क्यों निर्णायक हैं

जब स्विच मोड पावर सप्लाईज़ में इनपुट फ़िल्टर जैसे धारिता भार (कैपेसिटिव लोड) स्टार्ट अप करते हैं, तो वे बहुत बड़ी इनरश धाराएँ उत्पन्न करते हैं, जो सामान्य संचालन स्तरों की तुलना में 20 से 40 गुना तक अधिक हो सकती हैं। ये धारा चोटें (सर्जेज़) वास्तव में सॉलिड-स्टेट रिले के लिए दो प्रमुख समस्याएँ उत्पन्न करती हैं। पहली समस्या तात्कालिक जोखिम की है, जब शिखर धारा उस मान से अधिक हो जाती है जो उपकरण के विनिर्देशों के अनुसार उसके द्वारा संभाली जा सकती है। दूसरी समस्या दीर्घकालिक प्रकृति की है, जहाँ समय के साथ ऊष्मीय तनाव (थर्मल स्ट्रेस) धीरे-धीरे बढ़ता जाता है, जिसे I²t इकाइयों (एम्पियर वर्ग प्रति सेकंड) में मापा जाता है। शुरुआत में, कैपेसिटर्स लगभग शॉर्ट सर्किट की तरह काम करते हैं, क्योंकि बिजली चालू करने के तुरंत बाद उनका प्रतिरोध बहुत कम होता है, जिससे वे MOSFET एवलांच (अवलांच) या यहाँ तक कि आंतरिक बॉन्ड वायर्स को पिघलाने जैसी घटनाओं के माध्यम से क्षति का कारण बन सकते हैं। किसी भी घटक का चयन करने वाले के लिए, वास्तविक दुनिया की परिस्थितियों के तहत विश्वसनीय संचालन सुनिश्चित करने के लिए इन दोनों कारकों की जाँच करना पूर्णतः आवश्यक हो जाता है।

• शिखर धारा रेटिंग अधिकतम संभावित इनरश आयाम से अधिक होता है
• I²t सहन क्षमता मान कुल सर्ज ऊर्जा समाकलन से अधिक हो जाता है

गणना किए गए मानों से 50–60% तक की डेरेटिंग करना मानक प्रथा है—यह न केवल कैपेसिटर के ESR में आयु संबंधित वृद्धि को समायोजित करने के लिए, बल्कि इसलिए भी है क्योंकि DC-आउटपुट SSR में शून्य-क्रॉसिंग सहायता का अभाव होता है, जिससे वे बार-बार होने वाली इनरश घटनाओं के प्रति विशेष रूप से संवेदनशील हो जाते हैं।

AC बनाम DC लोड संगतता: एकल सॉलिड स्टेट रिले के आउटपुट कॉन्फ़िगरेशन की सीमाएँ

एसी और डीसी लोड का सॉलिड-स्टेट रिले की आउटपुट वास्तुकल्प पर प्रभाव बहुत अलग होता है। एसी एसएसआर के लिए, वे सबसे अच्छा काम करते हैं क्योंकि वे उन प्राकृतिक धारा शून्य बिंदुओं का लाभ उठा सकते हैं, जहाँ तरंग रूप शून्य वोल्ट को पार करता है। इससे उन्हें थाइरिस्टर या ट्रायक जैसे घटकों का उपयोग करके एसी सिग्नल के लिए विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए घटकों के माध्यम से शक्ति को स्वच्छ रूप से बंद करने की अनुमति मिलती है। लेकिन डीसी लोड के साथ स्थिति जटिल हो जाती है। इन्हें एक-दिशात्मक आउटपुट उपकरणों—आमतौर पर मॉसफेट या द्विध्रुवी ट्रांजिस्टरों—की आवश्यकता होती है, जो निरंतर धारा प्रवाह को संभाल सकें और वोल्टेज ड्रॉप के बिना भी उचित रूप से बंद हो सकें, जो स्विचिंग में सहायता करता है। जब कोई व्यक्ति गलती से डीसी अनुप्रयोग के लिए एसी रेटेड एसएसआर का उपयोग करता है, तो खराब घटनाएँ तेज़ी से घटित होती हैं। शून्य क्रॉसिंग के बिना, रिले अनियंत्रित रूप से विद्युत प्रवाहित करता रहता है। इससे घटकों का अत्यधिक तापन होता है और अंततः इसके अंदर के अर्धचालक भाग नष्ट हो जाते हैं। इसे सही ढंग से करने का अर्थ है कि एसएसआर के प्रकार को उस धारा के प्रकार के साथ ठीक से मिलाना, जिसे यह नियंत्रित करेगा। इसके अतिरिक्त, वोल्टेज और धारा विनिर्देशन भी महत्वपूर्ण हैं, जो सामान्य संचालन की शर्तों से परे जाते हैं और जिनमें पर्याप्त अतिरिक्त क्षमता का समावेश होता है। इन विवरणों में गलती करने से केवल रिले का ही नष्ट होना नहीं होता, बल्कि पूरे प्रणालियों को अप्रत्याशित रूप से रोक दिया जा सकता है।