7.1 SSRS E CHAVES ESTÁTICAS
Os SSRs (Solid State Relay) termo inglês para Relés de Estado Sólido, são dispositivos eletrônicos usados no chaveamento de cargas resistivas ou indutivas com inúmeras vantagens sobre os relés eletromecânicos convencionais. Sua vida útil de milhões de operações, a alta velocidade de manobra sem ruído elétrico, faiscamento ou desgaste mecânico e a baixa potência necessária para seu disparo, fazem dos relés de estado sólido uma perfeita opção onde o controle com alta precisão é fundamental.
Já as Chaves Estáticas são uma solução completa para o acionamento de cargas elétricas. Já incorpora dissipador, ventilador, proteção de sobreaquecimento, fixação e conexões adequadas a corrente nominal. Tem como elemento chaveador o SSR, dispositivo eletrônico de inúmeras vantagens sobre os convencionais relés eletromecânicos (contactoras). Um sinal de comando (INPUT) determina o acionamento da carga conectada aos terminais de potência (LOAD).
A ausência de partes móveis elimina a possibilidade de desgaste e o ruído mecânico de operação. O acionamento zero-crossing reduz drasticamente o ruído elétrico de chaveamento. O isolamento elétrico entre entrada, saída e carcaça metálica simplifica e torna mais segura a instalação e manutenção. Apropriadamente instalados, podem operar sem falhas por muitos anos. Comando com pulso elétrico de 4 até 32 V.Tensão de carga de 480 Vac. Nas correntes de 80 até 300 Ampéres.
7.2 ACIONAMENTO POR ÂNGULO DE FASE E POR TREM-DE-PULSO
Controladores de potência ou módulos de potência são os equipamentos destinados ao controle da quantidade de energia aplicada diretamente sobre a carga de processos diversos. Essa quantidade de energia a ser aplicada a carga é definida pelo controlador do processo que, através de seu sinal de saída, repassa a informação ao controlador de potência. O sinal de saída do controlador de processo é o sinal de entrada do controlador de potência.
O controlador de potência atua sobre seus tiristores, que são componentes internos de alta capacidade de condução de corrente elétrica, que atuam como chaves elétricas e como tais, são dispositivos de apenas dois estados: ligado ou desligado. Como então entregar a carga do processo quantidades de energia diferentes de 0 % (tiristor
desligado) e 100 % (tiristor ligado)?
A resposta está na técnica de modulação da tensão elétrica da rede que alimenta a carga. Ligando e desligando os tiristores em momentos criticamente específicos é possível obter sobre a carga valores médios de potência
proporcionais ao definido pelo controlador de processo.
Duas técnicas são tradicionalmente utilizadas:
7.2.1 MODULAÇÃO POR ÂNGULO DE FASE
Cada ciclo da rede elétrica AC é dividido em dois semi-ciclos e esses são sub-divididos em graus, num total de 180°
para cada semi-ciclo.
Figura 12 - SSR e Chave Estática
Na modulação por ângulo de fase o acionamento dos tiristores se dá a cada semi-ciclo da rede. A modulação acontece ligando o tiristor no ângulo que corresponde ao percentual de potência elétrica definido pelo sinal de entrada do controlador de potência. O desligamento acontece no próximo cruzamento por zero. É repassada para a carga apenas parte de cada semi-ciclo.
Por exemplo: para uma potência de 50 %, definida pelo sinal de entrada, o tiristor liga em 90° e desliga em 180°
(cruzamento por zero). Veja o gráfico abaixo:
Abaixo, outros valores de potência aplicados sobre a carga:
Neste tipo de modulação um controle mais refinado do processo é possível. Valores baixos de sinal de entrada promovem baixos valores de tensão sobre a carga. Essa característica é importante em processo onde há necessidade de limitar a corrente elétrica nos primeiros momentos de processo ligado.
É o tipo de acionamento indicado para ser instalado no lado primário de transformadores. Nessas aplicações, para evitar problemas no desligamento da carga, valores de potência elétrica menores de 25 % devem ser evitados.
7.2.2 MODULAÇÃO POR CICLO INTEGRAL (EQUIVALENTE AO TREM-DE-PULSO)
Neste tipo de modulação o controle da potência elétrica acontece pela limitação do número de ciclos da rede aplicados a carga. O controlador de potência determina qual o número de ciclos de rede serão repassados à carga.
Por exemplo: para 10 % de potência, definidos por seu sinal de entrada, o controlador de potência aplica sobre a carga 1 ciclo a cada 10 ciclos de rede. Para 25 % aplica 1 ciclo a cada 4. Para 50 %, aplica 1 a cada 2. Veja os gráficos abaixo:
Neste modo a carga é sempre acionada nos cruzamentos de zero da tensão da rede elétrica e seu desligamento acontece no cruzamento por zero da corrente elétrica da carga. Esta característica traz vantagens importantes à
instalação, pois não são gerados ruídos, nem harmônicos.
Outra vantagem importante desse tipo de modulação é a possibilidade de um acionamento mais linear da carga.
Como esta técnica não necessita de um período de ciclo (cycle time), não há grandes intervalos sem o acionamento
da carga.
Por exemplo: numa modulação por trem-de-pulso com o período de ciclo definido em 1 (um) segundo, quando o controlador de potência aplica 25 % de potência à carga temos 0,25 segundo de carga ligada e 0,75 segundo de carga não ligada. Deste modo temos uma espécie de “batimento”. Lâmpadas incandescentes, nestas condições, permaneceriam piscando. Com a técnica sem o período de ciclo, a carga liga 16,6 ms (1 ciclo) e permanece desligados por outros 49,8 ms (3 ciclos de rede).
7.3 CONTROLADORES DE POTÊNCIA PCW E PCWE
Nos controladores de potência NOVUS das séries PCW e PCWE, o usuário encontra essas duas técnicas de acionamento de cargas elétricas em um mesmo equipamento. A seleção de qual técnica adotar é feita durante a configuração do controlador. Além desta vantagem os controladores NOVUS apresentam as seguintes características:
• Tensão de carga: 180~440 Vca; 50/60 Hz
• Sinal de comando: 0-20 mA, 4-20 mA, 0-5 V, 1-5 V, 0-10 V, 2-10 V e Potenciômetro de 10 k
• Alimentação de controle: 220 Vac; 50/60 Hz
• Alarme com relé SPST; 3 A / 250 Vca
• Rigidez dielétrica entre partes: 2500 V
• Temperatura de Operação: -10 a 60 ºC
• Gabinete plástico: ABS+PC / UL-94V0
• Para redes de 220/380V
• Gabinete compatível com as normas NR10
• Trem-de-pulso e Ângulo de fase em um mesmo modelo
• Múltiplos sinais de comando
• Fusíveis incorporados
7.3.1 CONTROLE MANUAL
Recurso que permite ao usuário estabelecer manualmente o valor percentual de potência entregue a carga.
7.3.2 LIMITE DE CARGA (APENAS PARA O MODELO PCWE)
Recurso que determina um limite máximo de potência a ser entregue a carga, independentemente do valor apontado pelo sinal de controle.
Figura 13 - Controladores PCW e PCWE