Relè a stato solido vs. relè elettromeccanici

A seconda di chi chiedi, i relè a stato solido sono la soluzione superiore per l'commutazione di potenza, ma altri insistono che i relè elettromeccanici siano la scelta ovvia. Chi ha ragione e per quali motivi? Per rispondere a queste domande, esploriamo le differenze tra relè elettromeccanici e a stato solido e come operano, oltre a confrontare le loro specifiche di prestazione su vari livelli.

Che cos'è un relè?

Un relè è una soluzione di commutazione di potenza che può essere utilizzata per distribuire energia senza aprire e chiudere manualmente l'interruttore. Per accendere e spegnere l'energia, un relè richiede semplicemente un piccolo segnale elettrico. Questo segnale è un "guardiano" metaforico per un segnale elettrico molto più grande. La capacità di avere un controllo a bassa potenza su un segnale ad alta potenza è ciò che ha reso i relè così importanti nella storia dell'elettronica.

Quali sono le differenze tra relais elettromeccanici e a stato solido?

Relè elettromeccanico (EMR)

Un relè elettromeccanico utilizza una parte mobile fisica per connettere i contatti all'interno del componente di uscita del relè. Il movimento di questo contatto è generato utilizzando forze elettromagnetiche dal segnale di ingresso a bassa potenza, permettendo il completamento del circuito che contiene il segnale ad alta potenza. Il componente fisico all'interno del relè elettromeccanico produce comunemente un suono di "clic", che può essere effettivamente utile in alcune situazioni, sebbene possa portare a fenomeni di arco interno e richieda un tempo relativamente lungo per muoversi.

Relè a stato solido (SSR)

Un relè a stato solido potrebbe essere il simbolo dell'industria dei semiconduttori. Gli SSR utilizzano un segnale elettrico a bassa potenza per generare un segnale semiconduttore ottico, tipicamente con un optoisolatore, che trasmette e attiva il segnale di uscita. Quando attivato, il segnale ottico di ingresso funge da "interruttore" che consente a un segnale ad alta tensione di passare attraverso il componente di uscita dell'SSR. Ci sono diversi modi per farlo, ma il tema comune tra tutti è l'assenza di parti mobili, rendendoli così a stato solido.

Entrambe le tecnologie possono essere utilizzate per applicazioni nel riscaldamento, illuminazione, controllo del movimento e altro ancora. Tuttavia, i relè a stato solido sono superiori agli elettromeccanici nella maggior parte delle categorie comparative. I relè elettromeccanici sono una tecnologia relativamente vecchia che utilizza un approccio di progettazione meccanica semplice, mentre i relè a stato solido sono molto più recenti e avanzati—e sì, più complessi. Si può sostenere che qualcosa di complesso non è necessariamente migliore di un prodotto più semplice che svolge lo stesso compito. Tuttavia, il più complesso SSR potrebbe convincerti quando si tratta di prestazioni.

Quali sono i vantaggi di un relè a stato solido rispetto a un relè elettromeccanico?

I relè a stato solido hanno un costo iniziale piuttosto elevato e forse intimidatorio rispetto a un relè elettromeccanico. Tuttavia, l'integrazione di un SSR piuttosto che di un EMR può comportare un costo complessivo uguale o addirittura inferiore a seconda dell'applicazione particolare, cosa che discuteremo più avanti. Inoltre, gli SSR spesso superano gli EMR in diversi ambiti. Confrontiamo i due:

Come puoi vedere, gli SSR sono in generale più dinamici nelle loro prestazioni e nelle caratteristiche che offrono rispetto agli EMR. C'è tuttavia un'area dove gli EMR hanno spesso il vantaggio: la gestione termica. Gli SSR possono avere dissipazioni di potenza di ordini di grandezza superiori rispetto ai relè elettromeccanici semplicemente a causa della fisica che utilizzano. Questo generalmente significa che i progettisti di componenti devono integrare dissipatori di calore e ventole nei loro progetti, il che aumenta il costo iniziale complessivo che si sostiene utilizzando l'SSR.
 
Prima di escludere gli SSR basandoti solo sul costo iniziale, tuttavia, parliamo di più sul costo totale di proprietà così come delle persone che determinano cosa significhi realmente “costo”.

Confronto dei Costi: Perché i Relè a Stato Solido Possono Ancora Valere nel Lungo Periodo

Gli ingegneri tendono a concentrarsi sulle prestazioni, e migliori prestazioni generalmente significano costi più alti. I responsabili della catena di approvvigionamento, d'altra parte, sono molto più preoccupati con i prezzi iniziali dei componenti e i tempi di consegna, che sono indicati come costi di approvvigionamento. I responsabili commerciali e marketing mettono in evidenza i costi di garanzia, che includono l'aspettativa di vita e i costi di manutenzione associati come tempo di inattività, tempo di viaggio, tempo di sostituzione e riparazione, e forza lavoro. Di tutti questi costi, solo il prezzo iniziale dei componenti può essere equiparato al suddetto “costo una tantum iniziale.”
 
Pertanto, solo perché i relè elettromeccanici hanno un prezzo iniziale più basso non significa che “costino meno” considerando l'insieme di tutti gli altri costi nascosti che entrano in gioco più avanti. Troppo spesso, nelle aziende di oggi, i manager richiedono soluzioni “più rapide-migliori-economiche,” che sono frequentemente priorità in competizione – economico non significa necessariamente più rapido e/o migliore. Tuttavia, utilizzando i relè e contattori a stato solido Crydom, puoi effettivamente ottenere più veloce, migliore ed economico considerando il costo totale di proprietà. I loro relè a stato solido sono soluzioni affidabili nelle prestazioni che contribuiscono alla longevità dell’applicazione, quindi raramente devi preoccuparti di assisterli, ripararli o sostituirli una volta installati.

Confronto del costo totale di proprietà dei relè a stato solido e dei relè elettromeccanici

Per aiutarti ad analizzare il costo totale di proprietà (TCO) per SSR rispetto a EMR, Crydom ha sviluppato un Calcolatore TCO facile da usare che si può trovare sul loro sito web sotto la scheda “Tools”. Il calcolatore considera informazioni relative sia ai costi diretti che indiretti e assume anche che entrambe le soluzioni di commutazione siano state opportunamente selezionate per adattarsi al carico e ai sistemi di alimentazione. Inoltre, il calcolatore incorpora principalmente i costi associati alla tecnologia, in quanto comuni a varie applicazioni.
 
Il costo per unità del calcolatore è il costo d'acquisizione della soluzione di commutazione. Ci sono anche costi aggiuntivi per i dissipatori di calore (per SSR) e socket (per EMR) se necessari. Anche la durata di vita, espressa in numero di cicli o operazioni, viene presa in considerazione, così come i requisiti specifici per una determinata applicazione. Questi potrebbero includere cicli previsti per minuto o tipo di carico (ad esempio resistivo, induttivo, trasformatore/condensatore o ballast).
 
Il tipo di carico è necessario per stimare gli aggiustamenti della durata per EMR e il calcolatore seleziona automaticamente il corretto derating in base al carico scelto: derating dell'80% per motori, bobine o solenoidi; derating del 75% per trasformatori o condensatori; e 70% per ballast. Il periodo di garanzia, anch'esso incluso nel calcolo, viene utilizzato come riferimento temporale nei risultati stimati del costo totale. Può essere regolato per mostrare diversi intervalli di tempo, da un mese a un anno o più. Anche il costo per servizio, un'altra variabile, deve essere considerato, poiché cambia tra applicazioni o da un modello di business all'altro. La Figura 3 mostra il calcolatore TCO di Crydom.

Quando devi scegliere tra la tecnologia dei relè elettromeccanici e quella dei relè a stato solido, potresti trovare difficile superare il costo iniziale degli SSR. Tuttavia, sebbene il costo iniziale dell'EMR sia inferiore a quello dell'SSR, all'aumentare del numero di cicli aumenta anche il costo per mantenere, riparare e/o sostituire l'EMR. Quindi, una volta calcolato il costo totale di proprietà di entrambi gli SSR e gli EMR, ti renderai presto conto che il costo nel corso della vita degli SSR è lo stesso o inferiore rispetto a quello degli EMR in molti casi. Considerati i vantaggi che gli SSR hanno sugli EMR in termini di caratteristiche e prestazioni, non è difficile giustificare l'integrazione di un SSR nel tuo progetto.
 
Vuoi saperne di più? Perché non leggere Cosa c'è dentro un relè a stato solido?