Cách kiểm tra Rơ le trạng thái rắn

Thành thạo các phương pháp kiểm tra đúng cho thiết bị rơ le trạng thái rắn là một kỹ năng quý giá đối với những người tham gia vào việc tạo ra, quản lý và mua sắm hệ thống điều khiển điện. Bởi vì rơ le trạng thái rắn không chứa các bộ phận cơ học, chúng có thể hỏng theo cách khác với rơ le điện cơ truyền thống và không thể phân tích bằng các quy trình kiểm tra tiêu chuẩn. Thường thì, SSR hỏng một cách âm thầm, điều này có thể dẫn đến việc thiết bị bị kích hoạt sai hoặc thậm chí dòng điện rò rỉ trong khi hệ thống nên được tắt hoàn toàn. Các kỹ thuật được thảo luận trong bài viết này cung cấp hướng dẫn cho các loại kiểm tra SSR khác nhau, bắt đầu từ kiểm tra đơn giản bằng đồng hồ đo và kết thúc bằng kiểm tra xác minh điện đầy đủ được sử dụng trên sàn sản xuất.

Tại sao việc kiểm tra SSR khác với rơ le cơ học

Một rơ le cơ học có thể mở và đóng các tiếp điểm kim loại nên khi sử dụng đồng hồ đo đặt ở chế độ liên tục, các kết quả thu được rất rõ ràng: đóng nghĩa là gần như bằng không ohm, mở nghĩa là vô cực. Trong khi đó, SSR thực hiện việc chuyển mạch bằng các thiết bị trạng thái rắn như TRIAC, SCR hoặc FET và đó là một trò chơi hoàn toàn khác. Ngay cả khi không hoạt động, một SSR tốt cũng cho phép một lượng nhỏ dòng rò rỉ chảy khi nó tắt, và ở chế độ hoạt động nó giảm một điện áp nhất định thay vì hoạt động như một công tắc đóng hoàn hảo. Vì lý do này, phép đo điện trở qua các đầu ra của một SSR bình thường có thể khá gây nhầm lẫn và có thể chỉ ra một bộ phận bị lỗi. Một trong những lý do chính khiến kiểm tra rơ le trạng thái rắn trở nên phức tạp là vì mọi người chỉ dựa vào các nguyên tắc giống như họ áp dụng cho rơ le cơ học.

Chuẩn bị và thiết bị cần thiết

Trước khi bắt đầu bất kỳ công việc nào, hãy thu thập một đồng hồ vạn năng kỹ thuật số, có chức năng đo diode và điện trở, cũng như nguồn điện một chiều/ xoay chiều điện áp thấp phù hợp với thông số điều khiển của rơ le. Cũng nên sử dụng một tải thử nhỏ, ví dụ như bóng đèn sợi đốt hoặc bất kỳ thiết bị sưởi ống nào phù hợp với vị trí. Một thiết bị kiểm tra điện áp cao là cần thiết cho mục đích an toàn và kiểm tra cách ly nếu nhà sản xuất khuyến nghị xác minh sự tách biệt giữa mạch đầu vào và đầu ra. Thông số kỹ thuật của nhà sản xuất cung cấp thông tin về số hiệu bộ phận, điện áp điều khiển, dòng điện đầu ra và dòng rò rỉ ở trạng thái tắt. Việc biết đó là mạch DC hay AC là rất quan trọng để dự đoán hành vi tương lai của thiết bị. SSR zero-crossing chỉ có thể bật khi điện áp bằng không; vì lý do này, nó được áp dụng cho tải trở, trong khi mô hình random-fire được sử dụng cho điều khiển pha.

Cảnh báo các rủi ro an toàn

Đầu ra của rơle trạng thái rắn có thể được kết nối với điện áp lưới, và đế kim loại của nó có khả năng rất gần với các mối nối bán dẫn đang hoạt động. Do đó, mạch nên được ngắt nguồn, tất cả các tụ điện nên được xả điện, và điện áp nên được kiểm tra bằng đồng hồ vạn năng kỹ thuật số trước khi người vận hành vào mạch. Trong quá trình thử nghiệm hoạt động có nguồn, phải sử dụng mạch có cầu chì phù hợp để kết nối rơle và một tay nên được giữ phía sau lưng khi làm việc gần dây điện đang có điện. Trong trường hợp kiểm tra cách ly, cần nhớ rằng máy kiểm tra điện áp cao sử dụng điện áp cao và chỉ nên được vận hành bởi nhân viên được đào tạo khi thiết bị được tách ra khỏi phần còn lại của máy.

Cách kiểm tra rơle trạng thái rắn bằng đồng hồ vạn năng

Câu hỏi thường gặp mà mọi người hỏi trong các xưởng là cách kiểm tra rơle trạng thái rắn, và sự thật là, trong khi đồng hồ có thể phát hiện các lỗi lớn, nó không thể cho biết trạng thái thiết bị một cách hoàn chỉnh. Nhưng chỉ bằng cách thực hiện kiểm tra bằng đồng hồ, bạn có thể sàng lọc hầu hết các rơle trạng thái rắn bị lỗi và bị chập chỉ trong vài phút. Trước hết, hãy đảm bảo rằng thiết bị đã được ngắt khỏi nguồn cung cấp. Sau đó chuyển đồng hồ sang chế độ diode và kiểm tra các cực đầu vào hoặc điều khiển của rơle trạng thái rắn. Nếu rơle trạng thái rắn này hoạt động với đầu vào DC và sử dụng opto coupler và LED, bạn có thể nhận được điện áp thuận theo một chiều và đọc mở mạch theo chiều ngược lại, giống như một diode. Nếu đọc mở mạch ở cả hai chiều, điều đó cho thấy đầu vào bị hở. Ngược lại, nếu các giá trị đọc gần bằng không ở cả hai chiều, điều đó chỉ ra đầu vào bị chập.

Bước tiếp theo là kiểm tra các cực đầu ra. Đặt đồng hồ ở chế độ đo điện trở và kiểm tra đầu ra. Trong rơle trạng thái rắn hoạt động, bạn nên thấy điện trở cao ở cả hai chiều, điều này có nghĩa là bán dẫn không dẫn điện. Nếu các giá trị đọc gần bằng không theo một chiều, điều đó cho thấy đầu ra bị chập, đây là lỗi phổ biến nhất và nguy hiểm nhất của rơle trạng thái rắn.

Thí nghiệm chức năng có nguồn

Thử nghiệm trên bàn tối ưu hoàn chỉnh được gọi là thí nghiệm chức năng có nguồn, trong đó xác nhận hoạt động của thiết bị. Kết nối các cực đầu ra nối tiếp với đèn thử và nguồn cung cấp liên quan trong khi giữ kết nối điều khiển không kết nối. Khi không có điện áp điều khiển, đèn phải tắt. Nếu đèn sáng nhẹ, điều đó cho thấy đầu ra bị chập. Bây giờ cấp điện áp điều khiển vào đầu vào và rơle khỏe mạnh sẽ bật đèn với độ sáng đầy đủ. Sau khi ngắt điện áp điều khiển, đèn phải hoàn toàn tắt. Nếu đầu ra không bật khi có điện áp điều khiển ở đầu vào, điều đó cho thấy thiết bị bị hở hoặc nếu nó không tắt khi điện áp điều khiển tắt, điều đó có nghĩa là bán dẫn đầu ra đã hỏng.

Trong khi thiết bị vẫn đang được cấp nguồn, có thể đo điện áp rơi tại thời điểm làm việc bằng đồng hồ vạn năng. Điện áp rơi khoảng 1-1,5 volt trên SSR TRIAC AC được coi là bình thường và nếu quá cao, điều đó ngụ ý rằng bán dẫn đang già đi và nóng lên. Đo dòng rò ở trạng thái tắt qua đồng hồ vạn năng sẽ cho thấy mức độ chuyển mạch tốt như thế nào. Vì vậy, hai phép đo này phân biệt thiết bị kém chất lượng với thiết bị tốt.

Kiểm tra SSR cho đầu vào AC

Không phải tất cả các thiết bị đều nhận tín hiệu với điều khiển DC. Trong trường hợp thiết bị đầu vào AC, điện áp điều khiển dự kiến nằm trong khoảng 90-280 AC, vì vậy công thức kiểm tra diode đã đề cập trước đó không áp dụng trong trường hợp này. Đối với loại thiết bị này, cách an toàn và dễ dàng là chỉ thực hiện kiểm tra chức năng có nguồn: bật điện áp điều khiển AC được chỉ định và kiểm tra xem thiết bị có được bật theo đó hay không. Do đó, không thể đo điện trở trong thiết bị AC do điện áp thấp và do đó khó diễn giải kết quả thu được qua việc sử dụng các dụng cụ đo.

Kiểm tra cách ly và Hi-Pot

Đồng hồ vạn năng không thể kiểm tra một số đặc tính như tình trạng cách điện giữa mạch đầu vào và đầu ra. Trong khi rào cản này đảm bảo rằng điện áp cao không đến được phía điều khiển điện áp thấp của hệ thống, đây là một thông số an toàn quan trọng cần được kiểm tra thông qua thử nghiệm chịu điện môi hoặc hi-pot, bao gồm việc áp dụng điện áp cao cho mạch đầu vào/đầu ra trong một khoảng thời gian đồng thời theo dõi khả năng bị phá vỡ hoặc dòng rò quá mức. Một thiết bị vượt qua kiểm tra chức năng nhưng không đạt kiểm tra cách ly quy trình rơ le trạng thái rắn là không an toàn và phải bị loại bỏ, vì lỗi cách điện không nhìn thấy sẽ không xuất hiện trong bất kỳ kiểm tra chuyển mạch nào. Đây là lý do tại sao các chương trình chất lượng nghiêm ngặt coi việc xác minh hi-pot là bắt buộc thay vì tùy chọn.

Hành vi nhiệt và lỗi nhiệt

Khi một SSR được kích hoạt, nó có xu hướng giảm điện áp và gây ra nhiệt, điều này chiếm phần lớn các lỗi trên thực tế. Một SSR hoạt động bình thường trong phòng thí nghiệm có thể bắt đầu hoạt động bất thường sau khi dẫn dòng điện trong vài phút trên một bộ tản nhiệt chất lượng thấp. Trong trường hợp nghi ngờ có lỗi nhiệt, nên thực hiện kiểm tra chức năng có nguồn với tải định mức trong một khoảng thời gian dài và theo dõi nhiệt độ bản mạch. Nếu một thiết bị cho thấy sự tăng điện áp rơi khi bật và hành vi chuyển mạch không ổn định, điều đó có nghĩa là bán dẫn của nó đang hoạt động vượt quá giới hạn. Việc tản nhiệt đúng cách và vật liệu giao diện nhiệt là một phần của giải pháp, mặc dù chu kỳ nhiệt trong quá trình thử nghiệm làm lộ ra vấn đề. Do đó, các SSR được thiết kế dư thừa với biên độ dòng điện đủ và được gắn trên bộ tản nhiệt có công suất phù hợp sẽ vượt qua các bài kiểm tra tốt, trong khi một thiết bị bị quá nhiệt sẽ thất bại trong vài phút. Ghi lại nhiệt độ bản mạch vào cuối thí nghiệm cung cấp một tiêu chuẩn để so sánh trong tương lai.

Làm thế nào để kiểm tra một rơ le trạng thái rắn

Kết hợp một số kiểm tra khác nhau giúp dễ dàng xác định một thiết bị bị lỗi. Một trong những dấu hiệu chính của sự cố là tải vẫn được cấp điện bất kể tín hiệu điều khiển. Vấn đề ngược lại liên quan đến đầu ra mở cũng như giai đoạn đầu vào chết. Khi tải nhấp nháy và chuyển mạch kém và chỉ bật khi nó nóng lên, điều đó chứng tỏ sự hiện diện của bán dẫn chất lượng kém hoặc vấn đề với điều khiển. Nói chung, để có thể xác định liệu một rơ le trạng thái rắn có bị hỏng hay không, các chỉ số của đồng hồ đo và kiểm tra chuyển mạch chức năng cùng với kiểm tra cách ly nên được sử dụng cùng nhau.

Kiểm tra trong mạch so với ngoài mạch

Tầm quan trọng của việc thực hiện kiểm tra bằng với tầm quan trọng của vị trí kiểm tra. Kiểm tra sạch nhất là khi chúng ta kiểm tra rơ le đã được tháo ra khỏi máy. Đây là cách tốt nhất, vì không có gì có thể ảnh hưởng đến các chỉ số đo của bạn. Tất nhiên, đồng hồ chỉ đo rơ le, kiểm tra chức năng chỉ yêu cầu tải mà bạn biết, và không có mạch song song làm phức tạp các phép đo trong trường hợp này. Tuy nhiên, nếu câu hỏi là quan trọng tối đa, tốt hơn là tháo SSR ra và kiểm tra nó. Kiểm tra trong mạch là cách dễ dàng và nhanh hơn vì thiết bị đã được đấu dây, nhưng nhiều yếu tố, mạch điều khiển và tải có thể ảnh hưởng đến kết quả; do đó, dữ liệu nhận được từ kiểm tra trong mạch chỉ nên được coi là thông tin sơ bộ. Nếu nghi ngờ; hãy kiểm tra ngoài mạch: nếu không, bạn có thể kết luận sai về phần tử bị lỗi và thay thế thiết bị đang hoạt động, để vấn đề thực sự vẫn chưa được giải quyết.

Những sai lầm phổ biến cần tránh

Có một số sai lầm phổ biến mà các chuyên gia cũng mắc phải. Sai lầm đầu tiên là kỳ vọng rằng đầu cuối của SSR sẽ hiển thị mạch hở hoặc chập khi đo bằng đồng hồ ohm; các bán dẫn hoạt động khác biệt và các giá trị rò rỉ thông thường bị nhầm lẫn với các kết quả hỏng hóc. Sai lầm thứ hai là áp dụng điện áp điều khiển không chính xác trong quá trình kiểm tra, hoặc là cung cấp điện áp không đủ để mạch điều khiển hoạt động hoặc loại điện áp sai (ví dụ: cung cấp DC thay vì AC). Sai lầm thứ ba là tiến hành kiểm tra mà không có tải, điều này có thể che giấu đầu ra bị lỗi vì không có dòng điện chạy qua hệ thống. Sai lầm thứ tư là không thực hiện kiểm tra cách điện, và giả định rằng một thiết bị chuyển mạch đúng cách thì phải an toàn. Có thể có sự chuyển mạch hoàn hảo của một rơ le nhưng đồng thời nó có thể mất đi rào cản cách điện.

Từ kiểm tra trên bàn đến kiểm tra quy mô sản xuất

Cuộc thảo luận trước đây xoay quanh ý tưởng kiểm tra từng rơ le riêng biệt, điều này phù hợp với việc bảo trì và sửa chữa, nhưng nhiệm vụ sản xuất lại là một câu chuyện hoàn toàn khác. Trong quá trình vận hành một cơ sở sản xuất hàng trăm nghìn SSR mỗi ca, việc kiểm tra thủ công từng SSR sản xuất là điều không thực tế, chậm và không thể ghi chép đầy đủ cho nhu cầu chứng nhận. Các quy trình riêng lẻ không khác nhiều so với những quy trình đã mô tả trong các phần trước; tuy nhiên, chúng cần được tự động hóa, sắp xếp theo trình tự và ghi chép lại. Các đặc tính được kiểm tra bao gồm công suất dòng điện định mức, điện áp sụt giảm đầu ra, dòng điện điều khiển đầu vào, điện trở cách điện, và nếu cần, kiểm tra chu kỳ nhiệt. Đây là điểm mà cách kiểm tra rơ le trạng thái rắn kiến thức chuyển từ kỹ năng xưởng thành một kỷ luật sản xuất.

Benlong Automation xây dựng chính xác loại dây chuyền tích hợp này. Dây chuyền sản xuất tự động sử dụng rơle bán dẫn kết hợp đặt SMT, hàn, phun keo và một bộ kiểm tra chức năng đầy đủ đo công suất dòng điện định mức, điện áp sụt giảm đầu ra, độ bền cách điện bằng hi-pot lên đến hai nghìn năm trăm volt AC, và đặc tính nhiệt, sau đó tải mọi kết quả lên hệ thống MES để theo dõi hoàn chỉnh từng đơn vị. Bởi vì các kiểm tra điện giống như bạn thực hiện thủ công được thực hiện bởi các thiết bị kiểm tra lập trình với tốc độ hơn một nghìn đơn vị mỗi ca và được ghi lại tự động, nhà sản xuất đạt được cả sự nhất quán và dấu vết kiểm toán cần thiết cho sự tuân thủ IEC 62314. Đối với bất kỳ ai chuyển từ kiểm tra trên bàn thỉnh thoảng sang đầu ra tiêu chuẩn hóa, có thể chứng nhận, một dây chuyền tự động biến quy trình thủ công thành một quy trình có thể lặp lại và được ghi chép.

Xây dựng một quy trình kiểm tra đơn giản

Một quy trình tốt kết nối các kỹ thuật thành một hệ thống có thể áp dụng mỗi lần. Bắt đầu bằng việc kiểm tra bằng mắt để phát hiện bất kỳ vết nứt, đổi màu và mùi cháy nào, vì bất kỳ thiết bị bị hư hỏng vật lý nào cũng sẽ hỏng trước khi có thể kiểm tra. Tiếp theo, chuyển sang màn hình đọc của đồng hồ đo ở đầu vào và đầu ra để xác định bất kỳ thiết bị chết hoặc chập mạch nào. Tiến hành kiểm tra trực tiếp để đảm bảo chức năng bật-tắt đúng của thiết bị dưới tải bình thường và đo điện áp giảm trong quá trình hoạt động. Kết thúc bằng kiểm tra cách điện trong bất kỳ trường hợp an toàn hoặc chứng nhận nào. Làm việc theo thứ tự này có nghĩa là mỗi bước hoặc là xác nhận thiết bị không có lỗi hoặc dừng bạn lại trước khi bạn lãng phí công sức vào một bộ phận đã cho thấy lỗi, đó là bản chất thực tiễn của quy trình tốt Kiểm tra SSR.

Phần kết luận

Hiểu biết cách kiểm tra rơ le trạng thái rắn các thiết bị là tôn trọng những gì làm cho chúng khác biệt so với rơ-le cơ học và sử dụng công cụ phù hợp cho từng lớp kiểm tra. Một đồng hồ đa năng kiểm tra các vấn đề chính về đầu vào và đầu ra, một bài kiểm tra chức năng có nguồn xác nhận việc chuyển mạch mượt mà dưới tải trong khi đo điện áp giảm khi bật và rò rỉ, và một bài kiểm tra hi-pot đảm bảo rào cản cách điện mà không đồng hồ đa năng nào có thể xác định được. Những bài kiểm tra này đủ cho việc bảo trì và khắc phục sự cố. Trong trường hợp sản xuất quy mô lớn, các nguyên tắc tương tự được áp dụng tự động và có thể truy xuất trên một dây chuyền sản xuất duy nhất, đảm bảo rằng tất cả sản phẩm giao sẽ được kiểm chứng và ghi chép đầy đủ. Học cách hiểu các kiểm tra riêng biệt và sau đó bạn sẽ biết cách làm việc với bất kỳ SSR nào.