Relé de estado sólido e dissipador: como dimensionar para a resistência

O relé de estado sólido (SSR) esquenta enquanto conduz: o de saída CA, cerca de 1 a 1,5 W por ampère de carga, segundo catálogo de fabricante de SSR. Por isso é escolhido pela corrente real da resistência, com folga, e montado num dissipador calculado para o calor de dentro do painel. Os exemplos usam as folhas dos SSR da PMA, marca do grupo West.

Risco de choque elétrico. Montagem e ligação do SSR só por pessoa habilitada, com o painel desligado e bloqueado.

Por que o relé de estado sólido precisa de dissipador?

O SSR conduz por semicondutor, e cada ampère vira calor: na folha da PMA, o monofásico de 20 A perde 28,5 W na corrente máxima; o de 50 A, 66 W. Sem dissipador, o semicondutor passa do limite (em geral 125 °C ou 150 °C, segundo fabricante de SSR) e queima. Se queima em curto, a resistência fica ligada sem controle, e só um limitador separado corta: veja quando usar controlador de limite.

Por isso a corrente da etiqueta engana. Segundo nota de fabricante de SSR, um SSR de 40 A solto no ar, a 40 °C, pode não passar de 8 A.

Como calcular a corrente da resistência?

Pela potência e pela tensão da placa da resistência. As contas são as de uma nota de fabricante de SSR:

Sem placa, meça a corrente de cada fase com alicate no começo do aquecimento, com a saída ligada o tempo todo (painel ligado: só eletricista qualificado).

Quanto de folga deixar no SSR?

Três coisas tiram corrente do SSR:

• Partida a frio. Segundo nota de fabricante de SSR, algumas resistências, como as de níquel-cromo e de constantan, podem puxar a frio 1,4 vez a corrente nominal, a referência das normas para carga resistiva (AC-51). Lâmpada infravermelha puxa bem mais: a escolha parte da folha dela.
• Calor no painel. A corrente dos SSR da PMA vale para 40 °C e cai acima disso. Vale a temperatura dentro do painel no dia mais quente, com a máquina trabalhando.
• Montagem lado a lado. Nos SSR da PMA com dissipador incorporado, os modelos menores têm curva própria para lado a lado, com corrente menor.

Nenhum fabricante consultado fixa um fator de folga. Veja a diferença entre a etiqueta e a corrente nominal nos SSR monofásicos da PMA com dissipador incorporado, a 40 °C:

Na resistência de 3 kW em 220 V (13,6 A), o modelo de 20 A tem só 13,2 A nominais pela IEC, menos que a corrente de regime, antes de qualquer folga. Quem cobre é o de 30 A (22 A).

A tensão também conta: a faixa de operação do SSR tem de cobrir a tensão da carga. Nos monofásicos da PMA, ela é de 24 a 230 V, de 48 a 460 V ou de 48 a 600 V, conforme o código. Numa resistência de 380 V entre fases, o de 24 a 230 V não serve.

Como escolher o dissipador?

O dissipador se escolhe pela resistência térmica, em K/W (o mesmo que °C/W): quanto menor, mais calor ele tira. Há dois caminhos.

Pela curva da folha do SSR. Com a corrente e a temperatura no painel, a curva dá o K/W máximo. Nos SSR da PMA sem dissipador, para a corrente máxima a 40 °C, o de 20 A pede 2,0 K/W ou menos; o de 50 A, 0,68 K/W.

Pela conta. Rth do dissipador = (Tj máx - T ambiente) / Pd - Rthjc - Rthcr. Pd é a potência dissipada, vezes o número de fases controladas. Rthjc e Rthcr são as resistências térmicas do SSR e da pasta, dadas na folha.

Um exemplo de catálogo de fabricante de SSR: 18 A com queda de 1,25 V dão 22,5 W. Com Tj de 125 °C, painel a 55 °C, 0,3 K/W do SSR e 0,05 K/W da interface, o dissipador precisa ter 2,75 K/W ou menos. Com o painel a 40 °C, a mesma conta aceita até 3,4 K/W, um dissipador menor.

Na montagem:

• base do SSR limpa e plana, presa firme no dissipador, com pasta térmica fina (de 50 a 100 µm, a ponto de ver o metal através dela); no trifásico, pasta, e não almofada;
• dissipador de alumínio, aletas na vertical; pintura atrapalha a troca de calor, a anodização não;
• nos SSR da PMA com dissipador incorporado, na vertical, com no mínimo 70 mm livres acima, 50 mm abaixo e 20 mm dos lados;
• bornes de força no torque da folha (M4: de 2 a 2,5 N·m, nos SSR da PMA);
• no circuito de força de cada SSR, fusível de proteção de semicondutor (ultrarrápido), com I²t menor que o do SSR: as folhas da PMA recomendam esse fusível e indicam o modelo para cada SSR.

Esse calor fica dentro do painel: três SSR de 20 W somam 60 W. Com vários, a conta inclui resfriar o painel elétrico.

SSR trifásico: controlar duas fases ou as três?

Na resistência trifásica, o SSR pode chavear as três fases ou só duas, com a terceira ligada direto à carga. As folhas da PMA trazem os dois tipos, de 30 A e de 55 A, com comando de 4 a 30 V CC:

Duas fases esquentam menos, mas deixam a resistência ligada à rede pela fase direta. E só servem na ligação a três fios (triângulo, ou estrela sem o neutro ligado): na estrela com neutro, a resistência da fase direta fica ligada o tempo todo, sem controle.

Qual saída do controlador comanda o SSR?

A saída para SSR. Na série Plus, como no West 6100+, ela é um cartão de encaixe que dá mais de 10 V CC numa carga de 500 Ω ou mais. Peça o SSR de comando de 4 a 30 V CC: na folha da PMA, o de 24 V CC só garante ligar a partir de 15 V. Para passar de relé para SSR, não é preciso trocar o controlador: veja como trocar o cartão de saída do West. Bornes, fusível ultrarrápido e esquema estão em como ligar o controlador de temperatura.

O que mandar para cotar o controlador e o SSR?

• potência e tensão de cada resistência, ou a corrente medida por fase;
• a ligação (monofásica ou trifásica, estrela ou triângulo) e quantas fases quer controlar;
• o tipo de resistência: fio, cartucho, coleira, lâmpada infravermelha;
• a temperatura dentro do painel e se há ventilação;
• o espaço: trilho DIN ou chapa, e a largura livre;
• a foto da etiqueta do controlador de hoje, ou o sensor e o formato que a máquina pede.

A equipe da Comander confere o código do controlador e a aplicação antes da cotação. Na série Plus, a Comander monta o cartão de saída para SSR e entrega o controlador na configuração do código que você escolheu. Os controladores West têm garantia de 3 anos. Para escolher o modelo, veja o guia do controlador de temperatura.

Perguntas frequentes

Um SSR de 40 A aguenta 40 A?

Só nas condições da folha. No 3RF2340 da PMA, com dissipador incorporado, a 40 °C, 40 A é a corrente máxima AC-51. A nominal é de 33 A pela IEC 60947-4-3 e de 36 A pela UL/CSA. Acima de 40 °C, cai.

Por que o SSR queimou abaixo da corrente nominal?

Confira a temperatura real do painel, o K/W do dissipador, a pasta, a montagem lado a lado, o aperto dos bornes e a partida a frio da carga. E a proteção: a folha da PMA recomenda fusível de proteção de semicondutor.

Três SSR monofásicos ou um trifásico?

Os dois servem, mas confira o comando. A saída para SSR dos controladores West dá 10 V a até 20 mA (manuais da série Plus e do MAXVU; no N2300, carga de 500 Ω no mínimo). Três monofásicos na mesma saída somam 60 mA típicos (20 mA cada, folha da PMA), três vezes o que ela garante. O trifásico tem uma entrada só, de 30 mA típicos. A equipe confere a ligação do comando antes da cotação.

O SSR desligado isola a resistência?

Não. Desligado, ele ainda deixa passar corrente de fuga (até 10 mA nos SSR da PMA). No de duas fases, a terceira segue ligada; na resistência de 220 V entre duas fases com SSR de um polo, a outra fase também. Para mexer na resistência, desligue e bloqueie a chave ou o disjuntor.

Resumo

Tem uma máquina para montar ou um SSR que vive queimando? Mande a potência, a tensão e a ligação das resistências, a temperatura do painel e a foto da etiqueta do controlador pelo WhatsApp ou pelo formulário desta página.