どの温度制御装置を使用する必要がありますか?

By Advanced Energy, Inc.

編集者注：この記事は、Advanced Energyの白書「コンタクタおよびソリッドステートリレーに対するSCRパワーコントローラの主な利点」を基にしています。オンオフサイクル、消費電力と高調波、ユーティリティコストの削減、制御精度、コスト効率、ノイズと過渡抵抗、プロセスのモニタと診断、消費電力などなどの要素で3つのデバイスを比較した詳細が記載された、無料の完全な白書をダウンロードしてください。

電気は、さまざまなスイッチングデバイスによって制御できます。この記事では、SCRパワーコントローラを、温度を調整するために同様のオンオフ方式で動作する電気機械コンタクタおよびソリッドステートリレー(SSR)と比較します。

電気機械式コンタクタは、接点を開閉して、電気を完全にオンまたはオフに切換えることができるデバイスです。電気制御信号は、1つまたは複数の接点の開閉をトリガします。

一般に、電気機械式コンタクタは、その寿命全体にわたって動作している間、特定の数のオンオフサイクルに対して定格が定められています。この定格は製造メーカによって異なり、通常、定格電流および電圧での100万サイクル未満から、定格電流および電圧での数百万サイクルまでの範囲です。

30秒のプロセスサイクルタイムの場合、機械式コンタクタは年間829,440回のオンオフサイクルを実行します。10秒のプロセスサイクルタイムで、機械式コンタクタは年間2,488,320回のオンオフサイクルを実行します。製造メーカの推奨に基づいて、電気機械式コンタクタの電気接点は、指定されたオンオフ動作数に達した後、検査および洗浄し、場合によっては修理または交換する必要があります。

ソリッドステートリレー(SSR)は、電気機械式リレーの可動部品なしで動作する電子スイッチです。可動部品がないため、SSRの平均寿命は長くなります。妥当なSSR寿命の場合、通常のサイクル時間は2〜5秒です。

SSRは、同等の機械式コンタクタよりも速いサイクル(オンオフ)時間で動作できます。ただし、SSRは接点抵抗が高く、サージ電流による損傷を受けやすくなっています。また、電気機械式コンタクタ(通常はSPSTコンタクタ)と比較して、スイッチング構成が制限されています。

SCR電力制御モジュールは、出力負荷に適用される電力を素早く切換えるように設計されています。通常のサイクル時間は1秒です。これは、SCRが、指定された条件で1年に24,883,200回の動作を実行することを意味します。

図1は、電気機械式リレー、SSRおよびSCRの週に6日動作した場合の48週間にわたる計算された総稼働サイクル数を比較します。

通常の動作中のオンとオフのサイクリング

電気機械式コンタクタとSSRはどちらも、信号が送られると電気を負荷に切換えます。これは、両方のデバイスが正弦波の任意のポイントで出力負荷への電力をオンおよびオフにできることを意味します。

米国では、電気は毎秒60サイクル、つまり60Hzで供給されます。デバイスに供給される電力が正弦波形のゼロクロスオーバーポイントでオンまたはオフにならない場合、正弦波とRFIで電圧スパイクが発生し、高調波が生成されます。このタイプのランダムなオン/オフ動作でもアークが発生する可能性があります。

コンタクタとSSRデバイスは効率的に動作します(完全にオンまたはオフになっても障害は発生しない)。ただし、通常のプロセス動作条件下では、生成された高調波により、電力会社から提供された正弦波が歪む可能性があります。これにより、電力会社の測定機器に問題が発生し、測定または必要な電力が実際に使用されている電力よりも大きいように見える場合があります。これにより、電力コストが増加する可能性があります。

SCRは、コンタクタとSSRに関連するRFIと高調波の影響を排除することにより、出力負荷に対してより一貫した効率的な電力調整を提供し、潜在的な有害な影響を減らし、消費電力を最小限に抑えます。

ゼロクロス動作モードにより、SCRは、電源を完全にオンまたはオフにすることで動作するコンタクタおよびSSRと同等に機能できます。ただし、ゼロクロスモードでは、SCRは正弦波のゼロクロスポイントで出力のオンとオフを切換えます。これにより、コンタクタとSSRに関連する潜在的な無線周波数干渉(RFI)、高調波、およびアークが減少します。これらの機能により、SCR電力制御モジュールの使用は、例えば電気熱加熱アプリケーションに適しています。

あなたのニーズを評価する

各タイプのデバイスの長所と短所を評価して特定のアプリケーションへの適合性を判断すると、温度が重要なプロセスでの熱制御と出力を最適化するのに役立ちます。