Pengertian Solid State Relay: Fungsi dan Cara Kerjanya Lengkap

Baca Cepat Buka

Finoo.id – Pengertian Solid State Relay: Fungsi dan Cara Kerjanya Lengkap. Solid State Relay, yang sering disebut SSR, telah merevolusi bidang sakelar elektronik. Perangkat ini telah menggantikan relay elektromekanik tradisional dalam banyak aplikasi karena berbagai keuntungannya, seperti ukuran yang lebih kecil, waktu sakelar yang lebih cepat, dan kekalianlan yang lebih baik.

Dalam artikel ini, kita akan menggali lebih dalam mengenai Pengertian Solid State Relay, mengeksplorasi teknologi, prinsip kerja, keunggulan, dan aplikasinya. Baik kalian seorang insinyur berpengalaman atau seorang penggemar yang penasaran, pada akhir artikel ini, kalian akan memiliki pemahaman yang komprehensif tentang Solid State Relay.

Pengertian Solid State Relay

Solid State Relay (SSR) adalah suatu jenis saklar elektronik yang menggunakan semikonduktor untuk mengendalikan aliran arus listrik yang lebih besar dengan hanya memerlukan kontrol dari arus listrik yang kecil. Secara prinsip, SSR memiliki fungsi yang sama dengan komponen relay konvensional.

Perbedaan utamanya terletak pada penggunaan komponen mekanis. Pada relay konvensional, terdapat sebuah coil yang menciptakan medan magnet untuk mengubah posisi tuas relay saat beroperasi. Namun, SSR tidak mengkalianlkan komponen mekanis seperti ini, karena semua fungsi mekanis digantikan oleh komponen elektronik berupa semikonduktor. Dalam SSR, optik juga digunakan untuk mengisolasi input dan outputnya.

Untuk lebih jelasnya, perbedaan antara relay konvensional (EMR – electro-mechanical relays) dengan SSR dapat dilihat pada gambar di bawah ini:

Dengan demikian, SSR merupakan alternatif modern yang lebih efisien dan hkalianl dalam menggantikan fungsi relay konvensional. Penggunaannya memanfaatkan semikonduktor dan optik, sehingga dapat mengatasi beberapa keterbatasan yang dimiliki oleh relay konvensional yang memerlukan medan magnet, per/pegas, dan kontak mekanik.

Fungsi Solid State Relay

Fungsi dari solid state relay (SSR) serupa dengan relay konvensional, yaitu untuk mengontrol aliran arus dengan daya besar hanya melalui arus input atau kontrol yang kecil.

Namun, karena memiliki beberapa kelebihan dibandingkan relay konvensional, SSR sangat cocok digunakan dalam rangkaian yang memerlukan proses repon switching on-off yang sangat cepat dan juga di area dengan goncangan tinggi.

Secara umum, solid state relay digunakan untuk fungsi-fungsi berikut:

Proyek robotik
Mesin dan peralatan industri
Peralatan medis
Peralatan instrumentasi
Circuit Multiplexers
Alat ukur Meter (air/gas)
Peralatan elektronik rumah tangga
Rangkaian dengan noise rendah

Penggunaan SSR dalam berbagai aplikasi ini memberikan keuntungan karena kemampuannya yang responsif dan kalianl, serta tidak bergantung pada komponen mekanis seperti pada relay konvensional. Hal ini membuat SSR menjadi pilihan yang lebih baik dalam situasi di mana switching on-off harus dilakukan dengan sangat cepat atau di lingkungan dengan gangguan fisik yang lebih tinggi. Selain itu, SSR juga lebih tahan terhadap getaran dan memiliki umur pakai yang lebih panjang dibandingkan dengan relay konvensional.

Cara Kerja Solid State Relay

Cara kerja solid state relay (SSR) menggunakan optocoupler, yaitu sirkuit sederhana yang dikendalikan oleh cahaya, biasanya menggunakan sumber cahaya seperti lampu LED atau infra merah.

Ketika tegangan input diberikan dalam kisaran 3-4 hingga 24 Volt, optocoupler akan menyala dan memberikan sinyal ke rangkaian di dalam SSR untuk mengubah posisi kontak elektronik, baik dari Normally Closed (NC) ke Normally Open (NO), atau sebaliknya, tergantung pada konfigurasi SSR tersebut.

Ketika kontak elektronik berada dalam posisi “ON”, yang biasanya menggunakan komponen SCR atau TRIAC, maka akan menyebabkan arus untuk sepenuhnya mengalir pada kontak output.

Namun, cara kerja SSR tidak semudah yang diilustrasikan di atas karena terdapat banyak blok bagian dengan fungsi tertentu yang ada untuk memastikan SSR dapat digunakan dengan aman. Berikut adalah sirkuit internal yang umum digunakan pada sebuah solid state relay (OMRON):

Input circuit (Sirkuit Input): Menangani sinyal dari tegangan input dan mengontrol optocoupler untuk memberikan sinyal ke bagian selanjutnya.
Phototriac Coupler (Kopler Fototriac): Meneruskan sinyal cahaya dari optocoupler ke bagian pengendali (drive circuit).
Drive Circuit (Sirkuit Pengendali): Mengendalikan komponen pengendali seperti fototriac coupler dan trigger circuit.
Trigger Circuit (Sirkuit Pemicu): Mengatur saat aktuasi atau pemutusan aliran listrik melalui triac.
Triac: Merupakan salah satu tipe komponen semikonduktor yang mengatur aliran arus listrik pada output SSR.
Snubber Circuit (Sirkuit Snubber): Digunakan untuk mengurangi lonjakan tegangan dan gangguan listrik saat pemutusan aliran arus, sehingga melindungi SSR dari kerusakan.

Jenis-jenis Solid State Relay berdasarkan metode isolasi

Isolasi dalam solid state relay (SSR) mengacu pada pemisahan listrik antara sisi input dan output perangkat tersebut. Terdapat tiga jenis utama metode isolasi dalam SSR yang digunakan, yaitu optik, transformator, dan reed.

1. Photo Coupled SSR

Isolasi optik pada relay state solid menggunakan LED inframerah dan fototransistor untuk memisahkan sisi input dan output perangkat relay. LED memancarkan cahaya inframerah yang berfungsi untuk mengaktifkan fototransistor, dan kemudian fototransistor ini akan memicu sisi output relay.

Dengan metode isolasi ini, jenis relay state solid dapat mencapai perbedaan tegangan isolasi yang sangat tinggi. Keunggulan ini memungkinkan insinyur untuk merancang relay yang sangat kompak tanpa mengorbankan kinerja isolasi. Dengan demikian, relay jenis ini dapat diaplikasikan dalam berbagai sistem dengan keamanan dan kehkalianlan yang tinggi, tanpa adanya hubungan fisik antara sisi input dan output perangkat relay.

2. Transformer Isolated SSR

Relay state solid yang diisolasi dengan transformator menggunakan transformator frekuensi tinggi untuk memisahkan sisi input dan output perangkat secara elektrik. Transformator ini umumnya dikopel dengan amplifier isolasi untuk memberikan tingkat perlindungan yang diperlukan.

SSR berbasis transformator sebagian besar digunakan dalam aplikasi industri di mana terlibat arus dan tegangan tinggi. Mereka juga sering digunakan dalam aplikasi di mana tingkat perlindungan yang tinggi menjadi kebutuhan utama.

Penggunaan metode isolasi transformator ini memungkinkan pengoperasian SSR dengan aman, khususnya dalam situasi yang melibatkan arus dan tegangan yang tinggi. Hal ini membuat SSR berbasis transformator menjadi pilihan yang kalianl dan efektif dalam berbagai aplikasi industri yang memerlukan tingkat isolasi yang baik.

3. Reed Isolated SSR

Relay state solid yang terisolasi dengan reed menggunakan saklar reed (buluh) sebagai elemen isolasi yang kedap udara. Saklar reed adalah jenis perangkat pengalih atau sensor yang diaktifkan oleh medan magnet yang dihasilkan oleh sebuah kumparan eksternal. Pada Relay state solid dengan saklar reed ini, saklar reed akan menutup thyristor untuk menghasilkan tindakan pengalihan.

4. Hybrid SSR

SSR hibrida, seperti namanya, merupakan gabungan dari dua atau lebih teknologi isolasi atau relay. Pada dasarnya, SSR hibrida menggabungkan saklar elektromagnetik dengan relay state solid untuk memberikan tindakan pengalihan. Bagian SSR berada pada sisi input dan output, kemudian dihubungkan secara paralel dengan bagian elektromagnetik. Relay state solid hibrida ini menggabungkan keuntungan dari relay state solid dan keuntungan dari relay elektromekanik untuk memberikan kinerja yang lebih unggul.

Sebagai contoh, relay elektromekanik dapat menghasilkan percikan ketika dihidupkan atau dimatikan, tetapi tidak akan mengalami aus pada kontaknya. Di sisi lain, SSR dapat melakukan pergantian (switching) dengan sangat cepat, sementara relay elektromekanik dapat menangani arus yang sangat tinggi. Dengan menggabungkan kedua teknologi ini, SSR hibrida dapat memberikan kinerja yang lebih baik dan lebih hkalianl.

Keunggulan Solid State Relay (SSR)

Pada SSR, tidak terdapat bagian yang bergerak seperti pada relay. Relay memiliki bagian yang bergerak yang disebut kontaktor, yang tidak ada pada SSR. Oleh karena itu, risiko ‘no contact’ karena debu atau karat yang menyebabkan kontaktor tertutup tidak terjadi pada SSR.
Selain itu, SSR tidak mengalami ‘bounce’ karena tidak ada bagian kontaktor yang bergerak. Ini berarti tidak ada pantulan atau percikan bunga api saat terjadi perpindahan keadaan. Proses perpindahan dari kondisi ‘off’ ke kondisi ‘on’ atau sebaliknya sangat cepat, hanya membutuhkan waktu sekitar 10us, sehingga SSR dapat mudah dioperasikan bersama-sama dengan detektor zero-crossing. Artinya, operasi kerja solid-state relay dapat disinkronkan dengan detektor zero-crossing.
SSR juga kebal terhadap getaran dan goncangan. Berbeda dengan relay mekanik biasa yang kontaknya mudah berubah saat terkena goncangan atau getaran yang cukup kuat pada body relay tersebut.
Tidak seperti relay, SSR tidak menghasilkan suara ‘klik’ saat kontaknya berubah keadaan.
Kontaktor output pada SSR secara otomatis ‘latch’, sehingga energi yang digunakan untuk mengaktifkan solid-state relay lebih sedikit dibandingkan dengan energi yang digunakan untuk mengaktifkan sebuah relay. SSR tetap dalam kondisi ON sampai mendapatkan tegangan sangat rendah, mendekati nol volt.
SSR sangat sensitif sehingga dapat dioperasikan langsung dengan menggunakan level tegangan CMOS bahkan level tegangan TTL.
Rangkaian kontrolnya menjadi sangat sederhana karena tidak memerlukan level konverter. Meskipun masih terdapat kapasitansi antara input dan output, nilainya sangat kecil sehingga arus bocor antara input dan output sangat kecil. Kondisi ini diperlukan pada peralatan medis yang memerlukan isolasi yang sangat baik.

Kelemahan SSR

Resistansi Tegangan Transien. Tegangan yang diatur atau dikontrol oleh SSR tidak sepenuhnya bersih. Dengan kata lain, tegangan tersebut tidak murni berbentuk sinyal sinus dengan tegangan peak to peak 380 vpp, tetapi mengandung spike-spike yang dihasilkan oleh induksi motor atau peralatan listrik lainnya. Spike ini memiliki level tegangan yang bervariasi, dan jika terlalu besar, dapat merusak solid-state relay tersebut. Sumber-sumber spike lainnya dapat berasal dari sambaran petir, imbas dari katup selenoid, dan lain sebagainya.
Tegangan Drop. Karena SSR dibuat dari bahan silikon, terdapat tegangan jatuh antara tegangan input dan tegangan output. Tegangan jatuh ini sekitar 1 volt. Tegangan jatuh ini menyebabkan dissipasi daya, yang besarnya tergantung dari besarnya arus yang melewati solid-state relay ini.
Arus Bocor – ‘Leakage Current’. Ketika solid-state relay ini berada dalam keadaan off atau open, seharusnya tidak ada arus yang mengalir melalui solid-state relay dalam kondisi yang ideal. Namun, pada kenyataannya, terdapat arus bocor yang cukup besar jika dibandingkan dengan arus pada level TTL, yaitu sekitar 10mA rms.
Sulit diimplementasikan pada aplikasi multi fasa.

Baca Juga :

Penutup

Sebagai penutup, Solid State Relay atau SSR mewakili generasi berikutnya dalam teknologi relay. SSR, yang merujuk pada relay yang tidak memiliki bagian bergerak dan sepenuhnya elektronik, menggabungkan teknologi terkini untuk memastikan kinerja relay yang efisien, tahan lama, dan hkalianl.

Penggunaan SSR yang meluas di berbagai sektor industri menunjukkan adaptabilitas dan kegunaannya yang tinggi dalam berbagai aplikasi.

SSR telah mengubah cara kita mengontrol aliran listrik, dan dengan pemahaman yang lebih baik tentang pengertian dan kerja SSR, kita dapat lebih menghargai teknologi canggih ini.

Diharapkan pemahaman ini juga mendorong inovasi lebih lanjut dalam teknologi relay, sehingga memberikan nilai tambah bagi berbagai sistem dan aplikasi di masa mendatang.

Ingatlah bahwa pemahaman yang baik mengenai SSR dan penerapannya dapat membuka pintu bagi berbagai peluang baru di era digital ini.

Demikianlah artikel finoo.id yang membahas tentang Pengertian Solid State Relay: Fungsi dan Cara Kerjanya Lengkap. Semoga artikel kami dapat bermanfaat dan terimakasih telah membaca artikel kami.