Polovodičové relé: typy, praktické použitie, schémy zapojenia

Klasické štartéry a stykače sa postupne stávajú minulosťou.Ich miesto v automobilovej elektronike, domácich spotrebičoch a priemyselnej automatizácii zaberajú polovodičové relé - polovodičové zariadenie, ktoré nemá žiadne pohyblivé časti.

Zariadenia majú rôzne konštrukcie a schémy zapojenia, ktoré určujú rozsah ich použitia. Pred použitím zariadenia musíte pochopiť jeho princíp činnosti, dozvedieť sa o vlastnostiach prevádzky a pripojení rôznych typov relé. Odpovede na vyššie uvedené otázky sú podrobne popísané v tomto článku.

Polovodičové reléové zariadenie

Moderné polovodičové relé (SSR) sú modulárne polovodičové zariadenia, ktoré fungujú ako výkonové elektrické spínače.

Kľúčovými prevádzkovými jednotkami týchto zariadení sú triaky, tyristory alebo tranzistory. SSR nemajú žiadne pohyblivé časti, čím sa líšia od elektromechanických relé.

Veľkosť SSR do značnej miery závisí od maximálnej nosnosti a schopnosti odvádzať teplo prenosom tepla a konvekciou (+)

Vnútorné časti týchto zariadení sa môžu značne líšiť v závislosti od typu regulovanej záťaže a elektrického obvodu.

Najjednoduchšie polovodičové relé obsahujú nasledujúce komponenty:

• vstupná jednotka s poistkami;
• spúšťací obvod;
• optická (galvanická) izolácia;
• spínacia jednotka;
• ochranné obvody;
• výstupný uzol zaťaženia.

Vstupný uzol SSR je primárny obvod s rezistorom zapojeným do série. Do tohto obvodu je voliteľne zabudovaná poistka. Úlohou vstupného uzla je prijať riadiaci signál a odovzdať príkaz spínačom spínajúcim záťaž.

Pri striedavom prúde sa používa galvanické oddelenie na oddelenie riadiaceho a hlavného obvodu. Princíp činnosti relé do značnej miery závisí od jeho konštrukcie. Spúšťací obvod zodpovedný za spracovanie vstupného signálu môže byť zahrnutý v optickej izolačnej jednotke alebo umiestnený samostatne.

Ochranná jednotka zabraňuje preťaženiu a chybám, pretože v prípade poruchy zariadenia môže dôjsť aj k poruche pripojeného zariadenia.

Hlavným účelom polovodičových relé je zatvárať/otvárať elektrickú sieť pomocou slabého riadiaceho signálu. Na rozdiel od elektromechanických analógov majú kompaktnejší tvar a počas prevádzky nevytvárajú charakteristické kliknutia.

Princíp fungovania TTP

Prevádzka polovodičového relé je pomerne jednoduchá. Väčšina SSR je navrhnutá na riadenie automatizácie v sieťach 20-480 V.

Optická izolácia vám umožňuje vytvárať riadiace signály s minimálnym výkonom, čo je rozhodujúce pre snímače pracujúce z autonómnych zdrojov napájania (+)

V klasickej verzii obsahuje telo prístroja dva kontakty spínaného obvodu a dva ovládacie vodiče. Ich počet sa môže meniť so zvyšujúcim sa počtom pripojených fáz. V závislosti od prítomnosti napätia v riadiacom obvode sa hlavná záťaž zapína alebo vypína pomocou polovodičových prvkov.

Charakteristickým znakom polovodičových relé je prítomnosť nekonečného odporu.Ak sú kontakty v elektromechanických zariadeniach úplne odpojené, potom v polovodičových zariadeniach je absencia prúdu v obvode zabezpečená vlastnosťami polovodičových materiálov.

Preto sa pri zvýšenom napätí môžu objaviť malé zvodové prúdy, ktoré môžu negatívne ovplyvniť činnosť pripojeného zariadenia.

Klasifikácia polovodičových relé

Oblasti použitia relé sú rôzne, preto sa ich konštrukčné vlastnosti môžu značne líšiť v závislosti od potrieb konkrétneho automatického obvodu. SSR sú klasifikované podľa počtu pripojených fáz, typu prevádzkového prúdu, konštrukčných prvkov a typu riadiaceho obvodu.

Podľa počtu pripojených fáz

Polovodičové relé sa používajú v domácich spotrebičoch aj v priemyselnej automatizácii s prevádzkovým napätím 380 V.

Preto sa tieto polovodičové zariadenia v závislosti od počtu fáz delia na:

• jednofázový;
• trojfázový.

Jednofázové SSR umožňujú pracovať s prúdmi 10-100 alebo 100-500 A. Sú riadené pomocou analógového signálu.

K trojfázovému relé sa odporúča pripojiť vodiče rôznych farieb, aby sa dali správne pripojiť pri inštalácii zariadenia

Trojfázové polovodičové relé sú schopné prechádzať prúdom v rozsahu 10-120 A. Ich zariadenie predpokladá reverzibilný princíp činnosti, ktorý zabezpečuje spoľahlivosť súčasnej regulácie viacerých elektrických obvodov.

Na zabezpečenie prevádzky asynchrónneho motora sa často používajú trojfázové SSR. V jeho elektrickom riadiacom obvode musia byť zahrnuté rýchle poistky kvôli vysokým nábehovým prúdom.

Podľa typu prevádzkového prúdu

Polovodičové relé sa nedajú konfigurovať ani preprogramovať, takže môžu normálne fungovať len v určitom rozsahu elektrických parametrov siete.

V závislosti od potrieb môžu byť SSR ovládané elektrickými obvodmi s dvoma typmi prúdu:

• trvalé;
• premenné.

Podobne môžu byť SSR klasifikované podľa typu aktívneho záťažového napätia. Väčšina relé v domácich spotrebičoch pracuje s premenlivými parametrami.

Jednosmerný prúd sa nepoužíva ako hlavný zdroj elektriny v žiadnej krajine na svete, takže relé tohto typu majú úzky rozsah použitia

Zariadenia s konštantným riadiacim prúdom sa vyznačujú vysokou spoľahlivosťou a na reguláciu využívajú napätie 3-32 V. Znesú široký teplotný rozsah (-30..+70°C) bez výrazných zmien charakteristík.

Relé regulované striedavým prúdom majú riadiace napätie 3-32 V alebo 70-280 V. Vyznačujú sa nízkym elektromagnetickým rušením a vysokou prevádzkovou rýchlosťou.

Podľa konštrukčných prvkov

Polovodičové relé sú často inštalované vo všeobecnom elektrickom paneli bytu, takže mnohé modely majú montážny blok na montáž na lištu DIN.

Okrem toho sú medzi TSR a nosnou plochou umiestnené špeciálne radiátory. Umožňujú chladiť zariadenie pri vysokom zaťažení pri zachovaní jeho výkonnostných charakteristík.

Relé sa montuje na DIN lištu hlavne cez špeciálny držiak, ktorý má aj doplnkovú funkciu - odvádza prebytočné teplo počas prevádzky zariadenia

Medzi relé a radiátor sa odporúča naniesť vrstvu tepelnej pasty, ktorá zväčší kontaktnú plochu a zvýši prenos tepla. Existujú aj TTP určené na upevnenie na stenu bežnými skrutkami.

Podľa typu schémy ovládania

Princíp činnosti nastaviteľného relé zariadenia nie vždy vyžaduje jeho okamžitú činnosť.

Preto výrobcovia vyvinuli niekoľko schém riadenia SSR, ktoré sa používajú v rôznych oblastiach:

1. Kontrola "cez nulu". Tento typ polovodičového reléového riadenia zahŕňa prevádzku len pri hodnote napätia 0. Používa sa v zariadeniach s kapacitnou, odporovou (ohrievače) a slabou indukčnou (transformátory) záťažou.
2. Okamžité. Používa sa, keď je potrebné ostro ovládať relé, keď je aplikovaný riadiaci signál.
3. Fáza. Ide o reguláciu výstupného napätia zmenou parametrov riadiaceho prúdu. Používa sa na plynulú zmenu stupňa ohrevu alebo osvetlenia.

Polovodičové relé sa líšia aj mnohými ďalšími, menej významnými parametrami. Preto je pri kúpe TSR dôležité porozumieť prevádzkovej schéme pripojeného zariadenia, aby ste si preň mohli kúpiť najvhodnejšie ovládacie zariadenie.

Musí byť zabezpečená výkonová rezerva, pretože relé má prevádzkovú životnosť, ktorá sa rýchlo spotrebuje pri častých preťaženiach.

Výhody a nevýhody TTP

Polovodičové relé nie márne nahrádzajú bežné štartéry a stýkače z trhu. Tieto polovodičové zariadenia majú oproti svojim elektromechanickým náprotivkom mnoho výhod, ktoré nútia spotrebiteľov, aby si ich vybrali.

Relé pre mikroobvody majú kompaktnú veľkosť a veľmi obmedzené z hľadiska maximálneho prietoku prúdu. Pripevňujú sa hlavne spájkovaním špeciálnych nôh

Medzi tieto výhody patrí:

1. Nízka spotreba energie (o 90% nižšia).
2. Kompaktné rozmery umožňujúce inštaláciu zariadení v obmedzených priestoroch.
3. Vysoká rýchlosť spúšťania a vypínania
4. Znížený prevádzkový hluk, žiadne kliknutia charakteristické pre elektromechanické relé.
5. Nepredpokladá sa žiadna údržba.
6. Dlhá životnosť vďaka zdroju stoviek miliónov operácií.
7. Vďaka širokým možnostiam úpravy elektronických komponentov majú TSR rozšírené oblasti použitia.
8. Počas prevádzky nedochádza k elektromagnetickému rušeniu.
9. Poškodenie kontaktov v dôsledku mechanického nárazu je vylúčené.
10. Nedostatok priameho fyzického kontaktu medzi riadiacimi a spínacími obvodmi.
11. Možnosť regulácie záťaže.
12. Prítomnosť automatických obvodov v impulzných SSR, ktoré chránia pred preťažením.
13. Možnosť použitia vo výbušnom prostredí.

Uvedené výhody polovodičových relé nie vždy postačujú na normálnu prevádzku zariadenia. Preto ešte úplne nenahradili elektromechanické stýkače.

Pre stabilnú prevádzku výkonných polovodičových relé je dôležitý efektívny odvod tepla, pretože pri zvýšených teplotách je záťažové napätie prudko skreslené (+)

TTP majú aj nevýhody, ktoré v mnohých prípadoch bránia ich použitiu.

Medzi nevýhody patrí:

1. Neschopnosť prevádzky väčšiny zariadení s napätím nad 0,5 kV.
2. Vysoká cena.
3. Citlivosť na vysoké prúdy, najmä v obvodoch spúšťania motora.
4. Obmedzenia používania v podmienkach vysokej vlhkosti.
5. Kritický pokles výkonnostných charakteristík pri teplotách pod 30 °C pod nulou a nad 70 °C nad 70 °C.
6. Kompaktné puzdro vedie k nadmernému zahrievaniu zariadenia pri trvalo vysokých zaťaženiach, čo si vyžaduje použitie špeciálnych pasívnych alebo aktívnych chladiacich zariadení.
7. Možnosť roztavenia zariadenia vplyvom tepla pri skrate.
8. Mikroprúdy v zatvorenom stave relé môžu byť kritické pre činnosť zariadenia. Napríklad žiarivky pripojené k sieti môžu pravidelne blikať.

Polovodičové relé teda majú určité aplikácie. V obvodoch vysokonapäťových priemyselných zariadení je ich použitie výrazne obmedzené kvôli nedokonalým fyzikálnym vlastnostiam polovodičových materiálov.

V domácich spotrebičoch a automobilovom priemysle však TTP zaujímajú silné postavenie vďaka svojim pozitívnym vlastnostiam.

Možné schémy zapojenia

Schémy pripojenia polovodičových relé môžu byť veľmi rôznorodé. Každý elektrický obvod je zostavený na základe charakteristík pripojenej záťaže. Do okruhu je možné pridať ďalšie poistky, ovládače a regulačné zariadenia.

Vzhľadom na to, že riadiace a záťažové obvody v zariadení sa neprekrývajú, ich elektrické charakteristiky sa môžu líšiť ľubovoľnými parametrami (+)

Nasledujú najjednoduchšie a najbežnejšie schémy zapojenia SSR:

• normálne otvorené;
• so súvisiacim obrysom;
• normálne zatvorené;
• trojfázový;
• reverzibilné.

Normálne otvorený (otvorený) okruh - relé, v ktorom je záťaž pod napätím v prítomnosti riadiaceho signálu. To znamená, že pripojené zariadenie sa vypne, keď sú vstupy 3 a 4 bez napätia.

Pred zakúpením relé musíte určiť požadovaný typ jeho počiatočného stavu (zatvorené alebo otvorené), aby sa zabezpečila správna činnosť pripojeného zariadenia (+)

Normálne uzavretý okruh — znamená relé, v ktorom je záťaž napájaná pri absencii riadiaceho signálu. To znamená, že pripojené zariadenie je v prevádzkovom stave, keď sú vstupy 3 a 4 bez napätia.

Existuje schéma zapojenia pre polovodičové relé, v ktorom sú riadiace a záťažové napätie rovnaké. Táto metóda môže byť použitá súčasne na prácu v sieťach DC a AC.

Trojfázové relé sú spojené podľa trochu iných princípov. Kontakty môžu byť pripojené v konfiguráciách „Hviezda“, „Trojuholník“ alebo „Hviezda a Neutrál“.

Výber obvodu pripojenia trojfázového relé do značnej miery závisí od prevádzkových charakteristík zariadenia, ktoré je k nemu pripojené ako záťaž

Reverzné polovodičové relé používané v elektromotoroch v príslušnom režime. Vyrábajú sa v trojfázovej verzii a obsahujú dve regulačné slučky.

Ak je dôležité, aby relé zachovalo polaritu pripojenia kontaktov, potom označenie vždy udáva, kam pripojiť fázu a nulový vodič

Elektrické obvody s SSR je potrebné zostaviť až po ich predbežnom nakreslení na papier, pretože nesprávne pripojené zariadenia môžu zlyhať v dôsledku skratu.

Praktická aplikácia zariadení

Rozsah použitia polovodičových relé je pomerne rozsiahly. Vzhľadom na ich vysokú spoľahlivosť a nepotrebnosť pravidelnej údržby sa často inštalujú na ťažko dostupné miesta na zariadeniach.

V mnohých relé vyžaduje pripojenie vodičov riadiaceho obvodu polaritu, ktorá sa musí brať do úvahy pri inštalácii zariadenia

Hlavné oblasti použitia TTP sú:

• termoregulačný systém pomocou vykurovacích telies;
• udržiavanie stabilných teplôt v technologických procesoch;
• riadenie transformátorov;
• nastavenie osvetlenia;
• obvody snímačov pohybu, osvetlenia, foto senzory pre pouličné osvetlenie a tak ďalej.;
• ovládanie elektrického motora;
• neprerušiteľné zdroje napájania.

S narastajúcou automatizáciou domácich spotrebičov sú polovodičové relé čoraz bežnejšie a vývoj polovodičových technológií neustále otvára nové oblasti ich použitia.

Ak chcete, môžete si polovodičové relé zostaviť sami. Podrobné pokyny sú uvedené v tento článok.

Závery a užitočné video na túto tému

Prezentované videá vám pomôžu lepšie pochopiť fungovanie polovodičových relé a zoznámiť sa s ich pripojením.

Praktická ukážka činnosti jednoduchého polovodičového relé:

Analýza typov a vlastností polovodičových relé:

Testovanie činnosti a stupňa ohrevu SSR:

Takmer každý môže nainštalovať elektrický obvod pozostávajúci z polovodičového relé a snímača.

Plánovanie pracovného okruhu si však vyžaduje základné znalosti elektrotechniky, pretože nesprávne zapojenia môžu viesť k úrazu elektrickým prúdom alebo skratu. Ale v dôsledku správnych akcií môžete získať veľa užitočných zariadení v každodennom živote.

Chcete niečo dodať alebo máte nejaké otázky týkajúce sa pripojenia a používania polovodičových relé? Môžete zanechať komentáre k publikácii, zapojiť sa do diskusií a podeliť sa o svoje vlastné skúsenosti s používaním takýchto zariadení. Kontaktný formulár sa nachádza v dolnom bloku.