Szilárdtestrelé: típusok, gyakorlati alkalmazás, kapcsolási rajzok

A klasszikus indítók és kontaktorok fokozatosan a múlté válnak.Helyüket az autóelektronikában, a háztartási készülékekben és az ipari automatizálásban szilárdtestrelék - egy mozgó alkatrészt nem tartalmazó félvezető eszköz - foglalják el.

A készülékek eltérő kialakításúak és bekötési rajzok, amelyek meghatározzák az alkalmazási körüket. Az eszköz használata előtt meg kell értenie a működési elvét, meg kell tanulnia a működési jellemzőket és a különböző típusú relék csatlakoztatását. A fenti kérdésekre adott válaszokat a bemutatott cikk részletesen ismerteti.

Félvezető relé eszköz

A modern szilárdtestrelék (SSR-ek) moduláris félvezető eszközök, amelyek teljesítmény-elektromos kapcsolóként működnek.

Ezeknek az eszközöknek a legfontosabb működési egységeit triacok, tirisztorok vagy tranzisztorok képviselik. Az SSR-eknek nincs mozgó alkatrésze, ami különbözik az elektromechanikus reléktől.

Az SSR mérete nagymértékben függ a maximális terhelhetőségtől és a hőátadás és a konvekció általi hőelvezetési képességétől (+)

Ezeknek az eszközöknek a belseje nagymértékben változhat a szabályozott terhelés típusától és az elektromos áramkörtől függően.

A legegyszerűbb szilárdtest relék a következő összetevőket tartalmazzák:

• bemeneti egység biztosítékokkal;
• trigger áramkör;
• optikai (galvanikus) leválasztás;
• kapcsoló egység;
• védőáramkörök;
• terhelés kilépési csomópont.

Az SSR bemeneti csomópont egy primer áramkör sorosan kapcsolt ellenállással. Opcionálisan biztosíték van beépítve ebbe az áramkörbe. A bemeneti csomópont feladata vezérlőjel vétele és parancs továbbítása a terhelést kapcsoló kapcsolóknak.

Váltakozó áram esetén galvanikus leválasztást használnak a vezérlő- és főáramkörök elválasztására. A relé működési elve nagymértékben függ a kialakításától. A bemeneti jel feldolgozásáért felelős trigger áramkör beépíthető az optikai leválasztó egységbe, vagy külön is elhelyezhető.

A védőegység megakadályozza a túlterheléseket, hibákat, mert a készülék meghibásodása esetén a csatlakoztatott berendezés is meghibásodhat.

A szilárdtestrelék fő célja az elektromos hálózat zárása/nyitása gyenge vezérlőjel segítségével. Az elektromechanikus analógokkal ellentétben ezek kompaktabb formájúak, és működés közben nem okoznak jellegzetes kattanásokat.

A TTP működési elve

A szilárdtestrelé működése meglehetősen egyszerű. A legtöbb SSR-t a 20-480 V-os hálózatok automatizálásának vezérlésére tervezték.

Az optikai leválasztás lehetővé teszi minimális teljesítményű vezérlőjelek létrehozását, ami kritikus az autonóm áramforrásról működő érzékelők számára (+)

A klasszikus változatban a készülék teste a kapcsolt áramkör két érintkezőjét és két vezérlővezetéket tartalmazza. Számuk a csatlakoztatott fázisok számának növekedésével változhat. A vezérlőáramkörben fennálló feszültségtől függően a fő terhelést félvezető elemek kapcsolják be vagy ki.

A szilárdtestrelék jellemzője a nem végtelen ellenállás.Ha az elektromechanikus eszközök érintkezői teljesen le vannak választva, akkor a szilárdtest eszközökben az áram hiányát az áramkörben a félvezető anyagok tulajdonságai biztosítják.

Emiatt megemelt feszültségeknél kis szivárgási áramok jelenhetnek meg, amelyek negatívan befolyásolhatják a csatlakoztatott berendezések működését.

Szilárdtestrelék osztályozása

A relék felhasználási területei változatosak, ezért tervezési jellemzőik nagymértékben eltérhetnek az adott automata áramkör igényeitől függően. Az SSR-eket a csatlakoztatott fázisok száma, az üzemi áram típusa, a tervezési jellemzők és a vezérlőáramkör típusa szerint osztályozzák.

A csatlakoztatott fázisok száma szerint

A félvezető reléket háztartási készülékekben és ipari automatizálásban egyaránt használják 380 V üzemi feszültséggel.

Ezért ezeket a félvezető eszközöket a fázisok számától függően a következőkre osztják:

• egyfázisú;
• három fázis.

Egyfázisú SSR-ek 10-100 vagy 100-500 A áramerősséggel dolgozhat. Szabályozásuk analóg jellel történik.

Javasoljuk, hogy a háromfázisú reléhez különböző színű vezetékeket kössön, hogy a berendezés telepítésekor megfelelően lehessen őket csatlakoztatni

Háromfázisú félvezető relék 10-120 A tartományban képesek átengedni az áramot. Készülékük reverzibilis működési elvet feltételez, amely biztosítja több elektromos áramkör egyidejű szabályozásának megbízhatóságát.

Gyakran háromfázisú SSR-eket használnak az aszinkron motor működésének biztosítására. A nagy bekapcsolási áramok miatt gyors biztosítékokat kell beépíteni az elektromos vezérlőáramkörébe.

Üzemi áram típusa szerint

A félvezető relék nem konfigurálhatók vagy nem programozhatók át, így csak a hálózati elektromos paraméterek bizonyos tartományán belül működhetnek normálisan.

Az igényektől függően az SSR-ek kétféle árammal vezérelhetők:

• állandó;
• változók.

Hasonlóképpen, az SSR-ek osztályozhatók az aktív terhelési feszültség típusa szerint. A legtöbb háztartási készülék relé változó paraméterekkel működik.

Az egyenáramot a világ egyetlen országában sem használják fő áramforrásként, ezért az ilyen típusú relék szűk alkalmazási körrel rendelkeznek.

Az állandó vezérlőáramú készülékeket nagy megbízhatóság jellemzi és 3-32 V feszültséget használnak a szabályozáshoz.. Széles hőmérsékleti tartományt (-30...+70°C) bírnak a jellemzők jelentős változása nélkül.

Az AC szabályozott relék vezérlőfeszültsége 3-32 V vagy 70-280 V. Alacsony elektromágneses interferencia és nagy működési sebesség jellemzi őket.

Tervezési jellemzők szerint

A szilárdtestrelék gyakran a lakások általános elektromos paneljébe vannak beépítve, így sok modell rendelkezik egy DIN-sínre szerelhető szerelőblokkkal.

Ezenkívül speciális radiátorok vannak a TSR és a tartófelület között. Lehetővé teszik a készülék hűtését nagy terhelés alatt, megőrizve teljesítményjellemzőit.

A relé DIN sínre van felszerelve, főleg egy speciális konzolon keresztül, amely egy további funkcióval is rendelkezik - eltávolítja a felesleges hőt a készülék működése során

Javasoljuk, hogy a relé és a radiátor közé hőpaszta réteget alkalmazzon, amely növeli az érintkezési felületet és növeli a hőátadást. Vannak olyan TTP-k is, amelyeket hagyományos csavarokkal a falhoz rögzítenek.

Az ellenőrzési séma típusa szerint

A berendezések állítható reléjének működési elve nem mindig követeli meg annak azonnali működését.

Ezért a gyártók számos SSR-vezérlési sémát fejlesztettek ki, amelyeket különféle területeken használnak:

1. Vezérlés "nullán keresztül". Az ilyen típusú szilárdtestrelé vezérlés csak 0 feszültségértéken működik. Kapacitív, rezisztív (fűtőelemek) és gyenge induktív (transzformátorok) terhelésű eszközökben használatos.
2. Azonnali. Akkor használatos, ha a relét élesen kell működtetni vezérlőjel hatására.
3. Fázis. Ez magában foglalja a kimeneti feszültség szabályozását a vezérlőáram paramétereinek megváltoztatásával. A fűtési vagy világítási fokozat zökkenőmentes megváltoztatására szolgál.

A félvezető relék sok más, kevésbé jelentős paraméterben is különböznek egymástól. Ezért a TSR vásárlásakor fontos megérteni a csatlakoztatott berendezés működési sémáját, hogy megvásárolhassa a számára legmegfelelőbb vezérlőeszközt.

Erőtartalékot kell biztosítani, mert a relé élettartama gyakori túlterhelés esetén gyorsan lemerül.

A TTP előnyei és hátrányai

A félvezető relék nem hiába váltják fel a hagyományos indítókat és kontaktorokat a piacon. Ezek a félvezető eszközök számos előnnyel rendelkeznek elektromechanikus társaikkal szemben, amelyek arra kényszerítik a fogyasztókat, hogy ezeket válasszák.

A mikroáramkörök relék mérete kompakt, és a maximális áramerősség szempontjából nagyon korlátozott. Főleg speciális lábak forrasztásával rögzítik őket

Ezek az előnyök a következők:

1. Alacsony fogyasztás (90%-kal kevesebb).
2. Kompakt méretek, amelyek lehetővé teszik az eszközök korlátozott helyen történő felszerelését.
3. Magas indítási és leállítási sebesség
4. Csökkentett működési zaj, nincs elektromechanikus relére jellemző kattanás.
5. Karbantartás nem várható.
6. Hosszú élettartam a több száz millió műveletből álló erőforrásnak köszönhetően.
7. Az elektronikus alkatrészek módosításának széles lehetőségeinek köszönhetően a TSR-ek alkalmazási területei kibővültek.
8. Működés közben nincs elektromágneses interferencia.
9. Az érintkezők mechanikai ütés miatti károsodása megszűnik.
10. A közvetlen fizikai érintkezés hiánya a vezérlő és a kapcsolóáramkörök között.
11. Teherszabályozási lehetőség.
12. Automatikus áramkörök jelenléte az impulzusos SSR-ekben, amelyek védelmet nyújtanak a túlterhelés ellen.
13. Felhasználási lehetőség robbanásveszélyes környezetben.

A szilárdtestrelék jelzett előnyei nem mindig elegendőek a berendezés normál működéséhez. Éppen ezért még nem cserélték ki teljesen az elektromechanikus kontaktorokat.

Az erős szilárdtestrelék stabil működéséhez fontos a hatékony hőelvezetés, mert magasabb hőmérsékleten a terhelési feszültség élesen torzul (+)

A TTP-knek vannak hátrányai is, amelyek sok esetben megakadályozzák a használatukat.

A hátrányok közé tartozik:

1. A legtöbb, 0,5 kV feletti feszültségű készülék működésének képtelensége.
2. Magas ár.
3. Érzékenység nagy áramokra, különösen a motorindító áramkörökben.
4. A magas páratartalom melletti használat korlátozása.
5. A teljesítményjellemzők kritikus csökkenése 30°C alatt nulla alatt és 70°C felett 70°C felett.
6. A kompakt tok a készülék túlzott felmelegedéséhez vezet állandóan nagy terhelés mellett, ami speciális passzív vagy aktív hűtőberendezések használatát igényli.
7. Lehetőség a készülék megolvadására rövidzárlat során a hő hatására.
8. A relé zárt állapotában a mikroáramok kritikusak lehetnek a berendezés működése szempontjából. Például a hálózathoz csatlakoztatott fénycsövek időnként felvillanhatnak.

Így a szilárdtestreléknek vannak bizonyos alkalmazásai. A nagyfeszültségű ipari berendezések áramköreiben használatuk élesen korlátozott a félvezető anyagok tökéletlen fizikai tulajdonságai miatt.

A háztartási gépekben és az autóiparban azonban a TTP-k pozitív tulajdonságaik miatt erős pozíciót foglalnak el.

Lehetséges csatlakozási rajzok

A szilárdtestrelék bekötési rajzai nagyon változatosak lehetnek. Minden elektromos áramkör a csatlakoztatott terhelés jellemzői alapján épül fel. További biztosítékok, vezérlők és szabályozó eszközök hozzáadhatók az áramkörhöz.

Tekintettel arra, hogy a készülék vezérlő- és terhelési áramkörei nem fedik át egymást, elektromos jellemzőik tetszőleges paraméterek szerint eltérhetnek (+)

Az alábbiakban bemutatjuk a legegyszerűbb és legáltalánosabb SSR csatlakozási diagramokat:

• normál esetben nyitott;
• kapcsolódó kontúrral;
• általában zárt;
• három fázis;
• megfordítható.

Normál esetben nyitott (nyitott) áramkör - relé, amelyben a terhelés vezérlőjel jelenlétében feszültség alá kerül. Ez azt jelenti, hogy a csatlakoztatott berendezés kikapcsol, amikor a 3. és 4. bemenet feszültségmentes.

A relé vásárlása előtt meg kell határoznia annak kezdeti állapotának szükséges típusát (zárt vagy nyitott), hogy biztosítsa a csatlakoztatott berendezés megfelelő működését (+)

Normál esetben zárt áramkör — olyan relét jelent, amelyben a terhelés vezérlőjel hiányában feszültség alá kerül. Ez azt jelenti, hogy a csatlakoztatott berendezés működőképes állapotban van, amikor a 3. és 4. bemenet feszültségmentes.

Létezik egy olyan szilárdtestrelé bekötési rajza, amelyben a vezérlő- és terhelési feszültség megegyezik. Ez a módszer egyszerre használható DC és AC hálózatokban.

Háromfázisú relék kissé eltérő elvek szerint kapcsolódnak össze. Az érintkezők „csillag”, „háromszög” vagy „csillag és semleges” konfigurációban csatlakoztathatók.

A háromfázisú relécsatlakozó áramkör kiválasztása nagymértékben függ a hozzá terhelésként csatlakoztatott berendezés működési jellemzőitől

Szilárdtestrelék megfordítása villanymotorokban a megfelelő üzemmódban használják. Háromfázisú változatban készülnek, és két vezérlőhurkot tartalmaznak.

Ha fontos, hogy a relé fenntartsa az érintkezők csatlakoztatásának polaritását, akkor a jelölés mindig jelzi, hogy hol kell csatlakoztatni a fázist és a nullát

Az elektromos áramkörök összeszerelése SSR-rel csak előzetes papírra rajz után szükséges, mert a hibásan csatlakoztatott eszközök rövidzárlat miatt meghibásodhatnak.

Eszközök gyakorlati alkalmazása

A szilárdtestrelék alkalmazási köre meglehetősen széles. Nagy megbízhatóságuk és rendszeres karbantartási igény hiánya miatt gyakran nehezen hozzáférhető helyekre szerelik fel a berendezéseken.

Sok reléknél a vezérlőáramkör vezetékeinek csatlakoztatása polaritást igényel, amelyet a berendezés telepítése során figyelembe kell venni

A TTP fő alkalmazási területei:

• hőszabályozó rendszer fűtőelemekkel;
• stabil hőmérséklet fenntartása a technológiai folyamatokban;
• transzformátorok vezérlése;
• világítás beállítása;
• mozgásérzékelők áramkörei, világítás, fotóérzékelők utcai világításhoz stb.;
• Elektromos motor vezérlés;
• szünetmentes tápegységek.

A háztartási gépek egyre növekvő automatizálásával egyre elterjedtebbek a szilárdtestrelék, a fejlődő félvezető technológiák pedig folyamatosan új alkalmazási területeket nyitnak meg.

Kívánság szerint a szilárdtest relét saját maga is összeállíthatja. A részletes utasításokat a ez a cikk.

Következtetések és hasznos videó a témában

A bemutatott videók segítenek jobban megérteni a szilárdtestrelék működését, és megismerkedni a csatlakoztatásukkal.

Egy egyszerű félvezető relé működésének gyakorlati bemutatása:

A szilárdtestrelék típusainak és jellemzőinek elemzése:

Az SSR működésének és fűtési fokának tesztelése:

Szilárdtest-reléből és érzékelőből álló elektromos áramkört szinte bárki felszerelhet.

A működő áramkör megtervezéséhez azonban alapvető elektrotechnikai ismeretekre van szükség, mivel a helytelen csatlakozások áramütést vagy rövidzárlatot okozhatnak. De a megfelelő cselekvések eredményeként sok hasznos eszközhöz juthat a mindennapi életben.

Van valami hozzáfűznivalója, vagy kérdése van a félvezető relék csatlakoztatásával és használatával kapcsolatban? Megjegyzéseket írhat a kiadványhoz, részt vehet beszélgetésekben, és megoszthatja saját tapasztalatait az ilyen eszközök használatával kapcsolatban. A kapcsolatfelvételi űrlap az alsó blokkban található.