Polovodičová relé: typy, praktické aplikace, schémata zapojení

Klasické spouštěče a stykače se postupně stávají minulostí. Jejich místo v automobilové elektronice, domácích spotřebičích a průmyslové automatizaci je obsazeno polovodičovým relé - polovodičovým zařízením, ve kterém nejsou žádné pohyblivé součásti.

Zařízení mají různá provedení a schémata zapojení, na kterých závisí jejich oblasti použití. Před použitím zařízení musíte porozumět jeho principu fungování, seznámit se s funkcemi provozu a připojení různých typů relé. Odpovědi na tyto otázky jsou podrobně popsány v článku.

Polovodičové relé

Moderní polovodičová relé (TTR) jsou modulární polovodičová zařízení, která jsou výkonovými elektrickými spínači.

Klíčové pracovní uzly těchto zařízení jsou reprezentovány triaky, tyristory nebo tranzistory. TTR nemají pohyblivé části, které se liší od elektromechanických relé.

Velikost polovodičového relé do značné míry závisí na maximálním přípustném zatížení a schopnosti odvádět teplo přenosem tepla a konvekcí (+)

Vnitřní struktura těchto zařízení se může značně lišit v závislosti na typu nastavitelné zátěže a elektrického obvodu.

Nejjednodušší polovodičová relé zahrnují následující uzly:

• vstupní uzel s pojistkami;
• spouštěcí řetěz;
• optická (galvanická) izolace;
• spínací uzel;
• ochranné obvody;
• výstup uzlu do zátěže.

Vstupní uzel TTR je primární obvod se sériově zapojeným odporem. Pojistka v tomto obvodu je volitelná. Úkolem vstupního uzlu je přijmout řídicí signál a vyslat příkaz do spínačů zátěže.

U střídavého proudu se galvanické oddělení používá k oddělení řízení a hlavního obvodu. Princip činnosti relé do značné míry závisí na jeho zařízení.Spouštěcí obvod odpovědný za zpracování vstupního signálu může být obsažen v optické izolační jednotce nebo může být umístěn samostatně.

Ochranná jednotka zabraňuje přetížení a chybám, protože v případě poruchy zařízení může také dojít k selhání připojeného zařízení.

Hlavním účelem polovodičových relé je zavřít / otevřít elektrickou síť pomocí slabého řídicího signálu. Na rozdíl od elektromechanických analogů mají kompaktnější tvar a během provozu nevyvolávají charakteristická kliknutí.

Princip fungování TTR

Ovládání polovodičového relé je poměrně jednoduché. Většina TTR je navržena pro řízení automatizace v sítích 20-480 V.

Optická izolace umožňuje vytvářet řídicí signály o minimálním výkonu, což je kriticky důležité pro senzory pracující z autonomních zdrojů energie (+)

V klasické verzi jsou v pouzdru přístroje dva kontakty spínaného obvodu a dva ovládací dráty. Jejich počet se může měnit se zvyšujícím se počtem připojených fází. V závislosti na přítomnosti napětí v řídicím obvodu jsou polovodičové prvky hlavní zátěží zapnuty nebo vypnuty.

Funkcí polovodičových relé je přítomnost nekonečného odporu. Pokud jsou kontakty v elektromechanických zařízeních zcela odpojeny, pak v pevném stavu je absence proudu v obvodu zajištěna vlastnostmi polovodičových materiálů.

Proto se při vysokém napětí může vyskytnout malý svodový proud, který může nepříznivě ovlivnit provoz připojeného zařízení.

Klasifikace relé v pevném stavu

Rozsah ochrany je různorodý, proto se jejich konstrukční vlastnosti mohou velmi lišit v závislosti na potřebách konkrétního automatického obvodu. TTR jsou klasifikovány podle počtu připojených fází, typu provozního proudu, konstrukčních prvků a typu řídicího obvodu.

Podle počtu spojených fází

Polovodičová relé se používají jak jako součást domácích spotřebičů, tak v průmyslové automatizaci s provozním napětím 380 V.

Proto se tato polovodičová zařízení v závislosti na počtu fází dělí na:

• jednofázová;
• tři fáze.

Jednofázové TTR umožňují práci s proudy 10-100 nebo 100-500 A. Jejich ovládání se provádí pomocí analogového signálu.

Do třífázového relé se doporučuje připojit vodiče různých barev, aby bylo možné při instalaci zařízení správně připojit

Třífázová polovodičová relé jsou schopny procházet proudem v rozsahu 10 - 120 A. Jejich zařízení zahrnuje reverzibilní princip činnosti, který zajišťuje spolehlivost regulace několika elektrických obvodů současně.

K zajištění indukčního motoru se často používají třífázové SSR. V jeho řídicím obvodu jsou nutně zahrnuty rychlé pojistky kvůli vysokým spínacím proudům.

Podle typu provozního proudu

Polovodičová relé nelze konfigurovat ani přeprogramovat, takže mohou správně pracovat pouze s určitým rozsahem elektrických parametrů sítě.

Podle potřeby lze TTR ovládat elektrickými obvody se dvěma typy proudu:

• trvalé;
• proměnné.

Podobně je možné klasifikovat TTR podle typu napětí aktivní zátěže. Většina relé v domácích spotřebičích pracuje s proměnnými parametry.

Stejnosměrný proud se nepoužívá jako hlavní zdroj elektřiny v žádné zemi na světě, takže relé tohoto typu mají úzký rozsah

Zařízení s konstantním regulačním proudem se vyznačují vysokou spolehlivostí a regulací využívají napětí 3 - 32 V. Odolávají širokému teplotnímu rozsahu (-30 .. + 70 ° C) bez výrazných změn charakteristik.

Relé řízené střídavým proudem mají řídicí napětí 3-32 V nebo 70-280 V.Vyznačují se nízkým elektromagnetickým rušením a vysokou rychlostí odezvy.

Podle konstrukčních prvků

Polovodičová relé se často instalují do společného elektrického panelu bytu, takže mnoho modelů má montážní blok pro montáž na DIN lištu.

Kromě toho jsou mezi TTR a nosnou plochou umístěny speciální radiátory. Umožňují chladit zařízení při vysokých zatíženích a zároveň udržovat jeho výkon.

Relé je namontováno na DIN lištu hlavně pomocí speciální konzoly, která má další funkci - odstraňuje přebytečné teplo během provozu

Mezi relé a radiátor se doporučuje nanést vrstvu tepelné pasty, která zvětšuje kontaktní plochu a zvyšuje přenos tepla. K dispozici jsou také TTR určené pro připevnění ke zdi běžnými šrouby.

Podle typu kontrolního schématu

Ne vždy princip činnosti nastavitelné reléové technologie vyžaduje její okamžitý provoz.

Výrobci proto vyvinuli několik schémat řízení TTR, která se používají v různých oblastech:

1. Ovládání "přes nulu". Tato možnost ovládání polovodičového relé předpokládá provoz pouze v případě, že je hodnota napětí 0. Používá se v zařízeních s kapacitním, odporovým (ohřívače) a slabým indukčním (transformátory) zátěží.
2. Okamžité. Používá se, když je třeba použít ostrý provoz relé, když je použit řídicí signál.
3. Fáze. Předpokládá regulaci výstupního napětí změnou parametrů řídicího proudu. Používá se pro plynulou změnu stupně vytápění nebo osvětlení.

Polovodičová relé se liší v mnoha jiných, méně významných parametrech. Proto je při nákupu TTR důležité porozumět schématu provozu připojeného zařízení, aby bylo možné zakoupit nejvhodnější nastavovací zařízení.

Musí být zajištěna výkonová rezerva, protože relé má provozní zdroj, který je rychle spotřebováván při častém přetížení.

Výhody a nevýhody TTR

Polovodičová relé zbytečně vytlačují konvenční spouštěče a stykače z trhu. Tato polovodičová zařízení mají oproti elektromechanickým protějškům mnoho výhod, díky nimž si je zákazníci vybírají.

Relé pro mikroobvody má kompaktní rozměry a je velmi omezeno maximálním přenášeným proudem. Jsou fixovány hlavně pájením speciálních nohou

Mezi tyto výhody patří:

1. Nízká spotřeba energie (o 90% méně).
2. Kompaktní rozměry pro montáž zařízení v omezeném prostoru.
3. Vysoká rychlost startu a vypnutí
4. Snížený provozní hluk, u elektromechanického relé nejsou charakteristická žádná kliknutí.
5. Neočekává se žádná údržba.
6. Dlouhá životnost díky zdroji stovek milionů operací.
7. Vzhledem k širokým možnostem úpravy elektronických součástí mají TTR rozšířené oblasti použití.
8. Nedostatek elektromagnetických interference při provozu.
9. Poškození kontaktů v důsledku jejich mechanického nárazu je vyloučeno.
10. Nedostatek přímého fyzického kontaktu mezi řídicími a spínacími obvody.
11. Schopnost regulovat zatížení.
12. Přítomnost automatických obvodů v pulzním TTR, které chrání před přetížením.
13. Možnost použití ve výbušném prostředí.

Uvedené výhody polovodičových relé nejsou vždy dostatečné pro normální provoz zařízení. To je důvod, proč dosud zcela nevyměnili elektromechanické stykače.

Pro stabilní provoz výkonných polovodičových relé je důležité efektivní odvádění tepla, protože při zvýšených teplotách je zátěžové napětí výrazně zkresleno (+)

TTR má také nevýhody, které v mnoha případech neumožňují jejich použití.

Mezi minusy patří:

1. Neschopnost většiny zařízení s napětím nad 0,5 kV.
2. Vysoké náklady.
3. Citlivost na vysoké proudy, zejména ve spouštěcích obvodech elektrických motorů.
4. Omezení při používání za podmínek vysoké vlhkosti.
5. Kritické snížení výkonu při teplotách pod 30 ° C mráz a nad 70 ° C tepla.
6. Kompaktní pouzdro vede k nadměrnému zahřívání zařízení při stabilně vysokých zatíženích, což vyžaduje použití speciálních pasivních nebo aktivních chladicích zařízení.
7. Schopnost roztavit zařízení z ohřevu během zkratu.
8. Mikrokondy v uzavřeném stavu relé mohou být kritické pro provoz zařízení. Například zářivky připojené k síti mohou pravidelně blikat.

Relé v pevné fázi mají tedy specifické aplikace. V řetězcích průmyslového zařízení vysokého napětí je jejich použití výrazně omezeno kvůli nedokonalým fyzikálním vlastnostem polovodičových materiálů.

Avšak v domácích spotřebičích a automobilovém průmyslu zaujímají TTR silné postavení díky svým pozitivním vlastnostem.

Možné schémata zapojení

Polovodičová schémata zapojení relé mohou být velmi různorodá. Každý elektrický obvod je postaven na základě charakteristik připojené zátěže. K obvodu mohou být přidány další pojistky, regulátory a ovládací zařízení.

Vzhledem k tomu, že se ovládací obvody a zátěže v zařízení nepřekrývají, mohou se jejich elektrické vlastnosti lišit podle libovolných parametrů (+)

Dále budou představeny nejjednodušší a nejběžnější schémata připojení TTR:

• normálně otevřené;
• s připojeným obvodem;
• normálně uzavřené;
• třífázové;
• reverzibilní.

Normálně otevřený (otevřený) obvod - relé, jehož zátěž je aktivována v přítomnosti řídícího signálu. To znamená, že připojené zařízení se vypne, když jsou vstupy 3 a 4 odpojeny od napájení.

Před zakoupením relé je nutné určit typ požadovaného počátečního stavu (uzavřený nebo otevřený), aby byla zajištěna správná funkce připojeného zařízení (+)

Normálně uzavřený obvod - je míněno relé, zátěž, při které je přivedeno napětí bez řídicího signálu. To znamená, že připojené zařízení je v provozním stavu s beznapěťovými vstupy 3 a 4.

Existuje pevné polovodičové schéma připojení relé, ve kterém je řídicí a zátěžové napětí stejné. Tuto metodu lze použít současně pro práci v sítích DC a AC.

Třífázová relé spojeny poněkud odlišnými principy. Kontakty lze propojit pomocí možností „Hvězda“, „Trojúhelník“ nebo „Hvězda s neutrálem“.

Volba schématu třífázového reléového připojení do značné míry závisí na vlastnostech provozu zařízení, které je k němu připojeno jako zátěž

Reverzní relé v pevné fázi jsou použity v elektromotorech v odpovídajícím režimu. Jsou vyráběny ve třífázové verzi a obsahují dvě regulační smyčky.

Pokud je důležité, aby relé dodržovalo polaritu spojení kontaktů, pak označení vždy ukazuje, kam se má fáze a nula připojit

Elektrické obvody s TTR je nutné sestavit až poté, co byly předem nataženy na papír, protože nesprávně připojená zařízení mohou kvůli zkratu selhat.

Praktické používání zařízení

Rozsah použití polovodičových relé je poměrně rozsáhlý. Kvůli jejich vysoké spolehlivosti a nedostatku potřeby pravidelné údržby jsou často instalovány v těžko přístupných oblastech zařízení.

V mnoha relé vyžaduje připojení vodičů regulační smyčky polaritu, kterou je třeba brát v úvahu při instalaci zařízení

Hlavní oblasti použití TTR jsou:

• Termoregulační systém s využitím topných prvků;
• udržování stabilní teploty v technologických procesech;
• řízení provozu transformátoru;
• nastavení osvětlení;
• obvody snímače pohybu, osvětlení, fotosenzory pro pouliční osvětlení a podobně;
• ovládání elektrického motoru;
• nepřerušitelné zdroje napájení.

S nárůstem automatizace domácích spotřebičů se polovodičová relé stále více rozšiřují a vývoj polovodičových technologií neustále otevírá nové oblasti jejich aplikace.

V případě potřeby můžete sestavit polovodičové relé sami. Podrobné pokyny jsou uvedeny v tento článek.

Závěry a užitečné video na toto téma

Prezentovaná videa pomohou lépe porozumět fungování polovodičových relé a seznámí se s metodami jejich připojení.

Praktická ukázka fungování jednoduchého polovodičového relé:

Analýza odrůd a vlastností provozu polovodičových relé:

Testování provozu a stupně zahřívání TTR:

Téměř každý může připojit elektrický obvod z polovodičového relé a ze senzoru.

Plánování pracovního obvodu však vyžaduje základní znalosti v elektrotechnice, protože nesprávné připojení může vést k úrazu elektrickým proudem nebo ke zkratu. Ale v důsledku správných akcí můžete v každodenním životě získat spoustu užitečných zařízení.

Existuje něco, co doplnit, nebo máte otázky týkající se připojení a používání polovodičových relé? Můžete zanechat komentáře k publikaci, účastnit se diskusí a podělit se o své zkušenosti s používáním takových zařízení. Kontaktní formulář je umístěn ve spodním bloku.