Halbleiterrelais: Typen, praktische Anwendungen, Schaltpläne

Klassische Starter und Schütze gehören allmählich der Vergangenheit an. Ihr Platz in der Automobilelektronik, in Haushaltsgeräten und in der industriellen Automatisierung wird von einem Halbleiterrelais eingenommen - einem Halbleiterbauelement, in dem sich keine beweglichen Teile befinden.

Die Geräte haben verschiedene Designs und Schaltpläne, von denen ihre Anwendungsbereiche abhängen. Bevor Sie das Gerät verwenden, müssen Sie dessen Funktionsprinzip verstehen und sich mit den Funktionen des Betriebs und des Anschlusses verschiedener Relaistypen vertraut machen. Antworten auf diese Fragen finden Sie im Artikel.

Halbleiterrelais

Moderne Halbleiterrelais (TTRs) sind modulare Halbleiterbauelemente, die elektrische Leistungsschalter sind.

Die wichtigsten Arbeitsknoten dieser Geräte sind Triacs, Thyristoren oder Transistoren. TTRs haben keine beweglichen Teile, was sich von elektromechanischen Relais unterscheidet.

Die Größe des Halbleiterrelais hängt weitgehend von der maximal zulässigen Last und der Fähigkeit ab, Wärme durch Wärmeübertragung und Konvektion abzuleiten (+).

Die interne Struktur dieser Geräte kann je nach Art der einstellbaren Last und Stromkreis stark variieren.

Die einfachsten Halbleiterrelais umfassen die folgenden Knoten:

• Eingangsknoten mit Sicherungen;
• Auslösekette;
• optische (galvanische) Isolation;
• Schaltknoten;
• Schutzschaltungen;
• Knotenausgabe an die Last.

Der Eingangsknoten TTR ist eine Primärschaltung mit einem in Reihe geschalteten Widerstand. Eine Sicherung in diesem Stromkreis ist optional. Die Aufgabe des Eingangsknotens besteht darin, das Steuersignal zu akzeptieren und den Befehl an die Lastschaltschalter zu übertragen.

Bei Wechselstrom wird eine galvanische Trennung verwendet, um die Steuerung und den Hauptstromkreis zu trennen. Das Prinzip des Relaisbetriebs hängt weitgehend von seiner Vorrichtung ab.Die Triggerschaltung, die für die Verarbeitung des Eingangssignals verantwortlich ist, kann in der optischen Isolationseinheit enthalten sein oder sich separat befinden.

Die Schutzeinheit verhindert Überlastungen und Fehler, da bei einem Geräteausfall auch das angeschlossene Gerät ausfallen kann.

Der Hauptzweck von Halbleiterrelais besteht darin, das elektrische Netz unter Verwendung eines schwachen Steuersignals zu schließen / zu öffnen. Im Gegensatz zu elektromechanischen Analoga haben sie eine kompaktere Form und erzeugen während des Betriebs keine charakteristischen Klicks.

Das Funktionsprinzip des TTR

Die Bedienung eines Halbleiterrelais ist recht einfach. Die meisten TTRs steuern die Automatisierung in Netzwerken von 20 bis 480 V.

Durch optische Isolation können Sie Steuersignale mit minimaler Leistung erstellen, was für Sensoren, die mit autonomen Stromquellen betrieben werden, von entscheidender Bedeutung ist (+).

In der klassischen Version sind zwei Geräte eines Schaltkreises und zwei Steuerdrähte im Gerätegehäuse enthalten. Ihre Anzahl kann sich mit zunehmender Anzahl verbundener Phasen ändern. Abhängig vom Vorhandensein einer Spannung im Steuerkreis wird die Hauptlast durch die Halbleiterelemente ein- oder ausgeschaltet.

Ein Merkmal von Halbleiterrelais ist das Vorhandensein eines unendlichen Widerstands. Wenn die Kontakte in elektromechanischen Bauelementen vollständig getrennt sind, wird im Festkörper die Abwesenheit von Strom in der Schaltung durch die Eigenschaften von Halbleitermaterialien sichergestellt.

Daher können bei hohen Spannungen kleine Leckströme auftreten, die den Betrieb der angeschlossenen Geräte beeinträchtigen können.

Halbleiterrelais-Klassifizierung

Der Umfang des Relais ist vielfältig, daher können ihre Konstruktionsmerkmale je nach den Anforderungen einer bestimmten automatischen Schaltung stark variieren. TTRs werden nach Anzahl der angeschlossenen Phasen, Art des Betriebsstroms, Konstruktionsmerkmalen und Art des Steuerkreises klassifiziert.

Durch die Anzahl der verbundenen Phasen

Halbleiterrelais werden sowohl als Teil von Haushaltsgeräten als auch in der industriellen Automatisierung mit einer Betriebsspannung von 380 V eingesetzt.

Daher werden diese Halbleiterbauelemente in Abhängigkeit von der Anzahl der Phasen unterteilt in:

• einphasig;
• dreiphasig.

Einphasige TTR Arbeiten mit Strömen von 10-100 oder 100-500 A ermöglichen. Ihre Steuerung erfolgt über ein analoges Signal.

Es wird empfohlen, Drähte in verschiedenen Farben an das Dreiphasenrelais anzuschließen, damit Sie sie bei der Installation des Geräts korrekt anschließen können

Dreiphasen-Halbleiterrelais Das Gerät verfügt über ein reversibles Funktionsprinzip, das die Zuverlässigkeit der Regelung mehrerer Stromkreise gleichzeitig gewährleistet.

Oft werden dreiphasige SSRs verwendet, um einen Induktionsmotor bereitzustellen. In seiner Steuerschaltung sind aufgrund hoher Einschaltströme notwendigerweise schnelle Sicherungen enthalten.

Nach Art des Betriebsstroms

Halbleiterrelais können nicht konfiguriert oder neu programmiert werden, sodass sie nur mit einem bestimmten Bereich elektrischer Netzparameter ordnungsgemäß funktionieren können.

Je nach Bedarf kann die TTR über Stromkreise mit zwei Stromarten gesteuert werden:

• permanent;
• Variablen.

Ebenso ist es möglich, TTR nach der Art der aktiven Lastspannung zu klassifizieren. Die meisten Relais in Haushaltsgeräten arbeiten mit variablen Parametern.

Gleichstrom wird in keinem Land der Welt als Hauptstromquelle verwendet, daher haben Relais dieses Typs einen engen Anwendungsbereich

Geräte mit konstantem Steuerstrom zeichnen sich durch hohe Zuverlässigkeit aus und verwenden zur Regelung eine Spannung von 3-32 V. Sie halten einem weiten Temperaturbereich (-30 .. + 70 ° C) ohne wesentliche Änderungen der Eigenschaften stand.

Wechselstromgesteuerte Relais haben eine Steuerspannung von 3-32 V oder 70-280 V.Sie zeichnen sich durch geringe elektromagnetische Störungen und hohe Reaktionsgeschwindigkeit aus.

Durch Designmerkmale

Halbleiterrelais werden häufig in der gemeinsamen Schalttafel einer Wohnung installiert, sodass viele Modelle über einen Montageblock für die Montage auf einer DIN-Schiene verfügen.

Zusätzlich befinden sich zwischen dem TTR und der Auflagefläche spezielle Heizkörper. Mit ihnen können Sie das Gerät bei hoher Belastung kühlen und gleichzeitig die Leistung beibehalten.

Das Relais wird hauptsächlich über eine spezielle Halterung auf einer DIN-Schiene montiert, die eine zusätzliche Funktion hat - sie leitet überschüssige Wärme während des Betriebs ab

Zwischen dem Relais und dem Kühler wird empfohlen, eine Schicht Wärmeleitpaste aufzutragen, die die Kontaktfläche vergrößert und die Wärmeübertragung erhöht. Es gibt auch TTRs zur Befestigung an der Wand mit gewöhnlichen Schrauben.

Nach Art des Kontrollschemas

Nicht immer erfordert das Funktionsprinzip einer einstellbaren Relaistechnologie ihren sofortigen Betrieb.

Daher haben Hersteller mehrere TTR-Steuerungsschemata entwickelt, die in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden:

1. Kontrolle "bis Null". Diese Option zur Steuerung eines Halbleiterrelais setzt den Betrieb nur dann voraus, wenn der Spannungswert 0 beträgt. Sie wird in Geräten mit kapazitiven, ohmschen (Heizungen) und schwachen induktiven (Transformatoren) Lasten verwendet.
2. Sofort. Es wird verwendet, wenn ein scharfer Relaisbetrieb erforderlich ist, wenn ein Steuersignal angelegt wird.
3. Phase. Es übernimmt die Regelung der Ausgangsspannung durch Änderung der Parameter des Steuerstroms. Es wird verwendet, um den Heiz- oder Beleuchtungsgrad reibungslos zu ändern.

Halbleiterrelais unterscheiden sich in vielen anderen, weniger signifikanten Parametern. Daher ist es beim Kauf eines TTR wichtig, das Betriebsschema der angeschlossenen Geräte zu verstehen, um das am besten geeignete Einstellgerät zu kaufen.

Es muss eine Gangreserve bereitgestellt werden, da das Relais über eine Betriebsressource verfügt, die bei häufigen Überlastungen schnell verbraucht wird.

Vor- und Nachteile von TTR

Halbleiterrelais verdrängen herkömmliche Starter und Schütze nicht umsonst vom Markt. Diese Halbleiterbauelemente haben viele Vorteile gegenüber elektromechanischen Gegenstücken, wodurch sich Verbraucher für sie entscheiden.

Das Relais für Mikroschaltungen hat kompakte Abmessungen und ist durch den maximal übertragenen Strom sehr begrenzt. Sie werden hauptsächlich durch Löten von Spezialbeinen befestigt

Diese Vorteile umfassen:

1. Geringer Stromverbrauch (90% weniger).
2. Kompakte Abmessungen für die Montage von Geräten auf engstem Raum.
3. Hohe Start- und Abschaltgeschwindigkeit
4. Reduziertes Betriebsgeräusch, es gibt keine für ein elektromechanisches Relais charakteristischen Klicks.
5. Es wird keine Wartung erwartet.
6. Lange Lebensdauer dank einer Ressource von Hunderten Millionen Operationen.
7. Aufgrund der großen Möglichkeiten zur Modifizierung elektronischer Komponenten haben TTRs erweiterte Anwendungsbereiche.
8. Fehlende elektromagnetische Störungen im Betrieb.
9. Eine Beschädigung der Kontakte aufgrund ihres mechanischen Stoßes ist ausgeschlossen.
10. Fehlender direkter physischer Kontakt zwischen Steuer- und Schaltkreisen.
11. Fähigkeit, die Last zu regulieren.
12. Das Vorhandensein von automatischen Schaltkreisen im gepulsten TTR, die vor Überlastungen schützen.
13. Einsatzmöglichkeit in explosionsgefährdeten Bereichen.

Die angegebenen Vorteile von Halbleiterrelais reichen für den normalen Betrieb der Geräte nicht immer aus. Deshalb haben sie elektromechanische Schütze noch nicht vollständig ersetzt.

Für einen stabilen Betrieb leistungsfähiger Halbleiterrelais ist eine effektive Wärmeableitung wichtig, da bei erhöhten Temperaturen die Lastspannung stark verzerrt ist (+)

TTR hat auch Nachteile, die es in vielen Fällen nicht erlauben, sie zu verwenden.

Die Minuspunkte umfassen:

1. Die Unfähigkeit der meisten Geräte mit Spannungen über 0,5 kV.
2. Hohe Kosten.
3. Empfindlichkeit gegenüber hohen Strömen, insbesondere in den Startkreisen von Elektromotoren.
4. Nutzungsbeschränkungen bei hoher Luftfeuchtigkeit.
5. Ein kritischer Leistungsabfall bei Temperaturen unter 30 ° C Frost und über 70 ° C Hitze.
6. Das kompakte Gehäuse führt zu einer übermäßigen Erwärmung des Geräts bei stabil hohen Lasten, was die Verwendung spezieller passiver oder aktiver Kühlgeräte erfordert.
7. Die Fähigkeit, das Gerät während eines Kurzschlusses vor Erwärmung zu schmelzen.
8. Mikroströme im geschlossenen Zustand des Relais können für den Betrieb des Geräts kritisch sein. Beispielsweise können an das Netzwerk angeschlossene Leuchtstofflampen regelmäßig blinken.

Halbleiterrelais haben daher spezifische Anwendungen. In den Ketten von industriellen Hochspannungsgeräten ist ihre Verwendung aufgrund der unvollständigen physikalischen Eigenschaften von Halbleitermaterialien stark eingeschränkt.

In Haushaltsgeräten und in der Automobilindustrie nehmen TTRs aufgrund ihrer positiven Eigenschaften eine starke Position ein.

Mögliche Schaltpläne

Halbleiterrelais-Verbindungsschemata können sehr unterschiedlich sein. Jeder Stromkreis basiert auf den Eigenschaften der angeschlossenen Last. Zusätzliche Sicherungen, Steuerungen und Steuergeräte können der Schaltung hinzugefügt werden.

Aufgrund der Tatsache, dass sich die Steuerkreise und Lasten im Gerät nicht überlappen, können sich ihre elektrischen Eigenschaften durch beliebige Parameter (+) unterscheiden.

Als nächstes werden die einfachsten und gebräuchlichsten TTR-Verbindungsschemata vorgestellt:

• normalerweise offen;
• mit angeschlossenem Stromkreis;
• normalerweise geschlossen;
• dreiphasig;
• reversibel.

Normalerweise offener (offener) Stromkreis - ein Relais, dessen Last bei Vorhandensein eines Steuersignals erregt wird. Das heißt, das angeschlossene Gerät wird ausgeschaltet, wenn die Eingänge 3 und 4 stromlos sind.

Vor dem Kauf eines Relais muss die Art des erforderlichen Ausgangszustands (geschlossen oder offen) festgelegt werden, um den ordnungsgemäßen Betrieb der angeschlossenen Geräte sicherzustellen (+).

Normalerweise geschlossener Stromkreis - Ein Relais ist gemeint, dessen Last ohne Steuersignal erregt wird. Das heißt, das angeschlossene Gerät befindet sich in einem funktionsfähigen Zustand mit stromlosen Eingängen 3 und 4.

Es gibt ein Halbleiterrelais-Verbindungsschema, bei dem die Steuer- und Lastspannung gleich sind. Diese Methode kann gleichzeitig für die Arbeit in DC- und AC-Netzen verwendet werden.

Dreiphasenrelais verbunden durch ein etwas anderes Prinzip. Kontakte können in den Optionen "Stern", "Dreieck" oder "Stern mit Neutral" verbunden werden.

Die Wahl eines dreiphasigen Relaisverbindungsschemas hängt weitgehend von den Merkmalen des Betriebs des als Last angeschlossenen Geräts ab

Halbleiter-Umkehrrelais werden in Elektromotoren im entsprechenden Modus angewendet. Sie werden in einer dreiphasigen Version hergestellt und enthalten zwei Regelkreise.

Wenn es für das Relais wichtig ist, die Polarität des Anschlusses der Kontakte zu beachten, zeigt die Markierung immer an, wo die Phase und Null angeschlossen werden sollen

Es ist nur erforderlich, elektrische Schaltkreise mit TTRs zusammenzubauen, nachdem sie auf Papier vorgezeichnet wurden, da falsch angeschlossene Geräte aufgrund eines Kurzschlusses ausfallen können.

Praktische Verwendung von Geräten

Der Anwendungsbereich von Halbleiterrelais ist recht umfangreich. Aufgrund ihrer hohen Zuverlässigkeit und des Mangels an regelmäßiger Wartung werden sie häufig in schwer zugänglichen Bereichen der Ausrüstung installiert.

Bei vielen Relais erfordert das Anschließen der Drähte des Regelkreises eine Polarität, die bei der Installation der Geräte berücksichtigt werden muss

Die Hauptanwendungsbereiche von TTR sind:

• Thermoregulationssystem unter Verwendung von Heizelementen;
• Aufrechterhaltung einer stabilen Temperatur in technologischen Prozessen;
• Betriebssteuerung des Transformators;
• Beleuchtungseinstellung;
• Bewegungssensorschaltungen, Beleuchtung, Photosensoren für die Straßenbeleuchtung usw.;
• Elektromotorsteuerung;
• unterbrechungsfreie Stromversorgungen.

Mit der zunehmenden Automatisierung von Haushaltsgeräten werden Halbleiterrelais immer weiter verbreitet, und die Entwicklung von Halbleitertechnologien eröffnet ständig neue Anwendungsbereiche.

Auf Wunsch können Sie selbst ein Halbleiterrelais zusammenbauen. Detaillierte Anweisungen finden Sie in dieser Artikel.

Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema

Die vorgestellten Videos helfen dabei, die Funktionsweise von Halbleiterrelais besser zu verstehen und sich mit den Methoden ihrer Verbindung vertraut zu machen.

Eine praktische Demonstration der Funktionsweise eines einfachen Halbleiterrelais:

Analyse von Sorten und Merkmalen des Betriebs von Halbleiterrelais:

Testen des Betriebs und des Heizgrades des TTR:

Fast jeder kann einen Stromkreis von einem Halbleiterrelais und einem Sensor montieren.

Die Planung eines Arbeitsstromkreises erfordert jedoch Grundkenntnisse in Elektrotechnik, da eine unsachgemäße Verbindung zu einem Stromschlag oder Kurzschluss führen kann. Durch die richtigen Aktionen können Sie jedoch im Alltag viele nützliche Geräte erhalten.

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