Relè a stato solido: tipi, applicazioni pratiche, schemi elettrici

I principianti e i contattori classici stanno gradualmente diventando un ricordo del passato. Il loro posto nell'elettronica automobilistica, negli elettrodomestici e nell'automazione industriale è occupato da un relè a stato solido - un dispositivo a semiconduttore in cui non ci sono parti in movimento.

I dispositivi hanno vari design e schemi elettrici, da cui dipendono i loro campi di applicazione. Prima di utilizzare il dispositivo, è necessario comprendere il suo principio di funzionamento, conoscere le funzionalità del funzionamento e la connessione di diversi tipi di relè. Le risposte a queste domande sono dettagliate nell'articolo.

Dispositivo relè a stato solido

I moderni relè a stato solido (TTR) sono dispositivi a semiconduttore modulari che sono interruttori elettrici di potenza.

I nodi di lavoro chiave di questi dispositivi sono rappresentati da triac, tiristori o transistor. I TTR non hanno parti mobili, che differisce dai relè elettromeccanici.

Le dimensioni del relè a stato solido dipendono in gran parte dal carico massimo consentito e dalla capacità di rimuovere il calore attraverso il trasferimento di calore e la convezione (+)

La struttura interna di questi dispositivi può variare notevolmente a seconda del tipo di carico regolabile e del circuito elettrico.

I relè a stato solido più semplici includono i seguenti nodi:

• nodo di input con fusibili;
• catena di innesco;
• isolamento ottico (galvanico);
• nodo di commutazione;
• circuiti di protezione;
• output del nodo al carico.

Il nodo di ingresso TTR è un circuito primario con un resistore collegato in serie. Un fusibile in questo circuito è opzionale. Il compito del nodo di input è accettare il segnale di controllo e trasmettere il comando agli interruttori di commutazione del carico.

Con corrente alternata, l'isolamento galvanico viene utilizzato per separare il controllo e il circuito principale. Il principio del funzionamento del relè dipende in gran parte dal suo dispositivo.Il circuito di trigger responsabile dell'elaborazione del segnale di ingresso può essere incluso nell'unità di isolamento ottico o posizionato separatamente.

L'unità di protezione previene sovraccarichi ed errori, poiché in caso di guasto del dispositivo, anche le apparecchiature collegate possono guastarsi.

Lo scopo principale dei relè a stato solido è quello di chiudere / aprire la rete elettrica utilizzando un segnale di controllo debole. A differenza degli analoghi elettromeccanici, hanno una forma più compatta e non producono scatti caratteristici durante il funzionamento.

Il principio di funzionamento del TTR

Il funzionamento di un relè a stato solido è abbastanza semplice. La maggior parte dei TTR sono progettati per controllare l'automazione in reti di 20-480 V.

L'isolamento ottico consente di creare segnali di controllo di potenza minima, che è di fondamentale importanza per i sensori che operano da fonti di energia autonome (+)

Nella versione classica, nella custodia del dispositivo sono inclusi due contatti di un circuito commutato e due fili di controllo. Il loro numero può cambiare con un aumento del numero di fasi connesse. A seconda della presenza di tensione nel circuito di controllo, il carico principale viene acceso o spento dagli elementi a semiconduttore.

Una caratteristica dei relè a stato solido è la presenza di resistenza infinita. Se i contatti nei dispositivi elettromeccanici sono completamente scollegati, quindi allo stato solido l'assenza di corrente nel circuito è garantita dalle proprietà dei materiali semiconduttori.

Pertanto, ad alte tensioni, possono verificarsi piccole correnti di dispersione che possono influire negativamente sul funzionamento dell'apparecchiatura collegata.

Classificazione relè a stato solido

L'ambito del relè è vario, pertanto le loro caratteristiche di progettazione possono variare notevolmente, a seconda delle esigenze di un particolare circuito automatico. I TTR sono classificati in base al numero di fasi collegate, al tipo di corrente operativa, alle caratteristiche di progettazione e al tipo di circuito di controllo.

Dal numero di fasi connesse

I relè a stato solido sono utilizzati sia come parte degli elettrodomestici che nell'automazione industriale con una tensione di esercizio di 380 V.

Pertanto, questi dispositivi a semiconduttore, a seconda del numero di fasi, sono suddivisi in:

• monofase;
• trifase.

TTR monofase consentire il funzionamento con correnti da 10-100 o 100-500 A. Il loro controllo viene effettuato mediante un segnale analogico.

Si consiglia di collegare fili di vari colori al relè trifase, in modo che durante l'installazione dell'apparecchiatura sia possibile collegarli correttamente

Relè a stato solido trifase in grado di far passare corrente nell'intervallo 10-120 A. Il loro dispositivo prevede un principio di funzionamento reversibile, che garantisce l'affidabilità della regolazione di più circuiti elettrici contemporaneamente.

Spesso gli SSR trifase vengono utilizzati per fornire un motore a induzione. Nel suo circuito di controllo, i fusibili rapidi sono necessariamente inclusi a causa delle elevate correnti di spunto.

Per tipo di corrente operativa

I relè a stato solido non possono essere configurati o riprogrammati, quindi possono funzionare correttamente solo con una determinata gamma di parametri elettrici di rete.

A seconda delle esigenze, il TTR può essere controllato da circuiti elettrici con due tipi di corrente:

• DC;
• variabili.

Allo stesso modo, è possibile classificare il TTR in base al tipo di tensione di carico attiva. La maggior parte dei relè negli elettrodomestici funziona con parametri variabili.

La corrente continua non viene utilizzata come principale fonte di elettricità in nessun paese del mondo, quindi i relè di questo tipo hanno una portata limitata

I dispositivi con una corrente di controllo costante sono caratterizzati da elevata affidabilità e utilizzano una tensione di 3-32 V. per la regolazione e resistono a un ampio intervallo di temperature (-30 .. + 70 ° C) senza cambiamenti significativi nelle caratteristiche.

I relè controllati da corrente alternata hanno una tensione di controllo di 3-32 V o 70-280 V.Si distinguono per la bassa interferenza elettromagnetica e l'elevata velocità di risposta.

Per caratteristiche di design

I relè a stato solido sono spesso installati nel quadro elettrico comune di un appartamento, quindi molti modelli hanno un blocco di montaggio per il montaggio su una guida DIN.

Inoltre, ci sono speciali radiatori situati tra il TTR e la superficie di supporto. Consentono di raffreddare il dispositivo a carichi elevati, pur mantenendo le sue prestazioni.

Il relè è montato su una guida DIN principalmente attraverso una staffa speciale, che ha una funzione aggiuntiva: rimuove il calore in eccesso durante il funzionamento

Tra il relè e il radiatore, si consiglia di applicare uno strato di pasta termica, che aumenta l'area di contatto e aumenta il trasferimento di calore. Ci sono anche TTR progettati per il fissaggio al muro con viti ordinarie.

Per tipo di schema di controllo

Non sempre il principio di funzionamento di una tecnologia a relè regolabile richiede il suo funzionamento istantaneo.

Pertanto, i produttori hanno sviluppato diversi schemi di controllo TTR utilizzati in vari settori:

1. Controlla "attraverso zero". Questa opzione di controllo di un relè a stato solido presuppone il funzionamento solo quando il valore della tensione è 0. Viene utilizzata in dispositivi con carichi capacitivi, resistivi (riscaldatori) e induttivi deboli (trasformatori).
2. immediato. Viene utilizzato quando è necessario un funzionamento a relè acuto quando viene applicato un segnale di controllo.
3. fase. Presuppone la regolazione della tensione di uscita modificando i parametri della corrente di controllo. Viene utilizzato per modificare senza problemi il grado di riscaldamento o illuminazione.

I relè a stato solido differiscono in molti altri parametri, meno significativi. Pertanto, quando si acquista un TTR, è importante comprendere lo schema operativo dell'apparecchiatura collegata al fine di acquistare il dispositivo di regolazione più appropriato.

È necessario fornire una riserva di carica, poiché il relè ha una risorsa operativa che viene rapidamente consumata con frequenti sovraccarichi.

Vantaggi e svantaggi di TTR

I relè a stato solido non invano invano dal mercato i dispositivi di avviamento e i contattori convenzionali. Questi dispositivi a semiconduttore hanno molti vantaggi rispetto agli analoghi elettromeccanici, che fanno optare per i consumatori.

Il relè per microcircuiti ha dimensioni compatte ed è molto limitato dalla massima corrente trasmessa. Sono riparati principalmente saldando le gambe speciali

Questi vantaggi includono:

1. Basso consumo energetico (90% in meno).
2. Dimensioni compatte per dispositivi di montaggio in uno spazio limitato.
3. Alta velocità di avvio e spegnimento
4. Rumore di funzionamento ridotto; non vi sono scatti caratteristici di un relè elettromeccanico.
5. Non è prevista alcuna manutenzione.
6. Lunga durata grazie a una risorsa di centinaia di milioni di operazioni.
7. A causa delle ampie possibilità di modifica dei componenti elettronici, i TTR hanno campi di applicazione estesi.
8. Mancanza di interferenze elettromagnetiche durante il funzionamento.
9. Sono esclusi i danni da contatto dovuti a shock meccanici.
10. Mancanza di contatto fisico diretto tra i circuiti di controllo e di commutazione.
11. Capacità di regolare il carico.
12. La presenza nel TTR pulsato di circuiti automatici che proteggono da sovraccarichi.
13. Possibilità di utilizzo in atmosfere esplosive.

I vantaggi indicati dai relè a stato solido non sono sempre sufficienti per il normale funzionamento dell'apparecchiatura. Ecco perché non hanno ancora completamente sostituito i contattori elettromeccanici.

Per un funzionamento stabile di potenti relè a stato solido, è importante un'efficace dissipazione del calore, poiché a temperature elevate la tensione di carico è nettamente distorta (+)

Il TTR presenta anche degli svantaggi che non ne consentono l'utilizzo in molti casi.

Gli svantaggi includono:

1. L'impossibilità della maggior parte dei dispositivi con tensioni superiori a 0,5 kV.
2. Alto costo.
3. Sensibilità alle alte correnti, specialmente nei circuiti di avviamento dei motori elettrici.
4. Restrizioni all'uso in condizioni di elevata umidità.
5. Una riduzione critica delle prestazioni a temperature inferiori a 30 ° C e al di sopra di 70 ° C di calore.
6. La custodia compatta porta a un riscaldamento eccessivo del dispositivo a carichi sostanzialmente elevati, che richiede l'uso di speciali dispositivi di raffreddamento passivi o attivi.
7. La capacità di sciogliere il dispositivo dal riscaldamento durante un corto circuito.
8. Le microcorrenti nello stato chiuso del relè possono essere fondamentali per il funzionamento dell'apparecchiatura. Ad esempio, le lampade fluorescenti collegate alla rete potrebbero lampeggiare periodicamente.

Pertanto, i relè a stato solido hanno applicazioni specifiche. Nelle catene di apparecchiature industriali ad alta tensione, il loro uso è fortemente limitato a causa delle proprietà fisiche imperfette dei materiali semiconduttori.

Tuttavia, negli elettrodomestici e nell'industria automobilistica, i TTR occupano una posizione forte a causa delle loro proprietà positive.

Possibili schemi elettrici

Gli schemi di connessione a relè a stato solido possono essere molto diversi. Ogni circuito elettrico è costruito in base alle caratteristiche del carico collegato. Fusibili, controller e dispositivi di controllo aggiuntivi possono essere aggiunti al circuito.

A causa del fatto che i circuiti di controllo e i carichi nel dispositivo non si sovrappongono, le loro caratteristiche elettriche possono differire per qualsiasi parametro (+)

Successivamente, verranno presentati gli schemi di connessione TTR più semplici e comuni:

• normalmente aperto;
• con circuito collegato;
• normalmente chiuso;
• trifase;
• reversibile.

Circuito normalmente aperto (aperto) - un relè, il cui carico è eccitato in presenza di un segnale di controllo. Cioè, l'apparecchiatura collegata viene spenta quando gli ingressi 3 e 4 sono diseccitati.

Prima di acquistare un relè, è necessario determinare il tipo di stato iniziale richiesto (chiuso o aperto) per garantire il corretto funzionamento dell'apparecchiatura collegata (+)

Circuito normalmente chiuso - si intende un relè, il carico in cui è eccitato in assenza di un segnale di controllo. Cioè, l'apparecchiatura collegata è in condizioni di lavoro con ingressi diseccitati 3 e 4.

Esiste uno schema di connessione a relè a stato solido in cui la tensione di controllo e di carico sono uguali. Questo metodo può essere utilizzato contemporaneamente per il lavoro in reti CC e CA.

Relè trifase collegato da principi leggermente diversi. I contatti possono essere collegati nelle opzioni "Stella", "Triangolo" o "Stella con neutro".

La scelta di uno schema di collegamento del relè trifase dipende in gran parte dalle caratteristiche del funzionamento dell'apparecchiatura collegata ad esso come carico

Relè inversi allo stato solido vengono applicati nei motori elettrici nella modalità corrispondente. Sono prodotti in una versione trifase e includono due circuiti di controllo.

Se è importante che il relè osservi la polarità della connessione dei contatti, la marcatura indicherà sempre dove collegare la fase e zero

È necessario assemblare i circuiti elettrici con i TTR solo dopo che sono stati pre-disegnati su carta, perché i dispositivi collegati in modo errato possono guastarsi a causa di un corto circuito.

Uso pratico dei dispositivi

L'ambito di utilizzo dei relè a stato solido è piuttosto ampio. A causa della loro elevata affidabilità e della mancanza di necessità di manutenzione regolare, sono spesso installati in aree di attrezzature difficili da raggiungere.

In molti relè, il collegamento dei fili del circuito di controllo richiede la polarità, che deve essere presa in considerazione durante l'installazione dell'apparecchiatura

Le principali aree di applicazione di TTR sono:

• Sistema di termoregolazione con l'uso di elementi riscaldanti;
• mantenere una temperatura stabile nei processi tecnologici;
• controllo del funzionamento del trasformatore;
• regolazione dell'illuminazione;
• circuiti di sensori di movimento, illuminazione, fotosensori per l'illuminazione stradale e simili;
• controllo motore elettrico;
• gruppi di continuità.

Con l'aumento dell'automazione degli elettrodomestici, i relè a stato solido stanno diventando sempre più diffusi e lo sviluppo di tecnologie a semiconduttore apre costantemente nuove aree della loro applicazione.

Se lo si desidera, è possibile assemblare da soli un relè a stato solido. Istruzioni dettagliate sono fornite in questo articolo.

Conclusioni e video utili sull'argomento

I video presentati aiuteranno a comprendere meglio il funzionamento dei relè a stato solido e a familiarizzare con i metodi della loro connessione.

Una dimostrazione pratica del funzionamento di un semplice relè a stato solido:

Analisi delle varietà e caratteristiche del funzionamento dei relè a stato solido:

Verifica del funzionamento e del grado di riscaldamento del TTR:

Quasi tutti possono montare un circuito elettrico da un relè a stato solido e un sensore.

Tuttavia, la pianificazione di un circuito di lavoro richiede conoscenze di base in ingegneria elettrica, poiché un collegamento errato può causare scosse elettriche o cortocircuiti. Ma come risultato delle azioni corrette, puoi ottenere molti dispositivi utili nella vita di tutti i giorni.

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