Przekaźniki półprzewodnikowe: typy, praktyczne zastosowania, schematy połączeń

Klasyczne rozruszniki i styczniki stopniowo stają się przeszłością. Ich miejsce w elektronice samochodowej, sprzęcie AGD i automatyce przemysłowej zajmuje półprzewodnikowy przekaźnik - urządzenie półprzewodnikowe, w którym nie ma żadnych ruchomych części.

Urządzenia mają różne konstrukcje i schematy połączeń, od których zależą ich obszary zastosowania. Przed użyciem urządzenia należy zrozumieć jego zasadę działania, poznać funkcje działania i podłączenia różnych rodzajów przekaźników. Odpowiedzi na te pytania są szczegółowo opisane w artykule.

Przekaźnikowe urządzenie półprzewodnikowe

Nowoczesne przekaźniki półprzewodnikowe (TTR) są modułowymi urządzeniami półprzewodnikowymi, które są przełącznikami mocy elektrycznej.

Kluczowe działające węzły tych urządzeń są reprezentowane przez triaki, tyrystory lub tranzystory. TTR nie mają części ruchomych, które różnią się od przekaźników elektromechanicznych.

Rozmiar przekaźnika półprzewodnikowego w dużej mierze zależy od maksymalnego dopuszczalnego obciążenia i zdolności do usuwania ciepła za pośrednictwem wymiany ciepła i konwekcji (+)

Wewnętrzna struktura tych urządzeń może się znacznie różnić w zależności od rodzaju regulowanego obciążenia i obwodu elektrycznego.

Najprostsze przekaźniki półprzewodnikowe obejmują następujące węzły:

• węzeł wejściowy z bezpiecznikami;
• łańcuch spustowy;
• izolacja optyczna (galwaniczna);
• węzeł przełączający;
• obwody ochronne;
• wyjście węzła do obciążenia.

Węzeł wejściowy TTR to obwód pierwotny z rezystorem połączonym szeregowo. Bezpiecznik w tym obwodzie jest opcjonalny. Zadaniem węzła wejściowego jest przyjęcie sygnału sterującego i przesłanie polecenia do przełączników przełączania obciążenia.

W przypadku prądu przemiennego separacja galwaniczna służy do oddzielenia obwodu sterowania i obwodu głównego. Zasada działania przekaźnika zależy w dużej mierze od jego urządzenia.Obwód wyzwalający odpowiedzialny za przetwarzanie sygnału wejściowego może być zawarty w optycznej jednostce izolacyjnej lub umieszczony osobno.

Jednostka ochronna zapobiega przeciążeniom i błędom, ponieważ w przypadku awarii urządzenia podłączony sprzęt może również ulec awarii.

Głównym celem przekaźników półprzewodnikowych jest zamknięcie / otwarcie sieci elektrycznej za pomocą słabego sygnału sterującego. W przeciwieństwie do elektromechanicznych analogów mają bardziej zwarty kształt i nie powodują charakterystycznych kliknięć podczas pracy.

Zasada działania TTR

Działanie przekaźnika półprzewodnikowego jest dość proste. Większość TTR jest zaprojektowana do sterowania automatyzacją w sieciach o napięciu 20–480 V.

Izolacja optyczna umożliwia tworzenie sygnałów sterujących o minimalnej mocy, co jest niezwykle ważne w przypadku czujników pracujących z autonomicznych źródeł zasilania (+)

W wersji klasycznej w obudowie urządzenia znajdują się dwa styki obwodu przełączanego i dwa przewody sterujące. Ich liczba może się zmieniać wraz ze wzrostem liczby połączonych faz. W zależności od obecności napięcia w obwodzie sterowania, główne obciążenie jest włączane lub wyłączane przez elementy półprzewodnikowe.

Przekaźniki półprzewodnikowe cechuje obecność nieskończonej oporności. Jeśli styki w urządzeniach elektromechanicznych są całkowicie odłączone, to w stanie stałym brak prądu w obwodzie jest zapewniony przez właściwości materiałów półprzewodnikowych.

Dlatego przy wysokich napięciach mogą wystąpić małe prądy upływowe, które mogą niekorzystnie wpłynąć na działanie podłączonego sprzętu.

Klasyfikacja przekaźników półprzewodnikowych

Zakres przekaźnika jest zróżnicowany, dlatego ich cechy konstrukcyjne mogą się znacznie różnić, w zależności od potrzeb konkretnego obwodu automatycznego. TTR są klasyfikowane według liczby podłączonych faz, rodzaju prądu roboczego, cech konstrukcyjnych i rodzaju obwodu sterowania.

Według liczby połączonych faz

Przekaźniki półprzewodnikowe są stosowane zarówno jako część sprzętu AGD, jak i automatyki przemysłowej o napięciu roboczym 380 V.

Dlatego te urządzenia półprzewodnikowe, w zależności od liczby faz, są podzielone na:

• jednofazowy;
• trzy fazy.

Jednofazowy TTR umożliwiają pracę z prądami o wartości 10–100 lub 100–500 A. Sterowanie odbywa się za pomocą sygnału analogowego.

Zaleca się podłączenie przewodów o różnych kolorach do przekaźnika trójfazowego, aby podczas instalacji urządzenia można je poprawnie podłączyć

Trójfazowe przekaźniki półprzewodnikowe zdolne do przepuszczania prądu w zakresie 10-120 A. Ich urządzenie wykorzystuje odwracalną zasadę działania, która zapewnia niezawodność regulacji kilku obwodów elektrycznych jednocześnie.

Często trójfazowe przekaźniki SSR są używane do zapewnienia silnika indukcyjnego. W jego obwodzie sterowania konieczne są szybkie bezpieczniki ze względu na wysokie prądy rozruchowe.

Według rodzaju prądu roboczego

Przekaźników półprzewodnikowych nie można konfigurować ani przeprogramowywać, dlatego mogą one działać poprawnie tylko przy określonym zakresie parametrów elektrycznych sieci.

W zależności od potrzeb, TTR może być kontrolowany przez obwody elektryczne z dwoma rodzajami prądu:

• stały;
• zmienne.

Podobnie można klasyfikować TTR według rodzaju aktywnego obciążenia obciążenia. Większość przekaźników w urządzeniach gospodarstwa domowego działa ze zmiennymi parametrami.

Prąd stały nie jest wykorzystywany jako główne źródło energii elektrycznej w żadnym kraju na świecie, więc przekaźniki tego typu mają wąski zakres

Urządzenia o stałym prądzie sterującym charakteryzują się wysoką niezawodnością i do regulacji wykorzystują napięcie 3-32 V. Wytrzymują szeroki zakres temperatur (-30 .. + 70 ° C) bez znaczących zmian w charakterystyce.

Przekaźniki sterowane prądem przemiennym mają napięcie sterujące 3-32 V lub 70-280 V.Wyróżnia je niska interferencja elektromagnetyczna i duża szybkość reakcji.

Według cech konstrukcyjnych

Przekaźniki półprzewodnikowe są często instalowane we wspólnym panelu elektrycznym mieszkania, więc wiele modeli ma blok montażowy do montażu na szynie DIN.

Ponadto istnieją specjalne grzejniki umieszczone między TTR a powierzchnią nośną. Pozwalają na chłodzenie urządzenia przy dużych obciążeniach, przy jednoczesnym zachowaniu jego wydajności.

Przekaźnik jest montowany na szynie DIN głównie za pomocą specjalnego wspornika, który ma dodatkową funkcję - usuwa nadmiar ciepła podczas pracy urządzenia

Między przekaźnikiem a grzejnikiem zaleca się nałożenie warstwy pasty termicznej, która zwiększa powierzchnię styku i zwiększa wymianę ciepła. Istnieją również TTR przeznaczone do mocowania do ściany zwykłymi śrubami.

Według rodzaju schematu kontroli

Nie zawsze zasada działania regulowanej technologii przekaźnikowej wymaga natychmiastowego działania.

Dlatego producenci opracowali kilka schematów kontroli TTR, które są stosowane w różnych dziedzinach:

1. Kontrola „przez zero”. Ta opcja sterowania przekaźnikiem półprzewodnikowym zakłada wyłączenie tylko wtedy, gdy wartość napięcia wynosi 0. Jest stosowana w urządzeniach z obciążeniami pojemnościowymi, rezystancyjnymi (grzejniki) i słabymi indukcyjnymi (transformatory).
2. Instant. Jest stosowany, gdy konieczna jest ostra praca przekaźnika, gdy podawany jest sygnał sterujący.
3. Faza. Zakłada regulację napięcia wyjściowego poprzez zmianę parametrów prądu sterującego. Służy do płynnej zmiany stopnia nagrzewania lub oświetlenia.

Przekaźniki półprzewodnikowe różnią się wieloma innymi, mniej znaczącymi parametrami. Dlatego przy zakupie TTR ważne jest zrozumienie schematu działania podłączonego sprzętu w celu zakupu najbardziej odpowiedniego urządzenia regulacyjnego.

Należy zapewnić rezerwę mocy, ponieważ przekaźnik ma zasoby operacyjne, które szybko zużywają się przy częstych przeciążeniach.

Zalety i wady TTR

Przekaźniki półprzewodnikowe nie na próżno wypierają z rynku konwencjonalnych rozruszników i styczników. Te urządzenia półprzewodnikowe mają wiele zalet w porównaniu z elektromechanicznymi odpowiednikami, co sprawia, że ​​konsumenci wybierają je.

Przekaźnik mikroukładów ma kompaktowe wymiary i jest bardzo ograniczony przez maksymalny przesyłany prąd. Są one mocowane głównie przez lutowanie specjalnych nóg

Zalety te obejmują:

1. Niskie zużycie energii (90% mniej).
2. Kompaktowe wymiary do montażu urządzeń w ograniczonej przestrzeni.
3. Wysoka prędkość uruchamiania i wyłączania
4. Zredukowany hałas podczas pracy; brak charakterystycznych kliknięć dla przekaźnika elektromechanicznego.
5. Nie przewiduje się konserwacji.
6. Długa żywotność dzięki zasobom setek milionów operacji.
7. Ze względu na szerokie możliwości modyfikowania komponentów elektronicznych TTR mają rozszerzone zakresy zastosowań.
8. Brak zakłóceń elektromagnetycznych podczas pracy.
9. Korupcja styków spowodowana ich wstrząsem mechanicznym jest wykluczona.
10. Brak bezpośredniego kontaktu fizycznego między obwodami sterującymi i przełączającymi.
11. Możliwość regulacji obciążenia.
12. Obecność w pulsacyjnym TTR obwodów automatycznych chroniących przed przeciążeniami.
13. Możliwość zastosowania w atmosferach wybuchowych.

Wskazane zalety przekaźników półprzewodnikowych nie zawsze są wystarczające do normalnej pracy urządzenia. Dlatego nie zastąpiły jeszcze całkowicie styczników elektromechanicznych.

Dla stabilnej pracy silnych przekaźników półprzewodnikowych ważne jest skuteczne odprowadzanie ciepła, ponieważ w podwyższonych temperaturach napięcie obciążenia jest gwałtownie zniekształcone (+)

TTR ma również wady, które nie pozwalają na ich użycie w wielu przypadkach.

Minusy obejmują:

1. Niezdolność większości urządzeń o napięciu powyżej 0,5 kV.
2. Wysoki koszt.
3. Wrażliwość na wysokie prądy, szczególnie w obwodach rozruchowych silników elektrycznych.
4. Ograniczenia użytkowania w warunkach wysokiej wilgotności.
5. Krytyczny spadek wydajności w temperaturach poniżej 30 ° C mrozu i powyżej 70 ° C ciepła.
6. Kompaktowa obudowa prowadzi do nadmiernego nagrzewania urządzenia przy stabilnie dużych obciążeniach, co wymaga użycia specjalnych pasywnych lub aktywnych urządzeń chłodzących.
7. Możliwość stopienia urządzenia przed nagrzaniem podczas zwarcia.
8. Mikroprądy w stanie zamkniętym przekaźnika mogą mieć krytyczne znaczenie dla działania urządzenia. Na przykład świetlówki podłączone do sieci mogą okresowo migać.

Dlatego przekaźniki półprzewodnikowe mają określone zastosowania. W łańcuchach urządzeń przemysłowych wysokiego napięcia ich użycie jest mocno ograniczone z powodu niedoskonałych właściwości fizycznych materiałów półprzewodnikowych.

Jednak w urządzeniach gospodarstwa domowego i przemyśle motoryzacyjnym TTR zajmują silną pozycję ze względu na swoje pozytywne właściwości.

Możliwe schematy połączeń

Schematy połączeń przekaźników półprzewodnikowych mogą być bardzo różnorodne. Każdy obwód elektryczny jest zbudowany w oparciu o charakterystykę podłączonego obciążenia. Do obwodu można dodać dodatkowe bezpieczniki, sterowniki i urządzenia sterujące.

Ze względu na fakt, że obwody sterujące i obciążenia w urządzeniu nie nakładają się, ich charakterystyki elektryczne mogą się różnić dowolnymi parametrami (+)

Następnie zostaną przedstawione najprostsze i najczęstsze schematy połączeń TTR:

• normalnie otwarty;
• z podłączonym obwodem;
• normalnie zamknięty;
• trójfazowy;
• odwracalne.

Obwód normalnie otwarty (otwarty) - przekaźnik, którego obciążenie jest zasilane energią w obecności sygnału sterującego. Oznacza to, że podłączony sprzęt jest wyłączany, gdy wejścia 3 i 4 są pozbawione napięcia.

Przed zakupem przekaźnika należy określić typ wymaganego stanu początkowego (zamknięty lub otwarty), aby zapewnić prawidłowe działanie podłączonego sprzętu (+)

Obwód normalnie zamknięty - rozumie się przekaźnik, którego obciążenie jest zasilane przy braku sygnału sterującego. Oznacza to, że podłączony sprzęt jest w stanie roboczym z pozbawionymi napięcia wejściami 3 i 4.

Istnieje schemat połączeń przekaźników półprzewodnikowych, w którym napięcie sterowania i obciążenia są takie same. Metodę tę można stosować jednocześnie do pracy w sieciach prądu stałego i przemiennego.

Przekaźniki trójfazowe połączone przez nieco inne zasady. Kontakty można łączyć w opcjach „Gwiazda”, „Trójkąt” lub „Gwiazda z punktem neutralnym”.

Wybór schematu połączenia przekaźnika trójfazowego w dużej mierze zależy od cech działania podłączonego do niego urządzenia jako obciążenia

Przekaźniki odwrócone półprzewodnikowe stosowane w silnikach elektrycznych w odpowiednim trybie. Są produkowane w wersji trójfazowej i zawierają dwie pętle sterowania.

Jeśli ważne jest, aby przekaźnik obserwował polaryzację połączenia styków, wówczas oznaczenie zawsze wskaże, gdzie podłączyć fazę i zero

Konieczne jest montowanie obwodów elektrycznych z TTR po uprzednim ich narysowaniu na papierze, ponieważ niewłaściwie podłączone urządzenia mogą ulec awarii z powodu zwarcia.

Praktyczne wykorzystanie urządzeń

Zakres zastosowania przekaźników półprzewodnikowych jest dość szeroki. Ze względu na ich wysoką niezawodność i brak konieczności regularnej konserwacji często instalowane są w trudno dostępnych obszarach sprzętu.

W wielu przekaźnikach podłączenie przewodów pętli sterowania wymaga polaryzacji, którą należy wziąć pod uwagę podczas instalacji sprzętu

Główne obszary zastosowania TTR to:

• System termoregulacji z wykorzystaniem elementów grzewczych;
• utrzymywanie stabilnej temperatury w procesach technologicznych;
• kontrola pracy transformatora;
• regulacja oświetlenia;
• obwody czujnika ruchu, oświetlenie, czujniki fotoelektryczne do oświetlenia ulicznego i tym podobne;
• sterowanie silnikiem elektrycznym;
• zasilacze bezprzerwowe.

Wraz ze wzrostem automatyzacji urządzeń gospodarstwa domowego przekaźniki półprzewodnikowe stają się coraz bardziej rozpowszechnione, a rozwój technologii półprzewodnikowych stale otwiera nowe obszary ich zastosowania.

W razie potrzeby możesz samodzielnie złożyć przekaźnik półprzewodnikowy. Szczegółowe instrukcje znajdują się w ten artykuł.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Prezentowane filmy pomogą lepiej zrozumieć działanie przekaźników półprzewodnikowych i zapoznać się z metodami ich łączenia.

Praktyczna demonstracja działania prostego przekaźnika półprzewodnikowego:

Analiza odmian i cech działania przekaźników półprzewodnikowych:

Testowanie działania i stopnia nagrzewania TTR:

Prawie każdy może zamontować obwód elektryczny z przekaźnika półprzewodnikowego i czujnika.

Jednak planowanie obwodu roboczego wymaga podstawowej wiedzy z zakresu elektrotechniki, ponieważ niewłaściwe połączenie może doprowadzić do porażenia prądem lub zwarcia. Ale dzięki prawidłowym działaniom możesz uzyskać wiele przydatnych urządzeń w życiu codziennym.

Czy jest coś do uzupełnienia lub masz pytania dotyczące podłączania i używania przekaźników półprzewodnikowych? Możesz zostawiać komentarze na temat publikacji, brać udział w dyskusjach i dzielić się własnym doświadczeniem na takich urządzeniach. Formularz kontaktowy znajduje się w dolnym bloku.