Polovodičové relé: typy, praktické aplikácie, schémy zapojenia

Klasické štartéry a stýkače sa postupne stávajú minulosťou. Ich miesto v automobilovej elektronike, domácich spotrebičoch a priemyselnej automatizácii je obsadené polovodičovým relé - polovodičovým zariadením, v ktorom nie sú žiadne pohyblivé časti.

Zariadenia majú rôzne návrhy a schémy zapojenia, od ktorých závisí oblasť ich použitia. Pred použitím zariadenia musíte pochopiť jeho princíp činnosti, zoznámiť sa s funkciami obsluhy a pripojenia rôznych typov relé. Odpovede na tieto otázky sú podrobne uvedené v článku.

Polovodičové relé

Moderné polovodičové relé (TTR) sú modulárne polovodičové zariadenia, ktoré sú výkonovými elektrickými spínačmi.

Kľúčové pracovné uzly týchto zariadení predstavujú triaky, tyristory alebo tranzistory. TTR nemajú pohyblivé časti, ktoré sa líšia od elektromechanických relé.

Veľkosť polovodičového relé do značnej miery závisí od maximálneho povoleného zaťaženia a schopnosti odvádzať teplo prostredníctvom prenosu tepla a konvekcie (+)

Vnútorná štruktúra týchto zariadení sa môže značne líšiť v závislosti od typu nastaviteľného zaťaženia a elektrického obvodu.

Najjednoduchšie polovodičové relé zahŕňajú nasledujúce uzly:

• vstupný uzol s poistkami;
• spúšťacia reťaz;
• optická (galvanická) izolácia;
• prepínací uzol;
• ochranné obvody;
• výstup uzla do záťaže.

Vstupný uzol TTR je primárny obvod so sériovo zapojeným odporom. Poistka v tomto obvode je voliteľná. Úlohou vstupného uzla je prijať riadiaci signál a preniesť príkaz do spínačov na prepínanie záťaže.

Pri striedavom prúde sa galvanické oddelenie používa na oddelenie ovládacieho a hlavného obvodu. Princíp činnosti relé do značnej miery závisí od jeho zariadenia.Spúšťací obvod zodpovedný za spracovanie vstupného signálu môže byť obsiahnutý v optickej izolačnej jednotke alebo umiestnený samostatne.

Ochranná jednotka zabraňuje preťaženiu a chybám, pretože v prípade poruchy zariadenia môže dôjsť aj k poruche pripojeného zariadenia.

Hlavným účelom polovodičových relé je zatvorenie / otvorenie elektrickej siete pomocou slabého riadiaceho signálu. Na rozdiel od elektromechanických analógov majú kompaktnejší tvar a počas prevádzky nevyvolávajú charakteristické kliknutia.

Zásada fungovania TTR

Činnosť polovodičového relé je pomerne jednoduchá. Väčšina TTR je navrhnutá na riadenie automatizácie v sieťach 20 - 480 V.

Optická izolácia vám umožňuje vytvárať riadiace signály s minimálnym výkonom, čo je kriticky dôležité pre senzory pracujúce z autonómnych zdrojov energie (+)

V klasickej verzii vstupujú do puzdra zariadenia dva kontakty spínaného obvodu a dva ovládacie vodiče. Ich počet sa môže meniť so zvyšujúcim sa počtom pripojených fáz. V závislosti od prítomnosti napätia v riadiacom obvode sa polovodičové prvky zapínajú alebo vypínajú.

Funkciou polovodičových relé je prítomnosť nekonečného odporu. Ak sú kontakty v elektromechanických zariadeniach úplne odpojené, potom v pevnom stave je neprítomnosť prúdu v obvode zabezpečená vlastnosťami polovodičových materiálov.

Preto sa pri vysokých napätiach môžu vyskytnúť malé zvodové prúdy, ktoré môžu nepriaznivo ovplyvniť činnosť pripojeného zariadenia.

Klasifikácia relé v pevnom stave

Rozsah ochrany je rôznorodý, a preto sa ich konštrukčné vlastnosti môžu značne líšiť v závislosti od potrieb konkrétneho automatického obvodu. TTR sú klasifikované podľa počtu pripojených fáz, typu prevádzkového prúdu, konštrukčných prvkov a typu riadiaceho obvodu.

Podľa počtu pripojených fáz

Polovodičové relé sa používajú ako súčasť domácich spotrebičov aj v priemyselnej automatizácii s prevádzkovým napätím 380 V.

Tieto polovodičové zariadenia sa preto v závislosti od počtu fáz rozdeľujú na:

• jednofázová;
• trojfázová.

Jednofázové TTR umožňujú prácu s prúdmi 10 - 100 alebo 100 - 500 A. Ich ovládanie sa vykonáva pomocou analógového signálu.

K trojfázovému relé sa odporúča pripojiť vodiče rôznych farieb, aby ste ich pri inštalácii mohli správne pripojiť.

Trojfázové polovodičové relé schopné prechádzať prúdom v rozsahu 10 - 120 A. Ich zariadenie zahŕňa reverzibilný princíp činnosti, ktorý zabezpečuje spoľahlivosť regulácie viacerých elektrických obvodov súčasne.

Na zabezpečenie indukčného motora sa často používajú trojfázové SSR. V jeho riadiacom obvode sú nevyhnutné rýchle poistky kvôli vysokým zapínacím prúdom.

Podľa typu prevádzkového prúdu

Polovodičové relé nie je možné konfigurovať ani preprogramovať, takže môžu správne pracovať iba s určitým rozsahom elektrických parametrov siete.

Podľa potreby je možné TTR ovládať elektrickými obvodmi s dvoma typmi prúdu:

• DC;
• premenné.

Podobne je možné klasifikovať TTR podľa typu aktívneho zaťažovacieho napätia. Väčšina relé v domácich spotrebičoch pracuje s premenlivými parametrami.

Jednosmerný prúd sa nepoužíva ako hlavný zdroj elektriny v žiadnej krajine na svete, takže relé tohto typu majú obmedzený rozsah

Zariadenia s konštantným regulačným prúdom sa vyznačujú vysokou spoľahlivosťou a na reguláciu používajú napätie 3-32 V. Odolávajú širokému teplotnému rozsahu (-30 .. + 70 ° C) bez výrazných zmien charakteristík.

Relé ovládané striedavým prúdom majú riadiace napätie 3-32 V alebo 70-280 V.Vyznačujú sa nízkym elektromagnetickým rušením a vysokou rýchlosťou odozvy.

Podľa konštrukčných prvkov

Polovodičové relé sú často inštalované v spoločnom elektrickom paneli bytu, takže veľa modelov má montážny blok pre montáž na DIN lištu.

Okrem toho sú medzi TTR a nosnou plochou umiestnené špeciálne radiátory. Umožňujú ochladzovať zariadenie pri vysokých zaťaženiach pri zachovaní jeho výkonu.

Relé je namontované na DIN lištu hlavne pomocou špeciálnej konzoly, ktorá má ďalšiu funkciu - odstraňuje nadmerné teplo počas prevádzky

Medzi relé a žiarič sa odporúča aplikovať vrstvu tepelnej pasty, ktorá zväčšuje kontaktnú plochu a zvyšuje prenos tepla. K dispozícii sú tiež TTR určené na pripevnenie na stenu pomocou bežných skrutiek.

Podľa typu kontrolnej schémy

Nie vždy princíp činnosti technológie nastaviteľného relé vyžaduje jeho okamžitú prevádzku.

Výrobcovia preto vyvinuli niekoľko systémov kontroly TTR, ktoré sa používajú v rôznych oblastiach:

1. Ovládajte "nulou", Táto možnosť ovládania polovodičového relé predpokladá prevádzku iba pri hodnote napätia 0. Používa sa v zariadeniach s kapacitným, odporovým (ohrievače) a slabým induktívnym zaťažením (transformátory).
2. okamžitý, Používa sa, keď je potrebná ostrá prevádzka relé, keď je aplikovaný riadiaci signál.
3. fázy, Preberá reguláciu výstupného napätia zmenou parametrov riadiaceho prúdu. Používa sa na plynulú zmenu stupňa vykurovania alebo osvetlenia.

Polovodičové relé sa líšia v mnohých ďalších, menej významných parametroch. Preto je pri nákupe TTR dôležité pochopiť schému prevádzky pripojeného zariadenia, aby sa kúpilo najvhodnejšie nastavovacie zariadenie.

Musí byť k dispozícii výkonová rezerva, pretože relé má prevádzkový zdroj, ktorý sa rýchlo spotrebúva pri častom preťažení.

Výhody a nevýhody TTR

Polovodičové relé zbytočne nevylučujú tradičné štartéry a stýkače z trhu. Tieto polovodičové zariadenia majú oproti elektromechanickým náprotivkom mnoho výhod, vďaka ktorým si ich zákazníci môžu zvoliť.

Relé pre mikroobvody má kompaktné rozmery a je veľmi obmedzené maximálnym prenášaným prúdom. Upevňujú sa hlavne spájkovaním špeciálnych nôh

Medzi tieto výhody patrí:

1. Nízka spotreba energie (o 90% menej).
2. Kompaktné rozmery pre montáž zariadení v obmedzenom priestore.
3. Vysoká rýchlosť spustenia a vypnutia
4. Znížený prevádzkový hluk, elektromechanické relé nemajú žiadne kliknutia.
5. Neočakáva sa žiadna údržba.
6. Dlhá životnosť vďaka zdrojom stoviek miliónov operácií.
7. Vzhľadom na široké možnosti úpravy elektronických komponentov majú TTR rozšírené oblasti použitia.
8. Nedostatok elektromagnetických interferencií pri prevádzke.
9. Poškodenie kontaktov v dôsledku ich mechanického nárazu je vylúčené.
10. Nedostatok priameho fyzického kontaktu medzi ovládacími a spínacími obvodmi.
11. Schopnosť regulovať zaťaženie.
12. Prítomnosť automatických obvodov v impulznom TTR, ktoré chránia pred preťažením.
13. Možnosť použitia vo výbušnom prostredí.

Uvedené výhody polovodičových relé nie sú vždy dostatočné na normálnu prevádzku zariadenia. Z tohto dôvodu ešte úplne nevymenili elektromechanické stykače.

Pre stabilnú prevádzku výkonných polovodičových relé je dôležité efektívne odvádzanie tepla, pretože pri zvýšených teplotách je záťažové napätie výrazne skreslené (+)

TTR majú aj nevýhody, ktoré v mnohých prípadoch neumožňujú ich použitie.

Medzi mínusy patria:

1. Neschopnosť väčšiny zariadení s napätím nad 0,5 kV.
2. Vysoké náklady.
3. Citlivosť na vysoké prúdy, najmä v štartovacích obvodoch elektrických motorov.
4. Obmedzenia pri používaní vo vlhkých podmienkach.
5. Kritické zníženie výkonu pri teplotách pod 30 ° C mráz a nad 70 ° C tepla.
6. Kompaktné puzdro vedie k nadmernému zahrievaniu zariadenia pri stabilne vysokých zaťaženiach, čo vyžaduje použitie špeciálnych pasívnych alebo aktívnych chladiacich zariadení.
7. Schopnosť roztaviť zariadenie z dôvodu zahrievania počas skratu.
8. Mikroprúdy v uzavretom stave relé môžu byť kritické pre fungovanie zariadenia. Napríklad žiarivky pripojené k sieti môžu pravidelne blikať.

Polovodičové relé majú teda špecifické aplikácie. V reťazcoch vysokonapäťových priemyselných zariadení je ich použitie výrazne obmedzené kvôli nedokonalým fyzikálnym vlastnostiam polovodičových materiálov.

Avšak v domácich spotrebičoch a automobilovom priemysle majú TTR silné postavenie vďaka svojim pozitívnym vlastnostiam.

Možné schémy zapojenia

Polovodičové systémy pripojenia relé môžu byť veľmi rozmanité. Každý elektrický obvod je postavený na základe charakteristík pripojeného zaťaženia. Do obvodu môžu byť pridané ďalšie poistky, ovládače a ovládacie zariadenia.

Pretože sa regulačné obvody a záťaže v prístroji neprekrývajú, ich elektrické charakteristiky sa môžu líšiť podľa akýchkoľvek parametrov (+)

Ďalej budú predstavené najjednoduchšie a najbežnejšie schémy pripojenia TTR:

• normálne otvorené;
• s pripojeným obvodom;
• normálne zatvorené;
• trojfázový;
• reverzibilné.

Normálne otvorený (otvorený) obvod - relé, ktorého záťaž je aktivovaná v prítomnosti riadiaceho signálu. To znamená, že pripojené zariadenie sa vypne, keď sú vstupy 3 a 4 odpojené od napájania.

Pred zakúpením relé je potrebné určiť požadovaný typ počiatočného stavu (zatvorený alebo otvorený), aby sa zabezpečila správna činnosť pripojeného zariadenia (+)

Normálne uzavretý obvod - znamená relé, záťaž, pri ktorej je pod napätím bez riadiaceho signálu. To znamená, že pripojené zariadenie je v prevádzkovom stave s beznapäťovými vstupmi 3 a 4.

Existuje polovodičová schéma pripojenia relé, v ktorej je rovnaké kontrolné a zaťažovacie napätie. Táto metóda môže byť použitá súčasne pre prácu v DC a AC sieťach.

Trojfázové relé spojené trochu odlišnými princípmi. Kontakty je možné spojiť pomocou možností „Hviezda“, „Trojuholník“ alebo „Hviezda s neutrálom“.

Výber trojfázovej schémy pripojenia relé do značnej miery závisí od vlastností prevádzky zariadenia, ktoré je k nemu pripojené ako záťaže

Spätné relé v tuhom stave sa používajú v elektromotoroch v zodpovedajúcom režime. Vyrábajú sa v trojfázovej verzii a obsahujú dve regulačné slučky.

Ak je dôležité, aby relé dodržiavalo polaritu spojenia kontaktov, potom označenie vždy uvedie, kde sa má fáza a nula spojiť.

Elektrické obvody s TTR je potrebné zostaviť až po ich predbežnom natiahnutí na papier, pretože nesprávne pripojené zariadenia môžu zlyhať v dôsledku skratu.

Praktické používanie zariadení

Rozsah použitia polovodičových relé je pomerne rozsiahly. Z dôvodu vysokej spoľahlivosti a potreby pravidelnej údržby sú často inštalované v ťažko prístupných oblastiach zariadenia.

V mnohých relé vyžaduje zapojenie vodičov regulačnej slučky polaritu, ktorú je potrebné zohľadniť pri inštalácii zariadenia

Hlavnými oblasťami použitia TTR sú:

• Termoregulačný systém s použitím vykurovacích telies;
• udržiavanie stabilnej teploty v technologických procesoch;
• riadenie prevádzky transformátora;
• nastavenie osvetlenia;
• obvody snímačov pohybu, osvetlenie, fotosenzory pre pouličné osvetlenie a podobne;
• elektrické ovládanie motorov;
• neprerušiteľné zdroje energie.

S nárastom automatizácie domácich spotrebičov sa polovodičové relé rozširujú a vývoj polovodičových technológií neustále otvára nové oblasti ich aplikácie.

V prípade potreby si môžete zostaviť polovodičové relé sami. Podrobné pokyny sú uvedené v tento článok.

Závery a užitočné video na túto tému

Prezentované videá pomôžu lepšie porozumieť fungovaniu polovodičových relé a zoznámia sa s metódami ich pripojenia.

Praktická ukážka činnosti jednoduchého polovodičového relé:

Analýza odrôd a charakteristík činnosti polovodičových relé:

Testovanie činnosti a stupňa zahrievania TTR:

Takmer každý môže pripojiť elektrický obvod z polovodičového relé a zo senzora.

Plánovanie pracovného obvodu si však vyžaduje základné znalosti v elektrotechnike, pretože nesprávne pripojenie môže viesť k úrazu elektrickým prúdom alebo skratu. Ale vďaka správnym postupom môžete v každodennom živote získať veľa užitočných zariadení.

Existuje niečo, čo by sa malo doplniť alebo máte otázky týkajúce sa pripojenia a používania polovodičových relé? Môžete zanechať komentáre k publikácii, zúčastniť sa diskusií a podeliť sa o svoje skúsenosti s používaním týchto zariadení. Kontaktný formulár je umiestnený v dolnom bloku.