Relä i solid state: typer, praktiska applikationer, kopplingsscheman

Klassiska förrätter och kontaktorer blir gradvis en saga historia. Deras plats inom fordonselektronik, hushållsapparater och industriell automatisering upptas av ett solid-state relä - en halvledaranordning där det inte finns några rörliga delar.

Enheterna har olika konstruktioner och kopplingsscheman, som deras tillämpningsområden beror på. Innan du använder enheten måste du förstå dess funktionsprincip, lära dig om funktionerna i driften och anslutningen av olika typer av reläer. Svaren på dessa frågor beskrivs i artikeln.

Solid State Relay Device

Moderna halvledarreläer (TTR) är modulära halvledaranordningar som är elektriska strömbrytare.

De viktigaste arbetsnoderna för dessa enheter representeras av triacer, tyristorer eller transistorer. TTR: er har inte rörliga delar, som skiljer sig från elektromekaniska reläer.

Storleken på halvledareläet beror till stor del på den maximala tillåtna belastningen och förmågan att avlägsna värme genom värmeöverföring och konvektion (+)

Den inre strukturen hos dessa enheter kan variera mycket beroende på typen av justerbar last och den elektriska kretsen.

De enklaste solid-state-reläerna inkluderar följande noder:

• ingångsnod med säkringar;
• triggkedja;
• optisk (galvanisk) isolering;
• omkopplingsnod;
• skyddskretsar;
• nodutgång till belastningen.

Ingångsnoden TTR är en primär krets med ett seriekopplat motstånd. En säkring i denna krets är valfri. Uppgiften för ingångsnoden är att acceptera styrsignalen och överföra kommandot till lastomkopplaren.

Med växelström används galvanisk isolering för att separera styrningen och huvudkretsen. Principen för reläoperationen beror till stor del på dess enhet.Triggerkretsen som är ansvarig för behandling av insignalen kan inkluderas i den optiska isoleringsenheten eller placeras separat.

Skyddsenheten förhindrar överbelastning och fel, eftersom vid anslutning av enheten kan den anslutna utrustningen också misslyckas.

Det huvudsakliga syftet med halvledarreläer är att stänga / öppna det elektriska nätet med en svag styrsignal. Till skillnad från elektromekaniska analoger har de en mer kompakt form och ger inte karakteristiska klick under drift.

Principen för drift av TTR

Funktionen av ett fast tillståndsrelä är ganska enkelt. De flesta TTR: er är utformade för att styra automatisering i nätverk på 20-480 V.

Optisk isolering gör att du kan skapa styrsignaler med minimal effekt, vilket är avgörande för sensorer som arbetar från autonoma kraftkällor (+)

I den klassiska versionen ingår två kontakter i en kopplad krets och två styrtrådar i enhetens hölje. Deras antal kan ändras med en ökning av antalet anslutna faser. Beroende på närvaro av spänning i styrkretsen kopplas eller inaktiveras huvudbelastningen av halvledarelement.

Ett kännetecken för reläer med fast tillstånd är närvaron av oändlig resistens. Om kontakterna i elektromekaniska enheter är helt frånkopplade, säkerställs frånvaron av ström i kretsen i fast tillstånd av egenskaperna hos halvledarmaterial.

Därför kan vid höga spänningar små läckströmmar uppstå som kan påverka driften av den anslutna utrustningen.

Solid State Relay Classification

Reläets omfattning är olika, därför kan deras designfunktioner variera mycket beroende på behoven hos en viss automatkrets. TTR: er klassificeras efter antalet anslutna faser, typ av driftsström, designfunktioner och typ av styrkrets.

Med antalet anslutna faser

Relä med fast tillstånd används både som en del av hushållsapparater och i industriell automatisering med en driftspänning på 380 V.

Därför är dessa halvledaranordningar, beroende på antalet faser, indelade i:

• enfas;
• trefas.

Enfas TTR låt arbeta med strömmar på 10-100 eller 100-500 A. Deras kontroll utförs med en analog signal.

Det rekommenderas att ansluta ledningar i olika färger till trefasreläet, så att du installerar utrustningen på rätt sätt

Tre fas fasreläer kan passera ström inom intervallet 10-120 A. Deras anordning innebär en reversibel driftsprincip, vilket säkerställer tillförlitligheten för reglering av flera elektriska kretsar samtidigt.

Ofta används trefas SSR för att tillhandahålla en induktionsmotor. I hans styrkrets ingår snabbt säkringar på grund av höga strömmar.

Efter typ av driftsström

Relä till fast tillstånd kan inte konfigureras eller omprogrammeras, så de kan bara fungera ordentligt med ett visst antal elektriska nätparametrar.

Beroende på behov kan TTR styras av elektriska kretsar med två typer av ström:

• DC;
• variabler.

På liknande sätt är det möjligt att klassificera TTR efter typen av aktiv lastspänning. De flesta reläer i hushållsapparater fungerar med variabla parametrar.

Likström används inte som huvudsaklig elkälla i något land i världen, så reläer av denna typ har ett smalt räckvidd

Enheter med konstant styrström kännetecknas av hög tillförlitlighet och använder en spänning på 3-32 V. De reglerar ett brett temperaturområde (-30 .. + 70 ° C) utan betydande förändringar i egenskaperna.

Reläer som styrs av växelström har en styrspänning på 3-32 V eller 70-280 V.De kännetecknas av låg elektromagnetisk störning och hög responshastighet.

Genom designfunktioner

Relä med fast tillstånd installeras ofta i den gemensamma elektriska panelen i en lägenhet, så många modeller har ett monteringsblock för montering på en DIN-skena.

Dessutom finns det specialradiatorer belägna mellan TTR och stödytan. De låter dig kyla enheten vid höga belastningar, medan du bibehåller dess prestanda.

Reläet är monterat på en DIN-skena huvudsakligen genom en speciell konsol, som har en extra funktion - det tar bort överskottsvärme under drift

Mellan reläet och kylaren rekommenderas att applicera ett lager termisk pasta, vilket ökar kontaktområdet och ökar värmeöverföringen. Det finns också TTR: er utformade för fästning på väggen med vanliga skruvar.

Efter typ av kontrollschema

Inte alltid kräver driften av en justerbar reläteknik omedelbar drift.

Därför har tillverkare utvecklat flera TTR-kontrollscheman som används inom olika områden:

1. Kontrollera "till noll". Detta alternativ för att styra ett fast tillstånd relä förutsätter drift endast när spänningsvärdet är 0. Det används i enheter med kapacitiva, resistiva (värmare) och svaga induktiva (transformatorer) belastningar.
2. Direkt. Det används när skarp relädrift är nödvändigt när en styrsignal anges.
3. fas. Den antar reglering av utspänningen genom att ändra parametrarna för styrströmmen. Det används för att smidigt ändra värme eller belysning.

Relä i fast tillstånd skiljer sig åt i många andra, mindre signifikanta parametrar. Därför, när man köper en TTR, är det viktigt att förstå driftsschemat för den anslutna utrustningen för att köpa den mest lämpliga justeringsanordningen.

En kraftreserv måste tillhandahållas, eftersom reläet har en driftsresurs som snabbt konsumeras med ofta överbelastning.

Fördelar och nackdelar med TTR

Relä i solid state är inte förgäves som tränger ut konventionella förrätter och kontaktorer från marknaden. Dessa halvledaranordningar har många fördelar jämfört med elektromekaniska motsvarigheter, vilket gör att konsumenterna väljer dem.

Reläet för mikrokretsar har kompakta dimensioner och är mycket begränsat av den maximala överförda strömmen. De fixeras främst genom lödning av specialben

Dessa fördelar inkluderar:

1. Låg energiförbrukning (90% mindre).
2. Kompakta dimensioner för monteringsenheter på ett begränsat utrymme.
3. Hög start- och avstängningshastighet
4. Minskat driftsbrus; det finns inga klick som är karakteristiska för ett elektromekaniskt relä.
5. Inget underhåll förväntas.
6. Lång livslängd tack vare en resurs på hundratals miljoner verksamheter.
7. På grund av de stora möjligheterna att modifiera elektroniska komponenter har TTR: er utvidgat användningsområden.
8. Brist på elektromagnetiska störningar vid drift.
9. Korruption av kontakter på grund av deras mekaniska stötar är uteslutna.
10. Brist på direkt fysisk kontakt mellan styr- och omkopplingskretsar.
11. Förmåga att reglera lasten.
12. Närvaron i den pulserade TTR för automatiska kretsar som skyddar mot överbelastning.
13. Möjlighet att användas i explosiva atmosfärer.

De angivna fördelarna med solid-state reläer är inte alltid tillräckliga för normal drift av utrustningen. Därför har de ännu inte helt ersatt elektromekaniska kontaktorer.

För stabil drift av kraftfulla solid-state-reläer är effektiv värmeavledning viktigt, eftersom belastningsspänningen vid förhöjda temperaturer är kraftigt förvrängd (+)

TTR har också nackdelar som inte tillåter att de används i många fall.

Minusen inkluderar:

1. Oförmågan hos de flesta enheter med spänningar över 0,5 kV.
2. Hög kostnad.
3. Känslighet för höga strömmar, särskilt i elektriska motorers startkretsar.
4. Begränsningar för användning vid förhållanden med hög luftfuktighet.
5. En kritisk minskning i prestanda vid temperaturer under 30 ° C frost och över 70 ° C värme.
6. Det kompakta höljet leder till överdriven uppvärmning av anordningen vid stabilt hög belastning, vilket kräver användning av speciella passiva eller aktiva kylanordningar.
7. Möjligheten att smälta enheten från uppvärmning under en kortslutning.
8. Mikroströmmar i reläets stängda tillstånd kan vara avgörande för driften av utrustningen. Till exempel kan lysrör som är anslutna till nätverket blinka periodiskt.

Således har reläer med fast tillstånd specifika tillämpningar. I kedjorna för högspänningsindustriell utrustning är deras användning starkt begränsad på grund av de ofullkomliga fysiska egenskaperna hos halvledarmaterial.

I hushållsapparater och fordonsindustrin har TTR dock en stark position på grund av deras positiva egenskaper.

Möjliga kopplingsscheman

Reläanslutningssystem för fast tillstånd kan vara mycket olika. Varje elektrisk krets är byggd utifrån den anslutna lastens egenskaper. Ytterligare säkringar, styrenheter och styrenheter kan läggas till kretsen.

På grund av det faktum att styrkretsarna och belastningarna i enheten inte överlappar varandra, kan deras elektriska egenskaper variera beroende på parametrar (+)

Därefter presenteras de mest enkla och vanliga TTR-anslutningsplanen:

• normalt öppen;
• med ansluten krets;
• normalt stängd;
• tre-fas;
• reversibel.

Normalt öppen (öppen) krets - ett relä vars belastning aktiveras i närvaro av en styrsignal. Det vill säga att den anslutna utrustningen stängs av när ingångarna 3 och 4 strömförsörjs.

Innan du köper ett relä är det nödvändigt att bestämma vilken typ av initialt tillstånd som krävs (stängt eller öppet) för att säkerställa att den anslutna utrustningen fungerar korrekt (+)

Normalt stängd krets - ett relä menas, den belastning som aktiveras i frånvaro av en styrsignal. Det vill säga att den anslutna utrustningen är i funktionsskick med strömförande ingångar 3 och 4.

Det finns ett reläanslutningsschema för fast tillstånd där styrningen och lastspänningen är desamma. Denna metod kan användas samtidigt för arbete i likström och nätverk.

Tre fas reläer förenade med lite olika principer. Kontakter kan anslutas i alternativen "Star", "Triangle" eller "Star with neutral."

Valet av ett trefas reläanslutningsschema beror till stor del på funktionerna i driften av utrustningen ansluten till den som en last

Reläer med fast tillstånd appliceras i elmotorer i motsvarande läge. De tillverkas i en trefasversion och innehåller två styrslingor.

Om det är viktigt för reläet att observera polariteten för anslutningen av kontakterna, kommer markeringen alltid att indikera var man ska ansluta fas och noll

Det är bara nödvändigt att montera elektriska kretsar med TTR efter att de har ritats på papper, eftersom felaktigt anslutna enheter kan misslyckas på grund av en kortslutning.

Praktisk användning av enheter

Användningsområdet för reläer med fast tillstånd är ganska omfattande. På grund av deras höga tillförlitlighet och bristande behov av regelbundet underhåll installeras de ofta i svåråtkomliga utrustningsområden.

I många reläer kräver polaritet att ansluta kablarna till styrslingan, vilket måste beaktas vid installation av utrustning

De viktigaste användningsområdena för TTR är:

• Termoreguleringssystem med användning av värmeelement;
• bibehålla en stabil temperatur i tekniska processer;
• transformatorns styrning;
• belysning justering;
• rörelsessensor kretsar, belysning, fotosensorer för gatubelysning och liknande;
• elektrisk motorstyrning;
• avbrottsfri strömförsörjning.

Med ökningen av automatiseringen av hushållsapparater blir reläer med fast tillstånd mer utbredda och utvecklingen av halvledarteknologier öppnar ständigt nya områden för deras tillämpning.

Om så önskas kan du själv montera ett solid-state relä. Detaljerade instruktioner finns i den här artikeln.

Slutsatser och användbar video om ämnet

De presenterade videoklippen hjälper dig att bättre förstå hur reläet fungerar i solid state och bekanta dig med metoderna för deras anslutning.

En praktisk demonstration av driften av ett enkelt solid-state relä:

Analys av sorter och funktioner för drift av solid-state reläer:

Testa drift och grad av uppvärmning av TTR:

Nästan alla kan montera en elektrisk krets från ett fast tillstånd relä och en sensor.

Planering av en arbetskrets kräver dock grundläggande kunskaper inom elektroteknik, eftersom felaktig anslutning kan leda till elektrisk chock eller kortslutning. Men som ett resultat av korrekta åtgärder kan du få många användbara apparater i vardagen.

Finns det något att komplettera eller har frågor om anslutning och användning av solid state-reläer? Du kan lämna kommentarer på publikationen, delta i diskussioner och dela din egen erfarenhet med sådana enheter. Kontaktformuläret finns i det nedre blocket.