Polprevodniški releji: vrste, praktična uporaba, povezovalni diagrami

Klasični zaganjalniki in kontaktorji postopoma postajajo preteklost.Svoje mesto v avtomobilski elektroniki, gospodinjskih aparatih in industrijski avtomatizaciji zasedajo polprevodniški releji – polprevodniške naprave, ki nimajo gibljivih delov.

Naprave imajo različne izvedbe in povezovalne diagrame, ki določajo njihovo področje uporabe. Pred uporabo naprave morate razumeti njeno načelo delovanja, spoznati značilnosti delovanja in povezave različnih vrst relejev. Odgovori na zgornja vprašanja so podrobno opisani v predstavljenem članku.

Polprevodniška relejna naprava

Sodobni polprevodniški releji (SSR) so modularne polprevodniške naprave, ki delujejo kot močnostna električna stikala.

Ključne delovne enote teh naprav predstavljajo triaki, tiristorji ali tranzistorji. SSR nimajo gibljivih delov, zaradi česar se razlikujejo od elektromehanskih relejev.

Velikost SSR je v veliki meri odvisna od največje nosilnosti in sposobnosti odvajanja toplote s prenosom toplote in konvekcijo (+)

Notranjost teh naprav se lahko zelo razlikuje glede na vrsto obremenitve, ki se regulira, in električni tokokrog.

Najenostavnejši polprevodniški releji vključujejo naslednje komponente:

• vhodna enota z varovalkami;
• sprožilno vezje;
• optična (galvanska) izolacija;
• stikalna enota;
• zaščitna vezja;
• naloži izhodno vozlišče.

Vhodno vozlišče SSR je primarno vezje z zaporedno povezanim uporom. Opcijsko je v to vezje vgrajena varovalka. Naloga vhodnega vozlišča je sprejemanje krmilnega signala in posredovanje ukaza stikalom, ki preklopijo obremenitev.

Pri izmeničnem toku se za ločitev krmilnega in glavnega tokokroga uporablja galvanska izolacija. Načelo delovanja releja je v veliki meri odvisno od njegove zasnove. Sprožilno vezje, odgovorno za obdelavo vhodnega signala, je lahko vključeno v optično izolacijsko enoto ali nameščeno ločeno.

Zaščitna enota preprečuje preobremenitve in napake, saj lahko v primeru okvare naprave odpove tudi povezana oprema.

Glavni namen polprevodniških relejev je zapreti/odpreti električno omrežje s pomočjo šibkega krmilnega signala. Za razliko od elektromehanskih analogov imajo bolj kompaktno obliko in med delovanjem ne proizvajajo značilnih klikov.

Načelo delovanja TTP

Delovanje polprevodniškega releja je precej preprosto. Večina SSR je zasnovanih za krmiljenje avtomatizacije v omrežjih 20-480 V.

Optična izolacija vam omogoča ustvarjanje kontrolnih signalov minimalne moči, kar je ključnega pomena za senzorje, ki delujejo iz avtonomnih virov napajanja (+)

V klasični različici telo naprave vključuje dva kontakta preklopnega vezja in dve krmilni žici. Njihovo število se lahko spremeni, ko se poveča število priključenih faz. Glede na prisotnost napetosti v krmilnem vezju se glavno breme vklopi ali izklopi s polprevodniškimi elementi.

Značilnost polprevodniških relejev je prisotnost neskončnega upora.Če so kontakti v elektromehanskih napravah popolnoma odklopljeni, potem v polprevodniških napravah odsotnost toka v vezju zagotavljajo lastnosti polprevodniških materialov.

Zato se lahko pri povišanih napetostih pojavijo majhni uhajajoči tokovi, kar lahko negativno vpliva na delovanje priključene opreme.

Razvrstitev polprevodniških relejev

Področja uporabe relejev so raznolika, zato se lahko njihove konstrukcijske značilnosti zelo razlikujejo, odvisno od potreb posameznega avtomatskega vezja. SSR so razvrščeni glede na število priključenih faz, vrsto obratovalnega toka, oblikovne značilnosti in vrsto krmilnega vezja.

Po številu priključenih faz

Polprevodniški releji se uporabljajo tako v gospodinjskih aparatih kot v industrijski avtomatizaciji z delovno napetostjo 380 V.

Zato so te polprevodniške naprave glede na število faz razdeljene na:

• enofazni;
• trifazni.

Enofazni SSR vam omogočajo delo s tokovi 10-100 ali 100-500 A. Upravljajo se z analognim signalom.

Priporočljivo je, da na trifazni rele priključite žice različnih barv, da jih je mogoče pravilno priključiti pri namestitvi opreme

Trifazni polprevodniški releji so sposobni prenesti tok v območju 10-120 A. Njihova naprava prevzame reverzibilni princip delovanja, ki zagotavlja zanesljivost hkratne regulacije več električnih tokokrogov.

Za zagotovitev delovanja asinhronega motorja se pogosto uporabljajo trifazni SSR. V njegovo električno krmilno vezje je treba vključiti hitre varovalke zaradi visokih vhodnih tokov.

Po vrsti delovnega toka

Polprevodniških relejev ni mogoče konfigurirati ali reprogramirati, zato lahko normalno delujejo le znotraj določenega obsega omrežnih električnih parametrov.

Odvisno od potreb lahko SSR krmilijo električna vezja z dvema vrstama toka:

• trajno;
• spremenljivke.

Podobno lahko SSR-je razvrstimo glede na vrsto napetosti aktivne obremenitve. Večina relejev v gospodinjskih aparatih deluje s spremenljivimi parametri.

Enosmerni tok se v nobeni državi na svetu ne uporablja kot glavni vir električne energije, zato imajo tovrstni releji ozko področje uporabe.

Za naprave s konstantnim krmilnim tokom je značilna visoka zanesljivost in za regulacijo uporabljajo napetost 3-32 V. Lahko prenesejo široko temperaturno območje (-30..+70°C) brez bistvenih sprememb v karakteristikah.

AC regulirani releji imajo krmilno napetost 3-32 V ali 70-280 V. Odlikujejo jih nizke elektromagnetne motnje in visoka hitrost delovanja.

Po oblikovnih značilnostih

Polprevodniški releji so pogosto nameščeni v splošni električni plošči stanovanja, zato ima veliko modelov montažni blok za pritrditev na DIN tirnico.

Poleg tega so med TSR in nosilno površino nameščeni posebni radiatorji. Omogočajo hlajenje naprave pod visokimi obremenitvami in ohranjajo njene značilnosti delovanja.

Rele je nameščen na DIN letev predvsem s pomočjo posebnega nosilca, ki ima tudi dodatno funkcijo - odvaja odvečno toploto med delovanjem naprave

Med relejem in radiatorjem je priporočljivo nanesti plast termalne paste, ki poveča kontaktno površino in poveča prenos toplote. Obstajajo tudi TTP, namenjeni za pritrditev na steno z navadnimi vijaki.

Po vrsti nadzorne sheme

Načelo delovanja nastavljivega releja opreme ne zahteva vedno njegovega trenutnega delovanja.

Zato so proizvajalci razvili več krmilnih shem SSR, ki se uporabljajo na različnih področjih:

1. Nadzor "skozi nič". Ta vrsta krmiljenja polprevodniškega releja vključuje delovanje le pri vrednosti napetosti 0. Uporablja se v napravah s kapacitivnimi, uporovnimi (grelci) in šibkimi induktivnimi (transformatorji) obremenitvami.
2. Instant. Uporablja se, ko je treba ob uporabi krmilnega signala ostro aktivirati rele.
3. Faza. Vključuje regulacijo izhodne napetosti s spreminjanjem parametrov krmilnega toka. Uporablja se za gladko spreminjanje stopnje ogrevanja ali osvetlitve.

Polprevodniški releji se razlikujejo tudi po številnih drugih, manj pomembnih parametrih. Zato je pri nakupu TSR pomembno razumeti shemo delovanja priključene opreme, da bi zanjo kupili najprimernejšo krmilno napravo.

Zagotoviti je treba rezervo moči, saj ima rele življenjsko dobo, ki se ob pogostih preobremenitvah hitro porabi.

Prednosti in slabosti TTP

Polprevodniški releji ne zaman nadomeščajo običajnih zaganjalnikov in kontaktorjev s trga. Te polprevodniške naprave imajo veliko prednosti pred svojimi elektromehanskimi dvojniki, zaradi česar se potrošniki odločijo zanje.

Releji za mikrovezja so kompaktni po velikosti in zelo omejeni glede največjega pretoka toka. Pritrjeni so predvsem s spajkanjem posebnih nog

Te prednosti vključujejo:

1. Nizka poraba energije (90% manj).
2. Kompaktne dimenzije omogočajo namestitev naprav v omejenih prostorih.
3. Visoka hitrost zagona in zaustavitve
4. Zmanjšan hrup delovanja, brez klikov, značilnih za elektromehanske releje.
5. Vzdrževanje ni predvideno.
6. Dolga življenjska doba zahvaljujoč viru več sto milijonov operacij.
7. Zahvaljujoč širokim možnostim spreminjanja elektronskih komponent imajo TSR razširjena področja uporabe.
8. Med delovanjem ni elektromagnetnih motenj.
9. Odpravljene so poškodbe kontaktov zaradi mehanskih udarcev.
10. Pomanjkanje neposrednega fizičnega stika med krmilnimi in stikalnimi vezji.
11. Možnost regulacije obremenitve.
12. Prisotnost avtomatskih vezij v impulznih SSR, ki ščitijo pred preobremenitvami.
13. Možnost uporabe v eksplozivnih okoljih.

Navedene prednosti polprevodniških relejev niso vedno dovolj za normalno delovanje opreme. Zato še niso povsem zamenjali elektromehanskih kontaktorjev.

Za stabilno delovanje močnih polprevodniških relejev je pomembno učinkovito odvajanje toplote, saj je pri povišanih temperaturah obremenitvena napetost močno popačena (+)

TTP imajo tudi slabosti, ki preprečujejo njihovo uporabo v mnogih primerih.

Slabosti vključujejo:

1. Nezmožnost delovanja večine naprav z napetostjo nad 0,5 kV.
2. Visoka cena.
3. Občutljivost na visoke tokove, zlasti v tokokrogih za zagon motorja.
4. Omejitve uporabe v pogojih visoke vlažnosti.
5. Kritično zmanjšanje značilnosti delovanja pri temperaturah pod 30 °C pod ničlo in nad 70 °C nad 70 °C.
6. Kompaktno ohišje vodi do prekomernega segrevanja naprave pri stalno visokih obremenitvah, kar zahteva uporabo posebnih pasivnih ali aktivnih hladilnih naprav.
7. Možnost taljenja naprave zaradi toplote med kratkim stikom.
8. Mikrotokovi v zaprtem stanju releja so lahko kritični za delovanje opreme. Na primer, fluorescenčne sijalke, priključene na omrežje, lahko občasno utripajo.

Tako imajo polprevodniški releji določene aplikacije. V tokokrogih visokonapetostne industrijske opreme je njihova uporaba močno omejena zaradi nepopolnih fizikalnih lastnosti polprevodniških materialov.

V gospodinjskih aparatih in avtomobilski industriji pa imajo TTP močan položaj zaradi svojih pozitivnih lastnosti.

Možni diagrami povezav

Priključni diagrami za polprevodniške releje so lahko zelo raznoliki. Vsako električno vezje je zgrajeno na podlagi značilnosti priključenega bremena. Tokokrogu je mogoče dodati dodatne varovalke, krmilnike in regulacijske naprave.

Zaradi dejstva, da se krmilna in obremenitvena vezja v napravi ne prekrivajo, se lahko njihove električne značilnosti razlikujejo po katerem koli parametru (+)

V nadaljevanju bodo predstavljeni najbolj preprosti in pogosti povezovalni diagrami SSR:

• normalno odprt;
• s pripadajočo konturo;
• normalno zaprt;
• trifazni;
• reverzibilen.

Normalno odprto (odprto) vezje - rele, v katerem se obremenitev napaja ob prisotnosti krmilnega signala. To pomeni, da je povezana oprema izklopljena, ko sta vhoda 3 in 4 brez napajanja.

Pred nakupom releja morate določiti zahtevano vrsto njegovega začetnega stanja (zaprto ali odprto), da zagotovite pravilno delovanje priključene opreme (+)

Normalno zaprt tokokrog — pomeni rele, v katerem je breme pod napetostjo brez krmilnega signala. To pomeni, da je priključena oprema v delovnem stanju, ko sta vhoda 3 in 4 izklopljena.

Obstaja povezovalni diagram za polprevodniški rele, v katerem sta krmilna in obremenitvena napetost enaka. Ta metoda se lahko uporablja hkrati za delo v omrežjih DC in AC.

Trifazni releji so povezani po nekoliko drugačnih principih. Kontakte je mogoče povezati v konfiguracijah "zvezda", "trikotnik" ali "zvezda in nevtral".

Izbira trifaznega relejnega priključnega vezja je v veliki meri odvisna od obratovalnih značilnosti opreme, ki je nanj priključena kot obremenitev

Reverzni polprevodniški releji uporablja v elektromotorjih v ustreznem načinu. Izdelani so v trifazni izvedbi in vključujejo dve regulacijski zanki.

Če je pomembno, da rele ohrani polarnost povezovanja kontaktov, bo oznaka vedno pokazala, kje priključiti fazo in nevtralno

Električna vezja s SSR je treba sestaviti šele po predhodnem risanju na papirju, saj lahko nepravilno priključene naprave zaradi kratkega stika odpovejo.

Praktična uporaba naprav

Obseg uporabe polprevodniških relejev je precej obsežen. Zaradi visoke zanesljivosti in odsotnosti rednega vzdrževanja so pogosto nameščeni na težko dostopnih mestih na opremi.

V mnogih relejih je za povezovanje žic krmilnega vezja potrebna polarnost, ki jo je treba upoštevati med namestitvijo opreme

Glavna področja uporabe TTP so:

• sistem termoregulacije z uporabo grelnih elementov;
• vzdrževanje stabilnih temperatur v tehnoloških procesih;
• krmiljenje transformatorjev;
• prilagoditev osvetlitve;
• vezja senzorjev gibanja, razsvetljava, foto senzorji za ulično razsvetljavo in tako naprej.;
• krmiljenje elektromotorja;
• neprekinjeni napajalniki.

Z vse večjo avtomatizacijo gospodinjskih aparatov postajajo polprevodniški releji vse pogostejši, razvijajoče se polprevodniške tehnologije pa nenehno odpirajo nova področja njihove uporabe.

Po želji lahko polprevodniški rele sestavite sami. Podrobna navodila so v Ta članek.

Zaključki in uporaben video na to temo

Predstavljeni video posnetki vam bodo pomagali bolje razumeti delovanje polprevodniških relejev in se seznaniti z njihovo povezavo.

Praktični prikaz delovanja preprostega polprevodniškega releja:

Analiza vrst in značilnosti polprevodniških relejev:

Testiranje delovanja in stopnje segrevanja SSR:

Skoraj vsakdo lahko namesti električno vezje, sestavljeno iz polprevodniškega releja in senzorja.

Vendar načrtovanje delujočega tokokroga zahteva osnovno znanje elektrotehnike, ker lahko napačne povezave povzročijo električni udar ali kratek stik. Toda kot rezultat pravilnih dejanj lahko dobite veliko uporabnih naprav v vsakdanjem življenju.

Ali želite kaj dodati ali imate vprašanja o povezovanju in uporabi polprevodniških relejev? O publikaciji lahko pustite komentarje, sodelujete v razpravah in delite svoje izkušnje z uporabo takšnih naprav. Kontaktni obrazec se nahaja v spodnjem bloku.