Solid state relæ: typer, praktisk anvendelse, tilslutningsdiagrammer

Klassiske startere og kontaktorer er efterhånden fortid.Deres plads i bilelektronik, husholdningsapparater og industriel automation er besat af solid state-relæer - en halvlederenhed, der ikke har nogen bevægelige dele.

Enhederne har forskellige designs og tilslutningsdiagrammer, som bestemmer deres anvendelsesområde. Før du bruger enheden, skal du forstå dens funktionsprincip, lære om funktionerne i drift og tilslutning af forskellige typer relæer. Svarene på ovenstående spørgsmål er beskrevet detaljeret i den præsenterede artikel.

Solid state relæenhed

Moderne solid-state relæer (SSR'er) er modulære halvlederenheder, der fungerer som strømafbrydere.

De vigtigste driftsenheder for disse enheder er repræsenteret af triacs, tyristorer eller transistorer. SSR'er har ingen bevægelige dele, hvilket gør dem anderledes end elektromekaniske relæer.

Størrelsen af ​​en SSR afhænger i høj grad af den maksimale belastningskapacitet og evnen til at sprede varme ved varmeoverførsel og konvektion (+)

Det indre af disse enheder kan variere meget afhængigt af typen af ​​belastning, der reguleres, og det elektriske kredsløb.

De enkleste solid-state relæer inkluderer følgende komponenter:

• indgangsenhed med sikringer;
• trigger kredsløb;
• optisk (galvanisk) isolering;
• skifte enhed;
• beskyttende kredsløb;
• load exit node.

SSR input node er et primært kredsløb med en modstand forbundet i serie. En sikring er indbygget i dette kredsløb som ekstraudstyr. Indgangsknudepunktets opgave er at modtage et styresignal og sende en kommando til kontakterne, der skifter belastningen.

Med vekselstrøm bruges galvanisk isolering til at adskille styre- og hovedkredsløb. Princippet for drift af relæet afhænger i høj grad af dets design. Triggerkredsløbet, der er ansvarligt for at behandle inputsignalet, kan være inkluderet i den optiske isolationsenhed eller placeret separat.

Beskyttelsesenheden forhindrer overbelastning og fejl i at opstå, for hvis enheden går i stykker, kan det tilsluttede udstyr også svigte.

Hovedformålet med solid-state relæer er at lukke/åbne et elektrisk netværk ved hjælp af et svagt styresignal. I modsætning til elektromekaniske analoger har de en mere kompakt form og producerer ikke karakteristiske klik under drift.

Driftsprincip for TTP

Betjeningen af ​​et solid state-relæ er ret enkel. De fleste SSR'er er designet til at styre automatisering i 20-480 V netværk.

Optisk isolering giver dig mulighed for at skabe kontrolsignaler med minimal effekt, hvilket er afgørende for sensorer, der opererer fra autonome strømkilder (+)

I den klassiske version inkluderer enhedens krop to kontakter til det koblede kredsløb og to styreledninger. Deres antal kan ændre sig, efterhånden som antallet af tilsluttede faser stiger. Afhængigt af tilstedeværelsen af ​​spænding i styrekredsløbet tændes eller slukkes hovedbelastningen af ​​halvlederelementer.

Et træk ved solid-state relæer er tilstedeværelsen af ​​ikke-uendelig modstand.Hvis kontakterne i elektromekaniske enheder er fuldstændig afbrudt, er fraværet af strøm i kredsløbet i solid-state-enheder sikret af egenskaberne af halvledermaterialer.

Derfor kan der ved forhøjede spændinger forekomme små lækstrømme, hvilket kan påvirke driften af ​​tilsluttet udstyr negativt.

Klassificering af solid state relæer

Anvendelsesområderne for relæer er varierede, derfor kan deres designfunktioner variere meget afhængigt af behovene for et bestemt automatisk kredsløb. SSR'er er klassificeret efter antallet af tilsluttede faser, type driftsstrøm, designfunktioner og type styrekredsløb.

Efter antal tilsluttede faser

Solid-state relæer bruges både i husholdningsapparater og i industriel automation med en driftsspænding på 380 V.

Derfor er disse halvlederenheder, afhængigt af antallet af faser, opdelt i:

• enkelt fase;
• tre-faset.

Enkeltfasede SSR'er giver dig mulighed for at arbejde med strømme på 10-100 eller 100-500 A. De styres ved hjælp af et analogt signal.

Det anbefales at tilslutte ledninger i forskellige farver til trefaserelæet, så de kan tilsluttes korrekt ved installation af udstyret

Trefaset solid state relæer er i stand til at passere strøm i området 10-120 A. Deres enhed antager et reversibelt driftsprincip, som sikrer pålideligheden af ​​samtidig regulering af flere elektriske kredsløb.

Ofte bruges trefasede SSR'er til at sikre driften af ​​en asynkronmotor. Hurtige sikringer skal inkluderes i dets elektriske styrekredsløb på grund af høje startstrømme.

Efter type driftsstrøm

Solid state relæer kan ikke konfigureres eller omprogrammeres, så de kan kun fungere normalt inden for et bestemt område af netværks elektriske parametre.

Afhængigt af behovene kan SSR'er styres af elektriske kredsløb med to typer strøm:

• permanent;
• variabler.

På samme måde kan SSR'er klassificeres efter typen af ​​aktiv belastningsspænding. De fleste relæer i husholdningsapparater fungerer med variable parametre.

Jævnstrøm bruges ikke som hovedkilden til elektricitet i noget land i verden, så relæer af denne type har et snævert anvendelsesområde

Enheder med konstant styrestrøm er kendetegnet ved høj pålidelighed og bruger en spænding på 3-32 V til regulering.De kan modstå et bredt temperaturområde (-30..+70°C) uden væsentlige ændringer i karakteristika.

AC-regulerede relæer har en styrespænding på 3-32 V eller 70-280 V. De er kendetegnet ved lav elektromagnetisk interferens og høj driftshastighed.

Efter designfunktioner

Solid-state relæer er ofte installeret i det generelle elpanel i en lejlighed, så mange modeller har en monteringsblok til montering på en DIN-skinne.

Derudover er der specielle radiatorer placeret mellem TSR og støttefladen. De giver dig mulighed for at afkøle enheden under høje belastninger og bevarer dens ydeevneegenskaber.

Relæet er monteret på en DIN-skinne hovedsageligt gennem et specielt beslag, som også har en ekstra funktion - det fjerner overskydende varme under drift af enheden

Det anbefales at påføre et lag termisk pasta mellem relæet og radiatoren, hvilket øger kontaktarealet og øger varmeoverførslen. Der findes også TTP'er designet til fastgørelse til væggen med almindelige skruer.

Efter type kontrolordning

Driftsprincippet for et justerbart udstyrsrelæ kræver ikke altid dets øjeblikkelige drift.

Derfor har producenterne udviklet flere SSR-kontrolordninger, der bruges på forskellige områder:

1. Styr "gennem nul". Denne type solid-state relæstyring involverer kun drift ved en spændingsværdi på 0. Den bruges i enheder med kapacitive, resistive (varmere) og svage induktive (transformere) belastninger.
2. Øjeblikkelig. Anvendes, når det er nødvendigt at betjene relæet skarpt, når et styresignal påføres.
3. Fase. Det involverer regulering af udgangsspændingen ved at ændre parametrene for styrestrømmen. Bruges til jævnt at ændre graden af ​​opvarmning eller belysning.

Solid state relæer adskiller sig også i mange andre, mindre betydningsfulde, parametre. Derfor, når du køber en TSR, er det vigtigt at forstå driftsskemaet for det tilsluttede udstyr for at købe den mest passende kontrolenhed til det.

Der skal stilles en strømreserve til rådighed, fordi relæet har en driftslevetid, der hurtigt forbruges ved hyppige overbelastninger.

Fordele og ulemper ved TTP

Solid state relæer erstatter ikke forgæves konventionelle startere og kontaktorer fra markedet. Disse halvlederenheder har mange fordele i forhold til deres elektromekaniske modstykker, som tvinger forbrugerne til at vælge dem.

Relæer til mikrokredsløb er kompakte i størrelse og stærkt begrænsede med hensyn til maksimal strømflow. De fastgøres hovedsageligt ved lodning af specielle ben

Disse fordele omfatter:

1. Lavt strømforbrug (90 % mindre).
2. Kompakte dimensioner gør det muligt at installere enheder på begrænsede pladser.
3. Høj opstarts- og nedlukningshastighed
4. Reduceret driftsstøj, ingen klik, der er karakteristisk for et elektromekanisk relæ.
5. Der forventes ingen vedligeholdelse.
6. Lang levetid takket være en ressource på hundreder af millioner af operationer.
7. Takket være de brede muligheder for at modificere elektroniske komponenter har TSR'er udvidet anvendelsesområder.
8. Ingen elektromagnetisk interferens under drift.
9. Beskadigelse af kontakter på grund af mekanisk stød er elimineret.
10. Manglende direkte fysisk kontakt mellem styre- og koblingskredsløb.
11. Mulighed for belastningsregulering.
12. Tilstedeværelsen af ​​automatiske kredsløb i pulserede SSR'er, der beskytter mod overbelastning.
13. Mulighed for anvendelse i eksplosive miljøer.

De angivne fordele ved solid-state relæer er ikke altid nok til normal drift af udstyret. Derfor har de endnu ikke helt udskiftet elektromekaniske kontaktorer.

For stabil drift af kraftige solid-state relæer er effektiv varmeafledning vigtig, fordi belastningsspændingen ved høje temperaturer er kraftigt forvrænget (+)

TTP'er har også ulemper, der forhindrer dem i at blive brugt i mange tilfælde.

Ulemperne omfatter:

1. Manglende evne til at betjene de fleste enheder med spændinger over 0,5 kV.
2. Høj pris.
3. Følsomhed over for høje strømme, især i motorstartkredsløb.
4. Begrænsninger for brug under forhold med høj luftfugtighed.
5. Kritisk fald i ydeevnekarakteristika ved temperaturer under 30°C under nul og over 70°C over 70°C.
6. Det kompakte kabinet fører til overdreven opvarmning af enheden ved konsekvent høje belastninger, hvilket kræver brug af specielle passive eller aktive køleanordninger.
7. Mulighed for at smelte enheden på grund af varme under en kortslutning.
8. Mikrostrømme i relæets lukkede tilstand kan være kritiske for udstyrets drift. For eksempel kan lysstofrør tilsluttet netværket blinke periodisk.

Solid state relæer har således visse anvendelser. I kredsløb af industrielt højspændingsudstyr er deres brug stærkt begrænset på grund af de ufuldkomne fysiske egenskaber af halvledermaterialer.

Men i husholdningsapparater og bilindustrien indtager TTP'er en stærk position på grund af deres positive egenskaber.

Mulige tilslutningsdiagrammer

Tilslutningsdiagrammer for solid-state relæer kan være meget forskellige. Hvert elektrisk kredsløb er bygget ud fra egenskaberne for den tilsluttede belastning. Yderligere sikringer, controllere og reguleringsenheder kan tilføjes til kredsløbet.

På grund af det faktum, at kontrol- og belastningskredsløbene i enheden ikke overlapper, kan deres elektriske egenskaber afvige med alle parametre (+)

Følgende vil præsentere de mest enkle og almindelige SSR-forbindelsesdiagrammer:

• normalt åben;
• med tilhørende kontur;
• normalt lukket;
• tre-faset;
• reversibel.

Normalt åbent (åbent) kredsløb - et relæ, hvor belastningen aktiveres ved tilstedeværelse af et styresignal. Det vil sige, at det tilsluttede udstyr slukkes, når indgang 3 og 4 er afbrudt.

Før du køber et relæ, skal du bestemme den påkrævede type af dets starttilstand (lukket eller åben) for at sikre korrekt drift af det tilsluttede udstyr (+)

Normalt lukket kredsløb — betyder et relæ, hvori belastningen aktiveres, hvis der ikke er et styresignal. Det vil sige, at det tilsluttede udstyr er i funktionsdygtig stand, når indgange 3 og 4 er spændingsløse.

Der er et tilslutningsdiagram for et solid-state relæ, hvor styre- og belastningsspændingerne er de samme. Denne metode kan bruges samtidigt til at arbejde i DC- og AC-netværk.

Trefasede relæer er forbundet efter lidt forskellige principper. Kontakterne kan forbindes i "Star", "Trekant" eller "Star and Neutral" konfigurationer.

Valget af et trefaset relæforbindelseskredsløb afhænger i høj grad af driftsegenskaberne for det udstyr, der er tilsluttet det som en belastning

Reverserende solid state relæer bruges i elektriske motorer i den passende tilstand. De er fremstillet i en trefaset version og inkluderer to kontrolsløjfer.

Hvis det er vigtigt for relæet at opretholde polariteten ved tilslutning af kontakterne, vil markeringen altid angive, hvor fasen og neutralen skal tilsluttes

Det er kun nødvendigt at samle elektriske kredsløb med SSR efter foreløbig tegning af dem på papir, fordi forkert tilsluttede enheder kan svigte på grund af en kortslutning.

Praktisk anvendelse af enheder

Anvendelsesomfanget af solid-state relæer er ret omfattende. På grund af deres høje pålidelighed og manglende behov for regelmæssig vedligeholdelse, er de ofte installeret på svært tilgængelige steder på udstyret.

I mange relæer kræver tilslutning af styrekredsløbsledningerne polaritet, hvilket skal tages i betragtning ved installation af udstyr

De vigtigste anvendelsesområder for TTP er:

• termoreguleringssystem ved hjælp af varmeelementer;
• opretholdelse af stabile temperaturer i teknologiske processer;
• kontrol af transformatorer;
• justering af belysning;
• kredsløb af bevægelsessensorer, belysning, fotosensorer til gadebelysning og så videre.;
• elektrisk motorstyring;
• uafbrydelige strømforsyninger.

Med den stigende automatisering af husholdningsapparater bliver solid-state relæer mere og mere almindelige, og udvikling af halvlederteknologier åbner konstant op for nye områder af deres anvendelse.

Hvis det ønskes, kan du selv samle solid-state relæet. Detaljerede instruktioner findes i denne artikel.

Konklusioner og nyttig video om emnet

De præsenterede videoer hjælper dig med bedre at forstå driften af ​​solid-state relæer og blive fortrolig med, hvordan du forbinder dem.

Praktisk demonstration af driften af ​​et simpelt solid-state relæ:

Analyse af typer og egenskaber af solid state relæer:

Test af drift og opvarmningsgrad af SSR:

Næsten alle kan installere et elektrisk kredsløb bestående af et solid-state relæ og en sensor.

Planlægning af et arbejdskredsløb kræver dog grundlæggende viden om elektroteknik, fordi forkerte forbindelser kan resultere i elektrisk stød eller kortslutning. Men som et resultat af de rigtige handlinger kan du få en masse nyttige enheder i hverdagen.

Har du noget at tilføje, eller har du spørgsmål om tilslutning og brug af solid-state relæer? Du kan efterlade kommentarer til publikationen, deltage i diskussioner og dele dine egne erfaringer med at bruge sådanne enheder. Kontaktformularen er placeret i nederste blok.