Полупроводникови релета: видове, практическо приложение, схеми на свързване

Класическите стартери и контактори постепенно остават в миналото.Тяхното място в автомобилната електроника, домакинските уреди и индустриалната автоматизация е заето от полупроводникови релета - полупроводникови устройства, които нямат никакви движещи се части.

Устройствата имат различен дизайн и схеми на свързване, които определят обхвата им на приложение. Преди да използвате устройството, трябва да разберете принципа му на работа, да научите за характеристиките на работа и свързване на различни видове релета. Отговорите на горните въпроси са описани подробно в представената статия.

Релейно устройство в твърдо състояние

Съвременните полупроводникови релета (SSR) са модулни полупроводникови устройства, които действат като захранващи електрически превключватели.

Основните работни единици на тези устройства са представени от триаци, тиристори или транзистори. SSR нямат движещи се части, което ги прави различни от електромеханичните релета.

Размерът на SSR до голяма степен зависи от максималния капацитет на натоварване и способността за разсейване на топлина чрез топлопредаване и конвекция (+)

Вътрешните части на тези устройства могат да варират значително в зависимост от вида на регулирания товар и електрическата верига.

Най-простите полупроводникови релета включват следните компоненти:

• входен блок с предпазители;
• тригерна верига;
• оптична (галванична) изолация;
• превключващ блок;
• защитни вериги;
• заредете изходния възел.

Входният възел на SSR е първична верига с резистор, свързан последователно. В тази верига като опция е вграден предпазител. Задачата на входния възел е да получи управляващ сигнал и да предаде команда към превключвателите, превключващи товара.

При променлив ток се използва галванична изолация за разделяне на управляващите и главните вериги. Принципът на работа на релето до голяма степен зависи от неговия дизайн. Задействащата верига, отговорна за обработката на входния сигнал, може да бъде включена в блока за оптична изолация или разположена отделно.

Защитното устройство предотвратява претоварване и възникване на грешки, тъй като ако устройството се повреди, свързаното оборудване също може да се повреди.

Основната цел на полупроводниковите релета е да затварят/отварят електрическа мрежа с помощта на слаб контролен сигнал. За разлика от електромеханичните аналози, те имат по-компактна форма и не произвеждат характерни щраквания по време на работа.

Принцип на действие на TTP

Работата на твърдотелно реле е доста проста. Повечето SSR са проектирани да контролират автоматизацията в мрежи 20-480 V.

Оптичната изолация ви позволява да създавате управляващи сигнали с минимална мощност, което е критично за сензори, работещи от автономни източници на захранване (+)

В класическата версия тялото на устройството включва два контакта на комутираната верига и два контролни проводника. Техният брой може да се промени с увеличаване на броя на свързаните фази. В зависимост от наличието на напрежение в управляващата верига, основното натоварване се включва или изключва от полупроводникови елементи.

Характеристика на полупроводниковите релета е наличието на небезкрайно съпротивление.Ако контактите в електромеханичните устройства са напълно изключени, тогава в полупроводниковите устройства липсата на ток във веригата се осигурява от свойствата на полупроводниковите материали.

Следователно при повишени напрежения могат да се появят малки токове на утечка, което може да повлияе негативно на работата на свързаното оборудване.

Класификация на твърдотелни релета

Областите на приложение на релетата са разнообразни, поради което техните конструктивни характеристики могат да варират значително в зависимост от нуждите на конкретна автоматична верига. SSR се класифицират според броя на свързаните фази, вида на работния ток, конструктивните характеристики и вида на управляващата верига.

По брой свързани фази

Полупроводниковите релета се използват както в домакински уреди, така и в индустриална автоматизация с работно напрежение 380 V.

Следователно тези полупроводникови устройства, в зависимост от броя на фазите, се разделят на:

• монофазни;
• три фази.

Еднофазни SSR ви позволяват да работите с токове от 10-100 или 100-500 A. Те се управляват с помощта на аналогов сигнал.

Препоръчително е да свържете проводници с различни цветове към трифазното реле, така че да могат да бъдат правилно свързани при инсталиране на оборудването

Трифазни твърдотелни релета са способни да пропускат ток в диапазона 10-120 A. Устройството им предполага обратим принцип на работа, което осигурява надеждността на едновременното регулиране на няколко електрически вериги.

Често трифазните SSR се използват за осигуряване на работата на асинхронен двигател. Бързите предпазители трябва да бъдат включени в неговата електрическа управляваща верига поради високите пускови токове.

По вид работен ток

Релетата в твърдо състояние не могат да бъдат конфигурирани или препрограмирани, така че те могат да работят нормално само в определен диапазон от мрежови електрически параметри.

В зависимост от нуждите SSR могат да се управляват от електрически вериги с два вида ток:

• постоянен;
• променливи.

По подобен начин SSRs могат да бъдат класифицирани според вида на напрежението на активния товар. Повечето релета в домакинските уреди работят с променливи параметри.

Постоянният ток не се използва като основен източник на електроенергия в никоя страна по света, така че релетата от този тип имат тесен обхват на приложение

Устройствата с постоянен управляващ ток се характеризират с висока надеждност и използват за регулиране напрежение от 3-32 V. Те могат да издържат на широк температурен диапазон (-30..+70°C) без значителни промени в характеристиките.

AC регулираните релета имат управляващо напрежение 3-32 V или 70-280 V. Те се характеризират с ниски електромагнитни смущения и висока скорост на работа.

По дизайнерски характеристики

Релетата в твърдо състояние често се монтират в общия електрически панел на апартамента, така че много модели имат монтажен блок за монтаж на DIN шина.

Освен това има специални радиатори, разположени между TSR и опорната повърхност. Те ви позволяват да охлаждате устройството при високи натоварвания, запазвайки неговите характеристики на работа.

Релето се монтира на DIN шина основно чрез специална скоба, която има и допълнителна функция - отвежда излишната топлина по време на работа на устройството

Препоръчва се да се нанесе слой термопаста между релето и радиатора, което увеличава контактната площ и увеличава топлообмена. Има и TTP, предназначени за закрепване към стената с обикновени винтове.

По вид схема за управление

Принципът на работа на регулируемото реле на оборудването не винаги изисква неговото незабавно задействане.

Поради това производителите са разработили няколко схеми за управление на SSR, които се използват в различни области:

1. Контрол "през ​​нула". Този тип управление на полупроводникови релета включва работа само при стойност на напрежението 0. Използва се в устройства с капацитивни, резистивни (нагреватели) и слаби индуктивни (трансформатори) товари.
2. Моментално. Използва се, когато е необходимо релето да се задейства рязко при подаден управляващ сигнал.
3. Фаза. Това включва регулиране на изходното напрежение чрез промяна на параметрите на управляващия ток. Използва се за плавна промяна на степента на отопление или осветление.

Релетата в твърдо състояние също се различават по много други, по-малко значими параметри. Ето защо, когато купувате TSR, е важно да разберете схемата на работа на свързаното оборудване, за да закупите най-подходящото устройство за управление за него.

Трябва да се осигури резерв от мощност, тъй като релето има експлоатационен живот, който бързо се изразходва при чести претоварвания.

Предимства и недостатъци на TTP

Полупроводниковите релета не напразно заместват конвенционалните стартери и контактори от пазара. Тези полупроводникови устройства имат много предимства пред техните електромеханични колеги, което принуждава потребителите да ги избират.

Релетата за микросхеми са компактни по размер и силно ограничени по отношение на максималния ток. Те се закрепват главно чрез запояване на специални крака

Тези предимства включват:

1. Ниска консумация на енергия (90% по-малко).
2. Компактни размери, позволяващи инсталиране на устройства в ограничени пространства.
3. Висока скорост на стартиране и изключване
4. Намален шум при работа, без щракания, характерни за електромеханично реле.
5. Не се очаква поддръжка.
6. Дълъг експлоатационен живот благодарение на ресурс от стотици милиони операции.
7. Благодарение на широките възможности за модифициране на електронни компоненти, TSR имат разширени области на приложение.
8. Няма електромагнитни смущения по време на работа.
9. Повредите на контактите поради механичен удар са елиминирани.
10. Липса на пряк физически контакт между управляващите и превключващите вериги.
11. Възможност за регулиране на натоварването.
12. Наличието на автоматични вериги в импулсни SSR, които предпазват от претоварване.
13. Възможност за използване във взривоопасна среда.

Посочените предимства на полупроводниковите релета не винаги са достатъчни за нормална работа на оборудването. Ето защо те все още не са напълно заменили електромеханичните контактори.

За стабилна работа на мощни полупроводникови релета е важно ефективното разсейване на топлината, тъй като при повишени температури напрежението на натоварването е рязко изкривено (+)

TTP имат и недостатъци, които не позволяват използването им в много случаи.

Недостатъците включват:

1. Невъзможност за работа с повечето устройства с напрежение над 0,5 kV.
2. Висока цена.
3. Чувствителност към високи токове, особено във вериги за стартиране на двигатели.
4. Ограничения за употреба при условия на висока влажност.
5. Критичен спад в експлоатационните характеристики при температури под 30°C под нулата и над 70°C над 70°C.
6. Компактният корпус води до прекомерно нагряване на устройството при постоянно високи натоварвания, което изисква използването на специални пасивни или активни охлаждащи устройства.
7. Възможност за стопяване на устройството поради топлина по време на късо съединение.
8. Микротоковете в затворено състояние на релето могат да бъдат критични за работата на оборудването. Например флуоресцентни лампи, свързани към мрежата, могат да мигат периодично.

По този начин полупроводниковите релета имат определени приложения. Във веригите на промишлено оборудване с високо напрежение тяхното използване е рязко ограничено поради несъвършените физически свойства на полупроводниковите материали.

Въпреки това, в домакинските уреди и автомобилната индустрия TTP заемат силна позиция поради своите положителни свойства.

Възможни схеми на свързване

Схемите за свързване на полупроводникови релета могат да бъдат много разнообразни. Всяка електрическа верига се изгражда въз основа на характеристиките на свързания товар. Към веригата могат да се добавят допълнителни предпазители, контролери и регулиращи устройства.

Поради факта, че веригите за управление и натоварване в устройството не се припокриват, техните електрически характеристики могат да се различават по всякакви параметри (+)

По-долу ще бъдат представени най-простите и често срещани схеми за свързване на SSR:

• нормално отворен;
• със свързан контур;
• нормално затворен;
• три фази;
• обратими.

Нормално отворена (отворена) верига - реле, при което товарът се захранва при наличие на управляващ сигнал. Тоест свързаното оборудване се изключва, когато входове 3 и 4 са изключени.

Преди да закупите реле, трябва да определите необходимия тип на първоначалното му състояние (затворено или отворено), за да осигурите правилната работа на свързаното оборудване (+)

Нормално затворена верига — означава реле, при което товарът се захранва при липса на управляващ сигнал. Тоест свързаното оборудване е в работно състояние, когато входове 3 и 4 са изключени.

Има схема на свързване на твърдотелно реле, в което управляващото и товарното напрежение са еднакви. Този метод може да се използва едновременно за работа в DC и AC мрежи.

Трифазни релета са свързани според малко по-различни принципи. Контактите могат да бъдат свързани в конфигурации "Звезда", "Триъгълник" или "Звезда и неутрала".

Изборът на верига за свързване на трифазно реле до голяма степен зависи от работните характеристики на оборудването, свързано към него като товар

Реверсивни твърдотелни релета използвани в електродвигатели в подходящ режим. Произвеждат се в трифазен вариант и включват два контролни контура.

Ако е важно релето да поддържа полярността на свързване на контактите, тогава маркировката винаги ще показва къде да свържете фазата и нулата

Сглобяването на електрически вериги с SSR е необходимо само след предварителното им чертане на хартия, тъй като неправилно свързаните устройства могат да се повредят поради късо съединение.

Практическо приложение на устройства

Обхватът на използване на полупроводникови релета е доста обширен. Поради високата си надеждност и липсата на нужда от редовна поддръжка, те често се монтират на труднодостъпни места на оборудването.

В много релета свързването на проводниците на управляващата верига изисква полярност, която трябва да се вземе предвид при инсталирането на оборудването

Основните области на приложение на TTP са:

• система за терморегулация с помощта на нагревателни елементи;
• поддържане на стабилни температури в технологичните процеси;
• управление на трансформатори;
• регулиране на осветлението;
• вериги на сензори за движение, осветление, фото сензори за улично осветление и така нататък.;
• управление на електрически двигател;
• непрекъсваеми захранвания.

С нарастващата автоматизация на домакинските уреди, полупроводниковите релета стават все по-често срещани, а развиващите се полупроводникови технологии непрекъснато отварят нови области на тяхното приложение.

Ако желаете, можете сами да сглобите полупроводниковото реле. Подробни инструкции са предоставени в тази статия.

Изводи и полезно видео по темата

Представените видеоклипове ще ви помогнат да разберете по-добре работата на полупроводникови релета и да се запознаете с това как да ги свържете.

Практическа демонстрация на работата на просто твърдотелно реле:

Анализ на видовете и характеристиките на полупроводниковите релета:

Тестване на работата и степента на нагряване на SSR:

Почти всеки може да инсталира електрическа верига, състояща се от полупроводниково реле и сензор.

Планирането на работеща верига обаче изисква основни познания по електротехника, тъй като неправилните връзки могат да доведат до токов удар или късо съединение. Но в резултат на правилните действия можете да получите много полезни устройства в ежедневието.

Имате ли нещо да добавите или имате въпроси относно свързването и използването на полупроводникови релета? Можете да оставяте коментари за публикацията, да участвате в дискусии и да споделяте собствения си опит от използването на такива устройства. Формата за контакт се намира в долния блок.