Polovodičová relé: typy, praktické použití, schémata zapojení

Klasické startéry a stykače se postupně stávají minulostí.Jejich místo v automobilové elektronice, domácích spotřebičích a průmyslové automatizaci zaujímají polovodičová relé - polovodičové zařízení, které nemá žádné pohyblivé části.

Zařízení mají různá provedení a schémata zapojení, která určují rozsah jejich použití. Před použitím zařízení musíte pochopit jeho princip fungování, dozvědět se o funkcích provozu a připojení různých typů relé. Odpovědi na výše uvedené otázky jsou podrobně popsány v předloženém článku.

Polovodičové reléové zařízení

Moderní polovodičová relé (SSR) jsou modulární polovodičová zařízení, která fungují jako výkonové elektrické spínače.

Klíčové provozní jednotky těchto zařízení představují triaky, tyristory nebo tranzistory. SSR nemají žádné pohyblivé části, což je odlišuje od elektromechanických relé.

Velikost SSR do značné míry závisí na maximální nosnosti a schopnosti odvádět teplo přenosem tepla a konvekcí (+)

Vnitřní vybavení těchto zařízení se může značně lišit v závislosti na typu regulované zátěže a na elektrickém obvodu.

Nejjednodušší polovodičová relé zahrnují následující součásti:

• vstupní jednotka s pojistkami;
• spouštěcí obvod;
• optická (galvanická) izolace;
• spínací jednotka;
• ochranné obvody;
• načíst výstupní uzel.

Vstupní uzel SSR je primární obvod s rezistorem zapojeným do série. Do tohoto obvodu je volitelně zabudována pojistka. Úkolem vstupního uzlu je přijímat řídicí signál a předat příkaz spínačům spínajícím zátěž.

U střídavého proudu se používá galvanické oddělení k oddělení řídicího a hlavního obvodu. Princip činnosti relé do značné míry závisí na jeho konstrukci. Spouštěcí obvod zodpovědný za zpracování vstupního signálu může být součástí optické izolační jednotky nebo umístěn samostatně.

Ochranná jednotka zabraňuje přetížení a vzniku chyb, protože při poruše zařízení může také selhat připojené zařízení.

Hlavním účelem polovodičových relé je uzavřít/otevřít elektrickou síť pomocí slabého řídicího signálu. Na rozdíl od elektromechanických analogů mají kompaktnější tvar a během provozu nevytvářejí charakteristické cvakání.

Princip fungování TTP

Obsluha polovodičového relé je poměrně jednoduchá. Většina SSR je navržena pro řízení automatizace v sítích 20-480 V.

Optická izolace umožňuje vytvářet řídicí signály s minimálním výkonem, což je kritické pro senzory pracující z autonomních zdrojů napájení (+)

V klasickém provedení obsahuje tělo přístroje dva kontakty spínaného obvodu a dva ovládací vodiče. Jejich počet se může měnit s rostoucím počtem připojených fází. V závislosti na přítomnosti napětí v řídicím obvodu se hlavní zátěž zapíná nebo vypíná polovodičovými prvky.

Charakteristickým rysem polovodičových relé je přítomnost nekonečného odporu.Pokud jsou kontakty v elektromechanických zařízeních zcela odpojeny, pak v polovodičových zařízeních je nepřítomnost proudu v obvodu zajištěna vlastnostmi polovodičových materiálů.

Proto se při zvýšeném napětí mohou objevit malé svodové proudy, které mohou negativně ovlivnit provoz připojeného zařízení.

Klasifikace polovodičových relé

Oblasti použití relé jsou různé, proto se jejich konstrukční vlastnosti mohou značně lišit v závislosti na potřebách konkrétního automatického obvodu. SSR jsou klasifikovány podle počtu připojených fází, typu provozního proudu, konstrukčních vlastností a typu řídicího obvodu.

Podle počtu připojených fází

Polovodičová relé se používají jak v domácích spotřebičích, tak v průmyslové automatizaci s provozním napětím 380 V.

Proto se tato polovodičová zařízení v závislosti na počtu fází dělí na:

• jednofázový;
• třífázový.

Jednofázové SSR umožňují pracovat s proudy 10-100 nebo 100-500 A. Jsou řízeny pomocí analogového signálu.

K třífázovému relé se doporučuje připojit vodiče různých barev, aby je bylo možné správně připojit při instalaci zařízení

Třífázové polovodičové relé jsou schopny procházet proud v rozsahu 10-120 A. Jejich zařízení předpokládá reverzibilní princip činnosti, který zajišťuje spolehlivost současné regulace více elektrických obvodů.

K zajištění chodu asynchronního motoru se často používají třífázové SSR. Rychlé pojistky musí být součástí jeho elektrického řídicího obvodu kvůli vysokým zapínacím proudům.

Podle typu provozního proudu

Polovodičová relé nelze konfigurovat ani přeprogramovat, takže mohou normálně fungovat pouze v určitém rozsahu elektrických parametrů sítě.

V závislosti na potřebách mohou být SSR ovládány elektrickými obvody se dvěma typy proudu:

• trvalý;
• proměnné.

Podobně lze SSR klasifikovat podle typu napětí aktivní zátěže. Většina relé v domácích spotřebičích pracuje s proměnnými parametry.

Stejnosměrný proud se nepoužívá jako hlavní zdroj elektřiny v žádné zemi na světě, takže relé tohoto typu mají úzký rozsah použití

Zařízení s konstantním řídicím proudem se vyznačují vysokou spolehlivostí a k regulaci využívají napětí 3-32 V. Snesou široký teplotní rozsah (-30..+70°C) bez výrazných změn charakteristik.

Střídavě regulovaná relé mají ovládací napětí 3-32 V nebo 70-280 V. Vyznačují se nízkým elektromagnetickým rušením a vysokou provozní rychlostí.

Podle konstrukčních prvků

Polovodičová relé jsou často instalována v obecném elektrickém panelu bytu, takže mnoho modelů má montážní blok pro montáž na lištu DIN.

Kromě toho jsou mezi TSR a nosnou plochou umístěny speciální radiátory. Umožňují chladit zařízení při vysokém zatížení a zachovávají jeho výkonnostní charakteristiky.

Relé se montuje na DIN lištu převážně přes speciální držák, který má i doplňkovou funkci - odvádí přebytečné teplo při provozu zařízení

Mezi relé a radiátor se doporučuje nanést vrstvu teplovodivé pasty, která zvětší kontaktní plochu a zvýší přenos tepla. Existují také TTP určené pro upevnění na stěnu běžnými šrouby.

Podle typu schématu ovládání

Princip činnosti nastavitelného relé zařízení nevyžaduje vždy jeho okamžitý provoz.

Proto výrobci vyvinuli několik řídicích schémat SSR, které se používají v různých oblastech:

1. Ovládání "přes nulu". Tento typ řízení polovodičového relé zahrnuje provoz pouze při hodnotě napětí 0. Používá se v zařízeních s kapacitní, odporovou (topidla) a slabou indukční (transformátor) zátěží.
2. Okamžitý. Používá se v případě, že je nutné ostře ovládat relé při použití řídicího signálu.
3. Fáze. Jedná se o regulaci výstupního napětí změnou parametrů řídicího proudu. Slouží k plynulé změně stupně ohřevu nebo osvětlení.

Polovodičová relé se liší i mnoha dalšími, méně významnými parametry. Při nákupu TSR je proto důležité porozumět schématu provozu připojeného zařízení, abyste si pro něj mohli zakoupit nejvhodnější ovládací zařízení.

Musí být zajištěna výkonová rezerva, protože relé má provozní životnost, která se rychle spotřebovává při častém přetěžování.

Výhody a nevýhody TTP

Polovodičová relé ne nadarmo nahrazují běžné spouštěče a stykače z trhu. Tato polovodičová zařízení mají oproti svým elektromechanickým protějškům mnoho výhod, které nutí spotřebitele k jejich výběru.

Relé pro mikroobvody jsou kompaktní velikosti a velmi omezené z hlediska maximálního průtoku proudu. Připevňují se především připájením speciálních nohou

Mezi tyto výhody patří:

1. Nízká spotřeba energie (o 90 % nižší).
2. Kompaktní rozměry umožňují instalaci zařízení v omezených prostorech.
3. Vysoká rychlost spouštění a vypínání
4. Snížená provozní hlučnost, žádné cvakání charakteristické pro elektromechanické relé.
5. Nepředpokládá se žádná údržba.
6. Dlouhá životnost díky zdroji stovek milionů operací.
7. Díky širokým možnostem úprav elektronických součástek mají TSR rozšířené oblasti použití.
8. Žádné elektromagnetické rušení během provozu.
9. Poškození kontaktů v důsledku mechanického nárazu je vyloučeno.
10. Nedostatek přímého fyzického kontaktu mezi řídicími a spínacími obvody.
11. Možnost regulace zátěže.
12. Přítomnost automatických obvodů v pulzních SSR, které chrání před přetížením.
13. Možnost použití ve výbušném prostředí.

Uvedené výhody polovodičových relé nejsou vždy dostatečné pro normální provoz zařízení. Proto ještě zcela nenahradily elektromechanické stykače.

Pro stabilní provoz výkonných polovodičových relé je důležitý efektivní odvod tepla, protože při zvýšených teplotách je napětí zátěže prudce zkresleno (+)

TTP mají také nevýhody, které v mnoha případech brání jejich použití.

Mezi nevýhody patří:

1. Neschopnost provozovat většinu zařízení s napětím nad 0,5 kV.
2. Vysoká cena.
3. Citlivost na vysoké proudy, zejména v obvodech spouštění motoru.
4. Omezení použití v podmínkách vysoké vlhkosti.
5. Kritický pokles výkonových charakteristik při teplotách pod 30 °C pod nulou a nad 70 °C nad 70 °C.
6. Kompaktní pouzdro vede k nadměrnému zahřívání zařízení při trvale vysoké zátěži, což vyžaduje použití speciálních pasivních nebo aktivních chladicích zařízení.
7. Možnost roztavení zařízení vlivem tepla při zkratu.
8. Mikroproudy v sepnutém stavu ochrany mohou být kritické pro provoz zařízení. Například zářivky připojené k síti mohou pravidelně blikat.

Polovodičová relé tedy mají určité aplikace. V obvodech vysokonapěťových průmyslových zařízení je jejich použití výrazně omezeno kvůli nedokonalým fyzikálním vlastnostem polovodičových materiálů.

V domácích spotřebičích a automobilovém průmyslu však TTP zaujímají silnou pozici díky svým pozitivním vlastnostem.

Možná schémata zapojení

Schémata zapojení polovodičových relé mohou být velmi různorodá. Každý elektrický obvod je sestaven na základě charakteristik připojené zátěže. Do okruhu lze přidat další pojistky, ovladače a regulační zařízení.

Vzhledem k tomu, že se řídicí a zátěžové obvody v zařízení nepřekrývají, mohou se jejich elektrické charakteristiky lišit libovolnými parametry (+)

Níže uvádíme nejjednodušší a nejběžnější schémata připojení SSR:

• normálně otevřené;
• s přidruženým obrysem;
• normálně uzavřeno;
• třífázový;
• reverzibilní.

Normálně otevřený (otevřený) obvod - relé, ve kterém je zátěž pod napětím za přítomnosti řídicího signálu. To znamená, že připojené zařízení se vypne, když jsou vstupy 3 a 4 bez napětí.

Před zakoupením relé musíte určit požadovaný typ jeho výchozího stavu (sepnuto nebo otevřeno), aby byla zajištěna správná funkce připojeného zařízení (+)

Normálně uzavřený okruh — znamená relé, ve kterém je zátěž nabuzena při nepřítomnosti řídicího signálu. To znamená, že připojené zařízení je v provozním stavu, když jsou vstupy 3 a 4 bez napětí.

Existuje schéma zapojení pro polovodičové relé, ve kterém jsou řídicí a zátěžové napětí stejné. Tato metoda může být použita současně pro práci ve stejnosměrných a střídavých sítích.

Třífázová relé jsou zapojeny podle trochu jiných principů. Kontakty mohou být zapojeny v konfiguraci „Hvězda“, „Trojúhelník“ nebo „Hvězda a Neutrál“.

Výběr obvodu připojení třífázového relé do značné míry závisí na provozních vlastnostech zařízení, které je k němu připojeno jako zátěž

Reverzní polovodičová relé používá se v elektromotorech v příslušném režimu. Vyrábějí se v třífázovém provedení a obsahují dvě regulační smyčky.

Pokud je důležité, aby relé zachovalo polaritu připojení kontaktů, pak označení vždy udává, kam připojit fázi a nulu

Elektrické obvody s SSR je nutné sestavit až po jejich předběžném nakreslení na papír, protože nesprávně připojená zařízení mohou selhat v důsledku zkratu.

Praktická aplikace přístrojů

Rozsah použití polovodičových relé je poměrně široký. Vzhledem k jejich vysoké spolehlivosti a absenci potřeby pravidelné údržby jsou často instalovány na těžko přístupných místech zařízení.

U mnoha relé vyžaduje připojení vodičů řídicího obvodu polaritu, kterou je třeba vzít v úvahu při instalaci zařízení

Hlavní oblasti použití TTP jsou:

• termoregulační systém pomocí topných těles;
• udržování stabilních teplot v technologických procesech;
• řízení transformátorů;
• nastavení osvětlení;
• obvody pohybových senzorů, osvětlení, foto senzory pro pouliční osvětlení a tak dále.;
• ovládání elektromotoru;
• nepřerušitelné zdroje napájení.

S rostoucí automatizací domácích spotřebičů jsou polovodičová relé stále běžnější a vyvíjející se polovodičové technologie neustále otevírají nové oblasti jejich použití.

V případě potřeby můžete polovodičové relé sestavit sami. Podrobné pokyny jsou uvedeny v tento článek.

Závěry a užitečné video k tématu

Prezentovaná videa vám pomohou lépe porozumět fungování polovodičových relé a seznámit se s jejich zapojením.

Praktická ukázka činnosti jednoduchého polovodičového relé:

Analýza typů a vlastností polovodičových relé:

Testování provozu a stupně zahřátí SSR:

Téměř každý může nainstalovat elektrický obvod skládající se z polovodičového relé a senzoru.

Plánování pracovního obvodu však vyžaduje základní znalosti elektrotechniky, protože nesprávné zapojení může způsobit úraz elektrickým proudem nebo zkrat. Ale v důsledku správných akcí můžete získat spoustu užitečných zařízení v každodenním životě.

Máte co dodat nebo máte nějaké dotazy ohledně připojení a použití polovodičových relé? K publikaci můžete zanechat komentáře, účastnit se diskusí a sdílet své vlastní zkušenosti s používáním takových zařízení. Kontaktní formulář se nachází ve spodním bloku.