Полупроводнички релеји: типови, практична примена, дијаграми повезивања

Класични стартери и контактори постепено постају ствар прошлости.Њихово место у аутомобилској електроници, кућним апаратима и индустријској аутоматизацији заузимају полупроводнички релеји - полупроводнички уређај који нема ниједан покретни део.

Уређаји имају различите дизајне и шеме повезивања, који одређују њихов обим примене. Пре употребе уређаја, морате разумети његов принцип рада, научити о карактеристикама рада и повезивању различитих врста релеја. Одговори на горња питања детаљно су описани у представљеном чланку.

Релејни уређај у чврстом стању

Савремени полупроводнички релеји (ССР) су модуларни полупроводнички уређаји који делују као електрични прекидачи.

Кључне радне јединице ових уређаја представљају тријаци, тиристори или транзистори. ССР немају покретне делове, што их чини другачијим од електромеханичких релеја.

Величина ССР-а у великој мери зависи од максималног капацитета оптерећења и способности да се топлота одведе преносом топлоте и конвекцијом (+)

Унутрашњост ових уређаја може се значајно разликовати у зависности од врсте оптерећења које се регулише и електричног кола.

Најједноставнији полупроводнички релеји укључују следеће компоненте:

• улазна јединица са осигурачима;
• окидач кола;
• оптичка (галванска) изолација;
• склопна јединица;
• заштитна кола;
• оптерећење излазног чвора.

ССР улазни чвор је примарно коло са отпорником повезаним у низу. Осигурач је уграђен у ово коло као опција. Задатак улазног чвора је да прими контролни сигнал и пренесе команду прекидачима који пребацују оптерећење.

Код наизменичне струје, галванска изолација се користи за раздвајање управљачког и главног кола. Принцип рада релеја у великој мери зависи од његовог дизајна. Коло окидача одговорно за обраду улазног сигнала може бити укључено у јединицу оптичке изолације или се налази одвојено.

Заштитна јединица спречава настанак преоптерећења и грешака, јер ако се уређај поквари, повезана опрема такође може да поквари.

Главна сврха полупроводничких релеја је затварање/отварање електричне мреже користећи слаб контролни сигнал. За разлику од електромеханичких аналога, они имају компактнији облик и не производе карактеристичне кликове током рада.

Принцип рада ТТП-а

Рад чврстог релеја је прилично једноставан. Већина ССР-а је дизајнирана за контролу аутоматизације у мрежама од 20-480 В.

Оптичка изолација вам омогућава да креирате контролне сигнале минималне снаге, што је критично за сензоре који раде из аутономних извора напајања (+)

У класичној верзији, тело уређаја укључује два контакта прекидача и две контролне жице. Њихов број се може променити како се број повезаних фаза повећава. У зависности од присуства напона у управљачком колу, главно оптерећење се укључује или искључује помоћу полупроводничких елемената.

Карактеристика полупроводничких релеја је присуство небесконачног отпора.Ако су контакти у електромеханичким уређајима потпуно искључени, онда је у полупроводничким уређајима одсуство струје у колу обезбеђено својствима полупроводничких материјала.

Због тога се при повишеним напонима могу појавити мале струје цурења, што може негативно утицати на рад прикључене опреме.

Класификација чврстих релеја

Области примене релеја су разноврсне, па се њихове дизајнерске карактеристике могу веома разликовати у зависности од потреба одређеног аутоматског кола. ССР се класификују према броју прикључених фаза, врсти радне струје, карактеристикама дизајна и врсти управљачког кола.

По броју прикључених фаза

Полупроводнички релеји се користе како у кућним апаратима тако иу индустријској аутоматизацији са радним напоном од 380 В.

Стога се ови полупроводнички уређаји, у зависности од броја фаза, деле на:

• монофазни;
• трофазни.

Једнофазни ССР омогућавају рад са струјама од 10-100 или 100-500 А. Управљају се помоћу аналогног сигнала.

Препоручљиво је повезати жице различитих боја на трофазни релеј како би се могли исправно повезати приликом инсталирања опреме

Трофазни релеји у чврстом стању су способни да пропуштају струју у опсегу од 10-120 А. Њихов уређај претпоставља реверзибилни принцип рада, који обезбеђује поузданост истовремене регулације неколико електричних кола.

Често се трофазни ССР користе за осигурање рада асинхроног мотора. Брзи осигурачи морају бити укључени у његов електрични управљачки круг због великих ударних струја.

По врсти радне струје

Солид стате релеји се не могу конфигурисати или репрограмирати, тако да могу нормално да раде само унутар одређеног опсега мрежних електричних параметара.

У зависности од потреба, ССР се може контролисати помоћу електричних кола са две врсте струје:

• Трајан;
• Променљиве.

Слично, ССР се могу класификовати према врсти напона активног оптерећења. Већина релеја у кућним апаратима ради са променљивим параметрима.

Једносмерна струја се не користи као главни извор електричне енергије ни у једној земљи на свету, тако да релеји овог типа имају уски опсег примене

Уређаји са константном регулационом струјом одликују се високом поузданошћу и за регулацију користе напон од 3-32 В. Могу да издрже широк температурни опсег (-30..+70°Ц) без значајних промена карактеристика.

Регулисани релеји наизменичне струје имају управљачки напон од 3-32 В или 70-280 В. Одликују се малим електромагнетним сметњама и великом радном брзином.

По карактеристикама дизајна

Релеји чврстог стања се често уграђују у општу електричну плочу стана, тако да многи модели имају монтажни блок за монтажу на ДИН шину.

Поред тога, постоје посебни радијатори који се налазе између ТСР-а и потпорне површине. Они вам омогућавају да охладите уређај под великим оптерећењем, одржавајући његове карактеристике перформанси.

Релеј се монтира на ДИН шину углавном преко посебног носача, који такође има додатну функцију - уклања вишак топлоте током рада уређаја

Између релеја и радијатора препоручује се наношење слоја термалне пасте, што повећава површину контакта и повећава пренос топлоте. Постоје и ТТП-ови дизајнирани за причвршћивање на зид обичним вијцима.

По врсти контролне шеме

Принцип рада подесивог релеја опреме не захтева увек његов тренутни рад.

Стога су произвођачи развили неколико шема контроле ССР-а које се користе у различитим областима:

1. Контрола "кроз нулу". Овај тип управљања полупроводничким релејем подразумева рад само при вредности напона од 0. Користи се у уређајима са капацитивним, отпорним (грејачи) и слабим индуктивним (трансформатори) оптерећења.
2. Инстант. Користи се када је потребно да се релеј активира оштро када се примени контролни сигнал.
3. Фаза. Подразумева регулисање излазног напона променом параметара контролне струје. Користи се за глатку промену степена грејања или осветљења.

Солид стате релеји се такође разликују по многим другим, мање значајним, параметрима. Стога, приликом куповине ТСР-а, важно је разумети шему рада повезане опреме како бисте купили најприкладнији контролни уређај за њега.

Мора се обезбедити резерва снаге, јер релеј има радни век који се брзо троши уз честа преоптерећења.

Предности и мане ТТП-а

Солид стате релеји не замењују узалуд конвенционалне стартере и контакторе са тржишта. Ови полупроводнички уређаји имају многе предности у односу на своје електромеханичке колеге, што приморава потрошаче да их бирају.

Релеји за микро кола су компактне величине и веома ограничени у смислу максималног протока струје. Причвршћују се углавном лемљењем специјалних ногу

Ове предности укључују:

1. Мала потрошња енергије (90% мање).
2. Компактне димензије омогућавају постављање уређаја у ограниченим просторима.
3. Велика брзина покретања и искључивања
4. Смањена радна бука, нема кликова карактеристичних за електромеханички релеј.
5. Не очекује се одржавање.
6. Дуг радни век захваљујући ресурсу од стотина милиона операција.
7. Захваљујући широким могућностима за модификацију електронских компоненти, ТСР-ови су проширили области примене.
8. Нема електромагнетних сметњи током рада.
9. Оштећење контаката услед механичког удара је елиминисано.
10. Недостатак директног физичког контакта између управљачких и склопних кола.
11. Могућност регулације оптерећења.
12. Присуство аутоматских кола у импулсним ССР-овима који штите од преоптерећења.
13. Могућност употребе у експлозивним срединама.

Наведене предности полупроводничких релеја нису увек довољне за нормалан рад опреме. Зато још нису у потпуности заменили електромеханичке контакторе.

За стабилан рад снажних полупроводничких релеја важно је ефикасно одвођење топлоте, јер је на повишеним температурама напон оптерећења оштро изобличен (+)

ТТП-ови такође имају недостатке који спречавају њихову употребу у многим случајевима.

Недостаци укључују:

1. Немогућност рада већине уређаја са напонима изнад 0,5 кВ.
2. Висока цена.
3. Осетљивост на велике струје, посебно у круговима за покретање мотора.
4. Ограничења употребе у условима високе влажности.
5. Критично смањење карактеристика перформанси на температурама испод 30°Ц испод нуле и изнад 70°Ц изнад 70°Ц.
6. Компактно кућиште доводи до прекомерног загревања уређаја при константно високим оптерећењима, што захтева употребу посебних пасивних или активних расхладних уређаја.
7. Могућност топљења уређаја услед топлоте при кратком споју.
8. Микрострује у затвореном стању релеја могу бити критичне за рад опреме. На пример, флуоресцентне лампе повезане на мрежу могу периодично да трепћу.

Дакле, чврсти релеји имају одређене примене. У колима високонапонске индустријске опреме, њихова употреба је оштро ограничена због несавршених физичких својстава полупроводничких материјала.

Међутим, у кућанским апаратима и аутомобилској индустрији, ТТП заузимају јаку позицију због својих позитивних својстава.

Могући дијаграми повезивања

Шеме повезивања за полупроводничке релеје могу бити веома разноврсне. Свако електрично коло је изграђено на основу карактеристика прикљученог оптерећења. У коло се могу додати додатни осигурачи, контролери и регулациони уређаји.

Због чињенице да се кола управљања и оптерећења у уређају не преклапају, њихове електричне карактеристике могу се разликовати по било којим параметрима (+)

У наставку ће бити представљени најједноставнији и најчешћи дијаграми ССР везе:

• нормално отворен;
• са припадајућом контуром;
• нормално затворен;
• трофазни;
• реверзибилан.

Нормално отворено (отворено) коло - релеј у коме је оптерећење под напоном у присуству контролног сигнала. То јест, повезана опрема се искључује када су улази 3 и 4 без напона.

Пре куповине релеја, морате одредити потребну врсту његовог почетног стања (затворено или отворено) како бисте осигурали правилан рад повезане опреме (+)

Нормално затворено коло — означава релеј у коме је оптерећење под напоном у одсуству контролног сигнала. Односно, прикључена опрема је у радном стању када су улази 3 и 4 без напона.

Постоји дијаграм повезивања за полупроводнички релеј у коме су контролни и напони оптерећења исти. Овај метод се може користити истовремено за рад у ДЦ и АЦ мрежама.

Трофазни релеји повезују се по мало другачијим принципима. Контакти се могу повезати у конфигурацијама „Звезда”, „Троугао” или „Звезда и Неутрал”.

Избор трофазног релејног прикључног кола у великој мери зависи од радних карактеристика опреме која је на њега повезана као оптерећење

Реверзни полупроводнички релеји користи се у електромоторима у одговарајућем режиму. Произведени су у трофазној верзији и укључују две контролне петље.

Ако је важно да релеј одржи поларитет повезивања контаката, онда ће ознака увек указивати где треба спојити фазу и нулу

Електрична кола са ССР-ом потребно је монтирати тек након што их претходно нацртате на папиру, јер погрешно прикључени уређаји могу покварити због кратког споја.

Практична примена уређаја

Обим употребе полупроводничких релеја је прилично широк. Због високе поузданости и недостатка потребе за редовним одржавањем, често се постављају на тешко доступним местима на опреми.

У многим релејима, повезивање жица управљачког кола захтева поларитет, што се мора узети у обзир приликом инсталације опреме

Главне области примене ТТП-а су:

• систем терморегулације помоћу грејних елемената;
• одржавање стабилних температура у технолошким процесима;
• управљање трансформаторима;
• подешавање осветљења;
• кола сензора покрета, осветљења, фото сензори за улично осветљење и тако даље.;
• контрола електромотора;
• беспрекидна напајања.

Са све већом аутоматизацијом кућних апарата, полупроводнички релеји постају све чешћи, а развој полупроводничких технологија непрестано отвара нове области њихове примене.

По жељи можете сами саставити полупроводнички релеј. Детаљна упутства су дата у Овај чланак.

Закључци и користан видео на тему

Представљени видео снимци ће вам помоћи да боље разумете рад полупроводничких релеја и да се упознате са начином њиховог повезивања.

Практична демонстрација рада једноставног чврстог релеја:

Анализа типова и карактеристика полупроводничких релеја:

Тестирање рада и степена загревања ССР:

Скоро свако може да угради електрично коло које се састоји од чврстог релеја и сензора.

Међутим, планирање радног кола захтева основно познавање електротехнике јер неисправно повезивање може довести до струјног удара или кратког споја. Али као резултат правих акција, можете добити пуно корисних уређаја у свакодневном животу.

Имате ли нешто да додате или имате питања о повезивању и коришћењу полупроводничких релеја? Можете оставити коментаре на публикацију, учествовати у дискусијама и поделити сопствено искуство коришћења таквих уређаја. Контакт образац се налази у доњем блоку.