Čo je polovodičové relé a ako ho správne používať

Vo všetkých elektrických obvodoch musia byť prístroje a zariadenia zapnuté a vypnuté. Na tento účel použite spínacie zariadenia, môže to byť buď jednoduchý spínač alebo spínač, alebo relé, stýkače, atď. Dnes zvážime jedno z týchto zariadení - polovodičové relé, povedzme si, aké to je vybrať a pripojiť sa k obvodu na kontrolu záťaže.

Čo je to?

Polovodičové relé - Jedná sa o zariadenie postavené na polovodičových prvkoch a výkonových spínačoch, ako sú triaky, bipolárne alebo tranzistory MOS. V anglických zdrojoch sa nazývajú polovodičové relé SSR od spoločnosti Solid State Relay (ktorá sa v doslovnom preklade rovná ruskému názvu).

ako na elektromagnetických relé a ďalšie spínacie zariadenia sú navrhnuté tak, aby riadili slabý signál so záťažou s vyšším napätím alebo prúdom.

Rozdiely od elektromagnetických relé

Konvenčné relé, rovnako ako všetky elektromagnetické spínacie zariadenia, fungujú nasledovne - existuje cievka, do ktorej je privádzaný prúd z riadiaceho systému alebo tlačidlovej stanice. V dôsledku prúdu pretekajúceho cievkou sa objaví magnetické pole, ktoré priťahuje kotvu s kontaktnou skupinou. Potom sa kontakty zatvoria a prúd cez ne prúdi do záťaže.

Polovodičové prvky nemajú žiadnu kontrolnú cievku ani skupinu pohyblivých kontaktov. Čo je v polovodičovom relé, vidíte nižšie. V ňom, ako je uvedené vyššie, sa namiesto výkonových kontaktov používajú polovodičové spínače: tranzistory, triaky, tyristory a ďalšie, v závislosti od aplikácie (pravá strana fotografie).

Toto je hlavný rozdiel medzi polovodičovým relé a elektromagnetickým. V tomto ohľade má polovodičový materiál podstatne dlhšiu životnosť, pretože nedochádza k mechanickému opotrebovaniu kontaktnej skupiny, je tiež potrebné poznamenať, že rýchlosť polovodičových relé je vyššia ako rýchlosť elektromagnetických.

Okrem neprítomnosti mechanického opotrebenia nie sú počas prepínania žiadne iskry ani oblúky, ani zvuky z nárazov kontaktov počas prepínania. Mimochodom, ak počas prepínania nie sú žiadne iskry a výboje, môžu polovodičové relé pracovať vo výbušných izbách.

nákupný

Výhody polovodičových relé v porovnaní s elektromagnetickými relé sú tieto:

1. Hlukota.

2. Existuje dôkaz, že ich MTBF rádovo 10 miliárd prepínačov, čo je 1 000 alebo viackrát zdroj elektromagnetických relé.

3. Ak v prípade elektromagnetických relé nie je prepätie prakticky hroznépotom elektronický obvod polovodičové relé vo väčšine prípadov zlyhajúak neboli prijaté žiadne obvodné rozhodnutia na obmedzenie týchto impulzov. Preto porovnanie týchto zariadení s počtom prepínaní nie je vždy správne.

4. rýchlosť polovodičové relé sú zlomky a jednotky milisekúnd, zatiaľ čo elektromagnetické relé má 50 ms až 1 s.

5. Spotreba energie je o 95% nižšia ako spotreba cievok elektromagnetických analógov.

Na tieto výhody sa však vzťahuje niekoľko nevýhod:

• Polovodičové relé sa počas prevádzky zahrievajú. Výkon, ktorý sa rovná súčtu poklesu napätia na výkonovom spínači (rádovo 2 volty) a prúdu, ktorý ním prechádza, sa uvoľní do tepla;

• V prípade preťaženia a skratu je vysoká pravdepodobnosť poruchy výkonového vypínača, kapacita preťaženia je obvykle 10 V počas 10 ms - jedna perióda v sieti s frekvenciou 50 Hz (môže sa líšiť v závislosti od použitých komponentov);

• Istič pravdepodobne nebude mať čas na vypnutie skôr, ako dôjde k poruche relé počas skratu;

• V prípade prepätia (prepätia) - životnosť polovodičového relé môže okamžite skončiť.

• Polovodičové relé majú v tejto súvislosti zvodový prúd (až do 7 - 10 mA), ak sú v riadiacom obvode, napríklad LED svetlá - tieto budú blikať podobne ako v prípade podsvieteného vypínača. Na fázovom vodiči bude teda napätie, aj keď je relé odpojené!

V nasledujúcej tabuľke sú uvedené všeobecné charakteristiky polovodičových relé série TSR (trojfázové) a SSR (jednofázové) od výrobcu „FOTEK“ (mimochodom, niektoré z najbežnejších). Ostatní výrobcovia budú mať v zásade podobné alebo podobné špecifikácie výrobkov.

Izolačný odpor

> 50 MΩ / 500V DC

Vstup / výstup dielektrickej sily

Odolá 2,5 kV AC po dobu 1 minúty

Vypínací prúd

Nie viac ako 7,5 mA

Preťažovacia kapacita

Až 10 menovitých prúdov do 10 ms

Spôsob prepínania

Pri prechode nulou (v modeloch pre striedavý prúd) alebo okamžite cez optočlen (pre jednosmerný prúd)

Vstavaná ochrana

Séria SSR-F má vymeniteľnú poistku

typy

Polovodičové relé možno klasifikovať:

• Podľa typu prúdu (konštantný alebo striedavý);

• Podľa sily prúdu (nízka energia, energia);

• Podľa spôsobu inštalácie;

• Napätím;

• Podľa počtu fáz;

• Podľa typu riadiaceho signálu (jednosmerný alebo striedavý prúd, analógový vstup na riadenie premenlivého odporu, v obvode 4-20 mA atď.).

• Podľa typu spínania - spínanie, keď napätie prechádza nulou (v obvodoch striedavého prúdu), alebo prepínanie pomocou riadiaceho signálu (napríklad na nastavenie výkonu).

Takže podľa počtu fáz sú jedno a trojfázové relé. Typy riadiacich signálov sú však omnoho viac. V závislosti od vnútorného zariadenia môžu byť polovodičové relé ovládané buď konštantným napätím alebo striedavým napätím.

Najbežnejšie polovodičové relé, ktoré sú riadené konštantným napätím v rozsahu od 3 do 32 voltov. V tomto prípade by veľkosť kontrolovaného napätia mala byť v tomto rozsahu a nemala by sa rovnať žiadnej špecifickej hodnote, ktorá je veľmi výhodná, keď je integrovaná do systémov s rôznymi napätiami.

K dispozícii sú tiež polovodičové relé, na riadenie ktorých sa používa analógový signál:

• 4-20 mA;

• 0 - 10 voltov jednosmerného prúdu;

• Variabilný rezistor 470-560 kOhm.

V takom prípade sa takéto relé môžu použiť na reguláciu výkonu pripojeného zariadenia, podľa princípu fázovej kontroly, Rovnaký princíp nastavenia sa používa v stmievačoch pre domácnosť na osvetlenie.

V nasledujúcej tabuľke sú uvedené typy riadiacich signálov polovodičových relé s metódou fázového riadenia od IMPULS.

Venujte pozornosť posledným písmenám označenia (LA, VD, VA), pre väčšinu výrobcov sú rovnaké a hovoria len o type signálu.

Ako už bolo uvedené, vo fázovo riadenom relé sa výstupné napätie mení v závislosti od veľkosti riadiaceho signálu, čo je znázornené na nasledujúcom grafe.

Takéto relé môže byť rozpoznané podmieneným obrázkom v blízkosti vstupných terminálov, napríklad fotografia uvedená nižšie ukazuje, že na vstup je pripojený variabilný odpor 470 - 560 kOhm.

Existujú tiež polovodičové relé s riadiacim signálom zo siete AC 220V, ako je uvedené nižšie. Sú vhodné na použitie ako náhrada za nízkonapäťové stykače alebo elektromagnetické relé.

Označenie a typ kontroly

Na určenie „fázy“ relé použite symboly na začiatku označenia:

• SSR - jednofázová;

• TTR - trojfázová.

Čo je ekvivalent jednopólových a trojpólových spínacích zariadení.

Súčasná sila je tiež šifrovaná, napríklad FOTEK ju označuje v tvare: Pxx

Kde "xx" je prúd v ampéroch, napríklad P03 - 3 ampéry a P10 - 10 ampéry.

Ak označenie obsahuje písmeno H, potom je toto relé určené na prepínanie prepätia.

V označení sú údaje o type kontroly uvedené v posledných znakoch, môžu sa líšiť od jedného výrobcu k druhému, ale často má tento tvar a význam (údaje sa zbierajú od rôznych výrobcov):

• VA - variabilný odpor 470-560 kOhm / 2W (fázové riadenie);

• LA - 4-20 mA analógový signál (fázové riadenie);

• VD - analógový signál 0-10V DC (fázové riadenie);

• ZD - riadenie 10-30V DC (spínanie pri prechode nulou);

• ZD3 - riadenie 3-32V DC (spínanie pri prechode nulou);

• ZA2 - riadenie 70-280V AC (spínanie pri prechode nulou);

• DD3 - riadenie DC signálu 3-32V jednosmerným obvodom (prepínanie jednosmerného napätia);

• DA - DC riadenie signálu, prepínanie striedavých obvodov.

• AA - riadenie striedavého signálu (220V), prepínanie striedavého obvodu.

Pozrime sa na to v praxi, povedzme, že ste narazili na taký produkt, aký je uvedený na obrázku nižšie, a chcete vedieť, čo to je.

Ak dôkladne preštudujete nápisy v blízkosti terminálov na pripojenie vodičov, bude zrejmé, že ide o relé na riadenie striedavých obvodov od 90 do 480 voltov, zatiaľ čo k ovládaniu dochádza aj pri striedavom prúde s napätím od 80 do 250 voltov.

Ak je viditeľné iba označenie, potom: „SSR“ je jednofázový; "-10" - menovitý prúd 10 ampérov; „AA“ - ovládanie striedavého prúdu, prepínanie striedavého prúdu; „H“ - na prepínanie vysokého napätia v napájacom obvode - do 480V (ak by tam nebolo H, bolo by to do 380-400V).

A kvôli konsolidácii a lepšiemu porozumeniu si preštudujte nasledujúcu tabuľku so značkami a charakteristikami polovodičových relé.

zariadenie

Vnútorný obvod polovodičového relé závisí od toho, pre aký prúd je určený (priamy alebo striedavý) a od typu signálu na jeho ovládanie. Zoberme si niektoré z nich.

Začnime s relé, ktoré je ovládané jednosmerným prúdom a dochádza pri prechode nulou. Niekedy sa nazývajú „polovodičové relé typu Z“.

Na tomto mieste sú kolíky 3-4 vstupom riadiaceho signálu, ktorý využíva ovládanie optočlenu, ktoré sa používa na galvanické oddelenie vstupných a výstupných obvodov.

Blok ovládajúci prechod cez 0, alebo ako sa nazýva Zero Cross Circuit - monitoruje fázu napätia v sieti a keď prechádza nulou, zapína alebo vypína obvod. Táto metóda sa nazýva tiež spínač nulového napätia, umožňuje znížiť zapínací prúd, keď je zapnutý (pretože napätie v tomto okamihu je rovné nule) a prepätie samočinnej indukcie EMF, keď je záťaž odpojená.

Vhodný na reguláciu odporového, kapacitného a induktívneho zaťaženia. Nie je vhodný na reguláciu vysokej induktívnej záťaže (s cos cos <0,5), ako sú napríklad voľnobežné transformátory. Táto metóda riadenia tiež neovplyvňuje sieť počas prepínania. Nižšie sú zobrazené diagramy riadiacich signálov, sieťového napätia a zaťažovacieho prúdu pri tejto metóde riadenia.

Schematicky sa to realizuje takto:

Tu je napätie zo siete privádzané do bloku s triakom a do bloku, ktorý sleduje prechod nulou. Prvky Q1, R3, R4, R5, C4 pri vysokom napätí blokujú otvorenie tyristora T2, ktorý riadi výkonový triak T1. Potom je možné prepnúť iba pri napätí blízkom nule. Vstupný obvod je vyrobený na U1 - tranzistorovom optočleni, ktorý dodáva Q2 signál do riadiacej elektródy vodiča triaka T2.

Okamžité relé sú usporiadané trochu inak ako spínacie relé, keď prechádzajú nulou. Chýba im kaskáda ZCC.

Pri riadení striedavého prúdu sa obvod líši iba v prítomnosti na vstupe usmerňovača (diódový mostík).

A pri prepínaní jednosmerných obvodov je triak nahradený tranzistorom.

Existujú tiež univerzálne relé pre jednosmerný a striedavý prúd, kde sa používa zostava tranzistorov. Všeobecne existuje veľa obvodov výstupných stupňov polovodičových relé. Nasledujú príklady obvodov rôznych modelov od výrobcu, ako je napríklad medzinárodný usmerňovač.

V relé s metódou fázového riadenia je situácia trochu iná. Rovnako ako stmievač, môže nastaviť záťažový výkon (výstupné napätie), na tento sa privádza analógový signál na vstup - napätie, prúd alebo striedavý odpor je pripojený. Ako mocenský prvok sa tu používa tyristor.Majte však na pamäti, že v dôsledku tohto spôsobu prispôsobenia dochádza v sieti k rušeniu, aby sa potlačilo, ktoré sieťové filtre sa používajú sýtiča bežného režimu, ale toto je úplne iná téma.

Na obrázku nižšie sú rozdiely pri prepínaní pri prechode nulou od fázového prepínania.

Schémy zapojenia a funkcie použitia

Schéma zapojenia polovodičových relé sa v skutočnosti takmer nelíši od konvenčných. Ako sa pripojiť? Poďme na to.

Ak potrebujete nahradiť bežné 220 V relé s 220 V str., Použite nasledujúci diagram, napríklad LDG LDSSR-10AA-H. Schéma napríklad ukazuje pripojenie pomocou konvenčného prepínača alebo prepínača. Namiesto toho môže byť aktivačný signál dodávaný z termostatu, ovládača a ďalších zariadení.

Ak potrebujete ovládať obvod 220 V pomocou signálu nízkeho napätia, môžete použiť FOTEK HPR-80AA.

V tomto obvode sa 12 VDC napájanie používa ako nízkonapäťový jednosmerný prúd, ktorý sa široko používa ako napájanie pre LED pásy. Mimochodom, môžete dokonca ovládať také polovodičové relé pomocou napätia z nabíjačky mobilného telefónu na vstup, pretože jeho výstup je 5V, čo je viac ako minimálny signál 3V.

Nezabudnite tiež na to, že riadiace napätie musí byť úplne odpojené, pretože každé relé má určité parametre, pri ktorých pracuje, napríklad vyššie uvedené odpojovacie napätie je rádovo 1 volt a môže vypnúť pri 3 menovitých voltoch, ale už pri 2,5 (Údaje sú napríklad spriemerované a môžu sa líšiť nielen v závislosti od konkrétneho produktu, ale aj od podmienok prostredia a inštalácie.)

Pamätajte však, že existuje aj relé s metódou fázového riadenia. Schémy zapojenia týchto relé sú zobrazené nižšie (ilustrácia z pokynov pre tieto relé).

Otázkou je, prečo sú takéto relé potrebné a kde sa používajú? Hľadanie odpovede na túto otázku bolo krátke, hneď ako som vstúpil na začiatok dotazu a okamžite som vydal možnosti na použitie ako vypínača na ovládanie vykurovacích telies z termostatov s výstupom 4-20 mA alebo 0-10V.

Mimochodom, pre priemyselné aplikácie existuje aj domáci vývoj, napríklad, ARIES TPM132 a ďalšie modely, ktoré môžu pracovať s výstupnými signálmi 4-20mA a 0-10V.

Použitie polovodičového relé na riadenie veľkého zaťaženia však nie je možné bez chladenia. Na tento účel sa používa pasívne (jednoduchý radiátor) alebo aktívne chladenie (radiátor + chladič).

Odporúčania pre výber chladičov sú uvedené v technickej dokumentácii pre konkrétne polovodičové relé, takže nemôžete poskytnúť univerzálne rady.

záver

Polovodičové relé sa v niektorých prípadoch môžu používať ako elektromechanické relé. Najobľúbenejšou možnosťou v každodennom živote je výmena stykača v elektrickom kotle z dôvodu jeho hlasného prasknutia pri zapnutí, resp. zaradenie TENOV bude ticho.

Rovnako ako implementácia rôznych výkonných regulátorov výkonu pre rovnaké vykurovacie telesá a ďalšie veci, pre ktoré sa používa polovodičové relé s analógovým signálovým vstupom z premenlivého odporu (typ VA).

Rádioamatéri môžu zostaviť najjednoduchšie polovodičové relé založené na optickom vodiči pre triaky s typom ZCC MOC3041 a podobne.

Domnievam sa, že sú to hodnotné výrobky pre použitie v rôznych automatizačných nástrojoch, navyše nevyžadujú údržbu (s výnimkou čistenia radiátorov od prachu) a životnosť možno označiť za neobmedzenú. Vydržia niekoľkokrát dlhšie ako stykače za predpokladu, že nedochádza k preťaženiu, prehriatiu, skratu a prepätiu!