Solid state relä: typer, praktisk tillämpning, anslutningsscheman
Klassiska starter och kontaktorer håller gradvis på att bli ett minne blott.Deras plats inom bilelektronik, hushållsapparater och industriell automation upptas av solid-state reläer - en halvledarenhet som inte har några rörliga delar.
Enheterna har olika konstruktioner och anslutningsscheman, som bestämmer deras användningsområde. Innan du använder enheten måste du förstå dess funktionsprincip, lära dig om funktionerna för drift och anslutning av olika typer av reläer. Svaren på ovanstående frågor beskrivs i detalj i den presenterade artikeln.
Innehållet i artikeln:
Solid state reläenhet
Moderna halvledarreläer (SSR) är modulära halvledarenheter som fungerar som elektriska strömbrytare.
De viktigaste driftsenheterna för dessa enheter representeras av triacs, tyristorer eller transistorer. SSR har inga rörliga delar, vilket skiljer dem från elektromekaniska reläer.
Dessa enheters inre delar kan variera mycket beroende på vilken typ av belastning som regleras och den elektriska kretsen.
De enklaste solid-state reläerna inkluderar följande komponenter:
- ingångsenhet med säkringar;
- triggerkrets;
- optisk (galvanisk) isolering;
- växlingsenhet;
- skyddskretsar;
- ladda utgångsnod.
SSR-ingångsnoden är en primär krets med ett seriekopplat motstånd. En säkring är inbyggd i denna krets som tillval. Ingångsnodens uppgift är att ta emot en styrsignal och sända ett kommando till omkopplarna som växlar lasten.
Med växelström används galvanisk isolering för att separera styr- och huvudkretsarna. Funktionsprincipen för reläet beror till stor del på dess design. Triggerkretsen som ansvarar för att bearbeta insignalen kan inkluderas i den optiska isoleringsenheten eller placeras separat.
Skyddsenheten förhindrar att överbelastningar och fel uppstår, för om enheten går sönder kan den anslutna utrustningen också gå sönder.
Huvudsyftet med halvledarreläer är att stänga/öppna ett elektriskt nätverk med hjälp av en svag styrsignal. Till skillnad från elektromekaniska analoger har de en mer kompakt form och ger inte karakteristiska klickningar under drift.
Funktionsprincip för TTP
Driften av ett solid state-relä är ganska enkel. De flesta SSR:er är utformade för att styra automatisering i 20-480 V-nätverk.
I den klassiska versionen innehåller enhetens kropp två kontakter på den switchade kretsen och två styrtrådar. Deras antal kan ändras när antalet anslutna faser ökar. Beroende på närvaron av spänning i styrkretsen slås huvudbelastningen på eller av av halvledarelement.
En egenskap hos solid-state reläer är närvaron av icke-oändligt motstånd.Om kontakterna i elektromekaniska enheter är helt frånkopplade, säkerställs i solid-state-enheter frånvaron av ström i kretsen av egenskaperna hos halvledarmaterial.
Därför kan små läckströmmar vid förhöjda spänningar uppstå, vilket kan påverka driften av ansluten utrustning negativt.
Klassificering av halvledarreläer
Användningsområdena för reläer varierar, därför kan deras designfunktioner variera mycket, beroende på behoven hos en viss automatisk krets. SSRs klassificeras enligt antalet anslutna faser, typ av driftström, designegenskaper och typ av styrkrets.
Efter antal anslutna faser
Solid-state reläer används både i hushållsapparater och i industriell automation med en driftspänning på 380 V.
Därför är dessa halvledarenheter, beroende på antalet faser, uppdelade i:
- en fas;
- tre fas.
Enfas SSR låter dig arbeta med strömmar på 10-100 eller 100-500 A. De styrs med hjälp av en analog signal.
Trefas halvledarreläer är kapabla att passera ström i intervallet 10-120 A. Deras enhet antar en reversibel driftsprincip, vilket säkerställer tillförlitligheten av samtidig reglering av flera elektriska kretsar.
Ofta används trefas SSR:er för att säkerställa driften av en asynkronmotor. Snabba säkringar måste ingå i dess elektriska styrkrets på grund av höga inkopplingsströmmar.
Efter typ av driftström
Solid state-reläer kan inte konfigureras eller omprogrammeras, så de kan bara fungera normalt inom ett visst område av elektriska nätverksparametrar.
Beroende på behoven kan SSR:er styras av elektriska kretsar med två typer av ström:
- permanent;
- variabler.
På samma sätt kan SSR klassificeras efter typen av aktiv lastspänning. De flesta reläer i hushållsapparater fungerar med variabla parametrar.
Enheter med konstant styrström kännetecknas av hög tillförlitlighet och använder en spänning på 3-32 V för reglering.De klarar ett brett temperaturområde (-30..+70°C) utan betydande förändringar i egenskaper.
AC-reglerade reläer har en styrspänning på 3-32 V eller 70-280 V. De kännetecknas av låg elektromagnetisk störning och hög drifthastighet.
Genom designfunktioner
Solid-state reläer installeras ofta i den allmänna elpanelen i en lägenhet, så många modeller har ett monteringsblock för montering på en DIN-skena.
Dessutom finns det speciella radiatorer placerade mellan TSR och stödytan. De låter dig kyla enheten under hög belastning och bibehålla dess prestandaegenskaper.
Det rekommenderas att applicera ett lager termisk pasta mellan reläet och radiatorn, vilket ökar kontaktytan och ökar värmeöverföringen. Det finns även TTP:er utformade för att fästas i väggen med vanliga skruvar.
Efter typ av kontrollschema
Funktionsprincipen för ett justerbart relä av utrustning kräver inte alltid dess omedelbara drift.
Därför har tillverkare utvecklat flera SSR-kontrollscheman som används inom olika områden:
- Styr "till noll". Denna typ av halvledarrelästyrning involverar drift endast vid ett spänningsvärde på 0. Den används i enheter med kapacitiva, resistiva (värmare) och svaga induktiva (transformatorer) belastningar.
- Omedelbar. Används när det är nödvändigt att manövrera reläet skarpt när en styrsignal appliceras.
- Fas. Det innebär att reglera utspänningen genom att ändra parametrarna för styrströmmen. Används för att smidigt ändra graden av uppvärmning eller belysning.
Solid state-reläer skiljer sig också i många andra, mindre signifikanta, parametrar. Därför, när du köper en TSR, är det viktigt att förstå driftschemat för den anslutna utrustningen för att köpa den mest lämpliga kontrollenheten för den.
En effektreserv måste tillhandahållas, eftersom reläet har en livslängd som snabbt förbrukas vid frekventa överbelastningar.
Fördelar och nackdelar med TTP
Solid state-reläer ersätter inte förgäves konventionella starter och kontaktorer från marknaden. Dessa halvledarenheter har många fördelar jämfört med sina elektromekaniska motsvarigheter, vilket tvingar konsumenterna att välja dem.
Dessa fördelar inkluderar:
- Låg strömförbrukning (90 % mindre).
- Kompakta dimensioner gör att enheter kan installeras i begränsade utrymmen.
- Hög start- och avstängningshastighet
- Minskat driftljud, inga klick som är karakteristiska för ett elektromekaniskt relä.
- Inget underhåll förväntas.
- Lång livslängd tack vare en resurs på hundratals miljoner operationer.
- Tack vare de breda möjligheterna att modifiera elektroniska komponenter har TSR utökade användningsområden.
- Inga elektromagnetiska störningar under drift.
- Skador på kontakter på grund av mekanisk stöt elimineras.
- Brist på direkt fysisk kontakt mellan styr- och kopplingskretsar.
- Möjlighet till lastreglering.
- Förekomsten av automatiska kretsar i pulsade SSR:er som skyddar mot överbelastning.
- Möjlighet till användning i explosiva miljöer.
De angivna fördelarna med halvledarreläer är inte alltid tillräckliga för normal drift av utrustningen. Därför har de ännu inte helt bytt ut elektromekaniska kontaktorer.
TTP:er har också nackdelar som hindrar dem från att användas i många fall.
Nackdelarna inkluderar:
- Oförmåga att använda de flesta enheter med spänningar över 0,5 kV.
- Högt pris.
- Känslighet för höga strömmar, speciellt i motorstartkretsar.
- Restriktioner för användning under förhållanden med hög luftfuktighet.
- Kritisk minskning av prestandaegenskaper vid temperaturer under 30°C under noll och över 70°C över 70°C.
- Det kompakta höljet leder till överdriven uppvärmning av enheten vid konsekvent höga belastningar, vilket kräver användning av speciella passiva eller aktiva kylanordningar.
- Möjlighet att smälta enheten på grund av värme vid kortslutning.
- Mikroströmmar i reläets stängda tillstånd kan vara kritiska för driften av utrustningen. Till exempel kan lysrör som är anslutna till nätverket blinka med jämna mellanrum.
Således har halvledarreläer vissa tillämpningar. I kretsar av högspänningsindustriutrustning är deras användning kraftigt begränsad på grund av de ofullkomliga fysikaliska egenskaperna hos halvledarmaterial.
Inom hushållsapparater och fordonsindustrin har dock TTP en stark ställning på grund av sina positiva egenskaper.
Möjliga anslutningsscheman
Anslutningsscheman för halvledarreläer kan vara mycket olika. Varje elektrisk krets är byggd utifrån egenskaperna hos den anslutna lasten. Ytterligare säkringar, styrenheter och regleranordningar kan läggas till kretsen.
Följande kommer att presentera de enklaste och vanligaste SSR-anslutningsdiagrammen:
- normalt öppet;
- med tillhörande kontur;
- normalt stängd;
- tre fas;
- reversibel.
Normalt öppen (öppen) krets - ett relä i vilket lasten aktiveras i närvaro av en styrsignal. Det vill säga att den anslutna utrustningen stängs av när ingångarna 3 och 4 är strömlösa.
Normalt sluten krets — betyder ett relä i vilket lasten aktiveras i avsaknad av en styrsignal. Dvs den anslutna utrustningen är i fungerande skick när ingångarna 3 och 4 är strömlösa.
Det finns ett kopplingsschema för ett halvledarrelä där styr- och belastningsspänningarna är desamma. Denna metod kan användas samtidigt för att arbeta i DC- och AC-nätverk.
Trefasreläer är sammankopplade enligt lite olika principer. Kontakterna kan anslutas i "Star", "Triangel" eller "Star and Neutral" konfigurationer.
Reverserande halvledarreläer används i elmotorer i lämpligt läge. De tillverkas i trefasversion och inkluderar två styrslingor.
Det är nödvändigt att montera elektriska kretsar med SSR först efter att preliminärt ritat dem på papper, eftersom felaktigt anslutna enheter kan misslyckas på grund av en kortslutning.
Praktisk tillämpning av enheter
Omfattningen av användningen av halvledarreläer är ganska omfattande. På grund av deras höga tillförlitlighet och bristande behov av regelbundet underhåll, installeras de ofta på svåråtkomliga platser på utrustningen.
De huvudsakliga tillämpningsområdena för TTP är:
- termoregleringssystem med hjälp av värmeelement;
- bibehålla stabila temperaturer i tekniska processer;
- kontroll av transformatorer;
- justering av belysning;
- kretsar av rörelsesensorer, belysning, fotosensorer för gatubelysning och så vidare.;
- elektrisk motorstyrning;
- avbrottsfri strömförsörjning.
Med den ökande automatiseringen av hushållsapparater blir halvledarreläer allt vanligare, och halvledarteknologier som utvecklas öppnar ständigt upp nya användningsområden.
Om så önskas kan du själv montera solid-state-reläet. Detaljerade instruktioner finns i Denna artikel.
Slutsatser och användbar video om ämnet
De presenterade videorna hjälper dig att bättre förstå driften av halvledarreläer och bli bekant med hur du ansluter dem.
Praktisk demonstration av driften av ett enkelt halvledarrelä:
Analys av typerna och funktionerna hos halvledarreläer:
Testa SSR:s funktion och uppvärmningsgrad:
Nästan vem som helst kan installera en elektrisk krets bestående av ett halvledarrelä och en sensor.
Planering av en fungerande krets kräver dock grundläggande kunskaper i elektroteknik eftersom felaktiga anslutningar kan resultera i elektriska stötar eller kortslutning. Men som ett resultat av rätt åtgärder kan du få många användbara enheter i vardagen.
Har du något att tillägga, eller har du några frågor om anslutning och användning av halvledarreläer? Du kan lämna kommentarer på publikationen, delta i diskussioner och dela din egen erfarenhet av att använda sådana enheter. Kontaktformuläret finns i nedre blocket.
Och om jag har konstanta spänningsfall i min lägenhet, vad ska jag göra? Ungefär 180-250 V, vad ska man göra och vart ska man gå?
I själva verket är detta ett ganska vanligt problem för många områden i städer i hela det postsovjetiska rymden.Eftersom du har en lägenhet är problemet relevant inte bara för dig, utan kanske för hela entrén, huset eller till och med området. Därför är det bäst att lämna in en samlad ansökan för att eliminera problemet med spänningsöverspänningar.
Representanter för företaget som du har ett kontrakt med för leverans av el bör ta itu med detta problem. För framtiden rekommenderar jag dig också att använda stabilisatorer och spänningsreläer, tillsammans och inte separat. De förra är effektiva vid låg spänning och de senare vid hög spänning.