Kategorie: Vybrané články » Začátečníci elektrikáři
Počet zobrazení: 31654
Komentáře k článku: 0

Co je polovodičové relé a jak je správně používat

 

Ve všech elektrických obvodech musí být zapnuty a vypnuty nástroje a zařízení. K tomu použijte spínací zařízení, může to být buď jednoduchý přepínač nebo přepínač, nebo relé, stykače atd. Dnes budeme uvažovat o jednom z takových zařízení - polovodičové relé, mluvit o tom, jaké to je vybrat a připojit k obvodu řízení zátěže.

Co je polovodičové relé a jak je správně používat

Co je to?


Polovodičové relé - Jedná se o zařízení postavené na polovodičových prvcích a výkonových spínačích, jako jsou triaky, bipolární nebo tranzistory MOS. V anglických zdrojích jsou volána polovodičová relé SSR od Solid State Relay (což je v doslovném překladu ekvivalentní ruskému jménu).

Jako na elektromagnetických relé a další spínací zařízení, jsou určena k ovládání slabého signálu se zátěží s vyšším napětím nebo proudem.


Rozdíly od elektromagnetických relé

Konvenční relé, stejně jako všechna elektromagnetická spínací zařízení, fungují následovně - existuje cívka, do které je přiváděn proud z řídicího systému nebo stanice s tlačítky. V důsledku proudu protékajícího cívkou se objeví magnetické pole, které přitahuje kotvu s kontaktní skupinou. Poté se kontakty sepnou a proud protéká do zátěže.

Polovodičové prvky nemají řídicí cívku ani skupinu pohyblivých kontaktů. Co je uvnitř polovodičového relé, můžete vidět níže. V něm, jak je uvedeno výše, se místo výkonových kontaktů používají polovodičové spínače: tranzistory, triaky, tyristory a další, v závislosti na rozsahu aplikace (pravá strana fotografie).

Demontované relé SSD

To je hlavní rozdíl mezi polovodičovým relé a elektromagnetickým. V tomto ohledu má polovodičový materiál podstatně delší životnost, protože nedochází k mechanickému opotřebení kontaktní skupiny, je rovněž třeba poznamenat, že rychlost polovodičových relé je vyšší než u elektromagnetických.

Kromě nepřítomnosti mechanického opotřebení nedochází při spínání ke vzniku jisker ani oblouků ani k zvukům při nárazech kontaktů během přepínání. Mimochodem, pokud během přepínání nedochází k výboji jisker a oblouku, mohou polovodičová relé pracovat ve výbušných místnostech.


Porovnání

Výhody polovodičových relé ve srovnání s elektromagnetickými relé jsou následující:

1. Hlukota.

2. Existuje důkaz, že jejich MTBF řádově 10 miliard přepínačů, což je 1000 nebo vícekrát zdroj elektromagnetických relé.

3. Pokud pro elektromagnetická relé není přepěťové napětí prakticky hroznépak elektronický obvod polovodičové relé ve většině případů selžepokud nebyla učiněna žádná rozhodnutí o omezení těchto pulzů. Porovnání těchto zařízení podle počtu přepnutí proto není vždy správné.

4. Výkon polovodičové relé jsou zlomky a jednotky milisekund, zatímco elektromagnetické relé má 50 ms až 1 s.

5. Spotřeba energie je o 95% nižší než spotřeba cívek elektromagnetických analogů.

Na tyto výhody se však vztahuje řada nevýhod:

  • Polovodičová relé se během provozu zahřívají. Výkon rovnající se součinu úbytku napětí na výkonovém spínači (řádově 2 volty) a proudu, který jím prochází, se uvolní do tepla;

  • V případě přetížení a zkratu je vysoká pravděpodobnost poruchy výkonového spínače, kapacita přetížení je obvykle 10 V po dobu 10 ms - jedna periody v síti s frekvencí 50 Hz (může se lišit v závislosti na použitých komponentách);

  • Jistič s největší pravděpodobností nebude mít čas na vypnutí, než dojde k poruše relé během zkratu;

  • V případě přepětí (přepětí) - životnost polovodičového relé může okamžitě skončit.

  • Polovodičová relé mají v souvislosti s tím svodový proud (až 7-10 mA), pokud jsou v ovládacím obvodu, například LED žárovky - ty budou blikat podobně jako u spínače podsvícení. V souladu s tím bude na fázovém vodiči napětí, i když je relé odpojeno!


Následující tabulka ukazuje obecné vlastnosti polovodičových relé řady TSR (třífázová) a SSR (jednofázová) od výrobce "FOTEK" (mimochodem, některé z nejběžnějších). Jiní výrobci budou mít v zásadě podobné nebo podobné specifikace produktu.

Izolační odpor
> 50 MΩ / 500V DC
Vstup / výstup dielektrické síly
Odolává 2,5 kV AC po dobu 1 minuty
Vypínací proud
Ne více než 7,5 mA
Přetížení
Až 10 jmenovitých proudů do 10 ms
Způsob přepínání
Při průchodu nulou (u modelů se střídavým proudem) nebo okamžitě přes optočlen (pro stejnosměrný proud)
Vestavěná ochrana
Série SSR-F má vyměnitelnou pojistku

Druhy

Polovodičová relé lze klasifikovat:

  • Podle typu proudu (konstantní nebo střídavý);

  • Podle síly proudu (nízký výkon, výkon);

  • Podle způsobu instalace;

  • Napětím;

  • Podle počtu fází;

  • Podle typu řídicího signálu (stejnosměrný nebo střídavý proud, analogový vstup pro řízení variabilního odporu, v obvodu 4-20 mA atd.).

  • Podle typu spínání - spínání, když napětí prochází nulou (v obvodech střídavého proudu), nebo spínání pomocí řídicího signálu (například pro úpravu výkonu).

Relé pro montáž na DPS
Relé pro montáž na radiátor

Takže podle počtu fází jsou jedno a třífázová relé. Ale typy řídicích signálů jsou mnohem více. V závislosti na interním zařízení mohou být polovodičová relé ovládána buď konstantním napětím nebo střídavým napětím.

Nejběžnější polovodičová relé, která jsou řízena konstantním napětím v rozsahu od 3 do 32 voltů. V tomto případě by velikost regulovaného napětí měla být v tomto rozsahu a neměla by se rovnat žádné konkrétní hodnotě z toho, což je velmi výhodné, když je integrováno do systémů s různým napětím.

Existují také polovodičová relé, pro jejichž ovládání se používá analogový signál:

  • 4-20 mA;

  • 0-10 voltů stejnosměrného proudu;

  • Variabilní rezistor 470-560 kOhm.

V takovém případě lze taková relé použít k regulaci výkonu připojeného zařízení, podle principu fázového řízení. Stejný princip nastavení se používá u stmívačů pro domácnost pro osvětlení.

V následující tabulce jsou uvedeny typy řídicích signálů polovodičových relé metodou fázového řízení od IMPULS.

Věnujte pozornost posledním písmenům označení (LA, VD, VA), pro většinu výrobců jsou stejné a říkají jen o typu signálu.

Typy řídicích signálů pro polovodičová relé s metodou fázového řízení od IMPULS

Jak již bylo zmíněno, u fázově řízeného relé se v závislosti na velikosti řídícího signálu mění výstupní napětí, které je znázorněno na následujícím grafu.

Graf výstupního napětí relé
Závislost napětí v zátěži od řídicího signálu

Takové relé může být rozpoznáno podmíněným obrázkem poblíž vstupních terminálů, například níže uvedená fotografie ukazuje, že na vstup je připojen variabilní rezistor 470-560 kOhm.

Fotek Solid State Relay

Existují také polovodičová relé s řídicím signálem ze sítě AC 220V, jak je ukázáno níže. Jsou vhodné pro použití jako náhrada za stykače s nízkým výkonem nebo elektromagnetická relé.

Polovodičová relé s řídicím signálem od AC 220V

Označení a druh kontroly

K určení „fáze“ relé použijte symboly na začátku označení:

  • SSR - jednofázová;

  • TTR - třífázová.

Což je ekvivalentní jednopólovým a třípólovým spínacím zařízením.

Aktuální síla je také šifrována, například FOTEK ji označuje ve tvaru: Pxx

Kde "xx" je proud v ampérech, například P03 - 3 ampéry a P10 - 10 ampér.

Značení relé v pevném stavu

Pokud označení obsahuje písmeno H, je toto relé určeno pro přepínání přepětí.

V označení jsou údaje o typu kontroly uvedeny v posledních znakech, mohou se lišit od jednoho výrobce k druhému, ale často má tento tvar a význam (data jsou shromažďována od různých výrobců):

  • VA - variabilní rezistor 470-560kOhm / 2W (fázové řízení);

  • LA - analogový signál 4-20 mA (fázové řízení);

  • VD - analogový signál 0-10V DC (fázové řízení);

  • ZD - ovládání 10-30V DC (přepínání při nulování);

  • ZD3 - ovládání 3-32V DC (přepínání při nulové hodnotě);

  • ZA2 - řízení 70-280V AC (přepínání při nulové hodnotě);

  • DD3 - řízení stejnosměrného signálu 3-32V stejnosměrným obvodem (přepínání stejnosměrného napětí);

  • DA - řízení DC signálu, přepínání střídavého proudu.

  • AA - řízení střídavého signálu (220V), přepínání střídavého proudu.

Podívejme se na to v praxi, řekněme, že jste narazili na produkt jako na obrázku níže a chcete vědět, co to je.

Pokud pečlivě prostudujete nápisy poblíž svorek pro připojení vodičů, bude již zřejmé, že se jedná o relé pro řízení střídavých obvodů od 90 do 480 voltů, zatímco k regulaci dochází také se střídavým proudem s napětím od 80 do 250 voltů.

Pokud je viditelné pouze označení, pak: „SSR“ je jednofázová; "-10" - jmenovitý proud 10 ampér; „AA“ - ovládání střídavého proudu, střídavé přepínání; „H“ - pro přepínání vysokého napětí v napájecím obvodu - až 480V (pokud by tam H nebylo, bylo by to až 380-400V).

A pro konsolidaci a lepší porozumění si prostudujte následující tabulku se značkami a charakteristikami polovodičových relé.

Značení a charakteristika polovodičových relé

Zařízení

Vnitřní obvod polovodičového relé závisí na tom, pro jaký proud je určen (přímý nebo střídavý) a na typu signálu pro jeho ovládání. Uvažujme některé z nich.

Začněme relé, které je řízeno stejnosměrným proudem a dojíždí, když prochází nulou. Někdy se nazývají „polovodičová relé typu Z“.

Polovodičové relé typu Z

Zde jsou kolíky 3-4 vstupem řídicího signálu, který používá ovládání optočlenu, které se používá pro galvanické oddělení vstupních a výstupních obvodů.

Blok řídící přechod přes 0, nebo jak se nazývá Zero Cross Circuit - monitoruje fázi napětí v síti a když prochází nulou, provede přepínání obvodu (zapnutí nebo vypnutí). Tato metoda se také nazývá Zero Voltage Switch, umožňuje snížit zapínací proudy, když je zapnuto (protože napětí v tomto okamžiku je rovné nule) a rázy samoindukce EMF, když je zátěž odpojena.

Vhodné pro řízení odporových, kapacitních a induktivních zátěží. Není vhodné pro řízení vysoké indukční zátěže (s cos cos <0,5), jako jsou transformátory naprázdno. Tato metoda řízení také neovlivňuje síť během přepínání. Níže vidíte schémata řídicích signálů, síťového napětí a zátěžového proudu s touto metodou řízení.

Řídicí signály

Schematicky se to provádí takto:

Reléový obvod Siemens

Zde je napětí ze sítě přiváděno do bloku s triakem a do bloku, který sleduje přechod nulou. Prvky Q1, R3, R4, R5, C4 při vysokém napětí blokují otevření tyristoru T2, který řídí výkonový triak T1. Pak je možné spínání pouze při napětí blízkém nule. Vstupní obvod je vytvořen na U1 - tranzistorovém optočlenu, který prostřednictvím Q2 dodává signál do řídicí elektrody ovladače triaku T2.

Okamžitá relé jsou uspořádána poněkud odlišně než spínací relé, když překročí nulu. Chybí jim kaskáda ZCC.

Při řízení střídavého proudu se obvod liší pouze v přítomnosti na vstupu usměrňovače (diodový můstek).

Schéma zapojení relé

A při přepínání stejnosměrných obvodů je triak nahrazen tranzistorem.

Reléové zařízení DC-DC

K dispozici jsou také univerzální relé pro stejnosměrný a střídavý proud, kde se používá sestava tranzistorů. Obecně existuje mnoho obvodů výstupních stupňů polovodičových relé, následují příklady obvodů různých modelů od výrobce, jako je mezinárodní usměrňovač.

Příklady obvodů různých modelů mezinárodního usměrňovače

U relé s metodou fázového řízení je situace poněkud odlišná. Stejně jako stmívač může upravovat výkon zátěže (výstupní napětí), proto je na vstup aplikován analogový signál - je připojeno napětí, proud nebo střídavý odpor. Jako mocenský prvek se zde používá tyristor.Mějte však na paměti, že v důsledku této metody přizpůsobení dochází v síti k rušení, aby se potlačilo, které síťové filtry s tlumivky běžného režimu se používají, ale toto je úplně jiné téma.

Relé fázového řízení

Na obrázku níže vidíte rozdíly ve spínání při přechodu od nuly z fázového přepínání.

Rozdíly ve spínání při přechodu od nuly z fázového přepínání

Schémata připojení a použití

Schéma zapojení polovodičových relé se ve skutečnosti téměř neliší od konvenčních. Jak se připojit? Pojďme to správně.

Polovodičové reléové schéma zapojení

Pokud potřebujete nahradit konvenční relé 220 V s řízením 220 V AC, použijte následující schéma, například LDG LDSSR-10AA-H. Schéma například ukazuje připojení pomocí konvenčního spínače nebo přepínače. Místo toho lze aktivovat signál z termostatu, kontroléru a dalších zařízení.

Pokud potřebujete řídit obvod 220 V pomocí signálu nízkého napětí, můžete použít FOTEK HPR-80AA.

Schéma zapojení relé FOTEK HPR-80AA

V tomto obvodu je 12 VDC napájecí zdroj používán jako nízkonapěťový stejnosměrný proudový zdroj, který se široce používá jako napájecí zdroj pro LED pásky. Mimochodem, můžete také ovládat takové polovodičové relé přivedením napětí z nabíječky mobilního telefonu na vstup, protože jeho výstup je 5V, což je více než minimální signál 3V.

Mějte na paměti, že řídicí napětí musí být zcela odpojeno, protože každé relé má určité parametry, při kterých pracuje, například výše uvedené napětí je asi 1 volt a nemusí pracovat při 3 jmenovitých voltech, ale již při 2,5 (Údaje jsou například průměrovány a mohou se lišit v závislosti nejen na konkrétním produktu, ale také na podmínkách prostředí a instalaci.)

Ale pamatujte, že existuje také relé s metodou fázového řízení. Schémata zapojení takových relé jsou ilustrována níže (ilustrace z pokynů k nim).

Schéma zapojení relé

Otázkou je, proč jsou taková relé potřebná a kde se používají? Hledání odpovědi na tuto otázku bylo krátkodobé, jakmile jsem zadal začátek dotazu a okamžitě vydal možnosti pro použití jako klíč pro ovládání topných prvků z termostatů s výstupem 4-20 mA nebo 0-10V.

Termostat s výstupem

Mimochodem, pro průmyslové aplikace existuje také domácí vývoj, například ARIES TPM132 a další modely, které mohou pracovat s výstupními signály 4-20 mA a 0-10V.

Použití chlazení v polovodičovém stavu k řízení velké zátěže však není možné bez chlazení. K tomu se používá pasivní (jednoduchý radiátor) nebo aktivní chlazení (radiátor + chladič).

Polovodičové relé chlazení

Doporučení pro výběr chladičů jsou uvedena v technické dokumentaci pro konkrétní polovodičové relé, takže nemůžete poskytovat univerzální radu.


Závěr

Polovodičová relé mohou být v některých případech použita jako elektromechanická relé. Nejoblíbenější možností v každodenním životě je výměna stykače v elektrickém kotli kvůli jeho hlasitým praskání při zapnutí, resp. zařazení TENOV ztichne.

Schéma výkonového regulátoru na základě jednofázového polovodičového relé

Stejně jako implementace různých výkonných regulátorů výkonu pro stejné topné články a další věci, pro které je použito polovodičové relé s analogovým vstupem signálu s proměnným odporem (typ VA).

Radioamatéři mohou sestavit nejjednodušší polovodičové relé založené na optickém ovladači pro triaky s typem ZCC MOC3041 a podobně.

Schéma nejjednoduššího polovodičového relé založeného na optickém ovladači pro triaky s typem ZCC MOC3041

Věřím, že se jedná o hodnotné produkty pro použití v různých automatizačních nástrojích, navíc nevyžadují údržbu (s výjimkou čištění radiátorů od prachu) a životnost lze označit za neomezenou. Vydrží několikrát déle než stykače, pokud nedochází k přetížení, přehřátí, zkratu a přepětí!

Viz také na e.imadeself.com:

  • Jak bezpečně řídit zatížení 220 V pomocí Arduino
  • Příklady zařízení a aplikací relé, jak zvolit a správně připojit relé ...
  • Jak snadno ovládat výkonné střídavé zatížení
  • Mezilehlé relé: účel, kde jsou použity a jak jsou vybírány
  • Pulzní relé pro ovládání osvětlení a jejich použití

  •