Halfgeleiderrelais: typen, praktische toepassingen, bedradingsschema's

Klassieke starters en magneetschakelaars worden stilaan verleden tijd. Hun plaats in auto-elektronica, huishoudelijke apparaten en industriële automatisering wordt ingenomen door een halfgeleiderrelais - een halfgeleiderapparaat waarin geen bewegende delen zijn.

De apparaten hebben verschillende uitvoeringen en bedradingsschema's, waarvan hun toepassingsgebied afhangt. Voordat u het apparaat gebruikt, moet u het werkingsprincipe begrijpen, meer te weten komen over de kenmerken van de werking en aansluiting van verschillende soorten relais. Antwoorden op deze vragen worden gedetailleerd beschreven in het artikel.

Solid State Relay-apparaat

Moderne halfgeleiderrelais (TTR's) zijn modulaire halfgeleiderapparaten die elektrische stroomschakelaars zijn.

De belangrijkste werkknooppunten van deze apparaten worden vertegenwoordigd door triacs, thyristors of transistors. TTR's hebben geen bewegende delen, die verschillen van elektromechanische relais.

De grootte van het halfgeleiderrelais hangt grotendeels af van de maximaal toelaatbare belasting en het vermogen om warmte te verwijderen door warmteoverdracht en convectie (+)

De interne structuur van deze apparaten kan sterk variëren, afhankelijk van het type instelbare belasting en het elektrische circuit.

De eenvoudigste solid-state-relais bevatten de volgende knooppunten:

• ingangsknooppunt met zekeringen;
• trigger ketting;
• optische (galvanische) isolatie;
• schakelknooppunt;
• beschermende circuits;
• knooppuntuitvoer naar de belasting.

Het ingangsknooppunt TTR is een primair circuit met een in serie geschakelde weerstand. Een zekering in dit circuit is optioneel. De taak van het ingangsknooppunt is om het stuursignaal te accepteren en de opdracht naar de lastschakelaars te verzenden.

Bij wisselstroom wordt galvanische isolatie gebruikt om de besturing en het hoofdcircuit te scheiden. Het principe van de relaiswerking hangt grotendeels af van het apparaat.Het triggercircuit dat verantwoordelijk is voor het verwerken van het ingangssignaal kan in de optische isolatie-eenheid zijn opgenomen of afzonderlijk zijn geplaatst.

De beveiligingseenheid voorkomt overbelasting en fouten, omdat bij een defect aan het apparaat ook de aangesloten apparatuur kan uitvallen.

Het belangrijkste doel van halfgeleiderrelais is het sluiten / openen van het elektrische netwerk met een zwak stuursignaal. In tegenstelling tot elektromechanische analogen hebben ze een compactere vorm en produceren ze geen karakteristieke klikken tijdens bedrijf.

Het werkingsprincipe van de TTR

De bediening van een halfgeleiderrelais is vrij eenvoudig. De meeste TTR's zijn ontworpen om automatisering te regelen in netwerken van 20-480 V.

Met optische isolatie kunt u stuursignalen van minimaal vermogen creëren, wat van cruciaal belang is voor sensoren die werken op autonome stroombronnen (+)

In de klassieke versie zijn twee contacten van een schakelcircuit en twee stuurkabels inbegrepen in de apparaatbehuizing. Hun aantal kan veranderen naarmate het aantal verbonden fasen toeneemt. Afhankelijk van de aanwezigheid van spanning in het regelcircuit, wordt de hoofdbelasting in- of uitgeschakeld door de halfgeleiderelementen.

Een kenmerk van halfgeleiderrelais is de aanwezigheid van oneindige weerstand. Als de contacten in elektromechanische apparaten volledig zijn losgekoppeld, wordt in vaste toestand de afwezigheid van stroom in het circuit verzekerd door de eigenschappen van halfgeleidermaterialen.

Daarom kunnen bij hoge spanningen kleine lekstromen optreden die de werking van de aangesloten apparatuur nadelig kunnen beïnvloeden.

Solid State Relay classificatie

De reikwijdte van het relais is divers, daarom kunnen hun ontwerpkenmerken sterk variëren, afhankelijk van de behoeften van een bepaald automatisch circuit. TTR's worden geclassificeerd op basis van het aantal aangesloten fasen, type bedrijfsstroom, ontwerpkenmerken en type stuurkring.

Door het aantal verbonden fasen

Halfgeleiderrelais worden gebruikt als onderdeel van huishoudelijke apparaten en in industriële automatisering met een bedrijfsspanning van 380 V.

Daarom zijn deze halfgeleiderelementen, afhankelijk van het aantal fasen, onderverdeeld in:

• eenfase;
• in drie fasen.

Eenfase TTR laten werken met stromen van 10-100 of 100-500 A toe. Hun besturing wordt uitgevoerd met een analoog signaal.

Het wordt aanbevolen om draden van verschillende kleuren aan te sluiten op het driefasige relais, zodat u ze bij het installeren van de apparatuur correct kunt aansluiten

Driefasige halfgeleiderrelais in staat om stroom door te geven in het bereik van 10-120 A. Hun apparaat heeft een omkeerbaar werkingsprincipe, dat de betrouwbaarheid van de regeling van meerdere elektrische circuits tegelijkertijd garandeert.

Vaak worden driefasige SSR's gebruikt om een ​​inductiemotor te leveren. In zijn regelcircuit zijn noodzakelijkerwijs snelle zekeringen opgenomen vanwege hoge inschakelstromen.

Op type bedrijfsstroom

Halfgeleiderrelais kunnen niet worden geconfigureerd of geherprogrammeerd, dus ze kunnen alleen goed werken met een bepaald bereik van elektrische netparameters.

Afhankelijk van de behoeften kan TTR worden bestuurd door elektrische circuits met twee soorten stroom:

• permanent;
• variabelen.

Evenzo is het mogelijk om TTR te classificeren op basis van het type actieve belastingsspanning. De meeste relais in huishoudelijke apparaten werken met variabele parameters.

Gelijkstroom wordt in geen enkel land ter wereld gebruikt als de belangrijkste elektriciteitsbron, dus relais van dit type hebben een beperkte reikwijdte

Apparaten met een constante stuurstroom worden gekenmerkt door een hoge betrouwbaarheid en gebruiken voor de regeling een spanning van 3-32 V. Ze zijn bestand tegen een breed temperatuurbereik (-30 .. + 70 ° C) zonder noemenswaardige karakteristieken te veranderen.

Door wisselstroom geregelde relais hebben een stuurspanning van 3-32 V of 70-280 V.Ze onderscheiden zich door een lage elektromagnetische interferentie en een hoge reactiesnelheid.

Door ontwerpkenmerken

Halfgeleiderrelais worden vaak geïnstalleerd in het gemeenschappelijke elektrische paneel van een appartement, dus veel modellen hebben een montageblok voor montage op een DIN-rail.

Daarnaast zijn er speciale radiatoren geplaatst tussen de TTR en het steunvlak. Hiermee kunt u het apparaat met hoge belastingen koelen, terwijl de prestaties behouden blijven.

Het relais wordt voornamelijk op een DIN-rail gemonteerd door middel van een speciale beugel, die een extra functie heeft: het verwijdert overtollige warmte tijdens bedrijf

Tussen het relais en de radiator wordt aanbevolen om een ​​laag koelpasta aan te brengen, die het contactoppervlak vergroot en de warmteoverdracht vergroot. Er zijn ook TTR's die zijn ontworpen voor bevestiging aan de muur met gewone schroeven.

Op type controleschema

Niet altijd vereist het werkingsprincipe van een verstelbare relaistechnologie de onmiddellijke werking ervan.

Daarom hebben fabrikanten verschillende TTR-besturingsschema's ontwikkeld die op verschillende gebieden worden gebruikt:

1. Controle "door nul". Deze optie voor het besturen van een halfgeleiderrelais gaat alleen uit van uitschakeling als de spanningswaarde 0 is. Het wordt gebruikt in apparaten met capacitieve, resistieve (verwarmingselementen) en zwakke inductieve (transformatoren) belastingen.
2. Onmiddellijk. Het wordt gebruikt wanneer scherp relaisbedrijf nodig is wanneer een stuursignaal wordt toegepast.
3. Fase. Het neemt de regeling van de uitgangsspanning over door de parameters van de stuurstroom te wijzigen. Het wordt gebruikt om de mate van verwarming of verlichting soepel te wijzigen.

Halfgeleiderrelais verschillen in veel andere, minder belangrijke parameters. Daarom is het bij het kopen van een TTR belangrijk om het bedieningsschema van de aangesloten apparatuur te begrijpen om het meest geschikte afstelapparaat te kopen.

Er moet een gangreserve worden voorzien, omdat het relais een operationele hulpbron heeft die snel wordt verbruikt bij frequente overbelasting.

Voor- en nadelen van TTR

Solid-state relais verdringen niet tevergeefs conventionele starters en schakelaars van de markt. Deze halfgeleiderelementen hebben veel voordelen ten opzichte van elektromechanische tegenhangers, waardoor consumenten ervoor kiezen.

Het relais voor microschakelingen heeft compacte afmetingen en wordt zeer beperkt door de maximale doorgelaten stroom. Ze worden voornamelijk gefixeerd door speciale poten te solderen

Deze voordelen zijn onder meer:

1. Laag stroomverbruik (90% minder).
2. Compacte afmetingen voor montage van apparaten in een beperkte ruimte.
3. Hoge start- en uitschakelsnelheid
4. Gereduceerd bedrijfsgeluid; er zijn geen klikkenmerken van een elektromechanisch relais.
5. Er wordt geen onderhoud verwacht.
6. Lange levensduur dankzij honderden miljoenen bewerkingen.
7. Vanwege de brede mogelijkheden voor het modificeren van elektronische componenten, hebben TTR's uitgebreide toepassingsgebieden.
8. Gebrek aan elektromagnetische interferenties tijdens bedrijf.
9. Corruptie van contacten als gevolg van mechanische schokken is uitgesloten.
10. Gebrek aan direct fysiek contact tussen regel- en schakelcircuits.
11. Mogelijkheid om de belasting te regelen.
12. De aanwezigheid in de gepulseerde TTR van automatische circuits die beschermen tegen overbelasting.
13. Mogelijkheid tot gebruik in explosieve atmosferen.

De aangegeven voordelen van halfgeleiderrelais zijn niet altijd voldoende voor normaal gebruik van de apparatuur. Daarom hebben ze de elektromechanische contactoren nog niet volledig vervangen.

Voor een stabiele werking van krachtige halfgeleiderrelais is effectieve warmteafvoer belangrijk, omdat bij hoge temperaturen de belastingsspanning sterk wordt vervormd (+)

TTR heeft ook nadelen waardoor ze in veel gevallen niet kunnen worden gebruikt.

De minnen zijn onder meer:

1. Het onvermogen van de meeste apparaten met spanningen van meer dan 0,5 kV.
2. Hoge kosten.
3. Gevoeligheid voor hoge stromen, vooral in de startcircuits van elektromotoren.
4. Gebruiksbeperkingen bij hoge luchtvochtigheid.
5. Een kritische afname van de prestaties bij temperaturen onder 30 ° C vorst en boven 70 ° C warmte.
6. De compacte behuizing leidt tot overmatige verwarming van het apparaat bij stabiel hoge belastingen, wat het gebruik van speciale passieve of actieve koelapparaten vereist.
7. De mogelijkheid om het apparaat te smelten door verwarming tijdens een kortsluiting.
8. Microstromen in gesloten toestand van het relais kunnen van cruciaal belang zijn voor de werking van de apparatuur. Zo kunnen fluorescentielampen die op het netwerk zijn aangesloten, periodiek knipperen.

Halfgeleiderrelais hebben dus specifieke toepassingen. In de ketens van industriële hoogspanningsapparatuur is het gebruik ervan sterk beperkt vanwege de onvolmaakte fysische eigenschappen van halfgeleidermaterialen.

In huishoudelijke apparaten en de auto-industrie nemen TTR's echter een sterke positie in vanwege hun positieve eigenschappen.

Mogelijke bedradingsschema's

Solid-state relaisverbindingsschema's kunnen zeer divers zijn. Elk elektrisch circuit is gebouwd op basis van de kenmerken van de aangesloten belasting. Extra zekeringen, controllers en controleapparaten kunnen aan het circuit worden toegevoegd.

Omdat de regelcircuits en belastingen in het apparaat elkaar niet overlappen, kunnen hun elektrische kenmerken per parameter verschillen (+)

Vervolgens worden de meest eenvoudige en veelgebruikte TTR-verbindingsschema's gepresenteerd:

• normaal open;
• met aangesloten circuit;
• normaal gesloten;
• driefasig;
• omkeerbaar.

Normaal open (open) circuit - een relais waarvan de belasting wordt bekrachtigd in aanwezigheid van een stuursignaal. Dat wil zeggen, de aangesloten apparatuur wordt uitgeschakeld wanneer de ingangen 3 en 4 spanningsloos zijn.

Voordat u een relais koopt, moet u bepalen welk type begintoestand vereist is (gesloten of open) om de juiste werking van de aangesloten apparatuur te garanderen (+)

Normaal gesloten circuit - er wordt een relais bedoeld, waarbij de belasting wordt bekrachtigd zonder een stuursignaal. Dat wil zeggen, de aangesloten apparatuur is in werkende staat met spanningsloze ingangen 3 en 4.

Er is een solid-state relaisaansluitschema waarin de stuur- en belastingsspanning hetzelfde zijn. Deze methode kan tegelijkertijd worden gebruikt voor werk in DC- en AC-netwerken.

Driefasige relais verbonden door een iets andere principes. Contacten kunnen worden verbonden in de opties "Ster", "Driehoek" of "Ster met neutraal".

De keuze voor een driefasig relaisaansluitschema hangt grotendeels af van de kenmerken van de werking van de erop aangesloten apparatuur als belasting

Halfgeleider omgekeerde relais worden toegepast in elektromotoren in de overeenkomstige modus. Ze zijn vervaardigd in een driefasige versie en bevatten twee controlelussen.

Als het voor het relais belangrijk is om de polariteit van de verbinding van de contacten te observeren, zal de markering altijd aangeven waar de fase en nul moeten worden aangesloten

Het is alleen nodig om elektrische circuits met TTR's te monteren nadat ze vooraf op papier zijn getekend, omdat verkeerd aangesloten apparaten kunnen falen vanwege een kortsluiting.

Praktisch gebruik van apparaten

Het toepassingsgebied van halfgeleiderrelais is vrij uitgebreid. Vanwege hun hoge betrouwbaarheid en gebrek aan regelmatig onderhoud, worden ze vaak geïnstalleerd op moeilijk bereikbare plaatsen in de apparatuur.

Bij veel relais vereist het aansluiten van de draden van de regellus polariteit, waarmee rekening moet worden gehouden tijdens de installatie van apparatuur

De belangrijkste toepassingsgebieden van TTR zijn:

• Thermoregulatiesysteem met gebruik van verwarmingselementen;
• het handhaven van een stabiele temperatuur in technologische processen;
• bediening van de transformator;
• aanpassing van de verlichting;
• bewegingssensor circuits, verlichting, fotosensoren voor straatverlichting en dergelijke;
• elektrische motorbesturing;
• ononderbroken voedingen.

Met de toenemende automatisering van huishoudelijke apparaten, worden halfgeleiderrelais steeds wijdverspreider en ontwikkelen de halfgeleidertechnologieën voortdurend nieuwe toepassingsgebieden.

Desgewenst kunt u zelf een solid-state relais samenstellen. Gedetailleerde instructies zijn opgenomen in dit artikel.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

De gepresenteerde video's zullen helpen om de werking van solid-state relais beter te begrijpen en om kennis te maken met de methoden van hun verbinding.

Een praktische demonstratie van de werking van een eenvoudig halfgeleiderrelais:

Analyse van variëteiten en kenmerken van de werking van halfgeleiderrelais:

Testen van de werking en de mate van verwarming van de TTR:

Bijna iedereen kan een elektrisch circuit monteren vanuit een halfgeleiderrelais en een sensor.

Het plannen van een werkcircuit vereist echter basiskennis in de elektrotechniek, omdat een onjuiste aansluiting kan leiden tot elektrische schokken of kortsluiting. Maar als gevolg van de juiste acties kunt u in het dagelijks leven veel nuttige apparaten krijgen.

Is er iets dat moet worden aangevuld of heeft u vragen over het aansluiten en gebruiken van halfgeleiderrelais? U kunt opmerkingen over de publicatie achterlaten, deelnemen aan discussies en uw eigen ervaringen delen met dergelijke apparaten. Het contactformulier bevindt zich in het onderste blok.