Szilárdtest relé: típusok, gyakorlati alkalmazás, bekötési rajzok

A klasszikus indítók és kontaktorok fokozatosan a múlté válnak. Helyüket az autóelektronikában, a háztartási gépekben és az ipari automatizálásban a szilárdtestrelé veszi át – egy félvezető eszköz, amelyben nincsenek mozgó alkatrészek.

A készülékek különbözö kialakításúak és bekötési rajzúak, amelyektől az alkalmazási területek függnek. Az eszköz használata előtt meg kell érteni a működési elvét, meg kell ismerni a különböző relétípusok működésének és bekötésének sajátosságait. A felvetett kérdésekre a válaszokat részletesen ismertetjük a bemutatott cikkben.

A szilárdtestrelé felépítése

A modern szilárdtestrelék (TTR) moduláris félvezető eszközök, amelyek teljesítménykapcsolóként működnek.

Ezen eszközök kulcsfontosságú munkacsomópontjai triacokból, tirisztorokból vagy tranzisztorokból állnak. A TTR nem rendelkezik mozgó alkatrészekkel, ezzel különbözik az elektromechanikus reléktől.

A szilárdtestrelé mérete nagymértékben függ a maximális megengedett terheléstől és a hő elvezetésének lehettőségétől hőátadással és konvekcióval (+)

Ezen eszközök belső felépítése nagymértékben eltérhet a szabályozott terhelés típusától és az elektromos sémától függően.

A legegyszerűbb szilárdtestrelék a következö csomópontokat tartalmazzák:

• Bemenetti csomópont biztosítékokkal;
• Triggér áramkör;
• Optikai (galvanikus) leválasztás;
• Kapcsoló csomópont;
• Védőáramkörök;
• A terhelés kimeneti csomópontja.

A TTR bemeneti csomópontja egy elsődleges áramkörböl áll, amely sorba kapcsolt ellenállással rendelkezik. A biztosíték opcionálisan beépíthető ebbe az áramkörbe. A bemeneti csomópont feladata a vezérlőjel fogadása és a parancs továbbítása a terhelést kapcsoló kapcsolókhoz.

Váltakozó áram esetén a vezérlő és a főáramkör szétválasztására galvánikus leválasztást alkalmaznak. A relé működési elve nagymértékben függ annak kialakításától. A bemeneti jelet feldolgozó triggér áramkör beépíthető az optikai leválasztó csomópontba, vagy külön is elhelyezhető.

A védőcsomópont megakadálozza a túlterheléssek és hibák előfordulását, mivel a készülék meghibásodása esetén a csatlakoztatott berendézes is meghibásodhat.

A félvezető relék elsődleeges rendeltetése a z elektromos hálózat zárása/nyitása gyenge vezérlőjel ségítségével. A z elektromekhanikus társaival ellentétben kompaktabb formájúak, és műköés közben ném adnák ki a jellegzetes kattanó hangokat.

A TTR működési elve

A félvezető relé műköése meglehetősen egyszerű. A legtöbb TTR 20-480 V-os hálózatok automatizálásának vezérlésére szolgál.

A z optikai leválasztás lehetővé teszi minimális teljesítményű vezérlőjelek létrehozását, ami kritikus fontosságú a z autonóm áramforrásról müköő érzékelők számára. (+)

Klasszikus kivitelben a készülék házában két kapcsolóáramköri érintkező és két vezérlővezeték található. Számuk a csatlakoztatott fázisok számának növeedésével változhat. A vezérlőáramkör feszültségének meglététől függően a fő terhelés be- vagy kikapcsolása félvezető elemekkel történik.

A félvezető relek sajátsága a nem végtelen ellenállás megléte. Míg a z elektromehanikus eszközökben a z érintkezők teljesen szétválnak, addig a félvezető relekben a z áramkörben a z áram hiányát a félvezető anyagok tulajdonságai biztosítják.

Ezért magasabb feszültségeknél kismértékű szivárgó áramok léphetnek fel, amelyek hátrányosan befolyásolhatják a csatlakoztatott berendezések működését.

A szilárdtestrelék osztályozása

A relék alkalmazási területei sokfélék, ezért szerkeeti jellemzőik is nagymértékben eltérhetnek a z adott automatikus kapcsolási séma igényeitől függően. A TTR-eket a csatlakoztatott fázisok száma, a munkadam típusa, a szerkeeti jellemzők és a vezérlőáramkör típusa szerint osztályozzák.

A csatlakoztatott fázisok száma szerint

A félvezető reléket egyaránt használják háztartási készülékekben és 380 V üzemi feszültségű ipari automattizálásban.

Ezért ezek a félvezető eszközök a fázisok száma szerint a következőkre oszanak:

• egyfázisúak;
• háromfázisúak.

Az egyfázisú TTR-ek 10-100 vagy 100-500 A-es áramokkal képesek műköni. Vezérlésük anlóg jel segítsével történik.

A háromfázisú reléhez ajánlott különböző színű vezetékeket csatlakoztatni, hogy a berendezés szerelése során megfelelően lehessen azokat csatlakoztatni.

A háromfázisú félvezető relék 10-120 A-es áramtartományban képesek áramot vezetni. Felépítésük reverzív működési elvet feltételez, ami egyidejűleg több elektromos áramkör szabályozásának megbízhatóságát biztosítja.

Gyakran a háromfázisú TTR-eket aszinkron motor működésének biztosítására használják. A vezérlő elektromos kapcsolásába a magas indítóáramok miatt gyors biztosítékokat kell beépíteni.

Az üzemi áram típusa szerint

A szilárdtestrelék nem állíthatók be vagy programozhatók át, ezért csak a hálózat elektromos paramétereinek meghatározott tartományában képesek normálisan működni.

Az igényektől függően a TTR-ek kétféle áramú elektromos áramkörökkel vezérelhetők:

• egyenárammal;
• váltóárammal.

Hasonlóan osztályozhatók a TTR-ek az aktív terhelés feszültségtípusa szerint is. A háztartási készülékekben lévő relék többsége változó paraméterekkel működik.

Az egyenáramot egyetlen országban sem használják fő villamosenergia-forrásként, ezért az ilyen típusú relék alkalmazási köre szűk.

Az egyenáramú vezérlőáramú eszközöket nagy megbízhatóság jellemzi, és a szabályozáshoz 3-32 V feszültséget használnak. Széles hőmérséklet-tartományt (-30..+70°C) bírnak ki anélkül, hogy jellemzőik jelentősen megváltoznának.

A váltóárammal szabályozott relék vezérlőfeszültsége 3-32 V vagy 70-280 V. Alacsony elektromágneses zavarokkal és nagy kapcsolási sebességgel rendelkeznek.

A kialakítási jellemzők szerint

A szilárdtestreléket gyakran a lakás közös elosztószekrényébe szerelik, ezért sok modell rendelkezik DIN-sínre történő rögzítéshez való szerelőblokkal.

Ezenkívül léteznek speciális radiátorok, amelyek a TTR és a tartófelület között helyezkednek el. Lehetővé teszik a készülék hűtését nagy terhelések esetén, miközben megőrzik annak működési jellemzőit.

A relé elsősorban egy speciális konzolon keresztül rögzíthető a DIN-sínre, amelynek további funkciója is van – a készülék működése közben elvezeti a felesleges hőt.

A relé és a radiátor közé hővezető paszta réteg felvitele javasolt, amely növeli az érintkezési felületet és fokozza a hőleadást. Léteznek olyan TTR-ek is, amelyeket hagymányos csavarokkal a falra történő rögzítésre terveztek.

A vezérlési sémá típusa szerint

A szabályozott relés berendezések működési elve nem mindig igényli annak azonnali működésbe lépését.

Ezért a gyártók több TTR vezérlőáramkört fejlesztettek ki, amelyeket különböző területeken használnak:

1. Nullaátmeneti vezérlés. A szilárdtestrelé vezérlésének ez a módja csak akkor vált ki, ha a feszültség értéke 0. Kapacitív, rezisztív (fűtőtestek) és gyenge induktív (transzformátorok) terhelésű eszközökben használják.
2. Azonnali. Akkor használják, amikor a relének a vezérlőjel megadásakor azonnal ki kell váltania.
3. Fázisvezérlés<:/strong>. A kimeneti feszültség szabályozását a vezérlőáram paramétereinek megváltoztatásával végzi. A fűtés vagy világítás mértékének fokozatos megváltoztatására használják.

A szilárdtestrelék számos más, kevésbé jelentős paraméterben is különböznek. Ezért TTR vásárlásakor fontos megérteni a csatlakoztatandó berendezés működési sémáját, hogy a lehető legjobban megfelelő szabályozó készüléket vásárolhassuk.

Gondoskodni kell a teljesítménytartalékról, mert a relének van egy élettartama, ami gyorsan kimerül gyakori túlterhelés esetén.

A TTR előnyei és hátrányai

Nem véletlenül szorítják ki a szilárdtest relék a piacról a hagyományos indítókészülékeket és kontaktorokat. Ezek a félvezető eszközök számos előnnyel rendelkeznek az elektromechanikus társaikkal szemben, ami miatt a fogyasztók éppen mellettük döntenek.

Az integrált áramkörökhöz való relé kompakt méretü, és a maximális áramerőssége erősen korlátozott. Rögzítésük főként a speciális lábak beforrasztásával történik.

Az ilyen előnyök közé tartozik:

1. Alacsony energiafogyasztás (90%-kal kevesebb).
2. Kompakt méretek, amelyek lehetővé teszik a berendezések beszerelését korlátozott helyen.
3. Nagy be- és kikapcsolási sebesség
4. Alacsony zajszintű működés, nincsenek az elektromechanikus relékre jellemző kattanások.
5. Nem igényel karbantartást.
6. Hosszú élettartam, köszönhetően a több száz millió kapcsolási ciklusnak.
7. Az elektronikus egységek széleskörű módosítási lehetőségeinek köszönhetően a szilárdtest relék kiterjesztett alkalmazási területekkel rendelkeznek.
8. Nincs elektromágneses zavar a kapcsoláskor.
9. Kizárható az érintkezők sérülése a mechanikai ütközés miatt.
10. Nincs közvetlen fizikai érintkezés a vezérlő- és kapcsolóáramkörök között.
11. A terhelés szabályozásának lehetősége.
12. Az impulzus szilárdtest relékben automatikus áramkörök találhatók, amelyek védnek a túlterhelés ellen.
13. Használhatóság robbanásveszélyes környezetben.

A fent említett szilárdtest relé előnyök nem mindig elegendőek a berendezés normál működéséhez. Ezért még nem szorították ki teljesen az elektromechanikus kontaktorokat.

Az erős szilárdtest relék stabil működéséhez fontos a hatékony hőelvezetés, mert magas hőmérsékleten a terhelési feszültség élesen torzul (+).

A szilárdtest reléknek is vannak hátrányai, amelyek miatt nem használhatók minden esetben.

A hátrányok közé tartozik:

1. A legtöbb eszköz nem képes 0,5 kV feletti feszültségen működni.
2. Magas költség.
3. Érzékenység a nagy áramokra, különösen az elektromotorok indítóáramköreiben.
4. Használati korlátozások magas páratartalom mellett.
5. A működési jellemzők kritikus csökkenése -30°C fagy alatt és +70°C hő alatt.
6. A kompakt ház túlzott melegedéshez vezet a berendezésben tartósan magas terhelés esetén, ami passzív vagy aktív hűtőberendezések használatát igényli.
7. A berendezés megolvadásának lehetősége rövidzárlatkori melegedés miatt.
8. A relé zárt állapotában lévő mikroáramok kritikusak lehetnek a berendezés működése szempontjából. Például a hálózatra kapcsolt fénycsövek időnként felvillanhatnak.

Így a szilárdtest reléknek meghatározott alkalmazási területeik vannak. A nagfeszültségű ipari berendezesek áraköreiben való használatuk erősen korlátozott a félvezető anyagok tökéletlen fizikaj tulajdonságai miatt.

Azonban a háztartási gépekben és az autóiparban a szilárdtest relék erős pozíciót foglalnak el pozití tulajdonságaiknak köszönhetően.

Lehetséges bekötési rajzok

A szilárdtest relék bekötési sémái nagyon változatosak lehetnek. Minden elektromos áramkör a csatlakoztatott terhelés jellemzői alapján épül fel. A sémába további biztosítékok, vezérlők és szabályozó eszközök kerülhetnek be.

Annak köszönhetően, hog a készülékben a vezérlő- és a terhelőáramkörök nem fedik át egymást, elektromos jellemzőik bármilyen paraméterben eltérhetnek (+)

Az alábbiakban bemutatjuk a legegyszerűbb és legelterjedtebb szilárdtest relé bekötési sémákat:

• normálisan nyitott;
• csatolt áramkörű;
• normálisan zár;
• háromfázisú;
• reverzibilis.

Normálisan nyitott (szakadt) séma – a relé, amelyben a terhelés feszültség alat van, ha van vezérlő jel. Vagyis a csatlakoztatot berendezés kikapcsolt állapotban van, ha a 3 és 4 bemenetek feszültségmentesek.

A relé megvásárlása előtt meg kell határozni a kívánt kezdeti állapot típusát (zárt vagy nyitott), hog biztosítsuk a csatlakoztatott berendezés megfelelő működését (+).

Normálisan zárt séma – olyan relét jelent, amelyben a terhelés feszültség alat van, ha nincs vezérlő jel. Vagyis a csatlakoztatott berendezés üzemképes állapotban van, ha a 3 és 4 bemenetek feszültségmentesek.

Létezik olyan szilárdtest relé bekötési séma, amelyben a vezérlő és a terhelő feszültség azonos. Ez a mód egysidőűleg használható egyenáramú és váltakozóáramú hálózatokban való működésre.

Háromfázisú relék némileg eltérő elvek szerint csatlakoznak. Az érintkezők "Csillag", "Háromszög" vagy "Csillag nullavezetékkel" változatokban kapcsolódhatnak.

A relé háromfázisú bekötési sémájának megváasztása nagymértékben füg a hozá terhelésként csatakoztatott berendezés működési jellemzőitől.

Reverzibilis szilárdtest reléket használnak az elektromotorokban a megfelelő üzemmódban. Háromfázisú kivitelben készülnek, és két vezérlő áramkört tartalznak.

Ha a relé szempontjából fontos az érintkezők bekötésének polaritásának betartása, akkor a jelölésen mindig fel lesz tüntetve, hogy hova kell csatlakoztatni a fázist és a nullát.

Az SSR segítségével elektromos áramköröket csak az előzetes papírra vázolás után szabad összeállítani, mert a helytelenül csatlakoztatott eszközök rövidzárlat miatt meghibásodhatnak.

Az eszközök gyakorlati alkalmazása

A szilárdtest relék felhasználási területe meglehetősen széleskörű. Magas megbízhatóságuk és rendszeres karbantartási igényük hiánya miatt gyakran a berendezések nehezen hozzáférhető helyeire szerelik őket.

Sok relénél a vezérlőáramkör vezetékeinek csatlakoztatása megköveteli a polaritás betartását, amit a berendezés szerelése során figyelembe kell venni.

Az SSR-ek fő alkalmazási területei pedig a következők:

• fűtőpatronokkal működő hőszabályozó rendszer;
• stabil hőmérséklet fenntartása technológiai folyamatokban;
• transzformátorok működésének ellenőrzése;
• világítás szabályozása;
• mozgásérzékelők, világításérzékelők, kültéri világításhoz használt fényérzékelők stb. kapcsolási rajzai;
• villanymotorok vezérlése;
• szünetmentes tápegységek.

A háztartási gépek automatizálásának növekedésével a szilárdtest relék egyre elterjedtebbé válnak, a fejlődő félvezető tehnológiák pedg folyamatsan úy alalmazáasi területeket nyitanak meg számuka.

Ha szeretné, akár saját kezűleg is összeállíthat egy szilárdtest relét. Részletes útmutaó található ebben a cikben.

Következtetések és hasznos vidéó a témából

A bemutatott videók segítenek jobban megérteni a szilárdtest relék működését és megismerkedni a csatlakoztatási módjaikkal.

A legegyszerűbb szilárdtest relé működésének gyakorlati bemutatója:

A szilárdtest relék változatainak és működési sajátosságainak elemzése:

Az SSR működésének és felmelegedési fokának tesztelése:

Gyakorlatilag bárki összeszerelhet egy szilárdtest reléből és érzékelőből álló elektromos áramkört.

A munkaáramkör megtervezése azonban alapvető elektrotechnikailag ismereteket igényel, mert a helytelen csatlakoztatás áramütéshez vagy rövidzárlathoz vezethet. Cserébe a helyes lépések eredményeként számos, a háztartásban hasznos készüléket nyerhetünk.

Van hozzáfűzni valója, vagy kérdései merültek fel a szilárdtest relék csatlakoztatásával és alkalmazásával kapcsolatban? Nyugodtan hagyhat megjegyzéseket a cikkhez, részt vehet a vitákban, és megoszthatja saját tapasztalatait az ilyen eszközök használatáról. A kapcsolatfelvételi űrlap az alsó blokkban található.