Mikä on puolijohderele ja miten sitä käytetään oikein

Kaikissa sähköisissä piireissä on kytkettävä instrumentit ja laitteet päälle ja pois päältä. Käytä tätä varten kytkentälaitteita. Se voi olla joko yksinkertainen kytkin tai kytkin tai releet, kontaktorit jne. Tänään tarkastelemme yhtä näistä laitteista - puolijohderele, puhumme siitä, millainen on valita ja kytkeä kuormanohjauspiiri.

Mikä tämä on?

Puolijohderele Onko laite rakennettu puolijohdeelementeille ja virtakytkimille, kuten triakeille, bipolaarille tai MOS-transistorille. Englanninkielisissä lähteissä kutsutaan solid-state-releiksi SSR Solid State Relay (joka kirjaimellisessa käännöksessä vastaa venäjän nimeä).

kuten sähkömagneettisissa releissä ja muut kytkentälaitteet, ne on suunniteltu ohjaamaan heikkoa signaalia kuormalla, jolla on suurempi jännite tai virta.

Eroja sähkömagneettisista releistä

Tavalliset releet, kuten kaikki sähkömagneettiset kytkentälaitteet, toimivat seuraavasti - on käämi, johon virta johdetaan ohjausjärjestelmästä tai painonappula-asemasta. Kelan läpi virtaavan virran seurauksena syntyy magneettikenttä, joka houkuttelee ankkuria kontaktiryhmän kanssa. Tämän jälkeen koskettimet sulkeutuvat ja virta virtaa kuormaan niiden läpi.

Kiinteätiloissa ei ole ohjauskelaa eikä liikkuvaa kontaktiryhmää. Mitä puolijohdereleen sisällä näet alla. Siinä, kuten edellä mainittiin, käytetään virtakoskettimien sijasta puolijohdekytkimiä: transistoreita, triaseja, tyristeitä ja muita sovellusalueesta riippuen (kuvan oikea puoli).

Tämä on tärkein ero puolijohdereleen ja sähkömagneettisen releen välillä. Tässä suhteessa solid-state-tilassa on huomattavasti pidempi käyttöikä, koska kontaktiryhmässä ei ole mekaanista kulumista, on myös syytä huomata, että puolijohdereleiden nopeus on suurempi kuin sähkömagneettisten.

Sen lisäksi, että mekaanista kulumista ei ole, kytkennän aikana ei ole kipinöitä tai kaaria, samoin kuin kosketinten kosketuksista aiheutuvat äänet kytkennän aikana. Muuten, jos kytkennän aikana ei ole kipinöitä ja valokaaripurkauksia, puolijohdereleet voivat toimia räjähtävissä tiloissa.

vertailu

Puolijohdereleiden edut verrattuna sähkömagneettisiin releisiin ovat seuraavat:

1. Meluton.

2. On näyttöä siitä, että niiden MTBF-luokka on 10 miljardia kytkintä, mikä on vähintään 1000 kertaa sähkömagneettisten releiden resurssi.

3. Jos sähkömagneettisissa releissä ylijännite ei käytännössä ole kauheaasitten elektroninen piiri puolijohderele useimmissa tapauksissa epäonnistuujos näitä pulsseja ei rajoiteta piiripäätöksiä. Siksi näiden laitteiden vertaaminen kytkentämäärällä ei ole aina oikein.

4. nopeus puolijohderele on fraktiot ja yksiköt millisekuntia, kun taas sähkömagneettisella releellä on 50 ms - 1 s.

5. Energiankulutus on 95% pienempi kuin sähkömagneettisten analogien kääminkulutus.

Nämä edut kattavat kuitenkin joukon haittoja:

• Puolijohdereleet kuumenevat käytön aikana. Teho, joka on yhtä suuri kuin jännitepudotuksen virtakytkimen läpi (luokkaa 2 volttia) ja sen läpi virtaava virta vapautetaan lämmölle;

• Ylikuormituksen ja oikosulkujen tapauksessa virtakytkimen vioittuminen on suuri, ylikuormituskapasiteetti on yleensä 10 In 10 ms: n ajan - yksi jakso verkossa taajuudella 50 Hz (voi vaihdella käytetyistä komponenteista riippuen);

• Katkaisijalla, todennäköisimmin, ei ole aikaa laukaisuun, ennen kuin rele epäonnistuu oikosulun aikana;

• Ylijännitejännitteissä (tehonsiirtymät) - puolijohdereleen käyttöikä voi päättyä heti.

• Puolijohdereleillä on tämän vuoksi vuotovirta (korkeintaan 7-10 mA), jos ne ovat ohjauspiirissä, esimerkiksi LED-lamput - jälkimmäiset vilkkuvat samalla tavalla kuin taustavalokytkimen tilanne. Vastaavasti vaihejohdossa on jännitettä, vaikka rele irrotettaisiin!

Seuraava taulukko näyttää valmistajan "FOTEK" (muuten joitain yleisimpiä) TSR (kolmivaiheinen) ja SSR (yksivaiheinen) sarjojen puolijohdereleiden yleiset ominaisuudet. Periaatteessa muilla valmistajilla on vastaavat tai samanlaiset tuote-eritelmät.

Eristysvastus

> 50 MΩ / 500 V DC

Dielektrisen lujuuden tulo / lähtö

Kestää 2,5 kV AC: n yhden minuutin ajan

Laukaisuvirta

Enintään 7,5 mA

Ylikuormituskapasiteetti

Enintään 10 nimellisvirtaa 10 ms: n sisällä

Vaihtomenetelmä

Ylitettäessä nollan läpi (vaihtovirtamalleissa) tai heti optoerottimen kautta (tasavirta)

Sisäänrakennettu suoja

SSR-F-sarjassa on vaihdettava sulake

tyypit

Puolijohdereleet voidaan luokitella:

• Virran tyypin mukaan (vakio tai vaihtuva);

• Virran voimakkuuden mukaan (pieni teho, teho);

• Asennusmenetelmän mukaan;

• Jännitteen mukaan;

• Vaiheiden lukumäärällä;

• Ohjaussignaalin tyypin mukaan (tasa- tai vaihtovirta, analogiatulo muuttuvan vastuksen ohjaamiseksi, 4-20 mA: n piirissä jne.).

• Kytkentätyypin mukaan - kytkentä, kun jännite kulkee nollan läpi (vaihtovirtapiireissä), tai kytkentä ohjaussignaalilla (esimerkiksi tehon säätämiseksi).

Joten vaiheiden lukumäärän mukaan on olemassa yksi- ja kolmivaihereleet. Mutta ohjaussignaalityyppejä on paljon enemmän. Sisäisestä laitteesta riippuen, puolijohdereleitä voidaan ohjata joko vakiojännitteellä tai vaihtojännitteellä.

Yleisimmät puolijohdereleet, joita ohjataan vakiojännitteellä alueella 3 - 32 volttia. Tässä tapauksessa ohjattavan jännitteen suuruuden tulisi olla tällä alueella, eikä se saa olla yhtä suuri kuin minkä tahansa siitä saatu erityinen arvo, mikä on erittäin kätevää integroitaessa järjestelmiin, joilla on erilaiset jännitteet.

On myös puolijohdereleitä, joiden ohjaamiseksi käytetään analogista signaalia:

• 4 - 20 mA;

• 0-10 volttia tasavirtaa;

• Säädettävä vastus 470-560 kOhm.

Tässä tapauksessa sellaisia ​​releitä voidaan käyttää liitetyn laitteen virran säätelemiseen, vaiheohjauksen periaatteen mukaisesti. Samaa säätöperiaatetta käytetään kotitalouksien himmentimissä valaistukseen.

Alla olevassa taulukossa näet IMPULSin vaihejohtomenetelmällä varustettujen solid-state-releiden ohjaussignaalien tyypit.

Kiinnitä huomiota merkinnän viimeisiin kirjaimiin (LA, VD, VA), sillä useimmilla valmistajilla ne ovat samoja, ja he sanovat, vain signaalityypistä.

Kuten jo mainittiin, vaiheohjatussa releessä ohjaussignaalin suuruudesta riippuen lähtöjännite muuttuu, mikä on esitetty alla olevassa kaaviossa.

Tällainen rele voidaan tunnistaa ehdollisella kuvalla tuloliittimien lähellä, esimerkiksi alla olevasta kuvasta näkyy, että tuloon on kytketty 470-560 kOhm muuttuvavastus.

On myös puolijohdereleitä, joissa on ohjaussignaali AC 220 V -verkosta, kuten alla on esitetty. Ne soveltuvat käytettäväksi pienitehoisten kontaktorien tai sähkömagneettisten releiden korvaamiseen.

Merkintä ja ohjaustyyppi

Releen "vaiheen" määrittämiseksi käytetään merkinnän alussa olevia merkkejä:

• SSR - yksivaiheinen;

• TTR - kolmivaiheinen.

Mikä vastaa yhden navan ja kolmen navan kytkentälaitteita.

Nykyinen voimakkuus on myös salattu, esimerkiksi FOTEK ilmoittaa sen muodossa: Pxx

Missä "xx" on virta ampeereina, esimerkiksi P03-3 ampeeria ja P10-10 ampeereita.

Jos merkinnässä on kirjain H, tämä rele on tarkoitettu ylijännitteen kytkemiseen.

Merkinnöissä säätötyypin tiedot ilmoitetaan viimeisissä merkkeissä, ne saattavat vaihdella valmistajilta toisin, mutta usein sillä on tämä muoto ja merkitys (tiedot kerätään eri valmistajilta):

• VA - muuttuva vastus 470-560kOhm / 2W (vaiheohjaus);

• LA - 4 - 20 mA: n analoginen signaali (vaiheohjaus);

• VD - analoginen signaali 0-10V DC (vaiheohjaus);

• ZD - ohjaus 10-30 V DC (kytkentä nollan läpi);

• ZD3 - ohjaus 3-32 V DC (kytkentä nollan läpi);

• ZA2 - ohjaus 70–280 V AC (kytkentä nollan läpi);

• DD3 - 3-32 V: n tasavirtasignaalin ohjaus tasavirtapiirillä (tasajännitekytkin);

• DA - DC-signaalin ohjaus, vaihtovirtapiirin kytkentä.

• AA - vaihtovirtasignaalin ohjaus (220 V), vaihtovirtapiirin kytkentä.

Tarkistetaan se käytännössä, sanotaan, että törmäsit sellaiseen tuotteeseen kuin alla olevassa kuvassa, ja haluat tietää mikä se on.

Jos tutkit tarkkaan johtojen liitäntänapojen lähellä olevia merkintöjä, tulee jo selväksi, että tämä on rele vaihtovirtapiirien ohjaamiseksi välillä 90 - 480 volttia, kun taas ohjaus tapahtuu myös vaihtovirralla, jonka jännite on 80 - 250 volttia.

Jos vain merkintä on näkyvissä, niin: ”SSR” on yksivaiheinen; "-10" - nimellisvirta 10 ampeeria; “AA” - vaihtovirtaohjaus, vaihtovirta; “H” - korkeajännitteen kytkemiseksi virtapiirissä - jopa 480 V (jos H: tä ei olisi, se olisi jopa 380–400 V).

Vakauttaaksesi ja ymmärtääksesi paremmin, tutkia seuraavaa taulukkoa puolijohdereleiden merkinnöillä ja ominaisuuksilla.

laite

Puolijohdereleen sisäinen piiri riippuu siitä, mihin virtaan se on suunniteltu (suora tai vaihtuva) ja signaalin tyypistä, jota sitä ohjataan. Tarkastellaan joitain niistä.

Aloitetaan releestä, jota ohjataan tasavirralla ja joka liikkuu nollan läpi. Niitä kutsutaan joskus "Z-tyyppisiksi puolijohdereleiksi".

Tapit 3-4 ovat ohjaussignaalin tulo, joka käyttää optoerottimen ohjausta, jota käytetään tulo- ja lähtöpiirien galvaaniseen eristämiseen.

Lohko, joka ohjaa 0: n läpi tapahtuvaa siirtymää, tai kuten sitä kutsutaan nolla ristikytkentäksi, tarkkailee verkkojännitteen vaihetta ja kun se kulkee nollan läpi, se kytkee piirin (päälle tai pois). Tätä menetelmää kutsutaan myös nollajännitekytkimeksi. Sen avulla voidaan vähentää kytkentävirtoja, kun virta kytketään (koska jännite on tällä hetkellä nolla), ja EMF: n oma-induktiovirheitä, kun kuorma on kytketty irti.

Soveltuu resistiivisten, kapasitiivisten ja induktiivisten kuormien hallintaan. Ei sovi korkean induktiivisen kuormituksen (cos cos <0,5) ohjaamiseen, kuten muuntajat joutokäynnillä. Tämä ohjausmenetelmä ei myöskään häiritse verkkovirtaa kytkennän aikana. Alla näet ohjaussignaalien, verkkojännitteen ja kuormavirran kaaviot tällä ohjausmenetelmällä.

Kaavamaisesti tämä toteutetaan seuraavasti:

Tässä verkosta tuleva jännite syötetään lohkolle, jolla on triac ja lohkolle, joka seuraa siirtymää nollan läpi. Elementit Q1, R3, R4, R5, C4 korkeajännitteessä estävät tyristorin T2 aukon, joka säätelee tehotriaaalia T1. Kytkentä on silloin mahdollista vain nollan lähellä olevalla jännitteellä. Tulopiiri tehdään U1: lle - transistorin optoerottimelle, joka toimittaa signaalin Tiac triac-ohjaimen ohjauselektrodille Q2: n kautta.

Pikareleet on järjestetty jonkin verran eri tavoin kuin kytkentäreleet ylittäessään nolla. Heistä puuttuu ZCC-kaskadia.

AC: ta ohjattaessa piiri eroaa vain tasasuuntaajan tulossa (diodisilta).

Ja kun kytketään DC-piirejä, triakki korvataan transistorilla.

On myös universaalirelejä tasa- ja vaihtovirralle, joissa käytetään transistoreita. Puolijohdereleiden lähtöasteiden piirejä on yleensä monia, seuraavat ovat esimerkkejä valmistajan, kuten kansainvälisen tasasuuntaajan, erilaisten mallien piiristä.

Vaiheohjausmenetelmällä varustetussa releessä tilanne on jonkin verran erilainen. Kuten himmennin, se voi säätää kuormitustehoa (lähtöjännite), sillä tähän syötetään analoginen signaali tuloon - jännite, virta tai vaihtovirta on kytketty. Voimaelementtinä käytetään tässä tyristoria.Muista kuitenkin, että tämän säätömenetelmän takia verkossa esiintyy häiriöitä estääkseen sitä, mitä verkkosuodattimia yleisen tilan kuristimilla käytetään, mutta tämä on aivan eri aihe.

Alla olevassa kuvassa näet kytkinerot, kun vaihdevaihteessa tapahtuu nolla.

Liitäntäkaaviot ja käyttöominaisuudet

Itse asiassa solid-state-releiden kytkentäkaavio ei juuri eroa tavanomaisista. Kuinka muodostaa yhteyden? Mennään oikein.

Jos joudut korvaamaan tavanomaisen 220 V: n releen 220 V: n AC-ohjauksella, käytä seuraavaa kaaviota, esimerkiksi LDG LDSSR-10AA-H. Esimerkiksi kaavio näyttää yhteyden tavanomaisen kytkimen tai kytkentäkytkimen kautta. Sen sijaan aktivointisignaali voidaan toimittaa termostaatista, ohjaimesta ja muista laitteista.

Jos joudut ohjaamaan 220 V -piiriä matalajännitesignaalilla, voit käyttää FOTEK HPR-80AA: ta.

Tässä piirissä 12 VDC-virtalähdettä käytetään matalajännitteisen tasavirtalähteenä, jota käytetään laajalti LED-nauhojen virtalähteinä. Muuten, voit jopa ohjata sellaista puolijohderelettä syöttämällä jännitettä matkapuhelimen laturista tuloon, koska sen lähtö on 5 V, mikä on enemmän kuin 3 V: n minimisignaali.

Muista, että ohjausjännite on kytkettävä kokonaan irti, koska jokaisella releellä on tietyt parametrit, joilla se toimii, esimerkiksi yllä oleva jännite on noin 1 volttia ja se ei välttämättä toimi 3 nimellisjännitteellä, mutta jo 2,5: llä. (Tiedot keskitetään esimerkiksi keskiarvoon, ja ne voivat vaihdella paitsi tietyn tuotteen lisäksi myös ympäristöolosuhteista ja asennuksesta.)

Mutta muistakaa, että on olemassa myös rele, jolla on vaiheohjausmenetelmä. Tällaisten releiden kytkentäkaaviot on esitetty alla (kuva niitä koskevissa ohjeissa).

Kysymys kuuluu, miksi sellaisia ​​releitä tarvitaan ja missä niitä käytetään? Vastauksen haku tähän kysymykseen oli lyhytkestoista heti, kun kirjoitin kyselyn alkuun ja julkaisin heti vaihtoehdot käytettäväksi virta-avaimena lämmityselementtien ohjaamiseksi termostaateista, joiden lähtö on 4-20 mA tai 0-10V.

Muuten, teollisiin sovelluksiin liittyy myös kotimaista kehitystä, esimerkiksi ARIES TPM132 ja muut mallit, jotka toimivat 4-20 mA: n ja 0-10 V: n lähtösignaaleilla.

Puolijohdereleen käyttäminen raskaan kuorman ohjaamiseen ei kuitenkaan ole mahdollista ilman jäähdytystä. Tätä varten käytetään passiivista (yksinkertainen jäähdytin) tai aktiivista jäähdytystä (jäähdytin + jäähdytin).

Jäähdyttimien valintaa koskevat suositukset on annettu tietyn solid-state-releen teknisissä asiakirjoissa, joten et voi antaa yleisiä neuvoja.

johtopäätös

Puolijohdereleitä voidaan joissain tapauksissa käyttää sähkömekaanisina releinä. Arjen suosituimpia vaihtoehtoja ovat kontaktorin korvaaminen sähkökattilassa johtuen siitä, että se katkeaa voimakkaasti, kun virta kytketään, ja sisällyttäminen TENOV tulee hiljaiseksi.

Samoin kuin erilaisten voimakkaiden tehonsäätimien toteuttaminen samoihin lämmityselementteihin ja muihin asioihin, joita varten käytetään solid-state-relettä analogisella signaalitulolla muuttuvasta vastuksesta (tyyppi VA).

Radioamatöörit voivat koota yksinkertaisimman puolijohdereleen, joka perustuu optiseen ohjaimeen triaseille, joiden tyyppi on MOC3041 ja vastaavat.

Uskon, että nämä ovat arvokkaita tuotteita käytettäväksi erilaisissa automaatiotyökaluissa, lisäksi ne eivät vaadi huoltoa (paitsi patterien puhdistamiseen pölystä) ja niiden käyttöiän voidaan sanoa olevan rajaton. Ne kestävät useita kertoja kauemmin kuin kontaktorit, mikäli niissä ei ole ylikuormituksia, ylikuumenemista, oikosulkua ja ylijännitteitä!