Puolijohderele: tyypit, käytännön sovellus, kytkentäkaaviot

Klassisista käynnistimistä ja kontaktoreista on vähitellen tulossa menneisyyttä.Heidän paikkansa autoelektroniikassa, kodinkoneissa ja teollisuusautomaatiossa ovat puolijohdereleet - puolijohdelaite, jossa ei ole liikkuvia osia.

Laitteilla on erilaiset rakenteet ja kytkentäkaaviot, jotka määrittelevät niiden käyttöalueen. Ennen kuin käytät laitetta, sinun on ymmärrettävä sen toimintaperiaate, opittava erityyppisten releiden toiminta- ja liitännät. Vastaukset yllä oleviin kysymyksiin on kuvattu yksityiskohtaisesti tässä artikkelissa.

Puolijohderele laite

Nykyaikaiset puolijohderelet (SSR) ovat modulaarisia puolijohdelaitteita, jotka toimivat tehon sähkökytkiminä.

Näiden laitteiden tärkeimmät toimintayksiköt ovat triacit, tyristorit tai transistorit. SSR:issä ei ole liikkuvia osia, minkä vuoksi ne eroavat sähkömekaanisista releistä.

SSR:n koko riippuu suurelta osin enimmäiskuormituskapasiteetista ja kyvystä hajottaa lämpöä lämmönsiirrolla ja konvektiolla (+)

Näiden laitteiden sisäosat voivat vaihdella suuresti säädettävän kuormituksen tyypin ja sähköpiirin mukaan.

Yksinkertaisimmat puolijohdereleet sisältävät seuraavat komponentit:

• syöttöyksikkö sulakkeilla;
• laukaista piiri;
• optinen (galvaaninen) eristys;
• kytkin yksikkö;
• suojapiirit;
• kuorma poistumissolmu.

SSR-tulosolmu on ensiöpiiri, jonka vastus on kytketty sarjaan. Tähän piiriin on asennettu lisävarusteena sulake. Tulosolmun tehtävänä on vastaanottaa ohjaussignaali ja lähettää komento kuormaa kytkeville kytkimille.

Vaihtovirralla galvaanista erotusta käytetään erottamaan ohjaus- ja pääpiirit. Releen toimintaperiaate riippuu suurelta osin sen suunnittelusta. Tulosignaalin käsittelystä vastaava liipaisupiiri voidaan sisällyttää optiseen eristysyksikköön tai sijoittaa erikseen.

Suojayksikkö estää ylikuormituksen ja virheiden syntymisen, koska laitteen hajoamisen seurauksena myös liitetty laite voi epäonnistua.

Puolijohdereleiden päätarkoitus on sulkea/avaa sähköverkko käyttämällä heikkoa ohjaussignaalia. Toisin kuin sähkömekaaniset analogit, ne ovat muodoltaan kompaktimpia eivätkä aiheuta ominaisia ​​napsautuksia käytön aikana.

TTP:n toimintaperiaate

Puolijohdereleen toiminta on melko yksinkertaista. Useimmat SSR:t on suunniteltu ohjaamaan 20-480 V verkkojen automaatiota.

Optinen eristys mahdollistaa minimaalisen tehon ohjaussignaalien luomisen, mikä on kriittistä autonomisista virtalähteistä toimiville antureille (+)

Klassisessa versiossa laitteen rungossa on kaksi kytkentäpiirin kosketinta ja kaksi ohjausjohtoa. Niiden lukumäärä voi muuttua kytkettyjen vaiheiden määrän kasvaessa. Ohjauspiirin jännitteen esiintymisestä riippuen pääkuorma kytketään päälle tai pois puolijohdeelementeillä.

Puolijohdereleiden ominaisuus on rajaton vastus.Jos sähkömekaanisten laitteiden koskettimet irrotetaan kokonaan, puolijohdemateriaalien ominaisuudet varmistavat puolijohdemateriaalien ominaisuuksien avulla puolijohdemateriaalien virran puuttuminen piirissä.

Tästä syystä korkeilla jännitteillä voi ilmaantua pieniä vuotovirtoja, jotka voivat vaikuttaa negatiivisesti liitettyjen laitteiden toimintaan.

Puolijohdereleiden luokitus

Releiden käyttöalueet vaihtelevat, joten niiden suunnitteluominaisuudet voivat vaihdella suuresti riippuen tietyn automaattisen piirin tarpeista. SSR:t luokitellaan kytkettyjen vaiheiden lukumäärän, käyttövirran tyypin, suunnitteluominaisuuksien ja ohjauspiirin tyypin mukaan.

Kytkettyjen vaiheiden lukumäärän mukaan

Puolijohdereleitä käytetään sekä kodinkoneissa että teollisuusautomaatiossa käyttöjännitteellä 380 V.

Siksi nämä puolijohdelaitteet jaetaan vaiheiden lukumäärästä riippuen:

• yksivaihe;
• kolmivaiheinen.

Yksivaiheiset SSR:t mahdollistavat työskentelyn 10-100 tai 100-500 A virroilla. Niitä ohjataan analogisella signaalilla.

Kolmivaihereleeseen on suositeltavaa kytkeä eriväriset johdot, jotta ne voidaan kytkeä oikein laitteistoa asennettaessa

Kolmivaiheiset puolijohderelet Ne pystyvät kuljettamaan virtaa alueella 10-120 A. Niiden laite olettaa käänteisen toimintaperiaatteen, joka varmistaa useiden sähköpiirien samanaikaisen säädön luotettavuuden.

Usein kolmivaiheisia SSR:itä käytetään varmistamaan asynkronisen moottorin toiminta. Sen sähköiseen ohjauspiiriin on sisällytettävä nopeat sulakkeet korkeiden syöttövirtojen vuoksi.

Käyttövirran tyypin mukaan

Puolijohdereleitä ei voi konfiguroida tai ohjelmoida uudelleen, joten ne voivat toimia normaalisti vain tietyllä verkon sähköparametrialueella.

Tarpeen mukaan SSR:itä voidaan ohjata sähköpiireillä, joissa on kahden tyyppinen virta:

• pysyvä;
• muuttujia.

Vastaavasti SSR:t voidaan luokitella aktiivisen kuormitusjännitteen tyypin mukaan. Useimmat kodinkoneiden releet toimivat muuttuvilla parametreilla.

Tasavirtaa ei käytetä pääsähkönlähteenä missään maailman maassa, joten tämän tyyppisillä releillä on kapea käyttöalue

Jatkuvalla ohjausvirralla toimiville laitteille on ominaista korkea luotettavuus ja ne käyttävät säätämiseen jännitettä 3-32 V. Ne kestävät laajan lämpötila-alueen (-30...+70°C) ilman merkittäviä muutoksia ominaisuuksissa.

Vaihtovirtasäädetyillä releillä on ohjausjännite 3-32 V tai 70-280 V. Niille on ominaista alhainen sähkömagneettinen häiriö ja korkea toimintanopeus.

Suunnitteluominaisuuksien mukaan

Puolijohderelet asennetaan usein asunnon yleissähköpaneeliin, joten monissa malleissa on asennuslohko DIN-kiskoon kiinnitystä varten.

Lisäksi TSR:n ja tukipinnan välissä on erityisiä pattereita. Niiden avulla voit jäähdyttää laitetta suurilla kuormituksilla säilyttäen sen suorituskykyominaisuudet.

Rele on asennettu DIN-kiskoon pääosin erikoiskiinnikkeen kautta, jolla on myös lisätoiminto - se poistaa ylimääräisen lämmön laitteen käytön aikana

Releen ja patterin väliin on suositeltavaa levittää kerros lämpötahnaa, mikä lisää kosketuspinta-alaa ja lisää lämmönsiirtoa. On myös TTP:itä, jotka on suunniteltu kiinnitettäväksi seinään tavallisilla ruuveilla.

Valvontajärjestelmän tyypin mukaan

Laitteen säädettävän releen toimintaperiaate ei aina vaadi sen välitöntä toimintaa.

Siksi valmistajat ovat kehittäneet useita SSR-ohjausjärjestelmiä, joita käytetään eri aloilla:

1. Ohjaus "nollan kautta". Tämän tyyppinen puolijohdereleohjaus edellyttää toimintaa vain jännitearvolla 0. Sitä käytetään laitteissa, joissa on kapasitiiviset, resistiiviset (lämmittimet) ja heikot induktiiviset (muuntajat) kuormat.
2. Välitön. Käytetään, kun relettä on käytettävä jyrkästi ohjaussignaalin ollessa päällä.
3. Vaihe. Siihen kuuluu lähtöjännitteen säätö muuttamalla ohjausvirran parametreja. Käytetään lämmitys- tai valaistusasteen sujuvaan vaihtamiseen.

Puolijohdereleet eroavat myös monien muiden, vähemmän merkittävien parametrien osalta. Siksi TSR:ää ostettaessa on tärkeää ymmärtää liitetyn laitteen toimintakaavio, jotta siihen voidaan ostaa sopivin ohjauslaite.

Tehoreservi on varattava, koska releellä on käyttöikä, joka kuluu nopeasti toistuvien ylikuormitusten yhteydessä.

TTP:n edut ja haitat

Puolijohdereleet eivät turhaan korvaa markkinoilla olevia tavanomaisia ​​käynnistimiä ja kontaktoreita. Näillä puolijohdelaitteilla on monia etuja sähkömekaanisiin vastineisiinsa nähden, mikä pakottaa kuluttajat valitsemaan ne.

Mikropiirien releet ovat kooltaan kompakteja ja erittäin rajoitettuja maksimivirran suhteen. Ne kiinnitetään pääasiassa juottamalla erikoisjalkoja

Näitä etuja ovat:

1. Alhainen virrankulutus (90 % vähemmän).
2. Kompaktit mitat mahdollistavat laitteiden asentamisen rajallisiin tiloihin.
3. Suuri käynnistys- ja sammutusnopeus
4. Vähentynyt toimintamelu, ei sähkömekaaniselle releelle ominaista napsautusta.
5. Huoltoa ei odoteta.
6. Pitkä käyttöikä satojen miljoonien toimintojen resurssin ansiosta.
7. Laajojen elektronisten komponenttien modifiointimahdollisuuksien ansiosta TSR:t ovat laajentaneet käyttöalueita.
8. Ei sähkömagneettisia häiriöitä käytön aikana.
9. Mekaanisen iskun aiheuttamat koskettimien vauriot eliminoituvat.
10. Suoran fyysisen kontaktin puute ohjaus- ja kytkentäpiirien välillä.
11. Mahdollisuus kuormituksen säätöön.
12. Automaattisten piirien läsnäolo pulssi-SSR:issä, jotka suojaavat ylikuormitukselta.
13. Mahdollisuus käyttää räjähdysalttiissa ympäristössä.

Puolijohdereleiden esitetyt edut eivät aina riitä laitteiden normaaliin toimintaan. Siksi ne eivät ole vielä täysin korvanneet sähkömekaanisia kontaktoreita.

Tehokkaiden puolijohdereleiden vakaan toiminnan kannalta tehokas lämmönpoisto on tärkeää, koska korkeissa lämpötiloissa kuormitusjännite vääristyy jyrkästi (+)

TTP:llä on myös haittoja, jotka estävät niiden käytön monissa tapauksissa.

Haittoja ovat mm.

1. Kyvyttömyys käyttää useimpia laitteita, joiden jännite on yli 0,5 kV.
2. Korkea hinta.
3. Herkkyys suurille virroille, erityisesti moottorin käynnistyspiireissä.
4. Käyttörajoitukset korkean kosteuden olosuhteissa.
5. Kriittinen suorituskyvyn heikkeneminen lämpötiloissa alle 30 °C alle nollan ja yli 70 °C yli 70 °C.
6. Kompakti kotelo johtaa laitteen liialliseen kuumenemiseen jatkuvasti korkeilla kuormilla, mikä edellyttää erityisten passiivisten tai aktiivisten jäähdytyslaitteiden käyttöä.
7. Mahdollisuus sulattaa laite lämmön vuoksi oikosulun aikana.
8. Mikrovirrat releen suljetussa tilassa voivat olla kriittisiä laitteen toiminnalle. Esimerkiksi verkkoon kytketyt loistelamput voivat vilkkua ajoittain.

Siten puolijohdereleillä on tiettyjä sovelluksia. Suurjänniteteollisuuden laitteiden piireissä niiden käyttö on jyrkästi rajoitettu puolijohdemateriaalien epätäydellisten fysikaalisten ominaisuuksien vuoksi.

Kodinkoneissa ja autoteollisuudessa TTP:t ovat kuitenkin vahvassa asemassa positiivisten ominaisuuksiensa ansiosta.

Mahdolliset kytkentäkaaviot

Puolijohdereleiden kytkentäkaaviot voivat olla hyvin erilaisia. Jokainen sähköpiiri on rakennettu kytketyn kuorman ominaisuuksien perusteella. Piiriin voidaan lisätä ylimääräisiä sulakkeita, ohjaimia ja säätölaitteita.

Koska laitteen ohjaus- ja kuormituspiirit eivät mene päällekkäin, niiden sähköiset ominaisuudet voivat vaihdella millä tahansa parametrilla (+)

Seuraavassa esitetään yksinkertaisimmat ja yleisimmät SSR-kytkentäkaaviot:

• normaalisti auki;
• siihen liittyvällä ääriviivalla;
• normaalisti suljettu;
• kolmivaiheinen;
• palautuva.

Normaalisti avoin (avoin) piiri - rele, jossa kuorma kytketään ohjaussignaalin läsnäollessa. Eli kytketty laite sammuu, kun tulot 3 ja 4 ovat jännitteettömät.

Ennen kuin ostat releen, sinun on määritettävä sen alkutilan vaadittu tyyppi (kiinni tai auki), jotta varmistetaan liitetyn laitteen oikea toiminta (+)

Normaalisti suljettu piiri — tarkoittaa relettä, jossa kuorma vetää ohjaussignaalin puuttuessa. Eli kytketty laite on toimintakunnossa, kun tulot 3 ja 4 ovat jännitteettömät.

Puolijohderelelle, jossa ohjaus- ja kuormitusjännitteet ovat samat, on kytkentäkaavio. Tätä menetelmää voidaan käyttää samanaikaisesti toimimaan tasa- ja vaihtovirtaverkoissa.

Kolmivaiheiset releet on kytketty hieman eri periaatteiden mukaan. Koskettimet voidaan kytkeä "tähti", "kolmio" tai "tähti ja neutraali" kokoonpanoissa.

Kolmivaiheisen relekytkentäpiirin valinta riippuu suurelta osin siihen kuormana kytketyn laitteiston toimintaominaisuuksista

Käänteiset puolijohderelet käytetään sähkömoottoreissa sopivassa tilassa. Ne valmistetaan kolmivaiheisena versiona ja sisältävät kaksi ohjaussilmukkaa.

Jos on tärkeää, että rele säilyttää koskettimien kytkennän napaisuuden, merkintä osoittaa aina, mihin vaihe ja nolla kytketään

Sähköpiirit on koottava SSR:llä vasta alustavan piirtämisen jälkeen paperille, koska väärin kytketyt laitteet voivat epäonnistua oikosulun vuoksi.

Laitteiden käytännön sovellus

Puolijohdereleiden käyttöalue on melko laaja. Korkean luotettavuutensa ja säännöllisen huollon puutteen vuoksi ne asennetaan usein vaikeapääsyisiin paikkoihin laitteisiin.

Monissa releissä ohjauspiirin johtojen kytkeminen vaatii napaisuutta, joka on otettava huomioon laitteiston asennuksessa

TTP:n tärkeimmät sovellusalueet ovat:

• lämmönsäätöjärjestelmä lämmityselementeillä;
• vakaiden lämpötilojen ylläpitäminen teknologisissa prosesseissa;
• muuntajien ohjaus;
• valaistuksen säätö;
• liiketunnistimien piirit, valaistus, valoanturit katuvalaistukseen ja niin edelleen.;
• sähkömoottorin ohjaus;
• keskeytymättömät virtalähteet.

Kodinkoneiden lisääntyvän automatisoinnin myötä puolijohdereleet ovat yhä yleisempiä, ja kehittyvät puolijohdeteknologiat avaavat jatkuvasti uusia käyttöalueita.

Halutessasi voit koota puolijohdereleen itse. Tarkemmat ohjeet löytyvät Tämä artikkeli.

Päätelmät ja hyödyllinen video aiheesta

Esitetyt videot auttavat sinua ymmärtämään paremmin puolijohdereleiden toimintaa ja tutustumaan niiden liittämiseen.

Yksinkertaisen puolijohdereleen toiminnan käytännön esittely:

Puolijohdereleiden tyyppien ja ominaisuuksien analyysi:

SSR:n toiminnan ja lämmitysasteen testaus:

Melkein kuka tahansa voi asentaa sähköpiirin, joka koostuu puolijohdereleestä ja anturista.

Toimintapiirin suunnittelu vaatii kuitenkin perustiedot sähkötekniikasta, koska väärät kytkennät voivat aiheuttaa sähköiskun tai oikosulun. Mutta oikeiden toimien seurauksena voit saada paljon hyödyllisiä laitteita jokapäiväiseen elämään.

Onko sinulla jotain lisättävää tai onko sinulla kysyttävää puolijohdereleiden kytkemisestä ja käytöstä? Voit kommentoida julkaisua, osallistua keskusteluihin ja jakaa omia kokemuksiasi tällaisten laitteiden käytöstä. Yhteydenottolomake sijaitsee alaosassa.