Releu cu stare solidă: tipuri, aplicații practice, scheme de conectare

Demaroarele și contactoarele clasice devin treptat un lucru din trecut.Locul lor în electronica auto, aparatele de uz casnic și automatizarea industrială este ocupat de relee cu semiconductor - un dispozitiv semiconductor care nu are piese mobile.

Dispozitivele au design și diagrame de conexiune diferite, care determină domeniul lor de aplicare. Înainte de a utiliza dispozitivul, trebuie să înțelegeți principiul său de funcționare, să aflați despre caracteristicile de funcționare și conectarea diferitelor tipuri de relee. Răspunsurile la întrebările de mai sus sunt descrise în detaliu în articolul prezentat.

Dispozitiv releu cu stare solidă

Releele moderne cu stare solidă (SSR) sunt dispozitive semiconductoare modulare care acționează ca întrerupătoare electrice de putere.

Unitățile cheie de operare ale acestor dispozitive sunt reprezentate de triacuri, tiristoare sau tranzistoare. SSR-urile nu au piese mobile, ceea ce le face diferite de releele electromecanice.

Mărimea unui SSR depinde în mare măsură de capacitatea maximă de încărcare și de capacitatea de a disipa căldura prin transfer de căldură și convecție (+)

Internul acestor dispozitive poate varia foarte mult în funcție de tipul de sarcină care este reglată și de circuitul electric.

Cele mai simple relee cu stare solidă includ următoarele componente:

• unitate de intrare cu siguranțe;
• circuit de declanșare;
• izolare optică (galvanică);
• unitate de comutare;
• circuite de protectie;
• încărcați nodul de ieșire.

Nodul de intrare SSR este un circuit primar cu un rezistor conectat în serie. În acest circuit este inclusă o siguranță opțională. Sarcina nodului de intrare este de a primi un semnal de control și de a transmite o comandă comutatoarelor care comută sarcina.

Cu curent alternativ, izolarea galvanică este utilizată pentru a separa circuitele de comandă și principalele. Principiul de funcționare al releului depinde în mare măsură de proiectarea acestuia. Circuitul de declanșare responsabil cu procesarea semnalului de intrare poate fi inclus în unitatea de izolare optică sau amplasat separat.

Unitatea de protecție previne suprasarcinile și erorile, deoarece dacă dispozitivul se defectează, echipamentul conectat se poate defecta și el.

Scopul principal al releelor ​​cu stare solidă este de a închide/deschide o rețea electrică folosind un semnal de control slab. Spre deosebire de analogii electromecanici, aceștia au o formă mai compactă și nu produc clicuri caracteristice în timpul funcționării.

Principiul de funcționare al TTP

Funcționarea unui releu cu stare solidă este destul de simplă. Majoritatea SSR-urilor sunt proiectate pentru a controla automatizarea în rețelele de 20-480 V.

Izolarea optică vă permite să creați semnale de control cu ​​putere minimă, ceea ce este esențial pentru senzorii care funcționează de la surse de alimentare autonome (+)

În versiunea clasică, corpul dispozitivului include două contacte ale circuitului comutat și două fire de control. Numărul acestora se poate schimba pe măsură ce numărul fazelor conectate crește. În funcție de prezența tensiunii în circuitul de comandă, sarcina principală este pornită sau oprită de elemente semiconductoare.

O caracteristică a releelor ​​în stare solidă este prezența rezistenței neinfinite.Dacă contactele din dispozitivele electromecanice sunt complet deconectate, atunci la dispozitivele cu stare solidă absența curentului în circuit este asigurată de proprietățile materialelor semiconductoare.

Prin urmare, la tensiuni ridicate, pot apărea mici curenți de scurgere, care pot afecta negativ funcționarea echipamentelor conectate.

Clasificarea releelor ​​cu stare solidă

Domeniile de aplicare ale releelor ​​sunt variate, prin urmare caracteristicile lor de proiectare pot varia foarte mult, în funcție de nevoile unui anumit circuit automat. SSR-urile sunt clasificate în funcție de numărul de faze conectate, tipul de curent de funcționare, caracteristicile de proiectare și tipul de circuit de control.

După numărul de faze conectate

Releele statice sunt utilizate atât în ​​aparatele de uz casnic, cât și în automatizările industriale cu o tensiune de funcționare de 380 V.

Prin urmare, aceste dispozitive semiconductoare, în funcție de numărul de faze, sunt împărțite în:

• fază singulară;
• trei faze.

SSR-uri monofazate vă permit să lucrați cu curenți de 10-100 sau 100-500 A. Acestea sunt controlate folosind un semnal analogic.

Se recomandă conectarea unor fire de diferite culori la releul trifazat, astfel încât acestea să poată fi conectate corect la instalarea echipamentului

Relee trifazate cu stare solidă sunt capabili să treacă curent în intervalul 10-120 A. Dispozitivul lor presupune un principiu de funcționare reversibil, care asigură fiabilitatea reglării simultane a mai multor circuite electrice.

Adesea, SSR-urile trifazate sunt utilizate pentru a asigura funcționarea unui motor asincron. Siguranțele rapide trebuie incluse în circuitul său de control electric datorită curenților mari de pornire.

După tipul de curent de funcționare

Releele cu stare solidă nu pot fi configurate sau reprogramate, deci pot funcționa normal doar într-un anumit interval de parametri electrici ai rețelei.

În funcție de necesități, SSR-urile pot fi controlate prin circuite electrice cu două tipuri de curent:

• permanent;
• variabile.

În mod similar, SSR-urile pot fi clasificate în funcție de tipul tensiunii de sarcină activă. Majoritatea releelor ​​din aparatele electrocasnice funcționează cu parametri variabili.

Curentul continuu nu este folosit ca sursă principală de energie electrică în nicio țară din lume, astfel încât releele de acest tip au un domeniu de aplicare restrâns.

Dispozitivele cu curent de control constant se caracterizează printr-o fiabilitate ridicată și utilizează o tensiune de 3-32 V pentru reglare. Pot rezista la o gamă largă de temperaturi (-30..+70°C) fără modificări semnificative ale caracteristicilor.

Releele reglate AC au o tensiune de control de 3-32 V sau 70-280 V. Se caracterizează prin interferențe electromagnetice scăzute și viteză mare de funcționare.

Prin caracteristicile de proiectare

Releele cu stare solidă sunt adesea instalate în panoul electric general al unui apartament, așa că multe modele au un bloc de montare pentru montarea pe șină DIN.

În plus, există radiatoare speciale situate între TSR și suprafața de susținere. Acestea vă permit să răciți dispozitivul la sarcini mari, menținându-și caracteristicile de performanță.

Releul este montat pe o șină DIN în principal printr-un suport special, care are și o funcție suplimentară - elimină căldura în exces în timpul funcționării dispozitivului

Se recomandă aplicarea unui strat de pastă termică între releu și calorifer, care mărește aria de contact și mărește transferul de căldură. Există, de asemenea, TTP-uri concepute pentru fixarea pe perete cu șuruburi obișnuite.

După tipul schemei de control

Principiul de funcționare al unui releu reglabil al echipamentului nu necesită întotdeauna funcționarea sa instantanee.

Prin urmare, producătorii au dezvoltat mai multe scheme de control SSR care sunt utilizate în diferite domenii:

1. Control „prin zero”. Acest tip de control al releului cu semiconductoare implică funcționarea numai la o valoare a tensiunii de 0. Este utilizat în dispozitive cu sarcini capacitive, rezistive (încălzitoare) și inductive slabe (transformatoare).
2. instant. Folosit atunci când este necesară acționarea bruscă a releului când este aplicat un semnal de control.
3. Fază. Constă în reglarea tensiunii de ieșire prin modificarea parametrilor curentului de control. Folosit pentru a schimba fără probleme gradul de încălzire sau iluminare.

Releele cu stare solidă diferă și în mulți alți parametri, mai puțin semnificativi. Prin urmare, atunci când achiziționați un TSR, este important să înțelegeți schema de funcționare a echipamentului conectat pentru a achiziționa cel mai potrivit dispozitiv de control pentru acesta.

Trebuie asigurată o rezervă de putere, deoarece releul are o durată de viață care se consumă rapid cu suprasarcini frecvente.

Avantajele și dezavantajele TTP

Releele cu stare solidă nu înlocuiesc în zadar demaroarele și contactoarele convenționale de pe piață. Aceste dispozitive semiconductoare au multe avantaje față de omologii lor electromecanici, ceea ce obligă consumatorii să le aleagă.

Releele pentru microcircuite au dimensiuni compacte și foarte limitate în ceea ce privește fluxul maxim de curent. Ele sunt atașate în principal prin lipirea picioarelor speciale

Aceste avantaje includ:

1. Consum redus de energie (90% mai puțin).
2. Dimensiuni compacte care permit instalarea dispozitivelor in spatii limitate.
3. Viteză mare de pornire și oprire
4. Zgomot de funcționare redus, fără clicuri caracteristice unui releu electromecanic.
5. Nu se preconizeaza intretinere.
6. Durată lungă de viață datorită unei resurse de sute de milioane de operațiuni.
7. Datorită posibilităților largi de modificare a componentelor electronice, TSR-urile au zone de aplicare extinse.
8. Fără interferențe electromagnetice în timpul funcționării.
9. Deteriorarea contactelor din cauza șocului mecanic este eliminată.
10. Lipsa contactului fizic direct între circuitele de comandă și de comutare.
11. Posibilitate de reglare a sarcinii.
12. Prezența circuitelor automate în SSR-urile cu impulsuri care protejează împotriva supraîncărcărilor.
13. Posibilitate de utilizare în medii explozive.

Avantajele indicate ale releelor ​​cu stare solidă nu sunt întotdeauna suficiente pentru funcționarea normală a echipamentului. De aceea nu au înlocuit încă complet contactoarele electromecanice.

Pentru funcționarea stabilă a releelor ​​puternice în stare solidă, este importantă disiparea eficientă a căldurii, deoarece la temperaturi ridicate tensiunea de sarcină este puternic distorsionată (+)

TTP-urile au și dezavantaje care împiedică utilizarea lor în multe cazuri.

Dezavantajele includ:

1. Incapacitatea de a opera majoritatea dispozitivelor cu tensiuni de peste 0,5 kV.
2. Preț mare.
3. Sensibilitate la curenți mari, în special în circuitele de pornire a motorului.
4. Restricții de utilizare în condiții de umiditate ridicată.
5. Scăderea critică a caracteristicilor de performanță la temperaturi sub 30°C sub zero și peste 70°C peste 70°C.
6. Carcasa compactă duce la încălzirea excesivă a dispozitivului la sarcini constant ridicate, ceea ce necesită utilizarea unor dispozitive speciale de răcire pasive sau active.
7. Posibilitatea de topire a dispozitivului din cauza căldurii în timpul unui scurtcircuit.
8. Microcurenții în starea închisă a releului pot fi critici pentru funcționarea echipamentului. De exemplu, lămpile fluorescente conectate la rețea pot clipi periodic.

Astfel, releele cu stare solidă au anumite aplicații. În circuitele echipamentelor industriale de înaltă tensiune, utilizarea lor este puternic limitată din cauza proprietăților fizice imperfecte ale materialelor semiconductoare.

Cu toate acestea, în aparatele de uz casnic și industria auto, TTP-urile ocupă o poziție puternică datorită proprietăților lor pozitive.

Scheme posibile de conectare

Schemele de conectare pentru releele cu stare solidă pot fi foarte diverse. Fiecare circuit electric este construit pe baza caracteristicilor sarcinii conectate. Siguranțe suplimentare, controlere și dispozitive de reglare pot fi adăugate la circuit.

Datorită faptului că circuitele de control și sarcină din dispozitiv nu se suprapun, caracteristicile lor electrice pot diferi în funcție de orice parametru (+)

Următoarele vor prezenta cele mai simple și comune diagrame de conectare SSR:

• normal deschis;
• cu contur asociat;
• normal închis;
• trei faze;
• reversibil.

Circuit normal deschis (deschis). - un releu in care sarcina este alimentata in prezenta unui semnal de comanda. Adică, echipamentul conectat este oprit atunci când intrările 3 și 4 sunt deconectate.

Înainte de a cumpăra un releu, trebuie să determinați tipul necesar al stării sale inițiale (închis sau deschis) pentru a asigura funcționarea corectă a echipamentului conectat (+)

Circuit normal închis — înseamnă un releu în care sarcina este alimentată în absența unui semnal de comandă. Adică, echipamentul conectat este în stare de funcționare atunci când intrările 3 și 4 sunt deconectate.

Există o diagramă de conectare pentru un releu cu semiconductor în care tensiunile de comandă și de sarcină sunt aceleași. Această metodă poate fi utilizată simultan pentru a lucra în rețele DC și AC.

Relee trifazate sunt conectate după principii ușor diferite. Contactele pot fi conectate în configurații „Star”, „Triunghi” sau „Star și Neutru”.

Alegerea unui circuit de conectare a releului trifazat depinde în mare măsură de caracteristicile de funcționare ale echipamentului conectat la acesta ca sarcină.

Relee cu stare solidă inversoare utilizat la motoarele electrice în modul corespunzător. Sunt fabricate într-o versiune trifazată și includ două bucle de control.

Dacă este important ca releul să mențină polaritatea de conectare a contactelor, atunci marcajul va indica întotdeauna unde să conectați faza și neutrul

Este necesar să asamblați circuitele electrice cu SSR numai după desenarea lor preliminară pe hârtie, deoarece dispozitivele conectate incorect pot eșua din cauza unui scurtcircuit.

Aplicarea practică a dispozitivelor

Domeniul de utilizare al releelor ​​cu stare solidă este destul de extins. Datorită fiabilității lor ridicate și lipsei necesității de întreținere regulată, acestea sunt adesea instalate în locuri greu accesibile ale echipamentelor.

În multe relee, conectarea firelor circuitului de control necesită polaritate, care trebuie luată în considerare în timpul instalării echipamentului

Principalele domenii de aplicare ale TTP sunt:

• sistem de termoreglare cu elemente de încălzire;
• menținerea temperaturilor stabile în procesele tehnologice;
• controlul transformatoarelor;
• reglarea luminii;
• circuite de senzori de mișcare, iluminare, senzori foto pentru iluminatul stradal și așa mai departe.;
• control motor electric;
• surse de alimentare neîntreruptibile.

Odată cu automatizarea din ce în ce mai mare a aparatelor electrocasnice, releele cu stare solidă devin din ce în ce mai comune, iar tehnologiile de dezvoltare a semiconductoarelor deschid în mod constant noi domenii de aplicare a acestora.

Dacă doriți, puteți asambla singur releul cu stare solidă. Instrucțiuni detaliate sunt furnizate în Acest articol.

Concluzii și video util pe această temă

Videoclipurile prezentate vă vor ajuta să înțelegeți mai bine funcționarea releelor ​​cu stare solidă și să vă familiarizați cu modul de conectare a acestora.

Demonstrație practică a funcționării unui releu simplu cu stare solidă:

Analiza tipurilor și caracteristicilor releelor ​​cu stare solidă:

Testarea funcționării și a gradului de încălzire a SSR:

Aproape oricine poate instala un circuit electric format dintr-un releu cu stare solidă și un senzor.

Cu toate acestea, planificarea unui circuit de lucru necesită cunoștințe de bază de inginerie electrică, deoarece conexiunile incorecte pot duce la șoc electric sau scurtcircuit. Dar, ca urmare a acțiunilor corecte, puteți obține o mulțime de dispozitive utile în viața de zi cu zi.

Aveți ceva de adăugat sau aveți întrebări despre conectarea și utilizarea releelor ​​cu stare solidă? Puteți lăsa comentarii la publicație, puteți participa la discuții și puteți împărtăși propria experiență de utilizare a unor astfel de dispozitive. Formularul de contact este situat în blocul inferior.