Hvad er et faststofrelæ, og hvordan man bruger det korrekt

I alle elektriske kredsløb skal instrumenter og enheder tændes og slukkes. For at gøre dette skal du bruge skifteindretninger, det kan enten være en simpel switch eller switch eller relæer, kontaktorer osv. I dag vil vi overveje et af sådanne enheder - et faststofrelæ, lad os tale om, hvordan det er at vælge og oprette forbindelse til et belastningskontrolkredsløb.

Hvad er dette?

Relæ i fast tilstand - Dette er en enhed, der er bygget på halvlederelementer og strømafbrydere, såsom triacs, bipolære eller MOS-transistorer. I engelske kilder kaldes solid state relæer SSR fra Solid State Relay (som i den bogstavelige oversættelse svarer til det russiske navn).

lignende ved elektromagnetiske relæer og andre skifteindretninger er de designet til at styre et svagt signal med en belastning med en højere spænding eller strøm.

Forskelle fra elektromagnetiske relæer

Konventionelle relæer, som alle elektromagnetiske koblingsanordninger, fungerer som følger - der er en spole, hvortil der tilføres strøm fra styresystemet eller trykknapstationen. Som et resultat af strømmen, der strømmer gennem spolen, vises et magnetfelt, der tiltrækker ankere med kontaktgruppen. Derefter strømmer kontakterne og strømmen ind i belastningen gennem dem.

Faststoffer har ingen kontrolspole og ingen bevægelig kontaktgruppe. Hvad der er i solid state relæet, kan du se nedenfor. I det, som nævnt ovenfor, anvendes i stedet for strømkontakter halvlederafbrydere: transistorer, triacs, tyristorer og andre, afhængigt af anvendelsesområdet (fotoets højre side).

Dette er den største forskel mellem et halvlederrelæ og et elektromagnetisk. I denne forbindelse har faststoffet en markant længere levetid, da kontaktgruppen ikke er mekanisk slidt, det er også værd at bemærke, at hastigheden for halvlederrelæer er højere end for elektromagnetiske.

Ud over manglen på mekanisk slid er der ingen gnister eller buer under skift samt lyd fra påvirkninger fra kontakter under skift. Forresten, hvis der ikke er nogen gnister og lysbueudladning under omskiftning, kan relæer i fast tilstand fungere i eksplosionsrum.

sammenligning

Fordelene ved faststofrelæer i sammenligning med elektromagnetiske relæer er som følger:

1. Støjfrihed.

2. Der er bevis for, at deres MTBF i størrelsesordenen 10 mia. Switches, hvilket er 1000 eller flere gange ressource for elektromagnetiske relæer.

3. Hvis For elektromagnetiske relæer er overspændingsspænding praktisk talt ikke forfærdeligderefter det elektroniske kredsløb halvlederrelæ i de fleste tilfælde mislykkeshvis der ikke blev taget kredsløbsbeslutninger for at begrænse disse impulser. Derfor er det ikke altid korrekt at sammenligne disse enheder med antallet af skift.

4. hastighed et halvlederrelæ er fraktioner og enheder på millisekunder, mens et elektromagnetisk relæ har 50 ms til 1 sek.

5. Energiforbruget er 95% lavere end spolenforbruget af elektromagnetiske analoger.

Disse fordele er dog dækket af en række ulemper:

• Halvlederrelæer varmer op under drift. Effekt svarende til produktet fra spændingsfaldet over strømafbryderen (i størrelsesordenen 2 volt) og styrken af ​​den strøm, der strømmer gennem det, frigøres til varme;

• I tilfælde af overbelastning og kortslutning er der stor sandsynlighed for, at strømafbryderen svigter, overbelastningskapaciteten er normalt 10In i 10 ms - en periode i netværket med en frekvens på 50 Hz (kan variere afhængigt af de anvendte komponenter);

• Afbryderen har sandsynligvis ikke tid til at køre, før relæet mislykkes under en kortslutning;

• I tilfælde af overspændingsspændinger (strømstød) - kan levetiden for et faststofrelæ ophøre med det samme.

• Relæer i fast tilstand har en lækstrøm (op til 7-10 mA) i forbindelse med dette, hvis de er i kontrolkredsløbet, for eksempel LED-lamper - sidstnævnte vil blinke på samme måde som situationen med baggrundsbelyst afbryder. Følgelig vil der være spænding på fasetråden, selv når relæet er frakoblet!

Følgende tabel viser de generelle karakteristika for faststofrelæer for TSR (trefas) og SSR (enfaset) serie fra producenten "FOTEK" (forresten nogle af de mest almindelige). I princippet vil andre producenter have lignende eller lignende produktspecifikationer.

Isolationsmodstand

> 50 MΩ / 500V DC

Dielektrisk styrke input / output

Tåler 2,5 kV vekselstrøm i 1 minut

Udløser nuværende

Ikke mere end 7,5 mA

Overbelastningskapacitet

Op til 10 nominelle strømme inden for 10 ms

Skiftemetode

Ved krydsning gennem nul (i modeller for vekselstrøm) eller øjeblikkeligt gennem en optokoppler (for jævnstrøm)

Indbygget beskyttelse

SSR-F-serien har en udskiftelig sikring

typer

Relæer i fast tilstand kan klassificeres:

• Efter strømtype (konstant eller skiftende);

• Ved strømstyrke (lav effekt, strøm);

• I henhold til installationsmetoden;

• Ved spænding;

• Efter antallet af faser;

• Efter type styresignal (direkte eller vekselstrøm, analog indgang til styring af en variabel modstand, i et 4-20 mA kredsløb osv.).

• Efter skiftetype - skift, når spændingen passerer gennem nul (i vekslingskredsløb), eller skiftes ved hjælp af et styresignal (for f.eks. At indstille strømmen).

Så efter antallet af faser er der enkelt- og trefasetrelæer. Men typerne af styresignaler er meget mere. Afhængigt af den interne enhed kan faststofrelæer styres af enten en konstant spænding eller en skiftevis spænding.

De mest almindelige faststofrelæer, der styres af konstant spænding i området fra 3 til 32 volt. I dette tilfælde bør størrelsen af ​​den styrede spænding være inden for dette område og ikke være lig med nogen specifik værdi derfra, hvilket er meget praktisk, når det integreres i systemer med forskellige spændinger.

Der er også halvlederrelæer, til styring af hvilket et analogt signal bruges:

• 4-20 mA;

• 0-10 volt jævnstrøm;

• Variabel modstand 470-560 kOhm.

I dette tilfælde kan sådanne relæer bruges til at regulere strømmen på den tilsluttede enhed, i henhold til princippet om fasekontrol. Det samme justeringsprincip bruges i lysdæmpere til husholdninger.

I nedenstående tabel ser du typerne af styresignaler for faststofrelæer med en fasestyringsmetode fra IMPULS.

Vær opmærksom på de sidste bogstaver i markeringen (LA, VD, VA), for de fleste producenter er de de samme, og de siger næsten hvilken type signal.

Som allerede nævnt ændres udgangsspændingen i et fasestyret relæ afhængigt af styresignalets størrelse, hvilket er vist i nedenstående graf.

Et sådant relæ kan genkendes af det betingede billede nær inputterminalerne, for eksempel viser nedenstående foto, at en variabel modstand på 470-560 kOhm er forbundet til indgangen.

Der er også solid state relæer med et styresignal fra et AC 220V netværk, som vist nedenfor. De er egnede til brug som erstatning for kontaktpersoner med lav effekt eller elektromagnetiske relæer.

Mærkning og type kontrol

For at bestemme "fase" af relæet skal du bruge symbolerne i begyndelsen af ​​markeringen:

• SSR - enkeltfase;

• TTR - trefase.

Hvilket svarer til enpolet og trepolet omskifter.

Den aktuelle styrke er også krypteret, FOTEK angiver det f.eks. I formen: Pxx

Hvor "xx" er strømmen i ampere, for eksempel P03 - 3 ampere og P10 - 10 ampère.

Hvis markeringen indeholder bogstavet H, er dette relæ beregnet til at skifte overspænding.

I markeringen er data om kontroltypen angivet i de sidste tegn, de kan afvige fra en producent til en anden, men ofte har de denne form og betydning (data indsamles fra forskellige fabrikanter):

• VA - variabel modstand 470-560kOhm / 2W (fasestyring);

• LA - 4-20mA analogt signal (fasestyring);

• VD - analogt signal 0-10V DC (fasestyring);

• ZD - kontrol 10-30V DC (skifte, når man går gennem nul);

• ZD3 - kontrol 3-32V DC (skift ved nulgang);

• ZA2 - kontrol 70-280V vekselstrøm (skifter, når man går gennem nul);

• DD3 - styring af et 3-32V DC-signal ved et jævnstrømskredsløb (DC-spændingsomskiftning);

• DA - DC signalstyring, vekselstrømskredsløb.

• AA - AC-signalstyring (220V), vekselstrømskredsløb.

Lad os tjekke det i praksis, lad os sige, at du stødte på et sådant produkt som i figuren nedenfor og vil vide, hvad det er.

Hvis du omhyggeligt studerer inskriptionerne i nærheden af ​​terminalerne til tilslutning af ledninger, vil det allerede blive klart, at dette er et relæ til styring af vekslingskredsløb fra 90 til 480 volt, mens styring også finder sted med vekselstrøm med en spænding fra 80 til 250 volt.

Hvis kun markeringen er synlig, er: “SSR” enfase; "-10" - nominel strøm på 10 ampere; “AA” - AC-kontrol, AC-switching; “H” - til at skifte højspænding i strømkredsløbet - op til 480V (hvis H ikke var der, ville det være op til 380-400V).

Og for konsolidering og bedre forståelse, skal du studere følgende tabel med markeringer og egenskaber ved faststofrelæer.

enhed

Det interne kredsløb i et faststofrelæ afhænger af, hvilken strøm det er designet til (direkte eller skiftende) og typen af ​​signal til styring af det. Lad os overveje nogle af dem.

Lad os starte med relæet, der styres af jævnstrøm og pendler, når vi går gennem nul. De kaldes undertiden "Z-Type Solid State Relays."

Her er stifterne 3-4 styresignalindgangen, der bruger optokoblerstyring, der bruges til galvanisk isolering af indgangs- og udgangskredsløb.

Blokken, der styrer overgangen gennem 0, eller som den kaldes Zero Cross Circuit - overvåger spændingsfasen i lysnettet, og når den passerer gennem nul, foretager den et kredsløb til at tænde (til eller fra). Denne metode kaldes også nulspændingsomskifter, den tillader at reducere indbrudsstrømme, når den tændes (da spændingen på dette tidspunkt er lig med nul) og bølger af EMF-selvinduktion, når belastningen frakobles.

Velegnet til styring af resistive, kapacitive og induktive belastninger. Ikke egnet til styring af en høj induktiv belastning (med cos cos <0,5), såsom transformere på tomgang. Denne reguleringsmetode forstyrrer heller ikke lysnettet under omskiftning. Nedenfor ser du diagrammer over styresignaler, netspænding og belastningsstrøm med denne kontrolmetode.

Dette implementeres skematisk som følger:

Her tilføres spændingen fra netværket til en blok med en triac og en blok, der sporer overgangen gennem nul. Elementerne Q1, R3, R4, R5, C4 ved højspænding blokerer åbningen af ​​tyristor T2, der styrer effekt triac T1. Derefter er det kun muligt at skifte med en spænding tæt på nul. Indgangskredsløbet er lavet på U1 - en transistor optokoppler, der leverer et signal til styreelektroden for driveren af ​​triac T2 gennem Q2.

Umiddelbare relæer er arrangeret noget anderledes end at skifte relæer, når du krydser nul. De mangler ZCC-kaskaden.

Ved regulering af vekselstrøm adskiller kredsløbet sig kun i nærvær af ved indgangen til ensretteren (diodebro).

Og når der skiftes DC-kredsløb, erstattes triac'en af ​​en transistor.

Der er også universelle relæer til jævnstrøm og vekselstrøm, hvor en samling af transistorer bruges. Generelt er der mange kredsløb af udgangstrin i solidt tilstandsrelæer, det følgende er eksempler på kredsløb af forskellige modeller fra en producent, såsom International Rectifier.

I et relæ med en fasekontrolmetode er situationen noget anderledes. Det kan, som en lysdæmper, justere belastningen (udgangsspænding), for dette tilføres et analogt signal til indgangsspændingen, strømmen eller en vekslende modstand er tilsluttet. Som et kraftelement bruges en tyristor her.Men husk, at der på grund af denne justeringsmetode forekommer interferens i netværket, til undertrykkelse af hvilke netværksfiltre med almindelige choker, der bruges, men dette er et helt andet emne.

Du kan se forskellene i skifte, når du går gennem nul fra faseomskiftning i figuren nedenfor.

Forbindelsesdiagrammer og brugsfunktioner

Faktisk er forbindelsesdiagrammet for faststofrelæer næsten ikke forskellig fra konventionelle. Sådan opretter du forbindelse? Lad os få det rigtigt.

Hvis du har brug for at udskifte et konventionelt 220V relæ med 220V AC-kontrol, skal du bruge følgende diagram, f.eks. LDG LDSSR-10AA-H. Diagrammet viser for eksempel forbindelsen gennem en konventionel switch eller switch-switch. I stedet kan et aktiveringssignal leveres fra en termostat, en controller og andre enheder.

Hvis du har brug for at styre et 220V kredsløb ved hjælp af et lavspændingssignal, kan du bruge FOTEK HPR-80AA.

I dette kredsløb bruges en 12VDC strømforsyning som en lavspændings likestrømskilde, der er vidt brugt som strømforsyning til LED-strimler. I øvrigt kan du endda styre et sådant solid-state relæ ved at anvende spænding fra mobiltelefonens oplader til indgangen, fordi dens output er 5V, hvilket er mere end minimumssignalet på 3V.

Husk, at styrespændingen skal være fuldstændigt frakoblet, da hvert relæ har visse parametre, som det fungerer, for eksempel er ovennævnte spænding ca. 1 volt, og det fungerer muligvis ikke ved 3 nominelle volt, men allerede ved 2,5 (Dataene er for eksempel gennemsnit og kan variere ikke kun afhængigt af et bestemt produkt, men også af miljøforhold og installation.)

Men husk, at der også er et relæ med en fasekontrolmetode. Forbindelsesdiagrammerne for sådanne relæer er illustreret nedenfor (illustration fra instruktionerne til dem).

Spørgsmålet er, hvorfor sådanne relæer er nødvendige, og hvor bruges de? Søgningen efter svaret på dette spørgsmål var kortvarig, så snart jeg kom ind i begyndelsen af ​​forespørgslen og straks udstedte muligheder for brug som en tændingsnøgle til styring af varmeelementer fra termostater med et output på 4-20 mA eller 0-10V.

For industrielle applikationer er der for øvrig også indenlandske udviklinger, for eksempel ARIES TPM132 og andre modeller, der kan arbejde med 4-20mA og 0-10V udgangssignaler.

Imidlertid er det ikke muligt at købe et fast tilstandsrelæ til at styre en tung belastning uden afkøling. Til dette bruges passiv (simpel radiator) eller aktiv køling (radiator + køler).

Anbefalinger til valg af kølere findes i den tekniske dokumentation for et specifikt faststofrelæ, så du ikke kan give universel rådgivning.

konklusion

Relæer i fast tilstand kan i nogle tilfælde bruges som elektromekaniske relæer. De mest populære muligheder i hverdagen er at udskifte kontaktoren i en elektrisk kedel på grund af dets høje popping, når det tændes hhv. inkludering TENOV vil blive tavs.

Samt implementering af forskellige kraftige effektregulatorer til de samme varmeelementer og andre ting, til hvilke der bruges et solidt tilstandsrelæ med et analogt signalindgang fra en variabel modstand (type VA).

Radioamatører kan samle det enkleste faststofrelæ, baseret på en optisk driver til triacs med ZCC type MOC3041 og lignende.

Jeg mener, at dette er værdige produkter til brug i forskellige automatiseringsværktøjer, derudover behøver de ikke vedligeholdelse (undtagen rengøring af radiatorer fra støv), og det kan siges, at levetiden er ubegrænset. De vil vare flere gange længere end kontaktorer, forudsat at der ikke er overbelastning, overophedning, kortslutning og overspænding!