Solid-state relais: typen, praktische toepassing, aansluitschema's

Klassieke starters en contactors behoren langzamerhand tot het verleden.Hun plaats in auto-elektronica, huishoudelijke apparaten en industriële automatisering wordt ingenomen door solid-state relais - een halfgeleiderapparaat dat geen bewegende delen heeft.

De apparaten hebben verschillende uitvoeringen en aansluitschema's, die hun toepassingsgebied bepalen. Voordat u het apparaat gebruikt, moet u het werkingsprincipe ervan begrijpen, meer te weten komen over de werkingsfuncties en de aansluiting van verschillende soorten relais. De antwoorden op de bovenstaande vragen worden in detail beschreven in het gepresenteerde artikel.

Solid-state relaisapparaat

Moderne solid-state relais (SSR's) zijn modulaire halfgeleiderapparaten die fungeren als elektrische stroomschakelaars.

De belangrijkste bedieningseenheden van deze apparaten worden weergegeven door triacs, thyristors of transistors. SSR's hebben geen bewegende delen, waardoor ze verschillen van elektromechanische relais.

De grootte van een SSR hangt grotendeels af van het maximale draagvermogen en het vermogen om warmte af te voeren door warmteoverdracht en convectie (+)

De interne onderdelen van deze apparaten kunnen sterk variëren, afhankelijk van het type belasting dat wordt geregeld en het elektrische circuit.

De eenvoudigste solid-state relais omvatten de volgende componenten:

• invoereenheid met zekeringen;
• triggercircuit;
• optische (galvanische) isolatie;
• schakeleenheid;
• beschermende circuits;
• uitgangsknooppunt laden.

Het SSR-ingangsknooppunt is een primair circuit met een in serie geschakelde weerstand. Optioneel is in dit circuit een zekering ingebouwd. De taak van het ingangsknooppunt is het ontvangen van een stuursignaal en het verzenden van een commando naar de schakelaars die de belasting schakelen.

Bij wisselstroom wordt galvanische scheiding gebruikt om de stuur- en hoofdcircuits te scheiden. Het werkingsprincipe van het relais hangt grotendeels af van het ontwerp. Het triggercircuit dat verantwoordelijk is voor de verwerking van het ingangssignaal kan in de optische isolatie-eenheid worden opgenomen of afzonderlijk worden geplaatst.

De beveiligingseenheid voorkomt dat er overbelastingen en fouten optreden, want als het apparaat kapot gaat, kan de aangesloten apparatuur ook uitvallen.

Het hoofddoel van solid-state relais is het sluiten/openen van een elektrisch netwerk met behulp van een zwak stuursignaal. In tegenstelling tot elektromechanische analogen hebben ze een compactere vorm en produceren ze tijdens gebruik geen karakteristieke klikken.

Werkingsprincipe van TTP

De werking van een solid-state relais is vrij eenvoudig. De meeste SSR's zijn ontworpen om de automatisering in 20-480 V-netwerken te besturen.

Met optische isolatie kunt u besturingssignalen met een minimaal vermogen creëren, wat van cruciaal belang is voor sensoren die werken via autonome stroombronnen (+)

In de klassieke versie bevat de behuizing van het apparaat twee contacten van het geschakelde circuit en twee besturingsdraden. Hun aantal kan veranderen naarmate het aantal aangesloten fasen toeneemt. Afhankelijk van de aanwezigheid van spanning in het stuurcircuit wordt de hoofdbelasting in- of uitgeschakeld door halfgeleiderelementen.

Een kenmerk van solid-state relais is de aanwezigheid van niet-oneindige weerstand.Als de contacten in elektromechanische apparaten volledig zijn losgekoppeld, wordt bij halfgeleiderapparaten de afwezigheid van stroom in het circuit verzekerd door de eigenschappen van halfgeleidermaterialen.

Daarom kunnen bij verhoogde spanningen kleine lekstromen optreden, die de werking van aangesloten apparatuur negatief kunnen beïnvloeden.

Classificatie van solid-state relais

De toepassingsgebieden van relais zijn gevarieerd, daarom kunnen hun ontwerpkenmerken sterk variëren, afhankelijk van de behoeften van een bepaald automatisch circuit. SSR's worden geclassificeerd op basis van het aantal aangesloten fasen, het type bedrijfsstroom, ontwerpkenmerken en het type stuurcircuit.

Op aantal aangesloten fasen

Solid-state relais worden zowel in huishoudelijke apparaten als in de industriële automatisering gebruikt met een bedrijfsspanning van 380 V.

Daarom zijn deze halfgeleiderapparaten, afhankelijk van het aantal fasen, onderverdeeld in:

• eenfasig;
• drie fase.

Eenfasige SSR's stellen u in staat te werken met stromen van 10-100 of 100-500 A. Ze worden bestuurd met behulp van een analoog signaal.

Het wordt aanbevolen om draden van verschillende kleuren op het driefasige relais aan te sluiten, zodat ze correct kunnen worden aangesloten bij het installeren van de apparatuur

Driefasige solid-state relais zijn in staat stroom door te laten in het bereik van 10-120 A. Hun apparaat gaat uit van een omkeerbaar werkingsprincipe, dat de betrouwbaarheid van de gelijktijdige regeling van verschillende elektrische circuits garandeert.

Vaak worden driefasige SSR's gebruikt om de werking van een asynchrone motor te garanderen. Vanwege de hoge inschakelstromen moeten snelle zekeringen in het elektrische stuurcircuit worden opgenomen.

Op type bedrijfsstroom

Solid State-relais kunnen niet worden geconfigureerd of geherprogrammeerd, zodat ze alleen normaal kunnen werken binnen een bepaald bereik van elektrische netwerkparameters.

Afhankelijk van de behoeften kunnen SSR's worden bestuurd door elektrische circuits met twee soorten stroom:

• permanent;
• variabelen.

Op dezelfde manier kunnen SSR's worden geclassificeerd op basis van het type actieve belastingsspanning. De meeste relais in huishoudelijke apparaten werken met variabele parameters.

Gelijkstroom wordt in geen enkel land ter wereld gebruikt als de belangrijkste elektriciteitsbron, dus relais van dit type hebben een beperkt toepassingsgebied

Apparaten met constante stuurstroom worden gekenmerkt door een hoge betrouwbaarheid en gebruiken voor de regeling een spanning van 3-32 V. Ze zijn bestand tegen een breed temperatuurbereik (-30..+70°C) zonder noemenswaardige veranderingen in de eigenschappen.

AC-geregelde relais hebben een stuurspanning van 3-32 V of 70-280 V. Ze worden gekenmerkt door lage elektromagnetische interferentie en hoge werksnelheid.

Door ontwerpkenmerken

Solid-state relais worden vaak geïnstalleerd in het algemene elektrische paneel van een appartement, daarom hebben veel modellen een montageblok voor montage op een DIN-rail.

Daarnaast bevinden zich tussen de TSR en het draagvlak speciale radiatoren. Hiermee kunt u het apparaat onder hoge belasting koelen, terwijl de prestatiekenmerken behouden blijven.

Het relais wordt voornamelijk op een DIN-rail gemonteerd via een speciale beugel, die ook een extra functie heeft: het verwijdert overtollige warmte tijdens de werking van het apparaat

Het wordt aanbevolen om een ​​laag koelpasta aan te brengen tussen het relais en de radiator, waardoor het contactoppervlak wordt vergroot en de warmteoverdracht wordt verhoogd. Er zijn ook TTP's die zijn ontworpen voor bevestiging aan de muur met gewone schroeven.

Op type controleschema

Het werkingsprincipe van een instelbaar relais van apparatuur vereist niet altijd de onmiddellijke werking ervan.

Daarom hebben fabrikanten verschillende SSR-controleschema's ontwikkeld die op verschillende gebieden worden gebruikt:

1. Controle "door nul". Dit type solid-state relaisbesturing omvat alleen werking bij een spanningswaarde van 0. Het wordt gebruikt in apparaten met capacitieve, resistieve (verwarmers) en zwakke inductieve (transformatoren) belastingen.
2. Direct. Wordt gebruikt wanneer het nodig is om het relais scherp te bedienen wanneer een stuursignaal wordt toegepast.
3. Fase. Het omvat het regelen van de uitgangsspanning door de parameters van de stuurstroom te wijzigen. Wordt gebruikt om de mate van verwarming of verlichting soepel te wijzigen.

Solid-state relais verschillen ook in veel andere, minder belangrijke parameters. Daarom is het bij de aanschaf van een TSR belangrijk om het werkingsschema van de aangesloten apparatuur te begrijpen, zodat u het meest geschikte bedieningsapparaat ervoor kunt aanschaffen.

Er moet voor een gangreserve worden gezorgd, omdat het relais een operationele levensduur heeft die snel wordt verbruikt bij frequente overbelastingen.

Voor- en nadelen van TTP

Solid State-relais vervangen niet tevergeefs conventionele starters en contactors uit de markt. Deze halfgeleiderapparaten hebben veel voordelen ten opzichte van hun elektromechanische tegenhangers, waardoor consumenten gedwongen worden om voor deze apparaten te kiezen.

Relais voor microschakelingen zijn compact van formaat en zeer beperkt in termen van maximale stroomsterkte. Ze worden voornamelijk bevestigd door speciale poten te solderen

Deze voordelen omvatten:

1. Laag stroomverbruik (90% minder).
2. Compacte afmetingen waardoor apparaten in beperkte ruimtes kunnen worden geïnstalleerd.
3. Hoge opstart- en uitschakelsnelheid
4. Minder bedrijfsgeluid, geen klikken die kenmerkend zijn voor een elektromechanisch relais.
5. Er wordt geen onderhoud verwacht.
6. Lange levensduur dankzij een bron van honderden miljoenen handelingen.
7. Dankzij de ruime mogelijkheden voor het modificeren van elektronische componenten hebben TSR's de toepassingsgebieden uitgebreid.
8. Geen elektromagnetische interferentie tijdens bedrijf.
9. Schade aan contacten als gevolg van mechanische schokken wordt geëlimineerd.
10. Gebrek aan direct fysiek contact tussen besturings- en schakelcircuits.
11. Mogelijkheid tot belastingsregeling.
12. De aanwezigheid van automatische circuits in gepulseerde SSR's die beschermen tegen overbelasting.
13. Mogelijkheid tot gebruik in explosieve omgevingen.

De aangegeven voordelen van solid-state relais zijn niet altijd voldoende voor de normale werking van de apparatuur. Daarom hebben ze de elektromechanische contactors nog niet volledig vervangen.

Voor een stabiele werking van krachtige solid-state relais is effectieve warmteafvoer belangrijk, omdat bij hogere temperaturen de belastingsspanning scherp wordt vervormd (+)

TTP’s hebben ook nadelen waardoor ze in veel gevallen niet gebruikt kunnen worden.

De nadelen zijn onder meer:

1. Onvermogen om de meeste apparaten te bedienen met spanningen boven 0,5 kV.
2. Hoge prijs.
3. Gevoeligheid voor hoge stromen, vooral in motorstartcircuits.
4. Beperkingen op gebruik bij hoge luchtvochtigheid.
5. Kritieke afname van de prestatiekenmerken bij temperaturen onder 30°C onder nul en boven 70°C boven 70°C.
6. De compacte behuizing leidt tot overmatige verwarming van het apparaat bij constant hoge belastingen, wat het gebruik van speciale passieve of actieve koelapparaten vereist.
7. Mogelijkheid om het apparaat te laten smelten door hitte tijdens kortsluiting.
8. Microstromen in de gesloten toestand van het relais kunnen van cruciaal belang zijn voor de werking van de apparatuur. Op het netwerk aangesloten fluorescentielampen kunnen bijvoorbeeld periodiek knipperen.

Solid-state relais hebben dus bepaalde toepassingen. In circuits van industriële hoogspanningsapparatuur is het gebruik ervan scherp beperkt vanwege de imperfecte fysieke eigenschappen van halfgeleidermaterialen.

In huishoudelijke apparaten en de auto-industrie nemen TTP's echter een sterke positie in vanwege hun positieve eigenschappen.

Mogelijke aansluitschema's

Aansluitschema's voor solid-state relais kunnen zeer divers zijn. Elk elektrisch circuit is gebouwd op basis van de kenmerken van de aangesloten belasting. Er kunnen extra zekeringen, controllers en regelapparatuur aan het circuit worden toegevoegd.

Vanwege het feit dat de besturings- en belastingcircuits in het apparaat elkaar niet overlappen, kunnen hun elektrische kenmerken verschillen met alle parameters (+)

Hieronder worden de meest eenvoudige en gebruikelijke SSR-aansluitschema's weergegeven:

• normaal open;
• met bijbehorende contour;
• normaal gesloten;
• drie fase;
• omkeerbaar.

Normaal open (open) circuit - een relais waarin de belasting wordt bekrachtigd in aanwezigheid van een stuursignaal. Dat wil zeggen dat de aangesloten apparatuur wordt uitgeschakeld wanneer ingangen 3 en 4 spanningsvrij zijn.

Voordat u een relais aanschaft, moet u het vereiste type initiële status (gesloten of open) bepalen om een ​​goede werking van de aangesloten apparatuur te garanderen (+)

Normaal gesloten circuit — betekent een relais waarin de belasting wordt bekrachtigd bij afwezigheid van een stuursignaal. Dat wil zeggen dat de aangesloten apparatuur in werkende staat is wanneer de ingangen 3 en 4 spanningsloos zijn.

Er is een aansluitschema voor een solid-state relais waarin de stuur- en belastingsspanningen hetzelfde zijn. Deze methode kan tegelijkertijd worden gebruikt om in DC- en AC-netwerken te werken.

Driefasige relais zijn volgens iets andere principes met elkaar verbonden. De contacten kunnen worden aangesloten in de configuraties “Ster”, “Driehoek” of “Ster en Neutraal”.

De keuze voor een driefasig relaisaansluitcircuit hangt grotendeels af van de bedrijfskarakteristieken van de apparatuur die er als belasting op is aangesloten

Omkeren solid-state relais gebruikt in elektromotoren in de juiste modus. Ze zijn vervaardigd in een driefasige versie en bevatten twee stuurcircuits.

Als het belangrijk is dat het relais de polariteit bij het aansluiten van de contacten behoudt, geeft de markering altijd aan waar de fase en de nulleider moeten worden aangesloten

Het is noodzakelijk om elektrische circuits met SSR alleen samen te stellen nadat u ze vooraf op papier heeft getekend, omdat verkeerd aangesloten apparaten kunnen uitvallen als gevolg van kortsluiting.

Praktische toepassing van apparaten

Het toepassingsgebied van solid-state relais is vrij uitgebreid. Vanwege hun hoge betrouwbaarheid en het ontbreken van regelmatig onderhoud, worden ze vaak op moeilijk bereikbare plaatsen op apparatuur geïnstalleerd.

Bij veel relais vereist het aansluiten van de draden van het stuurcircuit polariteit, waarmee bij de installatie van de apparatuur rekening moet worden gehouden

De belangrijkste toepassingsgebieden van TTP zijn:

• thermoregulatiesysteem met behulp van verwarmingselementen;
• het handhaven van stabiele temperaturen in technologische processen;
• controle van transformatoren;
• aanpassing van de verlichting;
• circuits van bewegingssensoren, verlichting, fotosensoren voor straatverlichting enzovoort.;
• elektrische motorbediening;
• ononderbroken stroomvoorziening.

Met de toenemende automatisering van huishoudelijke apparaten worden solid-state relais steeds gebruikelijker, en zich ontwikkelende halfgeleidertechnologieën openen voortdurend nieuwe toepassingsgebieden.

Indien gewenst kunt u het solid-state relais zelf monteren. Gedetailleerde instructies vindt u in Dit artikel.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

De gepresenteerde video's helpen u de werking van solid-state relais beter te begrijpen en vertrouwd te raken met het aansluiten ervan.

Praktische demonstratie van de werking van een eenvoudig solid-state relais:

Analyse van de typen en kenmerken van solid-state relais:

Testen van de werking en mate van verwarming van de SSR:

Bijna iedereen kan een elektrisch circuit installeren dat bestaat uit een solid-state relais en een sensor.

Het plannen van een werkcircuit vereist echter basiskennis van elektrotechniek, omdat onjuiste aansluitingen kunnen leiden tot elektrische schokken of kortsluiting. Maar als resultaat van de juiste acties kun je in het dagelijks leven veel nuttige apparaten krijgen.

Heeft u iets toe te voegen of heeft u vragen over het aansluiten en gebruiken van solid-state relais? U kunt opmerkingen over de publicatie achterlaten, deelnemen aan discussies en uw eigen ervaringen met het gebruik van dergelijke apparaten delen. Het contactformulier bevindt zich in het onderste blok.