Releu solid-state: tipuri, aplicații practice, scheme de conectare

Demaroarele și contactoarele clasice devin treptat un lucru din trecut. Locul lor în electronica auto, electrocasnice și automatizări industriale este ocupat de releul în stare solidă – un dispozitiv semiconductor în care nu există părți mobile.

Dispozitivele au diferite construcții și scheme de conectare, de care depind domeniile lor de aplicare. Înainte de a utiliza dispozitivul, este necesar să înțelegeți principiul său de acțiune, să aflați particularitățile de funcționare și conectare ale diferitelor tipuri de relee. Răspunsurile la întrebările menționate sunt expuse detaliat în articolul prezentat.

Structura releului în stare solidă

Releele moderne în stare solidă (TTR) reprezintă dispozitive semiconductoare modulare care sunt întrerupătoare electrice de putere.

Componentele cheie de lucru ale acestor dispozitive sunt triacuri, tiristoare sau tranzistoare. TTR nu au părți mobile, ceea ce le deosebește de releele electromecanice.

Dimensiunea releului în stare solidă depinde în mare măsură de sarcina maximă admisă și de capacitatea de a disipa căldura prin transfer termic și convecție (+)

Structura internă a acestor dispozitive poate varia semnificativ în funcție de tipul sarcinii reglate și de schema electrică.

Cele mai simple relee în stare solidă includ următoarele componente:

• modul de intrare cu siguranțe;
• circuit de declanșare;
• izolare optică (galvanică);
• modul de comutare;
• circuite de protecție;
• modul de ieșire la sarcină.

Modulul de intrare al TTR reprezintă circuitul primar cu un rezistor conectat în serie. Siguranța este integrată opțional în acest circuit. Sarcina modulului de intrare este de a recepționa semnalul de comandă și de a transmite comanda către întrerupătoarele care comută sarcina.

La curent alternativ, pentru separarea circuitului de control de circuitul principal se utilizează izolarea galvanică. De dispozitivul acesteia depinde în mare măsură principiul de funcționare al releului. Circuitul de declanșare responsabil de procesarea semnalului de intrare poate fi inclus în modulul de izolare optică sau poate fi amplasat separat.

Modulul de protecție împiedică apariția suprasarcinilor și erorilor, deoarece în caz de defectare a aparatului, poate fi deteriorată și tehnica conectată.

Scopul principal al releelor cu stare solidă este de a conecta/deconecta rețeaua electrică cu ajutorul unui semnal de comandă slab. Spre deosebire de omoloagele electromecanice, acestea au o formă mai compactă și nu produc în timpul funcționării pocniturile caracteristice.

Principiul de funcționare al TTR

Funcționarea releului cu stare solidă este destul de simplă. Majoritatea releelor cu stare solidă sunt destinate controlului automatizării în rețele de 20-480 V.

Izolarea optică permite crearea de semnale de comandă de putere minimă, ceea ce este esențial pentru senzorii care funcționează de la surse de alimentare autonome (+)

În construcția clasică, în carcasa dispozitivului sunt incluse două contacte ale circuitului comutat și două fire de comandă. Numărul acestora poate varia odată cu creșterea numărului de faze conectate. În funcție de prezența tensiunii în circuitul de comandă, are loc pornirea sau oprirea sarcinii principale prin elemente semiconductoare.

O caracteristică a releelor cu stare solidă este prezența unei rezistențe non-infinite. Dacă contactele din dispozitivele electromecanice se deconectează complet, în cazul celor cu stare solidă, absența curentului în circuit este asigurată de proprietățile materialelor semiconductoare.

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

Clasificarea releelor în stare solidă

Domeniile de aplicare ale releelor sunt variate, prin urmare și caracteristicile lor constructive pot diferi semnificativ, în funcție de nevoile schemei automate specifice. Releele cu stare solidă se clasifică după numărul de faze conectate, tipul curentului de lucru, caracteristicile constructive și tipul schemei de comandă.

După numărul de faze conectate

Releele cu stare solidă sunt utilizate atât în componența aparatelor de uz casnic, cât și în automatizarea industrială cu tensiunea de lucru de 380 V.

Prin urmare, aceste dispozitive semiconductoare, în funcție de numărul de faze, se împart în:

• monofazate;
• trifazate.

Releele monofazate cu stare solidă permit lucrul cu curenți de 10-100 sau 100-500 A. Comanda lor se realizează cu ajutorul unui semnal analogic.

La releul trifazat se recomandă conectarea firelor de culori diferite, astfel încât la montarea echipamentului să poată fi conectate corect.

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

Adesea, releele trifazate cu stare solidă sunt utilizate pentru asigurarea funcționării unui motor asincron. În schema sa electrică de comandă se includ obligatoriu siguranțe rapide din cauza curenților mari de pornire.

După tipul curentului de lucru

Releele statice nu pot fi reglate sau reprogramate, prin urmare ele pot funcționa normal doar într-un anumit interval al parametrilor electrici ai rețelei.

În funcție de necesități, releele statice pot fi comandate prin circuite electrice cu două tipuri de curent:

• continuu;
• alternativ.

În mod similar, releele statice pot fi clasificate și după tipul tensiunii sarcinii active. Majoritatea releelor din aparatele de uz casnic funcționează cu parametri variabili.

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

Dispozitivele cu curent de comandă continuu se caracterizează printr-o fiabilitate ridicată și utilizează pentru reglare o tensiune de 3-32 V. Ele rezistă la un interval larg de temperaturi (-30..+70°C) fără modificări semnificative ale caracteristicilor.

Releele reglate prin curent alternativ au o tensiune de comandă de 3-32 V sau 70-280 V. Ele se caracterizează prin perturbații electromagnetice reduse și o viteză mare de acționare.

După caracteristicile constructive

Releele statice sunt adesea instalate în tabloul electric general al apartamentului, de aceea multe modele au o bornă de montare pentru fixare pe șină DIN.

În plus, există radiatoare speciale, amplasate între releul static și suprafața de sprijin. Acestea permit răcirea dispozitivului la sarcini mari, păstrând caracteristicile sale de funcționare.

Releul se fixează pe șină DIN în principal printr-un suport special, care are și o funcție suplimentară – de a elimina excesul de căldură în timpul funcționării dispozitivului.

Între releu și radiator se recomandă aplicarea unui strat de pastă termică, care mărește suprafața de contact și crește disiparea căldurii. Există și relee statice destinate fixării pe perete cu șuruburi obișnuite.

După tipul schemei de comandă

Nu întotdeauna principiul de funcționare al tehnicii cu releu reglabil necesită acționarea instantanee a acestuia.

De aceea, producătorii au dezvoltat mai multe scheme de comandă pentru releele statice, care sunt utilizate în diverse domenii:

1. Control „prin zero”. Această variantă de comandă a releului static presupune acționarea doar la valoarea tensiunii egală cu 0. Se utilizează în dispozitive cu sarcină capacitivă, rezistivă (încălzitoare) și inductivă slabă (transformatoare).
2. Instantaneu. Se utilizează atunci când este necesară acționarea bruscă a releului la aplicarea semnalului de comandă.
3. De fază. Presupune reglarea tensiunii de ieșire prin modificarea parametrilor curentului de comandă. Se aplică pentru modificarea treptată a gradului de încălzire sau iluminare.

Releele statice diferă și prin mulți alți parametri, mai puțin semnificativi. De aceea, la achiziționarea unui releu static este important să înțelegeți schema de funcționare a echipamentului conectat, pentru a achiziționa un dispozitiv de reglare cât mai potrivit.

Trebuie să fie prevăzută o rezervă de putere, deoarece releul are o durată de viață operațională care se epuizează rapid la suprasarcini frecvente.

Avantaje și dezavantaje ale TTR

Releele în stare solidă nu întâmplător înlocuiesc de pe piață contactorele și pornitoarele obișnuite. Aceste dispozitive semiconductoare au numeroase avantaje față de analogii electromecanici, care îi determină pe consumatori să le aleagă.

Releul pentru microcircuite are dimensiuni compacte și este puternic limitat în curentul maxim admis. Acestea se montează în principal prin lipirea picioarelor speciale.

Printre aceste avantaje se numără:

1. Consum redus de energie electrică (cu 90% mai puțin).
2. Dimensiuni compacte, care permit montarea dispozitivelor în spații limitate.
3. Viteză mare de pornire și oprire
4. Zgomot redus în funcționare, lipsesc clicurile caracteristice releului electromecanic.
5. Nu este necesară întreținerea tehnică.
6. Durată lungă de viață datorită resursei de sute de milioane de acționări.
7. Datorită posibilităților largi de modificare a modulelor electronice, TTR-urile au domenii de aplicare extinse.
8. Absența interferențelor electromagnetice la acționare.
9. Se exclude deteriorarea contactelor ca urmare a loviturii mecanice.
10. Lipsa contactului fizic direct între circuitele de comandă și comutație.
11. Posibilitatea de reglare a sarcinii.
12. Prezența în TTR-urile de impuls a circuitelor automate de protecție împotriva suprasarcinilor.
13. Posibilitatea de utilizare în medii explozive.

Avantajele enumerate ale releelor în stare solidă nu sunt întotdeauna suficiente pentru funcționarea normală a echipamentului. Tocmai de aceea nu au înlocuit complet contactorele electromecanice.

Pentru funcționarea stabilă a releelor în stare solidă de putere este importantă o disipare eficientă a căldurii, deoarece la temperaturi ridicate tensiunea de sarcină se distorsionează brusc (+)

TTR-urile au și dezavantaje care nu le permit să fie utilizate în multe cazuri.

Printre dezavantaje se numără:

1. Imposibilitatea de funcționare a majorității dispozitivelor la tensiuni peste 0,5 kV.
2. Cost ridicat.
3. Sensibilitate la curenți mari, în special în circuitele de pornire ale motoarelor electrice.
4. Limitări privind utilizarea în condiții de umiditate ridicată.
5. Reducerea critică a caracteristicilor de funcționare la temperaturi sub -30°C și 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 pasivă sau activă.
7. Posibilitatea de topire a dispozitivului din cauza încălzirii în caz de scurtcircuit.
8. Microcurenții în starea închisă a releului pot fi critici pentru funcționarea echipamentului. De exemplu, lămpile fluorescente conectate la rețea pot pâlpâi periodic.

Astfel, releele statice au anumite domenii de aplicare. În circuitele echipamentelor industriale de înaltă tensiune, utilizarea lor este strict limitată din cauza proprietăților fizice imperfecte ale materialelor semiconductoare.

Cu toate acestea, în aparatele electrocasnice și în industria auto, releele statice ocupă o poziție solidă datorită proprietăților lor pozitive.

Scheme posibile de conectare

Schemele de conectare a releelor statice pot fi foarte diverse. Fiecare circuit electric se construiește în funcție de caracteristicile sarcinii conectate. În schemă se pot adăuga siguranțe suplimentare, controlere și dispozitive de reglare.

Datorită faptului că circuitele de comandă și de sarcină din dispozitiv nu se suprapun, caracteristicile lor electrice pot diferi prin orice parametri (+)

În continuare, vor fi prezentate cele mai simple și comune scheme de conectare a SSR-urilor:

• normal deschisă;
• cu circuit asociat;
• normal închisă;
• trifazată;
• reversibilă.

Schema normal deschisă (deconectată) – un releu în care sarcina se află sub tensiune atunci când există un semnal de comandă. Adică, echipamentul conectat este în stare oprită atunci când intrările 3 și 4 sunt fără tensiune.

Înainte de achiziționarea unui releu, este necesar să stabiliți tipul de stare inițială necesar (închis sau deschis), pentru a asigura funcționarea corectă a echipamentului conectat (+)

Schema normal închisă – se referă la un releu în care sarcina se află sub tensiune în absența semnalului de comandă. Adică, echipamentul conectat este în stare de funcționare atunci când intrările 3 și 4 sunt fără tensiune.

Există o schemă de conectare a unui releu static în care tensiunea de comandă și tensiunea de sarcină sunt aceleași. Această metodă poate fi utilizată simultan pentru funcționarea în rețele de curent continuu și alternativ.

Releele trifazate se conectează după principii ușor diferite. Contactele pot fi conectate în configurațiile „Stea”, „Triunghi” sau „Stea cu neutru”.

Alegerea schemei trifazate de conectare a releului depinde în mare măsură de caracteristicile de funcționare ale echipamentului conectat la acesta ca sarcină

Releele statice reversibile se utilizează în motoarele electrice în regimul corespunzător. Acestea sunt fabricate în varianta trifazată și includ două circuite de comandă.

Dacă pentru releu este importantă respectarea polarității la conectarea contactelor, pe marcaj se va indica întotdeauna unde se conectează faza și nulul.

Asamblarea circuitelor electrice cu SSR trebuie efectuată numai după desenarea lor prealabilă pe hârtie, deoarece dispozitivele conectate incorect pot ceda din cauza unui scurtcircuit.

Aplicarea practică a dispozitivelor

Domeniul de utilizare a releelor cu stare solidă este destul de vast. Datorită fiabilității ridicate și lipsei nevoii de întreținere regulată, acestea sunt adesea instalate în locuri greu accesibile ale echipamentelor.

La multe relee, conectarea firelor circuitului de comandă necesită respectarea polarității, ceea ce trebuie luat în considerare în timpul procesului de montare a echipamentului.

Principalele domenii de aplicare ale SSR sunt:

• sistemul de termoreglare cu ajutorul elementelor de încălzire tubulare;
• menținerea temperaturii stabile în procesele tehnologice;
• controlul funcționării transformatoarelor;
• reglarea iluminatului;
• circuite cu senzori de mișcare, iluminat, fotosenzori pentru iluminatul stradal etc.;
• comanda motoarelor electrice;
• surse de alimentare neîntreruptibilă.

Odată cu creșterea automatizării aparatelor electrocasnice, releele cu stare solidă devin tot mai răspândite, iar tehnologiile semiconductoare în dezvoltare deschid constant noi domenii de aplicare.

La dorință, puteți asambla un releu cu stare solidă chiar de unul singur. Instrucțiunile detaliate sunt prezentate în acest articol.

Concluzii și material video util pe această temă

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

Demonstrația practică a funcționării celui mai simplu releu cu stare solidă:

Analiza varietăților și particularităților de funcționare ale releelor cu stare solidă:

Testarea funcționării și a gradului de încălzire ale SSR:

Aproape orice persoană poate monta un circuit electric format dintr-un releu cu stare solidă și un senzor.

Cu toate acestea, planificarea schemei de lucru necesită cunoștințe de bază în electrotehnică, deoarece o conexiune incorectă poate duce la electrocutare sau la scurtcircuit. În schimb, ca urmare a acțiunilor corecte, puteți obține o mulțime de dispozitive utile în gospodărie.

Aveți ceva de adăugat sau aveți întrebări legate de conectarea și utilizarea releelor cu stare solidă? Puteți lăsa comentarii la publicație, participa la discuții și împărtăși propria experiență de utilizare a acestor dispozitive. Formularul de contact se află în blocul de jos.