Halbleiterrelais: Typen, praktische Anwendung, Schaltpläne

Darlington-Transistor

Wenn die Last sehr stark ist, kann der Strom durch sie reichen
mehrere Verstärker. Bei Hochleistungstransistoren kann der Koeffizient $\beta$
unzureichend sein. (Außerdem, wie aus der Tabelle ersichtlich, für mächtig
Transistoren, es ist schon klein.)

In diesem Fall können Sie eine Kaskade von zwei Transistoren verwenden. Der Erste
der Transistor steuert den Strom, der den zweiten Transistor einschaltet. Eine solche
Der Schaltkreis wird als Darlington-Schaltung bezeichnet.

In dieser Schaltung werden die $\beta$-Koeffizienten der beiden Transistoren multipliziert, was
ermöglicht einen sehr hohen Stromübertragungskoeffizienten.

Um die Abschaltgeschwindigkeit von Transistoren zu erhöhen, können Sie jeden anschließen
Emitter und Basiswiderstand.

Die Widerstände müssen groß genug sein, um den Strom nicht zu beeinflussen
Basis - Emitter. Typische Werte sind 5…10 kΩ für Spannungen von 5…12 V.

Darlington-Transistoren sind als separates Gerät erhältlich. Beispiele
solche Transistoren sind in der Tabelle gezeigt.

Modell	$\beta$	$\max\ I_{k}$	$\max\V_{ke}$
KT829V	750	8 A	60 V
BDX54C	750	8 A	100 V

Ansonsten bleibt die Bedienung der Taste gleich.

FET-Treiber

Wenn Sie die Last noch an den n-Kanal-Transistor anschließen müssen
zwischen dem Abfluss und dem Boden, dann gibt es eine Lösung. Sie können fertig verwenden
Mikroschaltung - der Treiber der oberen Schulter. oben - weil der Transistor
Oben.

Treiber der oberen und unteren Schultern werden ebenfalls hergestellt (z. B.
IR2151) zum Aufbau einer Gegentaktschaltung, sondern zum einfachen Schalten
Belastung ist nicht erforderlich. Dies ist notwendig, wenn die Ladung nicht verlassen werden kann
"in der Luft hängen", aber es ist erforderlich, es zu Boden zu ziehen.

Betrachten Sie die High-Side-Treiberschaltung am Beispiel des IR2117.

Die Schaltung ist nicht sehr kompliziert, und der Einsatz des Treibers lässt am meisten zu
effiziente Nutzung des Transistors.

DC-Interferenzschutz

Getrenntes Essen

Eine der besten Möglichkeiten zum Schutz vor Stromstörungen besteht darin, die Leistungs- und Logikteile von separaten Netzteilen zu versorgen: ein gutes, rauscharmes Netzteil für den Mikrocontroller und die Module/Sensoren und ein separates für den Leistungsteil. In eigenständigen Geräten wird manchmal eine separate Batterie zur Stromversorgung der Logik und eine separate leistungsstarke Batterie für den Leistungsteil eingesetzt, da Stabilität und Betriebssicherheit sehr wichtig sind.

Funkenunterdrückung von Gleichstromkreisen

Wenn die Kontakte im Stromversorgungskreis einer induktiven Last öffnen, tritt ein sogenannter induktiver Stoß auf, der die Spannung im Stromkreis so stark erhöht, dass ein Lichtbogen (Funke) zwischen den Kontakten des Relais gleiten kann oder Schalter. Der Lichtbogen hat nichts Gutes - er brennt die Metallpartikel der Kontakte aus, wodurch sie sich abnutzen und mit der Zeit unbrauchbar werden. Außerdem provoziert ein solcher Sprung im Stromkreis eine elektromagnetische Überspannung, die ein elektronisches Gerät stark stören und zu Fehlfunktionen oder sogar zum Ausfall führen kann! Das Gefährlichste ist, dass der Draht selbst eine induktive Last sein kann: Sie haben wahrscheinlich gesehen, wie ein normaler Lichtschalter in einem Raum Funken schlägt. Eine Glühbirne ist keine induktive Last, aber der Draht, der zu ihr führt, hat eine Induktivität.

Zum Schutz vor Selbstinduktions-EMK-Überspannungen in einem Gleichstromkreis wird eine gewöhnliche Diode verwendet, die in einer antiparallelen Last und so nah wie möglich daran installiert ist. Die Diode schließt einfach die Emission mit sich selbst kurz, und das war's:

Wo VD eine Schutzdiode ist, ist U1 ein Schalter (Transistor, Relais) und R und L stellen schematisch eine induktive Last dar.

Die Diode muss IMMER installiert werden, wenn eine induktive Last (Elektromotor, Solenoid, Ventil, Elektromagnet, Relaisspule) mit einem Transistor gesteuert wird, also so:

Bei der Steuerung eines PWM-Signals wird empfohlen, Hochgeschwindigkeitsdioden (z. B. Serie 1N49xx) oder Schottky-Dioden (z. B. Serie 1N58xx) zu installieren, der maximale Diodenstrom muss größer oder gleich dem maximalen Laststrom sein.

Filter

Wenn das Leistungsteil von derselben Quelle wie der Mikrocontroller gespeist wird, sind Störungen der Stromversorgung unvermeidlich. Der einfachste Weg, den MK vor solchen Störungen zu schützen, besteht darin, Kondensatoren so nah wie möglich am MK zu speisen: Elektrolyt 6,3 V 470 uF (uF) und Keramik bei 0,1-1 uF, sie glätten kurze Spannungsabfälle. Übrigens wird ein Elektrolyt mit niedrigem ESR diese Aufgabe so effizient wie möglich bewältigen.

Noch besser wird ein LC-Filter, bestehend aus einer Induktivität und einem Kondensator, mit der Rauschfilterung fertig. Die Induktivität muss mit einem Nennwert im Bereich von 100-300 μH und mit einem Sättigungsstrom größer als der Laststrom nach dem Filter genommen werden. Der Kondensator ist ein Elektrolyt mit einer Kapazität von 100-1000 uF, wiederum abhängig von der Stromaufnahme der Last nach dem Filter. Schließen Sie so an, je näher an der Last - desto besser:

Hier können Sie mehr über die Berechnung von Filtern lesen.

Klassifizierung von Halbleiterrelais

Relaisanwendungen sind vielfältig, daher können ihre Konstruktionsmerkmale je nach den Anforderungen einer bestimmten automatischen Schaltung stark variieren. TSR wird nach der Anzahl der angeschlossenen Phasen, der Art des Betriebsstroms, den Konstruktionsmerkmalen und der Art des Steuerkreises klassifiziert.

Durch die Anzahl der angeschlossenen Phasen

Halbleiterrelais werden sowohl in Haushaltsgeräten als auch in der Industrieautomation mit einer Betriebsspannung von 380 V eingesetzt.

Daher werden diese Halbleiterbauelemente je nach Anzahl der Phasen unterteilt in:

• einzelphase;
• Drei Phasen.

Mit einphasigen SSRs können Sie mit Strömen von 10-100 oder 100-500 A arbeiten.Sie werden durch ein analoges Signal gesteuert.

Es wird empfohlen, Drähte unterschiedlicher Farbe an ein dreiphasiges Relais anzuschließen, damit sie bei der Installation von Geräten korrekt angeschlossen werden können

Dreiphasige Halbleiterrelais können Ströme im Bereich von 10-120 A leiten. Ihr Gerät geht von einem umkehrbaren Funktionsprinzip aus, das die Zuverlässigkeit der Regelung mehrerer Stromkreise gleichzeitig gewährleistet.

Häufig werden dreiphasige SSRs verwendet, um einen Induktionsmotor anzutreiben. Flinke Sicherungen sind aufgrund hoher Anlaufströme zwangsläufig in seinem Steuerkreis enthalten.

Nach Art des Betriebsstroms

Halbleiterrelais können nicht konfiguriert oder neu programmiert werden, daher können sie nur innerhalb eines bestimmten Bereichs elektrischer Parameter des Netzwerks ordnungsgemäß funktionieren.

SSRs können je nach Bedarf durch Stromkreise mit zwei Stromarten gesteuert werden:

• dauerhaft;
• Variablen.

Ebenso ist es möglich, die TTR und die Spannungsart der aktiven Last zu klassifizieren. Die meisten Relais in Haushaltsgeräten arbeiten mit variablen Parametern.

Gleichstrom wird in keinem Land der Welt als Hauptstromquelle verwendet, daher haben Relais dieses Typs einen engen Anwendungsbereich

Geräte mit konstantem Steuerstrom zeichnen sich durch hohe Zuverlässigkeit aus und nutzen zur Regelung eine Spannung von 3-32 V. Sie überstehen einen weiten Temperaturbereich (-30..+70°C) ohne wesentliche Änderung der Eigenschaften.

Wechselstromgesteuerte Relais haben eine Steuerspannung von 3-32 V bzw. 70-280 V. Sie zeichnen sich durch geringe elektromagnetische Beeinflussung und hohe Ansprechgeschwindigkeit aus.

Durch Designmerkmale

Halbleiterrelais werden häufig in der allgemeinen Schalttafel einer Wohnung installiert, daher verfügen viele Modelle über einen Montageblock für die Montage auf einer DIN-Schiene.

Zusätzlich befinden sich zwischen dem TSR und der Auflagefläche spezielle Radiatoren. Sie ermöglichen es Ihnen, das Gerät bei hoher Belastung zu kühlen und gleichzeitig seine Leistung beizubehalten.

Das Relais wird hauptsächlich durch eine spezielle Halterung auf einer DIN-Schiene montiert, die auch eine zusätzliche Funktion hat - es leitet überschüssige Wärme während des Betriebs des Geräts ab

Zwischen dem Relais und dem Kühlkörper wird empfohlen, eine Schicht Wärmeleitpaste aufzutragen, die die Kontaktfläche vergrößert und die Wärmeübertragung erhöht. Es gibt auch TTRs, die für die Befestigung an der Wand mit normalen Schrauben ausgelegt sind.

Nach Art des Kontrollschemas

Das Funktionsprinzip eines einstellbaren Relais der Technologie erfordert nicht immer seinen sofortigen Betrieb.

Daher haben Hersteller mehrere SSR-Steuerungsschemata entwickelt, die in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden:

1. Null Kontrolle. Diese Option zur Ansteuerung eines Halbleiterrelais geht von einem Betrieb nur bei einem Spannungswert von 0 aus. Sie wird in Geräten mit kapazitiver, ohmscher (Heizung) und schwach induktiver (Transformator) Last verwendet.
2. Sofortig. Es wird verwendet, wenn es erforderlich ist, das Relais abrupt zu betätigen, wenn ein Steuersignal angelegt wird.
3. Phase. Es beinhaltet die Regelung der Ausgangsspannung durch Änderung der Parameter des Steuerstroms. Es wird verwendet, um den Grad der Erwärmung oder Beleuchtung stufenlos zu ändern.

Halbleiterrelais unterscheiden sich auch in vielen anderen, weniger signifikanten Parametern.

Daher ist es beim Kauf eines TSR wichtig, das Funktionsschema der angeschlossenen Geräte zu verstehen, um das am besten geeignete Einstellgerät dafür zu kaufen.

Eine Leistungsreserve muss vorgesehen werden, da das Relais über eine Betriebsressource verfügt, die bei häufigen Überlastungen schnell aufgebraucht ist.

Zweck und Typen

Ein Stromsteuerrelais ist ein Gerät, das auf plötzliche Änderungen der Größe des eingehenden elektrischen Stroms reagiert und bei Bedarf die Stromversorgung eines bestimmten Verbrauchers oder des gesamten Stromversorgungssystems abschaltet. Sein Funktionsprinzip basiert auf dem Vergleich externer elektrischer Signale und der sofortigen Reaktion, wenn sie nicht mit den Betriebsparametern des Geräts übereinstimmen. Es wird verwendet, um Generator, Pumpe, Automotor, Werkzeugmaschinen, Haushaltsgeräte und mehr zu betreiben.

Es gibt solche Arten von Gleich- und Wechselstromgeräten:

1. dazwischenliegend;
2. Schützend;
3. Messung;
4. Druck;
5. Zeit.

Ein Zwischengerät oder ein Maximalstromrelais (RTM, RST 11M, RS-80M, REO-401) wird verwendet, um die Stromkreise eines bestimmten Stromnetzes zu öffnen oder zu schließen, wenn ein bestimmter Stromwert erreicht wird. Es wird am häufigsten in Wohnungen oder Häusern verwendet, um den Schutz von Haushaltsgeräten vor Spannungs- und Stromstößen zu erhöhen.

Das Funktionsprinzip eines Wärme- oder Schutzgeräts basiert auf der Steuerung der Temperatur der Kontakte eines bestimmten Geräts. Es wird verwendet, um Geräte vor Überhitzung zu schützen. Wenn sich beispielsweise das Bügeleisen überhitzt, schaltet ein solcher Sensor den Strom automatisch aus und wieder ein, nachdem das Gerät abgekühlt ist.

Ein statisches oder Messrelais (REV) hilft, die Schaltkreiskontakte zu schließen, wenn ein bestimmter elektrischer Stromwert auftritt.Sein Hauptzweck besteht darin, die verfügbaren und die erforderlichen Netzwerkparameter zu vergleichen und schnell auf deren Änderungen zu reagieren.

Der Druckschalter (RPI-15, 20, RPZH-1M, FQS-U, FLU und andere) ist erforderlich, um Flüssigkeiten (Wasser, Öl, Öl), Luft usw. zu steuern. Er wird verwendet, um die Pumpe oder andere Geräte auszuschalten, wenn die eingestellten Kennziffern sind der Druck erreicht. Wird häufig in Sanitäranlagen und an Autowerkstätten verwendet.

Zeitverzögerungsrelais (Hersteller EPL, Danfoss, auch PTB-Modelle) werden benötigt, um die Reaktion bestimmter Geräte zu steuern und zu verlangsamen, wenn ein Stromleck oder ein anderer Netzwerkfehler erkannt wird. Solche Relaisschutzgeräte werden sowohl im Alltag als auch in der Industrie eingesetzt. Sie verhindern die vorzeitige Aktivierung des Notbetriebs, den Betrieb des RCD (es ist auch ein Differentialrelais) und Leistungsschalter. Das Schema ihrer Installation wird häufig mit dem Prinzip kombiniert, Schutzausrüstung und Differentiale in das Netzwerk aufzunehmen.

Darüber hinaus gibt es auch elektromagnetische Spannungs- und Stromrelais, mechanische, Festkörper usw.

Ein Halbleiterrelais ist ein einphasiges Gerät zum Schalten hoher Ströme (ab 250 A) und bietet galvanischen Schutz und Trennung von Stromkreisen. Dabei handelt es sich in den meisten Fällen um elektronische Geräte, die darauf ausgelegt sind, schnell und genau auf Netzwerkprobleme zu reagieren. Ein weiterer Vorteil ist, dass ein solches Stromrelais von Hand hergestellt werden kann.

Relais werden konstruktionsbedingt in mechanische und elektromagnetische und jetzt, wie oben erwähnt, in elektronische eingeteilt. Mechanisch kann unter verschiedenen Arbeitsbedingungen verwendet werden, es erfordert keine komplexe Schaltung, um es anzuschließen, es ist langlebig und zuverlässig.Aber gleichzeitig nicht genau genug. Daher werden heute hauptsächlich ihre moderneren elektronischen Pendants verwendet.

Die Haupttypen von Relais und ihr Zweck

Hersteller konfigurieren moderne Schaltgeräte so, dass der Betrieb nur unter bestimmten Bedingungen erfolgt, z. B. mit einer Erhöhung der Stromstärke, die an den Eingangsklemmen der KU geliefert wird. Im Folgenden gehen wir kurz auf die Haupttypen von Elektromagneten und ihren Zweck ein.

Elektromagnetische Relais

Ein elektromagnetisches Relais ist ein elektromechanisches Schaltgerät, dessen Prinzip auf der Wirkung eines Magnetfelds basiert, das durch einen Strom in einer statischen Wicklung auf einen Anker erzeugt wird. Diese Art von KU ist unterteilt in tatsächlich elektromagnetische (neutrale) Geräte, die nur auf den Wert des der Wicklung zugeführten Stroms reagieren, und polarisierte Geräte, deren Betrieb sowohl vom Stromwert als auch von der Polarität abhängt.

Das Funktionsprinzip des Elektromagneten

Die in Industrieanlagen verwendeten elektromagnetischen Relais befinden sich in einer Zwischenstellung zwischen Hochstromgeräten (Magnetstarter, Schütze usw.) und Schwachstromgeräten. Am häufigsten wird dieser Relaistyp in Steuerkreisen verwendet.

AC-Relais

Der Betrieb dieses Relaistyps erfolgt, wie der Name schon sagt, wenn ein Wechselstrom einer bestimmten Frequenz an die Wicklung angelegt wird. Dieses Wechselstromschaltgerät mit oder ohne Phase-Null-Steuerung ist eine Kombination aus Thyristoren, Gleichrichterdioden und Steuerschaltungen. AC-Relais können in Form von Modulen basierend auf Transformator oder optischer Trennung hergestellt werden.Diese KU werden in Wechselstromnetzen mit einer maximalen Spannung von 1,6 kV und einem mittleren Laststrom von bis zu 320 A eingesetzt.

Zwischenrelais 220 V

Manchmal ist der Betrieb des Stromnetzes und der Geräte ohne die Verwendung eines Zwischenrelais für 220 V nicht möglich. Normalerweise wird ein KU dieses Typs verwendet, wenn es erforderlich ist, die entgegengesetzt gerichteten Kontakte des Stromkreises zu öffnen oder zu öffnen. Wenn beispielsweise ein Beleuchtungsgerät mit einem Bewegungssensor verwendet wird, wird ein Leiter mit dem Sensor verbunden und der andere versorgt die Lampe mit Strom.

AC-Relais werden häufig in Industrieanlagen und Haushaltsgeräten eingesetzt

Es funktioniert so:

1. Zuführen von Strom zu der ersten Schaltvorrichtung;
2. Von den Kontakten der ersten KU fließt der Strom zum nächsten Relais, das höhere Eigenschaften als das vorherige hat und hohen Strömen standhalten kann.

Relais werden von Jahr zu Jahr effizienter und kompakter.

Die Funktionen des kleinen 220-V-Wechselstromrelais sind sehr vielfältig und werden häufig als Hilfsgerät in den unterschiedlichsten Bereichen eingesetzt. Diese Art von KU kommt zum Einsatz, wenn das Hauptrelais seiner Aufgabe nicht mehr gewachsen ist oder bei einer großen Anzahl kontrollierter Netze, die die Headunit nicht mehr bedienen können.

Das Zwischenschaltgerät wird in industriellen und medizinischen Geräten, Transportmitteln, Kühlgeräten, Fernsehgeräten und anderen Haushaltsgeräten verwendet.

DC-Relais

DC-Relais sind in neutral und polarisiert unterteilt. Der Unterschied zwischen ihnen besteht darin, dass polarisierte DC-Kondensatoren empfindlich auf die Polarität der angelegten Spannung reagieren.Der Anker des Schaltgerätes ändert die Bewegungsrichtung in Abhängigkeit von den Leistungspolen. Neutrale elektromagnetische DC-Relais hängen nicht von der Polarität der Spannung ab.

Gleichstromelektromagnet KU wird hauptsächlich dann eingesetzt, wenn keine Anschlussmöglichkeit an das Wechselstromnetz besteht.

Vierpoliges Kfz-Relais

Zu den Nachteilen von Gleichstrommagneten gehören die Notwendigkeit einer Stromversorgung und höhere Kosten im Vergleich zu Wechselstrom.

Dieses Video zeigt den Schaltplan und erklärt, wie das 4-polige Relais funktioniert:

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Elektronisches Relais

Elektronisches Steuerrelais im Gerätestromkreis

Nachdem Sie sich damit befasst haben, was ein Stromrelais ist, betrachten Sie den elektronischen Typ dieses Geräts. Der Aufbau und das Funktionsprinzip elektronischer Relais sind praktisch die gleichen wie bei elektromechanischen KU. Um jedoch die notwendigen Funktionen in einem elektronischen Gerät auszuführen, wird eine Halbleiterdiode verwendet. In modernen Fahrzeugen werden die meisten Funktionen von Relais und Schaltern von elektronischen Relaissteuergeräten ausgeführt, und es ist derzeit unmöglich, sie vollständig aufzugeben. So können Sie beispielsweise mit einem Block elektronischer Relais den Energieverbrauch, die Spannung an den Batterieklemmen, die Beleuchtungsanlage usw. steuern.

Arbeitsprinzip des Halbleiterrelais

Reis. Nummer 3. Betriebsschema mit einem Halbleiterrelais. In der Aus-Position, wenn der Eingang 0 V beträgt, verhindert das Halbleiterrelais, dass Strom durch die Last fließt. Im eingeschalteten Zustand liegt Spannung am Eingang an, Strom fließt durch die Last.

Die Hauptelemente einer einstellbaren AC-Eingangsschaltung.

1. Der Stromregler dient dazu, einen konstanten Stromwert zu halten.
2. Eine Vollwegbrücke und Kondensatoren am Eingang des Geräts dienen dazu, das AC-Signal in DC umzuwandeln.
3. Eingebauter Optokoppler mit optischer Trennung, Versorgungsspannung wird daran angelegt und Eingangsstrom fließt durch ihn.
4. Die Triggerschaltung dient zur Steuerung der Lichtemission des eingebauten Optokopplers, bei Unterbrechung des Eingangssignals fließt kein Strom mehr durch den Ausgang.
5. Widerstände in Reihe in einem Stromkreis.

Es gibt zwei gängige Arten der optischen Entkopplung, die in Halbleiterrelais verwendet werden - der Siebenspeicher und der Transistor.

Der Triac hat folgende Vorteile: die Einbeziehung einer Triggerschaltung in die Entkopplung und seine Störfestigkeit. Zu den Nachteilen gehören die hohen Kosten und der Bedarf an großen Strommengen am Eingang des Geräts, die zum Schalten des Ausgangs erforderlich sind.

Reis. Nummer 4. Schema eines Relais mit einem Siebenistor.

Thyristor - benötigt keine große Strommenge, um den Ausgang zu schalten. Der Nachteil ist, dass die Triggerschaltung außerhalb der Isolation liegt, was eine größere Anzahl von Elementen und einen schlechten Schutz gegen Störungen bedeutet.

Reis. Nr. 5. Schema eines Relais mit einem Thyristor.

Reis. Nr. 6. Aussehen und Anordnung von Elementen im Design eines Halbleiterrelais mit Transistorsteuerung.

Funktionsprinzip der Halbleiterrelais vom Typ SCR-Halbwellensteuerung

Bei einem Stromdurchgang durch das Relais in nur einer Richtung wird die Strommenge um fast 50 % reduziert. Um dieses Phänomen zu verhindern, werden zwei parallel geschaltete SCRs verwendet, die sich am Ausgang befinden (die Kathode ist mit der Anode des anderen verbunden).

Reis. Nr. 7. Diagramm des Funktionsprinzips der Halbwellen-SCR-Steuerung

Schaltarten von Halbleiterrelais

1. Steuerung der Schalthandlungen bei Nulldurchgang des Stroms.

Reis. Nr. 8. Relais schaltet, wenn der Strom durch Null geht.

Wird für ohmsche Lasten in Steuer- und Überwachungssystemen für Heizgeräte verwendet. Einsatz bei leicht induktiven und kapazitiven Lasten.

1. Phasensteuerungs-Halbleiterrelais

Abb. Nr. 9. Phasensteuerungsschema.

Schlüsselindikatoren für die Auswahl von Halbleiterrelais

• Strom: Last, Anlauf, Nennstrom.
• Lasttyp: Induktivität, Kapazität oder ohmsche Last.
• Art der Schaltungsspannung: AC oder DC.
• Art des Steuersignals.

Empfehlungen für die Auswahl von Relais und Betriebsnuancen

Die aktuelle Belastung und ihre Art sind der Hauptfaktor, der die Wahl bestimmt. Das Relais wird mit einer Stromspanne ausgewählt, die die Berücksichtigung des Einschaltstroms beinhaltet (es muss einem 10-fachen Überstrom und einer Überlastung für 10 ms standhalten). Beim Arbeiten mit einer Heizung übersteigt der Nennstrom den Nennlaststrom um mindestens 40 %. Beim Arbeiten mit einem Elektromotor wird empfohlen, dass die Stromspanne mindestens 10-mal größer als der Nennwert ist.

Indikative Beispiele für die Relaisauswahl bei Überstrom

1. Wirkleistungslast, zum Beispiel ein Heizelement - eine Spanne von 30-40%.
2. Elektromotor des asynchronen Typs, 10-mal die Stromspanne.
3. Beleuchtung mit Glühlampen - 12-fache Marge.
4. Elektromagnetische Relais, Spulen - 4- bis 10-fache Reserve.

Reis. Nr. 10. Beispiele für Relaisauswahl mit aktiver Strombelastung.

Ein solches elektronisches Bauteil elektrischer Schaltungen wie ein Halbleiterrelais wird zu einer unverzichtbaren Schnittstelle in modernen Schaltungen und sorgt für eine zuverlässige galvanische Trennung zwischen allen beteiligten elektrischen Schaltungen.

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Auswahlhilfe

Durch elektrische Verluste in Leistungshalbleitern erwärmen sich Halbleiterrelais beim Schalten der Last. Dies erlegt der Höhe des geschalteten Stroms eine Begrenzung auf. Eine Temperatur von 40 Grad Celsius verursacht keine Verschlechterung der Betriebsparameter des Geräts. Eine Erwärmung über 60 °C verringert jedoch den zulässigen Wert des Schaltstroms erheblich. In diesem Fall kann das Relais in einen unkontrollierten Betriebsmodus gehen und ausfallen.

Daher ist während des Langzeitbetriebs des Relais im Nennmodus und insbesondere im "schweren" Modus (bei langfristigem Schalten von Strömen über 5 A) die Verwendung von Heizkörpern erforderlich. Bei erhöhten Lasten, beispielsweise bei einer "induktiven" Last (Solenoide, Elektromagnete usw.), wird empfohlen, Geräte mit einem großen Stromspielraum zu wählen - 2-4 mal und im Fall von Steuerung eines asynchronen Elektromotors, 6-10-fache Stromspanne.

Beim Arbeiten mit den meisten Arten von Lasten wird das Einschalten des Relais von einem Stromstoß unterschiedlicher Dauer und Amplitude begleitet, dessen Wert bei der Auswahl berücksichtigt werden muss:

• rein aktive (Heizungs-) Lasten ergeben möglichst geringe Stromstöße, die bei Verwendung von Relais mit Schalten auf "0" praktisch eliminiert werden;
• Glühlampen, Halogenlampen lassen beim Einschalten einen 7 ... 12-mal höheren Strom als den Nennwert durch;
• Leuchtstofflampen geben in den ersten Sekunden (bis zu 10 s) kurzzeitige Stromstöße ab, die 5 ... 10 mal höher sind als der Nennstrom;
• Quecksilberlampen geben in den ersten 3-5 Minuten eine dreifache Stromüberlastung;
• Wicklungen von elektromagnetischen Wechselstromrelais: Strom ist 3 ... 10 mal höher als der Nennstrom für 1-2 Perioden;
• Wicklungen von Solenoiden: Strom ist 10 ... 20 mal größer als der Nennstrom für 0,05 - 0,1 s;
• Elektromotoren: Strom ist 5 ... 10 mal höher als der Nennstrom für 0,2 - 0,5 s;
• hochinduktive Lasten mit sättigbaren Kernen (Leerlauftransformatoren) beim Einschalten in der Nullspannungsphase: der Strom beträgt das 20 ... 40-fache des Nennstroms für 0,05 - 0,2 s;
• kapazitive Lasten beim Einschalten in einer Phase nahe 90 °: Der Strom beträgt das 20 ... 40-fache des Nennstroms für eine Zeit von mehreren zehn Mikrosekunden bis zu mehreren zehn Millisekunden.

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Die Fähigkeit, Stromüberlastungen standzuhalten, wird durch die Größe des "Schockstroms" gekennzeichnet. Dies ist die Amplitude eines einzelnen Impulses einer bestimmten Dauer (normalerweise 10 ms). Bei Gleichstromrelais ist dieser Wert in der Regel 2–3 mal höher als der maximal zulässige Gleichstrom, bei Thyristorrelais beträgt dieses Verhältnis etwa 10. Bei Stromüberlastungen beliebiger Dauer kann man von einer empirischen Abhängigkeit ausgehen: einer Erhöhung der Überlastdauer um eine Größenordnung führt zu einer Abnahme der zulässigen Stromamplitude. Die Berechnung der maximalen Belastung ist in der folgenden Tabelle dargestellt.

Tabelle zur Berechnung der maximalen Belastung für ein Halbleiterrelais.

Die Wahl des Nennstroms für eine bestimmte Last sollte im Verhältnis zwischen der Spanne des Nennstroms des Relais und der Einführung zusätzlicher Maßnahmen zur Verringerung der Anlaufströme (Strombegrenzungswiderstände, Drosseln usw.) stehen.

Um die Widerstandsfähigkeit des Gerätes gegen Impulsstörungen zu erhöhen, wird parallel zu den Schaltkontakten eine externe Schaltung, bestehend aus einem in Reihe geschalteten Widerstand und einer Kapazität (RC-Glied), geschaltet. Für einen umfassenderen Schutz gegen die Überspannungsquelle auf der Lastseite ist es erforderlich, Schutzvaristoren parallel zu jeder Phase des SSR zu schalten.

Anschlussschema eines Halbleiterrelais.

Beim Schalten einer induktiven Last ist der Einsatz von Schutzvaristoren zwingend erforderlich. Die Wahl des erforderlichen Werts des Varistors hängt von der Spannung ab, mit der die Last versorgt wird, und wird nach folgender Formel berechnet: Uvaristor = (1,6 ... 1,9) x ULast.

Der Typ des Varistors wird anhand der spezifischen Eigenschaften des Geräts bestimmt. Die beliebtesten Haushaltsvaristoren sind die Serien: CH2-1, CH2-2, VR-1, VR-2. Das Solid-State-Relais bietet eine gute galvanische Trennung der Eingangs- und Ausgangskreise sowie stromführender Kreise von den Bauelementen des Geräts, sodass keine zusätzlichen Maßnahmen zur Kreistrennung erforderlich sind.

Selbstgebautes Halbleiterrelais

Details und Körper

• F1 - Sicherung 100 mA.
• S1 - ein beliebiger Schalter mit niedriger Leistung.
• C1 - Kondensator 0,063 uF 630 Volt.
• C2 - 10 - 100 uF 25 Volt.
• C3 - 2,7 nF 50 Volt.
• C4 - 0,047 uF 630 Volt.
• R1 - 470 kOhm 0,25 Watt.
• R2 - 100 Ohm 0,25 Watt.
• R3 - 330 Ohm 0,5 Watt.
• R4 - 470 Ohm 2 Watt.
• R5 - 47 Ohm 5 Watt.
• R6 - 470 kOhm 0,25 Watt.
• R7 - Varistor TVR12471 oder ähnlich.
• R8 - laden.
• D1 - eine beliebige Diodenbrücke für eine Spannung von mindestens 600 Volt oder beispielsweise aus vier separaten Dioden zusammengesetzt - 1N4007.
• D2 ist eine 6,2-Volt-Zenerdiode.
• D3 - Diode 1N4007.
• T1 - Triac VT138-800.
• LED1 – beliebige Signal-LED.

Die moderne Elektrotechnik und Funkelektronik verzichtet zunehmend auf mechanische Bauteile, die beträchtliche Abmessungen aufweisen und schnellem Verschleiß unterliegen. Ein Bereich, in dem sich dies am häufigsten zeigt, sind elektromagnetische Relais. Jeder weiß, dass auch das teuerste Relais mit Platinkontakten früher oder später ausfällt. Ja, und Klicks beim Umschalten können nervig sein. Daher hat die Industrie eine aktive Produktion von speziellen Halbleiterrelais aufgebaut.

Solche Halbleiterrelais sind fast überall einsetzbar, aber derzeit noch sehr teuer. Daher ist es sinnvoll, es selbst zu sammeln. Darüber hinaus sind ihre Schemata einfach und verständlich. Das Halbleiterrelais funktioniert wie ein normales mechanisches Relais - Sie können eine niedrige Spannung verwenden, um eine höhere Spannung zu schalten.

Solange am Eingang (auf der linken Seite der Schaltung) keine Gleichspannung anliegt, ist der Fototransistor TIL111 offen. Um den Schutz vor Fehlalarmen zu erhöhen, wird die Basis des TIL111 über einen 1M-Widerstand mit einem Emitter versorgt. Die Basis des Transistors BC547B liegt auf hohem Potential und bleibt somit offen. Der Kollektor schließt die Steuerelektrode des Thyristors TIC106M auf Minus und bleibt in der geschlossenen Position. Es fließt kein Strom durch die Gleichrichterdiodenbrücke und die Last wird abgeschaltet.

Bei einer bestimmten Eingangsspannung, sagen wir 5 Volt, leuchtet die Diode im TIL111 auf und aktiviert den Fototransistor. Der Transistor BC547B schließt und der Thyristor wird entsperrt. Dadurch entsteht ein ausreichend großer Spannungsabfall. an einem 330 Ohm Widerstand um den Triac TIC226 in die Ein-Position zu schalten. Der Spannungsabfall über dem Triac beträgt in diesem Moment nur wenige Volt, sodass praktisch die gesamte Wechselspannung durch die Last fließt.

Der Triac ist über einen 100-nF-Kondensator und einen 47-Ohm-Widerstand gegen Überspannung geschützt. Ein BF256A FET wurde hinzugefügt, um ein stabiles Schalten eines Halbleiterrelais mit unterschiedlichen Steuerspannungen zu ermöglichen. Es fungiert als Stromquelle. Zum Schutz der Schaltung bei Verpolung ist die Diode 1N4148 eingebaut. Diese Schaltung kann natürlich in verschiedenen Geräten mit einer Leistung von bis zu 1,5 kW verwendet werden, wenn Sie den Thyristor an einem großen Heizkörper installieren.

Das Funktionsprinzip des Startrelais

Trotz der großen Anzahl patentierter Produkte verschiedener Hersteller sind der Betrieb von Kühlschränken und die Funktionsprinzipien von Startrelais nahezu gleich. Nachdem Sie das Prinzip ihrer Aktion verstanden haben, können Sie das Problem selbstständig finden und beheben.

Geräteschema und Anschluss an den Kompressor

Der Stromkreis des Relais hat zwei Eingänge von der Stromversorgung und drei Ausgänge zum Kompressor. Ein Eingang (bedingt - Null) geht direkt durch.

Ein weiterer Eingang (bedingt - Phase) innerhalb des Geräts ist zweigeteilt:

• der erste gelangt direkt zur Arbeitswicklung;
• der zweite geht durch die Trennkontakte zur Startwicklung.

Wenn das Relais keinen Sitz hat, dürfen Sie beim Anschließen an den Kompressor keinen Fehler in der Reihenfolge des Anschließens der Kontakte machen. Die im Internet verwendeten Methoden zur Bestimmung der Wicklungsarten durch Widerstandsmessungen sind im Allgemeinen nicht korrekt, da bei manchen Motoren der Widerstand der Start- und Arbeitswicklung gleich ist.

Die elektrische Schaltung des Starterrelais kann je nach Hersteller geringfügige Änderungen aufweisen. Die Abbildung zeigt das Anschlussdiagramm dieses Geräts im Orsk-Kühlschrank

Daher ist es notwendig, Dokumentation zu finden oder den Kühlschrankkompressor zu zerlegen, um die Position der Durchgangskontakte zu verstehen.

Dies ist auch möglich, wenn sich neben den Ausgängen symbolische Bezeichner befinden:

• "S" - Startwicklung;
• "R" - Arbeitswicklung;
• „C“ ist der gemeinsame Ausgang.

Relais unterscheiden sich in der Art, wie sie am Kühlschrankrahmen oder am Kompressor montiert sind. Sie haben auch ihre eigenen Stromeigenschaften, daher muss beim Austausch ein völlig identisches Gerät oder besser dasselbe Modell ausgewählt werden.

Schließkontakte mittels Induktionsspule

Das elektromagnetische Startrelais arbeitet nach dem Prinzip, einen Kontakt zu schließen, um Strom durch die Startwicklung zu leiten. Das Hauptbetriebselement des Geräts ist eine Magnetspule, die in Reihe mit der Hauptmotorwicklung geschaltet ist.

Zum Zeitpunkt des Kompressorstarts fließt bei einem statischen Rotor ein großer Startstrom durch das Solenoid. Dadurch wird ein Magnetfeld erzeugt, das den Kern (Anker) mit einem darauf installierten leitenden Stab bewegt und den Kontakt der Startwicklung schließt. Die Beschleunigung des Rotors beginnt.

Mit zunehmender Drehzahl des Rotors nimmt die durch die Spule fließende Strommenge ab, wodurch die Magnetfeldspannung abnimmt. Unter der Wirkung einer Ausgleichsfeder oder der Schwerkraft kehrt der Kern an seinen ursprünglichen Platz zurück und der Kontakt öffnet sich.

Auf der Abdeckung des Relais mit Induktionsspule befindet sich ein Pfeil „nach oben“, der die korrekte Position des Geräts im Raum anzeigt.Wenn es anders platziert wird, öffnen sich die Kontakte nicht unter dem Einfluss der Schwerkraft

Der Kompressormotor arbeitet weiterhin in dem Modus, in dem die Rotation des Rotors aufrechterhalten wird, wobei Strom durch die Arbeitswicklung geleitet wird. Das nächste Mal funktioniert das Relais erst, wenn der Rotor stoppt.

Regelung der Stromversorgung durch einen Posistor

Relais, die für moderne Kühlschränke hergestellt werden, verwenden häufig einen Posistor - eine Art Wärmewiderstand. Für dieses Gerät gibt es einen Temperaturbereich, unter dem es Strom mit geringem Widerstand durchlässt, und darüber steigt der Widerstand stark an und der Stromkreis öffnet sich.

Beim Startrelais ist der Kaltleiter in den Stromkreis integriert, der zur Startwicklung führt. Bei Raumtemperatur ist der Widerstand dieses Elements vernachlässigbar, sodass der Strom beim Starten des Kompressors ungehindert fließt.

Aufgrund des vorhandenen Widerstands erwärmt sich der Kaltleiter allmählich und wenn eine bestimmte Temperatur erreicht ist, öffnet der Stromkreis. Er kühlt erst nach Unterbrechung der Stromzufuhr zum Kompressor ab und löst beim erneuten Einschalten des Motors erneut einen Sprung aus.

Der Posistor hat die Form eines niedrigen Zylinders, daher nennen ihn professionelle Elektriker oft eine „Pille“.

Phasensteuerungs-Halbleiterrelais

Obwohl Halbleiterrelais eine direkte Nulldurchgangslastschaltung durchführen können, können sie mit Hilfe von digitalen Logikschaltungen, Mikroprozessoren und Speichermodulen auch viel komplexere Funktionen ausführen. Eine weitere hervorragende Verwendung für ein Halbleiterrelais sind Dimmeranwendungen für Lampen, sei es zu Hause, für eine Show oder ein Konzert.

Halbleiterrelais mit Nicht-Null-Einschalten (kurzzeitiges Einschalten) schalten sofort nach Anlegen des Eingangssteuersignals ein, im Gegensatz zum Nulldurchgangs-SSR, das höher ist und auf den nächsten Nulldurchgangspunkt der AC-Sinuswelle wartet. Dieses zufällige Feuerschalten wird in resistiven Anwendungen wie Lampendimmern und in Anwendungen verwendet, bei denen die Last nur während eines kleinen Teils des Wechselstromzyklus angelegt werden muss.

Was sind die Funktionen?

Beim Erstellen eines Halbleiterrelais konnte das Auftreten eines Lichtbogens oder Funkens beim Schließen / Öffnen einer Kontaktgruppe ausgeschlossen werden. Dadurch hat sich die Lebensdauer des Gerätes um ein Vielfaches erhöht. Zum Vergleich: Die besten Versionen von Standard-(Kontakt-)Produkten können bis zu 500.000 Schaltvorgänge aushalten. In den betrachteten TTRs gibt es keine derartigen Beschränkungen.

Die Kosten für Halbleiterrelais sind höher, aber die einfachste Berechnung zeigt die Vorteile ihrer Verwendung. Dies ist auf folgende Faktoren zurückzuführen: Energieeinsparung, lange Lebensdauer (Zuverlässigkeit) und das Vorhandensein einer Steuerung mit Mikroschaltungen.

Die Auswahl ist groß genug, um das Gerät unter Berücksichtigung der Aufgaben und der aktuellen Kosten auszuwählen. Im Handel sind sowohl Kleingeräte für den Einbau in Hausstromkreise als auch leistungsstarke Geräte zur Steuerung von Motoren erhältlich.

Wie bereits erwähnt, unterscheiden sich SSRs in der Art der geschalteten Spannung - sie können für konstanten oder variablen I ausgelegt werden. Diese Nuance muss bei der Auswahl berücksichtigt werden.

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Zu den Merkmalen von Solid-State-Modellen gehört die Empfindlichkeit des Geräts gegenüber Lastströmen.Wenn dieser Parameter um das 2-3-fache oder mehr über der zulässigen Norm überschritten wird, bricht das Produkt.

Um ein solches Problem während des Betriebs zu vermeiden, ist es wichtig, den Installationsprozess sorgfältig durchzuführen und Schutzvorrichtungen im Schlüsselkreis zu installieren. Außerdem ist es wichtig, Schaltern den Vorzug zu geben, die einen Arbeitsstrom von der zwei- bis dreifachen Schaltlast haben.

Aber das ist nicht alles

Außerdem ist es wichtig, Schaltern den Vorzug zu geben, die einen Arbeitsstrom von der zwei- bis dreifachen Schaltlast haben. Aber das ist nicht alles

Für zusätzlichen Schutz wird empfohlen, Sicherungen oder Leistungsschalter im Stromkreis vorzusehen (Klasse "B" ist geeignet).