Tvrdotijelni relej: vrste, praktična primjena, sheme povezivanja

Klasični pokretači i kontaktorii postupno odlaze u prošlost. Njihovo mjesto u automobilskoj elektronici, kućanskim uređajima i industrijskoj automatici zauzima čvrsti relej – poluvodički uređaj u kojem nema pokretnih dijelova.

Uređaji imaju različite konstrukcije i sheme spajanja, o kojima ovise njihova područja primjene. Prije korištenja uređaja potrebno je razumjeti njegov princip rada, upoznati se s osobitostima funkcioniranja i spajanja različitih vrsta releja. Odgovori na navedena pitanja detaljno su izloženi u prikazanom članku.

Uređaj čvrstog releja

Suvremeni čvrsti releji (ČR) predstavljaju modularne poluvodičke uređaje koji su energetski električni prekidači.

Ključni radni sklopovi ovih uređaja su trijaci, tiristori ili tranzistori. ČR nemaju pokretnih dijelova, po čemu se razlikuju od elektromehaničkih releja.

Veličina čvrstog releja uvelike ovisi o maksimalno dopuštenom opterećenju i mogućnosti odvođenja topline putem prijenosa topline i konvekcije (+)

Unutarnji uređaj ovih instrumenata može se jako razlikovati ovisno o vrsti reguliranog opterećenja i električnog sklopa.

Najjednostavniji čvrsti releji uključuju sljedeće sklopove:

• ulazni sklop s osiguračima;
• okidački krug;
• optička (galvanska) izolacija;
• preklopni sklop;
• zaštitni krugovi;
• izlazni sklop za opterećenje.

Ulazni sklop ČR-a predstavlja primarni krug sa serijski spojenim otpornikom. Osigurač se u ovaj krug ugrađuje opcionalno. Zadatak ulaznog sklopa je primanje upravljačkog signala i prijenos naredbe na prekidače koji sklapaju opterećenje.

Kod izmjenične struje za odvajanje upravljačkog i glavnog kruga koristi se galvanska izolacija. O njenom uređaju uvelike ovisi princip rada releja. Za obradu ulaznog signala odgovoran okidački krug može biti uključen u sklop optičke izolacije ili se nalaziti odvojeno.

Zaštitni sklop sprječava nastanak preopterećenja i pogrešaka, jer u slučaju kvara uređaja može doći do oštećenja i priključene opreme.

Osnovna namjena čvrstih releja je zatvaranje/otvaranje električne mreže pomoću slabog upravljačkog signala. Za razliku od elektromehaničkih analoga, imaju kompaktniji oblik i tijekom rada ne proizvode karakteristične klikove.

Princip rada čvrstog releja

Rad čvrstog releja je prilično jednostavan. Većina čvrstih releja namijenjena je upravljanju automatizacijom u mrežama od 20-480 V.

Optička izolacija omogućuje stvaranje upravljačkih signala minimalne snage, što je kritično važno za senzore koji rade na autonomnim izvorima napajanja (+)

Kod klasičnog izvođenja u kućište uređaja ulaze dva kontakta komutirane strujne kruga i dvije upravljačke žice. Njihov broj može se mijenjati povećanjem broja priključenih faza. Ovisno o prisutnosti napona u upravljačkom krugu, dolazi do uključivanja ili isključivanja glavnog opterećenja poluvodičkim elementima.

Značajka čvrstih releja je postojanje nebeskonačnog otpora. Dok se kontakti u elektromehaničkim uređajima potpuno odvajaju, u čvrstim relejima odsutnost struje u krugu osiguravaju svojstva poluvodičkih materijala.

Stoga se pri povišenim naponima mogu pojaviti male struje curenja, koje mogu negativno utjecati na rad priključene opreme.

Klasifikacija čvrstih releja

Područja primjene releja su raznolika, stoga se i njihove konstrukcijske značajke mogu jako razlikovati, ovisno o potrebama konkretne automatske sheme. Čvrsti releji klasificiraju se prema broju priključenih faza, vrsti radne struje, konstrukcijskim značajkama i vrsti upravljačke sheme.

Prema broju priključenih faza

Čvrsti releji koriste se kako u sastavu kućanskih uređaja, tako i u industrijskoj automatici s radnim naponom od 380 V.

Stoga se ovi poluvodički uređaji, ovisno o broju faza, dijele na:

• jednofazni;
• trofazni.

Jednofazni čvrsti releji omogućuju rad sa strujama 10-100 ili 100-500 A. Njihovo upravljanje se vrši pomoću analognog signala.

Preporučuje se na trofazni relej priključiti žice različitih boja kako bi se tijekom montaže opreme mogle pravilno spojiti

Trofazni čvrsti releji sposobni su propuštati struju u rasponu 10-120 A. Njihov uređaj pretpostavlja reverzibilni princip funkcioniranja, koji osigurava pouzdanost regulacije istovremeno više električnih krugova.

Često se trofazni čvrsti releji koriste za osiguranje rada asinkronog motora. U njegovu upravljačku električnu shemu obavezno se uključuju brzi osigurači zbog visokih startnih struja.

Prema vrsti radne struje

Poluvodička releja ne mogu se podesiti niti reprogramirati, stoga mogu normalno raditi samo unutar određenog raspona električnih parametara mreže.

Ovisno o potrebama, SSR se mogu upravljati električnim krugovima s dvije vrste struje:

• istosmjernom;
• izmjeničnom.

Slično se SSR mogu klasificirati i prema vrsti napona aktivnog opterećenja. Većina releja u kućanskim uređajima radi s izmjeničnim parametrima.

Istosmjerna struja se ne koristi kao glavni izvor električne energije ni u jednoj zemlji na svijetu, stoga releji ovog tipa imaju usko područje primjene.

Uređaji s istosmjernom upravljačkom strujom karakteriziraju se visokom pouzdanošću i koriste za regulaciju napon od 3-32 V. Podnose široki temperaturni raspon (-30..+70°C) bez značajne promjene karakteristika.

Releji koji se reguliraju izmjeničnom strujom imaju upravljački napon od 3-32 V ili 70-280 V. Odlikuju se niskim elektromagnetskim smetnjama i velikom brzinom aktiviranja.

Prema konstrukcijskim značajkama

Poluvodički releji često se ugrađuju u zajedničku električnu ploču stana, stoga mnogi modeli imaju montažnu pločicu za pričvršćivanje na DIN tračnicu.

Osim toga, postoje posebni radijatori koji se nalaze između SSR i potporne površine. Omogućuju hlađenje uređaja pri visokim opterećenjima, zadržavajući njegove radne karakteristike.

Relej se pričvršćuje na DIN tračnicu uglavnom preko posebnog nosača koji ima i dodatnu funkciju – odvodi višak topline tijekom rada uređaja.

Između releja i radijatora preporučuje se nanijeti sloj termalne paste koji povećava dodirnu površinu i povećava odvod topline. Postoje i SSR namijenjeni za pričvršćivanje na zid običnim vijcima.

Prema vrsti upravljačkog sklopa

Ne zahtijeva princip rada reguliranog releja tehnike uvijek njegovo trenutačno aktiviranje.

Stoga su proizvođači razvili nekoliko upravljačkih sklopova za SSR koji se koriste u različitim područjima:

1. Kontrola „kroz nulu“. Ova varijanta upravljanja poluvodičkim relejem predviđa aktiviranje samo kada je vrijednost napona jednaka 0. Koristi se u uređajima s kapacitivnim, otpornim (grijači) i slabim induktivnim (transformatori) opterećenjem.
2. Trenutačno. Koristi se kada je potrebno naglo aktiviranje releja pri podnošenju upravljačkog signala.
3. Fazno. Podrazumijeva regulaciju izlaznog napona metodom promjene parametara upravljačke struje. Primjenjuje se za postupnu promjenu stupnja zagrijavanja ili osvjetljenja.

Poluvodički releji razlikuju se i po mnogim drugim, manje važnim parametrima. Stoga je pri kupnji SSR važno razumjeti shemu rada priključene opreme kako bi se nabavio uređaj za regulaciju koji joj maksimalno odgovara.

Obavezno mora biti predviđena rezerva snage jer relej ima radni vijek koji se brzo troši kod čestih preopterećenja.

Prednosti i nedostaci čvrstih releja

Poluvodički releji s razlogom istiskuju s tržišta uobičajene pokretače i kontaktore. Ovi poluvodički uređaji imaju mnoge prednosti u odnosu na elektromehaničke analoge, zbog kojih se potrošači odlučuju upravo za njih.

Relej za integrirane krugove ima kompaktne dimenzije i jako je ograničen u maksimalnoj struji. Učvršćuju se uglavnom lemljenjem posebnih nožica.

U takve prednosti ubrajaju se:

1. Niska potrošnja električne energije (90% manje).
2. Kompaktne dimenzije koje omogućuju montažu uređaja na ograničenom prostoru.
3. Velika brzina uključivanja i isključivanja
4. Smanjena bučnost rada, nema karakterističnih klikova elektromehaničkog releja.
5. Ne zahtijeva održavanje.
6. Dug vijek trajanja zahvaljujući resursu od stotina milijuna uključivanja.
7. Zahvaljujući širokim mogućnostima modifikacije elektroničkih sklopova, TTR imaju proširena područja primjene.
8. Odsutnost elektromagnetskih smetnji pri uključivanju.
9. Isključuje se oštećenje kontakata uslijed mehaničkog udara.
10. Nema izravnog fizičkog kontakta između upravljačkih i komutacijskih krugova.
11. Mogućnost regulacije opterećenja.
12. Prisutnost automatskih krugova u impulsnim TTR-ima koji štite od preopterećenja.
13. Mogućnost korištenja u eksplozivnim okruženjima.

Navedene prednosti poluvodičkih releja nisu uvijek dovoljne za normalan rad opreme. Upravo zato još nisu u potpunosti istisnuli elektromehaničke kontaktore.

Za stabilan rad snažnih poluvodičkih releja važno je učinkovito odvođenje topline jer se pri povišenim temperaturama naglo iskrivljuje napon opterećenja (+).

TTR imaju i nedostatke koji im ne dopuštaju korištenje u mnogim slučajevima.

U nedostatke se ubrajaju:

1. Nemogućnost rada većine uređaja s naponima iznad 0,5 kV.
2. Visoka cijena.
3. Osjetljivost na visoke struje, posebno u startnim krugovima elektromotora.
4. Ograničenja u korištenju u uvjetima povišene vlažnosti.
5. Kritično smanjenje radnih karakteristika pri temperaturama nižim od -30°C i višim od +70°C.
6. Kompaktno kućište dovodi do pretjeranog zagrijavanja uređaja pri stalno visokim opterećenjima, što zahtijeva korištenje posebnih uređaja za pasivno ili aktivno hlađenje.
7. Mogućnost topljenja uređaja od zagrijavanja pri kratkom spoju.
8. Mikrostruje u zatvorenom stanju releja mogu biti kritične za rad opreme. Na primjer, fluorescentne svjetiljke priključene na mrežu mogu povremeno zasvijetliti.

Dakle, poluvodički releji imaju određena područja primjene. U krugovima visokonaponske industrijske opreme njihova je uporaba znatno ograničena zbog nesavršenih fizikalnih svojstava poluvodičkih materijala.

Međutim, u kućanskim uređajima i automobilskoj industriji, TTR imaju čvrste pozicije zahvaljujući svojim pozitivnim svojstvima.

Moguće sheme spajanja

Sheme spajanja poluvodičkih releja mogu biti vrlo raznolike. Svaki se električni krug gradi na temelju značajki priključenog opterećenja. U shemu se mogu dodati dodatni osigurači, kontroleri i regulacijski uređaji.

Zahvaljujući činjenici da se upravljački krugovi i krugovi opterećenja u uređaju ne preklapaju, njihove električne karakteristike mogu se razlikovati po bilo kojim parametrima (+)

U nastavku će biti prikazane najjednostavnije i najčešće sheme spajanja TTR-a:

• normalno otvorena;
• s povezanim krugom;
• normalno zatvorena;
• trofazna;
• reverzibilna.

Normalno otvorena (razmaknuta) shema – relej kod kojeg je opterećenje pod naponom kada je prisutan upravljački signal. Odnosno, priključeni uređaj je u isključenom stanju kada su ulazi 3 i 4 bez napona.

Prije kupnje releja potrebno je odrediti potrebni tip njegovog početnog stanja (zatvoreno ili otvoreno) kako bi se osigurao ispravan rad priključenog uređaja (+)

Normalno zatvorena shema – podrazumijeva se relej kod kojeg je opterećenje pod naponom kada nema upravljačkog signala. Odnosno, priključeni uređaj je u radnom stanju kada su ulazi 3 i 4 bez napona.

Postoji shema spajanja poluvodičkog releja u kojoj su upravljački napon i napon opterećenja isti. Takav se način može koristiti istovremeno za rad u mrežama istosmjerne i izmjenične struje.

Trofazni releji spajaju se nešto drugačijim principima. Kontakti se mogu povezivati u varijantama „Zvijezda“, „Trokut“ ili „Zvijezda s neutralom“.

Odabir trofazne sheme spajanja releja uvelike ovisi o značajkama rada opreme koja je na njega priključena kao opterećenje

Reverzibilni poluvodički releji primjenjuju se u elektromotorima u odgovarajućem režimu. Izrađuju se u trofaznoj varijanti i uključuju dva upravljačka kruga.

Ako je za relej važno poštivanje polariteta spajanja kontakata, na oznaci će uvijek biti naznačeno gdje spojiti fazu i nulu

Sastavljanje električnih krugova s TTR-om potrebno je samo nakon prethodnog crtanja na papiru, jer nepravilno spojeni uređaji mogu otkazati zbog kratkog spoja.

Praktična primjena uređaja

Područje upotrebe poluvodičkih releja prilično je široko. Zbog visoke pouzdanosti i nepotrebe redovitog održavanja često se ugrađuju u teško dostupna mjesta opreme.

U mnogim relejima spajanje žica upravljačkog kruga zahtijeva poštivanje polariteta, što je potrebno uzeti u obzir tijekom montaže opreme.

Glavna područja primjene TTR-a su:

• sustav termoregulacije s primjenom grijača;
• održavanje stabilne temperature u tehnološkim procesima;
• kontrola rada transformatora;
• regulacija osvjetljenja;
• sheme senzora pokreta, osvjetljenja, fotosenzora za vanjsku rasvjetu i sl.;
• upravljanje elektromotorima;
• izvori neprekidnog napajanja.

S porastom automatizacije kućanskih uređaja poluvodički releji postaju sve rašireniji, a razvoj poluvodičke tehnologije stalno otvara nova područja njihove primjene.

Ako želite, poluvodički relej možete sastaviti sami. Detaljne upute nalaze se u ovom članku.

Zaključci i koristan video na temu

Prikazani videozapisi pomoći će vam bolje razumjeti rad poluvodičkih releja i upoznati se s načinima njihova spajanja.

Praktična demonstracija rada najednostavnijeg poluvodičkog releja:

Analiza vrsta i značajki rada poluvodičkih releja:

Ispitivanje rada i stupnja zagrijavanja TTR-a:

Sastaviti električni krug od poluvodičkog releja i senzora može gotovo svaka osoba.

Međutim, planiranje radne sheme zahtijeva osnovno znanje iz elektrotehnike jer nepravilno spajanje može dovesti do strujnog udara ili kratkog spoja. S druge strane, pravilnim radnjama možete dobiti mnoštvo korisnih uređaja za kućanstvo.

Imate li što dodati ili imate pitanja o temi spajanja i primjene poluvodičkih releja? Možete ostatviti komentare na objavu, sudjelovati u raspravama i podijeliti vlasitito iskustvo korištenja takvih uređaja. Obrazac za kontakti nalazi se u donjem bloku.