Polovodičové relé — typy, zariadenie a princíp činnosti

Mnohí čitatelia si pri slove „relé“ určite predstavia cievku, v ktorej jadre je priťahovaný pohyblivý kontakt. A to nie je vôbec prekvapujúce, pretože pôvodne boli relé vždy elektromagnetické a slovo "relé" sa vo všeobecnosti chápe ako elektromagnetické zariadenie na otváranie a zatváranie elektrického obvodu.

Napriek tomu sa polovodičové spínače už dlho používajú na spínanie elektrických obvodov v rôznych oblastiach techniky: tranzistory, tyristory, triaky. Polovodičové pokroky a relé nezostali ušetrené.

Napriek tomu, že obvody s veľkými prúdmi a napätiami sa tradične spínajú pomocou elektromagnetických relé, dnes je už možné realizovať stabilné a výkonné polovodičové elektrické spínače. Takýmito spínačmi sú polovodičové relé resp polovodičové relé (z angl. Solid-state relay, skrátene SSR).

Polovodičové relé je teda teraz plne elektronické zariadenie bez pohyblivého mechanického kontaktu, ktoré slúži na zapínanie / vypínanie výkonných záťaží v silových obvodoch dodávaním nízkeho riadiaceho napätia na riadiaci vstup elektronického zariadenia.

Vo vnútri telesa polovodičového (polovodičového) relé je snímací obvod, ktorý reaguje na riadiaci signál, ako aj napájacia časť – polovodičová elektronika na strane vysokovýkonného obvodu.

Takéto relé sa používajú v obvodoch jednosmerného a striedavého prúdu, kde plnia rovnaké funkcie ako predchádzajúce mechanické elektromagnetické relé a stykače, len teraz je problém vyriešený bez pohyblivých častí v spínacom obvode. Výsledkom bolo, že vďaka výkonným tyristorom, triakom a tranzistorom integrovaným do krytu relé bolo možné spínať prúdy až do stoviek ampérov bez použitia mechanických komponentov.

V porovnaní s elektromechanickými relé majú polovodičové relé vyššiu bezpečnú rýchlosť spínania rádovo v stovkách mikrosekúnd, pričom riadiaci obvod a napájací obvod sú od seba úplne galvanicky oddelené (zvyčajne sa používa optočlánková izolácia).

Polovodičové relé sú schopné krátkodobo vydržať preťaženie na spínacej strane a zostať v prevádzke, čím sa elektromechanickí predkovia nemôžu pochváliť. Zároveň polovodičové relé pracuje ticho, má kompaktné rozmery, kontakty tu neoxidujú (pretože neexistujú žiadne kontakty ako také), nie sú žiadne iskry, zariadenie sa nebojí prachu ani vibrácií.

Odpor polovodičovej zlúčeniny relé vo vodivom stave je samozrejme nelineárny a pri vysokých spínaných prúdoch zariadenie vôbec potrebuje chladenie, ale plusy tieto konvenčné mínusy určite prekrývajú. Okrem toho sa životnosť polovodičového relé meria v miliónoch spínacích cyklov.

Polovodičové relé sú jednofázové alebo trojfázové, na spínanie jednosmerného alebo striedavého prúdu. Striedavé spínacie relé majú zabudovaný senzor prechodu nulou, takže spínanie prebieha prakticky pri nulovom prúde, bez poškodenia polovodičového spínača, bez nebezpečných prúdových rázov od indukčných záťaží.

Tyristory alebo triaky slúžia ako spínače v striedavom relé a pole resp IGBT tranzistory… Napájanie do riadiaceho obvodu je privádzané priamo zo zdroja riadiaceho signálu a riadiaci prúd nepresahuje niekoľko miliampérov a spínací prúd môže byť desiatky alebo stovky ampérov.

K dispozícii sú nereverzné a reverzné trojfázové polovodičové relé. Trojfázové reverzné relé majú dva riadiace vstupy a na výstupe nemusí jedna z fáz vôbec meniť svoju polohu.

V porovnaní s objemnými mechanickými magnetickými štartérmi pracujú kompaktné polovodičové relé ticho a neopotrebúvajú sa, nemusíte pravidelne čistiť kontakty a pre silné zaťaženie stačí zabezpečiť dobré chladenie krytu relé, v niektorých prípadoch bude chladič okrem toho, že je zabezpečená jeho inštalácia.

Pokiaľ ide o prašnú a výbušnú priemyselnú výrobu, tu sa polovodičové relé ukazuje ako skutočný záchranca, pretože oblúk mechanických kontaktov je vylúčený z dôvodu jeho neprítomnosti a utesnené puzdro relé nedovolí, aby sa elektronika znečistila. .

Pre montáž na PCB sú k dispozícii miniatúrne polovodičové relé v plastovom kryte. Takéto relé môžu spínať prúdy až do 2 ampérov pri sieťovom napätí 220-240 voltov, napríklad ventilátor alebo čerpadlo, lampa alebo dokonca malý radiátor sa dá zapnúť pomocou 5-voltového digitálneho signálu zo snímača, ktorý je zvyčajne veľmi dôležité pre domácich majstrov domácich automatizačných systémov.