Halbleiterrelais: Typen, praktische Anwendung, Anschlusspläne

Klassische Starter und Schütze gehören nach und nach der Vergangenheit an.Ihren Platz in der Automobilelektronik, Haushaltsgeräten und Industrieautomation nehmen Halbleiterrelais ein – ein Halbleiterbauelement, das keine beweglichen Teile hat.

Die Geräte verfügen über unterschiedliche Bauformen und Anschlusspläne, die ihren Einsatzbereich bestimmen. Bevor Sie das Gerät verwenden, müssen Sie dessen Funktionsprinzip verstehen und sich mit den Funktionsmerkmalen und dem Anschluss verschiedener Relaistypen vertraut machen. Die Antworten auf die oben genannten Fragen werden im vorgestellten Artikel ausführlich beschrieben.

Halbleiterrelaisgerät

Moderne Halbleiterrelais (SSRs) sind modulare Halbleiterbauelemente, die als elektrische Leistungsschalter fungieren.

Die wichtigsten Betriebseinheiten dieser Geräte sind Triacs, Thyristoren oder Transistoren. SSRs haben keine beweglichen Teile, was sie von elektromechanischen Relais unterscheidet.

Die Größe eines SSR hängt weitgehend von der maximalen Belastbarkeit und der Fähigkeit zur Wärmeableitung durch Wärmeübertragung und Konvektion (+) ab.

Das Innenleben dieser Geräte kann je nach Art der zu regelnden Last und des Stromkreises stark variieren.

Die einfachsten Halbleiterrelais umfassen die folgenden Komponenten:

• Eingabeeinheit mit Sicherungen;
• Triggerschaltung;
• optische (galvanische) Isolierung;
• Schalteinheit;
• Schutzschaltungen;
• Ausgangsknoten laden.

Der SSR-Eingangsknoten ist ein Primärkreis mit einem in Reihe geschalteten Widerstand. Optional ist in diesem Stromkreis eine Sicherung eingebaut. Die Aufgabe des Eingangsknotens besteht darin, ein Steuersignal zu empfangen und einen Befehl an die Schalter zu übertragen, die die Last schalten.

Bei Wechselstrom dient die galvanische Trennung zur Trennung von Steuer- und Hauptstromkreis. Das Funktionsprinzip des Relais hängt weitgehend von seiner Konstruktion ab. Die für die Verarbeitung des Eingangssignals verantwortliche Triggerschaltung kann in der optischen Isolationseinheit enthalten oder separat angeordnet sein.

Die Schutzeinheit verhindert Überlastungen und Fehler, denn bei einem Geräteausfall kann es auch zu einem Ausfall der angeschlossenen Geräte kommen.

Der Hauptzweck von Halbleiterrelais besteht darin, ein Stromnetz mithilfe eines schwachen Steuersignals zu schließen/öffnen. Im Gegensatz zu elektromechanischen Gegenstücken haben sie eine kompaktere Form und erzeugen im Betrieb keine charakteristischen Klickgeräusche.

Funktionsprinzip von TTP

Die Bedienung eines Halbleiterrelais ist recht einfach. Die meisten SSRs sind für die Steuerung der Automatisierung in 20-480-V-Netzwerken konzipiert.

Durch die optische Isolierung können Sie Steuersignale mit minimaler Leistung erzeugen, was für Sensoren, die mit autonomen Stromquellen betrieben werden, von entscheidender Bedeutung ist (+).

In der klassischen Version enthält der Gerätekörper zwei Kontakte des Schaltkreises und zwei Steuerleitungen. Ihre Anzahl kann sich mit zunehmender Anzahl angeschlossener Phasen ändern. Abhängig vom Anliegen der Spannung im Steuerkreis wird die Hauptlast durch Halbleiterelemente zu- oder abgeschaltet.

Ein Merkmal von Halbleiterrelais ist das Vorhandensein eines nicht unendlichen Widerstands.Wenn die Kontakte in elektromechanischen Geräten vollständig getrennt sind, wird bei Festkörpergeräten die Stromfreiheit im Stromkreis durch die Eigenschaften von Halbleitermaterialien gewährleistet.

Daher können bei erhöhten Spannungen geringe Leckströme auftreten, die den Betrieb angeschlossener Geräte negativ beeinflussen können.

Klassifizierung von Halbleiterrelais

Die Einsatzgebiete von Relais sind vielfältig, daher können ihre Konstruktionsmerkmale je nach den Anforderungen einer bestimmten Automatikschaltung stark variieren. SSRs werden nach der Anzahl der angeschlossenen Phasen, der Art des Betriebsstroms, den Konstruktionsmerkmalen und der Art des Steuerkreises klassifiziert.

Nach Anzahl der angeschlossenen Phasen

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

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

• einzelphase;
• Drei Phasen.

Einphasige SSRs ermöglichen das Arbeiten mit Strömen von 10-100 oder 100-500 A. Die Ansteuerung erfolgt über ein analoges Signal.

Es wird empfohlen, Drähte unterschiedlicher Farbe an das Dreiphasenrelais anzuschließen, damit diese bei der Installation des Geräts korrekt angeschlossen werden können

Dreiphasige Halbleiterrelais sind in der Lage, Ströme im Bereich von 10-120 A zu leiten. Ihr Gerät geht von einem reversiblen Funktionsprinzip aus, das die Zuverlässigkeit der gleichzeitigen Regelung mehrerer Stromkreise gewährleistet.

Um den Betrieb eines Asynchronmotors sicherzustellen, werden häufig dreiphasige Halbleiterrelais eingesetzt. Aufgrund der hohen Einschaltströme müssen schnelle Sicherungen in den elektrischen Steuerstromkreis eingebaut werden.

Nach Art des Betriebsstroms

Halbleiterrelais können nicht konfiguriert oder umprogrammiert werden, sodass sie nur innerhalb eines bestimmten Bereichs elektrischer Netzwerkparameter normal funktionieren können.

Je nach Bedarf können SSRs über Stromkreise mit zwei Stromarten gesteuert werden:

• dauerhaft;
• Variablen.

Ebenso können SSRs nach der Art der aktiven Lastspannung klassifiziert werden. 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 begrenzten Anwendungsbereich

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

AC-geregelte Relais haben eine Steuerspannung von 3-32 V oder 70-280 V. Sie zeichnen sich durch geringe elektromagnetische Störungen und eine hohe Schaltgeschwindigkeit aus.

Durch Designmerkmale

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

Darüber hinaus befinden sich zwischen dem TSR und der Auflagefläche spezielle Strahler. Sie ermöglichen es Ihnen, das Gerät unter hoher Belastung zu kühlen und dabei seine Leistungsmerkmale beizubehalten.

Die Montage des Relais auf einer DIN-Schiene erfolgt hauptsächlich über eine spezielle Halterung, die auch eine zusätzliche Funktion hat: Sie leitet überschüssige Wärme während des Betriebs des Geräts ab

Es wird empfohlen, zwischen Relais und Kühler eine Schicht Wärmeleitpaste aufzutragen, die die Kontaktfläche vergrößert und die Wärmeübertragung erhöht. Es gibt auch TTPs, die mit gewöhnlichen Schrauben an der Wand befestigt werden können.

Nach Art des Kontrollschemas

Das Funktionsprinzip eines einstellbaren Geräterelais erfordert nicht immer seinen sofortigen Betrieb.

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

1. Kontrolle „durch Null“. Bei dieser Art der Halbleiterrelaissteuerung erfolgt der Betrieb nur bei einem Spannungswert von 0. Sie wird in Geräten mit kapazitiven, ohmschen (Heizungen) und schwach induktiven (Transformatoren) Lasten verwendet.
2. Sofortig. Wird verwendet, wenn das Relais bei Anlegen eines Steuersignals scharf betätigt werden muss.
3. Phase. Dabei wird die Ausgangsspannung durch Änderung der Parameter des Steuerstroms geregelt. Wird verwendet, um den Heiz- oder Beleuchtungsgrad stufenlos zu ändern.

Halbleiterrelais unterscheiden sich auch in vielen anderen, weniger wichtigen Parametern. Daher ist es beim Kauf eines TSR wichtig, das Funktionsschema der angeschlossenen Geräte zu verstehen, um das am besten geeignete Steuergerät dafür zu erwerben.

Da die Lebensdauer des Relais bei häufigen Überlastungen schnell erschöpft ist, muss eine Leistungsreserve vorgesehen werden.

Vor- und Nachteile von TTP

Nicht umsonst ersetzen Halbleiterrelais herkömmliche Starter und Schütze vom Markt. Diese Halbleiterbauelemente haben gegenüber ihren elektromechanischen Gegenstücken viele Vorteile, die Verbraucher dazu zwingen, sich für sie zu entscheiden.

Relais für Mikroschaltungen haben eine kompakte Größe und sind hinsichtlich des maximalen Stromflusses stark begrenzt. Die Befestigung erfolgt hauptsächlich durch Anlöten spezieller Beine

Zu diesen Vorteilen gehören:

1. Geringer Stromverbrauch (90 % weniger).
2. Kompakte Abmessungen ermöglichen die Installation von Geräten auf engstem Raum.
3. Hohe Start- und Abschaltgeschwindigkeit
4. Reduziertes Betriebsgeräusch, keine für ein elektromechanisches Relais typischen Klickgeräusche.
5. Es ist keine Wartung zu erwarten.
6. Lange Lebensdauer dank einer Ressource von Hunderten Millionen Einsätzen.
7. Dank der vielfältigen Möglichkeiten zur Modifikation elektronischer Komponenten haben TSRs erweiterte Anwendungsbereiche.
8. Keine elektromagnetischen Störungen während des Betriebs.
9. Beschädigungen der Kontakte durch mechanische Erschütterungen werden ausgeschlossen.
10. Fehlender direkter physischer Kontakt zwischen Steuer- und Schaltkreisen.
11. Möglichkeit der Lastregulierung.
12. Das Vorhandensein automatischer Schaltkreise in gepulsten SSRs, die vor Überlastungen schützen.
13. Einsatzmöglichkeit in explosionsgefährdeten Umgebungen.

Die angegebenen Vorteile von Halbleiterrelais reichen nicht immer für den normalen Betrieb der Geräte aus. Deshalb haben sie elektromechanische Schütze noch nicht vollständig ersetzt.

Für den stabilen Betrieb leistungsstarker Halbleiterrelais ist eine effektive Wärmeableitung wichtig, da bei erhöhten Temperaturen die Lastspannung stark verzerrt ist (+)

TTPs haben auch Nachteile, die ihren Einsatz in vielen Fällen verhindern.

Zu den Nachteilen zählen:

1. Die meisten Geräte können nicht mit Spannungen über 0,5 kV betrieben werden.
2. Hoher Preis.
3. Empfindlichkeit gegenüber hohen Strömen, insbesondere in Motorstartkreisen.
4. Einschränkungen bei der Verwendung bei hoher Luftfeuchtigkeit.
5. Kritischer Abfall der Leistungsmerkmale bei Temperaturen unter 30 °C unter Null und über 70 °C über 70 °C.
6. Das kompakte Gehäuse führt bei dauerhaft hoher Belastung zu einer übermäßigen Erwärmung des Gerätes, was den Einsatz spezieller passiver oder aktiver Kühlgeräte erforderlich macht.
7. Es besteht die Möglichkeit, dass das Gerät aufgrund der Hitze während eines Kurzschlusses schmilzt.
8. Mikroströme im geschlossenen Zustand des Relais können für den Betrieb des Geräts kritisch sein. Beispielsweise können an das Netzwerk angeschlossene Leuchtstofflampen periodisch blinken.

Daher haben Halbleiterrelais bestimmte Anwendungen. In Schaltkreisen von Hochspannungs-Industrieanlagen ist ihr Einsatz aufgrund der unvollkommenen physikalischen Eigenschaften von Halbleitermaterialien stark eingeschränkt.

Allerdings nehmen TTPs aufgrund ihrer positiven Eigenschaften in der Haushaltsgeräte- und Automobilindustrie eine starke Stellung ein.

Mögliche Anschlusspläne

Anschlusspläne für Halbleiterrelais können sehr unterschiedlich sein. Jeder Stromkreis wird basierend auf den Eigenschaften der angeschlossenen Last aufgebaut. Dem Stromkreis können weitere Sicherungen, Controller und Regelgeräte hinzugefügt werden.

Aufgrund der Tatsache, dass sich die Steuer- und Lastkreise im Gerät nicht überschneiden, können sich ihre elektrischen Eigenschaften um beliebige Parameter (+) unterscheiden.

Im Folgenden werden die einfachsten und gebräuchlichsten SSR-Anschlussdiagramme vorgestellt:

• normalerweise offen;
• mit zugehöriger Kontur;
• normalerweise geschlossen;
• Drei Phasen;
• reversibel.

Normalerweise offener (offener) Stromkreis - ein Relais, bei dem die Last bei Vorhandensein eines Steuersignals erregt wird. Das heißt, die angeschlossenen Geräte werden ausgeschaltet, wenn die Eingänge 3 und 4 stromlos sind.

Bevor Sie ein Relais kaufen, müssen Sie den erforderlichen Typ seines Ausgangszustands (geschlossen oder offen) bestimmen, um den ordnungsgemäßen Betrieb der angeschlossenen Geräte sicherzustellen (+).

Normalerweise geschlossener Kreislauf — bezeichnet ein Relais, bei dem die Last aktiviert wird, wenn kein Steuersignal anliegt. Das heißt, die angeschlossenen Geräte sind betriebsbereit, wenn die Eingänge 3 und 4 stromlos sind.

Es gibt einen Anschlussplan für ein Halbleiterrelais, bei dem Steuer- und Lastspannung gleich sind. Mit dieser Methode kann gleichzeitig in Gleich- und Wechselstromnetzen gearbeitet werden.

Dreiphasige Relais sind nach leicht unterschiedlichen Prinzipien verbunden. Die Kontakte können in den Konfigurationen „Stern“, „Dreieck“ oder „Stern und Neutralleiter“ angeschlossen werden.

Die Wahl eines Dreiphasen-Relais-Anschlusskreises hängt weitgehend von den Betriebseigenschaften der als Last daran angeschlossenen Geräte ab

Umkehr-Solid-State-Relais in Elektromotoren im entsprechenden Modus verwendet. Sie werden in dreiphasiger Ausführung gefertigt und verfügen über zwei Steuerkreise.

Wenn es für das Relais wichtig ist, die Polarität beim Anschluss der Kontakte beizubehalten, zeigt die Markierung immer an, wo Phase und Neutralleiter angeschlossen werden müssen

Der Zusammenbau von Stromkreisen mit SSR ist nur nach vorheriger Zeichnung auf Papier erforderlich, da falsch angeschlossene Geräte aufgrund eines Kurzschlusses ausfallen können.

Praktische Anwendung von Geräten

Der Einsatzbereich von Halbleiterrelais ist recht umfangreich. Aufgrund ihrer hohen Zuverlässigkeit und der fehlenden regelmäßigen Wartung werden sie häufig an schwer zugänglichen Stellen von Geräten installiert.

In vielen Relais erfordert der Anschluss der Steuerstromkreisleitungen eine Polarität, die bei der Geräteinstallation berücksichtigt werden muss

Die Hauptanwendungsgebiete von TTP sind:

• Thermoregulierungssystem mit Heizelementen;
• Aufrechterhaltung stabiler Temperaturen in technologischen Prozessen;
• Steuerung von Transformatoren;
• Beleuchtungseinstellung;
• Schaltkreise von Bewegungssensoren, Beleuchtung, Fotosensoren für Straßenbeleuchtung usw.;
• Elektromotorsteuerung;
• unterbrechungsfreie Stromversorgungen.

Mit der zunehmenden Automatisierung von Haushaltsgeräten werden Halbleiterrelais immer häufiger eingesetzt und die Weiterentwicklung der Halbleitertechnologien erschließt immer neue Einsatzgebiete.

Auf Wunsch können Sie das Halbleiterrelais selbst zusammenbauen. Detaillierte Anweisungen finden Sie in Dieser Artikel.

Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema

Die vorgestellten Videos helfen Ihnen, die Funktionsweise von Halbleiterrelais besser zu verstehen und sich mit deren Anschluss vertraut zu machen.

Praktische Demonstration der Funktionsweise eines einfachen Halbleiterrelais:

Analyse der Typen und Merkmale von Halbleiterrelais:

Testen der Funktion und des Erwärmungsgrads des SSR:

Fast jeder kann einen Stromkreis bestehend aus einem Halbleiterrelais und einem Sensor installieren.

Für die Planung eines funktionierenden Stromkreises sind jedoch Grundkenntnisse der Elektrotechnik erforderlich, da falsche Anschlüsse zu Stromschlägen oder Kurzschlüssen führen können. Aber durch die richtigen Maßnahmen können Sie im Alltag viele nützliche Geräte erhalten.

Haben Sie noch etwas hinzuzufügen oder haben Sie Fragen zum Anschluss und zur Verwendung von Halbleiterrelais? Sie können Kommentare zur Veröffentlichung hinterlassen, an Diskussionen teilnehmen und Ihre eigenen Erfahrungen mit der Verwendung solcher Geräte teilen. Das Kontaktformular befindet sich im unteren Block.