Полупроводникови релета — видове, устройство и принцип на действие

Много от читателите, чувайки думата „реле“, със сигурност ще си представят бобина, в чиято сърцевина е привлечен движещ се контакт. И това изобщо не е изненадващо, защото първоначално релетата винаги са били електромагнитни, а под думата „реле“ общоприето е да се разбира електромагнитно устройство за отваряне и затваряне на електрическа верига.

Независимо от това, дълго време полупроводниковите ключове се използват за превключване на електрически вериги в различни области на технологията: транзистори, тиристори, триаци. Полупроводниковият напредък и релетата не са пощадени.

Въпреки факта, че с помощта на електромагнитни релета традиционно се превключват вериги с големи стойности на токове и напрежения, днес вече е възможно да се внедрят стабилни и мощни електрически ключове на полупроводници. Такива ключове са полупроводникови релета или твърдотелни релета (от английски Solid-state relay, съкратено SSR).

По този начин полупроводниковото реле вече е напълно електронно устройство, без подвижен механичен контакт, което служи за включване / изключване на мощни товари в силовите вериги чрез подаване на ниско управляващо напрежение към управляващия вход на електронното устройство.

Вътре в корпуса на релето в твърдо състояние (твърдо състояние) има сензорна верига, която реагира на управляващия сигнал, както и секция за захранване — твърдотелна електроника отстрани на веригата с висока мощност.

Такива релета се използват в DC и AC вериги, където изпълняват същите функции, както по -рано от механични електромагнитни релета и контактори, само че сега проблемът е решен без движещи се части в комутационната верига. В резултат на това, благодарение на мощните тиристори, триаци и транзистори, интегрирани в корпусите на релето, стана възможно превключването на токове до стотици ампера, без да се прибягва до механични компоненти.

В сравнение с електромеханичните релета, твърдотелните релета имат по-висока безопасна скорост на превключване от порядъка на стотици микросекунди, докато управляващата верига и захранващата верига са напълно галванично изолирани един от друг (обикновено се използва изолация с оптопара).

Твърдотелните релета са в състояние да издържат на претоварване от страната на превключване за кратко време и да останат в експлоатация, с което електромеханичните предци не могат да се похвалят. В същото време твърдотелното реле работи безшумно, има компактни размери, контактите тук не се окисляват (тъй като няма контакти като такива), няма искри, устройството не се страхува нито от прах, нито от вибрации.

Разбира се, съпротивлението на полупроводниковото съединение на релето в проводимо състояние е нелинейно и при високи комутирани токове устройството изобщо се нуждае от охлаждане, но плюсовете определено припокриват тези конвенционални минуси. В допълнение, продължителността на живота на твърдо реле се измерва в милиони цикли на превключване.

Твърдотелни релета са еднофазни или трифазни, за DC или AC превключване. Релетата за AC превключване имат вграден сензор за пресичане на нула, така че превключването се извършва при практически нулев ток, без увреждане на полупроводниковия превключвател, без опасни скокове на ток от индуктивни натоварвания.

Тиристорите или триаците служат като ключове в реле за променлив ток, а полето или IGBT транзистори… Захранването се подава към управляващата верига директно от източника на управляващ сигнал, а управляващият ток не надвишава няколко милиампера, а превключващият ток може да бъде десетки или стотици ампера.

Предлагат се трифазни твърдотелни релета без реверс и с реверс. Трифазните реверсивни релета имат два управляващи входа и на изхода една от фазите може изобщо да не промени позицията си.

В сравнение с обемистите механични магнитни стартери, компактните полупроводникови релета работят безшумно и не се износват, не е необходимо периодично да почиствате контактите, а за мощни товари е достатъчно да осигурите на корпуса на релето добро охлаждане, в някои случаи радиаторът ще освен, монтирането за него е предоставено.

Що се отнася до прашното и експлозивно промишлено производство, тук твърдотелното реле се оказва истински спасител, тъй като дъгата на механичните контакти е изключена поради липсата на такъв, а запечатаният корпус на релето няма да позволи на електрониката да се замърси .

За монтаж на печатна платка се предлагат миниатюрни полупроводникови релета в пластмасов корпус. Такива релета могат да превключват токове до 2 ампера при мрежово напрежение 220-240 волта, например вентилатор или помпа, лампа или дори малък радиатор могат да бъдат включени с 5-волтов цифров сигнал от сензор , което обикновено е много важно за любителите на самостоятелно проектиращите системи за домашна автоматизация.