Tahkisrelee: tüübid, praktiline rakendus, ühendusskeemid

Klassikalised starterid ja kontaktorid hääbuvad järk-järgult. Nende asemele auto-elektroonikas, kodumasinates ja tööstusautomaatikas tuleb tahkisrelee – pooljuhtseade, milles puuduvad liikuvad osad.

Seadmed on erineva konstruktsiooni ja ühendusskeemidega, millest sõltuvad nende kasutusvaldkonnad. Enne seadme kasutamist tuleb mõista selle tööpõhimõtet, tundma õppida erinevat tüüpi releede töö- ja ühendamise eripärasid. Vastused esitatud küsimustele on üksikasjalikult esitatud käesolevas artiklis.

Tahkisrelee ehitus

Kaasaegsed tahkisreleed (TTR) on modulaarsed pooljuhtseadmed, mis on toiteelektrolülitid.

Nende seadmete põhilised töösõlmed on triacid, türistorid või transistorid. TTR-il puuduvad liikuvad osad, mis eristab neid elektromehaanilistest releedest.

Tahkisrelee suurus sõltub suuresti maksimaalsest lubatud koormusest ja võimalusest soojust eemaldada soojusülekande ja konvektsiooni teel (+)

Nende seadmete sisemine ehitus võib oluliselt erineda sõltuvalt reguleeritava koormuse tüübist ja elektriskeemist.

Lihtsaimad tahkisreleed sisaldavad järgmisi sõlmi:

• sisendsõlm kaitsmetega;
• päästikuahel;
• optiline (galvaaniline) eraldus;
• lülitussõlm;
• kaitseahelad;
• väljundsõlm koormusele.

TTR-i sisendsõlm on esmane ahel, milles on jadamisi ühendatud takisti. Kaitsme saab sellesse ahelasse lisada valikuliselt. Sisendsõlme ülesanne on juhtsignaali vastuvõtmine ja käsu edastamine koormust lülitavatele lülititele.

Vahelduvvoolu korral kasutatakse juhtahela ja põhiahela eraldamiseks galvaanilist eraldust. Relee tööpõhimõte sõltub suuresti selle ehitusest. Sisendsignaali töötlemise eest vastutav päästikuahel võib olla integreeritud optilise eralduse sõlme või paikneda eraldi.

Kaitsesõlm takistab ülekoormuste ja vigade tekkimist, sest seadme rikke korral võib kahjustuda ka ühendatud tehnika.

Tahkisreleede põhieesmärk on elektrivõrgu sulgemine/avamine nõrga juhtsignaali abil. Erinevalt elektromehaanilistest analoogidest on need kompaktsemad ega tekita töö käigus iseloomulikke klõpse.

TTR-i tööpõhimõte

Tahkisrelee töö on üsna lihtne. Enamik TTR-e on ette nähtud automaatika juhtimiseks võrkudes 20-480 V.

Optiline lahutus võimaldab luua minimaalse võimsusega juhtsignaale, mis on kriitilise tähtsusega autonoomsetest toiteallikatest töötavate andurite jaoks (+)

Klassikalises teostuses sisaldab seadme korpus kahte lülitatava ahela kontakti ja kahte juhtjuhet. Nende arv võib muutuda ühendatud faaside arvu suurenedes. Sõltuvalt juhtimisahela pinge olemasolust lülitatakse pooljuhtelemendid sisse või välja põhikoormus.

Tahkisreleede eripäraks on lõpmatu takistuse puudumine. Kui elektromehaanilistes seadmetes kontaktid täielikult eralduvad, siis tahkisreleedes tagab voolu puudumise ahelas pooljuhtmaterjalide omadused.

Seetõttu võivad kõrgendatud pingete korral tekkida väikesed lekkevoolud, mis võivad negatiivselt mõjutada ühendatud seadmete tööd.

Tahkisreleede klassifikatsioon

Releede kasutusvaldkonnad on mitmekesised, seetõttu võivad nende konstruktsiooniomadused oluliselt erineda sõltuvalt konkreetse automaatikaahela vajadustest. TTR-e klassifitseeritakse ühendatud faaside arvu, töövoolu tüübi, konstruktsiooniomaduste ja juhtimisahela tüübi järgi.

Ühendatud faaside arvu järgi

Tahkisreleed kasutatakse nii kodumasinates kui ka tööstusautomaatikas tööpingega 380 V.

Seetõttu jagunevad need pooljuhtseadmed faaside arvu järgi:

• ühefaasilised;
• kolmefaasilised.

Ühefaasilised TTR-id võimaldavad töötada vooludega 10-100 või 100-500 A. Nende juhtimine toimub analoogsignaali abil.

Kolmefaasilisele releele on soovitatav ühendada erinevat värvi juhtmed, et seadmete paigaldamisel saaks need õigesti ühendada.

Kolmefaasilised tahkisreleed suudavad läbida voolu vahemikus 10-120 A. Nende konstruktsioon eeldab pööratavat tööpõhimõtet, mis tagab mitme elektriahela samaaegse reguleerimise töökindluse.

Sageli kasutatakse kolmefaasilisi TTR-e asünkroonmootori töö tagamiseks. Selle juhtimisskeemi tuleb kindlasti lisada kiired kaitsmed kõrgete käivitusvoolude tõttu.

Töövoolu liigi järgi

Tahkisreleed ei saa häälestada ega ümber programmeerida, seega saavad nad normaalselt töötada ainult teatud elektrivõrgu parameetrite vahemikus.

Sõltuvalt vajadustest saab TTR-e juhtida kahte tüüpi vooluga elektriahelate abil:

• alalisvooluga;
• vahelduvvooluga.

Samamoodi saab TTR-e klassifitseerida aktiivkoormuse pinge tüübi järgi. Enamik releedest kodumasinates töötavad muutuvate parameetritega.

Alalisvoolu ei kasutata ühegi maailma riigi põhilise elektriallikana, seetõttu on seda tüüpi releedel kitsas kasutusala.

Alalise juhtvooluga seadmeid iseloomustab kõrge töökindlus ja nad kasutavad reguleerimiseks pinget 3-32 V. Nad taluvad laia temperatuurivahemikku (-30..+70°C) ilma omaduste olulise muutuseta.

Vahelduvvooluga reguleeritavatel releedel on juhtpinge 3-32 V või 70-280 V. Neid iseloomustavad madal elektromagnetiline häire ja kõrge reageerimiskiirus.

Konstruktsiooni eripärade järgi

Tahkisreleed paigaldatakse sageli korteri ühisesse elektrikilpi, seetõttu on paljudel mudelitel DIN-siini kinnitamiseks paigaldusplokk.

Lisaks on olemas spetsiaalsed radiaatorid, mis paiknevad TTR-i ja tugipinna vahel. Need võimaldavad seadet kõrgete koormuste korral jahutada, säilitades selle tööomadused.

Relee kinnitatakse DIN-siini külge peamiselt spetsiaalse kronsteini abil, millel on ka lisafunktsioon – eemaldada seadme töötamise ajal liigset soojust.

Relee ja radiaatori vahele on soovitatav kanda termopasta kiht, mis suurendab kontaktpinda ja parandab soojusülekannet. On olemas ka TTR-e, mis on ette nähtud seinale kinnitamiseks tavaliste kruvidega.

Juhtimisskeemi tüübi järgi

Reguleeritava relee tehnika tööpõhimõte ei nõua alati selle hetkelist rakendumist.

Seetõttu on tootjad välja töötanud mitu TTR-i juhtskeemi, mida kasutatakse erinevates valdkondades:

1. Nullpunkti läbimise juhtimine. See tahkisrelee juhtimise variant eeldab rakendumist ainult siis, kui pinge väärtus on null. Seda kasutatakse mahtuvusliku, takistusliku (soojendid) ja nõrga induktiivse (trafod) koormusega seadmetes.
2. Hetkeline. Kasutatakse siis, kui on vaja relee kiiret rakendumist juhtsignaali andmisel.
3. Faasijuhtimine. See hõlmab väljundpinge reguleerimist juhtvoolu parameetrite muutmise teel. Seda kasutatakse kütte või valgustuse astme sujuvaks muutmiseks.

Tahkisreleed erinevad ka paljude muude, vähem oluliste parameetrite poolest. Seetõttu on TTR-i ostmisel oluline mõista ühendatava tehnika tööskeemi, et soetada sellele kõige paremini vastav reguleerimisseade.

Kindlasti tuleb ette näha võimsusreserv, sest releel on tööiga, mis kulub kiiresti sagedaste ülekoormuste korral.

TTR-i eelised ja puudused

Pooljuhtreleed ei asenda turul tavalisi kontaktoreid ja käiviteid põhjuseta. Need pooljuhtseadmed omavad mitmeid eeliseid elektromehaaniliste analoogide ees, mis sunnivad tarbijaid just nende kasuks otsustama.

Mikroskeemirelee on kompaktse suurusega ja selle maksimaalne läbivool on tugevalt piiratud. Need kinnitatakse peamiselt spetsiaalsete jalgade jootmise teel.

Nende hulka kuuluvad järgmised eelised:

1. Madal elektritarbimine (90% vähem).
2. Kompaktsed mõõtmed, mis võimaldavad paigaldada seadmeid piiratud ruumis.
3. Kõrge käivitus- ja väljalülituskiirus.
4. Madalam töömüra, puuduvad elektromehaanilisele releele iseloomulikud klõpsud.
5. Tehnilist hooldust ei ole ette nähtud.
6. Pikk kasutusiga tänu sadade miljonite töötsüklite ressursile.
7. Tänu laialdastele elektrooniliste sõlmede modifitseerimisvõimalustele on TTR-il laiendatud kasutusvaldkonnad.
8. Elektromagnetiliste häirete puudumine töötamisel.
9. Kontaktide kahjustumine mehaanilise löögi tõttu on välistatud.
10. Otsese füüsilise kontakti puudumine juhtimis- ja lülitusahelate vahel.
11. Koormuse reguleerimise võimalus.
12. Impulss-TTR-ides on olemas automaatikaahelad, mis kaitsevad ülekoormuste eest.
13. Kasutusvõimalus plahvatusohtlikes keskkondades.

Nimetatud pooljuhtreleede eelised ei ole alati piisavad seadmete normaalseks tööks. Seetõttu pole need veel täielikult elektromehaanilisi kontaktoreid välja tõrjunud.

Stabiilseks tööks vajavad võimsad pooljuhtreleed tõhusat soojuse eemaldamist, sest kõrgendatud temperatuuridel moonutub koormuse pinge järsult (+).

TTR-idel on ka puudusi, mis ei võimalda neid paljudel juhtudel kasutada.

Puuduste hulka kuuluvad:

1. Enamiku seadmete töövõimetus pingetel üle 0,5 kV.
2. Kõrge hind.
3. Tundlikkus suurte voolude suhtes, eriti elektrimootorite käivitusahelates.
4. Piirangud kasutamisel kõrge niiskuse tingimustes.
5. Tööomaduste kriitiline langus temperatuuridel alla -30°C ja üle +70°C.
6. Kompaktne korpus põhjustab seadme liigset kuumenemist püsivalt suurte koormuste korral, mis nõuab spetsiaalsete passiivsete või aktiivsete jahutusseadmete kasutamist.
7. Seadme sulamise võimalus lühise korral tekkivast kuumusest.
8. Relee suletud olekus tekkinud mikrovoogud võivad olla seadme töö jaoks kriitilised. Näiteks võrku ühendatud luminofoorlambid võivad perioodiliselt sähvatada.

Seega on tahkisreleedel teatud kasutusvaldkonnad. Kõrgepingelise tööstusseadmete ahelates on nende kasutamine järsult piiratud pooljuhtmaterjalide ebatäiuslike füüsikaliste omaduste tõttu.

Kodutehnikas ja autotööstuses on TTR-del tänu oma positiivsetele omadustele tugev positsioon.

Võimalikud ühendusskeemid

Tahkisreleede ühendusskeemid võivad olla väga mitmekesised. Iga elektriahel ehitatakse ühendatava koormuse omadustest lähtudes. Skeemi võidakse lisada täiendavaid kaitsmeid, kontrollereid ja reguleerivaid seadmeid.

Tänu sellele, et seadme juhtimis- ja koormusahelad ei kattu, võivad nende elektrilised omadused erineda mis tahes parameetrite poolest (+)

Järgnevalt on esitatud kõige lihtsamad ja levinumad TTR-i ühendusskeemid:

• tavaliselt avatud;
• seotud ahelaga;
• tavaliselt suletud;
• kolmefaasiline;
• pööratav.

Tavaliselt avatud (katkestatud) skeem – relee, mille koormus on pinge all juhtimissignaali olemasolu korral. See tähendab, et ühendatud seade on väljalülitatud olekus, kui sisendid 3 ja 4 on pingevabad.

Enne relee ostmist tuleb otsustada selle nõutava algseisundi tüüp (suletud või avatud), et tagada ühendatud seadme õige töö (+)

Tavaliselt suletud skeem – tähendab releed, mille koormus on pinge all juhtimissignaali puudumisel. See tähendab, et ühendatud seade on tööolekus, kui sisendid 3 ja 4 on pingevabad.

On olemas tahkisrelee ühendusskeem, milles juht- ja koormuspinge on samad. Sellist meetodit saab kasutada üheaegselt tööks alalis- ja vahelduvvooluvõrkudes.

Kolmefaasilised releed ühendatakse mõnevõrra erinevatel põhimõtetel. Kontaktid võivad olla ühendatud variantidena «Täht», «Kolmnurk» või «Täht nulljuhtmega».

Kolmefaasilise relee ühendusskeemi valik sõltub suuresti temaga koormusena ühendatud seadme töö eripäradest.

Pööratavad tahkisreleed kasutatakse elektrimootorites vastaval režiimil. Neid valmistatakse kolmefaasilises variandis ja need sisaldavad kahte juhtimisahelat.

Kui relee puhul on oluline kontaktide ühenduse polaarsuse järgimine, siis on märgistusel alati näidatud, kuhu ühendada faas ja null.

Elektrilülituste kokkupanek TTR-iga on vajalik alles pärast nende eelnevat paberile joonistamist, sest valesti ühendatud seadmed võivad lühise tõttu rikki minna.

Seadmete praktiline kasutamine

Pooljuhtreleede kasutusvaldkond on üsna lai. Kõrge töökindluse ja regulaarse hoolduse vajaduse puudumise tõttu paigaldatakse neid sageli seadmete raskesti ligipääsetavatesse kohtadesse.

Paljudel releedel nõuab juhtkontuuri juhtmete ühendamine polaarsuse järgimist, mida tuleb seadmete paigaldamisel arvestada.

TTR peamised kasutusvaldkonnad on:

• termoregulatsiooni süsteem küttekehadega;
• stabiilse temperatuuri hoidmine tehnoloogilistes protsessides;
• trafo töö kontroll;
• valgustuse reguleerimine;
• liikumis-, valgusandurite, tänavavalgustuse fotoandurite jms skeemid;
• elektrimootorite juhtimine;
• katkematu toiteallikad.

Kodumasinate automatiseerimise suurenedes muutuvad pooljuhtreleed üha levinumaks ning arenevad pooljuhttehnoloogiad avavad pidevalt uusi nende kasutusvaldkondi.

Soovi korral saab pooljuhtrelee ise kokku panna. Üksikasjalik juhend on esitatud selles artiklis.

Järeldused ja kasulik video teemal

Esitatud videod aitavad paremini mõista pooljuhtreleede tööd ja tutvuda nende ühendamise viisidega.

Kõige lihtsama pooljuhtrelee töö praktiline demonstreerimine:

Pooljuhtreleede liikide ja tööomaduste analüüs:

TTR töö ja kuumenemise testimine:

Elektrilülituse kokkupanek pooljuhtreleest ja andurist on praktiliselt igaühe võimuses.

Kuid tööskeemi planeerimine nõuab elektrotehnika põhiteadmisi, sest vale ühendamine võib põhjustada elektrilöögi või lühise. Kuid õigete toimingute tulemusena võib saada palju igapäevaelus kasulikke seadmeid.

Kas on midagi lisada või tekkis küsimusi pooljuhtreleede ühendamise ja kasutamise teemal? Võite jätta kommentaare publikatsioonile, osaleda aruteludes ja jagada oma kogemusi selliste seadmete kasutamisel. Kontaktivorm asub alumises plokis.