Ρελέ στερεάς κατάστασης: τύποι, πρακτική εφαρμογή, διαγράμματα σύνδεσης
Τα κλασικά εκκινητήρια και οι επαφές σταδιακά αποτελούν παρελθόν. Τη θέση τους στην αυτοκινητική ηλεκτρονική, στις οικιακές συσκευές και στον βιομηχανικό αυτοματισμό καταλαμβάνει το στερεορελέ – μια ημιαγωγική συσκευή χωρίς κινούμενα μέρη.
Οι συσκευές έχουν διάφορες κατασκευές και διαγράμματα σύνδεσης, από τα οποία εξαρτώνται τα πεδία εφαρμογής τους. Πριν χρησιμοποιήσετε τη συσκευή, είναι απαραίτητο να κατανοήσετε την αρχή λειτουργίας της, να μάθετε γα τα χαρακτηριστικά λειτουργίας κα σύνδεσης των διαφόρων τύπων ρελέ. Οι απαντήσεις στα ερωτήματα που τίθενται παρουσιάζονται λεπτομερώς στο άρθρο που παρουσιάζεται.
Περιεχόμενα άρθρου:
Δομή στερεορελέ
Τα σύγχρονα στερεορελέ (SSR) είναι αρθρωτές ημιαγωγικές συσκευές, οι οποίες λειτουργούν ως ηλεκτρολογικοί διακόπτες ισχύος.
Τα κλειδιά λειτουργικά τμήματα αυτών των συσκευών αποτελούνται από τριάκ, θυρίστορ ή τρανζίστορ. Τα SSR δεν έχουν κινούμενα μέρη, με αποτέλεσμα να διαφέρουν από τα ηλεκτρομηχανικά ρελέ.

Η εσωτερική δομή αυτών των συσκευών μπορεί να διαφέρει σημαντικά ανάλογα με τον τύπο του ρυθμισμένου φορτίου και του ηλεκτρικού κυκλώματος.
Τα απλούστερα στερεορελέ περιλαμβάνουν τις ακόλουθες μονάδες:
- μονάδα εισόδου με ασφάλειες;
- κύκλωμα σκανδάλης;
- οπτική (γαλβανική) απομόνωση;
- μονάδα μεταγωγής;
- προστατευτικά κυκλώματα;
- μονάδα εξόδου στο φορτίο.
Η μονάδα εισόδου SSR αποτελείται από ένα πρωτεύον κύκλωμα με μια αντίσταση συνδεδεμένη σε σειρά. Η ασφάλεια ενσωματώνεται προαιρετικά σε αυτό το κύκλωμα. Η λειτουργία της μονάδας εισόδου είναι να λαμβάνει το σήμα ελέγχου και να μεταδίδει τις εντολές στους διακόπτες που μεταβάλλουν το φορτίο.
Στο εναλλασσόμενο ρεύμα, για τον διαχωρισμό του κυκλώματος ελέγχου και του κύριου κυκλώματος χρησιμοποιείται γαλβανική απομόνωση. Η αρχή λειτουργίας του ρελέ εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την κατασκευή της. Το κύκλωμα σκανδάλης, υπεύθυνο για την επεξεργασία του σήματος εισόδου, μπορεί να περιλαμβάνεται στη μονάδα οπτικής απομόνωσης ή να βρίσκεται ξεχωριστά.
Η προστατευτικη μονάδα εμποδίζει την εμφάνιση υπερφορτίσεων και σφαλμάτων, δεδομένου ότι σε περίπτωση βλάβης της συσκευής μπορεί να καταστραφεί και ο συνδεδεμένος εξοπλισμός.
Ο κύριος σκοπός των στερεών ρελέ είναι η κλεισίματα/ανοίγματα του ηλεκτρικού δικτύου μέσω ενός ασθενούς σήματος ελέγχου. Σε αντίθεση με τα ηλεκτρομηχανικά ανάλογα, έχουν πιο συμπαγή μορφή και δεν παράγουν χαρακτηριστικά κλικ κατά τη λειτουργία.
Αρχή λειτουργίας SSR
Η λειτουργία του στερεού ρελέ είναι αρκετά απλή. Τα περισσότερα ΤΤΡ προορίζονται για τον έλεγχο αυτοματισμών σε δίκτυα 20-480 V.

Στην τυπική διάταξη, το περίβλημα της συσκευής περιλαμβάνει δύο επαφές του κυκλώματος που μεταγωγεί και δύο καλώδια ελέγχου. Ο αριθμός τους μπορεί να αλλάξει όταν αυξηθεί ο αριθμός των συνδεδεμένων φάσεων. Ανάλογα με την παρουσία τάσης στο κύκλωμα ελέγχου, πραγματοποιείται ενεργοποίηση ή απενεργοποίηση του κύριου φορτίου από τα ημιαγωγικά στοιχεία.
Ένα χαρακτηριστικό των στερεών ρελέ είναι η ύπαρξη μη άπειρης αντίστασης. Ενώ οι επαφές στις ηλεκτρομηχανικές συσκευές αποσυνδέονται πλήρως, στα στερεά ρελέ η απουσία ρεύματος στο κύκλωμα εξασφαλίζεται από τις ιδιότητες των ημιαγωγικών υλικών.
Επομένως, σε υψηλές τάσεις μπορεί να προκύψουν μικρά ρεύματα διαρροής, τα οποία μπορεί να επηρεάσουν αρνητικά τη λειτουργία του συνδεδεμένου εξοπλισμού.
Ταξινόμηση τν στερεορελέ
Οι τομείς εφαρμογής των ρελέ είναι ποικίλοι, επομένως και τα δομικά τους χαρακτηριστικά μπορεί να διαφέρουν σημαντικά, ανάλογα με τις ανάγκες της συγκεκριμένης αυτόματης διάταξης. Τα ΤΤΡ ταξινομούνται ανάλογα με τον αριθμό των συνδεδεμένων φάσεων, το είδος του ρεύματος λειτουργίας, τα δομικά χαρακτηριστικά και τον τύπο του κυκλώματος ελέγχου.
Ανάλογα με τον αριθμό των συνδεδεμένων φάσεων
Τα στερεά ρελέ χρησιμοποιούνται τόσο σε οικιακές συσκευές όσο και σε βιομηχανικά αυτοματισμό με τάση λειτουργίας 380 V.
Επομένως, αυτά τα ημιαγωγικά στοιχεία, ανάλογα με τον αριθμό των φάσεων, χωρίζονται σε:
- μονοφάσικά;
- τριφάσικά.
Μονοφάσικά ΤΤΡ επιτρέπουν τή λειτουργία με ρεύματα 10-100 ή 100-500 А. Ο έλεγχός τους γίνεται μέσω ανάλογικού σήματος.

Τριφάσικά στερεά ρελέ μπορούν να διέλθουν ρεύμα στην περιοχή 10-120 А. Η διάταξή τους προϋποθέτει αναστρέψιμη αρχή λειτουργίας, η οποία εξασφαλίζει αξιόπιστη ρύθμισή πολλών ηλεκτρικών μονάδων ταυτόχρονά.
Συχνά, τριφάσικά ΤΤΡ χρησμοποιούνται γιά τή λειτουργία ενός ασύγχρονου κινητήρα. Στο ηλεκτρικό του κύκλωμα ελέγχου συμπεριλαμβάνονται υποχρεωτικά γρήγορες ασφάλεις λόγω των υψηλών ρευμάτων εκκίνησης.
Ανάλογα με το είδος του ρεύματος λειτουργίας
Τα ρελέ στερεάς κατάστασης δεν μπορούν να ρυθμιστούν ή να επαναπρογραμματιστούν, επομένως λειτουργούν κανονικά μόνο σε ένα συγκεκριμένο εύρος ηλεκτρικών παραμέτρων του δικτύου.
Ανάλογα με τις ανάγκες, τα SSR μπορούν να ελέγχονται από ηλεκτρικά κυκλώματα με δύο τύπους ρεύματος:
- συνεχούς ρεύματος·
- εναλλασσόμενου ρεύματος.
Αντίστοιχα, τα SSR μπορούν να ταξινομηθούν και ανάλογα με τον τύπο της τάσης του ενεργού φορτίου. Τα περισσότερα ρελέ σε οικιακές συσκευές λειτουργούν με μεταβλητές παραμέτρους.

Οι συσκευές με συνεχές ρεύμα ελέγχου χαρακτηρίζονται από υψηλή αξιοπιστία και χρησιμοποιούν τάση ελέγχου 3-32 V. Αντέχουν σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών (-30..+70°C) χωρίς σημαντικές αλλαγές στα χαρακτηριστικά.
Τα ρελέ που ρυθμίζονται με εναλλασσόμενο ρεύμα έχουν τάση ελέγχου 3-32 V ή 70-280 V. Διακρίνονται για τις χαμηλές ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές και την υψηλή ταχύτητα λειτουργίας.
Ανάλογα με τα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά
Τα ρελέ στερεάς κατάστασης συχνά εγκαθίστανται στον γενικό ηλεκτρικό πίνακα του διαμερίσματος, επομένως πολλά μοντέλα διαθέτουν βάση στήριξης για τοποθέτηση σε ράγα DIN.
Επιπλέον, υπάρχουν ειδικές ψύκτρες που τοποθετούνται μεταξύ του SSR και της επιφάνειας στήριξης. Επιτρέπουν την ψύξη της συσκευής υπό υψηλά φορτία, διατηρώντας τα λειτουργικά της χαρακτηριστικά.

Μεταξύ του ρελέ και της ψύκτρας συνιστάται η εφαρμογή ενός στρώματος θερμικής πάστας, το οποίο αυξάνει την επιφάνεια επαφής και βελτιώνει την απαγωγή θερμότητας. Υπάρχουν επίσης SSR που προορίζονται για στερέωση στον τοίχο με συνηθισμένες βίδες.
Ανάλογα με τον τύπο του κυκλώματος ελέγχου
Δεν είναι πάντα απαραίτητη η άμεση ενεργοποίηση του ρελέ στη λειτουργία της ρυθμιζόμενης συσκευής.
Ως εκ τούτου, οι κατασκευαστές ανέπτυξαν διάφορα σχήματα ελέγχου SSR που χρησιμοποιούνται σε διάφορους τομείς:
- Έλεγχος «διέλευσης από το μηδέν». Αυτή η επιλογή ελέγχου του ρελέ στερεάς κατάστασης προϋποθέτει ενεργοποίηση μόνο όταν η τάση είναι ίση με 0. Χρησιμοποιείται σε συσκευές με χωρητικό, ωμικό (θερμαντήρες) και ασθενές επαγωγικό (μετασχηματιστές) φορτίο.
- Άμεσος έλεγχος. Χρησιμοποιείται όταν απαιτείται απότομη ενεργοποίηση του ρελέ κατά την εφαρμογή του σήματος ελέγχου.
- Φασικός έλεγχος. Προϋποθέτει ρύθμιση της τάσης εξόδου με αλλαγή των παραμέτρων του ρεύματος ελέγχου. Χρησιμοποιείται για ομαλή μεταβολή του βαθμού θέρμανσης ή φωτισμού.
Τα ρελέ στερεάς κατάστασης διαφέρουν επίσης ως προς πολλές άλλες, λιγότερο σημαντικές, παραμέτρους. Επομένως, κατά την αγορά ενός SSR είναι σημαντικό να κατανοήσετε τον τρόπο λειτουργίας της συνδεδεμένης συσκευής, ώστε να αποκτήσετε μια ρυθμιστική συσκευή που να την ταιριάζει όσο το δυνατόν καλύτερα.
Πρέπει οπωσδήποτε να προβλέπεται ένα περιθώριο ισχύος, διότι το ρελέ έχει διάρκεια ζωής λειτουργίας, η οποία εξαντλείται γρήγορα σε συχνές υπερφορτίσεις.
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των SSR
Τα ρελέ στερεάς κατάστασης δεν εκτοπίζουν άδικα από την αγορά τους κοινούς εκκινητές και επαφείς. Αυτές οι ημιαγωγικές συσκευές έχουν πολλά πλεονεκτήματα έναντι των ηλεκτρομηχανικών αναλόγων, που κάνουν τους καταναλωτές να επιλέγουν ακριβώς αυτές.

Σε αυτά τα πλεονεκτήματα περιλαμβάνονται:
- Χαμηλή κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας (κατά 90% λιγότερη).
- Συμπαγείς διαστάσεις που επιτρέπουν την τοποθέτηση συσκευών σε περιορισμένο χώρο.
- Υψηλή ταχύτητα εκκίνησης και απενεργοποίησης
- Μειωμένος θόρυβος λειτουργίας, απουσία των χαρακτηριστικών κλικ των ηλεκτρομηχανικών ρελέ.
- Δεν απαιτείται συντήρηση.
- Μεγάλη διάρκεια ζωής χάρη σε αντοχή εκατοντάδων εκατομμυρίων ενεργοποιήσεων.
- Χάρη στις ευρείες δυνατότητες τροποποίησης ηλεκτρονικών τμημάτων, τα SSR έχουν διευρυμένα πεδία εφαρμογής.
- Απουσία ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών κατά την ενεργοποίηση.
- Αποφεύγεται η φθορά των επαφών λόγω μηχανικής κρούσης.
- Απουσία άμεσης φυσικής επαφής μεταξύ των κυκλωμάτων ελέγχου και μεταγωγής.
- Δυνατότητα ρύθμισης του φορτίου.
- Ύπαρξη αυτόματων κυκλωμάτων στα παλμικά SSR που προστατεύουν από υπερφορτίσεις.
- Δυνατότητα χρήσης σε εκρηκτικά περιβάλλοντα.
Τα αναφερόμενα πλεονεκτήματα των ρελέ στερεάς κατάστασης δεν είναι πάντα αρκετά για την κανονική λειτουργία του εξοπλισμού. Γι' αυτό δεν έχουν ακόμη εκτοπίσει πλήρως τους ηλεκτρομηχανικούς επαφείς.

Τα SSR έχουν επίσης μειονεκτήματα που δεν επιτρέπουν τη χρήση τους σε πολλές περιπτώσεις.
Στα μειονεκτήματα περιλαμβάνονται:
- Αδυναμία λειτουργίας των περισσότερων συσκευών με τάσεις άνω των 0,5 kV.
- Υψηλό κόστος.
- Ευαισθησία σε υψηλά ρεύματα, ειδικά σε κυκλώματα εκκίνησης ηλεκτροκινητήρων.
- Περιορισμοί στη χρήση σε συνθήκες υψηλής υγρασίας.
- Κρίσιμη μείωση των χαρακτηριστικών λειτουργίας σε θερμοκρασίες κάτω από -30°C και πάνω από +70°C.
- Το συμπαγές περίβλημα οδηγεί σε υπερβολική θέρμανση της συσκευής υπό σταθερά υψηλά φορτία, γεγονός που απαιτεί τη χρήση ειδικών διατάξεων παθητικής ή ενεργητικής ψύξης.
- Πιθανότητα τήξης της συσκευής από θέρμανση σε περίπτωση βραχυκυκλώματος.
- Τα μικρορεύματα στην κλειστή κατάσταση του ρελέ μπορεί να είναι κρίσιμα για τη λειτουργία του εξοπλισμού. Για παράδειγμα, οι λαμπτήρες φθορισμού που είναι συνδεδεμένοι στο δίκτυο μπορεί να αναβοσβήνουν περιοδικά.
Έτσι, τα ρελέ στερεάς κατάστασης έχουν συγκεκριμένους τομείς εφαρμογής. Στα κυκλώματα βιομηχανικού εξοπλισμού υψηλής τάσης η χρήση τους είναι έντονα περιορισμένη λόγω των ατελών φυσικών ιδιοτήτων των ημιαγωγών υλικών.
Ωστόσo, στις οικιακές συσκευές και στην αυτοκινητοβιομηχανία τα ρελέ στερεάς κατάστασης (SSR) κατέχουν ισχυρές θέσεις χάρη στα θετικά τους χαρακτηριστικά.
Πιθανά διαγράμματα σύνδεσης
Τα διαγράμματά σύνδεσης των ρελέ στερεάς κατάστασης μπορεί νά είναι πολύ διαφορετικά. Κάθε ηλεκτρικό κύκλομα χτίζεται με βάση τα χαρακτηριστικά τού συνδεδεμένου φορτίου. Στo κύκλομα μπορούν νά προστεθούν επιπλέον ασφάλειες, ελεγκτές καί ρυθμιστικές συσκευές.

Στη συνέχεια παρουσιάζονται τα πιo απλά καί κοινά διαγράμματα σύνδεσης ρελέ στερεάς κατάστασης (SSR):
- κανονικά ανοικτή·
- με συζευγμένo κύκλωμα·
- κανονικά κλειστή·
- τριφασική·
- αναστρέψιμη.
Κανονικά ανοικτό (αποσυνδεδεμένo) κύκλωμα – ρελέ στo oποίo τo φορτίo βρίσκεται υπό τάση όταν υπάρχει σήμα ελέγχου. Δηλαδή, o συνδεδεμένος εξοπλισμός είναι απενεργοποιημένος όταν oι είσοδοι 3 καί 4 δεν τροφοδοτούνται.

Κανονικά κλειστό κύκλωμα – εννοείται ρελέ στo oποίo τo φορτίo βρίσκεται υπό τάση όταν απουσιάζει τo σήμα ελέγχου. Δηλαδή, o συνδεδεμένος εξοπλισμός είναι σε λειτουργία όταν oι είσοδοι 3 καί 4 δεν τροφοδοτούνται.
Υπάρχει ένά διάγραμμα σύνδεσης ρελέ στερεάς κατάστασης στo oποίo η τάση ελέγχου καί η τάση φορτίου είναι ίδιες. Αυτή η μέθοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί ταυτόχρονα για λειτουργία σε δίκτυα συνεχούς καί εναλλάσσομένου ρεύματος.
Τριφασικά ρελέ συνδένονται με κάπως διαφορετικές αρχές. Οι επαφές μπορούν να συνδεθούν σε διαμορφώσεις «Αστέρας», «Τρίγωνo» ή «Αστέρας με oυδέτερo».

Αναστρέψιμα ρελέ στερεάς κατάστασης χρησιμοποιούνται σε ηλεκτροκινητήρες στην αντίστοιχη λειτουργία. Κατασκευάζονται σε τριφασική έκδοση καί περιλαμβάνουν δύo κυκλώματα ελέγχου.

Η συναρμολόγηση ηλεκτρικών κυκλωμάτων με SSR πρέπει να γίνεται μόνο αφού πρώτα σχεδιαστούν σε χαρτί, διότι οι λανθασμένα συνδεδεμένες συσκευές μπορεί να υποστούν βλάβη λόγω βραχυκυκλώματος.
Πρακτική εφαρμογή συσκευών
Το πεδίο χρήσης των ρελέ στερεάς κατάστασης είναι αρκετά ευρύ. Λόγω της υψηλής αξιοπιστίας και της απουσίας ανάγκης για τακτική συντήρηση, συχνά εγκαθίστανται σε δυσπρόσιτα σημεία του εξοπλισμού.

Οι κύριοι τομείς εφαρμογής των SSR είναι:
- σύστημα θερμορύθμισης με χρήση θερμαντικών στοιχείων (ΤΕΝ);
- διατήρηση σταθερής θερμοκρασίας σε τεχνολογικές διαδικασίες;
- έλεγχος λειτουργίας μετασχηματιστών;
- ρύθμιση φωτισμού;
- κυκλώματα αισθητήρων κίνησης, φωτισμού, φωτοαισθητήρων για εξωτερικό φωτισμό κ.λπ.;
- έλεγχος ηλεκτροκινητήρων;
- πηγές αδιάλειπτης τροφοδοσίας.
Με την αύξηση του αυτοματισμού των οικιακών συσκευών, τα ρελέ στερεάς κατάστασης γίνονται ολοένα και πιο διαδεδομένα, ενώ οι αναπτυσσόμενες τεχνολογίες ημιαγωγών ανοίγουν συνεχώς νέα πεδία εφαρμογής τους.
Αν το επιθυμείτε, μπορείτε να συναρμολογήσετε ένα ρελέ στερεάς κατάστασης μόνοι σας. Αναλυτικές οδηγίες παρέχονται σε αυτό το άρθρο.
Συμπεράσματα και χρήσιμο βίντεο για το θέμα
Τα παρουσιαζόμενα βίνεο θα βοηθήσουν στην καλύτερη κατανόηση της λειτουργίας των ρελέ στερεάς κατάστασης και στην εξοικείωση με τους τρόπους σύνδεσής τους.
Πρακτική επίδειξη λειτουργίας του απλούστερο ρελέ στερεάς κατάστασης:
Ανάλυση των τύπων και των χαρακτηριστικών λειτουργίας των ρελέ στερεάς κατάστασης:
Δοκιμή λειτουργίας και βαθμού θέρμανσης των SSR:
Σχεδόν κάθε άτομο μπορεί να συναρμολογήσει ένα ηλεκτρικό κύκλωμα με ρελέ στερεάς κατάστασης και αισθητήρα.
Ωστόσο, ο σχεδιασμός του λειτουργικού διαγράμματος απαιτεί βασικές γνώσεις ηλεκτροτεχνίας, διότι η λανθασμένη σύνδεση μπορεί να οδηγήσει σε ηλεκτροπληξία ή βραχυκύκλμα. Από την άλλη, με σωστές ενέργειες μπορείτε να αποκτήσετε πολλές χρήσιμες συσκευές για το σπίτι.
Έχετε κάτι να πρσθέσετε ή έχετε απορίες σχετικά με τη σύνδεση και τη χρήση των ρελέ στερεάς κατάστασης; Μπορείτε να αφήνετε σχόλια στη δημοσίευσή, να συμμετέχετε σε σηζητήσεις και να μοιράζεστε τη δική σας εμπειρία χρήσης τέτοιων συσκευών. Η φόρμα επικοινωνίας βρίσκεται στο κάτω μέρος.

Και αν έχω σθνεχείς διακυμάνσεις τάσης στο διαμέρισμα, τι μέρει να κάνω; Περίπου 180-250 V, τι πρέπει να κάνω και που να απευθυνθώ;
Στην πραγματικότητα, αυτό είναι ένα αρκετά συνηθισμένο πρόβλημα για πολλές περιοχές σε πόλεις ολόκληρου του μετασοβιετικού χώρου. Δεδομένου ότι έχετε διαμέρισμα, το πρόβλημα αρρά όχι μόνο εσάς, αλλά πιθανώς ολόκληρη την είσοδο, την πολυκατοικία ή ακόμα και την περιοχή. Επομένως, είναι καλύτερο να υοβάλετε μια συλλογική αίτηση για την επίλυση του προβλήματος των διακυμάνσεων τάσης.
Η επίλυση αυτού του προβλήματος πρέπει να γίνεται από εκπροσώπους της εταιρείας με την οποία έχετε υπογράψει σύμβαση προμήθειας ηλεκτρικής ενέργειας. Επίσης, για το μέλλον σας συμβουλεύω να χρησιμοποιείτε σταθεροποιητές και ρελέ τάσης, σε συνδυασμό και όχι ξεχωριστά. Τα πρώτα είναι αποτελεσματικά σε χαμηλή τάση, ενώ τα δεύτερα – σε υψηλή.