Úvod - Relé a stykače

Relé a stykač: rozdíly

Polovodičová relé (angl. SSR – Solid State Relay) jsou součástky sloužící k řízení proudového zatížení pomocí polovodiče řízeného odděleným elektronickým obvodem. Galvanické oddělení se provádí pomocí optoelektronického prvku, jako je dioda emitující infračervené záření, fotodioda, fototranzistor, fototyristor nebo fototriak. Ve stavu klidu relé, když diodou LED v vstupním obvodu neprotéká proud, zůstává optoelektronický prvek vypnutý a jeho náhradní odpor je velmi vysoký. Po aktivaci diody dochází k ozáření fotoelementu a ten začne vést, čímž zapne zatěžovací obvod. Takové řešení umožňuje výrazně zvýšit frekvenci vypínání, eliminuje jev elektrického oblouku a umožňuje dosáhnout trvanlivosti řádu 10⁹ .

Blokové schéma polovodičového relé

Připojení relé, v závislosti na typu, může nastat přivedením do vstupního obvodu stejnosměrného napětí (od 3V do 32V) nebo střídavého napětí (od 90V do 280V při 50Hz). Existuje také možnost spouštění relé proudově. V závislosti na určení jsou konstruovány pro spínání stejnosměrných a střídavých proudů. Vyrábějí se také třífázová relé používaná například pro spínání elektrických třífázových motorů.

Jaké jsou druhy a použití relé?

Rozlišujeme relé:

Relé spínající v „nule“ napětí – vodivost nastává v okamžiku průchodu napájecího napětí nulou. Díky tomuto řešení narůstá postupně, aniž by způsobovalo rádiové rušení. Používá se pro řízení zátěží s indukčním a rezistivním charakterem (odporové topné tělesa, žárovky).
Relé spínající „okamžitě“ – okamžik sepnutí nastává ihned po přivedení řídicího napětí. Tento druh řízení je určen pro řešení, kde je vyžadována krátká doba odezvy.
Relé spínající v „vrcholu“ napětí - sepnutí relé nastává v okamžiku dosažení špičkové hodnoty napájecího napětí. Používá se při silně indukčních zátěžích (transformátory).
Relé spínající analogově – řízené analogovým signálem (0-10V DC nebo 4-20mA DC). Používá se pro plynulé řízení intenzity světla, vytápění atd.

Jaké parametry charakterizují polovodičové relé?

Vstupní obvod

• rozsah řídicího napětí – rozsah napětí přivedených na vstup, ve kterých relé zůstává zapnuté (např.: 3-32VDC, 9-280VAC),
• rozsah vstupního proudu – určuje maximální vstupní proud pro stav zapnutí a vypnutí relé,
• doba zapnutí a vypnutí – čas, který uplyne od okamžiku přivedení/odpojení řídicího signálu do úplného zapnutí/vypnutí relé.

Výstupní obvod

• rozsah napětí zátěže – rozsah napětí přivedených na výstupní svorky,
• maximální napětí – maximální přípustná hodnota přepětí v napájecí síti, která nezpůsobí poškození relé,
• proud zátěže – maximální přípustná hodnota proudu tekoucího ve výstupním obvodu,
• maximální neopakovatelný přetěžovací proud – maximální hodnota proudového impulsu s dobou trvání jedné půlvlny sinusoidy,
• maximální I² t – hodnota Jouleovy integrály, používaná při výběru pojistek.

Uživatelské parametry

• izolační napětí – efektivní hodnota napětí napájecí sítě, která může být přítomna mezi vstupními a výstupními svorkami relé,
• izolační odpor – minimální hodnota odporu měřená pomocí stejnosměrného signálu o napětí 500V,
• kapacita mezi vstupem a výstupem – měřená mezi vstupními a výstupními svorkami,
• rozsah okolní teploty během provozu.

Chlazení relé

Životnost polovodičových relé je prakticky neomezená za předpokladu, že jsou správně chlazena. Proto je třeba věnovat zvláštní pozornost výběru chladiče, používat teplovodivou pastu a zajistit odpovídající oběh vzduchu. Dobrou volbou je montáž relé s chladičem na DIN lištu a ponechání volného prostoru kolem.

Ochrana relé

Další důležitou věcí je ochrana před následky zkratu nebo přetížení. Zpožděné pojistky nejsou schopny ochránit polovodičová relé, proto je pro odpovídající ochranu nutné použít ultra rychlé pojistky, jejichž hodnota Jouleova integrálu je menší než hodnota integrálu polovodiče. Pro úplnou ochranu relé je třeba na výstupu zapojit varistor sloužící k ochraně proti přepětí.

Jaký je princip činnosti elektromagnetických relé?

Princip činnosti elektromagnetických reléje podobná principu činnosti elektromagnetického stykače. Kontakty relé mají relativně malou proudovou zatížitelnost, řádově několik ampérů. V důsledku toho je relé vybaveno mnohem menším elektromagnetem než stykač, a kontakty nemají žádná další zařízení pro zhášení oblouku.

Rozměry relé jsou menší než rozměry stykače, avšak životnost relé je velmi vysoká a dosahuje několika desítek milionů spojení. Relé v závislosti na určení mají jeden nebo více párů kontaktů. Mohou fungovat pod vlivem změn intenzity proudu, napětí, směru toku proudu, frekvence, fázového posunu atd. Princip činnosti relé vysvětluje obrázek:

Průtok proudu cívkovým vinutím způsobuje přitahování kotvy. Po přitažení kotvy se uzavírají kontakty: (1), (2), (3) a otevírají se rozpojovací (4). Po odpojení napětí a poklesu kotvy se otevírají kontakty: (1),(2),(3) a uzavírají se rozpojovací (4). V nejčastěji používaných konstrukčních řešeních relé je napětí cívky 230VAC nebo 24VDC, pracovní proud kontaktů - od 1 do 10A, počet kontaktů – od jednoho do čtyř přepínacích párů.

Co je to stykač?

Stykač je spínač, jehož pracovní kontakty jsou uzavírány pomocí elektromagnetu a udržovány v tomto stavu, dokud je napětí cívky dostatečně vysoké. Po přerušení obvodu cívky elektromagnetu dojde k poklesu kotvy (vlivem působení pružiny) a otevření pracovních kontaktů.

Konstrukce stykače

Funkce a konstrukce stykačepodobná je k konstrukci a funkci elektromagnetických relé. Rozdíl spočívá v tom, že stykače slouží k připojování hlavních obvodů (např. motorů), zatímco elektromagnetická relé mají za úkol připojování pomocných obvodů (např. řídicích, signalizačních). Stykače kromě hlavních kontaktů mohou mít několik pomocných kontaktů sloužících k signalizaci nebo blokování. Princip činnosti stykače vysvětluje obrázek:

Pod vlivem proudu procházejícího cívkou stykače S vzniká síla přitahující kotvu K, což způsobuje zkrat hlavních kontaktů Z1, Z2, Z3 a pomocných z1, z2. Stykače jsou určeny především pro dálkové připojování třífázových obvodů střídavého proudu za podmínek určených kategorií užívání AC3 a AC4 (připojování klecových motorů). Mohou být také použity k připojování kroužkových motorů (kategorie AC2) nebo topných zařízení (kategorie AC1).

Kromě stykačů střídavého proudu jsou k dispozici také stykače stejnosměrného proudu. Mají elektromagnetický nebo pneumatický pohon, přičemž jak elektromagnety tak i elektromagnetické ventily jsou řízeny stejnosměrným proudem. Hlavní použití těchto stykačů je v železniční, tramvajové a akumulátorové trakci (vozíky).

Nabízené firmou DACPOL stykače jsou dostupné pro cívky AC v rozsahu výkonu od 1,5 do 238kW a cívky DC v rozsahu výkonu od 2,2 do 11kW. Příslušenství zahrnuje široký sortiment pomocných kontaktů a zpožďovacích relé svorkových, rozhraní modulů a RC prvků. Volitelně lze také namontovat tepelná relé pro ochranu elektrických motorů.