Bevezetés - Relék és kontaktorok

Relé és kontaktor: különbségek

A félvezető relék (angolul SSR – Solid State Relay) olyan alkatrészek, amelyek áramterhelés vezérlésére szolgálnak egy elkülönített elektronikus áramkör által vezérelt félvezető alkalmazásával. A galvanikus leválasztás optoelektronikai elemmel történik, mint például infravörös sugárzást kibocsátó dióda, fotodióda, fototranzisztor, fototirisztor vagy fototriak. A relé nyugalmi állapotában, amikor a bemeneti áramkörben lévő LED diódán nem folyik áram, az optoelektronikai elem kikapcsolt állapotban marad, és helyettesítő ellenállása nagyon nagy. A dióda aktiválása után a fotoelem besugárzása következik be, és vezetni kezd, bekapcsolva a terhelési áramkört. Ez a megoldás jelentősen növeli a kikapcsolási frekvenciát, kiküszöböli az elektromos ív jelenségét, és lehetővé teszi a 10⁹ nagyságrendű tartósság elérését.

A félvezető relé blokkvázlata

A relé bekapcsolása, a típustól függően, történhet azáltal, hogy a bemeneti áramkörbe egyenfeszültséget (3V-tól 32V-ig) vagy váltakozó feszültséget (90V-tól 280V-ig 50Hz-en) vezetünk. Lehetőség van a relé árammal történő kioldására is. Rendeltetéstől függően építik őket egyen- és váltakozó áramok kapcsolására. Gyártanak háromfázisú reléket is, amelyeket például háromfázisú elektromos motorok kapcsolására használnak.

Milyen típusai és alkalmazásai vannak a relének?

Megkülönböztetünk reléket:

„Nulla” feszültségnél kapcsoló relék – a vezetés akkor következik be, amikor a tápfeszültség áthalad a nullán. Ennek a megoldásnak köszönhetően fokozatosan növekszik, nem okozva rádióelektromos zavarokat. Induktív és ellenállásos terhelések (ellenállásos fűtőelemek, izzók) vezérlésére használják.
„Azonnal” kapcsoló relék – a bekapcsolás azonnal megtörténik a vezérlőfeszültség bevezetése után. Ez a vezérlési típus olyan megoldásokra van szánva, ahol rövid válaszidő szükséges.
„Csúcs” feszültségnél kapcsoló relék - a relé működése akkor következik be, amikor a tápfeszültség eléri a csúcsértéket. Erősen induktív terheléseknél (transzformátorok) használják.
Analóg módon kapcsoló relék – analóg jellel vezéreltek (0-10V DC vagy 4-20mA DC). Használják a fényerősség folyamatos szabályozására, fűtés stb.

Milyen paraméterek jellemzik a félvezető reléket?

Bemeneti áramkör

• vezérlőfeszültség tartomány – a bemenetre vezetett feszültségek tartománya, amelyben a relé bekapcsolva marad (pl.: 3-32VDC, 9-280VAC),
• bemeneti áram tartomány – meghatározza a relé bekapcsolt és kikapcsolt állapotában a maximális bemeneti áramot,
• bekapcsolási és kikapcsolási idő – az az idő, amely eltelik a vezérlőjel bevezetésétől/leválasztásától a relé teljes bekapcsolásáig/kikapcsolásáig.

Kimeneti áramkör

• terhelési feszültség tartomány – a kimeneti kapcsokra vezetett feszültségek tartománya,
• maximális feszültség – a táphálózatban megengedett maximális túlfeszültség értéke, amely nem okoz károsodást a relében,
• terhelési áram – a kimeneti áramkörben folyó maximálisan megengedett áram értéke,
• maximális nem ismétlődő túláram – az áramimpulzus maximális értéke, amely egy fél szinuszhullám időtartamával rendelkezik,
• maximális I² t – a Joule-integrál értéke, amelyet a biztosítékok kiválasztásánál használnak.

Felhasználói paraméterek

• szigetelési feszültség – a táphálózat effektív feszültsége, amely a relé bemeneti és kimeneti kapcsai között előfordulhat,
• szigetelési ellenállás – a minimális ellenállás értéke, amelyet 500V egyenáramú jellel mérnek,
• kapacitás a bemenet és a kimenet között – a bemeneti és kimeneti kapcsok között mérve,
• a környezeti hőmérséklet tartománya működés közben.

A relé hűtése

A félvezető relék élettartama gyakorlatilag korlátlan, feltéve, hogy megfelelően hűtöttek. Ezért különös figyelmet kell fordítani a hűtőborda kiválasztására, hővezető paszta alkalmazására, valamint a megfelelő légáramlás biztosítására. Jó megoldás a relé hűtőbordával való rögzítése DIN sínre, szabad teret hagyva körülötte.

A relé védelme

Egy másik fontos dolog a rövidzárlat vagy túlterhelés hatásai elleni védelem. A késleltetett biztosítékok nem képesek megvédeni a félvezető reléket, ezért a megfelelő védelem érdekében ultraszupergyors biztosítékokat kell alkalmazni, amelyek Joule-értéke kisebb, mint a félvezető integrálja. A relé teljes védelme érdekében a kimenetre varisztort kell bekötni, amely túlfeszültség elleni védelemre szolgál.

Mi az elektromágneses relék működési elve?

Az elektromágneses relék működési elvehasonló az elektromágneses kontaktor működési elvéhez. A relék érintkezőinek viszonylag kicsi az áramterhelhetősége, néhány amper nagyságrendű. Ennek következtében a relé sokkal kisebb elektromágnessel van felszerelve, mint a kontaktor, és az érintkezők nem rendelkeznek ívoltó eszközökkel.

A relé méretei kisebbek, mint a kontaktor méretei, ugyanakkor a relé élettartama nagyon magas, és elérheti a több tízmillió kapcsolást. A relék rendeltetésüktől függően egy vagy több érintkezőpárral rendelkeznek. Működhetnek az áramerősség, feszültség, áramirány, frekvencia, fáziseltolódás stb. változásának hatására. A relé működési elvét az ábra magyarázza:

Az áram áthaladása a tekercs tekercselésén a horgony vonzását okozza. A horgony vonzása után záródnak a záró érintkezők: (1), (2), (3) és nyílnak a nyitó érintkezők (4). A feszültség leválasztása és a horgony leesése után nyílnak az érintkezők: (1),(2),(3) és záródnak a nyitó érintkezők (4). A relék leggyakrabban előforduló konstrukciós megoldásaiban a tekercs feszültsége 230VAC vagy 24VDC, az érintkezők üzemi árama - 1-től 10A-ig, az érintkezők száma - egytől négy kapcsolható párig terjed.

Mi az a kontaktor?

A kontaktor egy kapcsoló, amelynek munkakontaktusait elektromágnes segítségével zárják és tartják ebben az állapotban, amíg a tekercs feszültsége megfelelően magas. Az elektromágnes tekercsének áramkörének megszakítása után a horgony leesik (a rugó hatására) és a munkakontaktusok kinyílnak.

A kontaktor felépítése

A kontaktor működése és felépítésehasonló az elektromágneses relék felépítéséhez és működéséhez. A különbség abban rejlik, hogy a kontaktorok a fő áramkörök (pl. motorok) összekapcsolására szolgálnak, míg az elektromágneses relék a segédáramkörök (pl. vezérlő, jelző) összekapcsolására szolgálnak. A kontaktorok a fő érintkezők mellett több segédérintkezőt is tartalmazhatnak, amelyek jelzésre vagy blokkolásra szolgálnak. A kontaktor működési elvét az ábra magyarázza:

A kontaktor S tekercsén átfolyó áram hatására vonzóerő keletkezik a K hídra, ami a fő érintkezők Z1, Z2, Z3 és a segédérintkezők z1, z2 záródását okozza. A kontaktorok elsősorban háromfázisú váltakozó áramú áramkörök távoli kapcsolására szolgálnak az AC3 és AC4 felhasználási kategóriákban (kalickás motorok kapcsolása). Alkalmazhatók gyűrűs motorok (AC2 kategória) vagy fűtőberendezések (AC1 kategória) kapcsolására is.

A váltakozó áramú kontaktorok mellett egyenáramú kontaktorok is elérhetők. Ezek elektromágneses vagy pneumatikus meghajtásúak, és mind az elektromágnesek, mind az elektroszelepek egyenárammal vezéreltek. Ezeknek a kontaktoroknak a fő alkalmazási területe a vasúti, villamos- és akkumulátoros vontatás (kocsik).

A DACPOL cég által kínált kontaktorok AC tekercsek esetén 1,5 és 238kW közötti teljesítménytartományban, míg DC tekercsek esetén 2,2 és 11kW közötti teljesítménytartományban érhetők el. A felszerelés széles választékát tartalmazza a segédérintkezőknek és késleltetett reléknek, interfész moduloknak és RC elemeknek. Opcionálisan hőreléket is lehet szerelni az elektromos motorok védelmére.