Halbleiterrelais
Die Rolle zuverlässiger Schalter in modernen Automatisierungssystemen ist sehr wichtig. In modernen Technologiefeldern wie Kommunikationssystemen, Unterhaltungs- und Automobilelektronik oder Industrieautomation findet überall ein allmählicher, aber klarer Übergang von bekannten Schaltschemata zu herkömmlichen statt. elektromagnetische relais und bewegliche Kontaktstarter bis hin zu zuverlässigeren Schaltwerkzeugen wie Halbleiterrelais.
Halbleiter ersetzen zu Recht mechanische Schalt- und Steuergeräte auch in Stromkreisen mit starken Strombelastungen, da der Prozess der Verbesserung der Halbleiter jedes Jahr mit immer besseren Eigenschaften von Leistungsschaltern einhergeht.
Das Halbleiterrelais enthält in seinem Design leistungsstarke Leistungsschalter, die die Kontakte herkömmlicher elektromagnetischer Relais, Starter und Schütze erfolgreich ersetzen. Diese fortschrittlichen Halbleiterrelais können Lasten bis zu 250 Ampere schalten und sind gleichzeitig zuverlässiger.
Die galvanische Trennung der Steuer- und Ausführungskreise erfordert bei einem solchen Relais keine zusätzlichen Isolationsmaßnahmen. Halbleiterrelais dienen als Schnittstelle, an der die Niederspannungs-Steuerkreise und die Hochspannungs-Stromkreise voneinander isoliert sind. Der Aufbau von Halbleiterrelais verschiedener Hersteller ist relativ ähnlich und alle Relais dieses Typs weisen nur sehr geringe Unterschiede auf.
Der Eingangskreis eines solchen Halbleiterrelais kann aus einem Widerstand in Reihe mit einem Optokoppler bestehen oder komplexer sein. Die Funktion des Eingangskreises besteht darin, ein Steuersignal zum anschließenden Schalten zu empfangen.
Weiter unten im Schaltkreis befindet sich eine optische Isolierung, die für eine Isolierung zwischen den Eingangs-, Zwischen- und Ausgangskreisen des Halbleiterrelais sorgt. Das Eingangssignal wird von einer Triggerschaltung verarbeitet, die das Schalten des Halbleiterrelaisausgangs steuert.
Der Schaltkreis versorgt die Last mit Spannung. Normalerweise besteht dieser Teil aus einem Transistor, Thyristor oder Triac.
Für den zuverlässigen Betrieb von Halbleiterrelais unter verschiedenen Bedingungen, einschließlich induktiver Lasten, ist eine Schutzschaltung erforderlich. Trotz des Vorhandenseins einer Schutzschaltung in allen Halbleiterrelais gibt es jedoch immer noch verschiedene Modifikationen, und einige dieser Relais lassen keine induktiven Lasten zu, während andere speziell für sie angepasst sind.
Leistungshalbleiter haben einen gewissen Innenwiderstand, sodass sich das Halbleiterrelais beim Schalten der Last erwärmt. Bei einer Erwärmung über 60 Grad Celsius sinkt der zulässige Wert des geschalteten Stroms, daher erfordert ein solches Relais unter erschwerten Betriebsbedingungen eine zusätzliche Wärmeableitung.Hierzu kommt ein Kühler oder auch eine Luftkühlung zum Einsatz.
Bei induktiven Lasten wird empfohlen, eine 2- bis 4-fache zulässige Stromreserve bereitzustellen, und wenn es um die Steuerung eines Asynchronmotors geht, sollte die Stromreserve das Zehnfache betragen.
Die Stromspannung bei der Steuerung einer leistungsstarken aktiven Last wird durch die Verwendung eines Nullstrom-Schaltrelais eliminiert. Solche Relais sind mit einer zusätzlichen Auslöseschaltungssteuereinheit ausgestattet, die einen Überlaststart verhindert. Bei der Steuerung einer Last kapazitiver oder induktiver Natur muss jedoch eine beträchtliche Stromreserve bereitgestellt werden.
In der Regel verfügt ein Gleichstromrelais mit konstantem Strom bereits über eine Reserve für eine kurzfristige (nicht mehr als 10 Millisekunden) Verdreifachung des Nennstroms bei Überlastung beim Anlauf, Thyristorrelais hingegen um das Zehnfache.
Zur Widerstandsfähigkeit gegen Impulsrauschen ist in einem soliden Relais parallel zum Ausgangskreis ein RC-Kreis installiert. Für einen zuverlässigeren Schutz ist es jedoch erforderlich, externe Varistoren parallel zu jeder Phase eines solchen Relais anzuschließen.
Die vom Hersteller zur Verfügung gestellte technische Dokumentation enthält in der Regel alle umfassenden Angaben zu den Eigenschaften eines bestimmten Halbleiterrelais und seinen zulässigen Betriebsarten und Einsatzgebieten im Allgemeinen.