Halbleiterrelais – Typen, Gerät und Funktionsprinzip
Viele Leser, die das Wort „Relais“ hören, werden sich sicherlich eine Spule vorstellen, in deren Kern ein beweglicher Kontakt angezogen wird. Und das ist überhaupt nicht verwunderlich, denn ursprünglich waren Relais immer elektromagnetisch und unter dem Wort „Relais“ versteht man im Allgemeinen ein elektromagnetisches Gerät zum Öffnen und Schließen eines Stromkreises.
Dennoch werden Halbleiterschalter seit langem zum Schalten von Stromkreisen in verschiedenen Bereichen der Technik eingesetzt: Transistoren, Thyristoren, Triacs. Fortschritte im Halbleiterbereich und bei Relais blieben nicht verschont.
Obwohl Stromkreise mit großen Strömen und Spannungen traditionell mit Hilfe elektromagnetischer Relais geschaltet werden, ist es heute bereits möglich, stabile und leistungsstarke elektrische Halbleiterschalter zu implementieren. Solche Schalter sind Halbleiterrelais oder Halbleiterrelais (vom englischen Solid-State-Relais, abgekürzt SSR).
Somit ist das Halbleiterrelais nun ein vollelektronisches Gerät ohne beweglichen mechanischen Kontakt, das zum Ein- und Ausschalten leistungsstarker Lasten in Stromkreisen dient, indem es eine niedrige Steuerspannung an den Steuereingang des elektronischen Geräts liefert.
Im Gehäuse des Halbleiterrelais (Solid-State-Relais) befindet sich ein Sensorkreis, der auf das Steuersignal reagiert, sowie ein Stromversorgungsabschnitt – eine Halbleiterelektronik auf der Seite des Hochleistungskreises.
Solche Relais werden in Gleich- und Wechselstromkreisen eingesetzt und erfüllen dort die gleichen Funktionen wie frühere mechanische elektromagnetische Relais und Schütze, nur dass das Problem jetzt ohne bewegliche Teile im Schaltkreis gelöst wird. Dadurch wurde es dank der in die Relaisgehäuse integrierten leistungsstarken Thyristoren, Triacs und Transistoren möglich, Ströme bis zu Hunderten von Ampere zu schalten, ohne auf mechanische Komponenten zurückgreifen zu müssen.
Im Vergleich zu elektromechanischen Relais weisen Halbleiterrelais eine höhere sichere Schaltgeschwindigkeit in der Größenordnung von Hunderten von Mikrosekunden auf, während Steuerstromkreis und Stromkreis vollständig galvanisch voneinander getrennt sind (üblicherweise wird eine Optokoppler-Trennung verwendet).
Halbleiterrelais sind in der Lage, kurzzeitig einer Überlastung auf der Schaltseite standzuhalten und in Betrieb zu bleiben, womit sich elektromechanische Vorfahren nicht rühmen können. Gleichzeitig arbeitet das Halbleiterrelais geräuschlos, hat kompakte Abmessungen, die Kontakte oxidieren hier nicht (da es keine Kontakte als solche gibt), es entstehen keine Funken, das Gerät hat weder Angst vor Staub noch vor Vibrationen.
Natürlich ist der Widerstand der Halbleiterverbindung des Relais im leitenden Zustand nichtlinear und bei hohen Schaltströmen muss das Gerät überhaupt gekühlt werden, aber die Pluspunkte überlagern sich durchaus mit den herkömmlichen Minuspunkten. Darüber hinaus wird die Lebensdauer eines Halbleiterrelais in Millionen Schaltzyklen gemessen.
Halbleiterrelais sind einphasig oder dreiphasig und können Gleichstrom oder Wechselstrom schalten. Wechselstrom-Schaltrelais verfügen über einen eingebauten Nulldurchgangssensor, so dass das Schalten praktisch bei Nullstrom erfolgt, ohne Beschädigung des Halbleiterschalters, ohne gefährliche Stromstöße durch induktive Lasten.
Thyristoren oder Triacs dienen als Schalter in einem Wechselstromrelais und das Feld bzw IGBT-Transistoren… Der Steuerkreis wird direkt von der Steuersignalquelle mit Strom versorgt, und der Steuerstrom überschreitet einige Milliampere nicht, und der Schaltstrom kann mehrere zehn oder hundert Ampere betragen.
Es stehen nicht-umkehrende und umkehrende dreiphasige Halbleiterrelais zur Verfügung. Dreiphasige Wenderelais verfügen über zwei Steuereingänge und am Ausgang darf eine der Phasen ihre Position überhaupt nicht ändern.
Im Vergleich zu sperrigen mechanischen Magnetstartern arbeiten kompakte Halbleiterrelais geräuschlos und verschleißen nicht, Sie müssen die Kontakte nicht regelmäßig reinigen und bei starken Lasten reicht es aus, das Relaisgehäuse, in manchen Fällen auch den Kühler, gut zu kühlen außer, die Installation dafür wird bereitgestellt.
Was die staubige und explosive Industrieproduktion betrifft, erweist sich hier das Halbleiterrelais als echter Retter, da der Lichtbogen mechanischer Kontakte aufgrund seiner Abwesenheit ausgeschlossen ist und das versiegelte Gehäuse des Relais keine Verschmutzung der Elektronik zulässt .
Zur Leiterplattenmontage stehen Miniatur-Halbleiterrelais im Kunststoffgehäuse zur Verfügung. Solche Relais können Ströme bis zu 2 Ampere bei einer Netzspannung von 220-240 Volt schalten, zum Beispiel kann ein Lüfter oder eine Pumpe, eine Lampe oder auch ein kleiner Heizkörper mit einem 5-Volt-Digitalsignal eines Sensors eingeschaltet werden, was Für Heimwerker ist die Hausautomation meist sehr wichtig.