Halbleiterrelais vs. elektromechanische Relais: Ein umfassender Vergleich

Was sind Halbleiterrelais?

Wofür werden Halbleiterrelais verwendet?

• Gate-Treiber für Leistungselektronik: Diese Geräte trennen Steuersignale von Hochleistungsschaltkreisen in Anwendungen wie Motorantrieben und Solarwechselrichtern. Dies schützt die Steuerschaltkreise vor Spannungsspitzen und transienten Strömen.
• Audiogeräte: SSRs können verwendet werden, um Erdschleifen von Audiogeräten zu entfernen und so die Klangqualität durch Reduzierung unerwünschten Brummens und Rauschens zu verbessern. Ihre schnellen Schaltgeschwindigkeiten minimieren Signalverzerrungen.
• Messung und Instrumentierung: Sie isolieren Messinstrumente von den zu testenden Schaltkreisen, was zu genauen und zuverlässigen Messungen führt. Dies ist entscheidend, um empfindliche Instrumente vor hohen Spannungen und Transienten zu schützen.

Was sind elektromechanische Relais?

Warum werden elektromechanische Relais verwendet?

• Allzweckschaltung: Aufgrund ihres einfachen Designs und ihrer geringen Kosten werden EMRs häufig in einer Vielzahl von Schaltanwendungen eingesetzt. Die Steuerung von Lichtern, Motoren und Magnetventilen sind nur einige Beispiele.
• Anwendungen mit geringem Stromverbrauch: EMRs können eine geeignete und kostengünstige Lösung für Anwendungen sein, die niedrige Ströme erfordern.
• Hohe Stoßströme: EMRs können höheren anfänglichen Stoßströmen standhalten als einige SSRs.
• Schnittstelle mit Low-Level-Steuersignalen: Bestimmte EMRs sind für die Arbeit mit Low-Level-Steuersignalen ausgelegt, was sie ideal für die Integration mit Mikrocontrollersystemen macht.

Wie funktionieren Halbleiterrelais?

1. Eingangs-(Steuer-)Schaltkreis: Dieser Schaltkreis empfängt ein Niederspannungs-Steuersignal, normalerweise eine Gleichspannung, das den Schaltvorgang auslöst.
2. Isolationsbarriere: Einige SSRs verfügen über eine Isolationsbarriere (Transformator oder Optokoppler) zwischen den Steuer- und Lastschaltkreisen, um elektrische Leckagen zu verringern und die Sicherheit zu verbessern.
3. Ausgangs-(Last-)Schaltkreis: Dieser Schaltkreis verarbeitet höhere Spannungen und Ströme, die ein- oder ausgeschaltet werden müssen. Das Steuersignal aktiviert die Halbleiter im SSR, die den Stromfluss zur Last regeln.

Wie verdrahtet man ein Halbleiterrelais?

1. Anschlüsse identifizieren: Informationen zu den Anschlüssen für den Steuerkreis (Eingang) und den Lastkreis (Ausgang) finden Sie im Datenblatt des Halbleiterrelais. Diese sind häufig mit eindeutigen Bezeichnungen wie „Steuerung +“ und „Steuerung -“ oder „Last +“ und „Last -“ gekennzeichnet.
2. Steuerkreisverdrahtung: Schließen Sie die Steuerspannungsquelle (bei den meisten Halbleiterrelais Gleichstrom) an die angegebenen Steueranschlüsse des Halbleiterrelais an. Achten Sie auf die richtige Polarität (positiv an positiv, negativ an negativ). Das Datenblatt gibt die Steuerspannungsstufe an, die zum Auslösen des SSR erforderlich ist.
3. Verdrahtung des Laststromkreises: Schließen Sie die Last (das Gerät oder den Stromkreis, den Sie steuern möchten) an die dafür vorgesehenen Lastklemmen des SSR an. Diese Klemmen sind häufig dafür ausgelegt, die höhere Wechsel- oder Gleichspannung und den höheren Strom des Laststromkreises zu bewältigen. Stellen Sie sicher, dass die Nennstromstärke des SSR für Ihre Anwendung ausreichend ist.
4. Überlegungen zum Kühlkörper: Viele SSRs, insbesondere solche, die große Ströme verarbeiten, erzeugen während des Betriebs Wärme. Das Datenblatt gibt an, ob für eine ordnungsgemäße Kühlung ein Kühlkörper erforderlich ist. Um sichere Betriebstemperaturen zu erreichen, legen Sie das SSR auf einen geeigneten Kühlkörper und verwenden Sie ausreichend Wärmeleitpaste.
5. Sicherheitsvorkehrungen: Zu den Sicherheitsvorkehrungen gehört die doppelte Überprüfung aller Verbindungen vor der Stromversorgung. Beachten Sie beim Arbeiten mit stromführenden Stromkreisen immer die entsprechenden elektrischen Sicherheitsvorkehrungen. Schalten Sie den Strom vorsichtig ein und überwachen Sie die Leistung des SSR, um die korrekte Schaltfunktion zu überprüfen.

Wie funktionieren elektromechanische Relais?

1. Steuerspannung anlegen: Sie legen Spannung an die Anschlüsse der Spule an.
2. Stromfluss und Magnetismus: Elektrizität fließt durch den Draht der Spule und erzeugt ein Magnetfeld, das den Eisenkern umgibt.
3. Magnetische Anziehung: Das Magnetfeld funktioniert wie eine unsichtbare Hand und zieht den Anker zur Spule.
4. Ankerbewegung: Wenn die magnetische Kraft die Federspannung (oder Ausgangsposition) überschreitet, bewegt sich der Anker.
5. Kontaktschaltung: Die Bewegung des Ankers bewirkt, dass die Kontakte ihre Plätze tauschen. Die Kontakte eines normalerweise offenen (NO) Relais berühren sich und schließen so einen Stromkreis. Die Kontakte eines normalerweise geschlossenen (NC) Relais trennen sich und unterbrechen so den Stromkreis.
6. Den Zustand aufrechterhalten (die Verbindung halten): Manche Relaiskonstruktionen ermöglichen es, dass der Anker in seiner neuen Position bleibt (Haltestrom), lange nachdem der anfängliche Strom durch die Spule gestoppt wurde. Der Haltestrom ist normalerweise geringer als der anfängliche Strom, der zum Bewegen des Ankers erforderlich ist.
7. Steuerspannung entfernen: Wenn die Spannung an der Spule unterbrochen wird, kehrt sich der Zauber um.
8. Magnetfeld löst sich auf: Das Magnetfeld um die Spule herum nimmt ab und löst sich schließlich auf.
9. Federwirkung übernimmt: Die Feder (immer vorhanden) bringt den Anker an seinen ursprünglichen Platz zurück.
10. Kontakte zurücksetzen: Wenn der Anker wieder an seinem Platz ist, werden die Kontakte in ihren ursprünglichen Zustand zurückversetzt. Die Kontakte eines Schließerrelais lösen sich, wodurch der Stromkreis ausfällt. Bei einem Öffnerrelais berühren sich die Kontakte wieder, wodurch der Stromkreis geschlossen wird.

Wie werden elektromechanische Relais verwendet?

Sind Halbleiterrelais zuverlässiger?

• Keine beweglichen Teile: SSRs enthalten keine beweglichen Teile. Sie verwenden Halbleiter wie Transistoren und Thyristoren, um die Last zu schalten, anstatt physische Verbindungen. Das Fehlen beweglicher Teile verringert die Möglichkeit mechanischer Ausfälle, Verschleiß und Kontaktlichtbögen, die alle häufige Ausfallarten bei EMRs sind.
• Schnellere Schaltgeschwindigkeiten: SSRs haben wesentlich schnellere Schaltgeschwindigkeiten als EMRs, da sie elektronisches Schalten anstelle mechanischer Bewegung verwenden. Dies kann in Situationen nützlich sein, in denen schnelles Schalten erforderlich ist.
• Geräuschloser Betrieb: SSRs arbeiten geräuschlos, da sie keine beweglichen Teile haben. Dies kann bei Anwendungen nützlich sein, bei denen Lärm ein Problem darstellt oder ein leiser Betrieb bevorzugt wird.
• Kein Kontaktprellen: Bei EMRs kann es zu Kontaktprellen kommen, d. h. zu einem kurzen Zeitraum schneller Kontaktschließungen und -wiederöffnungen, wenn das Relais schaltet. Dies kann in empfindlichen Schaltkreisen zu Problemen führen. Dies ist bei SSRs kein Problem, da sie elektronisch schalten.

Halbleiterrelais vs. elektromechanische Relais

Video zum Thema Halbleiterrelais vs. elektromechanische Relais

Wie lange halten Halbleiterrelais?

• Betriebsbedingungen: SSRs, die extremen Temperaturen, Überlastungen oder zahlreichen Schaltzyklen ausgesetzt sind, haben eine kürzere Lebensdauer.
• Qualität: Hochwertigere SSRs von namhaften Herstellern haben normalerweise eine längere Lebensdauer.
• Wärmemanagement: Eine ordnungsgemäße Wärmeableitung ist erforderlich, damit das SSR innerhalb des empfohlenen Temperaturbereichs betrieben wird und somit seine Lebensdauer verlängert wird.

Wo werden Halbleiterrelais verwendet?

• Test- und Messgeräte: SSRs werden in Testgeräten verwendet, um Signale zu schalten und die Stromversorgung zu steuern, da sie schnelle Schaltgeschwindigkeiten und geringe Geräuschentwicklung aufweisen.
• Stromversorgungen und Batterie-Backup-Systeme: In Stromversorgungen und Batterie-Backup-Systemen können SSRs verwendet werden, um die Stromabgabe zu steuern oder zwischen Wechsel- und Gleichstromquellen umzuschalten.
• Industrielle Automatisierung: Aufgrund ihrer schnellen Schaltraten und langen Lebensdauer werden SSRs häufig in industriellen Steuerungssystemen zum Schalten von Motoren, Ventilen und anderen Hochleistungslasten verwendet.
• Gebäudeautomatisierung: SSRs ermöglichen ein geräuschloses und zuverlässiges Schalten elektrischer Komponenten in HLK-Systemen, Lichtsteuerungen und Sicherheitssystemen.
• Medizinische Geräte: Die präzisen Steuerungs- und Isolationseigenschaften von SSRs können einigen medizinischen Systemen wie Infusionspumpen und Dialysegeräten helfen.

Wo werden elektromechanische Relais verwendet?

• Gerätesteuerungen: EMRs werden häufig in Haushaltsgeräten wie Kühlschränken, Waschmaschinen und Trocknern verwendet, um Motoren und Heizkomponenten zu regulieren.
• Automobilanwendungen: EMRs werden für eine Vielzahl von Automobilanwendungen verwendet, einschließlich Anlassersteuerung, Blinkerschaltungen und Scheinwerferrelais.
• Sicherheitssysteme: EMRs werden in Sicherheitssystemen verwendet, um Alarme zu aktivieren, Türschlösser zu steuern und andere Sicherheitsfunktionen auszuführen.
• Audiogeräte:Audiogeräte enthalten EMRs für Funktionen wie Lautsprecherauswahl und Signalführung.

Fazit