3. Твердотельные реле

Полупроводниковый контактор – аппарат, выполняющий функции контактора, посредством использования полупроводниковых коммутационных аппаратов.

Выполняются на основе транзистора, тиристора, симистора.

Основой полупроводниковых приборов является p−n переход, главное свойство которого − односторонняя проводимость от области p (анод) к области n (катод).

Эту идею наглядно передают УГО полупроводниковых приборов.

n-область p-область

Рис. 1.17. Изображение диода на электрических схемах

Н

А

К

апример, диоды и тиристоры изображаются в виде треугольника вместе с пересекающей его линией электрической связи, образуется подобие стрелки, указывающее направление проводимости. Короткая черточка, перпендикулярная стрелке – катод, основание треугольника – анод.

Наружная p−область и вывод от нее называется анодом; наружная n−область и вывод от нее называется катодом; внутренние p и n−области называются базовыми. Если на анод подать «+», а на катод «−», переходы у диода открываются.

А А − −

Рис. 1.17. Изображение тиристора на электрических схемах а) с управлением по аноду; б) с управлением по катоду

Тиристор имеет отвод от одной из базовых областей, который называется управляющий электрод (УЭ). Управление может осуществляться как по аноду, так и по катоду.

Для создания полупроводникового реле на постоянном токе для включения достаточно одного тиристора, но чтобы тиристор закрыть приходиться дополнить схему вторым тиристором. Для создания твердотельного реле переменного тока необходимо два тиристора, включенных по встречно-параллельной схеме.

Рис. 1.19. Твердотельное реле переменного тока на двух тиристорах

СИФУ – система импульсно-фазного управления , управляющий сигнал подается с некоторым сдвигом относительно угла естественной коммутации электрической цепи с частотой для каждого тиристора, равной частоте периода переменного тока.

Имеет принцип ШИМ, когда управляющие сигналы подаются на открытие и закрытие в пределах одной полуволны тока, проходящего через тиристор.

Симистор − полупроводниковый прибор, являющийся разновидностью тиристоров и используемый для коммутации в цепях переменного тока. Часто рассматривается как управляемый выключатель (ключ). В отличие от тиристора, имеющего катод и анод, основные (силовые) выводы симистора называть катодом или анодом некорректно, так как в силу структуры симистора они являются тем и другим одновременно. Однако по способу включения относительно управляющего электрода основные выводы симистора различаются.

УЭ

Рис. 1.20. Изображение симистора на электрических схемах

Для управления нагрузкой основные электроды симистора включаются в цепь последовательно с нагрузкой. В закрытом состоянии проводимость симистора отсутствует, нагрузка выключена. При подаче на управляющий электрод отпирающего сигнала между основными электродами симистора возникает проводимость, нагрузка оказывается включённой. Характерно, что симистор в открытом состоянии проводит ток в обоих направлениях. Другой особенностью симистора, как и других тиристоров, является то, что для его удержания в открытом состоянии нет необходимости постоянно подавать сигнал на управляющий электрод (в отличии от транзистора). Симистор остаётся открытым, пока протекающий через основные выводы ток превышает некоторую величину, называемую током удержания. Отсюда следует, что выключение нагрузки происходит вблизи моментов времени, когда напряжение на основных электродах симистора меняет полярность (обычно это совпадает по времени со сменой полярности напряжения в сети).

U_ОСТ – минимальное напряжение на симисторе во включенном состоянии (у контакторных < 1В).

U

Рис. 1.21. Вольтамперная характеристика симистора

Твердотельное реле – это достаточно новое устройство полупроводникового типа, используемое для бесконтактной коммутации силовых цепей разнообразных устройств, в основном, нагревательных элементов, маломощных двигателей, осветительных приборов. На сегодняшний день в самых различных областях техники происходит активная замена «традиционных» электромагнитных реле на их твердотельные электронные аналоги.

Твердотельные реле используют для замены симисторных и тиристорных устройств. Реле твердотельное по типу нагрузки различают на одно- и трёхфазные. Обширный диапазон коммутируемого напряжения позволяет успешно использовать эти устройства для управления нагрузками в самых разных областях.

По типу управления данные устройства делятся на твердотельные реле постоянного тока и твердотельные реле переменного тока. Помимо этого, в данных типах устройств может использоваться управление с помощью унифицированного токового сигнала и ручное управление выходным напряжением с помощью переменного резистора.

Твердотельные реле всех типов, включая твердотельные реле постоянного тока и твердотельные реле переменного тока, по сравнению с

обычными электромагнитными реле, обладают целым рядом достоинств: у них небольшое энергопотребление порядка на 95% меньше, чем у электромагнитных устройств, малый вес и габариты, они имеют высокую надёжность, обусловленную тем, что в них отсутствуют механические контакты, их характеристики остаются неизменными в течение всего срока эксплуатации.