Halbleiterrelais (SSRs) sind ein Ersatz für elektromagnetische Schalter wie Relais. Sie wurden eingeführt, um die Nachteile zu mildern, die Allzweck-Kontaktrelais (elektromagnetischen Relais) innewohnen.
SSRs sind sowohl für DC- als auch für AC-Systeme erhältlich.
Basierend auf dem Ausgangsschalttyp gibt es zwei Haupt-SSR-Typen, Nullstelle, und zufällige Kreuzung. In diesem Artikel besprechen wir die Nulldurchgangs-Halbleiterrelais zu verstehen, wie sie funktionieren und wie man sie benutzt.
Was ist ein Halbleiterrelais mit Nulldurchgang?
Ein Nulldurchgangs-SSR ist ein SSR zur Steuerung eines AC-Geräts, das sich einschaltet, wenn die Lastspannung nahe oder gleich Null ist. Wie alle anderen Halbleiterrelais haben auch Nulldurchgangsrelais keine mechanischen Kontakte und sind ausschließlich um Halbleiterbauelemente herum aufgebaut.
Bevor wir in weitere Details eintauchen, lassen Sie uns besprechen, was Nullstelle bedeutet und warum es für bestimmte Lasten wichtig ist.
Bedeutung des Nulldurchgangs
In praktischen Anwendungen wie z. B. Industrieumgebungen stoßen wir auf zwei Hauptarten von Lasten: resistiv und induktiv. Geräte mit Spulen wie Motoren und Transformatoren sind induktive Lasten und Geräte wie Heizungen, Glühbirnen sind ohmsch.
Da wir eine Wechselstromquelle umschalten, gibt es keine Garantie, an welchem Punkt der Wellenform der Schalter einschaltet. Daher kann die Lastspannung bei einem 0-V-System im eingeschalteten Zustand von 345 V bis 230 V Spitze betragen.
Dieses Timing kann Probleme bei der mit Strom versorgten Ausrüstung verursachen. Widerstandslasten wie Heizungen werden beispielsweise vorzugsweise mit 0 V versorgt und schrittweise erhöht, um die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung des Heizelements zu verringern.
Wenn nicht, die Einschaltstrom kann das Element verbrennen. Da die Spannung Wechselstrom ist, müssen wir nur den Punkt genau kontrollieren, an dem der Schalter einschaltet.
Der Punkt, an dem die AC-Sinuswellenform bei 0 V liegt (wo die Wellenform die Richtung ändert) wird als bezeichnet Nulldurchgangspunkt. Und jetzt ist der perfekte Zeitpunkt, um das Gerät einzuschalten.
Nulldurchgangs-SSR-Funktionalität
Beim Anlegen des Steuersignals wird der Ausgang nicht sofort eingeschaltet.
Stattdessen beobachtet es die Wellenform und wartet, bis der aktuelle Halbzyklus abgeschlossen ist. Wenn die aktuelle Halbwelle abgeschlossen ist und die Spannung 0 V (den Nulldurchgangspunkt) erreicht, wird der Ausgang mit der Last verbunden.
Dadurch kann die Last der Spannungswellenform folgen. Handelt es sich bei der Last um eine Glühbirne, kann sich der Glühfaden durch die allmähliche Erhöhung der Lastspannung von 0 V aufheizen und seinen Widerstand erhöhen. Dies gewährleistet eine längere Lebensdauer der Glühbirne.
Was ist der Unterschied zwischen Zero Cross und Random Cross?
Wenn das Steuersignal angelegt wird, warten Nulldurchgangsvorrichtungen, bis der aktuelle Halbzyklus abgeschlossen ist, bevor sie den Ausgang einschalten. Dies stellt immer sicher, dass die Last eine saubere Sinuswellenform erhält, um zu arbeiten.
Zufällige Cross-Geräte werden sofort eingeschaltet. Dadurch können große Einschaltströme in die Geräte fließen und diese beschädigen. Wenn das zu steuernde Gerät empfindlich auf Hochspannungsspitzen reagiert, können diese durch zufälliges Kreuzschalten sehr leicht beschädigt werden.
Außerdem schaltet eine Nulldurchgangsvorrichtung nicht sofort ab, wenn das Steuersignal entfernt wird. Ähnlich wie beim Einschalten bleiben sie leitend, bis der aktuelle Halbzyklus abgeschlossen ist.
Nulldurchgangs- und Nicht-Nulldurchgangsrelais
Abgesehen von ihrem Hauptunterschied im Schaltzeitpunkt sind Nulldurchgangs- und Nicht-Nulldurchgangsrelais nahezu identisch. Nulldurchgangsrelais haben einige zusätzliche Komponenten in ihrer Schaltung, um die Nulldurchgangserkennung zu ermöglichen.
Nulldurchgangsrelais eignen sich besser zum Schalten von Widerstandskreisen, während Zufallskreuzrelais die am besten geeigneten Relais zur Steuerung induktiver Lasten wie Motoren und Lüfter sind.
Für fortgeschrittene Anwendungen wie Phasenanschnittsteuerung/Phasenanzündung, zufällige Kreuzrelais werden aufgrund ihrer sofortigen Einschalteigenschaften verwendet.
Nulldurchgangs-SSRs haben auch sehr geringe Schaltverluste. Dies ermöglicht die Verwendung von Komponenten mit niedrigeren Nennwerten, was bedeutet, dass Nulldurchgangs-SSRs billiger sein können als zufällig gekreuzte SSRs. Um die hohen Einschaltströme und
Halbleiterrelaisschaltung mit Nulldurchgang
Ein typischer Nulldurchgangs-Halbleiterrelaisschaltkreis mit 4 Anschlüssen hat den folgenden Schaltkreis in seinem Gehäuse. Das schematische Diagramm unten zeigt auch eine 600-W-Last (ein Heizelement) und eine angeschlossene 120-V-Quelle.
Wenn der Mikrocontroller logisches HIGH an das SSR sendet, leuchtet die LED im Optokoppler. Der Optoisolator MOC3041 enthält einen eingebauten Nulldurchgangsdetektor. Die LED schaltet die Nulldurchgangsdetektorschaltung ein.
Die Nulldurchgangsschaltung wartet, bis die aktuelle Halbwelle abgeschlossen ist. Am Nulldurchgangspunkt sendet es ein Triggersignal, um den Phototriac im Opto-Isolator zu aktivieren.
Dadurch beginnt der Foto-Triac im Inneren von Pin 6 zu Pin 4 zu leiten. Dieser Impuls schaltet den externen Hochleistungs-Triac ein, der dann beginnt, Strom an die angeschlossene Last zu liefern.
Die Diode D1 schützt das Relais durch Verpolung. Der R3-Widerstand ist vorhanden, um den Gate-Pin des Versuchs mit MT1 zu verbinden, um sicherzustellen, dass der Triac vollständig ausschaltet.
Zusammenfassung
In diesem Artikel haben wir Nulldurchgangs-Halbleiterrelais und ihr Funktionsprinzip besprochen. Obwohl sie ihren Kontaktrelais-Pendants überlegen sind, sollte erwähnt werden, dass es Fälle gibt, in denen herkömmliche Kontaktrelais eine bessere Wahl sein könnten.
Daher ist die Analyse des Lasttyps, der maximalen Lastspannung, der erwarteten Durchschnitts- und Stoßstromwerte sicherlich hilfreich bei der Auswahl eines geeigneten Halbleiterrelais/Relais für Ihre Anwendung.
