Elektromechanické relé vs polovodičové relé: Klíčové rozdíly

Volba mezi elektromechanickým relé a polovodičovým relé není jen otázkou výběru novější technologie. Obě zařízení umožňují řídicí signál nízkého-výkonu přepnout na vyšší-zátěž, ale dosahují toho velmi odlišnými způsoby.

Elektromechanické relé, často označované jako EMR, využívá cívku, magnetickou sílu a fyzické kontakty. Polovodičové relé, neboli SSR, provádí spínací operaci s polovodičovými součástkami a nemá žádné pohyblivé kontakty.

Tyto strukturální rozdíly ovlivňují rychlost spínání, životnost, tvorbu tepla, svodový proud, elektrickou izolaci, hluk, náklady a kompatibilitu zátěže.

Takže, které relé je lepší?

Krátká odpověď je:

Zvolte elektromechanické relé, když potřebujete nízký-odpor stavu, minimální svodový proud, flexibilní přepínání AC/DC, viditelnou izolaci kontaktů nebo nižší počáteční náklady.

Zvolte polovodičové relé, když potřebujete rychlé, tiché a časté spínání bez mechanického opotřebení kontaktů.

Tato příručka vysvětluje rozdíly mezi elektromechanickými relé a polovodičovými relé, aby vám pomohla vybrat vhodné zařízení pro vaši aplikaci.

Co je elektromechanické relé?

Elektromechanické relé je elektricky ovládaný spínač, který využívá elektromagnetickou sílu k pohybu jednoho nebo více fyzických kontaktů.

Mezi jeho hlavní vnitřní součásti obvykle patří:

Elektromagnetická cívka

Armatura

Pružinový mechanismus

Pevné a pohyblivé kontakty

Terminály

Ochranné pouzdro

Když je na cívku přivedeno jmenovité napětí, cívka generuje magnetické pole. Toto magnetické pole pohybuje kotvou, což způsobuje otevírání nebo zavírání kontaktů.

Když je napájení cívky odpojeno, pružina normálně vrátí kontakty do jejich původní polohy.

V závislosti na konfiguraci kontaktu může elektromechanické relé poskytovat:

Normálně otevřené kontakty

Normálně zavřené kontakty

Přepínací kontakty

SPST přepínání

SPDT přepínání

Přepínání DPDT

Více{0}}přepínání pólů

Elektromechanická relé jsou široce používána v průmyslových ovládacích panelech, domácích spotřebičích, automobilových systémech, strojích, čerpadlech, motorech, osvětlovacích systémech a zařízeních pro rozvod energie.

Co je polovodičové relé?

Polovodičové relé je elektronické spínací zařízení, které plní funkci podobnou elektromechanickému relé, ale nepoužívá pohyblivé mechanické kontakty.

Místo toho používá polovodičové spínací komponenty, jako jsou:

TRIAKY

Tyristory nebo SCR

MOSFETy

Tranzistory

Optočleny

Když je na vstupní stranu přivedeno řídicí napětí, vnitřní elektronický obvod aktivuje polovodičový výstup. Výstup pak umožňuje průtok proudu připojenou zátěží.

Mnoho SSR používá optickou vazbu k zajištění elektrické izolace mezi vstupním řídicím obvodem a výstupním zátěžovým obvodem.

Protože SSR nemá žádné mechanické kontakty, může se rychle a tiše spínat bez odskakování kontaktů nebo mechanického opotřebení. Jeho polovodičový výstup však přináší charakteristiky, jako je pokles napětí, svodový proud a tvorba tepla, které je třeba vzít v úvahu při výběru.

Elektromechanické relé vs polovodičové relé: Rychlé srovnání

1. Princip fungování

Největší rozdíl mezi elektromechanickým relé a polovodičovým relé je způsob spínání zátěžového obvodu.

Provoz elektromechanického relé

EMR fyzicky pohybuje vodivými kontakty. Když se kontakty sepnou, proud protéká kovovými kontaktními plochami. Když jsou kontakty rozepnuty, odděluje zátěžový obvod vzduchová mezera.

Toto fyzické oddělení dává elektromechanickým relé zcela vypnutý-stav a obvykle velmi nízký svodový proud.

Každý kontaktní pohyb však vytváří mechanické namáhání. Když relé spíná zátěž pod napětím, elektrický oblouk může také postupně poškodit kontaktní plochy.

Provoz polovodičového relé

SSR používá k ovládání výstupního obvodu polovodičové součástky. Během přepínání se nic fyzicky nehýbe.

To eliminuje mechanické opotřebení a odskoky kontaktu, ale polovodič se nechová úplně jako kovový kontakt. I při zapnutí vytváří pokles napětí. Po vypnutí může výstupem stále procházet malé množství proudu.

2. Rychlost přepínání

Polovodičová relé obecně spínají rychleji než elektromechanická relé.

Elektromechanické relé potřebuje čas, aby:

Napájejte cívku.

Vybudujte magnetické pole.

Přesuňte armaturu.

Zavřete nebo otevřete kontakty.

Umožněte vyrovnání odskoku kontaktu.

Polovodičové relé dokončuje spínací proces elektronicky, takže nečeká na pohyb mechanické kotvy.

Díky tomu jsou SSR vhodné pro aplikace zahrnující:

Rychlá regulace teploty

Vysoko{0}}přepínání frekvencí

Balicí stroje

Polovodičová zařízení

Automatizované výrobní linky

Opakované ovládání topení

Rychlejší přepínání však automaticky nezlepší SSR. Mnoho čerpadel, ventilátorů, světel a průmyslových řídicích obvodů nevyžaduje vysokorychlostní-provoz.

3. Životnost

Polovodičová relé mají obvykle výhodu v aplikacích, které vyžadují velmi časté spínání.

Protože SSR nemá žádné pohyblivé kontakty, nezaznamenává:

Mechanické opotřebení kontaktů

Kontaktní důlek

Odskok kontaktu

Jarní únava

Mechanická porucha kotvy

Elektromechanické relé má jak mechanickou, tak elektrickou životnost. Jeho elektrická životnost může být mnohem kratší než jeho mechanická životnost, protože spínání napájené zátěže může způsobit destruktivní oblouk a opotřebení kontaktů.

SSR však není nezničitelný. Nadměrné teplo, nadproud, zkraty a napěťové přechody mohou poškodit jeho polovodičový výstup.

Skutečná životnost obou relé proto závisí na:

Typ zatížení

Frekvence spínání

Náběhový proud

Okolní teplota

Přepěťová ochrana

Kvalita instalace

Odlehčení relé

Tepelný management

4. Hluk spínání

Elektromechanická relé normálně vydávají slyšitelné cvaknutí, když se kotva pohybuje.

V mnoha průmyslových prostředích tento zvuk nepředstavuje problém. Může dokonce poskytnout užitečnou zpětnou vazbu, že relé fungovalo.

Cvaknutí relé však může být nežádoucí v:

Lékařské vybavení

Kancelářské vybavení

Audio systémy

Laboratorní vybavení

Obytné kontroly

Automatizační systémy-citlivé na hluk

Polovodičové relé pracuje tiše, protože neobsahuje žádnou pohyblivou kotvu ani kontakty.

Pokud je důležitým požadavkem tichý provoz, je SSR obecně lepší volbou.

5. Kontakt Bounce

Když se kontakty uvnitř elektromechanického relé sepnou, mohou krátce poskočit, než se usadí do stabilní polohy.

To může vytvořit několik rychlých elektrických přechodů namísto jednoho dokonale čistého přechodu. Odskok kontaktu může ovlivnit citlivé elektronické obvody, čítače nebo vysokorychlostní digitální vstupy-.

Polovodičové relé nemá mechanické kontakty, a proto nedochází k mechanickému odskoku kontaktu.

U většiny motorů, ohřívačů a obecných průmyslových zátěží nepředstavuje odskok kontaktu hlavní problém. Pro citlivé přepínání signálu může vyžadovat dodatečné filtrování nebo logiku debounce.

6. Zapnuto-Pokles napětí a teplo

Toto je jeden z nejdůležitějších rozdílů mezi elektromechanickými a polovodičovými relé.

Elektromechanické relé vyhřívání

Když jsou zdravé EMR kontakty sepnuté, jejich odpor je obvykle velmi nízký. V důsledku toho je ztráta energie mezi kontakty často omezená.

Cívka stále spotřebovává energii a generuje určité teplo, ale uzavřené kontakty zátěže obvykle produkují méně tepla než polovodičový výstup přenášející stejný proud.

Vyhřívání polovodičového relé

Polovodičové relé má na svém výstupním polovodiči -pokles napětí.

Přibližný výkon rozptýlený SSR lze vypočítat takto:

[
P=V_{\\text{drop}} \\times I_{\\text{load}}
]

Pokud má například SSR pokles napětí ve stavu zapnuto- 1,5 V a přenáší 20 A:

[
P=1.5 \\times 20=30\\text{ W}
]

Třicet wattů je značné množství tepla. SSR může vyžadovat:

Správně dimenzovaný chladič

Tepelná směs nebo tepelná podložka

Větraná skříň

Přiměřené rozestupy

Aktuální snížení

Monitorování teploty

Častou chybou při výběru SSR je výběr relé pouze na základě jeho vytištěného jmenovitého proudu bez výpočtu rozptylu tepla.

7. Svodový proud ve vypnutém stavu

Když je elektromechanické relé rozepnuté, jeho oddělené kontakty normálně poskytují extrémně nízký svodový proud ve vypnutém stavu-.

Polovodičové relé může umožnit průchod malého množství proudu výstupem, i když je vypnutý. To je normální charakteristika polovodičových výstupů a vnitřních odlehčovacích obvodů.

Ačkoli svodový proud může být malý, může způsobit problémy s:

LED žárovky, které slabě svítí

Citlivé elektronické vstupy

Vysoká-impedanční zátěž

Malé solenoidy

Měřicí zařízení

Předpoklady bezpečnosti údržby

SSR by proto nemělo být automaticky považováno za úplné fyzické odpojení.

Pokud aplikace vyžaduje extrémně nízký únik nebo viditelné oddělení kontaktů, může být vhodnější elektromechanické relé nebo přídavné mechanické oddělovací zařízení.

8. Kompatibilita AC a DC zátěže

Elektromechanické reléové kontakty mohou často spínat střídavý nebo stejnosměrný proud v rámci jmenovitých hodnot specifikovaných výrobcem.

Polovodičové relé musí být vybráno podle jeho výstupní technologie.

Mezi běžné konfigurace SSR patří:

DC vstup na AC výstup

AC vstup na AC výstup

DC vstup na DC výstup

AC vstup na DC výstup

AC-výstup SSR běžně používá TRIAC nebo SCR. Tato zařízení spoléhají na to, že střídavý proud překročí nulu, aby se vypnul, a proto jsou obecně nevhodná pro spínání stejnosměrných zátěží.

DC-výstup SSR může používat MOSFETy nebo tranzistory. Některé modely DC jsou citlivé na polaritu-.

Vždy ověřte:

Vstupní řídicí napětí

Výstupní napětí zátěže

Typ výstupu AC nebo DC

Maximální trvalý proud

Minimální zatěžovací proud

Vypnuto-únik stavu

Zapnuto-pokles napětí

Nikdy nepředpokládejte, že SSR dimenzovaný pro určité napětí může přepínat AC i DC.

9. Tolerance zapínacího proudu a přetížení

Mnoho elektrických zátěží odebírá startovací proud mnohem vyšší, než je jejich normální provozní proud.

Příklady:

Motory

Transformátory

Žárovky

Kapacitní napájecí zdroje

Solenoidy

Kompresory

Elektromechanické kontakty relé často snášejí krátké proudové rázy lépe než polovodičové výstupy za předpokladu, že relé má odpovídající jmenovitou zátěž.

Polovodičová relé mohou být rychle poškozena nadměrným proudem. Ochrana může vyžadovat:

Rychlá-polovodičová pojistka

Jistič

MOV

TVS dioda

RC tlumič

Flyback dioda

Správné snížení proudu

Relé by mělo být vybráno na základě spouštěcí nebo náběhové charakteristiky zátěže-ne pouze jejího ustáleného-proudu.

10. Spínání indukčních zátěží

Indukční zátěže mohou při přerušení proudu generovat napěťové přechody.

Příklady:

Cívky relé

Solenoidy

Motory

Ventily

Stykače

Transformátory

U stejnosměrných cívek je často přes zátěž umístěna zpětná dioda pro potlačení zpětného napětí generovaného při vypnutí proudu.

Pro AC zátěže může být v závislosti na obvodu vhodný RC tlumič nebo MOV.

Elektromechanická i polovodičová relé vyžadují pečlivou ochranu při spínání indukčních zátěží. Správná metoda ochrany závisí na napětí zátěže, proudu, rychlosti spínání a přijatelné době uvolnění.

11. Nulové-přepínání

Některá střídavá polovodičová relé používají nulové{0}}přepínání.

SSR s nulovým{0}}křížem čeká, dokud se křivka AC nebude blížit nule, než se zapne. To může snížit:

Elektrický hluk

Elektromagnetické rušení

Náhlé změny proudu

Spínací napětí v určitých odporových zátěžích

Zero{0}}cross SSR se běžně používají pro:

Elektrické ohřívače

Regulace teploty

Trouby

Průmyslová topná zařízení

Nicméně nulové-přepínání není ideální pro každou aplikaci. Fázové ovládání, stmívání a určité indukční zátěže mohou vyžadovat náhodné zapnutí-SSR nebo jinou metodu ovládání.

12. Elektrická izolace

Oba typy relé mohou poskytnout izolaci mezi řídicím obvodem s nízkým{0}}výkonem a obvodem s vyšším{1}}výkonem.

Elektromechanické relé svou fyzickou konstrukcí izoluje cívku od kontaktů.

Mnoho polovodičových relé používá optočlen k oddělení vstupu od výstupu.

Při porovnávání izolačního výkonu zkontrolujte hodnoty výrobce pro:

Dielektrická pevnost

Izolační odpor

Plazivá vzdálenost

Světlá vzdálenost

Přepěťová odolnost

Bezpečnostní schválení

Samotné slovo „relé“ nezaručuje, že konkrétní model splňuje požadavky na izolaci vašeho systému.

13. Režimy poruch

Pochopení toho, jak může relé selhat, je u zařízení citlivých na bezpečnost{0}}zásadní.

Běžné poruchy elektromechanických relé

Kontakty se opotřebovávají

Kontakty se oxidují

Kontakty uzavřeny svarem

Cívka vyhořela

Jaro slábne

Armatura se zasekne

Kontaktní odpor se zvyšuje

Běžné poruchy polovodičového relé

Polovodič selže při zkratu-

Polovodič selže v otevřeném-obvodu

Výstup se přehřívá

Izolační obvod degraduje

Přepětí poškozuje výstup

Zvyšuje se svodový proud

Systém by neměl předpokládat, že kterékoli relé vždy bezpečně selže. Tam, kde by porucha mohla způsobit nebezpečí, použijte doplňkovou ochranu, diagnostiku nebo redundantní přepínání.

14. Náklady

Elektromechanická relé jsou obvykle levnější na úrovni komponent, zejména pro aplikace s nízkofrekvenčním přepínáním.

Nejnižší pořizovací cena však vždy neznamená nejnižší náklady na životnost.

SSR může snížit dlouhodobé{0}}náklady na údržbu, pokud aplikace zahrnuje miliony spínacích cyklů. EMR může zůstat ekonomičtější, když k přepínání dochází pouze několikrát za hodinu nebo za den.

Srovnání celkových nákladů by mělo vzít v úvahu:

Pořizovací cena relé

Náklady na chladič

Ochranné komponenty

Větrání krytu

Předpokládaná frekvence výměny

Prostoj stroje

Údržbářské práce

Ztráta energie

Instalační prostor

Kdy zvolit elektromechanické relé?

Elektromechanické relé je často lepší volbou, když:

Zátěž se spíná zřídka.

Únik v nízkém stavu-je důležitý.

Je vyžadován nízký úbytek napětí ve stavu -.

Stejný kontakt musí spínat AC nebo DC.

Je zapotřebí více pólů nebo přepínacích kontaktů.

Důležitá je počáteční cena komponent.

Zátěž má vysoký zapínací proud.

Výhodná je fyzická kontaktní mezera.

Rychlost přepínání není kritická.

Zvukový provoz je přijatelný.

Mezi typické aplikace patří:

Průmyslové ovládací panely

Automobilové elektrické systémy

Domácí spotřebiče

Čerpadla a ventilátory

Ovládání osvětlení

Bezpečnostní zámky

Obecné stroje

Ovládání rozvodu energie

Kdy byste měli zvolit polovodičové relé?

Polovodičové relé je často lepší volbou, když:

Zátěž se musí často spínat.

Je vyžadován tichý provoz.

Důležité je rychlé přepínání.

Mechanický odskok kontaktu je nepřijatelný.

Je vyžadována dlouhá životnost na kole.

Zařízení funguje v prostředí-náchylném k vibracím.

Je nutné přesné ovládání topení.

Přístup k údržbě je omezený.

Mezi typické aplikace patří:

Průmyslové ohřívače

Trouby

Balicí zařízení

Polovodičové stroje

Systémy regulace teploty

Laboratorní vybavení

Automatizované výrobní systémy

Řízení procesu s vysokým-cyklem

Jak si vybrat mezi EMR a SSR

Před konečným výběrem shromážděte následující informace:

1. Kontrolní-strana informací

Dostupné řídicí napětí

Řídicí signál AC nebo DC

Řídit proudovou kapacitu

Typ výstupu PLC

2. Načtěte-postranní informace

Napětí zátěže

AC nebo DC zátěž

Normální provozní proud

Startovací nebo náběhový proud

Odporová, indukční nebo kapacitní zátěž

Požadovaná spínací frekvence

3. Informace o životním prostředí

Okolní teplota

Teplota krytu

Větrání

Vibrace

Prach

Vlhkost

Nadmořská výška instalace

4. Funkční požadavky

Požadovaná životnost

Přijatelný spínací hluk

Maximální svodový proud

Požadovaná rychlost přepínání

Počet pólů

Normálně otevřené nebo normálně zavřené kontakty

Požadavky na bezpečnost a izolaci

5. Požadavky na instalaci

Montáž PCB

Montáž do zásuvky

Montáž na DIN lištu

Montáž na panel

Dostupnost chladiče

Dostupný instalační prostor

Může být elektromechanické relé nahrazeno přímo SSR?

Ne vždy.

I když se řídicí napětí a zatěžovací proud zdají kompatibilní, SSR se chová odlišně od elektromechanického relé.

Před výměnou EMR za SSR zkontrolujte:

Zda je zátěž AC nebo DC

Vypnuto-stav svodového proudu

Minimální zatěžovací proud

Zapnuto-pokles napětí

Odvod tepla

Náběhový proud

Polarita výstupu

Požadovaná normálně uzavřená funkce

Ochrana proti zkratu-

Požadavky na bezpečnostní izolaci

Přímá výměna bez přezkoumání těchto faktorů může vést k přehřátí, neúplnému vypnutí zátěže nebo předčasnému selhání.

Konečný verdikt

V porovnání elektromechanického relé a polovodičového relé neexistuje univerzální vítěz.

Elektromechanické relé nabízí fyzické kontakty, velmi nízké svody, nízký stavový odpor při zapnutí{0}}, flexibilní konfigurace kontaktů a dobrou hodnotu pro obecné spínací aplikace.

Polovodičové relé nabízí tichý provoz, rychlé přepínání, žádné mechanické odskoky kontaktu a vynikající výkon v aplikacích s vysokým-cyklem.

Správný výběr závisí na skutečném zatížení a provozních podmínkách.

Zvolte elektromechanické relé, když potřebujete:

Nízký svodový proud

Nízká ztráta vedení

Uspořádání více kontaktů

Lepší krátkodobá-tolerance přepětí

Nižší počáteční náklady

Vyberte polovodičové relé, když potřebujete:

Časté přepínání

Tichý provoz

Rychlejší odezva

Žádné mechanické opotřebení kontaktů

Stabilní opakované ovládání

A co je nejdůležitější, nevybírejte relé pouze podle napětí a proudu. Stejně důležité jsou spínací frekvence, zapínací proud, typ zátěže, tepelné provedení, svodový proud a požadované chování při poruchách.

Často kladené otázky

Je polovodičové relé lepší než elektromechanické relé?

Ne v každé aplikaci. SSR jsou obvykle lepší pro rychlé, tiché a časté přepínání. Elektromechanická relé jsou často lepší, když je důležitější nízký únik, nízké ztráty ve vedení, uspořádání více kontaktů nebo nižší cena.

Které relé vydrží déle?

Správně zvolené polovodičové relé může poskytnout delší životnost, protože nemá žádné pohyblivé kontakty. Přehřátí nebo elektrické přepětí však mohou způsobit předčasné selhání SSR.

Potřebuje polovodičové relé chladič?

Mnoho SSR vyžaduje při spínání středních nebo vysokých proudů chladič. Rozhodnutí by mělo být založeno na-poklesu napětí ve stavu, zátěžovém proudu, okolní teplotě a informacích výrobce o tepelném snížení.

Spotřebovává elektromechanické relé více energie?

Elektromechanické relé vyžaduje nepřetržité napájení cívky, když je pod napětím, pokud se nejedná o přídržné relé. SSR normálně vyžaduje menší vstupní výkon, ale jeho výstupní polovodič může odvádět více tepla při přenášení zátěžového proudu.

Může polovodičové relé přepínat AC i DC?

Obvykle ne se stejným výstupem. AC-výstupní SSR a DC-výstupní SSR používají různé polovodičové technologie. Typ výstupu musí odpovídat zátěži.

Proč SSR stále zobrazuje napětí, když je vypnutý?

Malý svodový proud ve vypnutém stavu- může procházet SSR a připojeným měřicím zařízením. Multimetr s vysokou -impedancí proto může zobrazovat napětí, i když SSR aktivně nenapájí zátěž.

Může SSR nahradit automobilové relé?

V některých aplikacích je to možné, ale běžně se nejedná o přímou náhradu. Automobilové systémy zahrnují stejnosměrné zatížení, vysoké zapínací proudy, napěťové přechody, změny teploty a vibrace. SSR musí být speciálně navrženo a chráněno pro automobilové prostředí.

Které relé je lepší pro ovládání motoru?

Závisí na proudu motoru, rozběhovém proudu a spínací frekvenci. Elektromechanická výkonová relé nebo stykače jsou běžné pro motory, protože dokážou zvládnout vysoký zapínací proud. Správně dimenzovaná polovodičová relé mohou být použita v aplikacích s častým{2}}spínáním s vhodnou tepelnou a přepěťovou ochranou.

Které relé je lepší pro ovládání topení?

Polovodičová relé jsou běžně preferována pro ovládání elektrického ohřívače, protože nabízejí časté, tiché spínání a mohou dobře fungovat s regulátory teploty. Nezbytné jsou správné odvody tepla a nadproudová ochrana.

Jaká je hlavní nevýhoda polovodičového relé?

Mezi jeho hlavní nevýhody patří svodový proud ve vypnutém{0}}stavu,-pokles napětí ve stavu zapnuto, tvorba tepla, citlivost na elektrické rázy a možná potřeba chladiče.

Potřebujete pomoc s výběrem správného relé?

QIANJI dodává elektromechanická relé, výkonová relé, PCB relé, automobilová relé, časová relé, polovodičová relé a reléové zásuvky pro průmyslové a elektrické aplikace.

Zašlete nám následující informace:

Řídicí napětí

Napětí zátěže

AC nebo DC zátěž

Provozní proud

Startovací proud

Frekvence spínání

Prostředí aplikace

Náš tým vám může pomoci porovnat vhodné možnosti relé a identifikovat produkt pro vaši aplikaci.