Przekaźniki półprzewodnikowe i ich rola w sterowaniu oświetleniem

Urządzenia automatyki przemysłowej obsługują złożone systemy współdziałających ze sobą maszyn i urządzeń różnego rodzaju. Są to zarówno całe linie technologiczne, jak i pojedyncze urządzenia lub systemy, np. sterujące pracą instalacji dostarczających rozmaite półprodukty, regulujące parametry działania urządzeń usuwających zanieczyszczenia czy załączających oświetlenie. Sterowanie pracą różnych urządzeń wymaga niezwykle precyzyjnego i dokładnego przesyłania sygnałów uruchamiających lub wyłączających poszczególne elementy całego systemu.

Tradycyjnie stosowane w tym celu układy przekaźnikowo-stykowe są podatne na awarie ze względu na swoją konstrukcję, która wymusza stosowanie ruchomych elementów. Nowoczesne przekaźniki półprzewodnikowe eliminują te wady, zapewniając stabilną i bezawaryjną pracę. Można je stosować we wszystkich aplikacjach, w których uprzednio wykorzystywano przekaźniki elektromechaniczne – od sterowania miejską infrastrukturą oświetleniową aż po tabor kolejowy. Przyjrzyjmy się bliżej jakie funkcje pełnią przekaźniki półprzewodnikowe i jak działają.

Działanie przekaźników w systemach automatyki przemysłowej

Rolą przekaźników używanych w automatyce przemysłowej jest sterowanie pracą różnych maszyn i urządzeń. Zadanie to jest realizowane przez załączanie obwodu elektrycznego uruchamiającego określone urządzenie. Przekaźnik otrzymuje sygnał z systemu sterowania, np. od operatora urządzenia lub z czujnika kontrolującego wystąpienie jakiegoś zdarzenia. Sygnał powoduje uruchomienie przekaźnika i przesłanie sygnału do sterowanego elementu, np. umożliwiając przepływ napięcia do odbiornika, np. silnika elektrycznego.

Przekaźniki stosowane w układach automatyki przemysłowej składają się z dwóch obwodów. Jeden z nich to tzw. obwód sterowniczy, a drugi obwód roboczy. Obwód sterowniczy jest aktywowany z zewnątrz i powoduje przepływ prądu w obwodzie roboczym. W tradycyjnych przekaźnikach elektromechanicznych (EMR) pojawienie się napięcia w obwodzie sterującym uruchomia stycznik obwodu roboczego. W większości przypadków stycznik ten jest aktywowany elektromagnesem. Przepływ prądu przez obwód sterowniczy, który jest połączony z cewką magnesu, generuje pole magnetyczne przestawiające ruchomy styk.

Przekaźniki EMR sprawiają, że obwód roboczy pozostaje aktywny, dopóki w obwodzie sterującym występuje napięcie. Po jego zaniku stycznik zwykle za pomocą elementu sprężynującego wraca do połączenia pierwotnego.

Przekaźniki elektromechaniczne są produkowane w różnych wersjach. Aktywowanie obwodu sterującego może prowadzić do załączenia obwodu roboczego, jego rozłączenia lub przełączenia. W tej ostatniej sytuacji stycznik rozłącza obwód, w którym pierwotnie płynie napięcie i inicjuje jego przepływ w drugim.

Choć konstrukcja typowego przekaźnika EMR jest stosunkowo prosta, a urządzenia tego typu były projektowane z myślą o dużej liczbie cyklów załączeń, to ze względu na występujący w nich element mechaniczny są podatne na awarie związane np. ze zmęczeniem materiału.  

Działanie i zastosowania przekaźników półprzewodnikowych

Przekaźniki półprzewodnikowe działają na takiej samej zasadzie co elektromechaniczne, tj. wykorzystują obwód sterujący i roboczy, jednak mechanizm przekazywania sygnału jest tu zupełnie inny.

Przekaźniki półprzewodnikowe SSR (Solid State Relay) przesyłają sygnał między obwodem sterowania a obwodem roboczym za pośrednictwem sprzężenia optycznego. Transoptor, czyli moduł odpowiedzialny za uruchomienie obwodu roboczego składa się z dwóch elementów – nadajnika oraz odbiornika. Pierwszy z nich to dioda emitująca światło, a drugi to fototranzystor.

Stosowanie transoptora pozwala na tzw. separację galwaniczną. Oznacza to, że między obwodem sterującym a roboczym nie ma przepływu prądu elektrycznego. Dzięki szczelinie o szerokości 3 mm nie istnieje więc ryzyko powstania łuku elektrycznego, a tym samym zwarcia i uszkodzenia obwodu sterującego przez zwykle dużo wyższe napięcie prądu płynącego w obwodzie roboczym.

Napięcie przekazywane przez fototranzystor w wielu przypadkach musi być odpowiednio wzmocnione. Przy prądzie zmiennym stosuje się tzw. triaki, czyli elementy umożliwiające przepływ prądu w obwodzie, uruchamiane przez zasilanie podłączone do bramki sterującej. Dla prądu stałego używa się tranzystorów bipolarnych, o ile natężenie prądu nie przekracza 0,5 A albo tranzystorów unipolarnych z izolowaną bramką MOSFET, przy natężeniach do 10 A.

Przekaźniki SSR mają wiele zalet, które sprawiają, że nadają się znakomicie do sterowania np. systemami oświetleniowymi w budynkach przemysłowych, oświetleniem ulicznym, sygnalizacją świetlną, a także oświetleniem w taborze szynowym. Najważniejsze z nich to bardzo niska awaryjność, co szczególnie ważne w systemach kierowania ruchem i przy obsłudze sygnalizatorów kolejowych i drogowych, a także niewielkie rozmiary. Kompaktowość przekaźników SSR pozwala na łatwe mieszczenie ich np. w oprawach lamp przemysłowych, a także w urządzeniach sterujących światłem w „inteligentnych budynkach”. Odporność na wibrację umożliwia korzystanie z przekaźników półprzewodnikowych w pojazdach, niwelując ryzyko niepoprawnego zadziałania. Jeszcze jedną zaletą przekaźników SSR jest możliwość sterowania dużą mocą za pomocą sygnału sterującego małej mocy. Nowoczesne przekaźniki SSR wymagają prądu sterującego na poziomie około 10 mA.

Zapraszamy do zapoznania się z aktualnościami na naszej stronie. W tej zakładce prezentujemy nowe produkty, które trafiły do sprzedaży w naszym sklepie. Dzięki stałemu poszerzaniu asortymentu możemy zapewnić naszym Klientom bogatszy wybór artykułów elektrycznych do automatyki przemysłowej, lepiej dopasowany do ich indywidualnych potrzeb. Znajdą tu również Państwo wpisy przybliżające zasadę działania wielu produktów w naszej ofercie. Mamy nadzieję, że dzięki naszym artykułom będą mieli Państwo okazję lepiej poznać nasz asortyment.