Электромеханическое реле и твердотельное реле: основные различия

Выбор между электромеханическим реле и твердотельным реле – это не просто вопрос выбора новой технологии. Оба устройства позволяют сигналу управления низкой-мощности переключать нагрузку-более высокой мощности, но они достигают этого разными способами.

Электромеханическое реле, часто называемое сокращенно EMR, использует катушку, магнитную силу и физические контакты. Твердотельное реле, или SSR, выполняет операцию переключения с помощью полупроводниковых компонентов и не имеет подвижных контактов.

Эти структурные различия влияют на скорость переключения, срок службы, выделение тепла, ток утечки, электрическую изоляцию, шум, стоимость и совместимость нагрузки.

Итак, какое реле лучше?

Краткий ответ:

Выбирайте электромеханическое реле, если вам необходимо низкое сопротивление-в открытом состоянии, минимальный ток утечки, гибкое переключение переменного/постоянного тока, видимая изоляция контактов или меньшая первоначальная стоимость.

Выбирайте твердотельное реле, если вам необходимо быстрое, бесшумное и частое переключение без механического износа контактов.

В этом руководстве объясняются различия между электромеханическими реле и твердотельными реле, чтобы помочь вам выбрать подходящее устройство для вашего применения.

Что такое электромеханическое реле?

Электромеханическое реле — это переключатель с электрическим управлением, который использует электромагнитную силу для перемещения одного или нескольких физических контактов.

Его основные внутренние компоненты обычно включают в себя:

Электромагнитная катушка

Арматура

Пружинный механизм

Неподвижные и подвижные контакты

Терминалы

Защитный корпус

Когда на катушку подается номинальное напряжение, катушка генерирует магнитное поле. Это магнитное поле перемещает якорь, вызывая размыкание или замыкание контактов.

При отключении питания катушки пружина обычно возвращает контакты в исходное положение.

В зависимости от конфигурации контактов электромеханическое реле может обеспечивать:

Нормально открытые контакты

Нормально закрытые контакты

Перекидные контакты

SPST переключение

SPDT переключение

DPDT-переключение

Многополюсное переключение-полюсов

Электромеханические реле широко используются в промышленных панелях управления, бытовой технике, автомобильных системах, машинах, насосах, двигателях, системах освещения и оборудовании распределения электроэнергии.

Что такое твердотельное реле?

Твердотельное реле — это электронное коммутационное устройство, выполняющее функцию, аналогичную электромеханическому реле, но не использующее подвижные механические контакты.

Вместо этого он использует полупроводниковые коммутационные компоненты, такие как:

Симисторы

Тиристоры или SCR

МОП-транзисторы

Транзисторы

Оптопары

Когда на входную сторону подается управляющее напряжение, внутренняя электронная схема активирует полупроводниковый выход. Затем выход позволяет току течь через подключенную нагрузку.

Многие твердотельные реле используют оптическую связь для обеспечения электрической изоляции между входной схемой управления и выходной схемой нагрузки.

Поскольку твердотельное реле не имеет механических контактов, оно может переключаться быстро и бесшумно без дребезга контактов или механического износа. Однако его полупроводниковый выход имеет такие характеристики, как падение напряжения, ток утечки и выделение тепла, которые необходимо учитывать при выборе.

Электромеханическое реле и твердотельное реле: быстрое сравнение

1. Принцип работы

Самая большая разница между электромеханическим реле и твердотельным реле заключается в том, как переключается цепь нагрузки.

Работа электромеханического реле

ЭМИ физически перемещает проводящие контакты. Когда контакты замыкаются, ток протекает через металлические контактные поверхности. Когда контакты размыкаются, цепь нагрузки разделяется воздушным зазором.

Такое физическое разделение позволяет электромеханическим реле находиться в выключенном-состоянии и обычно обеспечивает очень низкий ток утечки.

Однако каждое контактное движение создает механическое напряжение. Когда реле переключает нагрузку под напряжением, электрическая дуга также может постепенно повредить контактные поверхности.

Работа твердотельного реле

ТТР использует полупроводниковые компоненты для управления выходной цепью. Физически ничто не движется во время переключения.

Это исключает механический износ и дребезг контактов, однако полупроводник ведет себя не совсем так, как металлический контакт. Даже при включении он производит падение напряжения. В выключенном состоянии через выход все еще может проходить небольшой ток.

2. Скорость переключения

Твердотельные реле обычно переключаются быстрее, чем электромеханические реле.

Электромеханическому реле требуется время, чтобы:

Подайте питание на катушку.

Создайте магнитное поле.

Переместите арматуру.

Замкните или разомкните контакты.

Дайте возможность контакту отскочить.

Твердотельное реле завершает процесс переключения электронным способом, поэтому оно не ждет перемещения механического якоря.

Это делает ТТР подходящими для приложений, включающих:

Быстрый контроль температуры

Высокочастотное-переключение

Упаковочные машины

Полупроводниковое оборудование

Автоматизированные производственные линии

Повторяющийся контроль нагревателя

Однако более быстрое переключение не делает SSR автоматически лучше. Многие насосы, вентиляторы, светильники и промышленные схемы управления не требуют работы на высокой-скорости.

3. Срок службы

Твердотельные реле обычно имеют преимущество в приложениях, требующих очень частого переключения.

Поскольку ТСР не имеет подвижных контактов, он не испытывает:

Механический контактный износ

Контактный питтинг

Отскок контакта

Весенняя усталость

Механический отказ якоря

Электромеханическое реле имеет как механический, так и электрический срок службы. Его электрический срок службы может быть намного короче, чем его механический срок службы, поскольку переключение питаемой нагрузки может вызвать разрушительную дугу и износ контактов.

Однако РСБ не является нерушимой. Чрезмерное тепло, перегрузка по току, короткие замыкания и переходные напряжения могут повредить полупроводниковый выход.

Таким образом, реальный срок службы любого реле зависит от:

Тип нагрузки

Частота переключения

Пусковой ток

Температура окружающей среды

Защита от перенапряжения

Качество установки

Снижение номинальных характеристик реле

Управление температурным режимом

4. Шум переключения

Электромеханические реле обычно издают слышимый щелчок при движении якоря.

Во многих промышленных условиях этот звук не является проблемой. Он даже может предоставить полезную информацию о том, что реле сработало.

Однако щелчки реле могут быть нежелательны в:

Медицинское оборудование

Офисное оборудование

Аудиосистемы

Лабораторное оборудование

Жилой контроль

Системы автоматизации,-чувствительные к шуму

Твердотельное реле работает бесшумно, поскольку в нем нет подвижного якоря или контактов.

Если бесшумная работа является важным требованием, SSR, как правило, является лучшим вариантом.

5. Контактный отказ

Когда контакты внутри электромеханического реле замыкаются, они могут ненадолго подпрыгнуть, прежде чем занять устойчивое положение.

Это может создать несколько быстрых электрических переходов вместо одного идеально чистого перехода. Отскок контактов может повлиять на чувствительные электронные схемы, счетчики или высокоскоростные-цифровые входы.

Твердотельное реле не имеет механических контактов и, следовательно, не испытывает механического отскока контактов.

Для большинства двигателей, нагревателей и общепромышленных нагрузок дребезг контактов не является серьезной проблемой. Для чувствительного переключения сигналов может потребоваться дополнительная логика фильтрации или устранения дребезга.

6. Состояние включения-Падение напряжения и нагрев

Это одно из наиболее важных отличий между электромеханическими и твердотельными реле.

Электромеханическое реле тепла

Когда исправные контакты ЭМИ замкнуты, их сопротивление обычно очень низкое. В результате потери мощности на контактах часто ограничиваются.

Катушка по-прежнему потребляет мощность и выделяет некоторое количество тепла, но замкнутые контакты нагрузки обычно выделяют меньше тепла, чем полупроводниковый выход, по которому течет тот же ток.

Твердотельное реле обогрева

Твердотельное реле имеет падение напряжения во включенном-состоянии на выходном полупроводнике.

Приблизительную мощность, рассеиваемую ТТР, можно рассчитать как:

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

Например, если твердотельное реле имеет падение напряжения во включенном-состоянии 1,5 В и ток 20 А:

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

Тридцать ватт — это значительное количество тепла. ССР может потребовать:

Радиатор правильного размера

Термопаста или термопрокладка

Вентилируемый корпус

Адекватное расстояние

Текущее снижение номинальных характеристик

Мониторинг температуры

Распространенной ошибкой при выборе твердотельного реле является выбор реле только на основе его номинального тока без расчета тепловыделения.

7. Ток утечки в выключенном состоянии

Когда электромеханическое реле разомкнуто, его разделенные контакты обычно обеспечивают чрезвычайно низкий ток утечки в выключенном-состоянии.

Твердотельное реле может пропускать через выход небольшой ток, даже когда оно выключено. Это нормальная характеристика полупроводниковых выходов и внутренних снабберных цепей.

Хотя ток утечки может быть небольшим, он может вызвать проблемы:

Светодиодные лампы, которые слабо светятся

Чувствительные электронные входы

Нагрузки с высоким-импедансом

Маленькие соленоиды

Измерительное оборудование

Предположения по безопасности при техническом обслуживании

Поэтому SSR не следует автоматически рассматривать как полное физическое отключение.

Если приложение требует чрезвычайно низкой утечки или видимого разделения контактов, более подходящим может быть электромеханическое реле или дополнительное механическое изолирующее устройство.

8. Совместимость нагрузки переменного и постоянного тока

Контакты электромеханических реле часто могут переключать переменный или постоянный ток в пределах номиналов, указанных производителем.

Твердотельное реле необходимо выбирать в соответствии с технологией его вывода.

Общие конфигурации SSR включают в себя:

Вход постоянного тока на выход переменного тока

Вход переменного тока на выход переменного тока

Вход постоянного тока на выход постоянного тока

Вход переменного тока на выход постоянного тока

ТТР с выходом переменного тока- обычно использует симистор или тиристор. Эти устройства полагаются на то, что переменный ток пересекает ноль для выключения, и поэтому обычно не подходят для переключения нагрузок постоянного тока.

В твердотельном реле постоянного тока-с выходом могут использоваться МОП-транзисторы или транзисторы. Некоторые модели постоянного тока чувствительны к полярности-.

Всегда проверяйте:

Входное управляющее напряжение

Выходное напряжение нагрузки

Тип выхода переменного или постоянного тока

Максимальный непрерывный ток

Минимальный ток нагрузки

Выключено-утечка состояния

Падение напряжения во включенном-состоянии

Никогда не предполагайте, что твердотельное реле, рассчитанное на определенное напряжение, может коммутировать как переменный, так и постоянный ток.

9. Пусковой ток и устойчивость к перегрузке

Многие электрические нагрузки потребляют пусковой ток, намного превышающий их обычный рабочий ток.

Примеры включают в себя:

Моторы

Трансформеры

Лампы накаливания

Емкостные источники питания

Соленоиды

Компрессоры

Контакты электромеханического реле зачастую лучше переносят кратковременные скачки тока, чем полупроводниковые выходы, при условии, что реле имеет соответствующую номинальную нагрузку.

Твердотельные реле могут быстро выйти из строя из-за чрезмерного тока. Защита может потребовать:

Быстродействующий-полупроводниковый предохранитель

Автоматический выключатель

МОВ

ТВС-диод

RC демпфер

Обратный диод

Правильное снижение номинальных значений тока

Реле следует выбирать с учетом пусковых или пусковых характеристик нагрузки,-а не только ее установившегося-тока.

10. Переключение индуктивной нагрузки

Индуктивные нагрузки могут создавать переходные напряжения при прерывании тока.

Примеры включают в себя:

Катушки реле

Соленоиды

Моторы

Клапаны

Контакторы

Трансформеры

В катушках постоянного тока параллельно нагрузке часто устанавливают обратный диод для подавления обратного напряжения, возникающего при отключении тока.

Для нагрузок переменного тока в зависимости от схемы может подойти RC-демпфер или MOV.

Как электромеханические, так и твердотельные реле требуют тщательной защиты при коммутации индуктивных нагрузок. Правильный метод защиты зависит от напряжения нагрузки, тока, скорости переключения и приемлемого времени срабатывания.

11. Переключение через ноль-

Некоторые твердотельные реле переменного тока используют переключение-перехода через ноль.

SSR с пересечением нуля-ждет, пока форма сигнала переменного тока не приблизится к нулю, прежде чем включиться. Это может уменьшить:

Электрический шум

Электромагнитные помехи

Внезапные текущие изменения

Переключающее напряжение при определенных резистивных нагрузках

SSR с нулевым пересечением-обычно используются для:

Электрические обогреватели

Контроль температуры

Духовки

Промышленное отопительное оборудование

Однако переключение через нуль-не идеально подходит для каждого приложения. Регулирование фазы, регулировка яркости и некоторые индуктивные нагрузки могут потребовать случайного включения-ТТР или другого метода управления.

12. Электрическая изоляция

Оба типа реле могут обеспечить изоляцию между цепью управления малой-мощности и цепью нагрузки-более высокой мощности.

Электромеханическое реле изолирует катушку от контактов благодаря своей физической конструкции.

Многие твердотельные реле используют оптопару для изоляции входа от выхода.

При сравнении характеристик изоляции ознакомьтесь со значениями производителя для:

Диэлектрическая прочность

Сопротивление изоляции

Расстояние утечки

Расстояние зазора

Выдерживаемое импульсное напряжение

Сертификаты безопасности

Само слово «реле» не гарантирует, что конкретная модель соответствует требованиям изоляции вашей системы.

13. Режимы отказа

Понимание того, почему реле может выйти из строя, крайне важно для оборудования,-чувствительного к безопасности.

Распространенные неисправности электромеханических реле

Контакты изнашиваются

Контакты окисляются

Контакты приварены замкнуто

Катушка перегорает

Весна слабеет

Арматура застревает

Контактное сопротивление увеличивается

Распространенные неисправности твердотельного реле

Полупроводниковый элемент выходит из строя, короткое-замыкание

Полупроводниковый прибор не размыкает-цепь

Выход перегревается

Цепь изоляции ухудшается

Скачки повреждают выход

Ток утечки увеличивается

Система не должна предполагать, что какое-либо реле всегда будет безопасно отказывать. Если отказ может создать опасность, используйте дополнительную защиту, диагностику или резервное переключение.

14. Стоимость

Электромеханические реле обычно дешевле на уровне компонентов, особенно для низкочастотных коммутационных приложений.

Однако самая низкая цена покупки не всегда приводит к самым низким затратам в течение всего срока службы.

SSR может снизить долгосрочные-затраты на обслуживание, когда приложение требует миллионов циклов переключения. EMR может оставаться более экономичным, если переключение происходит всего несколько раз в час или в день.

При сравнении общей стоимости следует учитывать:

Цена покупки реле

Стоимость радиатора

Компоненты защиты

Вентиляция шкафа

Ожидаемая частота замены

Время простоя машины

Работы по техническому обслуживанию

Потери энергии

Место для установки

Когда следует выбирать электромеханическое реле?

Электромеханическое реле зачастую является лучшим выбором, если:

Нагрузка переключается нечасто.

Низкая утечка состояния выключенного-важна.

Требуется низкое напряжение во включенном-состоянии.

Один и тот же контакт должен переключать переменный или постоянный ток.

Требуются несколько полюсов или переключающие контакты.

Первоначальная стоимость компонентов имеет важное значение.

Нагрузка имеет высокий пусковой ток.

Предпочтителен физический контактный зазор.

Скорость переключения не имеет решающего значения.

Звук работы приемлем.

Типичные области применения включают в себя:

Промышленные панели управления

Автомобильные электрические системы

Бытовая техника

Насосы и вентиляторы

Управление освещением

Защитные блокировки

Общая техника

Органы управления распределением мощности

Когда следует выбирать твердотельное реле?

Твердотельное реле часто является лучшим выбором, если:

Нагрузка должна часто переключаться.

Требуется бесшумная работа.

Важно быстрое переключение.

Отскок механического контакта недопустим.

Требуется длительный срок службы на велосипеде.

Оборудование работает в среде,-подверженной вибрации.

Требуется точный контроль нагревателя.

Доступ для обслуживания ограничен.

Типичные области применения включают в себя:

Промышленные обогреватели

Духовки

Упаковочное оборудование

Полупроводниковое оборудование

Системы контроля температуры

Лабораторное оборудование

Автоматизированные производственные системы

Многоцикловый-управление процессами

Как выбрать между EMR и SSR

Прежде чем сделать окончательный выбор, соберите следующую информацию:

1. Контролируйте-дополнительную информацию

Доступное управляющее напряжение

Сигнал управления переменного или постоянного тока

Контроль текущей мощности

Тип выхода ПЛК

2. Загрузите-дополнительную информацию

Напряжение нагрузки

Нагрузка переменного или постоянного тока

Нормальный рабочий ток

Пусковой или пусковой ток

Резистивная, индуктивная или емкостная нагрузка

Требуемая частота переключения

3. Экологическая информация

Температура окружающей среды

Температура корпуса

Вентиляция

Вибрация

Пыль

Влажность

Высота установки

4. Функциональные требования

Требуемый срок службы

Приемлемый шум переключения

Максимальный ток утечки

Требуемая скорость переключения

Количество полюсов

Нормально открытые или нормально закрытые контакты

Требования безопасности и изоляции

5. Требования к установке

Монтаж на печатной плате

Монтаж розетки

Монтаж на DIN-рейку

Монтаж на панели

Наличие радиатора

Доступное место для установки

Можно ли заменить электромеханическое реле непосредственно на твердотельное реле?

Не всегда.

Даже если управляющее напряжение и ток нагрузки кажутся совместимыми, ТТР ведет себя иначе, чем электромеханическое реле.

Перед заменой EMR на SSR проверьте:

Является ли нагрузка переменным или постоянным током

Ток утечки в выключенном-состоянии

Минимальный ток нагрузки

Падение напряжения во включенном-состоянии

Тепловыделение

Пусковой ток

Выходная полярность

Требуемая нормально закрытая функция

Защита от короткого-замыкания

Требования безопасности к изоляции

Непосредственная замена без учета этих факторов может привести к перегреву, неполному отключению нагрузки или преждевременному выходу из строя.

Окончательный вердикт

В сравнении электромеханического реле и твердотельного реле не существует универсального победителя.

Электромеханическое реле имеет физические контакты, очень низкую утечку, низкое сопротивление в-состоянии, гибкую конфигурацию контактов и хорошее соотношение цены и качества для общих коммутационных приложений.

Твердотельное реле обеспечивает бесшумную работу, быстрое переключение, отсутствие механического дребезга контактов и отличную производительность в приложениях с большим-циклом.

Правильный выбор зависит от фактической нагрузки и условий эксплуатации.

Выбирайте электромеханическое реле, когда вам нужно:

Низкий ток утечки

Низкие потери проводимости

Несколько договоренностей о контактах

Улучшенная краткосрочная-устойчивость к скачкам напряжения

Более низкая первоначальная стоимость

Выбирайте твердотельное реле, когда вам нужно:

Частое переключение

Тихая работа

Более быстрый ответ

Отсутствие механического износа контактов

Стабильный повторяющийся контроль

Самое главное, не выбирайте реле только по напряжению и току. Частота коммутации, пусковой ток, тип нагрузки, тепловой расчет, ток утечки и требуемое поведение при отказе одинаково важны.

Часто задаваемые вопросы

Является ли твердотельное реле лучше электромеханического реле?

Не в каждом приложении. ТТР обычно лучше подходят для быстрого, бесшумного и частого переключения. Электромеханические реле часто предпочтительнее, когда более важны малая утечка, низкие потери проводимости, многоконтактное расположение или более низкая стоимость.

Какое реле прослужит дольше?

Правильно выбранное твердотельное реле может обеспечить более длительный срок службы, поскольку у него нет подвижных контактов. Однако перегрев или скачки напряжения могут привести к преждевременному выходу твердотельного реле из строя.

Нужен ли твердотельному реле радиатор?

Многим ТТР требуется радиатор при переключении умеренных или больших токов. Решение должно основываться на падении напряжения-в включенном состоянии, токе нагрузки, температуре окружающей среды и информации производителя о термическом снижении номинальных характеристик.

Электромеханическое реле потребляет больше энергии?

Электромеханическое реле требует постоянного питания катушки, пока оно находится под напряжением, если только оно не является реле с фиксацией. ТТР обычно требует меньше входной мощности, но его выходной полупроводник может рассеивать больше тепла, пропуская ток нагрузки.

Может ли твердотельное реле переключать как переменный, так и постоянный ток?

Обычно не с одинаковым выходом. Твердотельные реле с-выходом переменного тока и ТТР-выходом постоянного тока используют разные полупроводниковые технологии. Тип выхода должен соответствовать нагрузке.

Почему твердотельное реле все еще показывает напряжение, когда оно выключено?

Небольшой ток утечки в выключенном-состоянии может проходить через твердотельное реле и подключенное измерительное оборудование. Таким образом, мультиметр с высоким-импедансом может отображать напряжение, даже если твердотельное реле не питает нагрузку активно.

Может ли твердотельное реле заменить автомобильное реле?

В некоторых приложениях это возможно, но обычно это не является прямой заменой. Автомобильные системы подвержены нагрузкам постоянного тока, высоким пусковым токам, переходным напряжениям, колебаниям температуры и вибрации. SSR должен быть специально спроектирован и защищен для использования в автомобильной среде.

Какое реле лучше для управления двигателем?

Это зависит от тока двигателя, пускового тока и частоты коммутации. Электромеханические силовые реле или контакторы обычно используются в двигателях, поскольку они могут выдерживать высокий пусковой ток. Твердотельные реле с соответствующими номиналами можно использовать в приложениях с частыми-переключениями с соответствующей защитой от перегрева и перенапряжения.

Какое реле лучше для управления отопителем?

Твердотельные реле обычно предпочитаются для управления электрическими нагревателями, поскольку они обеспечивают частое и бесшумное переключение и могут хорошо работать с регуляторами температуры. Правильный отвод тепла и защита от перегрузки по току имеют важное значение.

В чем основной недостаток твердотельного реле?

К его основным недостаткам относятся ток утечки-в выключенном состоянии, падение напряжения во включенном-состоянии, выделение тепла, чувствительность к скачкам напряжения и возможная необходимость в радиаторе.

Нужна помощь в выборе правильного реле?

QIANJI поставляет электромеханические реле, силовые реле, реле для печатных плат, автомобильные реле, реле времени, твердотельные реле и релейные розетки для промышленного и электрического применения.

Отправьте нам следующую информацию:

Управляющее напряжение

Напряжение нагрузки

Нагрузка переменного или постоянного тока

Рабочий ток

Пусковой ток

Частота переключения

Среда применения

Наша команда может помочь вам сравнить подходящие варианты реле и подобрать продукт для вашего применения.