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ESG 8.45
Allgemeines
Definition
Halbleiterrelais (auch: kontaktloses Relais oder Solid-
State-Relais = SSR) erfüllen viele Aufgaben, die auch
von einem elektromechanischen Relais (EMR) ausge-
führt werden können. Im Unterschied zum EMR weist
das SSR keine beweglichen mechanischen Teile auf,
d.h. es ist im wesentlichen ein elektronisches Bauteil,
das auf den elektrischen, magnetischen und optischen
Eigenschaften von Halbleitern und elektrischen Kompo-
nenten basiert, um eine Trenn- und Schaltfunktion
vorzunehmen.
In den letzten zehn Jahren wurden viele Standards
erarbeitet, welche die SSR-Gehäuse betreffen. In erster
Linie in Bezug auf die rechteckige Form, die inzwischen
zum Industriestandard für das Leistungsschalten gewor-
den ist.
Anwendungen
Seit seiner Einführung hat das SSR als Technologie auch
in denjenigen Bereichen Einzug gefunden, die bis dahin
ausschliesslich dem EMR oder den Schaltschützen
vorbehalten waren. Halbleiterrelais werden hauptsäch-
lich zum Schalten von ohmschen, induktiven und
kapazitiven Lasten eingesetzt wie z.B. Heizelemente,
Licht, Antriebe, Motoren, Magnete, Ventile, Transforma-
toren, usw.
Einige typische Anwendungsgebiete für den Einsatz von
Halbleiterrelais sind Fertigungsanlagen, Kunststoff- und
Verpackungsmaschinen, Anlagen der Nahrungsmittelin-
dustrie, Industriebeleuchtungen, Brandschutz- und
Sicherheitssysteme, Abfüllmaschinen, Produktionsanla-
gen, bordeigene Leistungsregelung, Verkehrsregelung,
Messgeräte, Automaten, Prüfsysteme, Büromaschinen,
Medizintechnik, Aufzugsteuerung u.v.m.
Vorteile der Halbleiterrelais
Wird ein SSR in der für die vorgesehene Anwendung
richtigen Weise eingesetzt, weist es viele Merkmale auf,
die beim EMR oft nur schwer zu erreichen sind. So
gehören Zuverlässigkeit, lange Nutzungsdauer, eine
signifikant verringerte elektromagnetische Beeinflus-
sung (EMB), schnelles Ansprechen und hohe Schwin-
gungsfestigkeit zu seinen Vorzügen.
Heute wird von Selectron Systems AG nicht nur eine
bessere Wirksamkeit der benutzten Komponenten
erwartet, sondern verlangt. Dank der Anwendung von auf
der Oberfläche montierten Halbleiterschaltkreisen
bietet ein SSR den Konstrukteuren, Ingenieuren und
Wartungstechnikern wesentliche Vorteile gegenüber
den alternativen Technologien.
Diese Vorteile sind in erster Linie gleich bleibende
Arbeitsweise und längere Lebensdauer. Solid state
relays haben weder bewegliche Teile die verschleissen
können, noch Abreisskontakte die abgebaut werden
können, was oft die Ursachen für eine Störung in einem
EMR sind. Diese Tatsachen sind in der Industrie längst
bekannt und lassen sich kurz auf einen Nenner bringen:
Keine mechanisch beweglichen Teile = kein mechani-
scher Stress
• Nullspannungs-Einschalten, niedrige elektromagneti-
sche Beeinflussung/niedrige Hochfrequenzstörung
• Zufälliges Einschalten, Proportionalsteuerung
• Lange Lebensdauer (Zuverlässigkeit) > 10
9
Operatio-
nen
• Keine Kontakte - bewältigt hohe Einschaltspitzen
• Kein akustisches Rauschen
• Hohe Schaltfrequenz
• Mikroprozessor kompatibel
• Flexibilität der Konstruktion
• Schnelles Ansprechen
• Keine beweglichen Teile
• Kein Kontaktprellen
Den inneren Aufbau betreffend sind sich SSR und EMR
ähnlich. Das heisst, beide haben einen Eingang, der
elektrisch gegen den Ausgang isoliert ist, der eine Last
steuert. Abb. 1 zeigt die Grundkonfiguration sowohl des
SSRs als auch des EMRs. Die Trennung erfolgt beim
Technik der Halbleiterrelais (SSR)
SSR durch Fotokopplung oder induktiver Kopplung und
beim EMR mit Hilfe einer magnetischen Kopplung.
Vergleichen wir die beiden Technologien miteinander,
kann man den Eingangssteuerkreis des SSR funktionell
mit der Spule des EMR gleichsetzen, während das
Ausgangsbauelement des SSRs die Schaltfunktion der
Kontakte des EMR übernimmt.
Die Ansprechzeit des EMR ist von der Zeit abhängig, die
20 mW
LED
Optische
Kopplung
Fotodetektor
Strom-
begrenzer
Snubber
Trigger
Ausgangs-
element
(SSR)
AC-Halbleiterrelais (SSR)
200 mW
Magnetische
Kopplung
Elektromagnetisches Relais (EMR)
Mechanische
Kontakte
Anker
Eisen-
kern
Spule
Abb. 1: Konfiguration von Halbleiter- und elektromechanischem Relais