Phoenix Contact: Interface-Technik und Schaltgeraete 2017/18

Steuerseite Als Schnittstellen-Baustein für die Anpas- sung zwischen Prozessperipherie und Steu- er-, Melde- und Regeleinrichtung stellt Phoenix Contact Solid-State-Relais für ver- schiedene Spannungs- und Leistungsebenen zur Verfügung. Das eigentliche im Modul be- findliche Solid-State-Relaiselement ist bau- artbedingt auf einen begrenzten Spannungs- bereich festgelegt. Die eingangsseitige Stromaufnahme schwankt je nach Schal- tungsaufbau und Spannungsebene. Um sämtliche für industrielle Anwendun- gen benötigten Spannungen zwischen 5 V und 230 V zu realisieren, ist eine geeignete Eingangsschaltung vorgesehen. Hierbei muss grundsätzlich zwischen einem Eingang für Gleich- und Wechselspannung unter- schieden werden. DC-Eingang Die Anpassung an verschiedene Span- nungsebenen erfolgt durch Ergänzen einer speziell auf den gewünschten Spannungsbe- reich abgestimmten Elektronik. Bei den meisten Modulen sorgt eine Verpolschutz- diode dafür, dass bei falsch angeschlossener Steuerspannung ein sicherer Schutz gegen Zerstörung gewährleistet ist. Speziell abge- stimmte Filter sorgen für eine zuverlässige Unterdrückung evtl. auftretender hochfre- quenter Störimpulse. Bild 4: Der 3-Leiterausgang Bild 1: Schaltungsprinzip DC-Eingang Bild 2: Schaltungsprinzip AC-Eingang Bild 3: Der 2-Leiterausgang Lastseite Je nach Anwendungsfall und Lastart wer- den unterschiedliche Anforderungen an den Solid-State-Relaisausgang gestellt. Entschei- dend sind hier: – Leistungsverstärkung, – Anpassung an Schaltspannung und Schaltstrom (AC/DC) und – Kurzschlussschutz. Für diese verschiedenen Einsatzfälle muss das Solid-State-Relaiselement auch aus- gangsseitig mit einer weiteren Elektronik aufbereitet werden. eine Derating-Kurve angegeben. Sie zeigt den maximalen Laststrom in Ab- hängigkeit von der Umgebungstempera- tur. 3. Ausgangsschaltung Der 2-Leiterausgang ist einem mechani- schen Kontakt gleichzusetzen. Lediglich die Polarität der Anschlüsse ist vorgege- ben und muss berücksichtigt werden. Der 3-Leiterausgang ist potenzialgebun- den und benötigt für eine sichere Funktion den Anschluss beider Potenziale der aus- gangsseitigen Spannungsquelle. Im ausgeschalteten Zustand ist ein fester Bezug zur Masse (Minuspotenzial) herge- stellt. Außerdem bietet diese Ausgangs- schaltung den Vorteil eines nahezu konstan- ten Innenwiderstands. den Glättungskondensator, nicht erreicht werden. Ein ständiges Durchschalten ist die Folge. AC-Eingang Als Voraussetzung für eine sichere Funkti- on benötigt das Solid-State-Relaiselement eine stabile Steuerspannung. Beim AC-Ein- gang wird dies durch das Vorschalten eines Gleichrichters und Glättungskondensators erreicht. Nach der Gleichrichtung folgt prin- zipiell der Schaltungsaufbau des DC-Ein- gangs. Die Schaltfrequenz liegt grundsätzlich un- terhalb der halben Netzfrequenz. Eine hö- here Schaltfrequenz kann, bedingt durch DC-Ausgang Um die erforderliche Ausgangsleistung zu erreichen, wird das Solid-State-Relaisele- ment durch eine oder mehrere Halbleiter- stufen ergänzt. Für den Anwender vor Ort sind die An- schlussklemmen des Ausgangs trotzdem le- diglich wie konventionelle Schalteranschlüs- se zu betrachten. Lediglich die vorgegebene Polarität muss unbedingt eingehalten wer- den. Bei der Auswahl des geeigneten Solid-Sta- te-Relais hat die Praxis gezeigt, dass nach folgenden Kriterien vorzugehen ist: 1. Betriebsspannungsbereich (z. B. 12 ... 60 V DC) Angabe der minimal bzw. maximal zu schaltenden Spannung. Die Einhaltung des unteren Wertes ist für eine sichere Funktion erforderlich. Der obere Wert darf zum Schutz des Ausgangstransis- tors nicht überschritten werden. 2. Maximaler Dauerstrom (z. B. 1 A) Dieser Wert gibt den maximalen Dauer- strom an. Eine ständige Überschreitung dieses Werts führt zu einer Zerstörung des Ausgangshalbleiters. Zu beachten ist auch die Abhängigkeit des Ausgangs- stroms von der Umgebungstemperatur des Solid-State-Relais. Daher ist bei Leistungs-Solid-State-Relais generell AC-Ausgang Für die Ansteuerung von Wechselspan- nungsschalt- und -steuergeräten wird dem Solid-State-Relaiselement ein Halbleiter für Wechselspannung (TRIAC oder Thyristor) nachgeschaltet. Wie beim DC-Ausgang sind auch hier der maximale Betriebsspannungsbereich und der maximale Dauerlaststrom in Abhängig- keit von der Umgebungstemperatur beson- ders zu beachten. 290 PHOENIX CONTACT Relaismodule Grundlagen der Solid-State-Relaistechnik