Styczniki elektromagnetyczne (EMR – Electromechanical Relay) i przekaźniki półprzewodnikowe (SSR - Solid State Relays) to elementy kluczowe w zapewnieniu sprawnego działania układów automatyki przemysłowej, infrastruktury miejskiej, motoryzacji oraz elektroniki codziennego użytku. Ich funkcje i zadania są zbliżone – oba typy urządzeń różnią się jednak konstrukcją, zasadą działania oraz możliwościami.
Główną cechą, odróżniającą styczniki od przekaźników półprzewodnikowych jest brak części ruchomych. Te pierwsze są urządzeniami elektromechanicznymi, które za pomocą elektromagnesu zamykają lub otwierają obwód elektryczny. Styki utrzymywane są w wybranym położeniu tak długo, jak długo do cewki elektromagnesu przyłożone jest odpowiednio wysokie napięcie. Kluczowe komponenty stycznika to cewka, rdzeń magnetyczny oraz zestaw styków – zwiernych lub rozwiernych. Przekaźniki półprzewodnikowe do przełączania obwodów wykorzystują natomiast fotooptyczne elementy półprzewodnikowe (dioda emitująca promieniowanie podczerwone, fotodioda LED, triaki, tyrystory lub tranzystory) - sterowane odseparowanym układem elektronicznym.
Zalety i wady przekaźników półprzewodnikowych
Generalnie rzecz ujmując – przekaźniki półprzewodnikowe są rozwiązaniem znacznie nowocześniejszym i bardziej zaawansowanym technologicznie niż tradycyjne styczniki prądu przemiennego lub stałego. Są one w stanie przełączać obwody ze znacznie większą częstotliwością niż styczniki, co jest szczególnie ważne w aplikacjach wymagających szybkiego działania. Brak części mechanicznych wiąże się natomiast z szeregiem zale, takich jak: mniejsza podatność na fizyczne zużycie i tym samym znacznie dłuższa żywotność (rzędu kilkudziesięciu milionów przełączeń), eliminacja generowanego podczas pracy hałasu, jak również brak iskrzenia, odporność na wilgoć i zapylenie - zwiększające bezpieczeństwo użytkowania w trudnych warunkach zewnętrznych. Dużą zaletą jest również tzw. kompatybilność logiczna, czyli szeroki przedział dla wejściowych sygnałów sterujących – cecha bardzo istotna w przypadku zastosowań przemysłowych wykorzystujących sterowniki PLC. Przekaźnik półprzewodnikowy może być bezpośrednio sterowany z wyjścia sterownika PLC.
Nie jest to jednak rozwiązanie pozbawione wad. Przekaźniki półprzewodnikowe są zazwyczaj droższe od styczników, co może stanowić barierę przy ich wdrażaniu w aplikacjach o ograniczonym budżecie. Problematyczne może być również generowanie podczas pracy znacznych ilości ciepła - niezawodne działanie przekaźnika wymaga często dodatkowego systemu chłodzenia (np. radiatora). W przeciwieństwie do styczników, przekaźniki półprzewodnikowe mają ograniczoną zdolność radzenia sobie z chwilowymi przeciążeniami, co może prowadzić do uszkodzeń w przypadku nagłych skoków napięcia.
Przykłady zastosowania przekaźników półprzewodnikowych
Przekaźniki półprzewodnikowe znajdują szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach automatyki - szczególnie tam, gdzie wymagane są szybkie i niezawodne przełączenia. Powszechnie wykorzystuje się je w systemach automatyki przemysłowej jako elementy układów sterowania maszyn, linii produkcyjnych i systemów automatyzacji procesów. Swoje stałe miejsce znalazły również w branży HVAC, gdzie zapewniają ciche i niezawodne przełączanie elementów grzewczych oraz wentylatorów w systemach ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji. Przekaźniki półprzewodnikowe znacznie lepiej niż tradycyjne styczniki elektromechaniczne sprawdzają się w precyzyjnych systemach zautomatyzowanego sterowania oświetleniem dużych obiektów, takich jak kina, teatry, sale koncertowe czy stadiony sportowe. W zasilaczach awaryjnych typu UPS przekaźniki półprzewodnikowe są wykorzystywane do szybkiego przełączania między źródłami zasilania, zapewniając ciągłość dostaw energii.
Kiedy stycznik a kiedy przekaźnik?
Wybór między stycznikiem a przekaźnikiem półprzewodnikowym zależy od konkretnych wymagań obsługiwanej aplikacji. Podstawowy obszar zastosowań styczników elektromagnetycznych obejmuje załączanie i rozłączanie obwodów głównych silnoprądowych (np. silników elektrycznych, grzałek, wentylatorów). Przekaźniki półprzewodnikowe wykorzystywane są najczęściej do obsługi obwodów pomocniczych (np. sygnalizacyjnych, sterowniczych).
Styczniki elektromagnetyczne są rozwiązaniem prostszym, jednak do ich niewątpliwych zalet zaliczyć można: niższą cenę, uniwersalność wynikającą ze zdolności jednakowego przełączania obciążeń prądu przemiennego (AC) i stałego (DC), zerowy prąd upływu w obwodzie roboczym oraz brak oporu elektrycznego na stykach - dzięki czemu nie nagrzewają się one pod obciążeniem. Wykorzystujący styczniki obwód sterowniczy jest niewrażliwy na stany przejściowe, co pozwala uniknąć niepożądanych przełączeń w trakcie wahań napięcia.
Przekaźnik półprzewodnikowy cechuje się większym zakresem możliwej konfiguracji, wysoką trwałością i niezawodnością, dużą szybkością przełączania, brakiem zakłóceń mechanicznych (drgania) i elektromechanicznych (iskrzenie), a także cichą pracą oraz odpornością na wstrząsy i wibracje.