Halbleiter-Schaltgeräte schalten und regeln elektrische Geräte elektronisch. Anders als klassische elektromechanische Relais besitzen sie keine beweglichen Schaltkontakte. Dadurch arbeiten sie geräuschlos, reagieren schnell und eignen sich besonders für Anwendungen mit vielen Schaltvorgängen.
Sie werden beispielsweise eingesetzt, um Heizungen, Motoren, Beleuchtungen oder andere elektrische Verbraucher zu steuern. Typische Einsatzbereiche finden sich im Maschinenbau, in Schaltschränken, Produktionsanlagen sowie in der Gebäude- und Automatisierungstechnik. Je nach Aufgabe stehen unterschiedliche Ausführungen für einfaches Schalten, Richtungswechsel oder eine stufenlose Leistungsregelung zur Verfügung.
Bei der Auswahl eines Halbleiter-Schaltgeräts kommt es auf mehr an als nur auf den angegebenen Nennstrom. Entscheidend sind außerdem die vorhandene Spannung, die Art des angeschlossenen Verbrauchers, das Steuersignal und die Wärme, die während des Betriebs entsteht.
Zuerst muss geklärt werden, welche Spannung geschaltet werden soll. Geräte für Wechselstrom können nicht automatisch auch Gleichstrom schalten – und umgekehrt. Achten Sie deshalb sowohl auf den zulässigen Lastspannungsbereich als auch auf die Art der Spannung: AC für Wechselspannung oder DC für Gleichspannung.
Auch die Ansteuerung muss zur vorhandenen Steuerung passen. Die technischen Daten geben an, welche Steuerspannung benötigt wird und welche Lastseite das Gerät schalten kann.
Der angegebene Nennstrom allein reicht für die Auswahl häufig nicht aus. Heizungen, Motoren, Transformatoren oder Beleuchtungsanlagen können beim Einschalten ganz unterschiedliche Ströme verursachen. Besonders Motoren und andere induktive Verbraucher benötigen beim Start zeitweise deutlich mehr Strom als im normalen Betrieb.
Deshalb sollten neben dem Betriebsstrom auch Einschaltstrom, Lastart und Schalthäufigkeit berücksichtigt werden. Maßgeblich sind die Freigaben und Belastungsangaben des Herstellers für die jeweilige Anwendung.
Je nach Gerät wird die angeschlossene Last lediglich ein- und ausgeschaltet oder gezielt in ihrer Leistung geregelt. Einige Halbleiter-Schaltgeräte schalten Wechselspannung erst beim sogenannten Nulldurchgang – also in dem Moment, in dem die Spannung kurz den Nullpunkt erreicht. Das kann Schaltspitzen und elektrische Störungen bei bestimmten Verbrauchern verringern. Andere Ausführungen reagieren sofort auf das Steuersignal und eignen sich für Anwendungen, bei denen der genaue Schaltzeitpunkt wichtig ist.
Soll die Leistung eines angeschlossenen Geräts nicht nur ein- und ausgeschaltet, sondern stufenlos angepasst werden – etwa bei elektrischen Heizungen –, kommen dafür Leistungssteller zum Einsatz. Welche Lösung passt, hängt von der gewünschten Funktion und dem angeschlossenen Verbraucher ab.
Beim Schalten entsteht im Halbleiter eine Verlustleistung, die in Wärme umgewandelt wird. Je höher der Laststrom und je häufiger das Gerät arbeitet, desto wichtiger wird eine wirksame Wärmeableitung. Je nach Ausführung können dafür ein geeigneter Kühlkörper, ausreichend Luftzirkulation oder zusätzliche Abstände im Schaltschrank erforderlich sein.
Die zulässige Belastung gilt häufig nur unter bestimmten Temperatur- und Kühlbedingungen. Deshalb sollten Einbaulage, Umgebungstemperatur und Herstellerangaben bereits bei der Planung berücksichtigt werden.
Elektro4000-Tipp: Nicht nur auf den Nennstrom achten
Ein Halbleiter-Schaltgerät mit einem angegebenen Nennstrom von beispielsweise 25 A kann nicht unter allen Bedingungen automatisch dauerhaft mit 25 A betrieben werden. Die tatsächlich mögliche Belastung hängt unter anderem von der Umgebungstemperatur, der Kühlung, der Montage und der Art des Verbrauchers ab.
Werden Wärme und Einschaltströme nicht berücksichtigt, kann das Gerät trotz scheinbar passender Stromangabe überhitzen oder vorzeitig ausfallen. Prüfen Sie deshalb neben dem Nennstrom immer auch die Belastungsdiagramme, Kühlkörperempfehlungen und Angaben zur jeweiligen Lastart im Datenblatt.
Halbleiter-Schaltgeräte eignen sich besonders für Anwendungen mit vielen Schaltvorgängen, kurzen Schaltzeiten oder geräuschlosem Betrieb. Da keine mechanischen Kontakte bewegt werden, entsteht kein Kontaktverschleiß durch das Schalten selbst. Für Anwendungen mit sehr hohen Einschaltströmen, besonderen Lastarten oder wenn im ausgeschalteten Zustand eine vollständige galvanische Trennung erforderlich ist, können mechanische Relais oder andere Schaltgeräte jedoch je nach Einsatzbereich die geeignetere Lösung sein.
Auch im eingeschalteten Zustand fällt am Halbleiter eine geringe Spannung ab. Zusammen mit dem fließenden Strom entsteht daraus Verlustleistung und damit Wärme. Bei höheren Lastströmen reicht die Oberfläche des Geräts häufig nicht aus, um diese Wärme sicher an die Umgebung abzugeben.
Ein passender Kühlkörper vergrößert die Fläche zur Wärmeabgabe und hilft, die zulässige Betriebstemperatur einzuhalten. Ob ein Kühlkörper notwendig ist und wie groß er sein muss, hängt von Laststrom, Umgebungstemperatur, Schalthäufigkeit und den Herstellerangaben ab.
Grundsätzlich gibt es dafür geeignete Ausführungen. Motoren stellen jedoch besondere Anforderungen, weil sie beim Anlaufen hohe Einschaltströme verursachen und sich elektrisch anders verhalten als beispielsweise eine reine Widerstandsheizung.
Das Schaltgerät muss daher ausdrücklich für die betreffende Motorlast, Spannung und Schaltungsart geeignet sein. Je nach Anwendung können dafür spezielle Ausführungen erforderlich sein. Eine Auswahl allein nach dem normalen Betriebsstrom des Motors reicht nicht aus.
Bei Elektro4000 finden Sie elektronische Schaltlösungen für Maschinen, Schaltschränke, Heizungssteuerungen und industrielle Automatisierungsaufgaben. Das Sortiment reicht von kompakten Geräten für häufige Schaltvorgänge bis zu Systemkomponenten für anspruchsvollere Leistungs- und Motoranwendungen.
Wählen Sie das Halbleiter-Schaltgerät passend zu Spannung, Lastart, Steuersignal und thermischen Bedingungen – damit Schaltung und Wärmeableitung zuverlässig zur geplanten Anwendung passen.