Твердотельные реле принцип работы, разновидности, достоинства и недостатки. Что такое твердотельное реле
Твердотельное реле-полный обзор всех параметров
Твердотельные реле относятся к модульным полупроводниковым устройствам, в конструкции которых предусмотрены силовые ключи на структурах, содержащих симисторы, тиристоры или транзисторы.
Используются в качестве успешной альтернативы традиционным электромагнитным реле или контакторам. Устройства распространены в сфере коммутации однофазных и 3-фазных линий. Они применяются для бесконтактной коммутации отопительных устройств, освещения и прочего оборудования с резистивной нагрузкой с напряжением от 24 до 380 В для переменного тока для управления трансформаторами. Используются для индуктивной нагрузки, например, слаботочные двигатели или электромагниты.
Рис. №1. Внешний вид твердотельного реле и габаритные размеры.
Твердотельные реле подразделяются по типу управления, это реле переменного или постоянного тока с использованием переменного резистора и с помощью аналогового сигнала тока 4 – 20 мА. Реле для управления уровня напряжения включают или отключают нагрузку с помощью подачи или снятия с нагрузки полного сигнала.
Достоинства
- Продолжительный период эксплуатации.
- Отсутствие постороннего шума, неустойчивых контактных соединений, искрений и электродуги при переключении.
- Надежное сопротивление изоляции в цепях нагрузки и цепях управления коммутационными аппаратами.
- Отсутствие акустических помех.
- Высокая степень энергосбережения.
- Быстродействие (высокая скорость коммутации).
- Небольшие габаритные размеры.
- Отсутствие профилактики и технического обслуживания.
Высокие качественные электротехнические показатели делают возможным переход с электромагнитных реле и контакторов на твердотельные реле.
Рис. №2. Пример твердотельного реле с использованием SCR управления.
Недостатки и меры по защите релейного устройства
Существует несколько локальных факторов, при которых возможен выход устройства из строя – это:
- Перенапряжение.
- Токовая перегрузка и короткое замыкание.
- Перегрев из-за плохого теплоотвода (максимальная температура нагрева основания устройства не должна превышать 800С).
Рекомендуется при использовании реле в управлении электродвигателями включать в цепь управления варисторы.
Для нагрузки более 5 А на основание реле наносится специальная теплопроводящая паста. При I = 25А применяют вентилятор. Некоторые модели оборудованы защитой от перегрева, она отключает реле при превышении температуры тиристора – 1200С. Для защиты реле от перегруза по нагрузке используются предохранители на полупроводниках (срабатывают чрезвычайно быстро (2 мс) не позволяют развиться току к.з.).
Принцип работы твердотельного реле
Рис. №3. Схема работы с использованием твердотельного реле. В положении выключено, когда на входе наблюдается 0 В, твердотельное реле не дает пройти току через нагрузку. В положение включено, на входе есть напряжение, ток идет через нагрузку.
Основные элементы регулируемой входной цепи переменного напряжения.
- Регулятор тока служит для поддержки неизменного значения тока.
- Двухполупериодный мост и конденсаторы на входе в устройство служат для преобразования сигнала переменного тока в постоянный.
- Встроенный оптрон оптической развязки, на него подается питающее напряжение и через него протекает входной ток.
- Тригерная цепь служит для управления эмиссией света встроенного оптрона, в случае прекращения подачи входного сигнала ток прекратит свое протекание через выход.
- Резисторы, расположенные в схеме последовательно.
В твердотельных реле используется два распространенных типа оптических развязок – семистор и транзистор.
Симистор обладает следующими преимуществами: включение в состав развязки тригерной цепи и ее защищенность от помех. К недостаткам следует отнести дороговизну и необходимость больших величин тока на входе в устройство, необходимого для переключения выхода.
Рис. №4. Схема реле с семистором.
Тиристор — не нуждается в наличии большого значения тока для переключения выхода. Недостаток – нахождение тригерной цепи вне развязки, а значит большее число элементов и слабая защита от помех.
Рис. №5. Схема реле с тиристором.
Рис. №6. Внешний вид и расположение элементов в конструкции твердотельного реле с транзисторным управлением.
Принцип работы твердотельного реле типа SCR полупериодного управления
При прохождении тока через реле исключительно в одном направлении величина мощности снижается почти на 50%. Для предотвращения этого явления используют два параллельно подключенных SCR, расположенные на выходе (катод соединяется анодом другого).
Рис. №7. Схема принципа работы полупериодного управления SCR
Типы коммутирования твердотельных реле
- Управление коммутационными действиями при переходе тока через ноль.
Рис. №8. Коммутация реле при переходе тока через ноль.
Преимущество способа – отсутствие помех при включении.
Недостатки – прерывание выходного сигнала, отсутствие возможности применения с нагрузками, обладающими высокой индуктивностью.
Используется для резистивной нагрузки в системах управления и контролирования нагревательных устройств. Использование в слабоиндуктивных и емкостных нагрузках.
- Фазовое управление твердотельным реле
Рис.№9. Схема фазного управления.
Преимущество: непрерывность и плавная регулировка, возможность изменять значение выходного напряжения.
Недостатки: присутствуют помехи при производстве переключений.Область использования: управление систем нагрева, индуктивные нагрузки (трансформаторы), инфракрасные выключатели (резистивная нагрузка).
Основные показатели для выбора твердотельных реле
- Ток: нагрузки, пусковой, номинальный.
- Тип нагрузки: индуктивность, емкость или резистивная нагрузка.
- Тип напряжения цепи: переменное или постоянное.
- Тип сигнала управления.
Рекомендации по подбору реле и эксплуатационные нюансы
Токовая нагрузка и ее характер служат главным фактором, определяющим выбор. Реле выбирается с запасом по току, в который входит учет пускового тока (он должен выдержать 10-кратное превышение тока и перегруз на 10 мс). При работе с обогревателем номинальный ток превышает номинальный ток нагрузки не менее чем на 40%. При работе с электродвигателем запас по току рекомендован быть больше номинала не менее чем в 10 раз.
Ориентировочные примеры выбора реле при превышении тока
- Нагрузка активной мощности, например, ТЭН – запас 30-40%.
- Электродвигатель асинхронного типа, 10 кратный запас по току.
- Освещение с лампами накаливания – 12 кратный запас.
- Электромагнитные реле, катушки – от 4 до 10 кратного запаса.
Рис. №10. Примеры выбора реле при активной нагрузке по току.
Такой электронный компонент электрических цепей как твердотельное реле становиться обязательным итерфейсом в современных схемах и обеспечивает надежную электрическую изоляцию между всеми задействованными электроцепями.
Пишите комментарии,дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.
elektronchic.ru
Твердотельное реле своими руками: схема
Изготовить твердотельное реле своими руками под силу даже начинающему радиолюбителю. Ничего сложного в конструкции этого устройства нет, но разобраться со схемотехникой, особенностями применения и подключения, все же нужно. Твердотельное реле – это элемент, изготовленный на основе полупроводников. В его конструкции имеются силовые ключи на симисторах, тиристорах или транзисторах. Эти реле, работающие бесшумно, являются хорошей заменой контакторам и пускателям. С их помощью устройства подключаются более надежно и безопасно.
Простая схема реле
В силовой электронике часто возникает необходимость использовать одно- или 3 х-фазное твердотельное реле. Своими руками изготовить это устройство можно по одной из схем, представленных в статье.
Преимущество твердотельного реле перед механическими контакторами очевидно – у них ресурс намного выше. И это из-за того, что в них нет ни одного механического компонента, а именно они являются наиболее уязвимыми.
Для изготовления твердотельного реле можно использовать цепочки, состоящие из схемы управления и симистора. Гальваническую развязку осуществляет симисторная оптопара. В схеме используются такие элементы:
- Оптопара типа МОС3083.
- Симистор марки ВТ139-800 16А с изолированным анодом.
- Ограничивающий резистор, который снижает ток, проходящий через светодиод.
- Светодиод для индикации работы устройства.
А теперь давайте рассмотрим более детально процесс изготовления устройства.
Особенности процесса изготовления
Рекомендуется заключать все элементы схемы в металлический корпус, чтобы охлаждение происходило намного лучше. Для надежности нужно заливать короб при помощи клеевого пистолета. Главное при работе – это правильно подобрать металлическую подложку, чтобы обеспечить наилучшее отведение тепла. Для изготовления используется опалубка, в которую заключается твердотельное реле постоянного тока. Своими руками ее изготовить можно из любого материала.
Идеально подойдет пластиковая коробка или отрезок трубы. Все зависит от того, какой размер у изделия. Металлическая подложка должна размещаться в этой опалубке. Тщательно нужно залить клеем все элементы схемы, отверстия в корпусе, чтобы обеспечить качественную изоляцию. Обратите внимание на то, что у симисторов выводы обычно неоднозначно определяются, поэтому их нужно заранее проверить. Для проверки открытия симистора необходимо использовать мегомметр. Как только симистор откроется, сопротивление изменится от нескольких десятков мегаом до 1-2 кОм.
Особенности устройства твердотельного реле
Независимо от того, какой производитель твердотельного реле, элементная база у него постоянна – в редких случаях можно найти незначительные различия. На входе обычно устанавливается резистор, соединяется он последовательно с оптическим устройством. Иногда сопротивление изготавливается по сложной конструкции, в которую включается защита от обратной полярности и регулятор тока. Нужно выделить такие свойства твердотельных реле:
- При помощи оптической развязки обеспечивается изоляция различных цепей электронного устройства.
- При помощи переключающей цепи удается осуществить подачу на нагрузку питающего напряжения.
- С помощью триггерной цепи обрабатывается входной сигнал и происходит его переключение на выход.
Промышленный образец Siemens V23103-S2232-B302
Схема твердотельного приведена на рисунке:
По этой схеме своими руками твердотельное реле можно довольно быстро изготовить, трудностей при этом не возникнет. Главное – это найти необходимые компоненты или аналоги. Защита может находиться как внутри корпуса реле, так и отдельно. Теперь нужно рассмотреть дополнительные устройства, которые необходимо использовать совместно с реле.
Особенности защитной цепи
Как видите, трудностей при изготовлении нет никаких. Если сомневаетесь в своих силах, то лучше, конечно, приобрести промышленный образец устройства. Можно выделить ключевые особенности самодельных реле:
- Управляющее напряжение – 3..30 В, ток постоянный.
- К выходу допускается подключать источники напряжением 115..280 В.
- Выходная мощность порядка 400 Вт.
- Минимальный ток, при котором работает устройство, составляет около 50 мА.
Если устройство используется для коммутации низких токов (до 2 А), то нет необходимости устанавливать радиатор. Но если токи высокие, будет происходить сильный нагрев элементов. Поэтому об охлаждении нужно позаботиться – установите дополнительный радиатор и кулер (если имеется возможность организовать питание для него).
Обратите внимание на то, что при управлении асинхронными моторами нужно увеличивать примерно в 10 раз запас по току. При запуске двигатель «тянет» из сети ток, который в несколько раз превышает рабочее значение. Именно по этой причине нужно использовать силовые элементы со значительным запасом по току.
Особенности работы и схемы включения реле
При изготовлении своими руками твердотельного реле на полевом транзисторе важно учитывать параметры схемы, в которой оно будет использоваться. Но давайте, чтобы разобраться в особенностях работы твердотельных элементов, рассмотрим обычные электромагнитные реле. В них, когда на обмотку подается напряжение, генерируется магнитное поле. С его помощью происходит притягивание контактов.
При этом цепь либо размыкается, либо замыкается. Есть один недостаток у такого механизма – имеется в конструкции немало подвижных элементов. У твердотельных их нет, а это является основным преимуществом. Также можно выделить следующие особенности:
- Включение и отключение нагрузки происходит только в том случае, когда напряжение проходит через нуль.
- При работе не происходит появление помех электрического типа.
- Достаточно большой диапазон напряжений, при котором работает устройство.
- Между цепями управления и нагрузкой качественная изоляция.
- Высокая механическая прочность изделия.
А еще при работе не издается ни единого звука – просто открывается и закрывается переход полупроводника.
Пример подключения твердотельного реле
Вы знаете, как изготовить твердотельное реле своими руками. Аналоги такого устройства встречаются в продаже достаточно часто. Можно использовать как любительские схемы, так и промышленные – зависит от того, какие возможности нужно получить от устройства. С помощью такого устройства обеспечивается контакт высоковольтной и низковольтной цепей.
Большая часть промышленных устройств и самоделок имеет схожую структуру. Отличия несущественные, на работу не влияют никак. Убедиться в этом несложно. На рисунке приведена простейшая схема включения реле:
Структура устройства:
- Оптическая развязка цепей.
- Триггерная цепь (может быть несколько).
- Защитные устройства и переключатели.
- Входы.
Вход – это первичная цепь, в которой устанавливается постоянное сопротивление. Функция входа заключается в приеме сигнала и передаче нужной команды на устройство, которое производит коммутацию нагрузки.
Развязка оптического типа
Оптическая развязка – это прибор, который осуществляет изоляцию входов и выходов. Когда происходит обработка сигнала, поступающего на вход, обязательно нужно использовать триггерную цепь. Это отдельный компонент, но иногда он включен в конструкцию оптической развязки. Цепь переключения используется в том случае, когда нужно подать напряжение к нагрузке.
fb.ru
ТВЕРДОТЕЛЬНОЕ РЕЛЕ
Твердотельное реле – это современный модульный полупроводниковый прибор, содержащий в своем составе мощные силовые ключи на симисторах, тиристорах либо транзисторах. Такие реле используются для замены традиционных электромагнитных реле, контакторов и пускателей, так как обеспечивают наиболее надежный метод коммутации.
Твердотельные реле, как правило, состоит из оптопары, которая изолирует входную цепь пуска, оптопару - гальваническую развязку и мощный симистор, который выступает в качестве выключателя. Его название происходит от схожести с электромеханическими реле, но по сравнению с обычными, не происходит механического износа, кроме того, ТТР имеют возможность переключать даже очень большие токи. В этом случае у электромеханических реле быстро износятся контакты. Также эти реле позволяют переключать нагрузку со скоростью гораздо выше, чем у электромеханических реле.
Преимущества твердотельных реле
- - Нет механических деталей, подверженных износу.
- - Включение и выключение нагрузки происходит только при переходе напряжения через ноль.
- - Отсутствие электрических помех при работе.
- - Широкий диапазон рабочих напряжения.
- - Высокий уровень изоляции между управлением и цепью нагрузки.
- - Высокая механическая прочность.
- - Отсутствие шума при коммутации.
Если у вас возникли проблемы с покупкой готового твердотельного реле, ассортимент которых уже достаточно широк, можно спаять его самому, по нижеприведённой схеме.
Принципиальная схема твердотельного реле
Особенности данной схемы:
- - Управляющее напряжения от 3 В до 30 В постоянного тока.
- - Выходное напряжение коммутации от 115 В до 280 в переменного тока.
- - Минимальный рабочий ток от 50 мА.
- - Выходная мощность 400 Вт (без радиатора на симисторе).
Поэтому если это реле будет работать в условиях коммутации токов, превышающих 2 ампера, необходимо предусматривать охлаждающие радиаторы. При регулировке асинхронных двигателей запас по току нужно увеличить до 10 раз. Необходимо принять во внимание и тот факт, что способность твердотельного реле выдерживать перегрузки по току определяется уровнем «ударного тока».
Форум по устройствам автоматики
Схемы автоматики
elwo.ru
Твердотельные реле. Устройство и работа. Виды и особенности
Для обеспечения подключения различных электрических устройств бесконтактным способом применяют твердотельные реле, которые стали популярными в промышленности. Они используются для создания надежного оборудования с малыми габаритами. Основным недостатком таких устройств называют их высокую стоимость.
Твердотельное реле обеспечивает связь между электрическими цепями высокого и низкого напряжения с помощью полупроводниковых элементов.
Принцип действия и особенности конструкции
Имеется множество исполнений моделей таких устройств, но по своей структуре они мало чем отличаются. Эти незначительные отличия не оказывают влияния на их принцип действия, так как он по сути дела один и тот же.
Разберемся в особенностях управления электроприборами с помощью твердотельного реле. От обычных реле они отличаются отсутствием механических замыкаемых и размыкаемых контактов. Вместо них в твердотельном реле используются полупроводниковые элементы, такие как транзистор, либо симистор.
Принцип работы реле состоит в размыкании и замыкании цепи, передающей напряжение. Это осуществляется активатором, то есть, твердотельным устройством. Вид силового элемента зависит от свойства тока, который может быть, как переменным, так и постоянным. Для постоянного тока применяются транзисторы, для переменного тока – тиристоры и симисторы.
Через транзистор проходит ток. Симистор может пропускать ток в обоих направлениях, так же, как и тиристор.
На вход подается электрический сигнал, далее он идет на оптическую развязку на основе светодиода. Оптическая развязка позволяет изолировать входную цепь от промежуточной и выходной цепи. Далее в действие вступает цепь триггера, которая обеспечивает управление переключением выхода твердотельного реле.
Цепь переключения подает напряжение на нагрузку, представленную транзистором, либо симистором. Цепь защиты необходима для надежности работы реле при разных нагрузках.
Виды твердотельных реле
Имеется множество разных видов таких реле, отличающихся своими особенностями напряжения коммутации и контроля.
• Реле постоянного тока применяются в сети постоянного напряжения в интервале 3-32 ватта, характерны повышенными удельными свойствами, индикаторами на светодиодах, повышенной надежностью. Многие модели способны работать в широком интервале рабочих температур: -30 +70 градусов.• Реле переменного тока, имеют особенность в пониженном уровне электромагнитных помех, не создают шума при эксплуатации, малый расход электроэнергии, и высокое быстродействие. Диапазон мощности составляет от 90 до 250 ватт.• Реле с управлением вручную, дают возможность самостоятельной настройки типа действия.
По виду нагрузки реле разделяют на:
- Однофазные.
- 3-фазные.
Однофазное исполнение дает возможность подключать электрический ток в интервале от 10 до 120 ампер, либо от 100 до 500 ампер. Управление производится аналоговым сигналом и сопротивлением переменного типа.
3-фазные исполнения используют для подключения тока одновременно на трех фазах. Они могут работать в диапазоне 10-120 ампер. Среди них есть устройства реверсивного вида, отличающиеся обозначением и бесконтактной коммутацией. Их задача заключается в осуществлении надежного подключения всех цепей по-отдельности.
Чтобы защитить реле от ложных срабатываний, применяют специальные устройства.
Они применяются при запуске и эксплуатации асинхронного электромотора. При выборе такого устройства нужно сделать необходимый запас мощности. Для защиты реле от перенапряжений также применяется предохранитель быстрого действия, либо варистор.
Реле трехфазного исполнения имеют срок службы больше, чем 1-фазные реле. Коммутация осуществляется после перехода тока через нулевую границу.
По методам коммутации реле делятся:
- Реле для емкостных и индуктивных нагрузок.
- Реле для мгновенных срабатываний, применяются при необходимости быстрого подключения.
- С фазным управлением, дающим возможность регулировки освещения, нагревательных элементов.
По конструктивным особенностям реле делятся:
- С возможностью монтажа на рейку DIN.
- Для переходных планок, универсальные.
Достоинства и недостатки
Благодаря такому принципу действия мы получаем ряд преимуществ и недостатков.
Преимущества
- Отсутствие каких-либо щелчков при переключении. Хотя отсутствие звуковой индикации для кого-то может быть и минусом.
- Полупроводниковые твердотельные реле не искрят, не дребезжат и механически не изнашиваются, благодаря чему получается срок службы как минимум десятки лет без какого-либо обслуживания.
- Благодаря свойствам полупроводниковых элементов, возможна коммутация с минимумом помех.
- Высокое быстродействие позволяет производить включение при переходе напряжения через ноль. А при выключении симистор закрывается не сразу, а ровно тогда, когда через ноль переходит ток, что тоже снижает уровень помех.
- Малый расход электрической энергии благодаря тому, что нет электромагнитной связи. Использование полупроводников позволяет снизить потребление электрической энергии на 90%.
- Твердотельные реле имеют небольшие габариты, что позволяет упростить его установку и транспортировку.
- Длительный срок работы, не требующий технического обслуживания устройства.
- Широкая сфера применения для различных типов устройств и приборов.
- Возможность осуществления большого количества срабатываний (более одного миллиарда).
- Обеспечивает надежную изоляцию цепей входа и силовых цепей между собой.
- Повышает производительность устройства.
- Механическая прочность выражается в герметичной конструкции, вибрационной и ударной стойкости.
Недостатки
Казалось бы, пора везде и всюду менять механические реле на твердотельные. Но не стоит торопиться. Есть здесь один подвох. На открытом полупроводниковом элементе падает на порядки большее напряжение, чем на замкнутых контактах обычного реле, а именно, около двух вольт. Казалось бы, ерунда, всего один процент от напряжения в розетке. Но, предположим, что мы управляем двухкиловаттным обогревателем, который потребляет ток около 10 ампер.
Какая же мощность тогда будет выделяться на хваленом твердотельном реле? Умножаем 10 на 2, и получаем целых 20 ватт. Без хорошего радиатора здесь, к сожалению, не обойтись. А какая мощность будет выделяться при коротком замыкании – вообще страшно представить. Полупроводники расплавятся моментально, намного быстрее, чем сработает обычный автоматический выключатель в распределительном щитке.
Спасти твердотельные реле от губительного влияния короткого замыкания смогут только быстродействующие предохранители. Кроме большого выделения тепла есть у твердотельного реле еще один недостаток. Помех оно излучает меньше, но при этом само боится помех. И для защиты от них параллельно полупроводниковому элементу подключается цепочка из резистора и конденсатора.
И даже когда полупроводниковый элемент закрыт, реле все равно пропускает ток в несколько миллиампер. Для электрообогревателя это конечно не страшно, а вот, например, компактная люминесцентная лампа может начать вспыхивать. Практически можно увидеть, как нагрев мешает применяемости твердотельного реле.
Сфера применения
Твердотельные реле применяются очень широко. Они работают там, где необходимо подключать индуктивную нагрузку. Основные области использования рассматриваемых реле:
- Системы с регулированием температуры нагревательными элементами.
- Поддержание одной температуры в процессах и технологиях промышленного производства.
- Подключение цепей управления.
- Заменяют магнитные пускатели реверсивного действия.
- Управление электродвигателями.
- Контроль температуры трансформаторов и других устройств.
- Регулировка уровня света.
Как выбрать реле при покупке
Чтобы приобрести такой вид реле, рекомендуется посетить специализированный магазин электронных товаров. Там квалифицированные специалисты окажут помощь в подборе подходящего реле по всем параметрам.
При выборе рекомендуется учитывать такие свойства реле:
• Тип реле.• Наличие креплений.• Материал корпуса.• Скорость работы.• Наличие вспомогательных функций.• Фирма изготовитель.• Мощность.• Расход электричества.• Габаритные размеры.
Есть важный совет при покупке реле. Твердотельные реле рекомендуется устанавливать с запасом по мощности в несколько раз. В противном случае, даже небольшое превышение мощности выведет из строя реле.
Для защиты реле от неисправностей рекомендуется применять специальные предохранители. Имеется несколько видов предохранителей для защиты твердотельных реле:
- g R – применяются в широком интервале мощностей, имеют повышенное быстродействие.
- g S – применяются для любого тока, осуществляют защиту полупроводников от высоких нагрузок сети.
- a R – осуществляют защиту полупроводников от короткого замыкания.
Такие предохранители стоят недешево, их стоимость примерно равна цене самого реле. Однако это стоит того, так как они создают эффективную защиту реле от выхода из строя. Бывают и другие виды предохранителей, относящиеся к классам В, С, D. Они имеют отличия в том, что осуществляют защиту низкого качества, и меньшей ценой.
Во время работы реле быстро нагревается. При чрезмерном нагреве коммутация происходит с отклонением от нормального режима, ток снижается. При достижении 65 градусов, реле сгорает. Поэтому, для нормальной работы реле необходим радиатор охлаждения, а также запас по току в 3-4 раза больше номинала. При применении реле для регулирования скорости электродвигателей, запас по току следует повысить до 8-10 раз.
Похожие темы:
electrosam.ru
Твердотельные реле принцип работы, разновидности, достоинства и недостатки
Обычные промежуточные реле – это электромеханическое устройство. На его катушку подается напряжение, она притягивает к себе подвижную планку с контактами, которые замыкаются или переключаются.
Само наличие движущихся деталей в этом устройстве снижает его надежность. Контакты не только подгорают и окисляются. Со временем они теряют способность прижиматься друг к другу с подпружиниванием, что приводит к появлению переходного сопротивления или полному исчезновению контакта.
Электромеханические реле чувствительны к пыли и влаге. Существуют герметичные модели, но у них нет возможности для ревизии контактов. Это значит, что при их ухудшении реле придется выбросить.
Ресурс любого из современных реле, хоть и исчисляется в десятках тысяч включений, все же ограничен. А если реле должно срабатывать по сотне раз в сутки? Его ресурс быстро выработается, и устройство превратится в расходный материал, требуя постоянной замены. А если сбои в работе недопустимы?
Вот тут на помощь и приходит реле, называемое твердотельным.
Устройство твердотельного реле
Название «твердотельное реле» на русском языке может быть сокращено до аббревиатуры ТТР. По-английски же это звучит Solid State Relay или SSR.
Это – полностью полупроводниковое устройство, из механики имеющее только контактную систему для подключения внешних проводников. Пайку ТТР не переносят, так как при работе нагреваются, поэтому все присоединения проводов выполняются на винтовых клеммах.
Все элементы ТТР расположены внутри герметически закрытого и не разборного корпуса. Поэтому оно и носит такое название, поскольку представляет собой единое «твердое тело», и не предполагает выполнения ремонта или обслуживания.
Функционально само реле можно разделить на несколько подряд расположенных блоков или цепей.
Первая цепь: входная. Она преобразует входное управляющее напряжение к величине, приемлемой для выполнения переключений. Попутно она дополнительно может выполнять функцию защиты от импульсных помех, защиты от изменения полярности (при выпрямленном управляющем сигнале).
Минимально входная цепь содержит резистор для подавления лишнего напряжения постоянного тока, плюс – выпрямительный мост для выпрямления переменного тока.
Вторая цепь: оптическая развязка. У электромеханического реле входная и выходная цепь разделены конструктивно, так как катушка управления никак не связана с контактной системой. Для гальванического развязывания цепей управления с коммутируемыми цепями, которые могут питаться от разных источников, используется электронный прибор – оптрон. В нем этот процесс происходит за счет использования света для передачи команды управления.
Третья цепь, принимая сигнал от оптрона, запоминает его. Она представляет собой электронный ключ – триггер.
И, наконец, последняя – переключающая цепь. Она подает напряжение на выход реле, для чего рассчитывается на номинальное напряжение нагрузки.
Для разного характера нагрузки используются принципиально разные электронные компоненты для передачи напряжения управления. Для цепей постоянного тока достаточно транзисторного ключа. Но на переменном токе он работать не будет, для этих цепей применяют симисторы.
Поскольку выходной элемент переключающей цепи при работе реле пропускает ток нагрузки и от этого греется, он установлен на теплоотводе, являющемся частью корпуса реле.
Разновидности твердотельных реле
В первую очередь, эти реле, как и электромеханические, различаются по величине напряжения управления. А также, переменное (АС) оно или постоянное (DC). Величина напряжения, в отличие от электромеханики, может изменяться в некоторых пределах, а не иметь фиксированное значение.
От этих же реле оно унаследовало и другой параметр: величина выходного тока. Род тока зависит от того, что используется в реле в качестве ключевого элемента: транзистор или симистор. В этом их отличие от электромеханики, контакты которой могут быть всеядными. В качестве рабочего напряжения для выхода, управляющего нагрузкой, также указывается его диапазон.
Твердотельные реле могут управлять как однофазной, так и трехфазной нагрузками. То есть, манипулировать работой электродвигателей. Конечно, до коммутации токов мощных моторов им далеко, но маломощных электродвигатель задвижки вполне по силам. А чтобы иметь возможность эту задвижку как открывать, так и закрывать, используется твердотельное реле с реверсом. При этом одна фаза проходит всегда напрямую, а две другие меняются местами в зависимости от того, на каком из двух входов появился сигнал управления.
Достоинства и недостатки твердотельных реле
Основным недостатком ТТР можно назвать их стоимость, превышающую цену электромеханических аналогов. А также – обеспечение соответствующего теплового режима. Перегрев приводит к выходу из строя.
Достоинств больше:
— Повышение надежности работы (поставил и забыл).
— В десятки раз больший срок службы.
— Способность без вреда для себя переносить перегрузки до 200% по номинальному току. То, что у электромеханического реле приводит к подгоранию или выходу из строя контактов, у твердотельного вызывает срабатывание защиты от перегрузки.
— Возможность массового применения в бытовой аппаратуре.
— Способность работать в любом положении в пространстве, что для некоторых реле нежелательно или даже недопустимо.
— Встроенная защита от импульсных помех, которых с каждым днем становится все больше. Само же реле создает меньше помех при коммутации, так как искрение между контактами отсутствует по принципу работы.
— Высокое быстродействие, что позволят выполнять цикл включение/отключение на очень короткий период.
И, самое главное, учитывая темпы развития промышленной электроники: за этими реле – будущее. Поэтому не за горами тот день, когда все электромеханические реле станут твердотельными.
pue8.ru
переменного и постоянного тока, схема подключения своими руками, принцип работы российского
Твердотельное реле может отличаться по внешнему виду, однако принцип работы у них один и тот же Этот современный полупроводниковый элемент, имеющий в своем составе особо мощные силовые ключи на тиристорах, симисторах, или же транзисторах силовых. Такие реле самый подходящий вариант для замены обычных классических электромагнитных пускателей и контакторов, так как они обеспечивают наиболее надежный и безопасный способ подключения.
Твердотельное реле своими руками: схема подключения
Элементная база данного радиоэлектронного модуля, в не независимости от производителя, можно сказать относительна постоянна, иногда только имеются небольшие отличительные моменты.
Входная цепь устройства состоит из привычного сопротивления, которое соединено последовательно с общим оптическим изолятором, или же обладает более сложной конструкцией, имеющей в своем составе регулятор тока и защиту от обратной полярности.
Свойства устройства:
- Оптическая развязка обычно обеспечивает изоляцию между разными цепями электронного модуля;
- Переключающая цепь осуществляет подачу напряжения на нагрузку;
- Триггерная цепь ответственна за обрабатывание входного сигнал и переключения его на выход;
С помощью схемы можно без ошибок подключить твердотельное реле
Защитная цепь механизма может как иметь свободное подключение, так и быть внутри устройства.
Защита твердотельного реле
Твердое реле можно, не только купить, но и попробовать изготовить самостоятельно. Работы по его сборке не трудные, и практически каждый радиолюбитель в состоянии сделать для себя простой вариант конструкции.
Особенностями такой самодельной конструкции можно назвать следующие позиции:
- Управляющее напряжения в диапазоне от 3 В до 30 В тока постоянного;
- Выходное напряжение подключений от 115 В до 280 В;
- Минимальный рабочий ток предполагается от 50 мА;
- Мощность выходная 400 Вт.
Если вам нужно использовать устройство при коммутации токов, которое будет выше 2 ампер, то нужно предусмотреть возможность охлаждения прибора с помощью радиатора. Во время управления асинхронными двигателями параметры запаса по току следует увеличить до 10 раз.
Удобное твердотельные реле: принцип работы и схема включения
В системах автоматик для управления силовыми соединениями с помощью низковольтных сигналов применяют коммутаторы, которые называются реле. Эти элементы могут быть самых разных устройств и видов.
Наиболее простые электромагнитные реле обычно содержат контакты и обмотку на сердечнике. Во время подачи на обмотку напряжения в сердечниках возникают магнитные поля, притягивающие контакты. Они либо размыкают, либо замыкают цепь нагрузки. Вместе с электромагнитными, сегодня, частое применение находят изделия нового поколения, которые обладают рядом преимуществ – твердотельные реле.
Главным преимуществом твердотельного реле можно считать отсутствие механических деталей и узлов, которые обычно подвержены износу.
Кроме того, можно отметить следующие положительные факторы использования прибора:
- Отключение и включение нагрузки осуществляется лишь в случае прохождения напряжения через ноль;
- Не создается электрических помех в процессе работы;
- Большой диапазон рабочего напряжения;
- Отличный уровень изоляции, существующий между управлением и нагрузкой;
- Уверенная механическая прочность.
Также немаловажным фактором, которые отмечают многие пользователи, является отсутствие звуков при коммутации нагрузки.
Рассмотрим, как подключить твердотельное реле к светильнику: структура прибора
Твердотельным реле называется устройство, которое обеспечивает контакт между низковольтной и высоковольтной электрическими цепями.
Ели рассматривать структуру данного прибора, то можно заметить, что большинство моделей похожи между собой. Они имеют лишь незначительные отличия, никак не влияющие на принцип работы устройства, что очень легко проверить.
Перед тем как подключить твердотельное реле к светильнику, предварительно стоит посмотреть обучающее видео
Структура твердотельного реле следующая:
- Входы,
- Оптические развязки,
- Триггерные цепи,
- Цепи защиты и переключателя.
Входом есть первичная цепь, характеризующаяся наличием резистора, имеющемся на постоянном изоляторе, с последовательным подключением. Основная функция схемы входа состоит в том, чтобы принять сигнал и передаче команду устройству твердотельного реле, коммутирующему нагрузку.
Схема твердотельного реле переменного тока: проверка прибора
В качестве изоляции выходной и входной сети переменного тока используют прибор оптической развязки. Тип данного компонента, влияет на общий вид реле и общий принцип его работы. При обработке входного сигнала, а также, при переключении выхода нужно использовать конструкцию триггерной цепи. Выступает она в роли отдельного элемента, а иногда, входит в состав развязки оптической.
Для того, чтобы можно было подать напряжение на нагрузку используют цепь переключающего типа, включающая транзистор, симистор, и кремниевый диод.
Для обеспечения твердотельному реле защиты от сбоев при работе, а также для устранения возможности возникновения ошибок, используют отдельную защитную цепь. Данное устройство может быть двух видов: внешнего и внутреннего.
Схема твердотельного реле состоит из:
- Систем контроля;
- Самого твердотельного реле;
- Насоса;
- Двигателя;
- Трансформатора;
- Нагревателя.
Для того, чтобы можно было коммутировать индуктивную нагрузку при помощи твердотельного реле нужно увеличить запас переменного тока в 6-9 раз.
Как работает твердотельное реле российского производства
Принцип работы устройства прибора твердотельного реле заключается в размыкании и замыкании контактов, передающих напряжение именно на реле. Для того, чтобы привести в движение контакты, нужно наличие активатора. Такую его роль в твердотельном реле осуществляет полупроводник или, как еще его называют, твердотельный прибор. В устройствах, работающих при переменном токе данную функцию выполняет тиристор или симистор, а в приборах с постоянным, транзистор.
Прибор, характеризующийся наличием ключевого транзистора, называется твердотельным реле. К нему относятся, например, датчики света или движения, которые при помощи транзистора осуществляют передачу напряжения. Между током в катушке и силовыми контактами появляется процесс гальванической развязки, исчезающий в следствие появления оптической цепи.
Область применения твердотельного реле очень широкая. Его принято использовать в том случае, если появляется необходимость коммутировать индуктивную нагрузку.
Твердотельное реле российского производства отличается хорошим качеством и длительным сроком службы
Твердотельное реле применяют в следующих случаях:
- В системах, где производится регулировка температурных показателей при помощи тэна;
- Для поддержания постоянной температуры в определенном технологическом процессе;
- При коммутировании цепей управления;
- В случае замены пускателей реверсного бесконтактного типа;
- Управление электродвигателями;
- Для регулирования уровня и силы освещения.
Кроме того, необходимо знать, что реле твердотельные постоянного тока – используют при работе постоянного электричества в диапазонах от 3 до 30 Вт. Ему характерны высокие удельные характеристики, со светодиодной индикацией, отличающейся высокой надежностью.
Как работает твердотельное реле (видео)
Твердотельные реле переменного тока имеют такие отличия, как низкий уровень помех, отсутствие треска и шума во время работы, пониженное потребление электроэнергии, большая скорость работы.
Добавить комментарий
6watt.ru
Твердотельное реле (принцип действия) (видео)
(Last Updated On: 18.02.2018)
Твердотельное реле (принцип действия)
Научно-технический прогресс, повсеместное внедрение электронных систем управления требуют современного оборудования, отвечающего мировым стандартам. Современные элементы электрических цепей отличаются достаточно компактными размерами, функциональностью и надежностью. Взять, к примеру, твердотельные реле – принцип действия таких реле позволяет использовать их в самых разных электрических цепях, начиная от низковольтных цепей контроля и заканчивая высоковольтными силовыми цепями. Основное назначение твердотельного реле – обеспечение изоляции между цепями разного напряжения. Сфера их применения достаточно широка – это и бытовая техника, и линии связи, и промышленные предприятия, и другие потребители постоянного и переменного тока. Главное преимущество твердотельных реле – в возможности бесконтактной коммутации цепей.
Принцип действия твердотельного реле
Как уже отмечено выше, работают твердотельные реле с сетями различного напряжения. В этом и заключается их основное предназначение – они позволяют эффективно коммутировать силовые цепи, находящиеся под управлением контрольного сигнала слабого тока. Принцип действия твердотельного реле основан на технологии управления сигнала слабого тока с помощью силового ключа, действующего через гальваническую развязку. Тип используемого в реле силового элемента зависит от характера тока – постоянного или переменного. Для цепей с постоянным током используются транзисторы типа IGBT, для цепей с переменным током – симисторные и тиристорные ключи.
Твердотельные реле делятся по нескольким основаниям:
по характеру тока в сети:
- реле постоянного тока;
- реле переменного тока;
по числу фаз подключения:
- однофазные реле;
- трехфазные реле;
по типу коммутации:
- реле с фазовой регулировкой, которое коммутирует соединение, изменяя угол открытия ключа;
- реле, коммутирующие соединение посредством пропускания тока через нулевую фазу;
по типу исполнения корпуса:
однофазное реле:
- стандартный корпус;
- корпус модульного типа;
трехфазное реле:
- стандартное исполнение;
- вариант, предусматривающий возможность изменения фазового чередования (реле реверсивного типа)
Видео:
Твердотельное реле – преимущества использования
Одним из основных преимуществ твердотельного реле можно назвать его компактные размеры. Благодаря этому такие реле могут использоваться в самых разных условиях, даже в самых стесненных. При этом компактность размеров отнюдь не означает уменьшенную функциональность – компактное твердотельное реле полностью заменить собой громоздкое электромагнитное реле. В некоторых ситуациях использование реле данного типа позволяет повысить эффективность труда. К примеру, если твердотельное реле смонтировано в цепь, управляющую температурным режимом, то можно получить более точное и стабильное регулирование температуры. К другим преимуществам твердотельных реле относятся:
- высокая скорость срабатывания;
- бесшумность;
- твердотельное реле не имеет дребезжащих контактов и потенциальных источников искр;
- сниженное энергопотребление;
- высокая степень изоляции соединений;
- твердотельные реле характеризуются высоким уровнем надежности и долговечностью.
Твердотельные реле – правила выбора
Надо очень внимательно выбирать твердотельное реле – принцип действия такого реле требует обязательного учета коммутируемого напряжения. Этот показатель следует выбирать так, чтобы коммутируемое напряжение сети было на порядок ниже максимально разрешенного для конкретного реле – запас прочности не повредит. Нужен запас и по силе тока на случай неполадок в сети. Вообще при выборе электрооборудования всегда нужно учитывать возможные колебания в электросети. Также важно выбирать и устанавливать твердотельные реле таким образом, чтобы они получали достойную вентиляцию – их использование связано с образованием большого объема тепла, поэтому тепловое отведение и охлаждение должны быть непременными условиями, а не дополнительной опцией к реле.
cassuspro.ru
