Схема включения твердотельного реле: Страница не найдена — Онлайн-журнал «Толковый электрик»

Содержание

Твердотельное реле: схема, принцип работы, подключение

Чтобы обеспечить бесконтактную коммуникацию различных устройств без использования электромагнитов применяют твердотельное реле. Об особенностях, принципе действия и схеме подключения данного устройства поговорим далее.

Оглавление:

  1. Твердотельное реле — принцип работы
  2. Преимущества и сфера использования твердотельного реле
  3. Разновидности твердотельных реле
  4. Выбор и покупка твердотельного реле
  5. Особенности подключения твердотельного реле

Твердотельное реле — принцип работы

Твердотельное реле — это устройство, обеспечивающее контакт между низковольтными и высоковольтными электрическими цепями.

Рассматривая структуру данного прибора, большинство моделей схожи между собой, имеют незначительные отличия, которые никак не влияют на принцип их работы.

Структура твердотельного реле включает наличие:

  • входа,
  • оптической развязки,
  • триггерной цепи,
  • цепи переключателя,
  • цепи защиты.

Входом является первичная цепь, которая характеризуется наличием резистора на постоянном изоляторе, который имеет последовательное подключение. Основная функция цепи входа состоит в принятии сигнала и передаче команды устройству твердотельного реле, которое коммутирует нагрузку.

В качестве изоляции входной и выходной сети с переменным током используется устройство оптической развязки. От типа данного компонента, зависит вид реле и его принцип работы.

Для обработки входного сигнала и переключения выхода используется конструкция триггерной цепи. Она выступает, как отдельный элемент, а в некоторых моделях входит в состав оптической развязки.

Чтобы подать силу напряжения на нагрузку используется цепь переключающего типа, которая включает транзистор, кремниевый диод и симистор.

Чтобы защитить твердотельное реле от сбоев в работе или возникновения ошибок, используется отдельная защитная цепь. Это устройство бывает двух видов: внутреннего и внешнего.

Твердотельное реле схема состоит из:

  • системы контроля,
  • устройства твердотельного реле,
  • двигателя, насоса, сварочного аппарата, трансформатора или нагревателя.

Чтобы коммутировать индуктивную нагрузку с помощью твердотельного реле следует увеличить запас тока в 6-8 раз.

Принцип работы твердотельного реле состоит в замыкании или размыкании контактов, которые передают напряжение непосредственно на реле. Чтобы привести в действие контакты необходимо наличие активатора. Его роль в твердотельном реле выполняет полупроводник или твердотельный прибор. В устройствах которые работают при переменном токе это тиристор или симистор, а для приборов с постоянным током — транзистор.

Прибор, который характеризуется наличием ключевого транзистора, является твердотельным реле. Это, например, датчик движения или света, который с помощью транзистора осуществляет передачу напряжения.

Между напряжением в катушке и силовых контактах появляется действие гальванической развязки, которое исчезает в следствие наличия оптической цепи.

Преимущества и сфера использования твердотельного реле

Твердотельное реле часто заменяет обычные контактеры из-за большого количества преимуществ перед ними. Рассмотрим основные достоинства твердотельного реле:

1. Небольшое потребление энергии — из-за отсутствия электромагнитного разнесения, электромагнитное реле потребляет много электроэнергии, так как в твердотельном реле используется полупроводник, количество электроэнергии для его работы меньше на 90%.

2. Твердотельное реле малогабаритное устройство, это качество позволяет его легко транспортировать и устанавливать.

3. Данное устройство характеризуется высоким уровнем быстродействия и не требует ожидания для запуска.

4. Низкая шумопроизводительность — еще одно преимущество твердотельного реле перед контактерами.

5. Такие приборы отличаются более длительным сроком эксплуатации и не требуют дополнительного технического обслуживания.

6. Имеют большую сферу использования и подходят для разных приборов.

7. Твердотельное реле позволяет включать цепь не допуская помех электромагнитного характера.

8. Высокий уровень быстродействия позволяет избежать дребезга контактов во время работы устройства.

9. Твердотельное реле позволяет осуществить более миллиарда срабатываний.

10. Наличие надежной изоляции между цепями входа и коммутации повышает производительность прибора.

11. Реле отличается наличием компактной герметичной конструкции и стойкой вибрацией перед ударами.

Сфера использования твердотельного реле достаточно широкая. Их используют в том случае, если возникает необходимость в коммутации индуктивной нагрузки. Рассмотрим основные области применения данного устройства:

  • система, в которой производится регулировка температуры при помощи тэна;
  • чтобы поддержать постоянную температуру в технологическом процессе;
  • для коммутирования цепи управления;
  • при выполнении замены пускателей бесконтактного реверсного типа;
  • управление электрическими двигателями;
  • контроль нагрева, трансформаторов и других технических приборов;
  • регулирование уровня освещения.

Разновидности твердотельных реле

Есть несколько разновидностей твердотельного реле, которые отличаются особенностями контролирующего и коммутируемого напряжения:

1. Твердотельные реле постоянного тока — используется при действии постоянного электричества в диапазоне от 3 до 32-х Вт. Характеризуется высокими удельными характеристиками, светодиодной индикацией, высокой надежностью. Большинство моделей имеют широкий диапазон рабочих температур от -30 до +70 градусов.

2. Твердотельные реле переменного тока отличается низким уровнем электромагнитных помех, отсутствием шума во время работы, низким потреблением электроэнергии и высокой скоростью работы. Рабочий интервал составляет 90-250 Вт.

3. Твердотельные реле с ручным управление, позволяют настраивать тип работы.

В соотношении с типом нагрузки выделяют:

  • однофазное твердотельное реле,
  • трехфазное твердотельное реле.

Однофазное реле позволяет коммутировать электричество в диапазоне 10-120 А, или в диапазоне 100-500 А. Фазовое управление осуществляется при помощи аналогового сигнала и переменного резистора. Трехфазные реле применяют для коммутации тока сразу на трех фазах одновременно. Они имеют рабочий интервал от 10 до 120 А. Среди трехфазных реле выделяют устройства реверсивного типа, которые отличаются маркировкой и бесконтактной коммукацией. Их функция состоит в надежной коммутации каждой цепи отдельно. Специальные устройства способны надежно защищать реле от ложных включений.

Они используются во время запуска и работы асинхронного двигателя, который производит их реверс. При выборе данного устройства необходимо соблюдать большой запас мощности тока, который безопасно и эффективно эксплуатирует устройство.

Чтобы избежать возникновения перенапряжений при использовании реле, следует обязательно приобрести варистор или предохранитель быстрого действия.

Трехфазные реле отличаются более длительным сроком эксплуатации, чем однофазные. Коммукация происходит в следствие перехода тока через ноль и светодиодную индикацию.

В соотношении с методом коммукации выделяют:

  • устройства, выполняющие нагрузки емкостного типа, редуктивного типа, слабой индукции;
  • реле со случайным или мгновенным включением, используются в том случае, когда требуется мгновенное срабатывание;
  • реле с наличием фазового управления, позволяют производить настройку нагревательных элементов, ламп накаливания.

В соотношении с конструкцией твердотельные реле бывают:

  • монтируемые на Д И Н рейки,
  • универсальные, устанавливаемые на планки переходного типа.

Выбор и покупка твердотельного реле

Чтобы купить твердотельное реле, следует обратиться в специализированный магазин электроники, в котором опытные специалисты помогут подобрать устройство, в соотношении с необходимой мощностью.

Твердотельное реле цена определяется такими характеристиками:

  • тип устройства,
  • наличие крепежных элементов,
  • материал, из которого изготовлен корпус,
  • мгновенное или постепенное включение,
  • наличие дополнительных функций,
  • производитель,
  • мощность,
  • потребление электроэнергии,
  • габариты прибора.

Во время покупки твердотельного реле, следует учесть один очень важный момент. Данные устройства должны работать с запасом мощности, который превышает мощность устройства в несколько раз. Если не придерживаться этого правила, при небольшом повышении мощности, прибор мгновенно выйдет из строя.

Рекомендуется использование специальных предохранителей, которые помогут избежать поломки реле.

Есть несколько разновидностей предохранителей:

  • g R — используются во широком диапазоне мощностей, отличаются быстрым действием;
  • g S — используются во всем диапазоне тока, защищаю элементы полупроводников от повышенных нагрузок электросети;
  • a R — защищают элементы полупроводникового типа от возникновения коротких замыканий.

Такие устройства имеют достаточно высокую стоимость, которая приравнивается к стоимости самого реле, но они обеспечивают высокоэффективную защиту устройства от поломки.

Существуют другие предохранители, которые относятся к классу В, С и D. Они отличаются меньшим спектром защиты и более дешевой стоимостью.

Во время эксплуатации твердотельного реле, следует учесть, что данный прибор очень быстро нагревается. Если корпус устройства очень сильно нагрелся, то оно не способно коммутировать ток в обычном режиме, количество тока очень сильно снижается. Если температура нагрева достигнет 65 градусов, то прибор сгорит.

Поэтому во время использования реле обязательно требуется установка охлаждающего радиатора. И запас тока должен быть в три, четыре раза выше. Если производится регулировка двигателей асинхронного типа, то запас тока увеличивается в восемь-десять раз.

Особенности подключения твердотельного реле

Рекомендации по самостоятельному подключению твердотельного реле:

1. Соединения не требуют использования пайки, а осуществляются винтовым способом.

2. Чтобы избежать повреждения прибора нельзя допускать попадания в него пыли или элементов металлического происхождения.

3. Не разрешается прилагать недопустимые внешние воздействия на корпус устройства.

4. Не размещайте твердотельное реле рядом с легко воспламеняющимися предметами, а также не прикасайтесь к прибору, в то время когда он работает, чтобы избежать получения ожогов.

5. Перед включением реле следует убедиться в правильной коммутации соединений.

6. В случае нагрева корпусы выше 60 градусов, рекомендуется установка реле на радиатор охлаждения.

7. Чтобы избежать повреждения прибора нельзя допускать возникновения короткого замыкания на выходе.

 

Всё, что нужно знать о твердотельных реле | СамЭлектрик.ру

Статья не претендует на википедийность!
Если нужны академические знания, с ними можно ознакомиться в книгах и учебниках, которые выложены для свободного скачивания у меня на блоге, на странице Скачать.
трехфазное ТТР

трехфазное ТТР

В этой статье обсудим схемы подключения твердотельными реле (ТТР), и способы управления ими.

Напоминаю, для тех кто не в курсе – что такое твердотельное реле и как оно работает – обратитесь к более старой моей статье О принципах работы твердотельных реле.

Схемы включения подобных реле не очень сложны, но, как и везде, есть свои особенности.

Твердотелки – надо ли их использовать?

Для начала рассмотрим также целесообразность применения таких реле. Например, реальный случай:

У нас на предприятии на одном станке стоят соленоидные клапаны с питанием 24VDC 2А. Эти два клапана соединены параллельно, и включаются-выключаются с частотой примерно 1 раз в секунду. Питание идёт через реле. И, несмотря на то, что номинальный ток реле 10А индуктивной нагрузки, приходилось менять его каждый месяц-два. Поставили мы твердотелку – и забыли, работает без шума и проблем уже два года.

Другой случай, когда такие реле не нужны:

Простейший контроллер температуры, точность поддержания не существенна. Нагрузка – ТЭНы, работают в воде круглосуточно. Чаще, чем раз в год, один из ТЭНов замыкает или коротит на корпус. Здесь большая вероятность того, что ТТР выгорит, так как они очень чувствительны к перегрузкам.

О перегрузках и защите твердотельных реле будет подробно сказано ниже, а в данном случае целесообразно применить обычный контактор, который прекрасно справляется с перегрузкой и стоит в 10 раз дешевле.

Поэтому, за модой гнаться не стоит, а лучше применить трезвый расчет. Расчет по току и по финансам.

Если кому-то придёт в голову, можно кнопкой звонка или герконом запускать двигатель мощностью 10 кВт! Но не так всё просто, подробности будут ниже.

Различия схем включения реле

По виду подключения твердотельные реле можно разделить на следующие категории:

По управлению (виду входного управляющего сигнала):
  • постоянное напряжение (встречается чаще всего),
  • переменное напряжение,
  • постоянный ток 4-20 мА,
  • переменный резистор.

По виду коммутируемого тока
  • твердотельные реле переменного тока
  • твердотельные реле постоянного тока

По количеству фаз
  • одна фаза
  • три фазы (как правило, фактически это две фазы)

В любом случае, для выбора ТТР и его схемы включения нужно руководствоваться мануалами на данное реле.

Кстати, рекомендую мою статью про трехфазное и однофазное напряжение. Терминология и отличия разжеваны не пальцах)))

Схемы подключения твердотельных реле

Теперь рассмотрим подключение твердотельного реле подробнее.

Управление твердотельными реле схемотехнически такое же, как и у обычного реле. Ниже упрощенно показана схема включения реле переменного тока с сигналом управления 24В постоянного тока:

Схема включения твердотельного реле

Схема показана для реле, у которого управляющее напряжение постоянное, от 5 до 24 Вольт. Данное реле может коммутировать переменное напряжение до 240 Вольт, ток до 20 А.

С током не всё так просто, но об этом ниже.

Как работает схема. На вход (контакты 3 и 4, соблюдать полярность!)  подается управляющее напряжение от источника 24В. Подается оно через цепь управления, которая представлена как НО контакт. Этим контактом может быть и обычное реле, и выход контроллера, и датчик с релейным выходом или транзисторным выходом типа PNP.

Про НО контакты и PNP выходы датчиков я подробно написал в этой статье. Очень рекомендую!

Ещё раз напоминаю –

НЗ – это закрытые (замкнутые) контакты, через которые в нормальном положении (без активации управляющим сигналом) течёт ток.

НО – это открытые (незамкнутые) контакты, через которые в нормальном положении (без активации управляющим сигналом) ток не течёт.

Условные выходные контакты ТТР также будут НО, т.к. без активации цепи управления нагрузка выключена.

Теперь подробнее по управлению твердотелками.

Схемы с управлением от транзистора

Здесь транзистор может быть выходом любого полупроводникового прибора – датчика приближения, контроллера, и т. п.

 Управление транзистором PNP, НО реле

Скажу, что со схемами управления, которые я взял из фирменных инструкций, полная путаница. Можете сами разобраться, а я расскажу своё мнение.

Управление транзистором PNP, НО реле

Управление транзистором PNP, НО реле

Под “нормально открытым контактом” (читали, что это, ссылку я давал выше?) подразумевается, что без управляющего напряжения (на базе транзистора) твердотельное реле не пропускает ток. Напряжение между входными контактами 3 и 4 близко к нулю, реле выключено. При подаче входного управляющего напряжения на базу транзистора (например, +5В), транзистор открывается и плюс подается на вход 3. Реле открывается, нагрузка получает питание.

Управление транзистором NPN, НЗ релеУправление транзистором NPN, НЗ реле

Управление транзистором NPN, НЗ реле

Когда транзистор закрыт (не активен), на управляющий вход твердотельного реле подается напряжение, нагрузка под напряжением.

Управление транзистором NPN, НО реле

Когда транзистор закрыт (не активен), на управляющий вход твердотельного реле подается напряжение, близкое к нулю, и нагрузка без напряжения.

Управление резистором

Плавно подходим к переменному току.

Управление переменным резистором

Управление переменным резистором

Не путать переменный ток и переменный резистор! В данном случае твердотельное реле фактически является диммером, который изменяет скважность выходного напряжения для нагрузки, которая приспособлена для этого. Такие реле – только с коммутацией переменного тока, и включаются/выключаются 100 раз в секунду.

 Схема с фиксацией и управлением кнопками (защелка)Управление твердотельным реле с фиксацией включения

Управление твердотельным реле с фиксацией включения

Схема включения интересна тем, что можно включать – выключать нагрузку, используя только две кнопки – Пуск и Стоп. То есть, схема такая же, как и при использовании обычного реле. Точнее, магнитного пускателя. Важно, что управляющее напряжение равно напряжению питания нагрузки.

Схема нарисована тайваньскими инженерами, попробуем разобраться в ней.
Кстати, её же можно использовать для коммутации и переменного, и постоянного тока.

Схема работает таким образом. Исходно управляющее напряжение поступает на клемму 3 ТТР с источника питания через НЗ контакты кнопки Стоп. При нажатии кнопки Пуск (слева на схеме) напряжение с другого полюса источника поступает через НО контакты на клемму 4 ТТР. Реле включается, напряжение на клемме 1 появляется, и подается через резистор (вверху схемы) на клемму 4. Прошла доля секунды, кнопку Пуск можно отпускать, нагрузка питается до тех пор, пока не будет нажата кнопка Стоп.

 Схемы включения трехфазных твердотельных релеТрехфазное твердотельное реле, схемы подключения.

Трехфазное твердотельное реле, схемы подключения.

Тут источник трехфазного напряжения – справа по схемам, нагрузка – слева. Управляющее напряжение может быть любым (переменным или постоянным).

Кроме того, коммутация может быть как по двум фазам, так и по трём, это важно! Подробнее ниже.

Реверсивные твердотельные реле

Существуют также специальные трехфазные твердотельные реле для реверса двигателей, у которых два управляющих входа.

Пример включения трехфазного реле – на фото ниже:

Включение трехфазного твердотельного реле

Включение трехфазного твердотельного реле

Как видно, реле не совсем трехфазное, одна фаза подается на двигатель постоянно, что может стать причиной опасности.

Та же особенность бывает в устройствах плавного пуска.

На корпусе реле напечатана его схема включения, где всё понятно. Реле реверсивное, и у него два входа – Forward и Reverse (Вперёд/Назад). Для реверса фазы L1 и L2 меняются местами.

Важно – внутри реле нет блокировки от одновременного включения в обоих направлениях, и ее надо обеспечить аппаратно (блокировочные контакты кнопок/реле) и программно (если управление – от контроллера). Если это не предусмотреть, то вероятна ситуация, когда силовые выходы 1, 2, 3, 4 будут замкнуты накоротко 🙁 .

Выбор твердотельных реле, защита и особенности работы

Обычное реле и контактор без особых проблем выдерживают кратковременные перегрузки до 150 и даже 200% от номинала. Особенно, если не коммутировать нагрузку с таким током, а повышать ток после замыкания, и понижать перед размыканием.

Обычные контакты могут выдержать и кратковременный ток КЗ, если сработает защита с правильной уставкой тока. Просто, возможно, придётся потом контакты почистить.

Твердотельные реле от перегрузок страдают сильнее, за пол периода портятся безвозвратно, и контакты потом не почистить, из-за отсутствия таковых.

Это как в звукотехнике. Ламповая техника при перегрузках чувствует себя нормально, только слегка “потеет”, а транзисторы начинают жутко искажать сигнал и могут выйти из строя. За это до сих пор так ценятся ламповые усилители, за их мягкий, бархатный звук на предельных мощностях. Другое дело, что источников качественного сигнала сейчас практически нет, всё заполонил mp3 128kbps, и то в лучшем случае. Но это тема отдельной статьи…

Если при выборе контактора достаточно выбрать запас в 10-20% и защитить его обычным автоматом, то с твердотельными устройствами всё сложнее.

Поэтому для твердотельных реле рекомендуется для активной нагрузки (лампы, ТЭНы) запас по номинальному току в 2-4 раза. При пуске асинхронных двигателей из-за большого пускового тока запас по току нужно увеличить до 6-10 раз.

То есть, трехфазная твердотелка Fotek TSR-40AA-H на 40А, показанная на фото чуть выше, на своих 40 амперах работать вряд ли будет. Мощность двигателя, которую можно коммутировать в данном случае – от 2,2 кВт до 5 кВт. Причём двигатель 5 кВт (это около 10А) должен запускаться обязательно на холостом ходу, с минимальным пусковым моментом, а нагрузку к нему прикладывать можно после пуска и разгона.

Кстати, с индуктивной нагрузкой твердотельные реле могут вести себя неадекватно, у меня бывали проблемы. В случае высокоиндуктивных нагрузок (трансформаторы, катушки с магнитопроводами, электрические звонки, и т. п.) нужно параллельно нагрузке включать RC-цепь (снабберную цепь из последовательных резистора и конденсатора) для уменьшения влияния противо-ЭДС. Кроме того, эта цепь уменьшает общую индуктивность нагрузки, т.е. делает её более активной. И ТТР легче работать.

Оригинал статьи (полная версия) тут.

Интересно? Ставьте лайк, подписывайтесь, задавайте вопросы!

Если интересны темы канала, заходите также на мой сайт — https://samelectric.ru/ и в группу ВК — https://vk.com/samelectric

Обращение к читателям, которым есть, что сказать: Если Вы готовы стать Автором, я могу предоставить страницы своего сайта!

Твердотельное реле (SSR) | LAZY SMART

Твердотельное реле (ТТР) — это устройство, предназначенное для коммутации силовой нагрузки. Функционально оно ничем не отличается от обычного электромагнитного реле, но имеет другое устройство, характеристики и принцип действия. Этими особенностями обусловлены сферы, в которых использование твердотельных реле предпочтительнее, чем электромагнитных. Обо всём об этом далее по тексту…

Устройство и принцип работы

Твердотельное реле, как уже было сказано, предназначено для включения/выключения внешней нагрузки. Для этого оно имеет выходной контакт, который замыкается при подаче управляющего напряжения.

Однако, в отличие от электромагнитного реле, где выходной контакт — это два реальных металлических проводника, выходные контакты твердотельного реле выполнены на основе полупроводниковых компонентов (транзисторов, тиристоров или симисторов), то есть его выход — это электронный ключ.

Поскольку электронный ключ не может иметь нормально закрытое состояние, выход твердотельного реле всегда нормально-открытый.

Твердотельное реле имеет гальваническую развязку, то есть управляющая и коммутируемая цепи не связаны между собой электрически. Управляющий сигнал передаётся на электронный ключ с помощью встроенного оптрона.

Особенности твердотельного реле
  1. Меньшие габариты по сравнению с «электромагнитным собратом»
  2. Бесшумное переключение и работа
  3. Высокая надёжность и долгий срок службы
  4. Высокая скорость переключения (сравнима со скоростью света)
  5. Отсутствие эффекта искрения и подгорания контактов
  6. Сравнительно высокая стоимость
  7. Более чувствительны к перегрузкам, поэтому должны выбираться с большим коэффициентом запаса (2-4 раза для обычных нагрузок и 6-11 раз для устройств с большими пусковыми токами).

Характеристики твердотельного реле
  1. Тип управляющего напряжения. Это может быть постоянный или переменный ток. Так же стоить обратить внимание на диапазон управляющих напряжений. Например, для постоянного тока это может быть 3-32 В, а для переменного 80 -250 В.
  2. Тип коммутируемого напряжения. Аналогично управляющему напряжению может быть постоянным и переменным. Минимальные и максимальные значения коммутируемого напряжения также указываются в паспорте устройства.
  3. Максимальный ток нагрузки  —  выбирается сообразно с мощностью предполагаемой нагрузки.
  4. Количество фаз коммутируемого переменного напряжения — одно- или трёхфазные.

Области применения твердотельных реле

Исходя из принципа работы и особенностей твердотельных реле, можно сказать, что они применяются в тех случаях, когда требуется большое количество включений/выключений нагрузки за короткое время (высокая частота переключений). В таких системах обычные реле быстро вырабатывают свой ресурс и выходят из строя.

Твердотельные реле часто применяют для включения индуктивной нагрузки (например ТЭНы).

Кроме того, малые габариты и бесшумная работа, тоже могут стать причиной установки твердотельных реле.

Однако, не стоит забывать, что такие реле дороже, поэтому если можно обойтись обычным  электромагнитным реле, лучше так и сделать

Твердотельное реле постоянного тока

Используется для коммутации цепей постоянного тока. Как правило выдерживают достаточно широкий диапазон коммутируемого напряжения (порядка 5 — 230 В). В качестве электронного ключа используется транзистор.

Схема подключения:

Твердотельное реле переменного тока

Предназначены для коммутации цепей переменного тока. В качестве электронного ключа используется симистор или тиристор. Бывают однофазные и трёхфазные версии таких реле.

Реле твердотельное однофазное

Предназначено для коммутации однофазной нагрузки. Схема подключения похожа на схему в случае реле постоянного тока.

Реле твердотельное трёхфазное

Используются для коммутации трёхфазной нагрузки (например электродвигателей).

На входные контакты реле «приходят» три фазы питания, а при подаче управляющего сигнала эти фазы «появляются» на соответствующих выходных клеммах, к которым подключена нагрузка. На следующей схеме через трёхфазное реле запитаны три ТЭНа, соединённых звездой:

Для управления электродвигателями применяют специальные трёхфазные реле с реверсом.

Такое реле имеет три управляющих контакта. Один из них — общий, а два других в паре с ним образуют два управляющих входа. При подаче напряжения на первый, фазы коммутируются для прямого вращения электродвигателя, а при подаче «управляющей фазы» на другой вход — для обратного вращения.


Твердотельное реле сделать самому 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:

  1. Оптопара типа МОС3083.
  2. Симистор марки ВТ139-800 16А с изолированным анодом.
  3. Ограничивающий резистор, который снижает ток, проходящий через светодиод.
  4. Светодиод для индикации работы устройства.
  5. К управляющему электроду симистора подключается резистор 160 Ом.

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:

  1. При помощи оптической развязки обеспечивается изоляция различных цепей электронного устройства.
  2. При помощи переключающей цепи удается осуществить подачу на нагрузку питающего напряжения.
  3. 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:

  1. Управляющее напряжение – 3..30 В, ток постоянный.
  2. К выходу допускается подключать источники напряжением 115..280 В.
  3. Выходная мощность порядка 400 Вт.
  4. 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:

  1. Включение и отключение нагрузки происходит только в том случае, когда напряжение проходит через нуль.
  2. При работе не происходит появление помех электрического типа.
  3. Достаточно большой диапазон напряжений, при котором работает устройство.
  4. Между цепями управления и нагрузкой качественная изоляция.
  5. 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:

  1. Оптическая развязка цепей.
  2. Триггерная цепь (может быть несколько).
  3. Защитные устройства и переключатели.
  4. 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.

Твердотельные реле — примеры использования и подключения

Для коммутации нагрузок в различном оборудовании обычно используются контакторы и реле. Всем известны основные минусы этих устройств – подгорание контактов и наличие подвижных частей. От этих недостатков полностью свободны Твердотельные реле (ТТР), которые всё шире и шире используются в промышленном оборудовании.

В статье рассмотрим подключение и электрическую защиту твердотельных реле, а также различные примеры применения.

Варианты использования

ТТР имеет смысл ставить там, где нет возможности контролировать работоспособность обычных электромеханических реле. Да, ТТР дороже, но основное их преимущество – «поставил и забыл». Часто их ставят для коммутации индуктивной нагрузки (электромагниты), для которой обычные реле подходят слабо – контакты подгорают быстро, нужно их чистить или менять. Либо ставить реле на заведомо больший ток работы.

Другой вариант использования ТТР – включение мощной нагрузки типа ТЭНов, когда мощные контакторы прослужат недолгое время из-за частых включений-выключений. Такое бывает в случае, когда нужно точное поддержание температуры, а для этого устанавливают небольшую ширину петли гистерезиса.

Как и в случае с контакторами и реле, ТТР легче работать, когда нагрузка чисто активная (АС1), то есть не содержит индуктивности (cosφ стремится к 1). Тогда он легко может коммутировать ток, указанный на его корпусе. В большинстве же случаев нагрузка является частично реактивной (cosφ = 0,7-0,8), поэтому ток ТТР нужно всегда выбирать с запасом.

Запас по току нужен также и для надежной работы системы защиты, но об этом расскажем чуть позже.

Коммутация ТЭНа нагревателя

В этом примере, как мы уже отмечали выше, ТТР работает в самом простом режиме – коммутация напряжения питания 220 В для ТЭНа. Реле рассчитано на ток 40 А, для однофазного напряжения 220 В это означаем максимальную мощность 8,8 кВт.

Однако, в целях повышения надежности в данном случае никто не будет подключать через ТТР ТЭНы мощностью 8 кВт. Обычно, даже в этом случае выбирают запас 50 %, не менее. В данном примере применяется ТЭН на 1,5 кВт. Защита обеспечивается автоматическим выключателем с номинальным током 10 А.

Управление твердотельными реле

Фактически ТТР – это управляемый коммутатор. В каком-то смысле, обычный транзистор является твердотельным реле – при подаче управляющего сигнала он открывается, и пропускает ток в нагрузку.

В ТТР в более чем 90% случаев в качестве управляющего сигнала нужно постоянное напряжение. Диапазон напряжений – от 3 до 35 В, и может быть разным для разных моделей и производителей..

В редких случаях (в зависимости от модели) в качестве управляющего сигнала применяют переменное напряжение (порядка 100…250 В), токовый сигнал 4…20 мА, либо для управления используют обычный потенциометр.

Схема подключения проста, и обычно приводится на корпусе ТТР:

Приведенная схема включения твердотельного реле является наиболее распространенной. На управляющий вход ТТР подается постоянное напряжение порядка 12…24 В. Подача напряжения производится от внешнего источника питания через любой подходящий коммутирующий элемент – кнопка, переключатель, транзистор, реле. На работу ТТР не оказывает влияния схема включения и принцип действия схемы на его входе. Важен лишь сам факт подачи напряжения нужного значения и полярности.

В ТТР с управляющим сигналом в виде переменного напряжения принцип работы аналогичный.

В большинстве моделей ТТР реализована светодиодная индикация подачи управляющего сигнала, что позволяет «на лету» отслеживать и анализировать работу ТТР.

Силовая часть ТТР

Эта важная часть ТТР коммутирует ток нагрузки.

Входная и выходная части твердотельного реле гальванически развязаны при помощи оптопары. Твердотельное реле не имеет отдельного источника питания. И если входная часть ТТР питается от входного источника питания, то выходная часть питается через нагрузку, получая питание при условии, что эта нагрузка подключена.

Таким образом, если нагрузка имеет высокое сопротивление, с одной стороны, это хорошо – меньше ток через реле, и оно меньше испытывает перегрузки, работая с большим запасом. Но если этот ток продолжить уменьшать, ТТР просто не сможет работать – хотя, входная индикация будет показывать, что всё нормально.

Коммутация индуктивной нагрузки

С индуктивной нагрузкой (как правило, это электромагнит), не так всё просто.

В этом случае нужно учитывать переходные процессы в моменты включения и выключения ТТР. В эти моменты возможны всплески напряжения, которые могут привести к неприятным последствиям, например – «зависание» ТТР в открытом или закрытом состоянии, которое снимается перезапуском питания. Самый неприятный вариант – ТТР может полностью выйти из строя, при этом оно может остаться в опасном включенном состоянии.

Существуют особенности при подключении индуктивной нагрузки типа электромагнитов. Производители рекомендуют выбирать пару ТТР-электромагнит таким образом, чтобы ток нагрузки был не более чем 10% от максимально допустимого тока ТТР. Это обусловлено возможной нестабильностью работы. Кроме того, при коммутации постоянного тока рекомендуется параллельно нагрузке подключать обратно включенный диод.

Защита

Большинство производителейрекомендуют в качестве защиты устанавливать быстродействующие предохранители. Это нужно для того, чтобы в случае перегрузки или короткого замыкания нагрузки не произошло поломки ТТР.

Однако, поскольку стоимость таких предохранителей сопоставима со стоимостью самого ТТР, существует вариант установки вместо предохранителей защитных автоматов. Причем, производители рекомендуют только защитные автоматы с время-токовой характеристикой типа «В».

Чтобы пояснить принцип защиты, рассмотрим известные графики время-токовых характеристик автоматических выключателей:

Из графика видно, что при превышении тока защитного автомата с характеристикой «В» более чем в 5 раз время его выключения – около 10 мс (пол периода напряжения частотой 50 Гц).

Из этого можно сделать вывод, что для того, чтобы иметь большие шансы по сохранению работоспособности ТТР в случае КЗ, нужно применять защитные автоматы с характеристикой «В». При этом нужно соответственно рассчитывать токи нагрузки и защитного автомата в зависимости от максимального тока твердотельного реле.

Пример неправильной защиты ТТР

Случаются грубые ошибки в проектировании систем на ТТР. Пример – электронагреватель приточной вентиляции мощностью 18,5 кВт, питаемый через трехфазное твердотельное реле с рабочим током 25 А. Основная проблема в том, что защищается это ТТР через автоматический выключатель с номинальным током 25 А и время-токовой характеристикой С.

Даже в случае частичного превышения рабочего тока (например, до 35 А) в первую очередь выгорит ТТР, при этом время отключения защитного автомата – около 1 часа.

Твердотельные реле SSR-K / SCR-K

Твердотельные реле SSR-K / SCR-K ▼ Системы Автоматизации и Автоматика промышленного оборудования → Реле, контакторы, твердотельные реле → Твердотельные реле → Однофазные твердотельные реле → Твердотельные реле SSR-K / SCR-K

Однофазные полупроводниковые реле с радиатором SSR-K / SCR-K отличаются малым монтажным шагом (узкий корпус).
Идеально подходят для монтажа в шкафах управления

10A/20A/30A40A

Основные характеристики:

  • Встроенный радиатор
  • Крепление на DIN-рейку
  • Вход: 4~32Vdc / 20~265Vac/dc / 4~20mA
  • Выход: 24~380Vac / 90~550Vac / 5~60Vdc / 5~150Vdc
  • Номинальный ток: 5A / 10A / 20A / 30A / 40A
  • Размеры:
    25mm * 77mm * 74.6mm
    36mm * 77mm * 74.6mm (для модели 40A)

Спецификации:

SSR-K (однофазные реле DC-AC типа)

Модель

SSR-K10DA

(-H)

SSR-K20DA

(-H)

SSR-K30DA

(-H)

SSR-K40DA

(-H)

Тип

DC-AC

Ном. управляющее напряжение

4 … 32 В постоянного тока

Напряжение выключения

Ток срабатывания

макс. 12 мА

Метод управления

Коммутация при переходе тока через ноль

Номинальное напряжение нагрузки

24 … 380 В переменного тока

90 … 550 В переменного тока (для моделей -H)

Пиковое напряжение

более 1200 В переменного тока

Номинальный ток нагрузки

10А

20А

30А

40А

Макс. кратковременный ток

(в теч. 1 периода напряжения пит.)

135А

275А

410А

410А

Ток утечки

5.0 мА

Время отклика на входной сигнал

макс. 8.3 мс (60Гц)

Предельный импульс напряжения

2 кВ

Диэлектрическая прочность

4 кВ среднеквадр. знач.

Сопротивление изоляции

100МОм / 500В DC

Диапазон рабочих температур

-40°С . .. +80°С

SSR-K (однофазные реле AC-AC типа)

Модель

SSR-K10АА

(-H)

SSR-K20АА

(-H)

SSR-K30АА

(-H)

SSR-K40АА

(-H)

Тип

AC-AC

Ном. управляющее напряжение

20 …650 В пост. или перем. тока

Напряжение выключения

Ток срабатывания

макс. 3 ВА

Метод управления

Коммутация при переходе тока через ноль

Номинальное напряжение нагрузки

24 . .. 380 В переменного тока

90 … 550 В перем. (для моделей -H)

Пиковое напряжение

более 1200 В переменного тока

Номинальный ток нагрузки

10А

20А

30А

40А

Макс. кратковременный ток

(в теч. 1 периода напряжения пит.)

135А

275А

410А

410А

Ток утечки

макс. 5 мА

Время отклика на входной сигнал

макс. 8.3 мс (60Гц)

Предельный импульс напряжения

2 кВ

Диэлектрическая прочность

4 кВ среднеквадр. знач.

Сопротивление изоляции

100МОм / 500В DC

Диапазон рабочих температур

-40°С … +80°С

SSR-K (однофазные реле DC-DC типа)

Модель

SSR-K25DD (-H)

Тип

DC-DC

Ном. управляющее напряжение

4 . .. 32 В пост. тока

Напряжение выключения

Ток срабатывания

12 мА

Метод управления

Оптрон

Номинальное напряжение нагрузки

5 … 60 В пост. тока

5 … 150 В пост. тока (для мод. -H)

Пиковое напряжение

300 В пост. тока

Номинальный ток нагрузки

25А

Макс. кратковременный ток

(в теч. 1 периода напряжения пит.)

120А

Ток утечки

1 мА

Время отклика на входной сигнал

1 мс

Предельный импульс напряжения

2 кВ

Диэлектрическая прочность

4 кВ среднеквадр. знач.

Сопротивление изоляции

100МОм / 500В DC

Диапазон рабочих температур

-40°С … +80°С

SCR-K (линейные однофазные реле с регулировкой выходного напряжения)

Модель

SСR-K10LA

(-H)

SСR-K20LA

(-H)

SСR-K30LA

(-H)

SСR-K40LA

(-H)

Управляющий сигнал

4 … 20 мА

Входное сопротивление

примерно 1.2 кОм

Метод управления

фазовое управление

Номинальное напряжение нагрузки

90 … 380 В переменного тока

180 … 550 В переменного тока (для моделей -H)

Пиковое напряжение

более 1200 В переменного тока

Номинальный ток нагрузки

10А

20А

30А

40А

Макс. кратковременный ток

(в течение 1 периода напряжения пит.)

135А

275А

410А

410А

Ток утечки

0.5% при полной нагрузке

Время отклика на входной сигнал

макс. 1.0 мс

Предельный импульс напряжения

2 кВ

Диэлектрическая прочность

4 кВ среднеквадр. знач.

Сопротивление изоляции

100МОм / 500В DC

Диапазон рабочих температур

-40°С … +80°С

Применение:

SSR-K:

  • тип AC-DC

  • тип AC-AC

  • тип DC-DC

SCR-K:

  • линейные однофазные реле с регулировкой выходного напряжения

Документация:

Каталог средств автоматизации FOTEK.pdf (рус., 16,7 мб.)

Каталог — Регуляторы температуры Delta DT и твердотельные реле Fotek 2015.pdf (рус., 4,78 мб.)

Каталог по твердотельным реле FOTEK.pdf (анг., 14,35 мб.)

Сертификат соответствия EAC на твердотельные реле FOTEK всех серий (2014-2019).pdf (рус., 0,8 мб.)

Реле постоянного тока на 5 вольт


Управление мощной нагрузкой постоянного тока. Часть 1

О какой нагрузке идет речь? Да о любой — релюшки, лампочки, соленоиды, двигатели, сразу несколько светодиодов или сверхмощный силовой светодиод-прожектор. Короче, все что потребляет больше 15мА и/или требует напряжения питания больше 5 вольт.

Вот взять, например, реле. Пусть это будет BS-115C. Ток обмотки порядка 80мА, напряжение обмотки 12 вольт. Максимальное напряжение контактов 250В и 10А.

Подключение реле к микроконтроллеру это задача которая возникала практически у каждого. Одна проблема — микроконтроллер не может обеспечить мощность необходимую для нормальной работы катушки. Максимальный ток который может пропустить через себя выход контроллера редко превышает 20мА и это еще считается круто — мощный выход. Обычно не более 10мА. Да напряжение у нас тут не выше 5 вольт, а релюшке требуется целых 12. Бывают, конечно, реле и на пять вольт, но тока жрут больше раза в два. В общем, куда реле не целуй — везде жопа. Что делать?

Первое что приходит на ум — поставить транзистор. Верное решение — транзистор можно подобрать на сотни миллиампер, а то и на амперы. Если не хватает одного транзистора, то их можно включать каскадами, когда слабый открывает более сильный.

Поскольку у нас принято, что 1 это включено, а 0 выключено (это логично, хотя и противоречит моей давней привычке, пришедшей еще с архитектуры AT89C51), то 1 у нас будет подавать питание, а 0 снимать нагрузку. Возьмем биполярный транзистор. Реле требуется 80мА, поэтому ищем транзистор с коллекторным током более 80мА. В импортных даташитах этот параметр называется Ic, в наших Iк. Первое что пришло на ум — КТ315 — шедевральный совковый транзистор который применялся практически везде 🙂 Оранжевенький такой. Стоит не более одного рубля. Также прокатит КТ3107 с любым буквенным индексом или импортный BC546 (а также BC547, BC548, BC549). У транзистора, в первую очередь, надо определить назначение выводов. Где у него коллектор, где база, а где эмиттер. Сделать это лучше всего по даташиту или справочнику. Вот, например, кусок из даташита:

Обратите внимание на коллекторный ток — Ic = 100мА (Нам подоходит!) и маркировку выводов.

Цоколевка нашего КТ315 определяется так

Если смотреть на его лицевую сторону, та что с надписями, и держать ножками вниз, то выводы, слева направо: Эмиттер, Колектор, База.

Берем транзистор и подключаем его по такой схеме:

Коллектор к нагрузке, эмиттер, тот что со стрелочкой, на землю. А базу на выход контроллера.

Транзистор это усилитель тока, то есть если мы пропустим через цепь База-Эмиттер ток, то через цепь Колектор-Эмиттер сможет пройти ток равный входному, помноженному на коэффициент усиления hfe. hfe для этого транзистора составляет несколько сотен. Что то около 300, точно не помню.

Максимальное напряжение вывода микроконтроллера при подаче в порт единицы = 5 вольт (падением напряжения в 0.7 вольт на База-Эмиттерном переходе тут можно пренебречь). Сопротивление в базовой цепи равно 10000 Ом. Значит ток, по закону Ома, будет равен 5/10000=0.0005А или 0.5мА — совершенно незначительный ток от которого контроллер даже не вспотеет. А на выходе в этот момент времени будет Ic=Ibe*hfe=0.0005*300 = 0.150А. 150мА больше чем чем 100мА, но это всего лишь означает, что транзистор откроется нараспашку и выдаст максимум что может. А значит наша релюха получит питание сполна.

Все счастливы, все довольны? А вот нет, есть тут западло. В реле же в качестве исполнительного элемента используется катушка. А катушка имеет неслабую индуктивность, так что резко оборвать ток в ней невозможно. Если это попытаться сделать, то потенциальная энергия, накопленная в электромагнитом поле, вылезет в другом месте. При нулевом токе обрыва, этим местом будет напряжение — при резком прерывании тока, на катушке будет мощный всплеск напряжения, в сотни вольт. Если ток обрывается механическим контактом, то будет воздушный пробой — искра. А если обрывать транзистором, то его просто напросто угробит.

Надо что то делать, куда то девать энергию катушки. Не проблема, замкнм ее на себя же, поставив диод. При нормальной работе диод включен встречно напряжению и ток через него не идет. А при выключении напряжение на индуктивности будет уже в другую сторону и пройдет через диод.

Правда эти игры с бросками напряжения гадским образом сказываются на стабильности питающей сети устройства, поэтому имеет смысл возле катушек между плюсом и минусом питания вкрутить электролитический конденсатор на сотню другую микрофарад. Он примет на себя большую часть пульсации.

Красота! Но можно сделать еще лучше — снизить потребление. У реле довольно большой ток срывания с места, а вот ток удержания якоря меньше раза в три. Кому как, а меня давит жаба кормить катушку больше чем она того заслуживает. Это ведь и нагрев и энергозатраты и много еще чего. Берем и вставляем в цепь еще и полярный конденсатор на десяток другой микрофарад с резистором. Что теперь получается:

При открытии транзистора конденсатор С2 еще не заряжен, а значит в момент его заряда он представляет собой почти короткое замыкание и ток через катушку идет без ограничений. Недолго, но этого хватает для срыва якоря реле с места. Потом конденсатор зарядится и превратится в обрыв. А реле будет питаться через резистор ограничивающий ток. Резистор и конденсатор следует подбирать таким образом, чтобы реле четко срабатывало. После закрытия транзистора конденсатор разряжается через резистор. Из этого следует встречное западло — если сразу же попытаться реле включить, когда конденсатор еще не разрядился, то тока на рывок может и не хватить. Так что тут надо думать с какой скоростью у нас будет щелкать реле. Кондер, конечно, разрядится за доли секунды, но иногда и этого много.

Добавим еще один апгрейд. При размыкании реле энергия магнитного поля стравливается через диод, только вот при этом в катушке продолжает течь ток, а значит она продолжает держать якорь. Увеличивается время между снятием сигнала управления и отпаданием контактной группы. Западло. Надо сделать препятствие протеканию тока, но такое, чтобы не убило транзистор. Воткнем стабилитрон с напряжением открывания ниже предельного напряжения пробоя транзистора.

Из куска даташита видно, что предельное напряжение Коллектор-База (Collector-Base voltage) для BC549 составляет 30 вольт. Вкручиваем стабилитрон на 27 вольт — Profit!

Твердотельное реле

Твердотельное реле (ТТР) или в буржуйском варианте Solid State Relay (SSR) – это особый вид реле, которые выполняют те же самые функции, что и электромагнитное реле, но имеет другую начинку, состоящую из полупроводниковых радиоэлементов, которые имеют  своем составе силовые ключи на тиристорах, симисторах или мощных транзисторах.

Виды ТТР

Выглядеть ТТР могут по-разному. Ниже на фото слаботочные реле

Такие релe используются в печатных платах и предназначены для коммутации (переключения)  малого тока и напряжения.

На ТТР строят также сразу готовые модули входов-выходов, которые используются в промышленной автоматике

А вот так выглядят реле, используемые в силовой электронике, то есть в электронике, которая коммутирует большую силу тока. Такие реле используется в промышленности в блоках управления станков ЧПУ и других промышленных установках

Слева однофазное реле, справа трехфазное.

Если через коммутируемые контакты силовых  реле будет проходить приличный ток, то корпус реле будет очень сильно греться. Поэтому, чтобы реле не перегревались и не выходили из строя, их ставят  на радиаторы, которые рассеивают тепло в окружающее пространство.

ТТР по типу управления

ТТР могут управляться с помощью:

1) Постоянного тока. Его диапазон составляет от 3 и до 32 Вольт.

2) Переменного тока. Диапазон переменного тока составляет от 90 и до 250 Вольт. То есть такими реле можно спокойно управлять с помощью сетевого напряжения 220 В.

3) С помощью переменного резистора. Значение переменного резистора может быть в диапазоне от 400 и до 600 Килоом.

 ТТР по типу переключения
С коммутацией перехода через ноль

Посмотрите внимательно на диаграмму

Такие ТТР на выходе коммутируют переменный ток. Как вы здесь можете заметить, когда мы подаем на вход такого реле постоянное напряжение, у нас коммутация на выходе происходит не сразу, а только тогда, когда переменный ток  достигнет нуля. Выключение происходит подобным образом.

Для чего это делается? Для того, чтобы уменьшить влияние помех на нагрузках и уменьшить импульсный бросок тока, который может привести к выходу нагрузки из строя, если тем более нагрузкой будет являться схема на полупроводниковых радиоэлементах.

Схема подключения и внутреннее строение такого ТТР выглядит примерно вот так:

управление постоянным током

управление переменным током

Мгновенного включения

Здесь все намного проще. Такое реле сразу начинает коммутировать нагрузку при появлении на нем управляющего напряжения. На диаграмме видно, что выходное напряжение появилось сразу, как только мы подали управляющее напряжение на вход. Когда мы уже снимаем управляющее напряжение, реле выключается также, как и ТТР с контролем перехода через ноль.

В чем минус данного ТТР? При подаче на вход управляющего напряжения, у нас на выходе могут возникнуть броски тока,  а в следствии и электромагнитные помехи. Поэтому, данный тип реле не рекомендуется использовать в радиоэлектронных устройствах, где есть шины передачи данных, так как в этом случае помехи могут существенно помешать передаче информационных сигналов.

Внутреннее строение ТТР и схема подключения нагрузки выглядят примерно вот так:

ТТР с фазовым управлением

Здесь все намного проще. Меняя значение сопротивления, мы тем самым меняем мощность на нагрузке.

Примерная схема подключения выглядит вот так:

Работа твердотельного реле

В гостях у нас ТТР фирмы FOTEK:

Давайте разберемся с его обозначениями.  Вот небольшая табличка-подсказка для этих типов реле

Давайте еще раз взглянем на наше ТТР

SSR – это значит однофазное твердотельное реле.

40 – это на какую максимальную силу тока она рассчитана. Измеряется в Амперах и в данном случае составляет 40 Ампер. 

D – тип управляющего сигнала. От значения Direct Current – что с буржуйского – постоянный ток. Управление ведется постоянным током от 3 и до 32 Вольт. Этого диапазона хватит самому заядлому разработчику радиоэлектронной аппаратуры. Для особо непонятливых даже написано Input, показан диапазон и фазировка напряжения. Как вы видите, на контакт №3 мы подаем “плюс”, а на №4 мы подаем “минус”.

А – тип коммутируемого напряжения. Alternative current – переменный ток. Цепляемся в этом случае к выводам №1 и №2. Можем коммутировать диапазон от 24 и  до 380 Вольт переменного напряжения.

Для опыта нам понадобится лампа  накаливания на 220 Вольт и простая вилка со шнуром. Соединяем лампу со шнуром только в одном месте:

В разрыв вставляем наше  твердотельное реле

Втыкаем вилку в розетку и…

Нет… не хочет… Чего-то не хватает…

Не хватает управляющего напряжения! Выводим напряжение от Блока питания  от 3 и до 32 Вольт постоянного напряжения. В данном случае я взял 5 Вольт. Подаю на управляющие контакты и…

О чудо! Лампочка загорелась!  Это значит, что контакт №1 замкнулся с контактом №2. О срабатывании реле нам также говорит и светодиод на корпусе самого реле. 

Интересно, какую силу тока потребляют управляющие контакты реле? Итак, имеем на блоке 5 Вольт.

А сила тока получилась 11,7 миллиампер! Можно управлять хоть микроконтроллером!

Плюсы и минусы твердотельного реле

Плюсы

  • включение  и выключение цепей без электромагнитных помех
  • высокое быстродействие
  • отсутствие шума и дребезга контактов
  • продолжительный период работы (свыше МИЛЛИАРДА срабатываний)
  • возможность работы во взрывоопасной среде, так как нет дугового разряда
  • низкое энергопотребление (на 95% (!) меньше, чем у обычных реле)
  • надёжная изоляция между входными и коммутируемыми цепями
  • компактная герметичная конструкция, стойкая к вибрации и ударным нагрузкам
  • небольшие размеры и хорошая теплоотдача (если конечно использовать термопасту и хороший радиатор)

Минусы:

Где купить твердотельное реле

Любые виды твердотельных реле вы всегда можете найти на Али по этой ссылке.

При написании статьи использовалась информация, взятая по этой ссылке.

Схемы подключения и управление твердотельными реле переменного и постоянного тока — блог СамЭлектрик.ру

Схемы подключения твердотельных реле

В этой статье обсудим схемы подключения твердотельными реле (ТТР), и способы управления ими.

Напоминаю, для тех кто не в курсе – что такое твердотельное реле и как оно работает – обратитесь к более старой моей статье О принципах работы твердотельных реле.

Схемы включения подобных реле не очень сложны, но, как и везде, есть свои особенности.

Твердотелки – надо ли их использовать?

Для начала рассмотрим также целесообразность применения таких реле. Например, реальный случай:

У нас на предприятии на одном станке стоят соленоидные клапаны с питанием 24VDC 2А. Эти два клапана соединены параллельно, и включаются-выключаются с частотой примерно 1 раз в секунду. Питание идёт через реле. И, несмотря на то, что номинальный ток реле 10А индуктивной нагрузки, приходилось менять его каждый месяц-два. Поставили мы твердотелку – и забыли, работает без шума и проблем уже два года.

Другой случай, когда такие реле не нужны:

Простейший контроллер температуры, точность поддержания не существенна. Нагрузка – ТЭНы, работают в воде круглосуточно. Чаще, чем раз в год, один из ТЭНов замыкает или коротит на корпус. Здесь большая вероятность того, что ТТР выгорит, так как они очень чувствительны к перегрузкам.

О перегрузках и защите твердотельных реле будет подробно сказано ниже, а в данном случае целесообразно применить обычный контактор, который прекрасно справляется с перегрузкой и стоит в 10 раз дешевле.

Поэтому, за модой гнаться не стоит, а лучше применить трезвый расчет. Расчет по току и по финансам.

Если кому-то придёт в голову, можно кнопкой звонка или герконом запускать двигатель мощностью 10 кВт! Но не так всё просто, подробности будут ниже.

Различия схем включения реле

По виду подключения твердотельные реле можно разделить на следующие категории:

  • постоянное напряжение (встречается чаще всего),
  • переменное напряжение,
  • постоянный ток 4-20 мА,
  • переменный резистор.
  • твердотельные реле переменного тока
  • твердотельные реле постоянного тока
  • одна фаза
  • три фазы (как правило, фактически это две фазы)

В любом случае, для выбора ТТР и его схемы включения нужно руководствоваться мануалами на данное реле.

Кстати, рекомендую мою статью про трехфазное и однофазное напряжение. Терминология и отличия разжеваны не пальцах)))

Схемы подключения твердотельных реле

Теперь рассмотрим подключение твердотельного реле подробнее.

Управление твердотельными реле схемотехнически такое же, как и у обычного реле. Ниже упрощенно показана схема включения реле переменного тока с сигналом управления 24В постоянного тока:

Схема включения твердотельного реле

Схема показана для реле, у которого управляющее напряжение постоянное, от 5 до 24 Вольт. Данное реле может коммутировать переменное напряжение до 240 Вольт, ток до 20 А.

С током не всё так просто, но об этом ниже.

Как работает схема. На вход (контакты 3 и 4, соблюдать полярность!)  подается управляющее напряжение от источника 24В. Подается оно через цепь управления, которая представлена как НО контакт. Этим контактом может быть и обычное реле, и выход контроллера, и датчик с релейным выходом или транзисторным выходом типа PNP.

Про НО контакты и PNP выходы датчиков я подробно написал в этой статье. Очень рекомендую!

Ещё раз напоминаю –

НЗ – это закрытые (замкнутые) контакты, через которые в нормальном положении (без активации управляющим сигналом) течёт ток.

А что там свежего в группе ВК СамЭлектрик.ру?

НО – это открытые (незамкнутые) контакты, через которые в нормальном положении (без активации управляющим сигналом) ток не течёт.

Условные выходные контакты ТТР также будут НО, т.к. без активации цепи управления нагрузка выключена.

Теперь подробнее по управлению твердотелками.

Схемы с управлением от транзистора

Здесь транзистор может быть выходом любого полупроводникового прибора – датчика приближения, контроллера, и т.п.

 Управление транзистором PNP, НО реле

Скажу, что со схемами управления, которые я взял из фирменных инструкций, полная путаница. Можете сами разобраться, а я расскажу своё мнение.

Управление транзистором PNP, НО реле

Под “нормально открытым контактом” (читали, что это, ссылку я давал выше?) подразумевается, что без управляющего напряжения (на базе транзистора) твердотельное реле не пропускает ток. Напряжение между входными контактами 3 и 4 близко к нулю, реле выключено. При подаче входного управляющего напряжения на базу транзистора (например, +5В), транзистор открывается и плюс подается на вход 3. Реле открывается, нагрузка получает питание.

Управление транзистором NPN, НЗ реле

Управление транзистором NPN, НЗ реле

Когда транзистор закрыт (не активен), на управляющий вход твердотельного реле подается напряжение, нагрузка под напряжением.

Управление транзистором NPN, НО реле

Когда транзистор закрыт (не активен), на управляющий вход твердотельного реле подается напряжение, близкое к нулю, и нагрузка без напряжения.

Управление резистором

Плавно подходим к переменному току.

Управление переменным резистором

Не путать переменный ток и переменный резистор! В данном случае твердотельное реле фактически является диммером, который изменяет скважность выходного напряжения для нагрузки, которая приспособлена для этого. Такие реле – только с коммутацией переменного тока, и включаются/выключаются 100 раз в секунду.

 Схема с фиксацией и управлением кнопками (защелка)

Управление твердотельным реле с фиксацией включения

Схема включения интересна тем, что можно включать – выключать нагрузку, используя только две кнопки – Пуск и Стоп. То есть, схема такая же, как и при использовании обычного реле. Точнее, магнитного пускателя. Важно, что управляющее напряжение равно напряжению питания нагрузки.

Схема нарисована тайваньскими инженерами, попробуем разобраться в ней.

Кстати, её же можно использовать для коммутации и переменного, и постоянного тока.

Схема работает таким образом. Исходно управляющее напряжение поступает на клемму 3 ТТР с источника питания через НЗ контакты кнопки Стоп. При нажатии кнопки Пуск (слева на схеме) напряжение с другого полюса источника поступает через НО контакты на клемму 4 ТТР. Реле включается, напряжение на клемме 1 появляется, и подается через резистор (вверху схемы) на клемму 4. Прошла доля секунды, кнопку Пуск можно отпускать, нагрузка питается до тех пор, пока не будет нажата кнопка Стоп.

 Схемы включения трехфазных твердотельных реле

Трехфазное твердотельное реле, схемы подключения.

Тут источник трехфазного напряжения – справа по схемам, нагрузка – слева. Управляющее напряжение может быть любым (переменным или постоянным).

Кроме того, коммутация может быть как по двум фазам, так и по трём, это важно! Подробнее ниже.

Реверсивные твердотельные реле

Существуют также специальные трехфазные твердотельные реле для реверса двигателей, у которых два управляющих входа.

Пример включения трехфазного реле – на фото ниже:

Включение трехфазного твердотельного реле

Как видно, реле не совсем трехфазное, одна фаза подается на двигатель постоянно, что может стать причиной опасности.

Та же особенность бывает в устройствах плавного пуска.

На корпусе реле напечатана его схема включения, где всё понятно. Реле реверсивное, и у него два входа – Forward и Reverse (Вперёд/Назад). Для реверса фазы L1 и L2 меняются местами.

Важно – внутри реле нет блокировки от одновременного включения в обоих направлениях, и ее надо обеспечить аппаратно (блокировочные контакты кнопок/реле) и программно (если управление – от контроллера). Если это не предусмотреть, то вероятна ситуация, когда силовые выходы 1, 2, 3, 4 будут замкнуты накоротко 🙁 .

Выбор твердотельных реле, защита и особенности работы

Обычное реле и контактор без особых проблем выдерживают кратковременные перегрузки до 150 и даже 200% от номинала. Особенно, если не коммутировать нагрузку с таким током, а повышать ток после замыкания, и понижать перед размыканием.

Обычные контакты могут выдержать и кратковременный ток КЗ, если сработает защита с правильной уставкой тока. Просто, возможно, придётся потом контакты почистить.

Твердотельные реле от перегрузок страдают сильнее, за пол периода портятся безвозвратно, и контакты потом не почистить, из-за отсутствия таковых.

Это как в звукотехнике. Ламповая техника при перегрузках чувствует себя нормально, только слегка “потеет”, а транзисторы начинают жутко искажать сигнал и могут выйти из строя. За это до сих пор так ценятся ламповые усилители, за их мягкий, бархатный звук на предельных мощностях. Другое дело, что источников качественного сигнала сейчас практически нет, всё заполонил mp3 128kbps, и то в лучшем случае. Но это тема отдельной статьи…

Если при выборе контактора достаточно выбрать запас в 10-20% и защитить его обычным автоматом, то с твердотельными устройствами всё сложнее.

Поэтому для твердотельных реле рекомендуется для активной нагрузки (лампы, ТЭНы) запас по номинальному току в 2-4 раза. При пуске асинхронных двигателей из-за большого пускового тока запас по току нужно увеличить до 6-10 раз.

То есть, трехфазная твердотелка Fotek TSR-40AA-H на 40А, показанная на фото чуть выше, на своих 40 амперах работать вряд ли будет. Мощность двигателя, которую можно коммутировать в данном случае – от 2,2 кВт до 5 кВт. Причём двигатель 5 кВт (это около 10А) должен запускаться обязательно на холостом ходу, с минимальным пусковым моментом, а нагрузку к нему прикладывать можно после пуска и разгона.

Кстати, с индуктивной нагрузкой твердотельные реле могут вести себя неадекватно, у меня бывали проблемы. В случае высокоиндуктивных нагрузок (трансформаторы, катушки с магнитопроводами, электрические звонки, и т.п.) нужно параллельно нагрузке включать RC-цепь (снабберную цепь из последовательных резистора и конденсатора) для уменьшения влияния противо-ЭДС. Кроме того, эта цепь уменьшает общую индуктивность нагрузки, т.е. делает её более активной. И ТТР легче работать.

Напоследок – защита при КЗ

Производители рекомендуют использовать специальные предохранители для твердотельных приборов:

  • gR – предохранители для всего диапазона рабочих токов, для защиты полупроводниковых элементов(более быстродействующие , чем gS)
  • gS – предохранители для всего диапазона рабочих токов, для защиты полупроводниковых элементов, при повышенной загрузке линии.
  • aR – предохранители для всего диапазона рабочих токов, для защиты полупроводниковых элементов от короткого замыкания.

Такие предохранители стоят дорого (сравнимы со стоимостью самого твердотельного реле), поэтому в большинстве случаев можно использовать защитные автоматы класса В. Чем же они хороши и как они спасут наши твердотельные реле от выгорания при КЗ?

Напомню, в 99% везде встречаются автоматы класса С. Класс D ставят в качестве вводных рубильников и при больших пусковых токах (мощные двигатели, трансформаторы). А класс В – самый чувствительный, срабатывает раньше всех.

Рекомендую почитать мою жарко-летнюю статью по выбору и замене защитных автоматов.

Кстати, гуру электрики и электропроводки, cs-cs.net, предлагает дома ставить автоматы только В класса. И некоторые производители – рекомендуют ставить В класс на электроплиты, водонагреватели – туда, где нет двигателей и пусковых токов.

Почему – поясню на графике.

Кривые отключения или токо-временные характеристики

Подробно про выбор защитного автомата рассказано в другой статье.

Но мы вернёмся к нашему трехфазному твердотельному реле Fotek TSR-40AA-H на 40А, про которое я писал выше. Чтобы его гарантированно защитить от КЗ, надо обязательно поставить вот такой автомат:

Автомат с характеристикой В6 (обведено красным)

Он мгновенно сработает при токе 20…30 Ампер и спасет твердотелку. А от перегруза надо будет поставить мотор-автомат на ток 4-6,3 А. И это всё будет питать двигатель на 2,2 кВт, лучше меньше. Либо ТЭН, тогда мотор-автомат не нужен.

Пишите в комментариях, у кого какой опыт по применению!

Полезные файлы, возможно, написано информативнее, чем у меня:

• Твердотельные реле Фотек / Твердотельные реле Фотек. Руководство пользователя. Рассмотрена вся линейка Fotek, даны рекомендации по применению и схемы включения., pdf, 757.78 kB, скачан:2977 раз./ • Твердотельные реле – устройство и принцип работы / Подробно изложено, как устроены и работают твердотельные реле, приведены схемы включения, и т.п. Автор, отзовись!, pdf, 414.19 kB, скачан:3387 раз./

Где купить твердотельные реле

Если вы живете в крупном городе, то лучше конечно поехать в ближайший магазин – и через час реле можно устанавливать. Но, например, у меня в Таганроге такие реле – только под заказ, и купить их можно только через фирмы в Ростове.

Поэтому, на сегодняшний день лучший вариант – покупать твердотельные реле в интернете, через АлиЭкспресс. Цены примерно те же, но минус в том, что доставка может быть около месяца.

Пишите в комментариях, у кого какие вопросы, отзывы и опыт по применению!

Статья понравилась?Добавьте её в свою соц.сеть и дайте оценку!

(14 оценок, среднее: 4,93 из 5) Загрузка…

Схема твердотельного реле на 12В

Схема самодельного электронного реле с мощностью до 10 A 60 В постоянного тока с оптически изолированным входом, предназначенное на замену обычным электромагнитным. Твердотельное реле (SSR — солид стейт реле) — это электронное устройство переключения, что включается или выключается, когда малое внешнее напряжение подается через контакты управления. Чаще всего оно состоит из оптопары, которая реагирует на соответствующий входной сигнал (сигнал управления), и полупроводниковый электронное переключающее устройство, которое переключает нагрузку. Упрощённая схема и подключение показана ниже:Данный проект позволяет заменить обычные 12-вольтовые электромагнитные реле универсального назначения, часто используемые в устройствах автоматики, автомобилях и другой аппаратуре, на более надёжные и скоростные электронные. Схема была разработан на базе IGBT/МОП оптопары TLP250/352, которая работает драйвером полевого транзистора MOSFET IRFP260. Реле состоит из оптически изолированного драйвера затвора и МОП-транзистора с низким сопротивлением канала. Сочетание низкого сопротивления и высокой возможной мощности нагрузки делают это реле подходящим для различных устройств переключения. Устройство обеспечивает изоляцию 3 кВ от входа до выхода.SSR реле, предназначенное для переключения нагрузок постоянного тока до 10 ампер. Оно выполняет ту же функцию, что и любое электромеханические реле, но не имеет движущихся частей. Твердотельные реле имеют намного более быстрое время переключения по сравнению с электромеханическими, и не изнашивается. Входной триггер предназначен под напряжения 3 — 9 В постоянного тока (1,5 — 12 Вольт с транзистором), а выходная нагрузка под питание 12 — 100 В постоянного тока.
  • Входной управляющий сигнал 1,5 — 12 В постоянного тока
  • Оптимальное напряжение самой схемы VCC 12 — 18 В
  • Питание нагрузки 12 — 60 В постоянного тока
  • Частота входного сигнала до 50 кГц
  • Напряжение изоляции 3 kV

Примечание: нужно увеличить резистор на светодиоде, если питание нагрузки выше чем 24 В.

Здесь в схеме два варианта входа: ввод управления напрямую к диоду оптрона и входной сигнал подающийся через транзистор. Драйвер затвора необходимо питать в пределах 12 — 18 В постоянного тока. Теплоотвод необходим только для предельной нагрузки. До 5-ти ампер можно не ставить.
Другие новости по теме:


% PDF-1.4 % 215 0 объект > эндобдж xref 215 184 0000000016 00000 н. 0000004499 00000 н. 0000004565 00000 н. 0000005611 00000 п. 0000006045 00000 н. 0000006634 00000 н. 0000006990 00000 н. 0000007053 00000 п. 0000007548 00000 н. 0000007947 00000 н. 0000008265 00000 н. 0000008379 00000 н. 0000008495 00000 н. 0000008573 00000 п. 0000008754 00000 н. 0000008805 00000 н. 0000017493 00000 п. 0000023711 00000 п. 0000023879 00000 п. 0000024049 00000 п. 0000030711 00000 п. 0000038302 00000 п. 0000045378 00000 п. 0000053439 00000 п. 0000053721 00000 п. 0000054033 00000 п. 0000054412 00000 п. 0000054810 00000 п. 0000062467 00000 п. 0000069853 00000 п. 0000070108 00000 п. 0000070191 00000 п. 0000070246 00000 п. 0000073476 00000 п. 0000074328 00000 п. 0000077047 00000 п. 0000077153 00000 п. 0000077384 00000 п. 0000077467 00000 п. 0000077522 00000 п. 0000077551 00000 п. 0000077689 00000 п. 0000077825 00000 п. 0000077946 00000 п. 0000078092 00000 п. 0000078643 00000 п. 0000079001 00000 п. 0000079295 00000 п. 0000080456 00000 п. 0000080746 00000 п. 0000086160 00000 п. 0000086420 00000 н. 0000098830 00000 н. 0000099085 00000 п. 0000112177 00000 н. 0000112432 00000 н. 0000128515 00000 н. 0000128764 00000 н. 0000128875 00000 н. 0000128985 00000 н. 0000129106 00000 н. 0000129252 00000 н. 0000129353 00000 н. 0000129474 00000 н. 0000129620 00000 н. 0000129754 00000 н. 0000129851 00000 н. 0000129997 00000 н. 0000130136 00000 п. 0000130279 00000 н. 0000130418 00000 н. 0000130563 00000 н. 0000130709 00000 н. 0000130846 00000 н. 0000130943 00000 н. 0000131089 00000 н. 0000131173 00000 н. 0000131252 00000 н. 0000131332 00000 н. 0000131418 00000 н. 0000131589 00000 н. 0000131735 00000 н. 0000131821 00000 н. 0000131918 00000 н. 0000132064 00000 н. 0000132149 00000 н. 0000132234 00000 н. 0000132314 00000 н. 0000132460 00000 н. 0000132606 00000 н. 0000132745 00000 н. 0000132888 00000 н. 0000133027 00000 н. 0000133173 00000 н. 0000133319 00000 н. 0000133458 00000 н. 0000133601 00000 н. 0000133740 00000 н. 0000133886 00000 н. 0000134032 00000 н. 0000134176 00000 н. 0000134273 00000 н. 0000134419 00000 н. 0000134558 00000 н. 0000134697 00000 н. 0000134818 00000 н. 0000134964 00000 н. 0000135074 00000 н. 0000135171 00000 н. 0000135317 00000 н. 0000135452 00000 н. 0000135593 00000 п. 0000135732 00000 н. 0000135879 00000 п. 0000136033 00000 н. 0000136162 00000 н. 0000136300 00000 н. 0000136441 00000 н. 0000136587 00000 н. 0000136733 00000 н. 0000136875 00000 п. 0000137015 00000 н. 0000137136 00000 н. 0000137290 00000 н. 0000137434 00000 п. 0000137573 00000 н. 0000137711 00000 н. 0000137857 00000 н. 0000138003 00000 н. 0000138145 00000 н. 0000138287 00000 н. 0000138423 00000 н. 0000138552 00000 н. 0000138723 00000 н. 0000138869 00000 н. 0000139010 00000 н. 0000139149 00000 н. 0000139296 00000 н. 0000139450 00000 н. 0000139579 00000 п. 0000139717 00000 н. 0000139852 00000 н. 0000139998 00000 н. 0000140144 00000 н. 0000140280 00000 н. 7a

Компоненты цепи твердотельного реле | Электрооборудование A2Z

Реле — это устройство, которое управляет одной электрической цепью, размыкая и замыкая другую цепь.Небольшое напряжение, приложенное к реле, приводит к переключению большего напряжения. Твердотельное реле (SSR) — это коммутационное устройство, которое не имеет контактов и переключается полностью с помощью электронных средств.

SSR использует кремниевый выпрямитель (SCR), симистор или транзисторный выход вместо механических контактов для переключения регулируемой мощности. Выход оптически связан со светодиодным источником света внутри реле. Реле включается при включении светодиода, обычно при низковольтном питании постоянного тока. См. Рисунок 1.

Рисунок 1. Твердотельное реле (SSR) — это электронное переключающее устройство, не имеющее движущихся частей.

Рынок промышленных систем управления перешел на твердотельную электронику. Из-за снижения стоимости, высокой надежности и огромных возможностей твердотельные устройства заменяют многие устройства, которые работают на механических и электрических принципах.

Выбор твердотельного реле зависит от электрических, механических и стоимостных характеристик каждого устройства и требуемого применения.

Цепь твердотельного реле

Цепь твердотельного реле состоит из входной цепи , цепи управления и выходной цепи (переключения нагрузки) . Эти схемы могут использоваться в любой комбинации для обеспечения множества различных применений твердотельной коммутации. См. Рисунок 2.

Рисунок 2. Цепь твердотельного реле состоит из входной цепи, цепи управления и выходной цепи (переключения нагрузки).

1. Входная цепь

Входная цепь — это часть SSR, к которой подключен компонент управления. Входная цепь выполняет ту же функцию, что и катушка ЭМИ.

Входная цепь активируется путем подачи на вход реле напряжения, превышающего заданное срабатывание реле. Входная цепь деактивируется при подаче напряжения ниже указанного минимального напряжения падения реле.

Некоторые SSR имеют фиксированное номинальное входное напряжение, например 12 В постоянного тока.Большинство SSR имеют диапазон входного напряжения, например от 3 до 32 В постоянного тока. Диапазон напряжения позволяет использовать один SSR с большинством электронных схем.

Входное напряжение твердотельного реле может управляться (переключаться) с помощью механических контактов, транзисторов, цифровых вентилей и т. Д. Большинство SSR можно переключать напрямую маломощными устройствами, в том числе интегральными схемами, без добавления внешних буферов или тока. ограничивающие устройства. Устройства с переменным входом, такие как термисторы, также могут использоваться для переключения входного напряжения SSR.

2. Цепи управления

Цепь управления — это часть твердотельного реле, которая определяет, когда выходной компонент находится под напряжением или обесточен.

Схема управления функционирует как интерфейс между входными и выходными цепями. В твердотельном реле интерфейс обеспечивается электронной схемой внутри SSR. В ЭМИ интерфейс обеспечивается магнитной катушкой, замыкающей набор механических контактов.

Когда схема управления получает входное напряжение, она переключается или не переключается в зависимости от того, является ли реле реле с нулевым переключением, мгновенным включением, пиковым переключением или аналоговым переключателем.

Каждое реле предназначено для включения цепи переключения нагрузки при заданном напряжении. Например, , реле переключения нуля позволяет включать нагрузку только после того, как напряжение на нагрузке достигнет нуля или приблизится к нему. Функция переключения нуля дает ряд преимуществ, таких как устранение высоких пусковых токов на нагрузке.

3. Выходные цепи (переключение нагрузки)

Выходная цепь (переключение нагрузки) твердотельного реле — это нагрузка, переключаемая SSR.Выходная цепь выполняет ту же функцию, что и механические контакты электромеханического реле. Однако, , в отличие от нескольких выходных контактов EMR, SSR обычно имеет только один выходной контакт.

В большинстве твердотельных реле в качестве компонента переключения выхода используется тиристор. Тиристоры очень быстро переходят из выключенного состояния (контакты разомкнуты) в состояние включения (контакты замкнуты) при включении их затвора. Это быстрое переключение позволяет переключать нагрузки с высокой скоростью.

Используемое устройство переключения выхода зависит от типа управляемой нагрузки. При переключении цепей постоянного тока требуются другие выходы, чем при переключении цепей переменного тока.

Общие устройства переключения выходов, используемые в SSR, включают следующее:

  • SCR используются для переключения сильноточных нагрузок постоянного тока.
  • Симисторы используются для коммутации слаботочных нагрузок переменного тока.
  • Транзисторы используются для коммутации слаботочных нагрузок постоянного тока.
  • Антипараллельные тиристоры используются для переключения сильноточных нагрузок переменного тока.Они способны рассеивать больше тепла, чем симистор.
  • Тиристоры в диодных мостах используются для коммутации слаботочных нагрузок переменного тока.

Возможности цепи твердотельного реле

Твердотельное реле может использоваться для управления большинством тех же цепей, для управления которыми используется EMR. Поскольку SSR отличается от EMR по функциям, схема управления SSR отличается от схемы управления EMR. Эта разница — это то, как реле подключено к цепи.SSR выполняет те же функции схемы, что и EMR, но с немного другой схемой управления.

Твердотельное реле может использоваться для управления нагрузкой с помощью мгновенного управления, такого как кнопка. См. Рисунок 3. В этой схеме кнопка сигнализирует SSR, который включает нагрузку.

Чтобы нагрузка оставалась включенной, необходимо удерживать кнопку . Нагрузка отключается при отпускании кнопки. Эта схема идентична по работе стандартной двухпроводной схеме управления, используемой с ЭМИ, пускателями магнитных двигателей и контакторами. По этой причине кнопка может быть заменена на любое ручное, механическое или автоматическое устройство управления для простого включения / выключения.

Та же схема может использоваться для контроля уровня жидкости, если кнопка заменена поплавковым выключателем.

  • Трехпроводное управление памятью

Твердотельное реле может использоваться с тиристором для фиксации нагрузки во включенном состоянии. См. Рисунок 4. Эта схема идентична по работе стандартной трехпроводной схеме управления памятью.

SCR используется для добавления памяти после нажатия кнопки запуска. SCR действует как выключатель, работающий по току.

SCR не пропускает управляющий ток постоянного тока до тех пор, пока ток не будет подан на его затвор. Для включения тиристора должен быть определенный минимальный ток. Это достигается при нажатии кнопки пуска.

Когда на затвор SCR подано напряжение, SCR фиксируется в состоянии ВКЛ и позволяет управляющему напряжению постоянного тока проходить даже после отпускания кнопки запуска.

Резистор R 1 используется в качестве токоограничивающего резистора для затвора и определяется током затвора и напряжением питания.

Рисунок 3. Твердотельное реле может использоваться для управления нагрузкой с помощью мгновенного управления, такого как кнопка.

Рисунок 4 . Твердотельное реле может использоваться с SCR для фиксации нагрузки во включенном состоянии.

Технический факт

Когда запрограммирован моторный привод, цепь управления должна быть запрограммирована на двухпроводную или трехпроводную работу.

Термин «двухпроводной» означает, что переключатель может выполнять две функции. Термин «трехпроводный» означает, что переключатель может выполнять только одну функцию. Все трехпроводные переключатели требуют второго переключателя для управления нагрузкой.

Эквивалентные нормально замкнутые контакты

Твердотельное реле может использоваться для имитации эквивалентного состояния нормально замкнутого (NC) контакта. НЗ-контакт должен быть электрически замкнут, потому что большинство ТТР имеют эквивалент нормально разомкнутого (НО) контакта. Это достигается, , путем подключения управляющего напряжения постоянного тока к SSR через токоограничивающий резистор (R). См. Рисунок 5.

Нагрузка удерживается в состоянии ВКЛ, потому что на SSR присутствует управляющее напряжение. Селекторный переключатель перемещается, чтобы выключить нагрузку. Это позволяет управляющему напряжению постоянного тока идти по пути наименьшего сопротивления и электрически снимать управляющее напряжение с реле. Это также отключает нагрузку до тех пор, пока кнопка не будет отпущена.

Рисунок 5 . Твердотельное реле с токоограничивающим резистором может использоваться для имитации эквивалентного состояния нормально замкнутого (NC) контакта.

Управление транзистором

Твердотельные реле также могут управляться электронными управляющими сигналами от логических вентилей и транзисторов. См. Рисунок 6.

В этой схеме SSR управляется через транзистор NPN, который получает свой сигнал от логических вентилей IC и т. Д.Два резистора (R 1 и R 2 ) используются в качестве токоограничивающих резисторов.

Рис. 6. SSR могут управляться электронными управляющими сигналами от логических вентилей и транзисторов

Серия

и параллельное управление

Твердотельные реле могут быть подключены последовательно или параллельно для создания нескольких контактов, которые управляются одним устройством ввода. Также могут использоваться многоконтактные SSR.

Три входа управления SSR могут быть подключены параллельно, так что, когда переключатель замкнут, все три срабатывают. См. Рисунок 7. Управляет цепью 3φ.

В этом приложении управляющее напряжение постоянного тока на каждом SSR равно напряжению питания постоянного тока, поскольку они подключены параллельно. Когда используется многоконтактный SSR, есть только один вход, который управляет всеми выходными переключателями.

SSR могут быть подключены последовательно для управления цепью 3φ. См. Рисунок 8. Напряжение питания постоянного тока делится между тремя SSR, когда переключатель замкнут. По этой причине напряжение питания постоянного тока должно как минимум в три раза превышать минимальное рабочее напряжение каждого реле.

Рис. 7. Три твердотельных реле могут быть подключены параллельно для управления цепью 3φ или может использоваться многоконтактный SSR.

Рис. 8. Три твердотельных реле могут быть подключены последовательно для управления цепью 3φ. Когда SSR соединены последовательно, напряжение питания постоянного тока должно в три раза превышать минимальное рабочее напряжение каждого реле.

% PDF-1.6 % 1054 0 объект > эндобдж xref 1054 77 0000000016 00000 н. 0000003032 00000 н. 0000003172 00000 н. 0000003316 00000 н. 0000003362 00000 н. 0000003570 00000 н. 0000003953 00000 н. 0000004627 00000 н. 0000005320 00000 н. 0000005737 00000 н. 0000005985 00000 н. 0000006226 00000 н. 0000006520 00000 н. 0000006624 00000 н. 0000006727 00000 н. 0000010932 00000 п. 0000011145 00000 п. 0000011555 00000 п. 0000012575 00000 п. 0000013016 00000 п. 0000013397 00000 п. 0000013805 00000 п. 0000013949 00000 п. 0000014861 00000 п. 0000015130 00000 п. 0000015474 00000 п. 0000015614 00000 п. 0000015990 00000 н. 0000016230 00000 п. 0000016532 00000 п. 0000021094 00000 п. 0000025461 00000 п. 0000029877 00000 п. 0000034247 00000 п. 0000038774 00000 п. 0000039390 00000 н. 0000039888 00000 п. 0000043861 00000 п. 0000048189 00000 н. 0000065580 00000 п. 0000084290 00000 п. 0000086161 00000 п. 0000089328 00000 п. 0000094098 00000 п. 0000096244 00000 п. 0000098609 00000 п. 0000098698 00000 п. 0000098798 00000 п. 0000098910 00000 п. 0000099021 00000 н. 0000099112 00000 п. 0000099203 00000 п. 0000099314 00000 п. 0000102102 00000 п. 0000102438 00000 п. 0000104139 00000 н. 0000104420 00000 н. 0000105031 00000 н. 0000105135 00000 п. 0000105380 00000 п. 0000105577 00000 п. 0000106104 00000 п. 0000106214 00000 н. 0000155636 00000 н. 0000155677 00000 н. 0000156206 00000 н. 0000156317 00000 н. 0000182212 00000 н. 0000182253 00000 н. 0000182782 00000 н. 0000182892 00000 н. 0000255400 00000 н. 0000255441 00000 н. 0000255970 00000 н. 0000256079 00000 н. 0000320315 00000 н. 0000001884 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 1130 0 объект > поток TC [= h! CXGL «/ = އ Bi $ SS

Цепь твердотельного реле с использованием симисторов и коммутации с переходом через нуль

Твердотельное реле сети переменного тока или SSR — это устройство, которое используется для переключения тяжелых нагрузок переменного тока на уровне сети через изолированные триггеры с минимальным постоянным напряжением, без механических подвижных контактов.

В этом посте мы узнаем, как построить простое твердотельное реле с питанием от сети или цепь SSR с использованием симистора, BJT, оптопары с переходом через нуль.

Преимущество твердотельных реле SSR перед механическими реле

Реле механического типа могут быть довольно неэффективными в приложениях, требующих очень плавного, очень быстрого и чистого переключения.

Предложенная схема SSR может быть построена дома и использоваться в местах, где требуется действительно сложное управление нагрузкой.

В данной статье описана схема твердотельного реле сетевого 220 В со встроенным детектором перехода через ноль.

Схема очень проста в понимании и построении, но при этом имеет такие полезные функции, как чистое переключение, отсутствие радиочастотных помех и способность выдерживать нагрузки до 500 Вт. Мы много узнали о реле и о том, как они работают.

Мы знаем, что эти устройства используются для переключения тяжелых электрических нагрузок через внешнюю изолированную пару контактов в ответ на небольшой электрический импульс, полученный с выхода электронной схемы.

Обычно триггерный вход находится в непосредственной близости от напряжения катушки реле, которое может составлять 6, 12 или 24 В постоянного тока, в то время как нагрузка и ток, коммутируемые контактами реле, в основном находятся на уровнях потенциалов сети переменного тока.

В основном реле полезны, потому что они могут переключать тяжелые, подключенные к их контактам, не приводя опасные потенциалы в контакт с уязвимой электронной схемой, через которую они переключаются.

Однако преимущества сопровождаются несколькими критическими недостатками, которые нельзя игнорировать.Поскольку контакты связаны с механическими операциями, иногда они совершенно не подходят для сложных схем, требующих высокоточного, быстрого и эффективного переключения.

Механические реле также имеют плохую репутацию генерировать радиопомехи и шум во время переключения, что также приводит к ухудшению качества его контактов со временем.


Для SSR на основе MOSFET, пожалуйста, обратитесь к этому сообщению. Проблемы генерации радиочастотных помех во время работы.

Также тиристоры и симисторы при интеграции непосредственно в электронные схемы требуют, чтобы линия заземления схемы была соединена с катодом, что означает, что секция схемы больше не изолирована от смертоносных напряжений переменного тока от устройства — серьезный недостаток с точки зрения безопасности. к пользователю обеспокоен.

Однако симистор может быть очень эффективно реализован, если полностью устранить вышеупомянутую пару недостатков. Поэтому две вещи, которые должны быть устранены с помощью симисторов, если они должны быть эффективно заменены на реле, — это радиочастотные помехи при переключении и попадание опасной сети в цепь.

Твердотельные реле спроектированы в точном соответствии с указанными выше спецификациями, что исключает влияние РЧ-сигналов, а также позволяет полностью отделить две ступени друг от друга.

Коммерческие SSR могут быть очень дорогими и не подлежат ремонту, если что-то пойдет не так. Однако изготовление твердотельного реле полностью вами и его использование для необходимого приложения может быть именно тем, что «доктор прописал». Поскольку он может быть построен с использованием дискретных электронных компонентов, он становится полностью ремонтируемым, модифицируемым и, более того, дает вам четкое представление о внутренних операциях системы.

Здесь мы рассмотрим создание простого твердотельного реле 220 В.

Как это работает

Как обсуждалось в предыдущем разделе, в предлагаемой схеме SSR или твердотельного реле радиочастотные помехи проверяются путем принудительного переключения симистора только вокруг нулевой отметки синусоидальной фазы переменного тока и использования Оптопара гарантирует, что вход находится вдали от сетевых потенциалов переменного тока, присутствующих в цепи симистора.

Давайте попробуем понять, как работает схема:

Как показано на схеме, оптрон становится порталом между триггером и схемой переключения.Триггер входа применяется к светодиоду оптопара, который загорается и заставляет фототранзистор проводить.
Напряжение от фототранзистора проходит через коллектор к эмиттеру и, наконец, достигает затвора симистора, чтобы управлять им.

Вышеупомянутая операция довольно обычна и обычно связана с триггером всех симисторов и тиристоров. Однако этого может быть недостаточно для устранения радиочастотного шума.

Секция, состоящая из трех транзисторов и некоторых резисторов, специально введена с целью проверки генерации ВЧ, гарантируя, что симистор проводит только в окрестности нулевых пороговых значений синусоидального сигнала переменного тока.

Когда сеть переменного тока подключена к цепи, выпрямленный постоянный ток становится доступным на коллекторе оптранзистора, и он проводит, как объяснено выше, однако напряжение на переходе резисторов, подключенных к базе T1, регулируется так, чтобы оно сразу после того, как сигнал переменного тока поднимется выше отметки 7 вольт. Пока форма сигнала остается выше этого уровня, T1 остается включенным.

Это заземляет напряжение коллектора оптранзистора, не позволяя симистору проводить ток, но в тот момент, когда напряжение достигает 7 вольт и приближается к нулю, транзисторы перестают проводить, позволяя симистору переключаться.

Процесс повторяется в течение отрицательного полупериода, когда T2, T3 проводят в ответ на напряжения выше минус 7 вольт, снова заставляя симистор срабатывать только тогда, когда фазовый потенциал приближается к нулю, что эффективно устраняет индукцию РЧ-помех при переходе через нуль.

Принципиальная схема твердотельного реле на основе симистора

Список деталей
  • R1 = 120 K,
  • R2 = 680K,
  • R3 = 1 K,
  • R4 = 330 K,
  • R5 = 1 M,
  • R6 = 100 Ом 1 Вт,
  • C1 = 220 мкФ / 25 В,
  • C2 = 474/400 В Металлизированный полиэстер
  • C3 = 0.22 мкФ / 400 В PPC
  • Z1 = 30 В, 1 Вт,
  • T1, T2 = BC547B,
  • T3 = BC557B,
  • TR1 = BT 36,
  • OP1 = MCT2E или аналогичный.

Схема расположения печатной платы

Использование оптопары SCR 4N40

Сегодня, с появлением современных оптопар, создание высококачественного твердотельного реле (SSR) стало действительно простым. 4N40 — одно из таких устройств, в котором используется фотоэлектрический тиристор для требуемого изолированного запуска нагрузки переменного тока.

Этот оптрон можно легко настроить для создания высоконадежной и эффективной цепи SSR.Эта схема может использоваться для запуска нагрузки 220 В через полностью изолированное логическое управление 5 В, как показано ниже:

SSR с использованием ИС оптопары MOC3020 и симистора

ИС MOC3040 или MOC3041 аналогичны обычным оптронам, где Типичный фототранзистор заменен фототриаком (100 мА / 400 В при 25 ° C). Основная особенность этой ИС заключается в том, что она практически позволяет использовать в схеме все формы кремниевых выпрямителей (SCR) и симисторов, что обычно невозможно с оптопарами на основе фототранзисторов.Определение типа симистора для создания твердотельного реле с напряжением 220 В возможно в зависимости от типа нагрузки, с которой будет работать реле.

Учитывая, что нагрузка SSR резистивная, симистор TIC 226D / 400 V можно использовать удовлетворительно. В случае, если для нагрузки указана индуктивная нагрузка, может потребоваться симистор на 630 В, например, может потребоваться тип TIC 226M. Помните, что рабочее напряжение конденсатора C1 должно соответствовать характеристикам используемого симистора.

Резистор R1 на стороне входа может быть определен в зависимости от уровня входного напряжения, В в .Его значение можно оценить по следующей формуле:

R1 = 1000 (V в — 1,3) / I oc .

В этом уравнении V в будет в вольтах, R1 в омах, а I oc будет в мА, что указывает на ток через светодиод в оптроне MOC.

Если рассматривать вход оптопары со стороны светодиода как V в = 12 В, а ток I oc = 30 мА (которые являются стандартными характеристиками оптопары MOC 3040), то полученный результат значение R1 будет равно 356 Ом, и мы можем округлить его до практически достижимого значения 330 Ом.

В MOC 3041 спецификация тока светодиода Ioc составляет всего 15 мА, что означает, что на практике можно допустить, чтобы значение ограничивающего сопротивления R1 составляло около 680 Ом. Максимальный ток, с которым может работать это твердотельное реле 220 В, составляет приблизительно 8 А, для большей мощности вы можете соответственно заменить симистор

Изображение предоставлено: Farnel

ЧТО ТАКОЕ ТВЕРДОЕ РЕЛЕ?

T

Первые твердотельные реле стали доступны в качестве стандартных компонентов к концу 1960-х годов.Сегодня твердотельное реле идеально подходит для определенных приложений: плавный пуск, изменение направления вращения, регулирование мощности.

Определение

Твердотельное реле — это электронный компонент, который выполняет функцию сопряжения с гальванической развязкой между цепью управления, обычно на низком уровне, и цепью питания, подключенной к нагрузкам, которые могут иметь высокие номинальные мощности (двигатели, насосы, соленоидные клапаны, нагреватели, так далее).

Другими словами, это электрический компонент, используемый для включения и выключения нагрузки.

Эта функция выполняется полностью «статично», без движущихся частей, что обеспечивает почти неограниченный срок службы компонента.

Конструкция твердотельного реле

Твердотельное реле, также называемое SSR, в основном имеет 5 функций. Эта структура технически эквивалентна и сопоставима с структурой электромеханического реле (ЭМИ).

В электромеханическом реле входные характеристики (напряжение, ток, уровень) определяются катушкой.Точно так же SSR имеет более или менее сложную входную цепь. В нижней части диапазона он может состоять из простого последовательного резистора с поляризационным диодом. Более сложные реле могут иметь схему, генерирующую постоянный ток для расширенных диапазонов входного напряжения, или аналого-цифровой преобразователь для аналоговых реле.

В ЭМИ электромагнитная связь между подвижным якорем и катушкой, естественно, обеспечивает гальваническую развязку. В случае SSR полупроводникового типа эта изоляция обеспечивается оптической связью (фототранзистор, фототриак …).В некоторых более старых версиях изоляция может осуществляться с помощью магнитной муфты или даже реле REED.

Эта схема обрабатывает полученный входной сигнал и переключает выходную цепь. Если переключение является сложным (переключение при нулевом напряжении, импульсы, регулировка фазы…), эта схема гарантирует желаемый режим переключения. В случае, например, переключения при нулевом напряжении, схема будет гарантировать, что выход будет переключаться только тогда, когда напряжение в следующий раз станет равным нулю после подачи управляющего входа.

Эта схема состоит из элемента, обеспечивающего переключение электроэнергии на нагрузку. Этот компонент может быть либо биполярным транзистором, либо МОП-транзистором для переключения напряжения постоянного тока на нагрузку, либо симистором или тринисторами с обратной связью для переключения источника переменного тока.

В электромеханических реле переключающий элемент представляет собой простой контакт, способный работать в режиме переменного или постоянного тока. В твердотельном реле выход предварительно определяет тип коммутируемого основного источника питания.

Благодаря своей полностью электронной структуре, SSR более чувствительны к помехам, присутствующим в основном источнике переменного тока, чем EMR. Схема переключения должна быть защищена от скачков и помех в источниках низкого напряжения. Теперь реле все чаще интегрирует такую ​​защиту. Защита от перенапряжения теперь входит в стандартную комплектацию.

Миниатюризация электронных компонентов улучшила характеристики этих реле и сделала возможным добавление дополнительных функций.

T Типичные приложения для твердотельных реле

Твердотельные реле успешно используются в течение 20 лет в широком спектре приложений. Текущий опыт показывает, что, несмотря на универсальность, SSR особенно подходят для технологических приложений, где ПЛК или другие схемы на основе микроконтроллеров управляют станками.

Благодаря очень высокой входной чувствительности (менее 15 мА для управления до 120 А) в широком диапазоне напряжений твердотельные реле напрямую совместимы с большинством стандартов для электронных компонентов, таких как CMOS, TTL, микропроцессоры и т. Д.

Потенциал использует включает (неполный список):

Нагревательные элементы: Коммерческое оборудование для пищевой промышленности • Литье пластмасс под давлением / экструзия • Печи • HVAC • Текстиль • Отопление жилых помещений • Инфракрасное отопление • Сушка • Термоформование • Паяльное оборудование

Движение: Насосы • Компрессоры • Конвейерные системы • Вентиляторы • Лифты • Лифты • Подъемники • Моторизованные тренажеры

Освещение: Театры • Муниципалитеты • Кинотеатры и сцены • Взлетно-посадочные полосы аэропорта • Улицы и проезды • Склады • Офисные помещения • Опасные места и маяки

Разное: силовые трансформаторы • Электромагниты • Импульсные источники питания • Регуляторы • Инверторы • Преобразователи мощности • Источники бесперебойного питания • Конденсаторы коррекции коэффициента мощности • Электромагнитные клапаны • И многое другое

Solid State Relay (SSR) — Типы SSR реле

Что такое твердотельное реле? Конструкция, работа, применение и типы реле SSR

В этой статье мы кратко обсудим SSR (твердотельное реле) , его конструкцию, работу, схемы и различные типы реле SSR в зависимости от его коммутационных свойств и входных характеристик. / выходные формы.Мы также обсудим преимущества и недостатки твердотельного реле (SSR) по сравнению с реле электромагнитных реле (EMR) .

Что такое твердотельное реле (SSR)?

Твердотельное реле ( SSR ) — это электронное переключающее устройство, изготовленное из полупроводников , которое переключает (включает и выключает) цепь высокого напряжения, используя низкое напряжение на ее управляющих клеммах.

В отличие от EMR (электромагнитное реле), которое имеет катушку и механический переключатель (физические контакты), реле SSR использует оптопару для изоляции цепи управления от управляемой цепи.

Разница между SSR и EMR

Работа SSR (твердотельного реле) и EMR (электромагнитного реле) или контактного реле одинакова, в то время как основное различие между SSR и EMR заключается в отсутствии механических частей и контактов в реле SSR. Обычно SSR имеет 1 контакт, в то время как EMR имеет несколько контактов.

Другим отличием твердотельного реле от электромагнитного реле является отсутствие скачков напряжения и шума во время работы SSR.Существует вероятность утечки тока от нескольких мкА до мА в реле SSR, в то время как значение тока утечки равно нулю (0) в EMR. С другой стороны, SSR отключает нагрузки переменного тока в точке нулевого тока нагрузки, что приводит к устранению шума, дребезга контактов и электрической дуги в случае индуктивной нагрузки по сравнению с реле EMR.

Конструкция SSR (твердотельного реле)
Клеммы реле SSR

Реле SSR имеет два набора клемм, т.е. входные клеммы и выходные клеммы.Эти клеммы приведены ниже:

Клеммы ввода или управления

Эти две клеммы являются клеммой управления вводом. Он подключен к цепи малой мощности, которая управляет его переключением.

Клеммы и соединения реле SSR

Управляющий вход реле SSR предназначен для цепей постоянного или переменного тока отдельно.

Выходные нормально открытые (NO) клеммы

Выходные клеммы реле SSR включаются и выключаются в зависимости от управляющего входа.

Обычно электрическое соединение между этими клеммами остается открытым. Когда реле срабатывает, эти клеммы соединяются вместе, обеспечивая замкнутый путь.

Выходные клеммы специально разработаны для цепи AC или DC . В отличие от реле EMR, реле SSR не может переключать сигнал постоянного и переменного тока с помощью одних и тех же клемм.

Выходной нормально закрытый (NC) Клемма

Эта клемма реле остается закрытой до тех пор, пока реле не сработает.Когда реле срабатывает, ток не течет. Он открывается при срабатывании реле.

ПРИМЕЧАНИЕ: Обычно используемые реле SSR не имеют нормально закрытых клемм. Но реле SSR форм B и C (обсуждается ниже) использует клемму NC.

Работа и работа реле SSR

Когда низкое напряжение подается на входные управляющие клеммы реле SSR , выходные клеммы нагрузки замыкаются.

Вход реле SSR активирует оптопару, которая переключает цепь нагрузки.Оптопара не имеет физического соединения и изолирует цепь низкого напряжения от цепи высокого напряжения.

Оптопара имеет на входе светодиод , который излучает инфракрасный свет при подаче напряжения. Эти ИК-волны принимаются фотодатчиком (фототранзистор, фотодиод и т. Д.) На его выходе. Фотодатчик преобразует световой сигнал в электрический сигнал и включает цепь.

Чтобы активировать оптрон, его входное напряжение должно быть больше, чем его прямое напряжение .По этой причине реле SSR не срабатывают при напряжении ниже указанного.

Выходная схема реле SSR различается для цепей переменного и постоянного тока. Обычно он состоит из тиристоров TRIAC или , для цепи переменного тока и силовых полевых МОП-транзисторов для цепи постоянного тока.

Схематическая модель реле SSR

Общая схема работы реле постоянного тока в переменный SSR Работа с модельной схемой приведена ниже:

Вход DC с достаточным напряжением подается на входные клеммы управления.Имеется диод для защиты от обратной полярности применен DC .

Когда напряжение подается на светодиод оптопары, он излучает инфракрасный свет.

С другой стороны, Opto-TRIAC (приемник) улавливает свет и включается. Как только оптопара включается, через него начинает течь ток выхода AC

В свою очередь, выход этой оптопары активирует симистор . Таким образом разрешается протекание AC тока цепи нагрузки

Типы реле SSR

Существует различных типов реле SSR (твердотельных) .Они классифицируются либо по форме ввода / вывода, либо по свойству переключения.

Классификация на основе ввода / вывода

Ниже приведены некоторые из распространенных типов реле SSR, классифицированных на основе его входной и выходной цепи (AC / DC).

Реле постоянного тока в переменный ток

Это реле работает на входе постоянного тока для переключения цепи нагрузки переменного тока . Управляющий вход этого реле SSR работает только с входом DC .

Тот факт, что это реле не работает на входе AC , связан с тем, что оптрон работает на DC . Его входные клеммы также являются направленными. Изменение полярности входа не активирует реле. Для защиты от обратной полярности входа используется диод.

Даже после подачи требуемого входа выходной переключатель этого SSR не активируется, а только тогда, когда на его выходные клеммы подается напряжение AC .

Ниже приведена схема реле SSR постоянного и переменного тока.

Связанная публикация: Типы трансформаторов и их применение

Реле переменного тока в переменный ток SSR

Реле SSR работает только тогда, когда на входе и выходе обеих цепей установлено значение AC .

Как известно, оптопара работает от постоянного тока напряжения. Таким образом, перед оптопарой используется выпрямитель для преобразования AC в DC .

Когда на его вход управления подается достаточное напряжение переменного тока, он активируется, обеспечивая протекание тока нагрузки переменного тока .

Его схема приведена ниже.

Реле постоянного тока постоянного тока

Это реле может переключать нагрузку постоянного тока высокой мощности с использованием источника постоянного тока малой мощности.

Вход постоянного тока подается на оптрон, как описано в другом примере выше.

Однако для переключения нагрузки постоянного тока используется силовой MOSFET или IGBT .

Mosfet проводит ток только в одном направлении, поэтому также необходимо убедиться, что выходная нагрузка подключена с соблюдением правильной полярности.Защитный диод используется, чтобы избежать повреждения при обратной полярности.

Если имеется индуктивная нагрузка, с нагрузкой следует использовать обратный диод.

Реле постоянного / переменного тока SSR

Этот тип реле SSR может переключать нагрузку переменного и постоянного тока с помощью отдельных клемм.

В таких реле SSR используются полевые МОП-транзисторы последовательно с общими клеммами источника для переключения цепей AC и DC .

Его схема приведена ниже.

На этой схеме изображена матрица фотодиодных ячеек как светочувствительный элемент, который вырабатывает напряжение при срабатывании светодиода. Это напряжение подается на затвор и исток N-MOSFET , соединенных последовательно.

Чтобы использовать это реле для цепи переменного тока , используются клеммы Drain полевых МОП-транзисторов , а клеммы источника должны оставаться неиспользованными.

При использовании цепи постоянного тока , Дренаж и исток клеммы полевых МОП-транзисторов используются для переключения.

Классификация на основе коммутационных свойств Реле

SSR также классифицируются на основе их коммутационных свойств , которые приведены ниже.

Эти реле управляют цепями переменного тока и используются для управления желаемыми выходами в конкретном приложении.

Реле SSR с мгновенным включением

Реле такого типа мгновенно переключает на цепь нагрузки при подаче достаточного входного напряжения. Он отключается при следующем переходе напряжения нагрузки через ноль после снятия управляющего входа.

Реле SSR с нулевым переключением

Этот тип реле включается, когда подается входное напряжение и напряжение переменного тока нагрузки пересекает следующее нулевое напряжение.

Он отключается как обычные реле SSR , когда входное напряжение снимается и напряжение переменного тока нагрузки достигает нуля вольт.

Работа реле переключения нуля достигается с помощью схемы, известной как схема перехода через нулевой уровень , которая обнаруживает переход через нулевой уровень и активирует TRIAC .

Пиковое реле SSR

Эти типы реле SSR включаются, когда выходное напряжение переменного тока достигает своего следующего пика после подачи необходимого входного управляющего напряжения.

Он также отключается после снятия входного напряжения и перехода через ноль выходного переменного тока.

В этих реле используется блок обнаружения пика, который запускает TRIAC , когда цикл выходного переменного тока достигает своего пика.

Реле аналогового переключения SSR

Хотя эти другие типы переключения SSR зависят от выходного цикла переменного тока, переключение этого реле зависит от его входной амплитуды.

Пусковое выходное напряжение аналогового реле SSR пропорционально входному управляющему напряжению.

Предположим, что 3-32 В постоянного тока входное реле 3 В представляет 0% и 32 В представляют 100% пикового напряжения переменного тока нагрузки.

При удалении управляющего входа реле выключается при следующем переходе через нуль на выходе переменного тока.

Классификация на основе полюсов и направления движения Реле

SSR подразделяются на три типа или « Forms », учитывая их конфигурацию полюсов и расстояния.

Форма A или SPST NO Тип SSR

Форма A реле SSR — это реле SPST (однополюсный, односторонний) с нормально разомкнутыми ( NO ) клеммами. Клеммы выходной нагрузки обычно разомкнуты, когда нет внешнего управляющего входа. Когда реле активируется, выходные клеммы соединяются вместе и пропускают ток.

На схеме ниже показано реле SSR, способное переключать переменный и постоянный ток на отдельных клеммах.

Фотодиодный элемент используется в качестве приемника света, а полевые МОП-транзисторы расширения с общими источниками используются для переключения цепи нагрузки.

Форма B или SPST NC Тип SSR:

Форма B Реле SSR типа имеет нормально замкнутые клеммы нагрузки. Клеммы выходной нагрузки обычно подключены и пропускают ток при отсутствии управляющего входа. Предоставление управляющего входа откроет клеммы нагрузки и остановит прохождение тока.

Этот тип реле использует истощение полевых МОП-транзисторов , которые включаются при нулевом входе и выключаются, когда его Vgs отрицательный.

На схеме ниже показано реле SPST NC формы B, использующее полевые МОП-транзисторы с истощением.

Форма C или SPDT Тип SSR:

Форма C Реле SSR типа имеет две переключающие клеммы.

Имеется три клеммы нагрузки, т. Е. Common, NC и NO .

Когда реле неактивно , общая клемма остается подключенной к клемме NC .

Когда реле активирует , общая клемма подключается к клемме NO .

Схема реле SPDT SSR приведена ниже.

Также имеется управляющая схема переключения , которая предотвращает одновременное включение полевых МОП-транзисторов, обеспечивая временную задержку между их переключениями.

Преимущества и недостатки SSR (твердотельных) реле)
Преимущества:
  • Время переключения SSR намного на быстрее, чем у реле EMR (электромеханическое реле).
  • Не имеет физических контактов .
  • Нет проблем с контактами Искры и износ .
  • Они имеют более срок службы , чем реле EMR.
  • Реле SSR Отключается при токе нагрузки 0 АС, что предотвращает любые дуги или электрические помехи .
  • Вибрация или Перемещение не влияет на его работу.
  • Он имеет очень низкое энергопотребление по сравнению с реле EMR.
  • SSR реле очень легко управляется логикой схем ( микроконтроллеров )
Недостатки
  • Имеет сложную конструкцию по сравнению с реле EMR
  • Имеется падение напряжения через его клеммы нагрузки.
  • Он имеет ток утечки во время выключенного состояния .
  • Реле SSR рассеивают слишком много тепла .
  • Он не может переключать низкого напряжения по сравнению с реле EMR.
  • Коммутация реле SSR зависит от напряжения контролируемой цепи.

Сообщение по теме: Типы микросхем. Классификация интегральных схем и их ограничения

Области применения твердотельных реле (твердотельных реле ) Реле

Ниже приведены общие примеры использования твердотельных реле в области электротехники и электроники.

  • Обычно реле SSR используется для переключения, то есть для управления включением / выключением питания переменного тока.
  • Он используется для управления мощностью, то есть управления скоростью двигателя, затемнения света и вентилятора, переключением мощности и т. Д.
  • Они также используются для управления электронагревателями для контроля температуры.
  • Кабина SSR может использоваться как защелка, которая пригодится в случае чайников.
  • В линиях связи реле SSR с оптопарой исключает протекающий через него ток возбуждения реле.
  • Твердотельное реле в основном используется при переключении с высокой нагрузкой.

Твердотельные реле переменного тока с использованием симисторов


Самое простое твердотельное реле.

Самое простое твердотельное реле (SSR) показано выше, это источник света и симистор со светочувствительным затвором. Для получения дополнительной информации о том, как работают симисторы и тиристоры, см. Проекты и схемы базовых симисторов и тиристоров. Твердотельное реле (SSR) состоит из четырех основных частей:

  1. Оптоизолятор или оптрон для изоляции низковольтного управления постоянным током, часто от микрокомпьютера, от высокого напряжения переменного тока.Входной оптопара часто представляет собой светоизлучающие диоды, в то время как выход часто представляет собой фототранзистор или фотоприемник для включения симистора.
  2. SSR часто имеет внутреннюю схему детектора перехода через ноль для включения симистора в то время, когда синусоида немного превышает ноль или 180 градусов. Это помогает предотвратить повреждение нагрузки и ненужные скачки напряжения.
  3. Симистор, действующий как переключатель переменного тока. Если SSR предназначен для постоянного тока, на выходе будет силовой транзистор.
  4. Демпферная цепь (и) для предотвращения ложного срабатывания симистора из-за шумовых всплесков, генерируемых магнитными нагрузками.

Более практичный SSR.

См. Также Использование оптопары. Важное замечание: выход не имеет электрического соединения со входом и может обеспечивать изоляцию до нескольких тысяч вольт. Также см. Дополнительные примеры схем.


Оптоизоляторы с диафрагмами

Оптоизолятор — это твердотельное устройство, предназначенное для обеспечения гальванической развязки между входом и выходом. Вход состоит из светоизлучающего диода (LED) в корпусе с шестью или восемью выводами, в зависимости от типа.Выходом может быть фототранзистор, фотодатчик и т. Д. Электрический контакт между входом и выходом отсутствует. Когда светодиод включен, диод, транзистор и т. Д. Будут проводить свет, излучаемый диодом, таким образом, включая симистор, как выключатель. Серия MOC3011 предназначена для подключения к симисторам, типы MOC301x на 110 вольт и типы MOC302x на 240 вольт. Просмотрите схему.


(вверху) MOC3042 Другие оптопары имеют встроенный детектор перехода через нуль.

Демпферы

Демпферная цепь (обычно типа RCA) часто используется между Mt1 и Mt2.Демпфирующие цепи используются для предотвращения преждевременного срабатывания, вызванного, например, скачками напряжения в сети переменного тока или индуктивными нагрузками, такими как двигатели. Кроме того, резистор затвора или конденсатор (или оба параллельно) могут быть подключены между затвором и Mt1 для дальнейшего предотвращения ложного срабатывания. Это может увеличить требуемый ток запуска и, возможно, задержку выключения при разрядке конденсатора.

В этой схеме выше «горячая» сторона линии переключается, а нагрузка подключается к холодной или заземленной стороне.Резистор на 39 Ом и конденсатор 0,01 мкФ предназначены для демпфирования симистора, а резистор на 470 Ом и конденсатор 0,05 мкФ — для демпфирования ответвителя. Эти компоненты могут быть необходимы, а могут и не потребоваться, в зависимости от конкретной нагрузки и используемой нагрузки.

Для получения дополнительной информации о вышеупомянутом оптроне см. Оптоизолятор серии moc30xx и MOC3042 с цепями перехода через нуль. (оба файла в формате pdf)

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *