Твердотельное реле: принцип работы, достоинства, виды, схемы включения

Коммутация индуктивной нагрузки

С индуктивной нагрузкой (обычно это электромагнит) все не так просто.

В этом случае необходимо учитывать переходные процессы в моменты включения и выключения SSR.
В эти моменты возможны скачки напряжения, что может привести к неприятным последствиям,
например — «зависает» SSR в открытом или закрытом состоянии, которое снимается перезапуском блока питания.
Самый неудачный вариант — SSR может полностью выйти из строя, при этом он может оставаться в опасном состоянии.

Есть особенности подключения индуктивных нагрузок, например, электромагнитов.
Производители рекомендуют выбирать пару SSR-электромагнитов таким образом, чтобы
так, чтобы ток нагрузки не превышал 10% от максимально допустимого тока SSR.
Это связано с возможной нестабильностью работы.
Также при переключении постоянного тока рекомендуется подключать диод обратно параллельно нагрузке.

Инструкция для самостоятельной сборки твердотельного реле на 12 В

Если вы собираетесь собрать твердотельное реле, вам нужно будет построить схему с симистором, цепью управления и гальванической развязкой (например, симисторную оптопару).

В качестве наглядного примера предлагается использовать следующие детали:

• симисторный оптрон MOC3083 (VD1);
• изолированный анодный симистор ВТ139-800 16А (V1 от Philips);
• резистор для ограничения тока через светодиод MOC3083 (R1 750 Ом 0,5Вт);
• сигнальный светодиод AL307A (LD1);
• сопротивление управляющего электрода симистора 160 Ом (R2, 0,125 Вт).

1. Для самостоятельной сборки твердотельного реле вам сначала понадобится металлическая подложка (желательно алюминиевая), которая быстро проводит тепло. Конкретные размеры подложки (размер и толщина) зависят от того, сколько тепла необходимо будет отвести от симистора (также учтите, что саму подложку можно разместить на металлической поверхности).
2. Далее необходима опалубка для отливки. Он должен быть такого размера, чтобы вмещать все компоненты устройства. Под опалубку поместится любой кусок пластика подходящего размера.
3. С помощью клеевого пистолета опалубку крепят к опоре. Все существующие слоты запломбированы.
4. Предварительно смонтированная схема размещена и протестирована. Учтите, что не всегда возможно сразу точно определить положение выводов симистора. Чтобы прояснить этот момент, подключите тестер МОм к выходным концам симистора. Если симистор размыкается, уровень сопротивления вместо десятков МОм упадет до нескольких кОм.
5. Между задней частью корпуса симистора и поверхностью подложки требуется промежуточный слой теплопроводной пасты (КПТ-8). Анод ранее неизолированного симистора также должен быть закрыт изолирующей прокладкой. В любом случае ни один компонент схемы не должен иметь прямого контакта с металлической подложкой.
6. Снова вооружившись клеевым пистолетом, необходимо закрепить корпус симистора на подложке.
7. Уложите все остальные компоненты схемы, продолжая фиксировать их так, чтобы они не соприкасались с опорой.
8. Заполните форму составом.

Известные модели

Расшифровка маркировки

Основные характеристики зависят от многих факторов. К популярным отечественным моделям производства КИПпрбор, Протон, Космо относятся:

• ТМ-О. Устройства со встроенной «нулевой» схемой, по которой проходит фазовый переход.
• ST. Модели, которые отключаются в любой момент.
• Самыми популярными и используемыми являются TMV, TSB, TSM, TMB, TSA. У них есть выходная цепь RC.
• ТК / ТМ — мощность. Токи достигают значений 25 мА.
• TCA, TMA — используются в чувствительных устройствах.
• TSB, TMB — низковольтные модели. Напряжение не превышает 30 В.
• ТСВ, ТМВ — высоковольтные. Напряжение достигает 280 В.

Зарубежные контрагенты включают продукцию Carlo Gavazzi, Gefran, КТК.

Расшифровка

Наибольшей популярностью пользуются модели SSR, TSR (однофазные и трехфазные соответственно). Их сопротивление составляет 50 МОм и более при напряжении 500 В.

Обозначение пишется как SSR -40 DA H. SSR или TSR указывает количество фаз. 40 — нагрузка в Амперах. Буквой обозначен сигнал на входе (L 4-20 мА, D — 3-32 В при постоянном токе, V — переменное сопротивление, A — 80-250 В при переменном токе). Следующая буква — входное напряжение (A — AC, D — DC). Последняя буква — это диапазон выходного напряжения (N — 90-480V, без буквы — 24-380V).

Правила выбора и покупки ТТР

лучше покупать ССР в специализированном магазине, где опытные консультанты ответят на все вопросы и помогут подобрать устройство необходимой мощности исходя из потребностей покупателя. При этом следует обратить внимание на следующее:

• тип реле;
• материал, из которого изготовлен корпус;
• наличие или отсутствие застежек;
• тип включения;
• власть;
• энергоэффективность;
• габаритные размеры;
• наличие дополнительных функций;
• режиссер.

При покупке ССР необходимо учитывать, что запас мощности должен в несколько раз превышать необходимый, иначе даже небольшое превышение этого показателя может вывести прибор из строя.

Для защиты реле используйте предохранители, специально разработанные для SSR. Они бывают разных типов:

• g R — обладают улучшенными характеристиками и используются в широком диапазоне мощностей;
• у R — защищает полупроводники от короткого замыкания;
• g S — защищает полупроводники от высоких нагрузок, может использоваться для любого типа тока.

Стоимость этих предохранителей может быть равна цене самих реле, но благодаря им устройство прослужит долго. Есть и другие предохранители, которые относятся к классам B, C, D и стоят намного дешевле, но имеют невысокую степень защиты.

Покупая твердотельное реле, следует помнить, что в процессе эксплуатации оно довольно быстро нагревается, что может привести к отклонению от нормального режима работы и даже сжечь устройство. Поэтому стоит также приобрести радиатор охлаждения. Запас тока для нормальной работы ТТР должен быть в три-четыре раза выше номинального, а при использовании устройства регулирования скорости электродвигателей запас по току следует увеличить в 8-10 раз.

Виды твердотельных реле

Твердотельное реле — это модульное полупроводниковое устройство, изготовленное по гибридной технологии. В них используются симисторные конструкции, тиристоры или транзисторы, которые служат основой для создания мощных силовых ключей. Они успешно заменяют традиционные контакторы и электромагнитные реле.

В зависимости от типа нагрузки полупроводниковые приборы могут быть однофазными или трехфазными. Они способны переключать напряжения в самом широком диапазоне от 40 до 440 вольт, что позволяет использовать их в различных областях.

В зависимости от типа команды различают 3 группы реле:

• Для коммутации постоянного напряжения от 3 до 32 вольт.
• Для переключения напряжения переменного тока с 90 на 250 вольт.
• Для ручного управления выходным напряжением при использовании переменных резисторов, сопротивлением от 40 до 560 кОм, мощностью от 0,25 до 0,5 Вт.

Твердотельные реле также различаются способом включения:

• Устройства нулевого пересечения. С их участием переключаются резистивные, емкостные и слабоиндуктивные нагрузки. При подаче управляющего сигнала выходное напряжение появляется в первый раз, когда линейное напряжение пересекает нулевой уровень. За счет этого уменьшается начальный пусковой ток, снижается уровень электромагнитных помех и увеличивается срок службы коммутируемых нагрузок. Этот тип реле нельзя использовать для переключения высокоиндуктивных нагрузок, таких как трансформаторы холостого хода.
• Устройства с мгновенным (случайным) зажиганием. Они используются для переключения нагрузок, когда требуется немедленная реакция. Выходное напряжение возникает вместе с подачей управляющего сигнала с задержкой включения не более 1 миллисекунды. Эти реле могут активироваться в любом участке синусоидального напряжения. Существенным недостатком этих устройств является импульсный шум и начальные всплески тока, возникающие при переключении.
• Фазовый контроль. Реле изменяет значение выходного напряжения нагрузки. Это позволяет регулировать мощность нагревательных элементов и уровень освещенности ламп накаливания.

Налаживание

Проверьте и отрегулируйте емкостное реле в следующей последовательности. Они касаются одной рукой неизолированного общего провода и с помощью настроечного конденсатора С4 осознают потерю звукового сигнала. После этого подносим руку к сенсору — в телефоне должен появиться сигнал. Если звук не издается, емкость конденсатора С3 увеличивается, если звуковой сигнал не пропадает, емкость этого конденсатора уменьшается или вообще удаляется. При более точном подборе емкости подстроечного конденсатора реле можно активировать при поднесении руки к датчику на расстояние 10-15 см.

Думаю, с реле емко все понятно, но для управления устройствами по звуку используется аудиореле, основным датчиком которого является микрофон.

Пример подключения твердотельного реле

Вы знаете, как сделать твердотельное реле своими руками. Аналоги такого устройства часто встречаются на рынке. Вы можете использовать как любительские, так и промышленные схемы — это зависит от возможностей, которые вам нужно получить от устройства. С помощью такого устройства обеспечивается контакт между цепями высокого и низкого напряжения.

Подобную структуру имеют большинство промышленных устройств и самодельных изделий. Отличия незначительны, никак не влияют на работу. Проверить это несложно. На рисунке представлена ​​простейшая схема переключения реле:

Состав устройства:

1. Оптическая изоляция цепей.
2. Цепочка триггеров (их может быть несколько).
3. Устройства защиты и выключатели.
4. Подъезды.

Вход — это первичная цепь, в которой установлено постоянное сопротивление. Функция входа — принимать сигнал и передавать требуемую команду устройству, переключающему нагрузку.

Схема

Давайте посмотрим на схему этого очень полезного и нужного устройства.

Основой схемы является силовой симистор T1 — BT138-800 на 16 А и управляющая им оптопара MOS3063. На схеме жилы, которые необходимо проложить медным проводом большего сечения, выделены черным цветом в зависимости от предполагаемой нагрузки.
Мне удобнее проверять светодиод оптопары 220 Вольт, а можно и 12 или 5 Вольт, если нужно.

Для управления от 5 Вольт нужно сменить демпфирующий резистор с 630 Ом на 360 Ом, остальное то же самое.
Названия деталей рассчитаны для MOS3063, если используется другой оптрон, названия необходимо пересчитать.
Варистор R7 защищает схему от скачков напряжения.
Цепочка индикаторных светодиодов снимается полностью, но это дает более четкое представление о том, что устройство работает.
Для предотвращения выхода из строя симистора используются резисторы R4, R5 и конденсаторы C3, C4, их номиналы рассчитаны на ток не более 10 Ампер. Если реле требуется для высокой нагрузки, номинальные характеристики необходимо пересчитать.
Радиатор охлаждения симистора напрямую зависит от нагрузки на него. При мощности в триста ватт радиатор вообще не нужен и, соответственно, чем больше нагрузка, тем больше площадь радиатора. Чем меньше будет перегрев симистора, тем дольше он проработает, а значит, и кулер лишним не будет.
Если вы планируете управлять большей мощностью, лучшим выходом будет подключение более мощного симистора, например BTA41, который рассчитан на 40 А или аналогичный. Рейтинги сторон будут корректироваться без пересчета.

Особенности эксплуатации

Как видно из принципа работы, твердотельное реле наиболее актуально для использования в тех случаях, когда необходимо многократно включать и снимать нагрузку за короткий промежуток времени. Электромеханические устройства плохо справляются с такой задачей, быстро теряют свои свойства и просто выходят из строя. Им необходимо регулярно чистить контакты, и даже если вы это сделаете, риск контактного истощения или привязанности по-прежнему велик.

Твердотельные устройства, в свою очередь, обеспечивают высокую надежность и бесшумную безотказную работу. К тому же они компактны по размеру. Но при этом они имеют значительно более высокую стоимость, чем электромеханические узлы. Поэтому, если есть фактор экономии, полупроводники не всегда лучший вариант.

Для правильной работы устройства, а также если вы хотите знать, как проверить твердотельное реле, стоит запомнить следующие моменты:

• Подключение в устройствах осуществляется винтовым методом. Сварка для этого не используется.
• Чтобы не нарушить целостность корпуса и не допустить выхода устройства из строя, защищайте его от пыли, металлических частиц и любого механическ�