Тверской Городской Форум

Статьи, обзоры и общение

Твердотельное реле

Что такое твердотельное реле, его схемы, управление и подключение

Это новый тип бесконтактных электрических реле собранных по современным мировым стандартам и технологиям.

Благодаря своим характеристикам твердотельные реле все чаще заменяют электромагнитные реле и контакторы. Твердотельные реле применяются в системах управления нагревом, освещением, электродвигателями, трансформаторами, электромагнитами и т.д.

Особенности реле:

  • Коммутация цепей постоянного тока
  • Управляющее напряжение 3-32V DC
  • Длительный срок службы
  • Отсутствие дребезга контактов и искрения при переключениях
  • Отсутствие акустического шума
  • Низкое энергопотребление
  • Высокое быстродействие

Расшифровка номенклатуры

  1. GDH – Вид твердотельного реле
    • GDH – однофазное твердотельное реле (10 – 120А)
    • GDM – однофазные твердотельные реле в корпусе промышленного исполнения (100 – 500А)
    • GTH – трехфазные твердотельные реле (10 – 120А)
    • GTR – реверсивные твердотельные реле (10 – 40А)
  2. 40 – рабочий ток 40А (от 10 до 500А)
  3. 48 – рабочее напряжение 24-480V AC, 38 – 24-380V AC, 23 – 5-220V DC
  4. ZD3 – тип управляющего сигнала (способ коммутации)
    • VA – переменный резистор 470-560кОм/2Вт (фазовое управление)
    • LA – аналоговый сигнал 4-20мА (фазовое управление)
    • VD – аналоговый сигнал 0-10V DC (фазовое управление)
    • ZD – управление 10-30V DC (коммутация при переходе через ноль)
    • ZD3 – управление 3-32V DC (коммутация при переходе через ноль)
    • ZA2 – управление 70-280V AC (коммутация при переходе через ноль)
    • DD3 – управление 3-32V DC (коммутация напряжения постоянного тока)

Варианты исполнений

Выходное напряжение

Управляющее
напряжение

Номинальный коммутируемый ток

220V DC

3-32V DC

60А

80А

Технические характеристики и условия эксплуатации:

Входное управляющее напряжение

GDHхххххDD3

Коммутируемое напряжение

5-220V DC

Управляющий сигнал

3-32V DC

Потребляемый ток в цепи управления

5-25мА

Ток утечки (выключенное состояние)

≤5мА

Напряжение вкл./выкл.

3V DC/1V DC

Максимальное пиковое напряжение

400V DC

Падение напряжения в цепи нагрузки

≤1,2V DC

Время переключения

≤10мс

Светодиодная индикация

есть

Напряжение пробоя

2000V AC в теч.

1 минуты

Сопротивление изоляции

500МОм при 500V DC

Температура окружающей среды

-30…+75°C

Относительная влажность

≤95º (без образования конденсата)

Габаритные размеры

57,5х44х32мм

Способ монтажа

Винтами на монтажную поверхность

Масса

≤135г

Примечание: При индуктивной нагрузке необходимо использовать шунтирующий диод, установленный параллельно нагрузке (в соответствии со схемой включения)

Схемы подключения:

GDHхххххDD3

Внешний вид и габаритные размеры:

В данной статье поговорим про твердотельное реле, обозначим его преимущество перед механическим реле. Рассмотрим управление и подключение твердотельного реле, принцип его работы и конструкцию, а так же разберем различные схемы.

Описание

В отличие от электромеханических реле (EMR), которые используют катушки, магнитные поля, пружины и механические контакты для управления и переключения питания, твердотельное реле или SSR не имеет движущихся частей, но вместо этого использует электрические и оптические свойства полупроводниковых полупроводников, выполняет его вход в функции изоляции и переключения выхода.

Как и обычные электромеханические реле, твердотельные реле обеспечивают полную электрическую изоляцию между их входными и выходными контактами, а его выход действует как обычный электрический переключатель в том смысле, что он имеет очень высокое, почти бесконечное сопротивление в непроводящем (разомкнутом) и очень низком сопротивлении при проведении. Твердотельные реле могут быть предназначены для переключения как переменного, так и постоянного тока с помощью SCR, триак или переключающего транзисторного выхода вместо обычных механических нормально разомкнутых контактов. Купить твердотельное реле на Алиэкспресс:

В то время как твердотельное реле и электромеханическое реле в основном схожи в том, что их низковольтный вход электрически изолирован от выхода, который переключает и контролирует нагрузку, электромеханические реле имеют ограниченный жизненный цикл контакта, могут занимать много места и имеют более низкие скорости переключения, особенно большие силовые реле и контакторы. Твердотельные реле не имеют таких ограничений.

Таким образом, основные преимущества твердотельных реле по сравнению с обычными электромеханическими реле состоят в том, что у них нет движущихся частей, изнашиваемых, и, следовательно, нет проблем с отскоком контактов, они могут переключать «ВКЛ» и «ВЫКЛ» гораздо быстрее, чем механические реле может двигаться, а также включаться при нулевом напряжении и отключаться при нулевом токе, что устраняет электрические помехи и переходные процессы.

Полупроводниковые реле можно купить в стандартных готовых комплектах, от нескольких вольт или ампер до многих сотен вольт и ампер выходной коммутационной способности. Однако твердотельные реле с очень высоким номинальным током (плюс 150 А) все еще слишком дороги для покупки из-за их требований к силовым полупроводникам и теплоотдаче, и, как таковые, все еще используются более дешевые электромеханические контакторы.

Подобно электромеханическому реле, небольшое входное напряжение, обычно от 3 до 32 вольт постоянного тока, может использоваться для управления очень большим выходным напряжением или током, например 240В, 10А. Это делает их идеальными для взаимодействия микроконтроллеров, PIC и Arduino, так как слаботочный 5-вольтный сигнал, скажем, от микроконтроллера или логического вентиля, может использоваться для управления конкретной нагрузкой цепи, и это достигается с помощью опто-изолятора.

Принцип работы и конструкция твердотельного реле

Одним из основных компонентов твердотельного реле (SSR) является оптоизолятор (также называемый оптопарой), который содержит один (или более) инфракрасный светодиод или светодиодный источник света, а также фоточувствительное устройство в один случай. Оптоизолятор изолирует вход от выхода.

Светодиодный источник света подключен к входной секции SSR и обеспечивает оптическую связь через зазор с соседним фоточувствительным транзистором, парой Дарлингтона или симистором. Когда ток проходит через светодиод, он загорается, и его свет фокусируется через зазор на фототранзистор / фототриак.

Таким образом, выход оптронного SSR включается при включении этого светодиода, как правило, с помощью низковольтного сигнала. Поскольку единственным входом между входом и выходом является луч света, высоковольтная изоляция (обычно несколько тысяч вольт) достигается с помощью этой внутренней оптоизоляции.

Оптоизолятор не только обеспечивает более высокую степень изоляции входов / выходов, он также может передавать сигналы постоянного тока и низкочастотные сигналы. Кроме того, светодиод и фоточувствительное устройство могут быть полностью отделены друг от друга и оптически связаны с помощью оптического волокна.

Входная схема SSR может состоять только из одного ограничивающего ток резистора, включенного последовательно со светодиодом оптоизолятора, или из более сложной цепи с выпрямителем, регулированием тока, защитой от обратной полярности, фильтрацией и т.д.

Чтобы активировать или включить «ВКЛ» проданное реле состояния в проводимость, на его входные клеммы должно быть приложено напряжение, превышающее его минимальное значение (обычно 3 В постоянного тока) (эквивалентно катушке электромеханического реле). Этот сигнал постоянного тока может быть получен от механического переключателя, логического вентиля или микроконтроллера, как показано ниже.

Входная цепь переменного тока твердотельного реле

Мостовые выпрямители преобразуют синусоидальное напряжение в двухполупериодные выпрямленные импульсы с удвоенной входной частотой. Проблема здесь заключается в том, что эти импульсы напряжения начинаются и заканчиваются с нуля вольт, что означает, что они упадут ниже минимальных требований к напряжению при включении порога входа SSR, в результате чего выход будет «включаться» и «выключаться» в каждом полупериоде.

Чтобы преодолеть это беспорядочное срабатывание на выходе, мы можем сгладить выпрямленную рябь, используя сглаживающий конденсатор (C1) на выходе мостового выпрямителя. Эффект зарядки и разрядки конденсатора повысит постоянную составляющую выпрямленного сигнала выше максимального значения напряжения включения на входе твердотельных реле. Тогда, даже если используется постоянно изменяющаяся синусоидальная форма волны напряжения, входной сигнал SSR видит постоянное напряжение постоянного тока.

Значения резистора падения напряжения R 1 и сглаживающего конденсатора C 1выбираются в соответствии с напряжением питания, 120 В переменного тока или 240 В переменного тока, а также входным сопротивлением твердотельного реле. Но что-то около 40 кОм и 10 мкФ подойдет.

Затем с добавлением этой мостовой выпрямителя и сглаживающей конденсаторной цепи можно управлять стандартным твердотельным реле постоянного тока, используя источник переменного или неполяризованного постоянного тока. Конечно, производители уже производят и продают входные твердотельные реле переменного тока (обычно от 90 до 280 В переменного тока).

Выход твердотельного реле

Возможности переключения выхода твердотельного реле могут быть как переменного, так и постоянного тока, аналогичными его требованиям к входному напряжению. Выходная цепь большинства стандартных твердотельных реле сконфигурирована для выполнения только одного типа переключающего действия, дающего эквивалент нормально разомкнутого однополюсного однополюсного (SPST-NO) режима работы электромеханического реле.

Для большинства твердотельных реле постоянного тока обычно используются твердотельные коммутационные устройства — силовые транзисторы, Дарлингтона и MOSFET, тогда как для твердотельного реле переменного тока, коммутационные устройства — это симисторные или двухсторонние тиристоры. Тиристоры предпочтительны из-за их высокого напряжения и тока. Один тиристор также может использоваться в схеме мостового выпрямителя, как показано на рисунке.

Наиболее распространенным применением твердотельных реле является переключение нагрузки переменного тока, будь то управление мощностью переменного тока для включения / выключения, затемнение света, управление скоростью двигателя или другие подобные приложения, где необходимо управление мощностью, эти нагрузки переменного тока может легко управляться с помощью постоянного тока низкого напряжения с помощью твердотельного реле, обеспечивающего длительный срок службы и высокие скорости переключения.

Одним из самых больших преимуществ твердотельных реле по сравнению с электромеханическим реле является его способность выключать «переменные» нагрузки переменного тока в точке нулевого тока нагрузки, тем самым полностью устраняя искрение, электрический шум и отскок контактов, связанные с обычными механическими реле и индуктивными нагрузками.

Это связано с тем, что твердотельные реле переключения переменного тока используют SCR и триак в качестве выходного переключающего устройства, которое продолжает проводить после удаления входного сигнала до тех пор, пока переменный ток, протекающий через устройство, не опустится ниже своего порогового значения или не сохранит значение тока. Тогда выход SSR никогда не сможет выключиться в середине пика синусоидальной волны.

Отключение при нулевом токе является основным преимуществом использования твердотельного реле, поскольку оно уменьшает электрические помехи и обратную эдс, связанные с переключением индуктивных нагрузок, которые видятся как искрение контактами электромеханического реле. Рассмотрим диаграмму формы выходного сигнала ниже типичного твердотельного реле переменного тока.

Форма выходного сигнала твердотельного реле

При отсутствии входного сигнала ток нагрузки не протекает через SSR, поскольку он фактически выключен (разомкнут), а выходные клеммы видят полное напряжение питания переменного тока. При применении входного сигнала постоянного тока, независимо от того, какую часть синусоидального сигнала, положительного или отрицательного, проходит цикл, из-за характеристик переключения SSR при нулевом напряжении, выход включается только тогда, когда сигнал пересекает нулевую точку.

Когда напряжение питания увеличивается в положительном или отрицательном направлении, оно достигает минимального значения, необходимого для полного включения выходных тиристоров или симистора (обычно менее чем около 15 вольт). Падение напряжения на выходных клеммах SSR соответствует падению напряжения переключающего устройства V T (обычно менее 2 вольт). Таким образом, любые высокие пусковые токи, связанные с реактивными или ламповыми нагрузками, значительно снижаются.

Когда сигнал входного напряжения постоянного тока удаляется, выход не отключается внезапно, так как после срабатывания проводимости тиристор или триак, используемый в качестве переключающего устройства, остается включенным в течение оставшейся части полупериода, пока токи нагрузки не упадут ниже удерживающих устройств тока, в этот момент он выключается. Таким образом, высокая обратная ЭДС dv / dt, связанная с переключением индуктивных нагрузок в середине синусоиды, значительно снижается.

Тогда основными преимуществами твердотельного реле переменного тока над электромеханическим реле является его функция пересечения нуля, которая включает SSR, когда напряжение нагрузки переменного тока близко к нулю вольт, таким образом подавляя любые высокие пусковые токи, поскольку ток нагрузки всегда будет запускаться от точки, близкой к 0 В, и присущей нулевой характеристике отключения тока тиристора или симистора. Поэтому существует максимально возможная задержка выключения (между удалением входного сигнала и отключением тока нагрузки) в один полупериод.

Форма сигнала с произвольным переключением

Хотя это позволяет контролировать фазу сигнала нагрузки, основная проблема случайного включения SSR заключается в том, что начальный скачок тока нагрузки в момент включения реле может быть высоким из-за переключающей мощности SSR, когда напряжение питания составляет близко к своему пиковому значению (90 o ). Когда входной сигнал удаляется, он перестает проводить, когда ток нагрузки падает ниже тока тиристоров или триаков, как показано на рисунке. Очевидно, что для твердотельного реле постоянного тока действие включения-выключения является мгновенным.

Твердотельное реле идеально подходит для широкого диапазона применений ВКЛ / ВЫКЛ переключения , поскольку они не имеют подвижных частей или контактов в отличие от электромеханического реле (ЭМР). Существует много различных коммерческих типов на выбор для входных сигналов управления переменного и постоянного тока, а также для переключения выходов переменного и постоянного тока, так как они используют полупроводниковые переключающие элементы, такие как тиристоры, триаки и транзисторы.

Но используя комбинацию хорошего оптоизолятора и симистора, мы можем сделать наше собственное недорогое и простое твердотельное реле для управления нагрузкой переменного тока, такой как нагреватель, лампа или соленоид. Поскольку для работы оптоизолятора требуется только небольшое количество входной / управляющей мощности, управляющий сигнал может поступать от PIC, Arduino, Raspberry PI или любого другого такого микроконтроллера.

Пример твердотельного реле

Предположим, нам нужен микроконтроллер с сигналом порта цифрового выхода всего лишь +5 В для управления нагревательным элементом 120 В переменного тока, 600 Вт. Для этого мы могли бы использовать опто-триационный изолятор MOC 3020, но внутренний триак может пропускать только максимальный ток (I TSM ) в пике 1 А на пике источника переменного тока 120 В, поэтому необходимо также использовать дополнительный переключающий триак.

Сначала давайте рассмотрим входные характеристики оптоизолятора MOC 3020 (доступны другие опто-триаки). Спецификация оптоизоляторов говорит нам, что прямое напряжение (V F ) падения входного светодиода составляет 1,2 В, а максимальный прямой ток (I F ) составляет 50 мА.

Светодиоду требуется около 10 мА, чтобы он мог достаточно ярко светиться до максимального значения 50 мА. Однако порт цифрового выхода микроконтроллера может выдавать максимум 30 мА. Тогда значение требуемого тока лежит где-то между 10 и 30 миллиампер. Следовательно:

Таким образом, можно использовать резистор для ограничения последовательного тока со значением от 126 до 380 Ом. Поскольку порт цифрового выхода всегда переключается на +5 В и для уменьшения рассеивания мощности через светодиод оптопары мы выберем предпочтительное значение сопротивления 240 Ом. Это дает светодиодный прямой ток менее 16 мА. В этом примере подойдет любое предпочтительное значение резистора между 150 Ом и 330 Ом.

Нагрузка нагревательного элемента составляет 600 Вт. Использование 120 В переменного тока даст нам ток нагрузки 5 ампер (I = P / V). Поскольку мы хотим управлять этим током нагрузки в обоих полупериодах (все 4 квадранта) формы сигнала переменного тока, нам потребуется триак переключения сети.

BTA06 — это симистор 600 В на 6 ампер (I T (RMS) ), подходящий для общего / двухпозиционного переключения нагрузок переменного тока, но подойдет любой аналогичный симистор с номинальным напряжением 6–8 ампер. Кроме того, для этого переключающего триака требуется только 50 мА привода затвора для запуска проводимости, что намного меньше максимального значения 1 А для оптоизолятора MOC 3020.

Учтите, что выходной триак оптоизолятора включился при пиковом значении (90 o ) среднеквадратичного напряжения питания 120 В переменного тока. Это пиковое напряжение имеет значение: 120 x 1,414 = 170Vpk. Если максимальный ток опто-триаков (I TSM ) составляет 1 А, то минимальное значение требуемого последовательного сопротивления составляет 170/1 = 170 Ом или 180 Ом до ближайшего предпочтительного значения. Это значение 180 Ом будет защищать выходной триак оптопары, а также затвор триака BTA06 при питании 120 В переменного тока.

Если симистор оптоизолятора включается при значении пересечения нуля (0 o ) среднеквадратичного переменного напряжения питания 120 В , то минимальное напряжение, необходимое для подачи требуемого тока возбуждения затвора 50 мА, заставляющего переключающий триак в проводимость, будет: 180 Ом х 50 мА = 9,0 вольт. Затем симистор срабатывает, когда синусоидальное напряжение Gate-to-MT1 превышает 9 вольт.

Таким образом, минимальное напряжение, требуемое после точки пересечения нуля формы сигнала переменного тока, должно составлять 9 вольт, при этом рассеяние мощности в этом последовательном затворном резисторе очень мало, поэтому можно безопасно использовать резистор номиналом 0,5 Ом с сопротивлением 0,5 Ом и номиналом 0,5 Вт. Рассмотрим схему ниже.

Схема реле переменного тока

Этот тип конфигурации оптопары формирует основу очень простого применения твердотельного реле, которое может использоваться для управления любой нагрузкой от сети переменного тока, такой как лампы и двигатели. Здесь мы использовали MOC 3020, который является изолятором со случайным переключением. Опто-триачный изолятор MOC 3041 имеет те же характеристики, но со встроенным обнаружением пересечения нуля, позволяющим нагрузке получать полную мощность без больших пусковых токов при переключении индуктивных нагрузок.

Диод D 1 предотвращает повреждение из-за обратного подключения входного напряжения, в то время как резистор 56 Ом (R 3 ) шунтирует любые токи di / dt при отключенном симисторе, устраняя ложные срабатывания. Он также связывает терминал затвора с MT1, обеспечивая полное отключение симистора.

Если используется входной сигнал ШИМ с широтно-импульсной модуляцией, частота переключения ВКЛ / ВЫКЛ должна быть установлена ​​не более 10 Гц для нагрузки переменного тока, иначе выходное переключение этой полупроводниковой релейной цепи может не выдержать.

Твердотельное реле (ТТР) – полупроводниковое устройство, применяемое для создания контакта между низковольтными и высоковольтными цепями, является современной альтернативой традиционным пускателям и контакторам. Применяется в бытовой технике, промавтоматике, автомобильной электронике. Эти устройства могут иметь разные конструкции и схемы подключения, рассчитанные на применение в определенной группе приборов. В отличие от электромеханических аналогов электронные коммутаторы не имеют трущихся частей, а их основными узлами являются: симисторы, тиристоры, транзисторы.

Характеристики твердотельных реле

Эти полупроводниковые устройства имеют комплекс преимуществ, обеспечивающий популярность их применения в современной электронике и автоматике:

  • малое энергопотребление – на 90% меньше, по сравнению с электромагнитными реле;
  • компактные габариты, обеспечивающие удобную транспортировку и монтаж;
  • конструкция, устойчивая к механическим воздействиям;
  • высокое быстродействие, благодаря которому устройство выгодно отличается от электромеханических коммутаторов;
  • бесшумность;
  • длительный рабочий период, отсутствие потребности в проведении периодического техобслуживания;
  • включение цепи без электромагнитных помех;
  • обеспечение надежной изоляции между входными и коммутационными цепями;
  • совместимость с большинством компонентов логических интегральных схем без использования усилителей сигнала, буферов, драйверов.

Основными недостатками этого прибора являются: высокая цена, необходимость использования радиаторов охлаждения и дорогостоящих предохранителей, вероятность появления оттоков «утечки» в отключенном состоянии.

Разновидности твердотельных реле

Эти полупроводниковые устройства разделяются по типу нагрузки на одно- и трехфазные. Однофазные твердотельные реле работают с токами 10-120 А, 100-500 А, фазовое управление осуществляется аналоговыми сигналами. С помощью трехфазных твердотельных реле управляют током сразу на трех фазах. Рабочий интервал тока – 10-120 А. Разновидностью трехфазных моделей являются коммутаторы реверсивного типа. Их отличия: бесконтактная коммутация и особая маркировка. Эти устройства эффективно соединяют и разъединяют каждую цепь по отдельности. Защитные компоненты предотвращают ложные срабатывания. Трехфазные устройства имеют более длительный эксплуатационный период, по сравнению с однофазными.

По характеру контролируемого и коммутируемого напряжения различают твердотельные реле:

  • Постоянного тока. Надежны, изготавливаются со световой индикацией, имеют широкий диапазон рабочих температур: от -30°C до +70°C.
  • Переменного тока. Для таких полупроводниковых устройств характерны: бесшумность работы, малый уровень электромагнитных помех, высокое быстродействие, энергосберегающие характеристики.
  • С ручным руководством. В этих моделях режим работы можно настраивать самостоятельно.

Классификация твердотельных реле по способу коммутации:

  • устройства для обеспечения мгновенного срабатывания;
  • модели для коммутации слабоиндуктивных, редуктивных, емкостных нагрузок;
  • с наличием управления по фазам – используются для осветительных приборов и нагревательных элементов.

Разновидности по конструкции:

  • разработанные для монтажа на DIN-рейки;
  • универсальные, монтируются на переходные линейки.

HD-хх25.DD3 ТТР твердотельные реле для коммутации постоянного тока

В зависимости от внутреннего устройства твердотельные реле могут управляться как постоянным напряжением, так и переменным.

Наиболее распространены твердотельное реле, которые управляются постоянным напряжением в диапазоне от 3 до 32 Вольт. При этом величина управляемого напряжения должно находиться в этом диапазоне, а не быть равной какой-то конкретной величине из него, что очень удобно при интеграции в системы с различным напряжением.

Также встречаются полупроводниковые реле, для управления которыми используется аналоговый сигнал:

  • 4-20 мА;

  • 0-10 вольт постоянного тока;

  • Переменным резистором 470-560 кОм.

При этом такими реле можно регулировать мощность на подключенном приборе, по принципу фазового управления. Такой же принцип регулировки используется в бытовых диммерах для освещения.

В таблице ниже вы видите виды сигналов управления твердотельных реле с фазовым методом управления от компании IMPULS.

Обратите внимание на последние буквы маркировки (LA, VD, VA), у большинства производителей они одинаковы, и говорят, как раз, о типе сигнала.

Как уже было сказано, в реле с фазовым управлением, в зависимости от величины управляющего сигнала изменяется напряжение на выходе, что отображено на графике ниже.

Распознать такое реле можно по условному изображению возле входных клемм, например, на фото ниже видно, что ко входу подключается переменный резистор 470-560 кОм.

Есть и твердотельные реле с сигналом управления от сети переменного тока 220В, как изображено ниже. Они подходят для использования в качестве замены маломощных контакторов или электромагнитных реле.

Маркировка и тип управления

Для определения «фазности» реле используют символы в начале маркировки:

  • SSR – однофазные;

  • TTR – трёхфазные.

Что эквивалентно однополюсным и трёхполюсным коммутационным приборам.

Сила тока также шифруется, например, FOTEK указывает её в виде: Pxx

Где «хх» — это сила тока в амперах, например, P03 – 3 ампера, а P10 – 10 ампер.

Если в маркировке есть буква H – то это реле предназначено для коммутации повышенного напряжения.

В маркировке данные о типе управления указаны в последних символах, она может отличаться у разных производителей, но зачастую она имеет такой вид и значение (данные собраны по разным производителям):

  • VA – переменный резистор 470-560кОм/2Вт (фазовое управление);

  • LA – аналоговый сигнал 4-20мА (фазовое управление);

  • VD – аналоговый сигнал 0-10V DC (фазовое управление);

  • ZD – управление 10-30V DC (коммутация при переходе через ноль);

  • ZD3 – управление 3-32V DC (коммутация при переходе через ноль);

  • ZA2 – управление 70-280V AC (коммутация при переходе через ноль);

  • DD3 – управление сигналом 3-32V постоянного тока цепью постоянного тока (коммутация напряжения постоянного тока);

  • DA – управление сигналом постоянного тока, коммутация цепи переменного тока.

  • AA – управление сигналом переменного тока (220В), коммутация цепи переменного тока.

Проверим это на практике, допустим вы столкнулись с таким изделием как на рисунке ниже, и хотите узнать, что оно собой представляет.

Если внимательно изучить надписи возле клемм для подключения проводов уже станет ясно, что это реле для управления цепями переменного тока от 90 до 480 вольт, при этом управление происходит также переменным током с напряжением от 80 до 250 вольт.

Если же видна только маркировка, то: «SSR» – однофазное; «-10» — номинальная сила тока 10 ампер; «АА» — управление переменным током, коммутация переменного тока; «H» — для коммутации повышенного напряжения в силовой цепи — до 480В (если бы H не было, то было бы до 380-400В).

И для закрепления и лучшего понимания изучите следующую таблицу с маркировками и характеристиками твердотельных реле.

Устройство

Внутренняя схема твердотельного реле зависит от того на какой ток оно рассчитано (постоянный или переменный) и вида сигнала управления им. Рассмотрим некоторые из них.

Начнем с реле, которое управляется постоянным током и коммутируется при переходе через ноль. Иногда их называют «твердотельное реле Z-типа».

Здесь контакты 3-4 – это вход управляющего сигнала, в котором используется управление с помощью оптопары, которая служит для гальванической развязки входных и выходных цепей.

Блок контроля перехода через 0, или как его называют Zero Cross Circuit – отслеживает фазу напряжения в питающей сети и когда оно переходит через ноль производит коммутацию цепи (включение или отключение). Такой способ также называют Zero Voltage Switch, он позволяет снизить броски тока при включении (так как напряжение в этот момент равняется нулю) и всплески ЭДС-самоиндукции при отключении нагрузки.

Подходит для управления резистивной, емкостной и индуктивной нагрузкой. Не подходит для управления высокоиндуктивной нагрузкой (при cosФ<0.5), такой как трансформаторы на холостом ходу. Также этот метод управления не вносит помех в питающую сеть при переключениях. Ниже вы видите эпюры сигналов управления, напряжения в сети и тока нагрузки при таком методе управления.

Схематически это реализуется следующим образом:

Здесь напряжение от сети подаётся на блок с симистором и блоком который отслеживает переход через ноль. Элементы Q1, R3, R4, R5, C4 при высоком напряжении блокируют открытие тиристора T2, который управляет силовым симистором T1. Тогда коммутация возможна только при напряжении в сети близком к нулю. Входная цепь выполнена н U1 – транзисторной оптопаре, которая подаёт сигнал на управляющий электрод драйвера симистора T2, через Q2.

Реле мгновенного включения устроены несколько иначе чем, реле с коммутацией при переходе через ноль. В них отсутствует каскад ZCC.

При управлении переменным током схема отличается лишь наличием на входе выпрямителя (диодного моста).

А при коммутации цепей постоянного тока симистор заменяют транзистором.

Также есть универсальные реле для постоянного и переменного тока, где используется сборка из транзисторов. Вообще есть множество схем выходных каскадов твердотельных реле, ниже приведены примеры схемотехники разных моделей от такого производителя, как International Rectifier.

В реле с фазовым методом управления дело обстоит несколько иначе. Оно подобно диммеру умеет регулировать мощность нагрузки (выходное напряжение), для этого на вход подают аналоговый сигнал — напряжение, ток или подключают переменное сопротивление. В качестве силового элемента здесь применяется тиристор. Но учтите, что из-за такого метода регулировки возникают помехи в сети, для подавления которых применяют сетевые фильтры с синфазными дросселями, но это совсем другая тема.

Отличия коммутации при переходе через ноль от фазовой коммутации вы можете увидеть на рисунке ниже.

Схемы подключения и особенности использования

На самом деле схема подключения твердотельных реле почти ничем не отличается от обычных. Как правильно подключить? Давайте разбираться.

Если вам нужно заменить обычное реле 220В с управлением от переменного тока 220В – используйте следующую схему, на примере LDG LDSSR-10AA-H. На схеме для примера изображено подключение через обычный выключатель или тумблер. Вместо этого сигнал включения может подаваться от термостата, регулятора и других устройств.

Если вам нужно управлять с помощью низковольтного сигнала цепью 220В, то можно использовать FOTEK HPR-80AA.

В этой схеме в качестве источника низкого напряжения постоянного тока используется блок питания 12VDC, которые широко распространены как блоки питания для светодиодных лент. Кстати вы даже можете управлять таким твердотельным реле подав на вход напряжение от зарядного устройства мобильного телефона, ведь на его выходе 5В, что больше минимального сигнала в 3В.

Учтите и то, что напряжение управления нужно отключать полностью, так как у каждого реле есть определенные параметры, при которых оно работает, например, у приведенного выше напряжение отключения порядка 1 вольта, а сработать оно может не при 3 номинальных вольтах, а уже при 2.5 (данные приведены усредненные, для примера, и могут отличаться в зависимости не только от конкретного изделия, но и от условий окружающей среды и монтажа.)

Но напомним, что есть и реле с фазовым методом управления. Схемы подключения таких реле проиллюстрированы далее (иллюстрация из инструкции к ним).

Вопрос – для чего нужны такие реле и где их используют? Поиск ответа на данный вопрос был недолгим, стоило мне ввести начало запроса и сразу выдало варианты использования в качестве силового ключа для управления нагревательными элементами от терморегуляторов с выходом 4-20 мА или 0-10В.

Кстати, для промышленного применения есть и отечественные разработки, например, ОВЕН ТРМ132 и другие модели, которые могут работать с выходными сигналами 4-20мА и 0-10В.

Однако использование твердотельного реле для управления мощной нагрузкой невозможно без охлаждения. Для этого используют пассивное (простой радиатор) или активное охлаждение (радиатор+кулер).

Рекомендации о выборе кулеров приводятся в технической документации на конкретное твердотельное реле, поэтому давать универсальные советы нельзя.

Заключение

Твердотельные реле могут использоваться как замена электромеханическим в ряде случаев. Самыми популярными вариантами в быту является замена контактора в электрокотле, по причине его громкого хлопка при включении, соответственно и включение ТЭНов станет бесшумным.

А также реализация различных мощных регуляторов мощности для тех же ТЭНов и прочего, для чего применяется твердотельное реле с аналоговым входом сигнала от переменного сопротивления (тип VA).

Радиолюбители же могут собрать простейшее твердотельное реле, на основе оптодрайвера для симисторов с ZCC типа MOC3041 и подобных.

Я считаю, что это достойные изделия для использования их в различных средствах автоматизации, к тому же они не требуют обслуживания (разве что чистки радиаторов от пыли), а срок службы, можно сказать, что неограничен. Они прослужат в разы дольше чем контакторы при условии отсутствия перегрузок, перегрева, КЗ и импульсных перенапряжений!

Алексей Бартош

Реле – это устройство, предназначенное для управления сигналами большой мощности с помощью сигналов малой мощности. Его основная задача – отделить и защитить цепь низкого напряжения электромагнитной катушкой от цепи высокого напряжения. Убедиться в работоспособности реле можно нескольким способами, самым удобным, быстрым и надежным является использование мультиметра.

Конструкция и принцип работы коммутационного прибора

Внешний вид реле

Электрическое реле – это деталь, которая используется в качестве коммутатора благодаря управляющим сигналам, которые поступают к нему по электрической цепи. Линия, которая подведена к устройству, получила название управляемая; линия, по которой уже поступает на него команда – управляющей.

Применяется в бытовых условиях и всех отраслях промышленности с целью автоматизировать различные операции. Если бытовой или электротехнический прибор вышел из строя, требуется в первую очередь проводить проверку работоспособности переключающего элемента. Но предварительно рекомендуется ознакомиться с разновидностями и принципом работы реле.

Принцип работы

Деталь представляет собой электромагнит, который включает в себя катушку индуктивности, якорь и контактную группу. Каждая составляющая монтируется на основание и заключается в защитный корпус.

Якорь расположен сверху сердечника магнитной системы; в начальном положении она удерживается благодаря пружине, которая имеет форму Г-образной подвижной пластины.

Нижняя часть основания оснащается контактной группой, напротив монтируется такое же количество контактных оснований. Контакты пластичны, поскольку их требуется выводить наружу за пределы защитного корпуса для образования вывода устройства.

Принцип работы реле основывается на его способностях воздействовать своим электромагнитный полем на проводящие предметы. Как только начинается подача напряжения на выводы обмотки, через реле начинает протекать ток. Когда его значение достигает ранее программируемой величины, в обмотке формируется две силы, которые прижимают якорь к поверхности катушки.

С учетом конструктивных особенностей начальное положение может быть не только замкнутым, но и разомкнутым. Во втором случае при подаче напряжения произойдет размыкание линии. Контакты устройства вернутся в свое первоначальное состояние, как только сигнал необходимой величины будет снят с выводов реле.

Виды и характеристики

В зависимости от используемой элементной базы реле-регуляторы делятся на следующие виды:

  • Микроконтроллерные или микропроцессорные. Их особенность заключается в заложении во встроенную микросхему рабочего алгоритма. Используются в дорогостоящих автомобилях, например, BMW или Audi.
  • Релейные основываются на переключении контактов реле для отсечки и стабилизации показателей электрической сети.
  • Интегральные реле нашли широкое применение в автомобилестроении. Принцип работы основывается на твердотельных переключательных деталях или интегральных полупроводниковых.
  • Гибридные транзисторно-релейные устройства и просто транзисторные базируются на полупроводниковых элементах. Активно использовались в промышленности до начала 90-х годов.

Интегральное релеМикропроцессорное реле

По исполнению конструкции делятся на следующие виды:

  • Внешние реле представляют собой отдельные устройства, которые устанавливают на кузовных конструкциях.
  • Встроенные коммутирующие детали являются неотъемлемой составляющей генераторов.
  • Совмещенные или гибридные. Их особенность заключается в совмещении с щеточным узлом электрического генератора.

Электрическое реле может быть двух-, трех- и многоуровневым, делится по «+» и по «-«.

Признаки неисправности

Неисправности и их устранение

Перед тем как проверить реле мультиметром, следует ознакомиться с основными признаками того, что деталь вышла из строя.

  • Встречаются случаи, когда в результате выведения из строя регулятора напряжения закипает аккумуляторная батарея.
  • На приборной панели при включении зажигания не светится контрольная лампочка (однако это может быть симптомом и других видов неисправностей, например, отпал или перегорел контакт).
  • Динамические характерные особенности бытового прибора или автомобиля снижаются, особенно это ощущается, когда двигатель набирает высокие обороты.
  • После запуска индикатор аккумуляторной батареи не гаснет на приборной панели, что свидетельствует о неисправностях АКБ.
  • Индикаторы на приборной панели попросту отключаются, если обороты двигателя при работе превышают 2000 об/мин.
  • Яркость фар зависит от количества оборотов двигателя. Убедиться в этом достаточно просто – необходимо в темное время стать напротив стены и включить фары. Яркость свечения будет изменяться в зависимости от того, как сильно жать на газ.
  • Регулярно разряжается АКБ.

Эти признаки могут свидетельствовать и о других неисправностях, но прежде всего рекомендуется проверить именно реле-регулятор.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *