Содержание

Твердотельное реле: устройство, принцип работы, назначение

Твердотельные реле — это электронные устройства, которые медленно, но уверенно вытесняют из технической ниши такие коммутационные аппараты, как силовые электромагнитные реле и контакторы. Все это благодаря своим высоким коммутационным свойствам. Далее мы рассмотрим устройство, принцип работы и назначение твердотельных реле.

Область применения

Данные аппараты применяются в промышленной автоматике, телеметрии, горных и металлургических механизмах, химической промышленности, медицинском оборудовании, военной электронике и прочих сферах.

Из названия «твердотельный» подразумевается отсутствие каких либо подвижных частей. Вместо контактной группы их заменяет электронный силовой ключ. Благодаря чему этот тип аппарата не создает дугу во время коммутации. Данное свойство очень полезно при использовании в химической промышленности, в местах сильной загазованности, а также в тех местах где содержание абразивной пыли велико. Также время реакции на поступивший сигнал должно быть моментальным, тысячные доли миллисекунды, отсутствие гистерезиса, широкий температурный диапазон, бесшумность коммутации.

Особенности устройств

Отсутствие переходных процессов в виде дуги и искр увеличивает время эксплуатации в несколько раз. Если обычный контакт, в лучшем случае, рассчитан на 500 тысяч коммутаций, то силовой электронный элемент не имеет таких данных. Даже при более высокой стоимости, электронные реле выгоднее использовать еще и с точки зрения экономии, ведь для их включения и выключения необходимо меньше потратить электроэнергии по сравнению с традиционным электромагнитным реле, и управление мощной нагрузкой происходит непосредственно микросхемами.

Номенклатура типов изделий довольно большая: от миниатюрных размеров до устройств, управляющих двигателями исполнительных механизмов. Также разница и в типе коммутируемого напряжения, на постоянное и переменное. Это необходимо учитывать при выборе твердотельного реле.


У каждого устройства есть свои слабые стороны, и твердотельные реле не исключение. Ахиллесова пята электронных ключей — это чувствительность к току нагрузки, превышение которого электронные компоненты тяжело переживают, а при превышении в несколько раз, и вовсе выходят из строя. Поэтому при подборе или замене аппарата, необходимо ответственно подойти и к защите ключа защитными устройствами. Нужно выбирать ключи в два или три раза большим током, от коммутируемой нагрузки. Помимо этого важно снабдить силовую цепь предохранительными плавкими вставками или быстрыми специальными автоматами класса В.

Конструкция

Устройство твердотельного реле — это электронная плата, состоящая из силового ключа, элемента развязки и узла управления. В качестве силовых элементов могут быть использованы:

  • для цепей постоянного тока: транзисторы, полевые транзисторы, составные транзисторы MOSFET или модули IGBT.
  • для управления цепями с переменным напряжением устанавливают симисторные ключи или тиристорные сборки.

В качестве элемента развязки устанавливают оптроны — это устройство состоит из светоизлучающего элемента и фото приемника, разделенных прозрачным диэлектриком. Узел управления представляет собой схему стабилизации напряжения и тока для светоизлучающего элемента в оптроне.

Как видно из схемы, входы управления под номерами 3 и 4, а выход — клеммы 1 и 2. В данной схеме входной сигнал может быть от 70 вольт до 280 переменного напряжения, а напряжение на нагрузке может достигать 480 вольт. Не имеет значения, на каком контакте расположен потребитель, до или после реле.

Условное обозначение твердотельного реле на схеме может выглядеть так (для увеличения нажмите на картинку):

Что касается схемы подключения, в ней аппарат установлен после нагрузки, соединяя его с землей. При таком подключении в случае короткого замыкания на землю, реле исключается из цепочки протекания тока.

Напоследок рекомендуем просмотреть видео, на которых наглядно демонстрируется, как работает твердотельное реле и из чего оно состоит:

Вот мы и рассмотрели назначение, область применения и конструкцию твердотельного реле. Надеемся, предоставленная информация была полезной и понятной!

Наверняка вы не знаете:

samelectrik.ru

Твердотельное реле — принцип работы

Каждый, кто имел дело с подключением электрических двигателей и других мощных потребителей электроэнергии, прекрасно знают, что такое электромеханическое реле. Ничего плохого о нем сказать нельзя, поскольку свою работу оно выполняет исправно. Есть, однако, у электромагнитных реле плохая привычка — пускать искры и шуметь при работе. А также размеры электромагнитного реле, в зависимости от мощности, совсем не маленькие. Большую часть проблем, которые создает такое устройство призвано решить другое реле, совершенно непохожее по конструкции и принципу работы, но не менее необходимое, чем электромагнитное.

Содержание:

  1. Твердотельное реле, как это работает
  2. Где применяют твердотельное реле
  3. Разновидности твердотельных реле
  4. Схемы подключения ТТР

Твердотельное реле, как это работает

Полупроводниковые устройства в свое время произвели революцию в радиотехнике, а одним из вождей полупроводниковой революции стало твердотельное реле Принцип работы, особенности использования и схемы подключения этого устройства мы обязательно рассмотрим сегодня. Как и положено каждому реле управления, твердотельное реле, Solid State Relay, SSR,  призвано обеспечивать контакт между цепями низкого и высокого напряжения. Независимо от размеров и конфигураций, все реле такого типа похожи по принципу действия и структуре. А структура у устройства такая:

  1.  Вход.
  2.  Развязка оптическая.
  3.  Триггерная цепь.
  4.  Переключающая цепь.
  5.  Защитная цепь.

На входе устройства стоит первичная цепь с сопротивлением на постоянном изоляторе, включенном последовательно. Все, что требуется от входной цепи — принимать импульс и передавать его устройству твердотельного реле, коммутирующего нагрузку. Естественно, что первичная и вторичная цепи должны быть изолированы друг от друга, а роль изолятора выполняет оптическая развязка. Она и вносит разнообразие в виды и типы твердотельных реле и влияет на принцип их работы.

Отдельным элементом конструкции является триггерная цепь, которая обрабатывает входной сигнал и переключает выход. В зависимости от вида реле, триггерная цепь может входить в состав оптической развязки, а может быть и совершенно автономным элементом. Нагрузочным же напряжением управляет цепь, которая состоит из транзистора, симистора и кремниевого диода. Конструкцией твердотельного реле предусмотрена в обязательном порядке система защиты от ошибок и сбоев. Система реализована в виде отдельной защитной цепи и может быть как внутреннего типа, так и внешнего.

Где применяют твердотельное реле

Преимущества этого реле перед контактным бесспорным, однако, как обычно, на пути широкого продвижения в массы этого прекрасного устройства стоит цена твердотельного реле. Если не вникать в рыночные особенности и финансовое обоснование применения реле такого типа, то смело можно говорить о его преимуществах:

  • экономное потребление энергии;
  • минимальные габариты, не сравнимые с обычными реле;
  • очень высокий (примерно втрое) срок службы;
  • высокое быстродействие;
  • абсолютная бесшумность в работе.


Твердотельное реле принцип работы которого позволяет применять устройство гораздо шире, чем контактное реле, все же не сможет пока в обозримом будущем полностью заменить электромагнитные приборы. Да и они неплохо справляются со своими задачами. А применять ТТР хорошо в тех случаях, когда с прибором или станком возиться некогда. Обычное реле в обязательном порядке будет требовать чистки контактов через каждых несколько тысяч циклов замыканий, а про наличие ТТР можно вообще забыть после установки.

Разновидности твердотельных реле

Любые твердотельные реле можно классифицировать на несколько подвидов по нескольким параметрам:

  •  По типу управляющего напряжения. Здесь все просто — они могут управляться переменным или постоянным током.
  • Коммутируемое напряжение. Тоже может быть постоянное и твердотельное реле переменного тока.
  • По количеству фаз для переменки. Либо одна фаза, либо трехфазное твердотельное реле.
  • По специфике монтажа. Реле имеет возможность монтироваться как на корпус или поверхность, так и на стандартную DIN-рейку.

Отличным примером использования ТТР может служить применение его в качестве реле управления для трехфазного электродвигателя. То есть для того, чтобы мотор изменил направление вращения, необходимо поменять местами любые две фазы. Для реализации этих задач используется реле твердотельное реверсивное. Электромагнитное реле для этих целей занимало бы много места, требовало бы постоянного ухода за контактами и создавало бы море шума.

Реверсивное ТТР при этом работает абсолютно бесшумно и имеет очень компактные размеры. Такие же, как и однофазное твердотельное реле, с разницей только в том, что в нем на один вывод больше. Следовательно, кроме размеров и частоты обслуживания, изменяются и требования к пусковой кнопке. Так, огромный пятикиловаттный двигатель можно запустить и управлять им при помощи обычного геркона.

Схемы подключения ТТР

По подключению твердотельное реле практически ничем не отличается от обычного. Мы привели несколько типичных схем подключения для коммутации переменки до 240 вольт.

Обычное ТТР может переносить кратковременные перегрузки вплоть до 200% от номинала, особенно, если ток не подается резко, а возрастает по мере замыкания. Тем не менее предохранять реле от замыкания нужно и для них существуют определенные типы предохранителей.

Также стоит учитывать, что ТТР при работе могут нагреваться, а при температуре выше 70 градусов они практически прекращают функционировать, поэтому в обязательном порядке на реле устанавливаются радиаторы для твердотельных реле.

nashprorab.com

Что такое твердотельное реле

2017-05-25 Статьи  

Твердотельное реле ( SSR — Solid State Relay) — это разновидность обычного электромеханического реле или контактора, нашедшая на сегодняшний день широкое применение в промышленности.

То есть также как и обычное реле, твердотельное служит для коммутации мощной нагрузки с помощью небольшого управляющего сигнала. В отличии от электромеханического реле твердотельное не имеет механических подвижных контактов, оно выполнено полностью на полупроводниковых элементах. Это позволяет значительно повысить срок эксплуатации реле, избавиться от шума и дребезга контактов, сократить собственное энергопотребление, исключить электромагнитные помехи при включении, увеличить быстродействие.

Но с другой стороны у твердотельных реле есть и ряд минусов.

Во первых твердотельные реле при работе сильно нагреваются, что обусловлено электрическими потерями на силовых полупроводниковых элементах. И чем больше мощность нагрузки, тем больше нагрев. Поэтому им необходимо обеспечить хороший теплоотвод. Для этого необходим охлаждающий радиатор, а при «тяжелых» режимах работы еще и вентилятор. Нормальной температурой реле, не влияющая на снижение эффективности работы считается примерно 40°C. При повышении температуры до 60°C твердотельные реле могут работать нестабильно, даже выйти из строя.

Во вторых это конечно цена, которая на сегодняшний день превышает цену обычных контакторов в несколько раз.

В третьих необходимо помнить, что твердотельные реле всегда необходимо выбирать с запасом по номинальному току в 2-4 раза, а в случае с индуктивной нагрузкой в 6-10 раз, что неизбежно приводит опять же к увеличению стоимости реле.

Но даже несмотря на эти недостатки, при грамотном подходе к выбору использование твердотельных реле полностью себя оправдывает. Например там, где частота включений-выключений нагрузки очень высокая, обычные контакторы могут не справляться со своими обязанностями из-за ограниченного ресурса коммутаций, а твердотельные реле могут спокойно работать годами. Наиболее широко твердотельные реле применяются в системах нагрева и температурного контроля.

Принцип действия твердотельного реле следующий: управляющий сигнал через оптопару, которая обеспечивает гальваническую развязку, поступает на схему управления, которая управляет выходным ключом. В качестве выходного ключа могут применяться тиристоры, симисторы — при работе на переменном токе и транзисторы — при работе на постоянном токе.

По способу коммутации твердотельные реле делятся на два основных типа:

— управление с контролем перехода через 0

Данный метод заключается в том, что при подаче управляющего сигнала на вход, на выходе реле включится только когда значение переменного напряжения достигнет нулевого уровня. Благодаря такому методу уменьшается начальный бросок тока, снижается уровень электромагнитных помех. Минус такого типа реле в том, что они не способны коммутировать высокоиндуктивную нагрузку.

Реле данного типа используются для коммутации резистивных (ТЭНЫ, лампы накаливания), емкостных ( помехоподавляющие фильтры), слабоиндуктивных нагрузок (соленоиды, клапаны).

— фазовое управление

Данный метод интересен тем, что при изменении какого-либо параметра на входе, на выходе можно менять величину выходного напряжения, тем самым регулируя мощность нагрузки.

Реле такого типа можно управлять индуктивными и резистивными нагрузками, регулировать мощность нагревательных элементов.

Как правильно подобрать твердотельное реле

На правильный выбор ТТР в первую очередь влияют такие параметры как:

  • ток нагрузки — номинальный, пусковой
  • тип нагрузки — индуктивный, резистивный, емкостной
  • коммутируемое напряжение — переменное, постоянное. Для переменного также имеет значение количество фаз.
  • управляющее напряжение — переменное, постоянное

Расшифровка номенклатуры твердотельных реле

На примере реле BDH 20044 ZD3 фирмы KIPPRIBOR рассмотрим как расшифровываются их технические характеристики:

B — Тип корпуса промышленного исполнения

D — Однофазное реле

H — Тип выходного силового элемента — тиристор SCR типа на керамической подложке. Представляет из себя полупроводниковый ключ, выполненный методом нанесения на металлическое основание изолирующей керамической подложки, на которую затем наносятся кристалы полупроводниковой структуры тиристора.

200 — максимальный допустимый ток нагрузки

44 — Номинальное коммутируемое напряжение 440 V AC

ZD3 — Тип управляющего сигнала коммутируемого напряжения 3-32 DC коммутация переменного тока

Подключение твердотельных реле

В качестве нагрузки возьмем обычную лампу накаливания. Один провод подключаем напрямую на лампу.

В разрыв другого провода подключаем выходные контакты реле.

На входные контакты соблюдая полярность подключаем источник питания постоянного тока, в моем случае 12В. На белый провод подключаем плюсовой вывод, на красный — минус.

И выходные контакты сработали, лампа загорелась. О срабатывании реле также сигнализирует светодиод на его корпусе.

Вот и все, ничего сложного.

electric-blogger.ru

Твердотельное реле: принцип работы, виды, подключение

Содержание:
  1. Принцип работы
  2. Где применяются
  3. Виды
  4. Подключение
  5. Видео

В электронных схемах широкое распространение получили различные виды полупроводниковых устройств. Одним из наиболее ярких примеров использования полупроводников является твердотельное реле, в котором отсутствуют механические движущиеся части. В соответствии со своими функциями, приборы этого типа должны включать и выключать мощные электрические цепи путем подачи низкого напряжения на клеммы управления. Данные устройства применяются в сетях с постоянным и переменным током с теми же целями, что и обычные электромеханические реле. В серийных твердотельных реле применяются транзисторы и тиристоры, позволяющие выполнять переключения токов до нескольких сотен ампер.

Принцип работы

Прежде чем рассматривать твердотельное устройство, следует вспомнить принцип работы обычного электромеханического реле. Оно состоит из контактов и катушки управления, работающих под влиянием подаваемого напряжения. Под его воздействием контакты соответственно замыкаются или размыкаются. Принцип действия твердотельного реле аналогичный. Основное различие заключается в использовании полупроводниковых приборов вместо контактов. Наибольшее распространение получили симисторы и тиристоры, выполняющие коммутацию переменного тока, а также транзисторы, предназначенные для работы с постоянным током.

В свое время появление полупроводников произвело настоящую революцию в электронике и радиотехнике. Они стали использоваться и в твердотельных реле, обеспечивая контакты между цепями с низким и высоким напряжением. В составе каждого устройства имеется вход, оптическая развязка, триггерная, переключающая и защитная цепи.

Вход реле оборудован первичной цепью, в которую последовательно включено сопротивление на постоянном изоляторе. Основной функцией входа является прием импульса и последующая передача его на элемент устройства, коммутирующий нагрузку. Между первичной и вторичной цепью существует изоляция в виде оптической развязки. Именно эта развязка характеризует индивидуальные качества всех видов и типов реле и определяет принцип действия каждого устройства.

Для обработки входного сигнала существует триггерная цепь, являющаяся отдельным конструктивным элементом. Эта цепь принимает участие в переключении выхода. В различных конструкциях твердотельных релетриггерная цепь может быть частью оптической развязки, или применяться как самостоятельный элемент.

Управление нагрузочным напряжением осуществляется цепью, в состав которой входит транзистор, симистор и кремниевый диод. В конструкцию реле обязательно включается система, защищающая устройство от сбоев и ошибок. Она представляет собой отдельную защитную цепь внутреннего или внешнего типа.

Где применяется твердотельное реле

Принцип действия этих устройств позволяет применять их тогда, когда за короткий промежуток времени необходимо множество раз включить и выключить нагрузку. В таких ситуациях обычные электромеханические реле очень быстро изнашиваются, полностью вырабатывая ресурс, выходят из строя и становятся непригодными для дальнейшего использования. Наилучшим выходом становятся твердотельное реле, которое не требуюет к себе в дальнейшем дополнительного внимания и обслуживания. В обычных устройствах необходимо обязательно чистить контакты после нескольких циклов срабатываний.

Твердотельное реле используюется в тех случаях, когда нужно гарантировать надежность, поскольку обычные контакты могут выгореть или залипнуть в самый неподходящий момент. Иногда решающее значение имеют габаритные размеры коммутирующего устройства и обеспечение бесшумной работы. Однако следует учитывать и тот фактор, что полупроводниковые реле имеют довольно высокую стоимость, поэтому, там, где это возможно, рекомендуется использовать обычные электромагнитные устройства.

Виды твердотельных реле

Твердотельное реле относится к модульным полупроводниковым приборам, изготовленным по гибридной технологии. В них используются симисторные, тиристорные или транзисторные структуры, которые служат основой для создания мощных силовых ключей. Они успешно заменяют традиционные контакторы и электромагнитные реле.

По типу нагрузки полупроводниковые устройства могут быть однофазными или трехфазными. Они способны коммутировать напряжение в самом широком диапазоне – от 40 до 440 вольт, что делает возможным их применение в разных областях.

В зависимости от типа управления, существует 3 группы реле:

  • Для коммутации напряжения постоянного тока от 3 до 32 вольт.
  • Для коммутации напряжения переменного тока от 90 до 250 вольт.
  • Для ручного управления выходным напряжением, когда применяются переменные резисторы, сопротивление от 40 до 560 кОм, мощностью от 0,25 до 0,5 Вт.

Твердотельные реле различаются и по способу коммутации:

  • Устройства, контролирующие переход через ноль. С их участием коммутируются резистивные, емкостные и слабоиндуктивные нагрузки. Когда подается управляющий сигнал, выходное напряжение появляется при первом пересечении нулевого уровня линейным напряжением. За счет этого происходит уменьшение начального броска тока, снижается уровень электромагнитных помех, возрастает срок эксплуатации коммутируемых нагрузок. Данный тип реле не может использоваться для коммутации высокоиндуктивных нагрузок, например, трансформаторов на холостом ходу.
  • Устройства с мгновенным (случайным) включением. Применяются для коммутации нагрузок, когда необходимо мгновенное срабатывание. Выходное напряжение возникает совместно с подачей управляющего сигнала с задержкой включения, не превышающей 1 миллисекунды. Такие реле могут включаться на любых участках синусоидального напряжения. Существенным недостатком этих устройств являются импульсные помехи и начальные броски тока, возникающие при коммутации.
  • Фазовое управление. С помощью реле изменяется величина выходного напряжения нагрузки. Это позволяет регулировать мощность нагревательных элементов и уровень освещенности ламп накаливания.    

Подключение

Во всех электронных схемах твердотельное реле подключается так же, как и обычные электромеханические устройства. Однако существуют специфические особенности, которые необходимо учитывать при подключении полупроводниковых реле. Для выполнения соединений не требуется использовать пайку, для этого существует винтовой способ.

В связи с особенностями конструкции, необходимо всячески избегать любых повреждений прибора, следить, чтобы в него не попадала пыль, особенно металлические элементы и другие инородные тела. Не допускаются какие-либо внешние воздействия, в том числе и механические, по отношению к корпусу прибора. В результате повреждений прибор быстро выйдет из строя и перестанет работать.

Рекомендуется правильно выбирать место расположения твердотельного реле. Не следует размещать их возле предметов, которые могут легко воспламениться. Запрещается прикасаться к устройству во время работы, чтобы не получить ожоги. До начала включения нужно проверить правильность всех коммутируемых соединений. При нагревании корпуса свыше 600С, необходимо использовать специальных радиатор охлаждения. На выходе не должно быть коротких замыканий, способных повредить прибор.

electric-220.ru

Твердотельные реле принцип работы, разновидности, достоинства и недостатки

Обычные промежуточные реле – это электромеханическое устройство. На его катушку подается напряжение, она притягивает к себе подвижную планку с контактами, которые замыкаются или переключаются.

Само наличие движущихся деталей в этом устройстве снижает его надежность. Контакты не только подгорают и окисляются. Со временем они теряют способность прижиматься друг к другу с подпружиниванием, что приводит к появлению переходного сопротивления или полному исчезновению контакта.

Электромеханические реле чувствительны к пыли и влаге. Существуют герметичные модели, но у них нет возможности для ревизии контактов. Это значит, что при их ухудшении реле придется выбросить.

Ресурс любого из современных реле, хоть и исчисляется в десятках тысяч включений, все же ограничен. А если реле должно срабатывать по сотне раз в сутки? Его ресурс быстро выработается, и устройство превратится в расходный материал, требуя постоянной замены. А если сбои в работе недопустимы?

Вот тут на помощь и приходит реле, называемое твердотельным.

Устройство твердотельного реле

Название «твердотельное реле» на русском языке может быть сокращено до аббревиатуры ТТР. По-английски же это звучит Solid State Relay или SSR.

Это – полностью полупроводниковое устройство, из механики имеющее только контактную систему для подключения внешних проводников. Пайку ТТР не переносят, так как при работе нагреваются, поэтому все присоединения проводов выполняются на винтовых клеммах.

Все элементы ТТР расположены внутри герметически закрытого и не разборного корпуса. Поэтому оно и носит такое название, поскольку представляет собой единое «твердое тело», и не предполагает выполнения ремонта или обслуживания.

Функционально само реле можно разделить на несколько подряд расположенных блоков или цепей.


Первая цепь: входная. Она преобразует входное управляющее напряжение к величине, приемлемой для выполнения переключений. Попутно она дополнительно может выполнять функцию защиты от импульсных помех, защиты от изменения полярности (при выпрямленном управляющем сигнале).

Минимально входная цепь содержит резистор для подавления лишнего напряжения постоянного тока, плюс – выпрямительный мост для выпрямления переменного тока.

Вторая цепь: оптическая развязка. У электромеханического реле входная и выходная цепь разделены конструктивно, так как катушка управления никак не связана с контактной системой. Для гальванического развязывания цепей управления с коммутируемыми цепями, которые могут питаться от разных источников, используется электронный прибор – оптрон. В нем этот процесс происходит за счет использования света для передачи команды управления.

Третья цепь, принимая сигнал от оптрона, запоминает его. Она представляет собой электронный ключ – триггер.

И, наконец, последняя – переключающая цепь. Она подает напряжение на выход реле, для чего рассчитывается на номинальное напряжение нагрузки.

Для разного характера нагрузки используются принципиально разные электронные компоненты для передачи напряжения управления. Для цепей постоянного тока достаточно транзисторного ключа. Но на переменном токе он работать не будет, для этих цепей применяют симисторы.

Поскольку выходной элемент переключающей цепи при работе реле пропускает ток нагрузки и от этого греется, он установлен на теплоотводе, являющемся частью корпуса реле.

Разновидности твердотельных реле

 В первую очередь, эти реле, как и электромеханические, различаются по величине напряжения управления. А также, переменное (АС) оно или постоянное (DC). Величина напряжения, в отличие от электромеханики, может изменяться в некоторых пределах, а не иметь фиксированное значение.

От этих же реле оно унаследовало и другой параметр: величина выходного тока. Род тока зависит от того, что используется в реле в качестве ключевого элемента: транзистор или симистор. В этом их отличие от электромеханики, контакты которой могут быть всеядными. В качестве рабочего напряжения для выхода, управляющего нагрузкой, также указывается его диапазон.

Твердотельные реле могут управлять как однофазной, так и трехфазной нагрузками. То есть, манипулировать работой электродвигателей. Конечно, до коммутации токов мощных моторов им далеко, но маломощных электродвигатель задвижки вполне по силам. А чтобы иметь возможность эту задвижку как открывать, так и закрывать, используется твердотельное реле с реверсом. При этом одна фаза проходит всегда напрямую, а две другие меняются местами в зависимости от того, на каком из двух входов появился сигнал управления.

Достоинства и недостатки твердотельных реле

Основным недостатком ТТР можно назвать их стоимость, превышающую цену электромеханических аналогов. А также – обеспечение соответствующего теплового режима. Перегрев приводит к выходу из строя.

Достоинств больше:

— Повышение надежности работы (поставил и забыл).

— В десятки раз больший срок службы.

— Способность без вреда для себя переносить перегрузки до 200% по номинальному току. То, что у электромеханического реле приводит к подгоранию или выходу из строя контактов, у твердотельного вызывает срабатывание защиты от перегрузки.

— Возможность массового применения в бытовой аппаратуре.

— Способность работать в любом положении в пространстве, что для некоторых реле нежелательно или даже недопустимо.

— Встроенная защита от импульсных помех, которых с каждым днем становится все больше. Само же реле создает меньше помех при коммутации, так как искрение между контактами отсутствует по принципу работы.

— Высокое быстродействие, что позволят выполнять цикл включение/отключение на очень короткий период.

И, самое главное, учитывая темпы развития промышленной электроники: за этими реле – будущее. Поэтому не за горами тот день, когда все электромеханические реле станут твердотельными.

pue8.ru

Твердотельное реле: устройство, принцип работы, назначение

Твердотельное реле (ТТР) –  электронное устройство, включающее и выключающее при помощи низких напряжений высокомощностную цепь. В этом виде реле отсутствуют механические движущиеся элементы. Прибор состоит из датчика, реагирующего на вход (управляющий сигнал), и твердотельной электроники, компонентом которой является цепь высокой мощности. Оно может применяться в сетях как постоянного, так и переменного тока.

В твердотельных реле, выпускающихся серийно, используются тиристоры и транзисторы, способствующие переключению токов до сотен ампер. По сравнению с электромеханическими, твердотельные реле обладают более высокой скоростью переключения. Однако они менее пригодны к работе в условиях кратковременных перегрузок.

Принцип действия

В твердотельных реле взаимодействие управляющего сигнала с управляемым происходит путем формирования гальванической развязки – как правило, с помощью оптрона. Управляющее напряжение подает питание на светодиод, а он, в свою очередь, освещает фотодиод, и с помощью тока последнего включается МОП или тиристор, управляющий нагрузкой. Тиристоры и симисторы используются в устройствах, применяемых при переменном токе, а транзисторы – в приборах с постоянным током. Также применяются и специализированные оптоэлектронные приборы – оптотиристоры и фототиристоры.

Структура ТТР включает:

  • вход – первичная цепь, состоящая из резистора на постоянном изоляторе, имеющего последовательное подключение. Главной функцией входной цепи является принятие сигнала и передача его устройству реле, коммутирующему нагрузку;
  • оптическая развязка – используется для изоляции входной и выходной сети переменного тока;
  • триггерная цепь – отдельный элемент, обрабатывающий входной сигнал и переключающий выход;
  • цепь переключателя – подает силу напряжения, включает в себя транзистор, симистор и кремниевый диод;
  • цепь защиты – может быть внешней или внутренней, защищает устройство от сбоев или появления ошибок.

Для коммутации индуктивной нагрузки при помощи твердотельного реле необходимо увеличить запас тока не менее, чем в 6–8 раз.

Преимущества и области применения

Сравнивая твердотельные реле с электромеханическими, следует отметить такие достоинства первых, как:

  • малые габариты;
  • экономия электроэнергии;
  • отсутствие необходимости дополнительного техобслуживания;
  • высокая скорость переключения;
  • длительный срок эксплуатации;
  • бесшумность;
  • возможность применения в различных приборах;
  • производительность;
  • отсутствие искры и скачка напряжения;
  • низкая чувствительность к неблагоприятным условиям.

Твердотельные реле нашли широкое применение. Они используются в тех случаях, когда требуется коммутировать индуктивную нагрузку. Как правило, это устройство служит для:

  • сохранения постоянной температуры в технологическом процессе;
  • коммутации цепи управления;
  • контроля нагрева трансформаторов и других приборов;
  • регулировки степени освещения;
  • управления электродвигателями.

Также ТТР применяется в системах, производящих регулирование температуры с помощью ТЭНа, а также при замене пускателей реверсного бесконтактного типа.

Разновидности твердотельных реле

Существуют различные виды ТТР, имеющие некоторые особенности коммутируемого и контролирующего напряжения:

  1. Твердотельное реле постоянного тока – применяют при условии постоянного электричества, диапазон которого может составлять 3–32 Вт. Этот вид отличается высокой надежностью, светодиодной индикацией и повышенными отдельными характеристиками. Многие модели подобных реле могут работать при температуре от -30 до +70°C.
  2. Реле переменного тока имеют рабочий диапазон от 90 до 250 Вт, низкий уровень шума и электромагнитных помех, обладают высокой скоростью работы. Кроме того, их характерной особенностью является низкое потребление электрической энергии.
  3. ТТР с ручным управлением, которое дает возможность настроить тип работы.

Соответственно с типом нагрузки различают однофазные и трехфазные твердотельные реле.

Однофазные реле применяются для коммутации электричества в интервале 10–120 A или 100–500 A. Управление происходит с помощью переменного резистора и аналогового сигнала.

Трехфазные ТТР коммутируют ток одновременно на 3 фазы. Их рабочий диапазон составляет 10–120 A. Среди 3-фазных реле отдельно стоят устройства реверсивного типа, отличающиеся бесконтактной коммутацией и маркировкой. Они надежно коммутируют каждую цепь по отдельности. Специальные элементы надежно предохраняют реле от ошибочных включений. Они применяются в процессе запуска и работы асинхронного двигателя, производящего их реверс.

Для предупреждения возникновения перенапряжения во время применения реле необходимо купить быстродействующий предохранитель или варистор.

В сравнении с однофазными, трехфазные реле имеют более долгий срок использования.

Согласно способу коммутации, ТТР делятся на:

  • реле, которые выполняют нагрузки редуктивного и емкостного типа;
  • устройства с моментальным или случайным срабатыванием, использующиеся в тех случаях, когда необходимо мгновенное включение;
  • реле с фазовым управлением, позволяющие выполнять настройку ламп накаливания и нагревательных элементов.

По конструкции ТТР подразделяются на те, которые устанавливаются на ДИН-рейки, и универсальные, монтируемые на планки переходного типа.

Правила выбора и покупки ТТР

Приобретать ТТР лучше всего в специализированном магазине, где опытные консультанты ответят на все вопросы и помогут сделать выбор устройства нужной мощности в соответствии с требованиями покупателя. При этом следует обратить внимание на следующее:

  • вид реле;
  • материал, использованный для изготовления корпуса;
  • наличие или отсутствие крепежа;
  • тип включения;
  • мощность;
  • энергоэффективность;
  • размеры;
  • присутствие дополнительных функций;
  • производитель.

При покупке ТТР необходимо учитывать, что запас мощности должен превышать нужную в несколько раз, иначе даже незначительное превышение этого показателя может вывести устройство из строя.

Для того чтобы защитить реле, следует применять предохранители, специально разработанные для ТТР. Они бывают нескольких видов:

  • g R – обладают повышенным быстродействием и используются для широкого интервала мощностей;
  • a R – защищают полупроводники от короткого замыкания;
  • g S – выполняют защиту полупроводников от высоких нагрузок, могут применяться для любого типа тока.

Стоимость этих предохранителей может равняться цене самих реле, но благодаря им устройство будет служить в течение долгого времени. Существуют и другие предохранители, которые относятся к классам В, С, D и стоят значительно меньше, однако они обладают низкой степенью защиты.

Приобретая твердотельное реле, следует помнить, что во время работы оно довольно быстро нагревается, что может привести к отклонению от нормального режима и даже перегоранию устройства. Поэтому следует приобрести и радиатор охлаждения. Запас тока для нормальной работы ТТР должен быть выше номинала в три или четыре раза, а при использовании устройства для регулировки скорости электродвигателей запас по току необходимо увеличить в 8–10 раз.

Особенности подключения твердотельного реле

При самостоятельном подключении твердотельного реле и дальнейшей его эксплуатации необходимо придерживаться следующих рекомендаций:

  1. Для соединений использовать винтовой способ.
  2. Не допускать попадания в устройство пыли или металлических элементов.
  3. Не прилагать к корпусу прибора значительных механических воздействий.
  4. Располагать ТТР подальше от легковоспламеняющихся предметов.
  5. Перед тем, как включить устройство, следует проверить правильность коммутации соединений.

www.techtrends.ru

Твердотельные реле. Устройство и работа. Виды и особенности

Для обеспечения подключения различных электрических устройств бесконтактным способом применяют твердотельные реле, которые стали популярными в промышленности. Они используются для создания надежного оборудования с малыми габаритами. Основным недостатком таких устройств называют их высокую стоимость.

Твердотельное реле обеспечивает связь между электрическими цепями высокого и низкого напряжения с помощью полупроводниковых элементов.

Принцип действия и особенности конструкции

Имеется множество исполнений моделей таких устройств, но по своей структуре они мало чем отличаются. Эти незначительные отличия не оказывают влияния на их принцип действия, так как он по сути дела один и тот же.

Разберемся в особенностях управления электроприборами с помощью твердотельного реле. От обычных реле они отличаются отсутствием механических замыкаемых и размыкаемых контактов. Вместо них в твердотельном реле используются полупроводниковые элементы, такие как транзистор, либо симистор.

Принцип работы реле состоит в размыкании и замыкании цепи, передающей напряжение. Это осуществляется активатором, то есть, твердотельным устройством. Вид силового элемента зависит от свойства тока, который может быть, как переменным, так и постоянным. Для постоянного тока применяются транзисторы, для переменного тока – тиристоры и симисторы.

Через транзистор проходит ток. Симистор может пропускать ток в обоих направлениях, так же, как и тиристор.

На вход подается электрический сигнал, далее он идет на оптическую развязку на основе светодиода. Оптическая развязка позволяет изолировать входную цепь от промежуточной и выходной цепи. Далее в действие вступает цепь триггера, которая обеспечивает управление переключением выхода твердотельного реле.

Цепь переключения подает напряжение на нагрузку, представленную транзистором, либо симистором. Цепь защиты необходима для надежности работы реле при разных нагрузках.

Виды твердотельных реле

Имеется множество разных видов таких реле, отличающихся своими особенностями напряжения коммутации и контроля.

  • Реле постоянного тока применяются в сети постоянного напряжения в интервале 3-32 ватта, характерны повышенными удельными свойствами, индикаторами на светодиодах, повышенной надежностью. Многие модели способны работать в широком интервале рабочих температур: -30 +70 градусов.
  • Реле переменного тока, имеют особенность в пониженном уровне электромагнитных помех, не создают шума при эксплуатации, малый расход электроэнергии, и высокое быстродействие. Диапазон мощности составляет от 90 до 250 ватт.
  • Реле с управлением вручную, дают возможность самостоятельной настройки типа действия.

По виду нагрузки реле разделяют на:

  • Однофазные.
  • 3-фазные.

Однофазное исполнение дает возможность подключать электрический ток в интервале от 10 до 120 ампер, либо от 100 до 500 ампер. Управление производится аналоговым сигналом и сопротивлением переменного типа.

3-фазные исполнения используют для подключения тока одновременно на трех фазах. Они могут работать в диапазоне 10-120 ампер. Среди них есть устройства реверсивного вида, отличающиеся обозначением и бесконтактной коммутацией. Их задача заключается в осуществлении надежного подключения всех цепей по-отдельности.

Чтобы защитить реле от ложных срабатываний, применяют специальные устройства.

Они применяются при запуске и эксплуатации асинхронного электромотора. При выборе такого устройства нужно сделать необходимый запас мощности. Для защиты реле от перенапряжений также применяется предохранитель быстрого действия, либо варистор.

Реле трехфазного исполнения имеют срок службы больше, чем 1-фазные реле. Коммутация осуществляется после перехода тока через нулевую границу.

По методам коммутации реле делятся:

  • Реле для емкостных и индуктивных нагрузок.
  • Реле для мгновенных срабатываний, применяются при необходимости быстрого подключения.
  • С фазным управлением, дающим возможность регулировки освещения, нагревательных элементов.

По конструктивным особенностям реле делятся:

  • С возможностью монтажа на рейку DIN.
  • Для переходных планок, универсальные.
Достоинства и недостатки

Благодаря такому принципу действия мы получаем ряд преимуществ и недостатков.

Преимущества
  • Отсутствие каких-либо щелчков при переключении. Хотя отсутствие звуковой индикации для кого-то может быть и минусом.
  • Полупроводниковые твердотельные реле не искрят, не дребезжат и механически не изнашиваются, благодаря чему получается срок службы как минимум десятки лет без какого-либо обслуживания.
  • Благодаря свойствам полупроводниковых элементов, возможна коммутация с минимумом помех.
  • Высокое быстродействие позволяет производить включение при переходе напряжения через ноль. А при выключении симистор закрывается не сразу, а ровно тогда, когда через ноль переходит ток, что тоже снижает уровень помех.
  • Малый расход электрической энергии благодаря тому, что нет электромагнитной связи. Использование полупроводников позволяет снизить потребление электрической энергии на 90%.
  • Твердотельные реле имеют небольшие габариты, что позволяет упростить его установку и транспортировку.
  • Длительный срок работы, не требующий технического обслуживания устройства.
  • Широкая сфера применения для различных типов устройств и приборов.
  • Возможность осуществления большого количества срабатываний (более одного миллиарда).
  • Обеспечивает надежную изоляцию цепей входа и силовых цепей между собой.
  • Повышает производительность устройства.
  • Механическая прочность выражается в герметичной конструкции, вибрационной и ударной стойкости.
Недостатки

Казалось бы, пора везде и всюду менять механические реле на твердотельные. Но не стоит торопиться. Есть здесь один подвох. На открытом полупроводниковом элементе падает на порядки большее напряжение, чем на замкнутых контактах обычного реле, а именно, около двух вольт. Казалось бы, ерунда, всего один процент от напряжения в розетке. Но, предположим, что мы управляем двухкиловаттным обогревателем, который потребляет ток около 10 ампер.

Какая же мощность тогда будет выделяться на хваленом твердотельном реле? Умножаем 10 на 2, и получаем целых 20 ватт. Без хорошего радиатора здесь, к сожалению, не обойтись. А какая мощность будет выделяться при коротком замыкании – вообще страшно представить. Полупроводники расплавятся моментально, намного быстрее, чем сработает обычный автоматический выключатель в распределительном щитке.

Спасти твердотельные реле от губительного влияния короткого замыкания смогут только быстродействующие предохранители. Кроме большого выделения тепла есть у твердотельного реле еще один недостаток. Помех оно излучает меньше, но при этом само боится помех. И для защиты от них параллельно полупроводниковому элементу подключается цепочка из резистора и конденсатора.

И даже когда полупроводниковый элемент закрыт, реле все равно пропускает ток в несколько миллиампер. Для электрообогревателя это конечно не страшно, а вот, например, компактная люминесцентная лампа может начать вспыхивать. Практически можно увидеть, как нагрев мешает применяемости твердотельного реле.

Сфера применения

Твердотельные реле применяются очень широко. Они работают там, где необходимо подключать индуктивную нагрузку. Основные области использования рассматриваемых реле:

  • Системы с регулированием температуры нагревательными элементами.
  • Поддержание одной температуры в процессах и технологиях промышленного производства.
  • Подключение цепей управления.
  • Заменяют магнитные пускатели реверсивного действия.
  • Управление электродвигателями.
  • Контроль температуры трансформаторов и других устройств.
  • Регулировка уровня света.
Как выбрать твердотельные реле

Чтобы приобрести такой вид реле, рекомендуется посетить специализированный магазин электронных товаров. Там квалифицированные специалисты окажут помощь в подборе подходящего реле по всем параметрам.

При выборе рекомендуется учитывать такие свойства реле:

  • Тип реле.
  • Наличие креплений.
  • Материал корпуса.
  • Скорость работы.
  • Наличие вспомогательных функций.
  • Фирма изготовитель.
  • Мощность.
  • Расход электричества.
  • Габаритные размеры.

Есть важный совет при покупке реле. Твердотельные реле рекомендуется устанавливать с запасом по мощности в несколько раз. В противном случае, даже небольшое превышение мощности выведет из строя реле.

Для защиты реле от неисправностей рекомендуется применять специальные предохранители. Имеется несколько видов предохранителей для защиты твердотельных реле:

  • g R – применяются в широком интервале мощностей, имеют повышенное быстродействие.
  • g S – применяются для любого тока, осуществляют защиту полупроводников от высоких нагрузок сети.
  • a R – осуществляют защиту полупроводников от короткого замыкания.

Такие предохранители стоят недешево, их стоимость примерно равна цене самого реле. Однако это стоит того, так как они создают эффективную защиту реле от выхода из строя. Бывают и другие виды предохранителей, относящиеся к классам В, С, D. Они имеют отличия в том, что осуществляют защиту низкого качества, и меньшей ценой.

Во время работы твердотельные реле быстро нагреваются. При чрезмерном нагреве коммутация происходит с отклонением от нормального режима, ток снижается. При достижении 65 градусов, реле сгорает. Поэтому, для нормальной работы реле необходим радиатор охлаждения, а также запас по току в 3-4 раза больше номинала. При применении реле для регулирования скорости электродвигателей, запас по току следует повысить до 8-10 раз.

Похожие темы:

 

electrosam.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *