Управление мощной нагрузкой

Что такое твердотельное реле и для чего оно предназначено. Управление и схемы подключения. Конструкция твердотельного реле и принцип работы.Как происходит регулирование фаз в твердотельном реле. Форма сигнала с произвольным переключением

Определение

Твердотельное реле — устройство электронного типа, один из видов реле, в котором нет движущихся элементов. Изделие применяется для подачи тока или разрыва цепи путем внешнего управления (действием небольшого напряжения).

Твердотельное реле (сокращено — ТТР) имеет внутри датчик, реагирующий на подачу управляющего сигнала. Кроме того, в составе изделия имеется твердотельная электроника, в том числе включающая цепочка, способная коммутировать большие I.

Устройство может устанавливаться в цепях переменного и постоянного тока, часто применяется как обычное реле. Главная разница в том, что в ТТР нет механических контактов.

Показания к применению

Твердотельные реле рекомендуются к применению в случаях, когда стандартные устройства не справляются с обязательствами. К примеру, когда в процессе коммутации они плавятся или сгорают.

С помощью ТТР гарантируется надежность цепи и своевременная подача напряжения к нагрузке. В отличие от простых устройств, для ТТР не проблема справиться с нагрузкой индукционного характера.

Кроме того, твердотельное устройство стоит использовать при дефиците места в процессе монтажа и при высоких требованиях надежности цепи.

Виды твердотельных реле

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

твердотельное реле для печатных платтвердотельное реле

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

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

твердотельное реле ардуино

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

твердотельное реле однофазноетрехфазное твердотельное реле

Слева однофазное реле, справа трехфазное.

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

твердотельное реле на радиаторе

Области применения твердотельных реле

Твердотельное реле применяются там, где нужен принцип “поставил и забыл”. А обычные контакты даже производитель рекомендует чистить через несколько тысяч циклов замыканий.

ТТР очень выгодно использовать там, где обычные контакты плохо справляются и горят как свечи. То есть, нужна надежность. Например, когда надо часто коммутировать индуктивную нагрузку, где контакты залипают или выгорают. Либо, критическое значение имеет габариты устройства.

Что такое контактор и как его применить и выбрать – в моей статье.

А если Вам вообще интересно то, о чем я пишу, подписывайтесь на получение новых статей и вступайте в группу в ВК!

Часто ТТР применяют в системах регулирования температуры, где используются ТЭНы. Обычный пускатель (если ТЭН на 3 кВт и больше) развалится через год. Ведь, если нужна большая точность поддержания температуры и выставлен небольшой гистерезис, ТЭН будет включаться-выключаться очень часто. Самому ТЭНу от этого “не холодно, не жарко”, а вот контактору придётся потрудиться в поте лица.

Применение в климатической камере 40А

Применение в климатической камере 40А

На фото показано практическое применение. Климатическая камера, ТЭН 2,2 кВт, в защите – автомат С16. Принцип работы – подается 24В с контроллера температуры. Щёлкает с периодом 2 секунды.

Виды твердотельных реле

ТТР условно разделяются по двум критериям — принципу действия и конструктивным особенностям. Чтобы упростить классификацию, выделим следующие варианты:

  • По виду сигнала управления — переменный или постоянный I.
  • По типу основного (коммутируемого) напряжения — постоянное или переменное.
  • По числу фаз (для переменного напряжения) — одна, три.
  • По наличию реверса — предусмотрен, не предусмотрен.
  • По тонкостям конструкции — на ДИН-рейке или на поверхности.

Внутривидовые отличия

Кроме основной классификации, стоит выделить отличия внутри существующих видов ТТР.

Выделяются такие типы:

Читайте также:
main.jpg

Простое полупроводниковое реле своими руками

Как мы видим, полупроводниковая технология является основой для любого полупроводникового реле.

Основные параметры CPC1035:

  • Напряжение переключения (напряжение блокировки) — 0 … 350 В;
  • Максимальная токовая нагрузка (ток нагрузки) составляет 100 мА;
  • Макс. Сопротивление по сопротивлению — 35 Ом;
  • Размер управляющего тока 2 … 50 мА (постоянный ток управления).

Такие низкоэнергетические и миниатюрные реле активно используются в датчиках безопасности.

Здесь, например, реле COSMO тип CPC1008 на панели датчика движения «Фотон-Ш», Он подключен к петле безопасности приемных и контрольных устройств (например, PPKOP «гранит») или к линии, которая подключена к центральной станции управления (CMS).

Серия твердотельных реле CPC10xx также в датчике безопасности «Астра-621»,

Это многофункциональный датчик. Он контролирует движение в защищенном пространстве из-за пироэлектрического датчика и управление прерыванием окон из-за чувствительного микрофона. На печатной плате имеется два полупроводниковых реле CPC1016N.

Один срабатывает, когда движение обнаружено в области защиты, а другое срабатывает, когда окна прерываются.

Если вы посмотрите внимательно, вы увидите, что полупроводниковое реле на печатной плате определено как DA4 и DA5.

Как известно, аббревиатура DA Обычно они показывают аналоговые схемы на схемах. Поэтому разумно понимать, что полупроводниковое реле не является отдельным электронным компонентом, а по существу специальным микрочипом, подобным ИК-приемнику.

Твердотельные реле имеют основное предназначение — обеспечение изоляции между цепями, имеющими разное напряжение; работать они могут в самых разных приборах — от домашней техники до крупных производственных систем.

Твердотельные реле, в зависимости от своей конструкции, обеспечивают бесконтактную коммутацию цепей переменного или постоянного тока различного напряжения.

В чем особенности?

При создании твердотельного реле удалось исключить появление дуги или искр в процессе замыкания/размыкания контактной группы. В результате срок службы прибора увеличился в несколько раз. Для сравнения лучшие варианты стандартных (контактных) изделий выдерживают до 500 000 коммутаций. В рассматриваемых ТТР такие ограничения отсутствуют.

Стоимость твердотельных реле выше, но простейший расчет показывает выгоду их применения. Это обусловлено следующими факторами — экономией электроэнергии, продолжительным ресурсом работы (надежностью) и наличием управления с помощью микросхем.

Выбор достаточно широк, чтобы подобрать устройство с учетом поставленных задач и текущей стоимости. В продаже имеются как небольшие приборы для установки в бытовых цепях, так и мощные устройства, используемые для управления двигателями.

Как отмечалось ранее, ТТР отличаются по типу коммутируемого напряжения — они могут быть рассчитаны на постоянный или переменный I. Этот нюанс требуется учесть при выборе.

К особенностям твердотельных моделей стоит отнести чувствительность прибора к нагрузочным токам. Чтобы избежать такой проблемы в процессе эксплуатации, важно внимательно подойти к процессу монтажа и установить в цепи ключа защитные устройства.

Кроме того, важно отдавать предпочтение ключам, имеющим рабочий ток в два или три раза превышающий коммутируемую нагрузку. Но и это не все.

Для дополнительной защиты рекомендуется предусмотреть в схеме предохранители или автоматические выключатели (подойдет класс «В»).

Читайте также:

main.jpg

ТТР для управления фазовым режимом

Служит не только для коммутации, но и для изменения напряжения в цепи нагрузки:

  • позволяет регулировать мощность элементов нагревательного типа;
  • можно изменять яркость свечения ламп накаливания;
  • дает возможность управлять оборотами двигателя.

Силовая часть ТТР

Эта важная часть ТТР коммутирует ток нагрузки.

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

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

Технические характеристики

При выборе конкретной модели для замены вышедшего со строя твердотельного реле или для установки в новом оборудовании необходимо руководствоваться основными характеристиками прибора.

К основным параметрам относятся:

  • Класс и величина напряжения на входе и выходе устройства;
  • Сопротивление твердотельного элемента или потребляемая мощность;
  • Ток срабатывания – определяет рабочие параметры перехода из одного логического состояния в другое;
  • Перегрузочная способность – кратная величина номинальному току;
  • Электрическая прочность изоляции;
  • Тип монтажа – наличие крепежных деталей или пайка на выводы;
  • Материал, из которого изготовлено реле;
  • Габаритные размеры;
  • Наличие дополнительных функций.

Все характеристики твердотельных реле будут отличаться в зависимости от вида конкретного устройства.

Отличия и плюсы твердотельных реле (в сравнении с электромеханическими)

При выборе ТТР у покупателя возникает ряд вопросов — зачем переплачивать за твердотельное реле, в чем его преимущества перед стандартными электромеханическими устройствами. Выделим главные плюсы:

  • Небольшие габариты, что исключает проблемы с поиском места для монтажа.
  • Отсутствие шума и вибрации. Это важно, если устройство устанавливается в помещениях, где находятся люди.
  • Высокая скорость коммутации.
  • Продолжительный ресурс, обусловленный отсутствием износа механической и электрической части.
  • Постоянное выходное сопротивление, которое не меняется в течение срока эксплуатации. Кроме того, контактные группы не подвержены окислительным процессам.
  • Нет резких изменений напряжения в процессе переключения.
  • Нет искр, что расширяет сферу применения. Его установка допускается на объектах, где имеются повышенные риски взрывов и появления пожара.
  • Низкая чувствительность к внешним факторам, к примеру, появлению магнитных полей, вибрациям, повышенному уровню пыли или магнитным полям.
  • Высокий уровень сопротивления между выходом и входом.
  • Низкое потребление энергии.
  • Большое число коммутаций, которое не ограничивается производителем. В реальности оно достигает 109.

Фотографии

  • Solid-state-relays.jpg
  • Миниатюрное твердотельное реле

    Миниатюрное твердотельное реле

  • Твердотельный замыкатель

    Твердотельный замыкатель

Как выбрать твердотельное реле

Даже при небольшом превышении тока нагрузки устройство мгновенной выйдет из строя. Поэтому при покупке твердотельное реле рекомендуется выбирать с запасом мощности в несколько раз.

Выбирая для своих нужд твердотельное реле, нужно также помнить о том, что при коммутации нагрузки корпус реле сильно нагревается. При нагреве выше 60 градусов Цельсия происходит снижение допустимой величины коммутируемого тока, поэтому при тяжелых режимах работы такому реле требуется дополнительный отвод тепла. Для этого применяется радиатор или даже воздушное охлаждение.

tverdotelnye-rele-4.jpg

Ссылки

  • A DC Fault Protection Circuit for Audio Amplifiers
  • Solid state relay glossary of terminology
  • National Instruments Solid State Relays
  • Solid State Relays vs Electromechanical Relays
modif.png Эта страница в последний раз была отредактирована 13 июля 2020 в 17:23.

Как только страница обновилась в Википедии она обновляется в Вики 2.
Обычно почти сразу, изредка в течении часа.

Практическое применение устройств

Сфера использования твердотельных реле довольно обширна. Из-за высокой надежности и отсутствия потребности в регулярном обслуживании их часто устанавливают в труднодоступных местах оборудования.

Подключение температурного датчика в реле

Во многих реле подключение проводов управляющего контура требует соблюдения полярности, что необходимо учитывать в процессе монтажа оборудования

Основными же сферами применения ТТР являются:

  • система терморегуляции с применением ТЭНов;
  • поддержание стабильной температуры в технологических процессах;
  • контроль работы трансформаторов;
  • регулировка освещения;
  • схемы датчиков движения, освещения, фотодатчиков для уличного освещения и т.п.;
  • управление электродвигателями;
  • источники бесперебойного питания.

С увеличением автоматизации бытовой техники твердотельные реле приобретают все большее распространение, а развивающиеся полупроводниковые технологии постоянно открывают новые сферы их применения.

При желании, собрать твердотельное реле можно собственноручно. Подробная инструкция представлена в этой статье.

Параметры выбора

Покупая твердотельное реле, стоит обращать внимание на следующие параметры:

  • Стоимость — от 100 до 12 тысяч рублей.
  • Число фаз — одна или три.
  • Предельный ток нагрузки — от 10 до 500 А.
  • Коммутируемый уровень напряжения. Здесь возможно четыре диапазона — от 5 до 220 В (постоянный ток), от 24 до 380 В, от 48 до 480 В, от 24 до 480 В. Последние три диапазоны характерны для устройств, работающих на переменном токе.
  • Сигнал управления — переменный ток (от 80 до 280 В, от 100 до 280 В), постоянный док (от 3 до 32 В), сопротивление от 0 до 560 кОм (2 Вт), аналоговые сигналы — ток от 4 до 20 мА или напряжение от 0 до 10 В (постоянное напряжение).

Преимущества твердотельных реле

ТТР не является громоздким устройством, занимающим большое пространство. Он также не имеет механически подвижных частей, что значительно повышает его надежность по сравнению с электромагнитными системами. Кроме этого, реле обеспечивает:

  • быструю коммутацию;
  • незначительный уровень помех в момент подключения нагрузки;
  • малую мощность потребления;
  • отсутствие разрядов дугового характера внутри корпуса;
  • стойкость к вибрациям.

Надстройки для корректной работы

Если в процессе работы имеет место взаимодействие с индуктивной нагрузкой, возможны проблемы. Вот почему при использовании твердотельных реле в комплексе с трансформаторами, звонками, электрическими катушками и иными подобными приборами требуется параллельное включение R-C цепочки для снижения воздействия противо-ЭДС.

Кроме того, наличие такой цепи снижет суммарную индуктивность подключенного прибора и облегчает работу ТТР.

Подключение твердотельного реле

Принцип подключения прост. В приборе предусмотрены управляющие входы (на них подается напряжение с четким соблюдением полярности) и выход для подключения нагрузки. Важный момент — качество соединения. Здесь применяется винтовой способ (пайка исключена).

Чтобы избежать повреждения ТТР, важно исключить попадание на контакты пыли, а также посторонних механических элементов. Стоит предусмотреть меры, препятствующие негативному воздействию на кожух прибора (во включенном или отключенном состоянии).

После включения запрещено прикасаться к корпусу, который может быть горячим. Обратите внимание, чтобы ТТР не располагалось вблизи легковозгораемых материалов. Кроме того, в процессе подключения убедитесь, что коммутация выполнена без ошибок.

Если после включения изделие набирает температуру выше 60 градусов Цельсия, установите на него радиатор для охлаждения (причины и особенности этой защитной меры рассмотрены выше).

Если ничего не предпринять, при достижении 80 градусов Цельсия прибор перестанет работать. Управление осуществляется при помощи цепочки с различными вариантами исполнения.

Схема

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...