Твердотельное реле: принцип действия, преимущества, виды, схемы включения

Твердотельное реле: принцип действия, преимущества, виды, схемы включения

Что такое твердотельное реле и как его правильно использовать

Во всех электрических цепях необходимо включать и выключать устройства и оборудование. Для этого используются коммутационные устройства, это может быть обычный автоматический выключатель или автоматический выключатель, а также реле, контакторы и т. Д. Сегодня мы рассмотрим одно из таких устройств – твердотельное реле, поговорим о том, что это такое. , как его выбрать и подключить в нагрузку цепи управления.

Содержание статьи

Что это

Полупроводниковое реле – это устройство, построенное на основе полупроводниковых элементов и силовых переключателей, таких как симисторы, биполярные транзисторы или полевые МОП-транзисторы. В англоязычных источниках полупроводниковые реле называют SSR от Solid State Relay (что в дословном переводе является эквивалентом русского названия).

Подобно электромагнитным реле и другим коммутационным устройствам, они предназначены для управления слабым сигналом нагрузки с более высоким напряжением или током.

Отличия от электромагнитных реле

Обычные реле, как и все электромагнитные коммутационные устройства, работают следующим образом – в катушке находится катушка, на которую подается ток от системы управления или кнопочной станции. В результате протекания тока через катушку создается магнитное поле, которое притягивает якорь к контактной группе. Затем контакты замыкаются и ток течет на нагрузку.

Полупроводниковые реле не имеют катушки управления или подвижной контактной группы. Ниже вы можете увидеть, что находится внутри твердотельного реле. В твердотельных реле, как было сказано выше, вместо силовых контактов используются полупроводниковые переключатели: транзисторы, симисторы, тиристоры и другие, в зависимости от применения (правая часть рисунка).

В этом основное отличие твердотельного реле от электромагнитного реле. В связи с этим твердотельное реле имеет гораздо больший срок службы, так как отсутствует механический износ контактной группы, также стоит отметить, что время срабатывания твердотельных реле выше, чем у электромагнитных.

Кроме того, отсутствует механический износ и искры или дуги при коммутации, а также шумы от контактных ударов при коммутации. Кстати, пока при переключении нет искры или электрической дуги, твердотельные реле можно использовать во взрывоопасных зонах.

Сравнение

Преимущества твердотельных реле перед электромагнитными реле следующие:

2. Данные показывают, что их среднее время безотказной работы составляет примерно 10 миллиардов циклов переключения, что в 1000 или более раз превышает срок службы электромагнитных реле.

Если импульсные перенапряжения практически не страшны для электромагнитных реле, электроника твердотельного реле в большинстве случаев выходит из строя, если только не приняты схемные решения для ограничения этих импульсов. Поэтому сравнивать эти устройства по количеству переключений не всегда корректно.

4. Время отклика твердотельных реле составляет доли или миллисекунды, а время отклика электромагнитных реле составляет от 50 мс до 1 с.

5. Потребление энергии на 95% меньше, чем у катушек электромагнитных аналогов.

Однако за этими преимуществами стоит ряд недостатков:

Твердотельные реле сохраняют тепло во время работы. В генерируемом тепле мощность равна произведению падения напряжения на переключателе мощности (около 2 В) и тока, протекающего через него;

В случае перегрузки и короткого замыкания высока вероятность выхода из строя ACB, перегрузка обычно составляет 10In на 10 мс – один период в сети с частотой 50 Гц (это может варьироваться в зависимости от используемых компонентов)

Маловероятно срабатывание автоматического выключателя до того, как реле выйдет из строя из-за короткого замыкания;

При перенапряжениях (пиках напряжения) – срок службытвердотельное реле может немедленно погаснуть.

Твердотельные реле имеют ток утечки (до 7-10 мА), и если они используются для управления, например, светодиодами, они будут мигать так же, как и в случае переключателя с подсветкой. Следовательно, напряжение на фазном проводе будет присутствовать даже при выключенном реле!

В таблице ниже приведены общие характеристики твердотельных реле FOTEK TSR (трехфазное) и SSR (однофазное) (кстати, одного из самых популярных). В целом свойства товаров других производителей будут аналогичными или одинаковыми.

Изоляционное сопротивление> 50 МОм / 500 В постоянного тока
Входная / выходная диэлектрическая прочностьСпособность выдерживать напряжение 2,5 кВ переменного тока в течение 1 минуты
Ток отключения7,5 мА макс.
Возможность перегрузкиДо 10 номинальных токов в течение 10 мс
Метод переключенияСрабатывание через ноль (модели переменного тока) или мгновенное действие через оптрон (модели постоянного тока)
Интегральная защитаСерия SSR-F имеет сменный предохранитель.

Типы

ССР можно разделить на категории:

По виду тока (постоянный или переменный);

По номинальному значению тока (малая мощность, большая мощность);

Читайте также:  Какой утеплитель для пола выбрать? Обзор ТОП 18 вариантов

По способу сборки;

В зависимости от количества фаз;

По типу управляющего сигнала (постоянный или переменный ток, аналоговый вход для управления переменным резистором, в цепи 4-20 мА и т. Д.)

Из-за типа переключения – переключение, когда напряжение пересекает ноль (в цепях переменного тока), или переключение через управляющий сигнал (например, для регулирования мощности).

В зависимости от количества фаз различают однофазные и трехфазные реле. Но есть много других типов управляющих сигналов. В зависимости от внутренней конструкции твердотельные реле могут управляться как постоянным, так и переменным напряжением.

Наиболее распространенными твердотельными реле являются те, которые управляются постоянным напряжением в диапазоне от 3 до 32 В. Управляемое напряжение должно находиться в этом диапазоне, а не равняться какому-либо конкретному напряжению, что полезно при интеграции с системами с разные напряжения.

Также существуют полупроводниковые реле, использующие аналоговый сигнал для управления:

0-10 В постоянного тока;

Переменный резистор 470-560 кОм.

С помощью таких реле можно регулировать мощность на подключенном устройстве по принципу фазового регулирования. Такой же принцип регулировки используется в диммерах домашнего освещения.

В таблице ниже показаны управляющие сигналы твердотельных реле IMPULS для управления фазой.

Обратите внимание на последние буквы маркировки (LA, VD, VA), они одинаковы у большинства производителей и указывают только тип сигнала.

Как упоминалось выше, в реле с фазовым управлением, в зависимости от величины управляющего сигнала, выходное напряжение изменяется, как показано на диаграмме ниже.

Такие реле можно определить по значку рядом с входными клеммами, который показан на фото ниже. Например, ко входу подключается переменный резистор 470-560 кОм.

Также доступны твердотельные реле с управляющим сигналом 220 В переменного тока, как показано ниже. Они подходят для замены контакторов малой мощности или электромагнитных реле.

Маркировка и вид проверки

Символы в начале маркировки используются для обозначения «фазы» реле:

Что соответствует однополюсным и трехполюсным коммутационным аппаратам.

Текущая сила также кодируется, например, FOTEK указывает ее как: Pxx (см. – Каталог автоматизации FOTEK)

Где «xx» – сила тока, например, P03 – 3 ампера, а P10 – 10 ампер.

Если в обозначении присутствует буква H, реле предназначено для коммутации перенапряжений.

В маркировке данные о типе контроля приведены в последних символах, они могут отличаться в зависимости от производителя, но часто имеют такую ​​форму и значение (данные собираются у разных производителей):

ВА – резистор переменный 470-560кОм / 2Вт (фазовый);

LA – аналоговый сигнал 4-20 мА(фазовый контроль);

VD – аналоговый сигнал 0-10V DC (фазовый контроль);

ZD – управление 10-30V DC (контроль перехода через ноль);

ZD3 – управление 3-32V DC (коммутация с переходом через ноль);

ZA2 – управление 70-280V AC (коммутация с переходом через ноль);

DD3 – сигнал 3-32V DC, управляющий цепью постоянного тока (коммутируемое постоянное напряжение);

DA – управление сигналами постоянного тока, переключение цепей переменного тока.

AA – управление сигналом переменного тока (220В), переключение цепей переменного тока.

Чтобы воплотить это в жизнь, предположим, что вы натолкнулись на продукт, подобный изображенному ниже, и хотите узнать, что это такое.

Если внимательно изучить надписи возле клемм для подключения проводов, то уже будет понятно, что это реле предназначено для управления цепями переменного тока от 90 до 480 В, а также управление есть на напряжение переменного тока от 80 до 250 В.

Если видны только маркировки, то: «SSR» – однофазный; «-10» – номинальный ток 10 ампер; «АА» – управление переменным током, переключение переменного тока; «H» – для переключения более высокого напряжения в цепи питания – до 480В (если бы H не было, то было бы до 380-400В).

Для усиления и лучшего понимания ознакомьтесь с приведенной ниже таблицей с обозначениями и характеристиками твердотельных реле.

Дизайн

Внутренняя схема твердотельного реле зависит от того, насколько велик его ток. рассчитанный (постоянный или переменный ток) и тип сигнала, управляющего им. Рассмотрим некоторые из них.

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

Здесь контакты 3-4 являются входом управляющего сигнала, который использует управление оптопарой для гальванической развязки входных и выходных цепей.

Цепь нейтрали контролирует фазу сетевого напряжения и, когда она пересекает ноль, выполняет переключение цепи (включение или выключение). Также называемый переключателем нулевого напряжения, это метод уменьшения пускового тока при включении (поскольку в этот момент напряжение равно нулю) и уменьшения выбросов ЭДС самоиндукции при выключении нагрузки.

Читайте также:  Что такое энергосберегающие окна и чем они отличаются от традиционных окон - особенности и преимущества

Подходит для управления резистивными, емкостными и индуктивными нагрузками. Он не подходит для питания высоких индуктивных нагрузок (с реверсом.

Схемы подключения и характеристики использования

Фактически, схемы подключения твердотельных реле практически неотличимы от обычных реле. Как правильно его подключить? Давай выясним.

Если вам необходимо заменить стандартное реле переменного тока 220 В, используйте приведенную ниже схему подключения в качестве примера LDG LDSSR-10AA-H. На схеме показано, например, подключение с помощью простого переключателя или кулисного переключателя. Вместо этого сигнал активации может исходить от термостата, регулятора или другого устройства.

Если вам необходимо управлять цепью 220 В с помощью сигнала низкого напряжения, вы можете использовать FOTEK HPR-80AA (см. Каталог электронных реле напряжения FOTEK).

Эта схема использует источник питания 12 В постоянного тока в качестве источника постоянного тока низкого напряжения, который обычно используется для питания светодиодных лент. Кстати, вы даже можете управлять таким твердотельным реле, подавая на его вход напряжение от зарядного устройства мобильного телефона, потому что его выход составляет 5 В, что больше минимального сигнала 3 В.

Следует помнить, что управляющее напряжение должно быть полностью отключено, потому что каждое реле имеет определенные параметры, при которых оно работает, например, упомянутое выше коммутируемое напряжение составляет примерно 1 В, но оно может работать не при номинальном 3 В, а при 2,5. V (эти данные, например, усреднены и могут варьироваться в зависимости не только от конкретного продукта, но и от условий окружающей среды и установки).

Однако напоминаем, что есть и реле с фазовым методом. Схемы подключения таких реле представлены ниже (рисунок из их инструкции).

Возникает вопрос – для чего нужны такие реле и где они используются? Поиск ответа на этот вопрос не занял много времени, все, что мне нужно было сделать, это ввести начало запроса и сразуИмеется возможность использовать его как выключатель питания для управления ТЭНами от терморегуляторов с выходом 4-20 мА или 0-10В.

Кстати, для промышленного применения также существуют отечественные разработки, такие как OVEN TRM132 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 используется либо пассивное охлаждение (простой радиатор), либо активное охлаждение (радиатор + охладитель).

Рекомендации по выбору кулеров приведены в технической документации на конкретное твердотельное реле, поэтому дать универсальный совет невозможно.

Предложение

Твердотельные реле во многих случаях могут использоваться вместо электромеханических реле. Самые популярные варианты в доме – замена контактора в электрокотле, из-за его громкого щелчка при включении, соответственно, и включение обогревателей станет бесшумным.

А также реализация различных мощных регуляторов мощности для тех же ТЭНов и прочего, для чего используется твердотельное реле с аналоговым входным сигналом от переменного сопротивления (типа ВА).

Радиолюбители могут построить простейшее твердотельное реле на основе оптодрайвера для симисторов с ZCC типа MOC3041 и им подобных.

На мой взгляд, это достойные изделия для использования в различных средствах автоматизации, к тому же они не требуют ухода (кроме очистки радиаторов от пыли), а срок службы можно сказать неограниченный. Срок их службы во много раз больше, чем у контакторов, при условии исключения перегрузок, перегрева, коротких замыканий и импульсных перенапряжений!

Что такое твердотельное реле и для чего оно нужно?

Полупроводниковый прибор используется для бесконтактной связи с устройством. Популярность этого реле растет день ото дня, и оно готово вытеснить электромагнитные реле с рынка. контакторы.

Принцип работы и устройство

Полупроводниковые реле позволяют подключать цепи высокого и низкого напряжения.

Большинство полупроводниковых релейных устройств имеют общую концепцию с различными дополнениями и модификациями, не влияющими на принцип работы.

Что такое твердотельное реле? Это устройство, состоящее из следующих компонентов:

    входной узел; Система оптической развязки; цепь отключения; выключатель; защита.

В качестве входа используется первичная цепь с резистором. Подключение последовательное. Задача входной цепи – уловить сигнал и передать команду переключателю.

Входная и выходная цепи изолированы оптическим разделителем. Его тип определяет принцип действия и тип реле.

Схема триггера обрабатывает входной сигнал и переключает выход. В зависимости от модели контактора он может быть частью оптической изоляции или самостоятельным элементом.

Для подачи напряжения используется схема переключателя. В этой операции задействованы симистор, кремниевый диод и транзистор.

Читайте также:  Самодельная точилка по дереву

Защитная схема необходима для предотвращения ошибок и других нарушений в работе. Он бывает внешнего или внутреннего.

Принцип работы ТТР заключается в замыкании и размыкании переключающих контактов, передающих напряжение на устройство. Активатор нужен для того, чтобы контакты заработали. Эту задачу выполняет полупроводниковый прибор. В устройствах постоянного тока используется транзистор, а в устройствах переменного тока – симистор или тиристор.

Каждое устройство, имеющее ключевой транзистор, представляет собой полупроводниковый контактор. В качестве примера рассмотрим датчик освещенности, который передает напряжение через транзистор.

Оптическая система нейтрализует гальванический эффект, возникающий из-за напряжения между контактами и катушкой.

Области применения

Стандартные контакторы постепенно исчезают с рынка, уступая место полупроводниковым приборам. Это связано с рядом преимуществ новинки:

Низкое потребление электроэнергии. Полупроводник в используемом TTR потребляет на 90% меньше энергии, чем его электромагнитный аналог. Маленькийгабариты устройства, облегчающие транспортировку и сборку. Не требует ожидания запуска и обладает высокой производительностью. Низкий уровень шума. Долгий срок службы. Не требует обслуживания. Широкий спектр приложений и совместимость со многими устройствами. Никаких электромагнитных помех. Более миллиарда операций. Лучшая изоляция между коммутационной и входной цепями. Устойчив к вибрациям и ударам. Герметично закрытый.

Если необходимо переключить индуктивную нагрузку, необходимо использовать твердотельный контактор. Основные приложения:

    В системах контроля температуры электронагревателей; Поддержание технологической температуры; В цепях управления; температурный контроль технических устройств и оборудования; Контроль и мониторинг освещения.

Виды ТТР

Есть много типов этих устройств. Они различаются способом коммутации и регулирования напряжения:

Полупроводниковые реле постоянного тока используются для подключения к сети постоянного напряжения. Диапазон напряжения от 3 до 32 Вт. ТТР отличается высокой надежностью и может быть оснащен светодиодной сигнализацией. Работает при температуре окружающей среды от -30 ° C до + 70 ° C. Контактор переменного тока не производит шума, работает быстро и имеет низкое энергопотребление. Диапазон напряжения 90-250Вт. TTR с ручным управлением. Вы можете самостоятельно установить тип операции на этом устройстве.

Кроме того, бывают однофазные и трехфазные реле.

Первое реле может подключать цепи в диапазоне от 10 до 120 А или от 100 до 500 А. Коммутация осуществляется резистором и аналоговым сигналом. В последнем случае переключение происходит одновременно на 3 фазы с рабочим диапазоном от 10 до 120 А. Трехфазные контакторы могут быть реверсивными. Они отличаются бесконтактной связью и специальной маркировкой. Эти устройства имеют надежную защиту от ложных переключений.

Трехфазные датчики температуры необходимы для запуска и правильной работы асинхронного двигателя. Для безопасного использования устройства необходимо соблюдать запас мощности по напряжению.

Перенапряжение может возникнуть во время работы твердотельного реле переменного тока. Используйте предохранитель или варистор для защиты устройства.

Трехфазное устройство имеет более длительный срок службы благодаря нулевому переключению и светодиодному индикатору.

Помимо способа связи, устройства различаются еще:

    слабая нагрузка индуктивного и емкостного типа;

способ включения (случайный или моментальный);

    наличие фазового контроля. Устройство имеет конструктивные отличия:

универсальный – конструкция позволяет устанавливать реле на переходных планках;

    устанавливается на DIN-рейку. Стоит покупать этот товар в специализированных магазинах, где специалисты помогут выбрать подходящий тип и расскажут, как подключить устройство. Устройство может отличаться: способ крепления; материал корпуса; дополнительные возможности;

уровень исполнения;

габариты и другие параметры.

Как подключить реле

Важно: У установленного реле должен быть запас мощности в несколько раз больше, чем у используемого устройства. Несоблюдение этого может привести к немедленному отказу TTR. Устройство можно защитить от перенапряжения, установив предохранитель.

    Контактор быстро нагревается. Это приводит к значительной потере производительности. Устройство может загореться, если его нагреть выше 65 ° C. Устройство можно использовать только с охлаждающим элементом. Резерв по току должен быть больше в 3 раза. При работе с асинхронными двигателями этот резерв увеличивается в десять раз. Чтобы подключить реле самостоятельно, нужно учесть следующие нюансы: соединения скручены, пайка не используется; Не допускайте попадания металлической пыли и стружки внутрь устройства; Не допускайте контакта корпуса устройства с посторонними предметами; не трогайте прибор во время его работы (есть риск ожога); не размещайте TTR рядом с легковоспламеняющимися предметами;

Оцените статью
Добавить комментарий