Мощные твердотельные реле переменного тока: Всё о ТТР | KIPPRIBOR твердотельные реле твердотельное реле

Содержание

Твердотельные реле производства International Rectifier

Классификация

Что же заставляет разработчиков отказываться отэлектромагнитных реле и использовать вместо них твердотельные? В числе основных преимуществ оптоэлектронных реле следует отметить:

  • высокую надежность, обусловленную отсутствием механических контактов, и, как следствие, высокую наработку на отказ: число переключений составляет не менее 10 млрд, что в 1000 раз превышает тот же показатель для лучших образцов электромагнитных реле;
  • неизменное контактное сопротивление в течение всего срока службы;
  • отсутствие дребезга контактов, что снижает внутрисхемный уровень помех в аппаратуре и обеспечивает стабильность ее работы;
  • отсутствие акустического шума от работы механических контактов;
  • совместимость по входу с логическими микросхемами, обеспечивающая простоту интеграции твердотельных реле в цифровые устройства;
  • отсутствие индуктивности — причины возникновения нежелательных выбросов напряжения при переключении электромагнитных реле;
  • необходимость низкоуровневых сигналов управления, что существенно упрощает схему управления твердотельным реле в отличие от электромагнитного, для управления работой которого, как правило, необходим электронный ключ с диодной защитой от выбросов напряжения;
  • высокую виброустойчивость и ударостойкость, обусловленную отсутствием подвижных механических контактов;
  • отличные характеристики изоляционных свойств как между входом и выходом реле, так и высокое сопротивление изоляции корпуса;
  • высокое быстродействие;
  • высокую устойчивость к воздействию внешних электромагнитных полей;
  • малое энергопотребление: твердотельные реле потребляют электроэнергии на 95% меньше, чем электромагнитные реле;
  • малые габариты и вес.

Компания International Rectifier предлагает широкий выбор оптоэлектронных приборов — оптронов и твердотельных реле различного назначения (рис. 1). В технической документации компании принято их сокращенное обозначение — MER (Microelectronic Relay).

Телекоммуникационные реле предназначены для работы в факс-модемах, многофункциональных телефонах, беспроводных телефонах, автоответчиках, в коммутаторах и мультиплексорах телефонных линий, в аппаратуре систем безопасности.

Реле промышленного контроля и автоматики используются в качестве выходных реле программируемых логических контроллеров, драйверов соленоидов, клапанов, контакторов, электродвигателей, обмоток, индикаторов и дисплеев. Они предназначены для коммутации наиболее мощной нагрузки (на ток до 4,5А в корпусе DIP6), имеют низкое сопротивление во включенном состоянии (40мОм), работают при напряжениях постоянного или переменного тока до 280В, а при напряжении только постоянного тока — при напряжении до ±400В, имеют высокую чувствительность (3мА), обеспечивают замену ртутных реле.

Эти реле полностью взаимозаменяемы с твердотельными реле производства других компаний, например, твердотельные реле HSSR8060 серии SSR компании Hewlett-Packard (в настоящее время Agilent) могут быть заменены аналогами производства IR: PVG612S — для поверхностного монтажа, PVG612 — для монтажа в отверстие.

Рис. 1. Классификация оптоэлектронных приборов IR

Реле для измерительной техники применяются в сканерах, мультиплексорах, системах сбора данных, контрольно-измерительном оборудовании. Они обеспечивают высокую скорость переключения, имеют высокое сопротивление в выключенном состоянии (1011Ом), высокую чувствительность (2мА), низкое отклонение значения напряжения включения при изменении температуры (0,2мкВ). Реле этой группы производства компании IR обеспечивают полную замену твердотельных реле HSSR8200 серии SSR.

Технологии и конструкции

Главной особенностью твердотельных реле производства IR является использование выходных ключей, выполненных на полевых МОП или IGBT-транзисторах. В отличие отдругих производителей компания не выпускает реле с выходными ключами на биполярных транзисторах или тиристорах. Посравнению с ними ключи на МОП-транзисторах характеризуются линейной зависимостью тока от напряжения открытого ключа, падение напряжения на нем составляет менее 0,6В. Более того, выходные ключи твердотельных реле IR на сдвоенных МОП-транзисторах обеспечивают двунаправленное переключение нагрузки и работают в цепях переменного тока. В качестве транзисторов ключей используются полевые МОП-транзисторы, выполненные по запатентованной IR технологии HEXFET или биполярные транзисторы с изолированным затвором — IGBT. При использовании твердотельных реле всегда следует учитывать особенности IGBT и MOП-транзисторов: IGBT-транзисторы работают на низких частотах (до 20 кГц), допускают небольшой разброс параметров нагрузки, подходят для работы в высоковольтных приложениях при достаточно высокой мощности нагрузки и при более высокой температуре; МОП-транзисторы, напротив, имеют высокое быстродействие (более 200кГц), допускают широкий разброс параметров нагрузки, но в то же время работаютпри более низких рабочих напряжениях и сравнительно низкой мощности нагрузки.

Рис. 2 варианты условных электрических схем твердотельных реле и оптронов

Двунаправленные ключи твердотельных реле на полевых МОП-транзисторах получили название BOSFET. На рис. 2 представлены варианты условных электрических схем твердотельных реле и оптронов, выпускаемых компанией IR. В 2001 году технология производства BOSFET-ключей была усовершенствована — в них стали применять «разумные» монолитные оптоэлектронные излучатели и выходные ключи на HEXFET-транзисторах. Обновленная технология получила название BOSFET Upgrade, а к обозначению микроэлектронных реле добавился суффикс N на конце (если суффикс состоит из двух букв — NS, то это значит, что микроэлектронное реле, выполненное по технологии BOSFET Upgrade, предназначено для поверхностного монтажа). Обновленная технология используется так же и при производстве оптронов.

В том случае, если требуется переключение столь мощной нагрузки, что выпускаемые для этой цели твердотельные реле не подходят, IR предусмотрительно выпускает серию оптронов по технологии Lego-Block — PVI5033R (рис. 2, и). Их применяют совместно с мощными дискретными HEXFET или IGBT-транзисторами, используемыми в качестве ключевых, и, таким образом, получают твердотельные реле, рассчитанные на заданную мощность нагрузки. Они предназначены только для функции включения и выключения и не годятся для работы в быстродействующих приложениях. В таких реле обеспечивается полная оптическая развязка между логической схемой управления и нагрузкой, работающей при высоких значениях рабочего напряжения и тока нагрузки. Раздельное управление посредством двух оптоэлектронных пар делает возможной реализацию твердотельного реле со схемой 1FormC, например, однополюсного реле на два положения.

Применение в твердотельных реле, например PVX6012, в качестве ключей IGBT-транзисторов позволяет коммутировать нагрузку мощностью до 400 Вт на постоянном токе или до 280 Вт — на переменном. Кроме того, такие реле полностью заменяют опасные для окружающей среды и здоровья человека ртутные реле и в отличие от них могут быть установлены в любом положении, в то время как ртутные устанавливают, как правило, вертикально. Цены на твердотельные реле существенно ниже цен на ртутные реле.

Pис. 3 упрощенная схема включения PVR.

PVR-реле

В технической документации IR твердотельные реле обозначаются сокращением PVR — Photovoltaic Relay. На рис. 3 показана упрощенная схема включения PVR. Твердотельное реле является токозависимым устройством, то есть его включение зависит отвходного тока. Для его правильной работы необходимо правильно рассчитать сопротивление токоограничительного резистора RC. С одной стороны, этот резистор должен обеспечить ток достаточной для включения величины, а с другой — ограничить величину этого тока так, чтобы он не превышал 25мА. При этом следует также учитывать температуру среды, в которой будет работать реле. Зависимость входного тока от падения напряжения на светодиоде при различных температурах показана на рис. 4. Рассчитать сопротивление ограничительного резистора можно по формуле:

где IC — ток включения.

Например, приняв минимальное входное напряжение равным 4,5 В, ток включения — 5 мА, температуру окружающей среды — –40°С, а падение напряжения на светодиоде— 1,6В, в результате расчета получим величину сопротивления <=580Ом. Это максимальная величина сопротивления, при которой обеспечивается надежное включение реле. При высоких температурах падение напряжения на светодиоде обычно принимают равным 0,9В.

Необходимо рассчитать и минимально допустимую величину сопротивления, чтобы избежать выхода светодиода из строя. Ее рассчитывают по формуле:

Pис. 4. Зависимость входного тока от падения напряжения на светодиоде при различных температурах.

При расчете в формулу подставляют максимальные значения величин: входного напряжения — 6 В (продолжаем расчет примера), входного тока — 25 мА при максимальной температуре 85 °С. Падение напряжения на светодиоде, как было отмечено, принимают равным 0,9 В. В результате получаем расчетную величину минимально допустимого сопротивления. Оно составит 204 Ом. Следовательно, в данном случае величину сопротивления резистора RC следует выбирать в пределах 204–580 Ом.

Твердотельные реле в телекоммуникационных устройствах

Твердотельные реле в телекоммуникационных устройствах предназначены, прежде всего, для замены механических реле в схемах поднятия трубки, импульсного набора номера в телефонных аппаратах, факсах, модемах.

Именно механические реле в таких устройствах наиболее подвержены выходу изстроя. На рис. 5, 6 показаны схемы входного линейного устройства факс-модема с механическим реле и с твердотельным реле типа PVT412L, которым это механическое реле заменено. Этот пример ясно показывает, что при переходе на твердотельные реле не только повысится надежность устройства, но, кроме того, потребуется меньше компонентов для схемы, а именно:

  • исключается цепь для борьбы с дребезгом R1C1, поскольку в твердотельных реле явление дребезга контактов отсутствует;
  • нет необходимости в предохранительных резисторах R2 и R3, благодаря токоограничивающим свойствам реле PVT412L. Этонаиболее важное преимущество, так как в результате перенапряжения, например, при грозовом разряде, предохранительные резисторы в модеме с механическим реле перегорают, что неизбежно потребует ремонта. При использовании твердотельного реле такой проблемы не возникает.

В числе других преимуществ такой замены — экономия места на печатной плате и экономия в средствах примерно на 15% (при больших объемах производства).

Среди твердотельных реле производства IR, которые с успехом применяются как в телекоммуникационном оборудовании, так и в устройствах другого назначения — силовых, телекоммуникационных, измерительных и т. д., следует отметить новое оптоэлектронное реле PVN012. В этом реле использованы ключи наполевых транзисторах HEXFET 5-го поколения (Generation V), которые управляются оптоэлектронным генератором. Реле PVN012 обладает хорошей линейностью, работает вцепях постоянного и переменного тока (2,5–4,5А), имеет контактное сопротивление 100мОм и напряжение пробоя между входом и выходом 4000В (переменного тока).

Pис. 5 Cхемы входного линейного устройства факс-модема

Pис. 6 Cхемы входного линейного устройства факс-модема

Низкопрофильные реле серии PVO предназначены для работы в PCMCIA-картах.

Таблица 1. Сравнительные характеристики

Таблица 2. Перечень возможных замен твердотельных реле.

Примечания:

  1. При прямой замене — полное соответствие назначения и расположения выводов.
  2. При близкой замене имеются некоторые отличия электрических параметров; возможно, потребуется изменить схему.
  3. При возможной замене имеются отличия в типах используемых корпусов или электрических параметрах, потребуется изменить схему, при этом:
    1. предлагаемая замена обладает более низким контактным сопротивлением;
    2. усовершенствованный компонент — необходимо связаться с производителем для получения дополнительной информации;
    3. компонент для замены имеет корпус другого типа;
    4. не допускается использование в новых разработках.
  4. ТТР — твердотельное реле.

Твердотельные реле для приборостроения и промышленной аппаратуры

Твердотельные реле для применения в приборостроении и системах промышленной автоматики — это самая большая группа реле как по количеству, так и по разнообразию конструкции и характеристик, потому что такие реле предназначены для выполнения самых разнообразных задач.

Существует три схемы включения твердотельных реле: схема А — для работы в цепях переменного и постоянного тока и схемы B, C — для работы в цепях постоянного тока (рис. 7). Соответственно, допустимый ток нагрузки минимален для схемы включения А, больше — для схемы включения В и максимален — для схемы включения С. Его величина для конкретной схемы включения указана в технических характеристиках реле. Твердотельные оптоэлектронные реле IR по назначению нельзя четко выделить в отдельные группы, поскольку они могут выполнять свои функции в различных цепях. Поэтому при их подборе следует принимать во внимание «конкретную обстановку»: для работы в мультиплексорах, приборах, в которых требуются высокое быстродействие, линейность характеристик, высокая чувствительность и стабильность работы, следует использовать быстродействующие реле; в устройствах питания следует подбирать реле по рабочему напряжению и допустимому току нагрузки и обращать внимание на напряжение пробоя между входом и выходом. Втех случаях, когда не удается подобрать необходимое реле, выйти из положения можно, если использовать схему на дискретных полевых или IGBT-транзисторных ключах и оптопару серии PVI.

Новое реле PVY116 предназначено для замены обычных и ртутных механических реле. Его особенность — высокое быстродействие, что делает это реле необходимым компонентом в автоматизированном измерительном оборудовании, приборах и системах сбора данных. PVY116 выпускают только в корпусе SOP-4, предназначенном для поверхностного монтажа.

Новые реле серии PVT212 предназначены для замены популярных твердотельных реле Lh2517 производства AT&T Microelectronics и Infineon, а также однотипных реле других компаний. Сравнительные характеристики этих реле приведены в таблице 1.

Твердотельные реле типа PVX6012 выполнены на выходных ключах IGBT и HEXFRED (см. рис. 2, г) в 14-выводном корпусе DIP. Рабочее напряжение для них составляет 0–280В (среднеквадратичное значение) на переменном токе и 0–400В — на постоянном. Максимальный ток нагрузки составляет 1А. Реле этого типа предназначены для работы в системах промышленной автоматики и управления, контрольно-измерительном оборудовании, для замены электромагнитных и ртутных реле.

Твердотельные реле IR выпускаются в 6- 8-, 14- и 16-выводных корпусах DIP, 6-выводных корпусах SMT и в корпусах ThinPak.

В таблице 2 приведен перечень возможных замен твердотельных реле других производителей на аналогичные реле IR.

Pис. 7 Три схемы включения твердотельных реле.

Arduino Придбати в Києві, Україна

Каталог

  • Новинки магазина
  • Подарочные сертификаты, сувениры
  • Arduino контроллеры
    • Контроллеры Arduino (оригинал, Италия)
    • Контроллеры Arduino (Китай)
    • Arduino для разработчиков
    • Корпуса для контроллеров Arduino
    • Наборы на основе контроллеров Arduino
  • Мини-компьютеры
    • Asus Tinker Board
    • Raspberry Pi
    • NVIDIA
    • Orange Pi
    • LattePanda
    • Odroid
    • BeagleBone
    • Coral
    • FriendlyARM
    • Pine 64
  • Raspberry Pi
    • Мини-компьютеры Raspberry Pi
    • Наборы Raspberry Pi
    • Дисплеи
    • Корпуса
    • Охлаждение
    • Периферия, расширения
    • Блоки питания для Raspberry
    • WiFi и GSM
    • Видеокамеры
    • Звук
    • Литература по Raspberry
  • Средства разработки, программаторы
    • M5Stack
    • AVR
    • BBC micro:bit
    • Программаторы
    • STM32 Discovery
    • STM32 Nucleo
    • STM8, STM32
    • ESP8266, ESP32
    • FPGA
    • Teensy
    • Bluetooth
    • LoRa
    • Прочие
    • Texas Instruments
    • NXP
  • Карты памяти SD, Флешки
  • Наборы (DIY Kits), конструкторы
    • M5Stack
    • Образовательные STEM наборы Arduino
    • Образовательные наборы Raspberry Pi
    • Образовательные STEM наборы Micro:bit
    • Наборы Arduino (Умный Дом, Природа)
    • «Практическая электроника»
    • Образовательные наборы «Амперка»
    • Радиоконструкторы
    • Конструкторы «Сделай сам»
    • Наборы радиодеталей
    • Наборы компонентов
  • RF, Wi-Fi, Bluetooth, GSM, GPS, FM, XBee
    • RFID, NFC
    • Wi-Fi ESP8266, ESP32
    • Wi-Fi
    • GSM, GPRS
    • Bluetooth
    • Радиомодули
    • XBee и другие *Bee
    • GPS
    • FM
  • SONOFF Умный дом
    • Wi-Fi выключатели
    • Wi-Fi выключатели настенные
    • Wi-Fi умные розетки
    • Wi-Fi освещение
    • Датчики
    • Wi-Fi камеры
    • Корпуса
  • Метеостанции
  • Платы расширений, модули, шилды
    • Силовые
    • Коммуникационные
    • Прототипирование
    • Отображение информации
    • Периферийные
    • GPS модули
    • Audio, звук, голос, mp3
    • Прочие
  • TFT, LCD, OLED, E-Ink дисплеи
    • TFT дисплеи (HDMI)
    • TFT дисплеи в корпусе (HDMI, VGA, AV)
    • TFT дисплеи (модули, шилды)
    • TFT HMI панели Nextion
    • LCD дисплеи
    • OLED дисплеи
    • E-Ink (жидкие чернила)
  • Audio, Звук, mp3
    • Воспроизведение
    • Запись
    • Усиление
    • Динамики
    • Микрофоны
  • Датчики
    • Звук, ультразвук
    • Освещение, ИК, огонь, ультрафиолет
    • Движение, расстояние
    • Температура, влажность
    • Акселерометры, гироскопы
    • Напряжение, ток
    • Газ, дым, пыль, воздух
    • Давление
    • Для жидкостей
    • Ph, химический анализ
    • Механические воздействия
    • Индуктивные датчики
    • Магнитное поле
    • Медицина, здоровье
    • Прочее
  • Робототехника
    • Роботы колесные
    • Роботы гусеничные
    • Роботы шагающие
    • Роботы-манипуляторы
    • Робо-платформы, шасси
    • Межплатные стойки
    • Шестерни, пассики, втулки, кронштейны
    • Колеса
    • Прочее
  • Радиоуправляемые игрушки, STEM-конструкторы
  • Моторы, шаговые двигатели, сервоприводы, драйвера
    • Сервоприводы
    • Сервоприводы Цифровые
    • Шаговые двигатели
    • Линейные приводы актуаторы
    • Моторы
    • Моторы для авиа-моделей
    • Драйверы и контроллеры
    • Прочее
  • Насосы, помпы, электромагнитные клапаны
  • Кабели, провода, переходники, шнуры питания, хабы
    • Провода монтажные, кабели
    • Кабель AWG
    • 220В
    • USB
    • USB-хабы
    • HDMI
    • Ethernet
  • Макетирование
    • Безпаечные макетные плати
    • Макетные платы под пайку
    • Стеклотекстолит
    • Провода, перемычки
    • Кнопки, клавиатуры
  • Разъемы, коннекторы, клеммники
    • Разъемы низковольтные DC
    • Разъемы USB
    • Разъемы
    • Разъемы XH
    • Коннекторы
    • Коннекторы Dupont
    • Коннекторы PLS, PBS
    • Клеммники
    • ВЧ-разъемы и переходники BNC
    • SMA разъемы и переходники
  • Радиодетали
    • Полупроводники
    • Микроконтроллеры
    • Резисторы
    • Резисторы переменные
    • Резисторы подстроечные
  • Реле
    • Электромеханические
    • Твердотельные
    • Устройства на базе реле
  • Генераторы сигналов
  • Выключатели, переключатели, кнопки, дистанционные выключатели
    • Выключатели, переключатели
    • Дистанционные выключатели
    • Кнопки
    • Концевики
  • Конвертеры, преобразователи
    • USB — UART — TTL
    • RS232, RS485, DB9
    • Відео, VGA, HDMI, DVI
    • Преобразователи уровней
    • Прочие
  • LED освещение, фонарики
  • Светодиоды, светодиодные индикаторы, лазеры
    • Светодиоды
    • Светодиодные модули
    • Светодиодные индикаторы
    • Светодиодные ленты
    • Светодиодные ленты (периферия)
    • Контроллеры и драйверы светодиодов
    • Лазеры
  • Источники питания, удлинители
    • Блоки питания
    • Блоки питания негерметичные
    • Модули питания
    • Лабораторные блоки питания
    • Портативные батареи Powerbank
    • Солнечная энергия, генераторы
    • Кабели питания, переходники
    • Сетевые фильтры-удлинители
    • Прочее
  • Преобразователи напряжения, стабилизаторы, диммеры
    • Стабилизаторы напряжения
    • Преобразователи повышающие
    • Преобразователи понижающие
    • Преобразователи двунаправленные
    • Силовые ключи, регуляторы мощности
  • Зарядные устройства, зарядные модули
    • Зарядные устройства
    • Разрядные устройства
    • Зарядные устройства сетевые
    • Зарядные устройства (модули)
  • Устройства ввода, клавиатуры, джойстики
  • Аккумуляторы, батарейки, батарейные отсеки
    • Аккумуляторы Li-Po
    • Аккумуляторы Li-Po (форматные)
    • Аккумуляторы NiMH
    • Аккумуляторы Li-Ion, 18650
    • Аккумуляторы Гелевые
    • Батарейки
    • Тестеры батареек и аккумуляторов
    • Батарейные отсеки 18650
    • Батарейные отсеки AA
    • Батарейные отсеки AAA
    • Батарейные отсеки прочие
  • Детали для летающих аппаратов
    • Телеметрия
    • Полетные контроллеры
    • Радио аппаратура, приемники
    • Регуляторы хода ESC
    • Рамы, шасси, корпуса
    • Винты, пропеллеры
    • Моторы
    • GPS и компас
    • FPV
    • Разъемы, коннекторы
    • Провода, кабели, переходники
    • Датчики тока, BECи
    • Прочее
  • Охлаждение
    • Вентиляторы 30×30
    • Вентиляторы 40×40
    • Вентиляторы 50×50
    • Вентиляторы 60×60
    • Вентиляторы 70×70
    • Вентиляторы 80×80
    • Вентиляторы 90×90
    • Вентиляторы 120×120
    • Радиаторы
    • Термопасты, теплопроводящие клея
  • Инструменты, оборудование
    • Клея
    • Кусачки, бокорезы, пассатижы
    • Ножи, скальпели, ножницы
    • Отвертки, ключи
    • Пинцеты, наборы для ремонта
    • Шуруповерты, дрели, сверла
    • Мультитул
    • Клеевые пистолеты
    • Изолента, скотч, термоусадка
    • Линейки, рулетки
    • Клещи (обжим, опрессовка), съемники изоляции
    • Наборы компонентов
    • Прочие инструменты
  • Паяльное оборудование
    • Паяльники и наборы
    • Паяльные станции
    • Фены, газовые горелки и паяльники
    • Паяльные аксессуары
    • Флюсы, паяльные пасты
    • Припой
    • Жала для паяльников
    • Другие паяльные расходники
  • Кассетницы, органайзеры, сортовики
  • Измерительные приборы, мультиметры, осциллографы, измерительные модули
    • Мультиметры (тестеры)
    • Осциллографы
    • Щупы, зажимы
    • Измерительные модули
    • Тестеры элементов, кабелей
    • Температура
  • Готовые устройства
  • 3D принтеры и ЧПУ
    • Подшипники полимерные
    • Подшипники линейные
    • Подшипники радиальные
    • Валы, муфты, гайки
    • Концевые опоры
    • Подшипники фланцевые
    • Шкивы, ремни
    • Электроника
    • Двигатели
    • Драйверы
    • Экструдеры, Столы
    • Охлаждение
  • 3D пластик Monofilament
    • ASA
    • ABS
    • PLA
    • coPET
    • HIPS
    • ELASTAN
    • SAN
    • PET
    • PBT
  • 3D пластик Plexiwire Filament
    • ABS
    • ABS+
    • PLA
    • FLEX
    • NYLON
  • Термопластик поликапролактон для лепки
  • 3D Ручки
  • Магниты неодимовые
    • Прямоугольные
    • Круглые
    • Крепежные
    • Кольца
  • Прочее
  • Литература
  • Распродажа
  • Корпуса универсальные, ножки
    • Корпуса
    • Ножки для корпусов
  • Xiaomi
  • Архивные товары

Arduino Arduino Original ARM AVR bluetooth CPLD dc-dc DISCOVERY DIY ESP32 ESP8266 Ethernet FPGA FPV GPS GSM IR LCD LED LoRa Micro:Bit MSP Nucleo NXP Odroid OrangePi PIC Raspberry Pi RFID RTC SD card servo Sonoff STEM STM32 TFT LCD WiFi XBee Zigbee Драйвер Зарядное Игрушка измерения инструмент Книги коннекторы Корпус Набор KIT переходник Питание реле Шаговый

Статьи →

Плазмофон

Мы настолько привыкли к высоким технологиям, что забываем о простых физических явлениях и механизмах. А ведь на всём простом строится что-то →

Автоматичний кран для води на Arduino своїми руками

Доброго дня, хочу розповісти Вам про виготовлення корисного пристрою – автоматичного крану для води на Arduino. →

Приклад використання датчика температури DS18B20 з Raspberry Pi за допомогою Python

У цьому маленькому туторіалі показано як без допомоги сторонніх бібліотек працювати на мові Python в OS Linux з датчиком температури DS18B20 від Maxim Integrated який працює на шині даних →

Садовий ліхтар на базі контроллера QX5252

Садові ліхтарі господарі заміських будинків використовують для створення неповторного ландшафтного дизайну, підсвітки доріжок і клумб квітів, створення своєї атмосфери затишку. У свою чергу, автономні ліхтарі можна використовувати як нічник у квартирі, →

Комнатный климат-контроль

Качество воздуха в комнате — один из важнейших показателей за которым нужно постоянно следить. Температура, влажность и количество углекислого газа в комнате напрямую влияет на качество сна и работоспособность человека. В наше время далеко не у всех в →


Подарочные сертификаты, сувениры

Arduino контроллеры

Мини-компьютеры

Raspberry Pi

Средства разработки, программаторы

Карты памяти SD, Флешки

Наборы (DIY Kits), конструкторы

RF, Wi-Fi, Bluetooth, GSM, GPS, FM, XBee

SONOFF Умный дом

Метеостанции

TFT, LCD, OLED, E-Ink дисплеи

Платы расширений, модули, шилды

Audio, Звук, mp3

Датчики

Робототехника

Радиоуправляемые игрушки, STEM-конструкторы

Моторы, шаговые двигатели, сервоприводы, драйвера

Насосы, помпы, электромагнитные клапаны

Кабели, провода, переходники, шнуры питания, хабы

Макетирование

Разъемы, коннекторы, клеммники

Радиодетали

Реле

Выключатели, переключатели, кнопки, дистанционные выключатели

Генераторы сигналов

Конвертеры, преобразователи

LED освещение, фонарики

Светодиоды, светодиодные индикаторы, лазеры

Источники питания, удлинители

Преобразователи напряжения, стабилизаторы, диммеры

Зарядные устройства, зарядные модули

Аккумуляторы, батарейки, батарейные отсеки

Устройства ввода, клавиатуры, джойстики

Детали для летающих аппаратов

Охлаждение

Инструменты, оборудование

Паяльное оборудование

Кассетницы, органайзеры, сортовики

Измерительные приборы, мультиметры, осциллографы, измерительные модули

Готовые устройства

3D принтеры и ЧПУ

3D пластик Monofilament

3D пластик Plexiwire Filament

3D Ручки

Термопластик поликапролактон для лепки

Магниты неодимовые

Прочее

Литература

Корпуса универсальные, ножки

Распродажа

Xiaomi

Архивные товары

Практическое применение и схемы подключения твердотельного реле

Классические пускатели и контакторы постепенно уходят в прошлое. Их место в автомобильной электронике, бытовой технике и промышленной автоматике занимает твердотельное реле – полупроводниковое устройство, в котором отсутствуют какие-либо подвижные части.

Приборы имеют различные конструкции и схемы подключения, от которых зависят их сферы применения. Прежде чем использовать устройство, необходимо разобраться в его принципе действия, узнать об особенностях функционирования и подключения разных видов реле. Ответы на обозначенные вопросы подробно изложены в представленной статье.

Устройство твердотельного реле

Современные твердотельные реле (ТТР) представляют собой модульные полупроводниковые приборы, являющиеся силовыми электропереключателями.

Ключевые рабочие узлы этих устройств представлены симисторами, тиристорами или транзисторами. ТТР не имеют подвижных частей, чем отличаются от электромеханических реле.


Размер твердотельного реле во многом зависит от максимально допустимой нагрузки и возможности отводить тепло путем теплопередачи и конвекции (+)

Внутреннее устройство этих приборов может сильно различаться в зависимости типа регулируемой нагрузки и электрической схемы.

Простейшие твердотельные реле включают такие узлы:

  • входной узел с предохранителями;
  • триггерная цепь;
  • оптическая (гальваническая) развязка;
  • переключающий узел;
  • защитные цепи;
  • узел выхода на нагрузку.

Входной узел ТТР представляет собой первичную цепь с последовательно подключенным резистором. Предохранитель в эту цепь встраивается опционально. Задача узла входа – принятие управляющего сигнала и передача команды на коммутирующие нагрузку переключатели.

При переменном токе для разделения контролирующей и основной цепи применяют гальваническую развязку. От её устройства во многом зависит принцип работы реле. Ответственная за обработку входного сигнала триггерная цепь может включаться в узел оптической развязки или располагаться отдельно.

Защитный узел препятствует возникновению перегрузок и ошибок, ведь в случае поломки прибора может выйти из строя и подключенная техника.

Основное предназначение твердотельных реле – замыкание/размыкание электрической сети с помощью слабого управляющего сигнала. В отличие от электромеханических аналогов, они имеют более компактную форму и не производят в процессе работы характерных щелчков.

Особенности работы с устройством


Реле однофазное 220В
При работе с твердотельным реле 220в (управление 220), нужно придерживаться следующих правил:

  • Соединение должно осуществляться винтовым способом. Оно является достаточно надежным. Спайка частей не нужна, скрутка запрещена.
  • Нельзя допускать попадания пыли, воды и металлических предметов на реле. Они приводят к выходу из строя компонента.
  • Нельзя прикладывать недопустимые внешние воздействия на корпус. К ним относятся заливание жидкостью, удары, вибрации, падения.
  • Не трогать прибор во время работы. Корпус нагревается, из-за чего человек может получить ожог.
  • Не устанавливать реле рядом с легковоспламеняемыми предметами.
  • Перед подключением цепи следует убедиться в корректности собранных соединений.
  • При нагреве корпуса выше 60 градусов требуется установка дополнительного охлаждения с помощью радиаторов.
  • Нельзя допускать появления короткого замыкания на выходе.

При соблюдении требований к эксплуатации реле будет выполнять свою работу надежно и качественно весь заявленный срок.

Принцип работы ТТР

Работа твердотельного реле довольно проста. Большинство ТТР предназначено для управления автоматикой в сетях 20-480 В.


Оптическая развязка позволяет создавать управленческие сигналы минимальной мощности, что критически важно для датчиков, работающих от автономных источников питания (+)

При классическом исполнении в корпус прибора входит два контакта коммутируемой цепи и два управляющих провода. Их количество может изменяться при увеличении количества подключенных фаз. В зависимости от наличия напряжения в управляющей цепи, происходит включение или выключение основной нагрузки полупроводниковыми элементами.

Особенностью твердотельных реле является наличие небесконечного сопротивления. Если контакты в электромеханических устройствах полностью разъединяются, то в твердотельных отсутствие тока в цепи обеспечивается свойствами полупроводниковых материалов.

Поэтому при повышенных напряжениях возможно появление небольших токов утечки, которые могут негативно сказаться на работе подключенной техники.

Схема реверса электродвигателя на ардуино

В конструировании моделей или робототехнике часто применяются небольшие щеточные электродвигатели постоянного тока, для управления которыми используется программируемый микроконтроллер ардуино.

Если вращение двигателя предполагается только в одну сторону, и мощность электродвигателя небольшая, а напряжение питания от 3,3 до 5 вольт, то схему можно упростить и запитать непосредственно от ардуино, но так делают редко.

В моделях с дистанционным управлением, где необходимо использовать реверс моторов с напряжением более 5В, применяют ключи, собранные по мостовой схеме. В этом случае схема подключения двигателя с реверсом на ардуино будет выглядеть подобно тому что изображено ниже. Такое включение применяется чаще всего.

В мостовой схеме могут применяться полевые транзисторы или специальное согласующее устройство — драйвер, с помощью которого подключаются мощные моторчики.

В заключение отметим, что собирать схему реверса электродвигателя должен подготовленный специалист. Однако, при самостоятельном подключении необходимо соблюдать условия техники безопасности, выбрать подходящую схему соединения и подобрать необходимые комплектующие, строго следуя инструкции по монтажу. В этом случае у конструктора не возникнет трудностей в подключении и эксплуатации электродвигателя.

Теперь вы знаете, что такое реверс электродвигателя и какие схемы подключения для этого используют. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и интересной!

Источник

Классификация твердотельных реле

Сферы применения реле разнообразны, поэтому и их конструктивные особенности могут сильно отличаться, в зависимости от потребностей конкретной автоматической схемы. Классифицируют ТТР по количеству подключенных фаз, виду рабочего тока, конструктивным особенностям и типу схемы управления.

По количеству подключенных фаз

Твердотельные реле используются как в составе домашних приборов, так и в промышленной автоматике с рабочим напряжением 380 В.

Поэтому эти полупроводниковые устройства, в зависимости от количества фаз, разделяются на:

  • однофазные;
  • трехфазные.

Однофазные ТТР позволяют работать с токами 10-100 или 100-500 А. Их управление производится с помощью аналогового сигнала.


К трехфазному реле рекомендуется подключать провода различных цветов, чтобы при монтаже оборудования можно было правильно их присоединить

Трехфазные твердотельные реле способны пропускать ток в диапазоне 10-120 А. Их устройство предполагает реверсивный принцип функционирования, который обеспечивает надежность регуляции одновременно нескольких электрических цепей.

Часто трехфазные ТТР используются для обеспечения работы асинхронного двигателя. В его электросхему управления обязательно включаются быстрые предохранители из-за высоких пусковых токов.

По виду рабочего тока

Твердотельные реле нельзя настроить или перепрограммировать, поэтому они могут нормально работать только при определенном диапазоне электропараметров сети.

В зависимости от потребностей ТТР могут управляться электроцепями с двумя видами тока:

  • постоянным;
  • переменным.

Аналогично можно классифицировать ТТР и по виду напряжения активной нагрузки. Большинство реле в бытовых приборах работают с переменными параметрами.


Постоянный ток не используется в качестве основного источника электроэнергии ни в одной стране мира, поэтому реле такого типа имеют узкую сферу применения

Устройства с постоянным управляющим током характеризуются высокой надежностью и используют для регуляции напряжение 3-32 В. Они выдерживают широкий диапазон температур (-30..+70°С) без значительного изменения характеристик.

Реле, регулирующиеся переменным током, имеют управляющее напряжение 3-32 В или 70-280 В. Они отличаются низкими электромагнитными помехами и высокой скоростью срабатывания.

По конструктивным особенностям

Твердотельные реле часто устанавливают в общий электрощит квартиры, поэтому многие модели имеют монтажную колодку для крепления на DIN-рейку.

Кроме того, существуют специальные радиаторы, располагающиеся между ТТР и опорной поверхностью. Они позволяют охлаждать прибор при высоких нагрузках, сохраняя его рабочие характеристики.


Реле крепиться на DIN-рейку преимущественно через специальный кронштейн, который имеет и дополнительную функцию – отводит излишки тепла при работе прибора

Между реле и радиатором рекомендуется наносить слой термопасты, который увеличивает площадь соприкосновения и увеличивает теплоотдачу. Существуют и ТТР, предназначенные для крепления к стене обычными шурупами.

По типу схемы управления

Не всегда принцип работы регулируемой реле техники требует его мгновенного срабатывания.

Поэтому производители разработали несколько схем управления ТТР, которые используются в различных сферах:

  1. Контроль «через ноль». Такой вариант управления твердотельным реле предполагает срабатывание только при значении напряжения, равном 0. Используется в устройствах с емкостной, резистивной (нагреватели) и слабой индуктивной (трансформаторы) нагрузкой.
  2. Мгновенное. Используется при необходимости резкого срабатывания реле при подаче управляющего сигнала.
  3. Фазовое. Предполагает регулирование выходного напряжения методом изменения параметров управляющего тока. Применяется для плавного изменения степени нагрева или освещения.

Твердотельные реле различаются и по многим другим, менее значимым, параметрам. Поэтому при покупке ТТР важно разобраться в схеме работы подключаемой техники, чтобы приобрести максимально соответствующее ей регулировочное устройство.

Обязательно должен быть предусмотрен запас мощности, потому что реле имеет эксплуатационный ресурс, который быстро расходуется при частых перегрузках.

Схема с фиксацией и управлением кнопками (защелка)

Управление твердотельным реле с фиксацией включения

Схема включения интересна тем, что можно включать – выключать нагрузку, используя только две кнопки – Пуск и Стоп. То есть, схема такая же, как и при использовании обычного реле. Точнее, магнитного пускателя. Важно, что управляющее напряжение равно напряжению питания нагрузки.

Схема нарисована тайваньскими инженерами, попробуем разобраться в ней.

Кстати, её же можно использовать для коммутации и переменного, и постоянного тока.

Схема работает таким образом. Исходно управляющее напряжение поступает на клемму 3 ТТР с источника питания через НЗ контакты кнопки Стоп. При нажатии кнопки Пуск (слева на схеме) напряжение с другого полюса источника поступает через НО контакты на клемму 4 ТТР. Реле включается, напряжение на клемме 1 появляется, и подается через резистор (вверху схемы) на клемму 4. Прошла доля секунды, кнопку Пуск можно отпускать, нагрузка питается до тех пор, пока не будет нажата кнопка Стоп.

Преимущества и недостатки ТТР

Твердотельные реле не зря вытесняют с рынка обычные пускатели и контакторы. Эти полупроводниковые приборы обладают множеством преимуществ перед электромеханическими аналогами, которые заставляют потребителей останавливать выбор именно на них.


Реле для микросхем имеет компактные размеры и сильно ограничены по максимально пропускаемому току. Крепятся они преимущественно путем припаивания специальных ножек

К таким достоинствам относят:

  1. Низкое потребление электроэнергии (на 90% меньше).
  2. Компактные габариты, позволяющие монтировать устройства в ограниченном пространстве.
  3. Высокая скорость запуска и отключения
  4. Пониженная шумность работы, отсутствуют характерные для электромеханического реле щелчки.
  5. Не предполагается техническое обслуживание.
  6. Длительный срок службы благодаря ресурсу в сотни миллионов срабатываний.
  7. Благодаря широким возможностям по модификации электронных узлов, ТТР имеют расширенные сферы применения.
  8. Отсутствие электромагнитных помех при срабатывании.
  9. Исключается порча контактов вследствие их механического удара.
  10. Отсутствие прямого физического контакта между цепями управления и коммутации.
  11. Возможность регулирования нагрузки.
  12. Наличие в импульсных ТТР автоматических цепей, защищающих от перегрузок.
  13. Возможность использования во взрывоопасных средах.

Указанных преимуществ твердотельных реле не всегда достаточно для нормальной работы оборудования. Именно поэтому они ещё не полностью вытеснили электромеханические контакторы.


Для стабильной работы мощных твердотельных реле важен эффективный отвод тепла, потому что при повышенных температурах резко искажается напряжение нагрузки (+)

ТТР имеют и недостатки, которые не позволяют им использоваться во многих случаях.

К минусам относят:

  1. Невозможность работы большинства устройств с напряжениями свыше 0,5 кВ.
  2. Высокая стоимость.
  3. Чувствительность к высоким токам, особенно в пусковых цепях электродвигателей.
  4. Ограничения по использованию в условиях повышенной влажности.
  5. Критическое снижение рабочих характеристик при температурах ниже 30°С мороза и выше 70°С тепла.
  6. Компактный корпус приводит к избыточному нагреву устройства при стабильно высоких нагрузках, что требует применения специальных устройств пассивного или активного охлаждения.
  7. Возможность расплавления устройства от нагрева при коротком замыкании.
  8. Микротоки в закрытом состоянии реле могут быть критическими для работы оборудования. Например, подключенные в сеть люминесцентные лампы могут периодически вспыхивать.

Таким образом, твердотельные реле имеют определенные сферы применения. В цепях высоковольтного промышленного оборудования их использование резко ограничено из-за несовершенных физических свойств полупроводниковых материалов.

Однако в бытовой технике и автомобильной промышленности ТТР занимают прочные позиции за счет своих положительных свойств.

Помехи и защита от них

Индуктивный выброс напряжения

Мотор – это индуктивная нагрузка, которая в момент отключения создаёт индуктивные выбросы. У мотора есть щетки, которые являются источником искр и помех за счёт той же самой индуктивности катушки. Сам мотор потребляет энергию не очень равномерно, что может стать причиной помех по линии питания, а пусковой ток мотора так вообще сильно больше рабочего тока, что гарантированно просадит слабое питание при запуске. Все четыре источника помех могут приводить к различным глюкам в работе устройства вплоть до срабатывания кнопок на цифровых пинах, наведения помех на аналоговых пинах, внезапного зависания и даже перезагрузки микроконтроллера или других железок в сборе устройства.

Отсечь индуктивный выброс с мотора можно при помощи самого обычного диода, чем мощнее мотор, тем мощнее нужен диод, то есть на более высокое напряжение и ток. Диод ставится встречно параллельно мотору, и чем ближе к корпусу, тем лучше. Точно таким же образом рекомендуется поступать с электромагнитными клапанами, соленоидами, электромагнитами и вообще любыми другими катушками. Логично, что диод нужно ставить только в том случае, если мотор или катушка управляется в одну сторону. Важные моменты:

  • При работе с драйвером и управлением в обе стороны диод ставить не нужно и даже нельзя!
  • При управлении ШИМ сигналом рекомендуется ставить быстродействующие диоды (например серии 1N49xx ) или диоды Шоттки (например серии 1N58xx).
  • Максимальный ток диода должен быть больше или равен максимальному току мотора.
  • Защитный диод, принимающий на себя обратный выброс ЭДС самоиндукции, также называется шунтирующим диодом, снаббером, flyback диодом.
  • В природе существуют мосфеты со встроенным защитным диодом. Этот диод является отдельным элементом и такой мосфет обычно имеет нестандартный корпус, читайте документацию на конкретный транзистор.
  • Диод, который показан на схематическом изображении мосфета, не является защитным диодом: это слабый и медленный “паразитный” диод, образованный при производстве транзистора. Он не защитит мосфет от выброса, нужно обязательно ставить внешний!

Помехи от щёток

Искрящиеся щетки мотора, особенно старого и разбитого, являются сильным источником электромагнитных помех, и здесь проблема решается установкой керамических конденсаторов с ёмкостью 0.1-1 мкФ на выводы мотора. Такие же конденсаторы можно поставить между каждым выводом и металлическим корпусом, это ещё сильнее погасит помехи. Для пайки к корпусу нужно использовать мощный паяльник и активный флюс, чтобы залудиться и припаяться как можно быстрее, не перегревая мотор.

Помехи по питанию, просадка

Мотор потребляет ток не очень равномерно, особенно во время разгона или в условиях переменной нагрузки на вал, что проявляется в виде просадок напряжения по питанию всей схемы. Беды с питанием решаются установкой ёмких электролитических конденсаторов по питанию, логично что ставить их нужно максимально близко к драйверу, то есть до драйвера. Напряжение должно быть выше чем напряжение питания, а ёмкость уже подбирается по факту. Начать можно с 470 мкф и повышать, пока не станет хорошо.

Разделение питания

Если описанные выше способы не помогают – остаётся только одно: разделение питания. Отдельный малошумящий хороший источник на МК и сенсоры/модули, и отдельный – для силовой части, в том числе мотора. Иногда ради стабильности работы приходится вводить отдельный БП или отдельный аккумулятор для надёжности функционирования устройства.

Экранирование

В отдельных случаях критичными являются даже наводки от питающих проводов моторов, особенно при управлении ШИМ мощными моторами и управлении мощными шаговиками в станках. Такие наводки могут создавать сильные помехи для работающих рядом чувствительных электронных компонентов, на аналоговые цепи, наводить помехи на линии измерения АЦП и конечно же на радиосвязь. Защититься от таких помех можно при помощи экранирования силовых проводов: экранированные силовые провода не всегда удаётся купить, поэтому достаточно обмотать обычные провода фольгой и подключить экран на GND питания силовой части. Этот трюк часто используют RC моделисты, летающие по FPV.

Возможные схемы подключений

Схемы подключения твердотельных реле могут быть самые разнообразные. Каждая электрическая цепь строится, исходя из особенностей подключаемой нагрузки. В схему могут добавляться дополнительные предохранители, контроллеры и регулирующие устройства.


Благодаря тому, что цепи управления и нагрузки в приборе не перекрываются, их электрические характеристики могут отличаться любыми параметрами (+)

Далее будут представлены наиболее простые и распространенные схемы подключения ТТР:

  • нормально-открытая;
  • со связанным контуром;
  • нормально-закрытая;
  • трехфазная;
  • реверсивная.

Нормально-открытая (разомкнутая) схема – реле, нагрузка в котором находится под напряжением при наличии управляющего сигнала. То есть подключенная техника оказывается в отключенном состоянии при обесточенных входах 3 и 4.


Перед покупкой реле необходимо определиться с требуемым типом его первоначального состояния (замкнутое или разомкнутое), чтобы обеспечить правильную работу подключенной техники (+)

Нормально-замкнутая схема – подразумевается реле, нагрузка в котором находится под напряжением при отсутствии управляющего сигнала. То есть подключенная техника оказывается в рабочем состоянии при обесточенных входах 3 и 4.

Существует схема подключения твердотельного реле, в которой управляющее и нагрузочное напряжение одинаково. Такой способ можно использовать одновременно для работы в сетях постоянного и переменного тока.

Трехфазные реле подключаются несколько по иным принципам. Контакты могут соединяться в вариантах «Звезда», «Треугольник» или «Звезда с нейтралью».


Выбор трехфазной схемы подключения реле во многом зависит от особенностей работы техники, подключенной к нему в качестве нагрузки

Реверсные твердотельные реле применяются в электродвигателях в соответствующем режиме. Они изготавливаются в трехфазном варианте и включают два контура управления.


Если для реле важно соблюдение полярности подключения контактов, то на маркировке всегда будет указано, куда подключать фазу и ноль

Собирать электрические цепи с ТТР необходимо только после их предварительной прорисовки на бумаге, потому что неверно подключенные устройства могут выйти из строя из-за короткого замыкания.

Самые простые схемы управления вращением двигателя постоянного тока

Релейная схема реверса

Для переключения направления вращения, плюсовой сигнал нужно подать всего лишь на катушку одного из реле.

Мостовая схема на биполярных транзисторах

Применены однотипные транзисторы с обратной проводимостью NPN— проводят от коллектора к эмиттеру, открываются плюсом. Сопротивление перехода обратных NPN транзисторов немного меньше, чем упрямых PNP, потому используют их, чтобы несколько увеличить КПД устройства.

Мостовая схема на полевых транзисторах

Применены полевые транзисторы с разной проводимостью канала. Регулировку можно сделать, заменив постоянные резисторы R3, R4 на переменные, подстроечные.

Мостовая схема на транзисторах,управляемая от микроконтроллера

Применены транзисторы разной проводимости. Диоды нужны для защиты PIC контроллера управления от зависания или сброса. Гасят всплески напряжения при коммутации обмоток электродвигателя. Микроконтроллер L293D.

Заводской сборки мостовая схема на транзисторах, управляемая от микроконтроллера

Автор: Виталий Петрович. Украина, Лисичанск.

Источник

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.


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.

Напоследок – защита при КЗ

Производители рекомендуют использовать специальные предохранители для твердотельных приборов:

  • gR – предохранители для всего диапазона рабочих токов, для защиты полупроводниковых элементов(более быстродействующие , чем gS)
  • gS – предохранители для всего диапазона рабочих токов, для защиты полупроводниковых элементов, при повышенной загрузке линии.
  • aR – предохранители для всего диапазона рабочих токов, для защиты полупроводниковых элементов от короткого замыкания.

Такие предохранители стоят дорого (сравнимы со стоимостью самого твердотельного реле), поэтому в большинстве случаев можно использовать защитные автоматы класса В. Чем же они хороши и как они спасут наши твердотельные реле от выгорания при КЗ?

Напомню, в 99% везде встречаются автоматы класса С. Класс D ставят в качестве вводных рубильников и при больших пусковых токах (мощные двигатели, трансформаторы). А класс В – самый чувствительный, срабатывает раньше всех.

Кстати, гуру электрики и электропроводки, cs-cs.net, предлагает дома ставить автоматы только В класса. И некоторые производители – рекомендуют ставить В класс на электроплиты, водонагреватели – туда, где нет двигателей и пусковых токов.

Почему – поясню на графике.

Кривые отключения или токо-временные характеристики

Подробно про выбор защитного автомата рассказано в другой статье.

Но мы вернёмся к нашему трехфазному твердотельному реле Fotek TSR-40AA-H на 40А, про которое я писал выше. Чтобы его гарантированно защитить от КЗ, надо обязательно поставить вот такой автомат:

Автомат с характеристикой В6 (обведено красным)

Он мгновенно сработает при токе 20…30 Ампер и спасет твердотелку. А от перегруза надо будет поставить мотор-автомат на ток 4-6,3 А. И это всё будет питать двигатель на 2,2 кВт, лучше меньше. Либо ТЭН, тогда мотор-автомат не нужен.

Пишите в комментариях, у кого какой опыт по применению!

Полезные файлы, возможно, написано информативнее, чем у меня:

• Твердотельные реле Фотек / Твердотельные реле Фотек. Руководство пользователя. Рассмотрена вся линейка Fotek, даны рекомендации по применению и схемы включения., pdf, 757.78 kB, скачан: 3677 раз./ • Твердотельные реле – устройство и принцип работы / Подробно изложено, как устроены и работают твердотельные реле, приведены схемы включения, и т. п. Автор, отзовись!, pdf, 414.19 kB, скачан: 4141 раз./

инструкция по сборке и советы по подключению © Геостарт

Рубрика: Электроприборы и освещение

Твердотельное реле своими руками: инструкция по сборке и советы по подключению

Твердотельное реле (ТТР) – прибор из серии электронных компонентов немеханического действия. Отсутствие механики открывает больше возможностей любителям электроники сделать твердотельное реле своими руками для личного пользования.

Рассмотрим такую возможность подробнее.

Конструкция и принцип действия ТТР

Если большая часть подобной электроники традиционно содержит подвижные детали контактных групп, твердотельное реле таких деталей не имеет совсем. Коммутация цепи схемой устройства осуществляется по принципу электронного ключа. А роль электронных ключей обычно исполняют встроенные в тело реле полупроводники – силовые транзисторы, симисторы, тиристоры.

Прежде чем пытаться изготовить твердотельное реле самостоятельно, логично ознакомиться с базовой конструкцией подобных устройств, понять принцип их функционирования.

Промышленным производством выпускаются реле твердотельные различной конфигурации, предназначенные под самые разные условия практического применения. Выбор модификаций обширный

В рамках плотного изучения прибора сразу же следует выделить преимущественные стороны ТТР:

  • коммутация мощной нагрузки;
  • высокая скорость переключения;
  • идеальная гальваническая развязка;
  • способность кратковременно держать высокие перегрузки.

Среди механических конструкций найти реле с подобными параметрами реально не представляется возможным. Вообще, преимущества относительно механических собратьев у твердотельных реле выражаются внушительным списком.

Два электронных прибора, функционально обеспечивающих коммутацию цепей: слева сделан на основе твердотельной конструкции, справа — традиционная механическая система переключения

Условия эксплуатации для ТТР практически не ограничивают применение этих устройств. К тому же отсутствие подвижных механических деталей благоприятно сказывается на продолжительности службы приборов. Так что есть все основания, чтобы заняться твердотельным реле – собрать устройство своими руками.

Однако, справедливости ради, наряду с положительными моментами следует отметить свойства реле, характеризуемые как недостатки. Так, для эксплуатации мощных приборов, как правило, требуется дополнительный компонент конструкции, который предназначен отводить тепло.

На случай коммутации мощной нагрузки реле твердотельного исполнения практически всегда дополняются мощными радиаторами охлаждения. Этот момент несколько усложняет применение ТТР

Радиаторы охлаждения твердотельных реле имеют габаритные размеры в несколько раз превосходящие габариты ТТР, что снижает удобство и рациональность монтажа.

Приборы ТТР в процессе эксплуатации (в закрытом состоянии) дают обратный ток утечки и показывают нелинейную вольт-амперную характеристику. Не все твердотельные реле допустимо использовать без ограничений в характеристиках коммутируемых напряжений.

Конструкция для применения только в схемах, где питание осуществляется постоянным током. Обычно эти приборы отличают малые габариты и небольшая мощность коммутации

Отдельные виды устройств предназначены коммутировать только постоянный ток. Внедрение твердотельных реле в схему обычно требует обращения к дополнительным мерам, направленным на блокировку ложных срабатываний.

Твердотельные реле часто можно встретить в общем электрощитке квартиры .

Как работает твердотельное реле?

Управляющий сигнал (обычно напряжение низкого уровня, исходящее, к примеру, от контроллера управления) подаётся на светодиод оптоэлектронной пары, присутствующей в схеме ТТР. Светодиод начинает излучать свет в сторону фотодиода, который в свою очередь открывается и начинает пропускать ток.

Обобщённая схема ТТР, наглядно показывающая, каким образом функционирует электронный прибор: 1 – источник напряжения управления; 2 – оптопара внутри корпуса реле; 3 – источник тока нагрузки; 4 — нагрузка

Проходящий через фотодиод ток приходит на управляющий электрод ключевого транзистора или тиристора. Ключ открывается, замыкает цепь нагрузки.

Так работает функция коммутации прибора. Вся электроника традиционно заключена в монолитный корпус. Собственно, поэтому устройство и получило название твердотельного реле.

А о том, как подключить твердотельное реле можно прочесть в этом материале .

Разновидности твердотельных переключателей

Весь существующий ассортимент приборов условно можно разделить по группам, исходя из категории подключаемой нагрузки, особенностей контроля и коммутации напряжений.

Таким образом, в общей сложности наберётся три группы:

  • Устройства, действующие в цепях постоянного тока.
  • Устройства, действующие в цепях переменного тока.
  • Универсальные конструкции.
  • Первая группа представлена приборами с параметрами рабочих управляющих напряжений  3 – 32 вольта. Это относительно малогабаритная электроника, наделённая светодиодной индикацией, способная функционировать без перебоев при температурах -35 / +75 ºС.

    Широко распространённое исполнение электронного прибора для применения в однофазной электрической сети. Также встречаются иные варианты конструкций, но значительно реже

    Вторая группа – устройства, предназначенные под установку в сетях переменного напряжения. Здесь представлены конструкции ТТР для установки в сетях переменного тока, управляемые напряжением 24 – 250 вольт. Есть устройства, способные коммутировать нагрузку высокой мощности.

    Третья группа – приборы универсального назначения. Схемотехника этого вида устройств поддерживает ручную настройку на использование в тех или иных условиях.

    Если отталкиваться от характера подключаемой нагрузки, следует выделить два вида твердотельных реле переменного тока: однофазные и трёхфазные. Оба вида рассчитаны на коммутацию достаточно мощной нагрузки при токах 10 — 75 А. При этом пиковые кратковременные значения тока могут достигать величины 500 А.

    Широко распространённый вариант исполнения для применения в трёхфазной электрической сети. Часто используется в качестве линейного регулятора мощных электрических нагревателей (ТЭН)

    В качестве нагрузки, коммутируемой твердотельными реле, могут выступать ёмкостные, резистивные, индукционные цепи. Конструкции переключателей позволяют без лишнего шума, плавно управлять, к примеру, нагревательными элементами, лампами накаливания, электродвигателями.

    Надёжность работы в достаточной степени высока. Но во многом стабильность и долговечность твердотельных реле зависит от качества производства изделий. Так, устройства, выпускаемые под некой торговой маркой «Impuls», часто отмечаются непродолжительным сроком службы.

    С другой стороны, изделия фирмы «Schneider Electric» не оставляют повода для критики.

    Как сделать ТТР своими руками?

    Учитывая конструкционную особенность прибора (монолит), схема собирается не на текстолитовой плате, как это принято, а навесным монтажом.

    Вот такой выглядит самодельная конструкция твердотельного реле. Сделать нечто подобное несложно. Нужны лишь базовые навыки электронщика и электрика. Материальные затраты небольшие

    Схемотехнических решений в этом направлении можно отыскать множество. Конкретный вариант зависит от требуемой коммутируемой мощности и прочих параметров.

    Электронные компоненты для сборки схемы

    Перечень элементов простой схемы для практического освоения и построения твердотельного реле своими руками следующий:

  • Оптопара типа МОС3083.
  • Симистор типа ВТ139-800.
  • Транзистор серии КТ209.
  • Резисторы, стабилитрон, светодиод.
  • Все указанные электронные компоненты спаиваются навесным монтажом согласно следующей схеме:

    Принципиальная схема маломощного твердотельного реле для сборки своими руками. Небольшое количество деталей и простой навесной монтаж позволяют спаять схему без труда

    Благодаря использованию оптопары МОС3083 в схеме формирования сигнала управления величина входного напряжения может изменяться от 5 до 24 вольт.

    А за счёт цепочки, состоящей из стабилитрона и ограничительного резистора, снижен до минимально возможного ток, проходящий через контрольный светодиод. Такое решение обеспечивает долгий срок службы контрольного светодиода.

    Проверка собранной схемы на работоспособность

    Собранную схему нужно проверить на работоспособность. Подключать при этом напряжение нагрузки 220 вольт в цепь коммутации через симистор необязательно. Достаточно подключить параллельно линии коммутации симистора измерительный прибор – тестер.

    Проверка работоспособности твердотельного реле с помощью измерительного прибора. Если на вход устройства подано управляющее напряжение, переход симистора должен быть открыт

    Режим измерений тестера нужно выставить на «мОм» и подать питание (5-24В) на схему генерации напряжения управления. Если всё работает правильно, тестер должен показать разницу сопротивлений от «мОм» до «кОм».

    Устройство монолитного корпуса

    Под основание корпуса будущего твердотельного реле потребуется пластина из алюминия толщиной 3-5 мм. Размеры пластины некритичны, но должны соответствовать условиям эффективного отвода тепла от симистора при нагреве этого электронного элемента.

    Каркас под заливку корпуса будущего прибора. Делается из картонной полосы или других подходящих материалов. На алюминиевой подложке закрепляется универсальным клеем

    Поверхность алюминиевой пластины должна быть ровной. Дополнительно необходимо обработать обе стороны – зачистить мелкой шкуркой, отполировать.

    На следующем этапе подготовленная пластина оснащается «опалубкой» — по периметру приклеивается бордюр из плотного картона или пластика. Должен получиться своеобразный короб, который в дальнейшем будет залит эпоксидной смолой.

    Внутрь созданного короба помещается собранная «навесом» электронная схема твердотельного реле. На поверхность алюминиевой пластины укладывается только симистор.

    Закрепление симистора на алюминиевой подложке. Главное условие – этот электронный компонент необходимо плотно прижать к металлическому основанию. Только так обеспечивается качественный теплоотвод и надёжность работы

    Никакие другие детали и проводники схемы не должны касаться алюминиевой подложки. Симистор прикладывается к алюминию той частью корпуса, которая рассчитана под установку на радиатор.

    Следует использовать теплопроводящую пасту на площади соприкосновения корпуса симистора и алюминиевой подложки. Некоторые марки симисторов с неизолированным анодом обязательно требуется ставить через слюдяную прокладку.

    Вариант крепления симистора к подложке при помощи клёпки. С обратной стороны клёпка расплющивается заподлицо с поверхностью подложки

    Симистор нужно плотно прижать к основанию каким-то грузом и залить по периметру эпоксидным клеем либо закрепить каким-то образом без нарушения глади обратной стороны подложки (например, заклёпкой).

    Приготовление компаунда и заливка корпуса

    Под изготовление твёрдого тела электронного устройства потребуется изготовить компаундную смесь. Состав смеси компаунда делается на основе двух компонентов:

  • Эпоксидная смола без отвердителя.
  • Порошок алебастра.
  • Благодаря добавлению алебастра мастер решает сразу две задачи – получает исчерпывающий объём заливного компаунда при номинальном расходе эпоксидной смолы и создаёт заливку оптимальной консистенции.

    Смесь нужно тщательно перемешать, после чего можно добавить отвердитель и вновь тщательно перемешать. Далее аккуратно заливают «навесной» монтаж внутри картонного короба созданным компаундом.

    Так выглядит готовый экземпляр твердотельного реле, собранного своими руками. Несколько необычно и не очень презентабельно, но достаточно надёжно

    Заливку делают до верхнего уровня, оставив на поверхности лишь часть головки контрольного светодиода. Первоначально поверхность компаунда может выглядеть не совсем гладкой, но спустя некоторое время картинка изменится. Останется только дождаться полного застывания литья.

    По сути, применить можно любые подходящие для литья растворы. Главный критерий – состав заливки не должен быть электропроводящим, плюс должна формироваться хорошая степень жёсткости литья после застывания. Литой корпус твердотельного реле является своего рода защитой электронной схемы от случайных физических повреждений.

    Самостоятельное изготовление твердотельных реле — вполне возможное решение, но применительно к изделиям под низковольтную нагрузку, потребляющую относительно малую мощность.

    Более мощные и высоковольтные приборы сделать своими руками сложно. Да и обойдётся эта затея по финансам в такую же сумму, какой оценивается заводской экземпляр. Так что в случае надобности проще купить готовый прибор промышленного изготовления.

    автор

    Комарова Василиса

    Устройство и принцип работы твердотельного реле

    Автор: Сувернев Дмитрий Владимирович

    Рубрика: Технические науки

    Опубликовано в Молодой учёный №12 (302) март 2020 г.

    Дата публикации: 21.03.2020 2020-03-21

    Статья просмотрена: 132 раза

    Скачать электронную версию

    Скачать Часть 1 (pdf)

    Библиографическое описание:

    Сувернев, Д. В. Устройство и принцип работы твердотельного реле / Д. В. Сувернев. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 12 (302). — С. 54-55. — URL: https://moluch.ru/archive/302/68261/ (дата обращения: 15.09.2022).

    

    В статье рассматривается устройство твердотельного реле, его принцип работы и область применения. Представлена типичная функциональная схема твердотельного реле.

    Ключевые слова: реле, твердотельное реле, ТТР, коммутация, системы автоматизации, релейная защита и автоматика.

    На сегодняшний день существует огромное количество всевозможных реле и коммутирующих устройств. Реле служат для соединения или разъединения электронных цепей, при этом управление коммутатором происходит малыми токами. В основном различия между ними представлены в схемотехническом исполнении и принципе действия. Реле условно можно разделить на несколько видов:

    1. Электронные;
    2. Герконовые;
    3. Электротепловые;
    4. Реле времени;
    5. Твердотельные реле;
    6. Фотореле;
    7. Электромагнитные.

    Каждый тип реле обладает как своими плюсами, так и минусами. ТТР не имеют многих недочетов механических реле, например, низкой скорости переключения, ограниченному сроку службы электронных и механических контактов.

    Твердотельные реле (ТТР) — это электронное устройство, предназначенное для коммутации мощных цепей при помощи низкого напряжения, подаваемого на блок управления. В ТТР не используются движущиеся механические части. В этом и заключается главная особенность твердотельного реле — в отсутствии механических движущихся частей в своей конструкции, в то время как контакты реле заменены электронным ключом.

    Аналогично электромеханическому реле, твердотельные реле способны одновременно переключать постоянный и переменный ток. В ТТР используются полупроводниковые компоненты, которые заменяют традиционные механические контакты реле. Твердотельные реле могут выполнять разные роли в устройстве: от банальной коммутации цепей до устройств, управляющих мощной нагрузкой, например, различных механизмами.

    Отсутствие дуги и искры в виде переходного процесса значительно увеличивает время работы. Контакт обычного реле, рассчитан не более чем на 50 тысяч переключений, в случае же твердотельного реле ограничений на количество переключений нет. Даже при более высокой цене электронные реле более выгодны с экономической точки зрения, потому что коммутация таких реле требует меньше электроэнергии, чем обычные электромагнитные реле, а также управление нагрузкой происходит при помощи микросхем [1].

    Твердотельное реле в отличии от механических реле состоит из электронной платы, которая состоит из электронного ключа, развязывающей оптопары и управляющего блока.

    Оптопара, установленная в качестве изолирующего устройства, состоящая из излучателя и оптического приемника, которые отделены прозрачным диэлектриком. Блок управления представляет собой систему преобразования напряжения питания и ограничения тока для излучателя оптопары. Функциональная схема твердотельного реле показана на рис. 1.

    Рис. 1. Функциональная схема ТТР

    На рисунке 1 номерами 3 и 4 обозначены входы управления, а клеммы 1 и 2 обозначают выход. На вход подается сигнал, который затем попадает в светодиодную оптическую развязку. Оптическая развязка позволяет изолировать входную цепь от промежуточной цепи и выходной цепи. После этого срабатывает цепь триггера, обеспечивающая управление выходом твердотельного реле переключателя. Схема переключения обеспечивает напряжение на нагрузке, представленной транзистором или симистором. Схема защиты необходима для надежности реле при различных нагрузках. В этой схеме входной сигнал может быть от 70 вольт до 280 вольт переменного напряжения, и напряжение нагрузки может достигать 480 вольт. Расположение реле в схеме коммутации не имеет значения [1].

    Среди достоинств ТТР можно выделить:

    1. Быструю реакцию на входной сигнал;
    2. Отсутствие гистерезиса;
    3. Большой диапазон рабочих температур;
    4. Бесшумная коммутация цепи;
    5. Малые размеры устройства.

    Учитывая преимущества ТТР, они наиболее актуальны в случае коммутации схемы в течение небольшого времени, когда необходимо кратковременно подавать и снимать напряжение с нагрузки. Электромеханические устройства не предназначены для этого, поэтому они быстро выходят из строя. Электромеханические реле часто нуждаются в чистке контактов, и даже при правильном обслуживании риск выгорания или прилипания контактов по-прежнему велик.

    Однако ТТР, помимо весомых преимуществ, также имеют некоторые недостатки. Главным минусом ТТР является чувствительность электронных ключей к току нагрузки, при превышении которой элементы ТТР могут испытывать трудности при коммутации, а при превышении тока нагрузки в несколько раз, ТТР может полностью выйти из строя. Существует необходимость защищать электронный ключ предохранительным устройством. Также необходимо выбрать ток в несколько раза выше от переключаемой нагрузки и установить вставки плавких предохранителей в цепи питания. Кроме того, к недостаткам можно отнести высокую стоимость ТТР.

    В наше время ТТР широко используются в современных устройствах. ТТР переключат нагрузку в устройствах промышленной автоматизации, в точных приборах, на удаленных объектах, а также в военно-промышленном комплексе и других областях. Из-за отсутствия необходимости регулярного технического обслуживания, а также высокой надежности ТТР часто устанавливаются в труднодоступных местах.

    Литература:

    1. Александр Мясоедов. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://samelectrik.ru/chto-takoe-tverdotelnoe-rele.html Что такое твердотельное реле и для чего оно нужно? [Текст] / Опубликовано: 17.11.2016 (Дата обращения: 08.05.2019).

    Основные термины (генерируются автоматически): твердотельное реле, реле, электронный ключ, блок управления, входной сигнал, устройство, функциональная схема.

    Ключевые слова

    релейная защита и автоматика, коммутация, реле, твердотельное реле, ТТР, системы автоматизации

    реле, твердотельное реле, ТТР, коммутация, системы автоматизации, релейная защита и автоматика

    Похожие статьи

    Этапы повышения надежности конструкции импульсных

    реле. ..

    Импульсное малогабаритное штепсельное реле ИМШ состоит из постоянного магнита, катушки, внутри которой размещается якорь с подвижными контактами, магнитопровода с четырьмя полюсными наконечниками, регулировочных винтов, якорь укреплён на металлическом…

    Релейные

    блоки для систем железнодорожной автоматики…

    Скачать электронную версию. Библиографическое описание

    Так в схемах включения трансмиттерного реле ТШ начато использование бесконтактного коммутатора тока БКТ…

    Через блок выпрямителей сопряжения получают питание дублирующие реле Б1ПД и А1ПД.

    Разработка

    блока управления для стиральной машины

    Ключевые слова: блок управления, контроллер, блок схема.

    Таким образом был разработан блок управления стиральной машиной с пятью режимами

    Представлены функциональная и электрическая принципиальная схемы устройства, алгоритм программы микроконтроллера.

    Применение микропроцессорных

    реле защиты Sepam 1000+…

    блок программируемого реле защиты А6; ‒ блок световой сигнализации А7; ‒ кнопочный пост управления А8

    При проведении опыта использовались те же блоки и та же структурная схема, что и при моделировании максимальной токовой защиты линии электропередач.

    Анализ микроконтроллеров для использования в

    устройствах

    В статье кратко описывается принцип работы адресно-аналоговых систем охранно-пожарной сигнализации. Приводится функциональная схема и описание работы адресного расширителя — одного из устройств, применяющихся в адресных системах.

    Способы защиты

    устройств СЦБ от перенапряжения

    Подключение входных цепей блоков защиты «БАРЬЕР-АБЧК-1» в релейном шкафу производится на клеммы, на которые разделаны

    В состав и функциональные возможности устройства могут изменяться в зависимости от условий применения, предусмотрена функция…

    Установка автоматического дистанционного

    управления

    установка, микросхема, напряжение, кнопка, реле, приёмник сигналов, элемент

    Схема управления униполярным шаговым двигателем представляет собой массив транзисторных

    Микросхема КР580ВВ55А сопряжена с реле KV1÷KV4 через мощные транзисторы КТ815А.

    Развитие релейной аппаратуры железнодорожной автоматики…

    Используя важное свойство реле, возможность дистанционного управления различными

    Для включения в электрические схемы контакты реле выводятся на наружные болты с гайками

    Малогабаритные реле нашли самое широкое применение в устройствах железнодорожной…

    Микропроцессорные

    устройства релейной защиты

    Современные электронные устройства не могут обойтись без защиты от недопустимо

    Принцип их работы основан на устройстве, которое называется реле напряжения.

    Внешний вид панели, включающей блок микропроцессорной релейной защиты, показан на рисунке.

    Разработка оптимальных решений бесконтактных коммутирующих.

    ..

    Ключевые слова: компенсация, бесконтактная, блок, ПТ-16, ПТ-40, силовой блок, реле, коммутация, статор, ротор, электронный ключ.

    Предлагаемая нами схема бесконтактного тиристорного пускателя имеет более простую схему управления при обладании всеми…

    Похожие статьи

    Этапы повышения надежности конструкции импульсных

    реле

    Импульсное малогабаритное штепсельное реле ИМШ состоит из постоянного магнита, катушки, внутри которой размещается якорь с подвижными контактами, магнитопровода с четырьмя полюсными наконечниками, регулировочных винтов, якорь укреплён на металлическом…

    Релейные

    блоки для систем железнодорожной автоматики…

    Скачать электронную версию. Библиографическое описание

    Так в схемах включения трансмиттерного реле ТШ начато использование бесконтактного коммутатора тока БКТ…

    Через блок выпрямителей сопряжения получают питание дублирующие реле Б1ПД и А1ПД.

    Разработка

    блока управления для стиральной машины

    Ключевые слова: блок управления, контроллер, блок схема.

    Таким образом был разработан блок управления стиральной машиной с пятью режимами

    Представлены функциональная и электрическая принципиальная схемы устройства, алгоритм программы микроконтроллера.

    Применение микропроцессорных

    реле защиты Sepam 1000+…

    блок программируемого реле защиты А6; ‒ блок световой сигнализации А7; ‒ кнопочный пост управления А8

    При проведении опыта использовались те же блоки и та же структурная схема, что и при моделировании максимальной токовой защиты линии электропередач.

    Анализ микроконтроллеров для использования в

    устройствах

    В статье кратко описывается принцип работы адресно-аналоговых систем охранно-пожарной сигнализации. Приводится функциональная схема и описание работы адресного расширителя — одного из устройств, применяющихся в адресных системах.

    Способы защиты

    устройств СЦБ от перенапряжения

    Подключение входных цепей блоков защиты «БАРЬЕР-АБЧК-1» в релейном шкафу производится на клеммы, на которые разделаны

    В состав и функциональные возможности устройства могут изменяться в зависимости от условий применения, предусмотрена функция…

    Установка автоматического дистанционного

    управления

    установка, микросхема, напряжение, кнопка, реле, приёмник сигналов, элемент

    Схема управления униполярным шаговым двигателем представляет собой массив транзисторных

    Микросхема КР580ВВ55А сопряжена с реле KV1÷KV4 через мощные транзисторы КТ815А.

    Развитие релейной аппаратуры железнодорожной автоматики…

    Используя важное свойство реле, возможность дистанционного управления различными

    Для включения в электрические схемы контакты реле выводятся на наружные болты с гайками

    Малогабаритные реле нашли самое широкое применение в устройствах железнодорожной…

    Микропроцессорные

    устройства релейной защиты

    Современные электронные устройства не могут обойтись без защиты от недопустимо

    Принцип их работы основан на устройстве, которое называется реле напряжения.

    Внешний вид панели, включающей блок микропроцессорной релейной защиты, показан на рисунке.

    Разработка оптимальных решений бесконтактных коммутирующих.

    ..

    Ключевые слова: компенсация, бесконтактная, блок, ПТ-16, ПТ-40, силовой блок, реле, коммутация, статор, ротор, электронный ключ.

    Предлагаемая нами схема бесконтактного тиристорного пускателя имеет более простую схему управления при обладании всеми…

    схема, как работает, характеристики, способы подключения

    Обновлена: 25 Мая 2022 3540 0

    Поделиться с друзьями

    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.

    Содержание

    • Структура (устройство) твердотельного реле
    • Принцип работы твердотельных реле
    • Характеристики твердотельных реле
    • Область применения твердотельных реле
    • Виды твердотельных реле
    • На какие параметры обратить внимание при выборе твердотельных реле
    • Виды предохранителей
    • Особенности подключения твердотельных реле
    • Обозначение твердотельного реле на схеме
    • Видеообзор

    Структура

    Твердотельное реле включает в себя твердотельную электронику с высокомощностной цепью и специальный датчик, реагирующий на управляющий сигнал (вход). Такое оборудование может быть задействовано в сетях переменного и постоянного тока.

    В схему твердотельного реле входят:

    • Вход – первичная цепь, основные функции которой – прием и передача сигнала устройству, коммутирующему нагрузку.
    • Триггерная цепь – может быть отдельным элементом или входить в устройство оптической развязки твердотельного реле.
    • Оптическая развязка – изолирует входную и выходную цепи переменного тока. Конструкция опторазвязки определяет тип электронного коммутатора и принцип его действия.
    • Переключающая цепь – служит для передачи напряжения на нагрузку.
    • Цепь защиты – может быть внутренней или наружной, предотвращает появление нештатных режимов и ошибок.

    Принцип работы твердотельных реле

    Основная задача, решаемая применением твердотельных реле, – руководство автоматикой в сетях с напряжением 12-480 В, коммутация приборов с индуктивной нагрузкой. Рядовое исполнение коммутатора подразумевает наличие двух контактов обслуживаемой сети и двух управляющих проводов. При увеличении количества фаз число контактов и управляющих проводов увеличивается.

    Замыкание и размыкание контактов, при которых подается или прекращается подача напряжения на нагрузку, осуществляются при участии активатора твердотельного реле. Его функции выполняют:

    • в устройствах на переменном токе – полупроводники тиристоры или симисторы;
    • в потребителях постоянного тока – транзисторы.

    Если в электромеханическом реле при отключении контакты находятся в полностью разомкнутом состоянии, то в твердотельном коммутаторе отсутствие тока в цепи обеспечивают полупроводниковые приборы. При высоких напряжениях они могут давать токи «утечки», снижающие эффективность работы потребителей.

    Имея чуть большее сопротивление в замкнутом состоянии, ТТР менее приспособлены к превышению допустимых напряжений и токов (кратковременные перегрузки), в отличие от их электромеханических аналогов. Главное отличие твердотельных реле от электромагнитных устройств заключается в отсутствии подвижной контактной группы и катушки управления, а также повышенное быстродействие.

    Характеристики твердотельных реле

    Основные преимущества ТТР:

    • высокое быстродействие;
    • включение цепи без электромагнитных помех;
    • допускается эксплуатация во взрывоопасных условиях;
    • бесшумность контактов;
    • гарантированность срабатываний.

    Другие преимущества этих полупроводниковых устройств, обеспечивающие 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;
    • длительный рабочий период, отсутствие потребности в проведении периодического техобслуживания;
    • обеспечение надежной изоляции между входными и коммутационными цепями;
    • совместимость с большинством компонентов логических интегральных схем без использования усилителей сигнала, буферов, драйверов.

    Недостатки ТТР:

    • необходимость использования радиаторов охлаждения и дорогостоящих предохранителей,
    • вероятность появления оттоков «утечки» в отключенном состоянии
    • высокая цена (обусловлена надежной защитой от перегрузок).

    Основные области применения

    Твердотельные реле эффективны при необходимости коммутации индуктивной нагрузки. Они применяются:

    • в системах, регулирующих температуру при помощи ТЭНа;
    • для обеспечения постоянного термического режима техпроцесса;
    • для коммутирования управляющих цепей;
    • в цепях изменения скорости вращения электродвигателя;
    • для контроля нагрева, обеспечения нормальных рабочих режимов трансформаторов и других приборов;
    • в осветительных цепях для регулирования уровня освещения – на концертах, дискотеках, шоу.

    Эти полупроводниковые устройства могут использоваться как в бытовых приборах, так и в промавтоматике, для функционирования которой требуется трехфазное напряжение.

    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.

    Какие параметры важны при выборе твердотельных реле?

    Эти полупроводниковые устройства приобретают в соответствии с запланированной областью применения. При покупке учитывают:

    • мощность – запас мощности должен превышать величину, необходимую для обслуживания определенного оборудования, в несколько раз, если модель используется для запуска асинхронного двигателя, то запас должен составлять 6-10 раз;
    • материал изготовления корпуса, его соответствие условиям, в которых будет эксплуатироваться устройство;
    • габариты корпуса;
    • тип крепежных элементов;
    • моментальное или постепенное быстродействие;
    • наличие дополнительных эксплуатационных возможностей;
    • энергопотребление;
    • бренд.

    Виды предохранителей для твердотельных реле

    Для сохранения работоспособности этих устройств их используют в комплексе с различными типами предохранителей, различающихся между собой по эксплуатационным характеристикам. Эти устройства стоят достаточно дорого, их цена сопоставима со стоимостью самого реле. Однако такие затраты оправдываются надежностью работы приборов.

    • g R – быстро реагируют, работают в широком диапазоне мощностей.
    • g S – пригодны для полного интервала токов.
    • a R – эффективны для защиты от коротких замыканий.

    Меньшим защитным диапазоном обладают предохранители классов B, С, D, но и стоят они гораздо дешевле, по сравнению с перечисленными выше аналогами.

    Особенности подключения твердотельного реле

    Включить прибор в общую цепь можно самостоятельно. Монтаж облегчает отсутствие пайки. Прибор подсоединяют винтовыми крепежными элементами.

    При проведении монтажных работ необходимо:

  • избегать попадания металлических предметов, загрязнений, пыли;
  • не прилагать механические воздействия на корпус;
  • размещать устройство вдали от легковоспламеняющихся предметов;
  • перед пуском устройства в работу проверить правильность подключений.
  • Внимание! Во время эксплуатации нельзя прикасаться к корпусу устройства во избежание ожогов. При нагреве модели во время работы до температуры, превышающей +60°C, рекомендуется устанавливать ее на радиатор охлаждения. В основном высокий нагрев происходит при частых включениях электронного коммутатора.

    Возможные схемы подключения твердотельных реле

    Существует множество вариантов подключения твердотельного реле, конкретный способ выбирается, в зависимости от характеристик подключаемой нагрузки. Наиболее простые и распространенные схемы:

  • Нормально открытая. Нагрузка находится под напряжением в присутствии сигнала управления.
  • Нормально закрытая. Нагрузка находится под напряжением при отсутствии управляющего сигнала.
  • Схемы подключения контактов трехфазных твердотельных реле – «звезда» без нейтрали и с нейтралью, «треугольник».
  • Примеры обозначения твердотельных реле на схеме

    Видеообзор