Твердотельное реле

Содержание:

1. Что представляют собой твердотельные реле
2. Применение
3. Виды и классификация
4. Конструкция
5. Схемы подключения
6. Принцип действия
7. Технические характеристики
8. Отличие твердотельных реле от электромеханических
9. Достоинства и недостатки ТТР
10. Выбор твердотельных реле
11. Настройки
12. Защита от коротких замыканий
13. Подключение ТТР
14. Популярные модели
15. Маркировка

В качестве коммутационных устройств, соединяющих или разъединяющих электрические цепи при изменении входной силы тока, используются различные виды реле.

На смену стандартным электромеханическим устройствам пришли твердотельные реле, обеспечивающие бесконтактную коммутацию силовых цепей управления, малого тока и напряжения.

Полупроводниковые приборы предназначены для установки в системах переменного или постоянного тока.

Что такое твердотельное реле?

Твердотельное реле (ТТР) — это реле, не имеющее подвижного контакта. С точки зрения работы твердотельные реле мало чем отличаются от механических реле с подвижными контактами. Однако твердотельные реле используют полупроводниковые переключающие элементы, такие как тиристоры, симисторы, диоды и транзисторы.

Что представляет собой устройство твердотельного реле

Полупроводниковый блок состоит из следующих элементов:

Вся конструкция выполнена в виде единого блока, в котором состав элементов может меняться в зависимости от типа установки.

Силовыми элементами для постоянного тока являются транзисторы различных типов.

Для переменного тока применяются сборки на базе тиристоров и симисторов.

Основные элементы устройства твердотельного реле.

Твердотельные модели являются более компактными и бесшумными, не имеют движущихся деталей.

Габариты зависят от максимально допустимых нагрузок и способности отводить тепло.

Применение

Твердотельные реле используют для контроля за электронными приборами, оборудованием и автоматическими системами, подключенными к электрической сети напряжением от 20 до 480 В.

Применяются в различных сферах:

Твердотельные реле имеются в холодильниках, чайниках, стиральных машинах, нагревательных ТЭНах, источниках бесперебойного питания.

Области использования твердотельных приборов зависят от их конструктивных особенностей, схем подключения и прочих условий функционирования.

ТТР не нуждаются в постоянном обслуживании и могут устанавливаться в любые труднодоступные места.

Стоит отметить, что популярность твердотельных устройств возрастает с каждым днем благодаря повсеместной автоматизации.

Виды реле и классификация

1. По способу монтажа

Выпускаются различные модели ТТР с креплением на опорные поверхности, печатные платы или на DIN-рейки.

Прибор для установки на печатную плату.

Для охлаждения твердотельного реле используются специальные радиаторы, устанавливаемые между опорой и блоком.

Для дополнительной защиты от перегрева на поверхность прибора наносится термопаста, которая повышает теплоотдачу за счет увеличения площади соприкосновения.

Существуют модели, предназначенные для крепления шурупами непосредственно к стене.

Для установки в электрощит выпускаются ТТР с креплениями на DIN-рейку.

Крепление на рейку.

Для отвода лишнего тепла твердотельное реле крепится к рейке через кронштейны.

2. По типу переключения коммутируемой сети

Различаются устройства:

3. По типу управления

ТТР могут управляться с помощью:

4. По виду рабочего тока

Твердотельные реле могут управляться электрическими цепями с двумя видами тока:

Коммутацию постоянного тока применяют при постоянном напряжении от 3 до 32 В.

Большинство реле работают на переменном токе. Такие приборы отличаются мгновенным срабатыванием, экономичностью и низкой степенью электромагнитных помех. Рабочие напряжения — 90-250 В.

5. По количеству подключенных фаз

Бывают:

Управление однофазными приборами выполняется посредством аналогового сигнала и переменного резистора.

Устройство трехфазных твердотельных реле предполагает реверсивную работу, обеспечивающую регулирование нескольких электрических цепей управления одновременно.

Трехфазное реле.

Чтобы выполнить правильное присоединение при монтаже оборудования, к трехфазному твердотельному реле подключают провода различных цветов.

Конструктивные особенности

Основной элемент твердотельных реле — электронная плата, состоящая из трех главных элементов:

1. Блока управления, обеспечивающего стабильные уровни напряжения, которое на входе составляет от 70 до 220 В.
2. Узла развязки, состоящего из элементов, подающих и принимающих световой сигнал. Между передающими и принимающими элементами расположен прозрачный диэлектрик.
3. Силовых ключей: для постоянного тока — на базе транзисторов, для переменного — на базе симисторов или тиристоров.

Внутренние элементы реле.

Устройство должно монтироваться после нагрузки, с последующим заземлением, для предотвращения КЗ.

Схемы подключения твердотельного реле

Электрические схемы строятся в зависимости от особенностей подключения нагрузки. К наиболее распространенным схемам относятся:

1. Разомкнутая, или открытая. При наличии управляющего сигнала реле находится под напряжением. При обесточенных входах приборы находятся в отключенном состоянии.
2. Замкнутая. При отсутствии управляющего сигнала нагрузка реле находится под напряжением. При обесточенных входах подключенные приборы находятся в рабочем состоянии.
3. Трехфазная — контакты соединяются по схеме «Звезда», «Звезда с нейтралью» или «Треугольник».
4. Реверсивная — включает два уровня управления. Изготавливается в трехфазном варианте.

Электрические цепи с твердотельными реле собирают точно по этим схемам, с соблюдением полярности.

Стоит отметить, что неправильное подключение приборов может привести к удару электрическим током и выходу из строя из-за КЗ.

Принцип работы

Чтобы понять принцип работы твердотельного реле, нужно знать его конструктивные особенности.

Взаимодействие управляемого и управляющего сигнала обеспечивает гальваническая или оптическая развязка.

Одним из основных элементов ТТР является оптоизолятор, или оптопара, в виде светодиода и фоточувствительного устройства, изолирующего вход от выхода.

При прохождении электричества через светодиод, подключенный к входной секции твердотельного реле, он загорается. Фокусируясь через зазор, свет передается на фоточувствительный транзистор или симистор.

Принцип его действия заключается в замыкании и размыкании цепи, передающей напряжение.

Схема всех твердотельных устройств примерно одинаковая. Незначительные отличия в различных моделях совершенно не влияют на их функции.

Технические характеристики

При выборе ТТР руководствуются характеристиками:

Характеристики ТТР могут отличаться в зависимости от вида устройства.

Таблица 1. Усредненные характеристики ТТР

Отличие твердотельных реле от электромагнитных

Электромагнитные модели имеют катушку управления и подвижную контактную группу.

На катушку подается напряжение от кнопочного поста или системы управления.

Протекание тока через катушку создает электромагнитное поле, притягивающее якорь с контактной группой. Контакты замыкаются.

Основное отличие твердотельных реле — отсутствие катушки управления и подвижной силовой контактной группы.

В зависимости от сферы применения, функции силовой контактной группы выполняют транзисторы, тиристоры, симисторы и другие полупроводниковые ключи.

Стоит отметить, что в связи с отсутствием движущихся деталей твердотельные реле не подвержены механическому износу.

Прибор в разобранном виде.

Достоинства и недостатки

К преимуществам твердотельных моделей относятся:

Ресурс переключений твердотельных реле в тысячу и более раз выше, чем у электромагнитных аналогов.

При работе таких приборов исключена возможность появления искр при переключении, что позволяет использовать устройства на взрыво- и пожароопасных объектах.

Основные недостатки твердотельных реле:

У ТТР имеется ток утечки, из-за которого фазный провод может находиться под напряжением даже при отключенном реле.

Приборы, рассчитанные на работу в цепях постоянного тока, требуют строгого соблюдения полярности при подключении выходных цепей.

Твердотельные реле периодически проверяют на предмет целостности корпуса и изоляции.

Выбор твердотельного реле

Перегрузочные свойства ТТР, коммутирующих переменный ток, значительно выше, чем у приборов, коммутирующих постоянный ток.

Таблица 2. Перегрузочная способность твердотельного реле

При выборе нужно учитывать следующие аспекты:

Способы коммутации

Наибольшей популярностью пользуются устройства, в которых управление выполняется при переходе через «0».

Такой тип коммутации подходит для нагрузки резистивного типа. Способ позволяет исключить помехи, создаваемые при включении.

Фазовое управление

Фазовый метод применяется в резистивных схемах управления освещением, трансформаторах, инфракрасных излучателях.

Процесс регулирования при фазовом управлении отличается плавностью и безразрывностью. Недостаток способа — появление помех при переключении.

Реле с фазовым управлением.

Реле с фазовым регулятором можно распознать по условному изображению на корпусе, в области расположения входных клемм.

Параметры и типы нагрузок

Ток нагрузки — один из важнейших параметров при выборе твердотельного реле.

Для надежной работы выбирают твердотельное реле с запасом по току:

Особое внимание уделяют параметрам:

Для подключения индуктивной нагрузки (например, электродвигателя) следует учесть пусковой ток, превышающий номинальный в 6-10 раз.

Наличие охлаждения

Надежность работы твердотельного реле зависит от его рабочей температуры.

Нельзя допускать превышения температуры свыше 60 °С.

На температурный режим реле влияют различные факторы:

При использовании твердотельных реле на больших токах следует отводить лишнее тепло на охлаждающие радиаторы, предусмотреть вентиляторы или другие варианты охлаждения.

При нагреве на каждые 10 °С пропускная способность устройства уменьшается на 20-25%. При нагреве твердотельного реле до 80 °С изделие выходит из строя.

Защита

Существуют различные варианты защиты твердотельных реле:

1. RC-цепь — от ложного срабатывания при работе на индуктивной нагрузке.
2. Варисторы — для защиты от кратковременных скачков напряжения со стороны нагрузки. Приборы подбираются с учетом величины коммутируемого напряжения (с коэффициентом от 1,6 до 2).
3. Полупроводниковые предохранители — обеспечивают защиту от перегруза. Следует учитывать, что ток прибора составляет до 30% номинального.
4. Шунтирующие резисторы, монтируемые параллельно нагрузке, обеспечивают корректную работу при небольших токах.

Настройки

Для снижения воздействия электродвижущей силы и корректной работы ТТР в комплексе с электрическими катушками, звонками, трансформаторами и другими подобными устройствами RC-цепь следует включать параллельно.

Такая цепь способна облегчить работу ТТР и снизить суммарную индуктивность подключенных устройств.

Защита от коротких замыканий

КЗ могут возникнуть при повреждении изоляции в электрической цепи, внешних воздействиях или перегрузке сети.

Для защиты от КЗ используют быстродействующие плавкие предохранители, разработанные специально для твердотельных реле. Такие устройства способны разорвать цепь значительно быстрее, чем произойдет пробой силового элемента.

Важнейшим показателем плавких предохранителей является скорость срабатывания.

Значения номинальных токов плавких вставок указываются производителем в технической документации. Они должны быть выше максимальных токов защищаемых устройств.

После срабатывания плавкие предохранители подлежат замене.

Подключение твердотельного реле

При подключении твердотельного реле необходимо строго соблюдать полярность.

Напряжение подается на управляющие входы. К выходным клеммам подключаются нагрузки. Соединения выполняются посредством винтовых зажимов (без пайки).

Перед подачей напряжения следует убедиться в правильности выполнения коммутации.

Не допускается размещение приборов вблизи легковоспламеняющихся материалов.

Корпус твердотельного реле может нагреваться в процессе работы. При нагреве выше 60 °С ТТР монтируют через радиатор охлаждения.

Схема подключения.

Популярные модели

К наиболее популярным моделям относятся следующие серии твердотельных реле:

Пример обозначения: SSR-40 D A H расшифровывается так:

Маркировка

При заказе твердотельных реле используются обозначения:

Буква «H» в маркировке указывает, что твердотельное реле предназначено для подключения устройств с повышенным напряжением.

В последних символах указывается информация о типе управляющего сигнала и коммутируемого напряжения: