Твердотельное реле

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 входных величин тока, используются различные виды реле.

На смену стандартным электромеханическим устройствам пришли твердотельные реле, обеспечивающие бесконтактную коммутацию силовых цепей.

Полупроводниковые приборы предназначены для установки в системах переменных или постоянных токов.

Что представляют собой твердотельные реле

Полупроводниковый блок состоит из следующих элементов:

  • входного узла, принимающего управляющий сигнал и передающего команды на переключатели;
  • триггерной схемы, отвечающей за передачу входящего сигнала, включенной в комплекс оптической развязки, или располагаемой автономно;
  • оптических или гальванических развязок, применяемых для разделения контролирующих и основных цепей переменных токов;
  • узла переключения, контролирующего нагрузки приборов и устройств;
  • защиты, предохраняющей от перегрузок и коротких замыканий (КЗ);
  • предохранителей, предназначенных для отключения защитной цепи;
  • выходного узла, представленного парой клемм или контактов, используемого для подключения нагрузок.

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

Силовыми элементами для постоянных токов являются транзисторы различных типов.

Для переменных - применяются сборки на безе тиристоров и симисторов.

Основные элементы ТТР

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

Габариты зависят от максимально допустимых нагрузок и способности отводить тепло.

Применение

Твердотельные реле используются для контроля за электронными приборами, оборудованием и автоматическими системами, подключенными к электрической сети мощностью от 20 до 480 Ватт.

Применяются в различных сферах:

  • автоматике промышленных процессов;
  • различных бытовых установках;
  • системах регуляции тепла в ТЭНах;
  • в системах регулировки освещения и датчиках движения;
  • электронике автомобилей.

Реле имеется в холодильниках, чайниках, стиральных машинах, нагревательных ТЭНах, бесперебойных источниках питания.

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

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

Популярность твердотельных устройств возрастает с каждым днем, благодаря повсеместной автоматизации.

Виды и классификация

1.  По способу монтажа

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

 

Рисунок 3. Прибор для установки на печатную плату.

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

Для дополнительной защиты от перегрева на поверхность прибора наносится термопаста, для повышения теплоотдачи, за счет увеличения площади соприкосновения.

Существуют модели, предназначенные для крепления шурупами непосредственно к стене.

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

Крепление на рейку.

Для отвода лишнего тепла реле крепится к рейке через кронштейны.

2.  По типу переключения коммутируемой сети

Различаются устройства:

  • С регулятором «через ноль». Срабатывают при нулевом напряжении. Предназначены для устройств со слабыми индуктивными, резистивными или емкостными нагрузками.
  • Мгновенное. Используется при необходимости резкого срабатывания.
  • Фазовое. В таких устройствах при смене значения сопротивления меняется мощность на нагрузке. Применяется для регулировки уровня освещения в лампах накаливания, или температуры — в нагревательных элементах.

3.  По виду рабочего тока

Твердотельные реле могут управляться электрическими цепями с двумя видами тока:

  • постоянным;
  • переменным.

Коммутации постоянного тока применяют при постоянном напряжении до 32 вольт.

Большинство работают на переменных токах. Такие приборы отличаются мгновенным срабатыванием, экономичностью и низкой степенью электромагнитных помех. Рабочие напряжения — 90-250 вольт.

4.  По количеству подключенных фаз

Бывают:

  • Однофазные, работающие в диапазоне 10-100 и 100-500А, устанавливаются в бытовых приборах.
  • Трехфазные, 10-120 А, коммутирующее напряжение сразу на трех фазах.

Управление однофазными приборами выполняются посредством аналогового сигнала и переменного резистора.

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

Трехфазное реле

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

Конструкция

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 Вольт.
  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

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— включают два уровня управления. Изготавливается в трехфазном варианте.

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

Неправильное подключение приборов может привести к удару электричеством, выходу из строя из-за КЗ.

Принцип действия

Чтобы понять принцип работы твердотельного реле, нужно знать их 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 семистор.

Принцип действия устройства заключается в замыкании и размыкании контактов, передающих напряжение.

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

Работа механизма заключается в замыкании и размыкании контактных клемм, передающих напряжение.

Технические характеристики

При выборе ТТР руководствоваются характеристиками:

  • габаритные размеры;
  • величина напряжения на входе и выходе;
  • перегрузочная способность;
  • потребляемая мощность;
  • материал изготовления;
  • тип монтажа;
  • прочность изоляции и пр.

Характеристики твердотельных реле могут отличаться, в зависимости от вида устройства.

Таблица 1. Усредненные характеристики ТТР.

Наименование

Показатель

Токи срабатывания

не больше 7.5 мА

Сопротивление изоляции

>50 МОм/500В DC

Метод управления в реле для постоянного тока

мгновенно через оптрон

Метод коммутации в реле для переменного тока

при переходе через «ноль»

Перегрузочная способность

до 10 номинальных токов в течение 10 мс

Встроенная защита

сменные предохранители

Прочность изоляции

2,5 кВ АС в течение 1 минуты

Отличие твердотельных реле от электромагнитных

Электромагнитные модели имеет катушку управления и подвижную контактную группу.

На катушку подается напряжение от кнопочного поста или системы управления.

Электричество, протекая 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 силовых контактов выполняют транзисторы, тиристоры, симисторы и другие полупроводниковые ключи.

В связи с отсутствием движущихся деталей, твердотельные реле не подвержены механическому износу.

Рисунок 7. Прибор в разобранном виде.

Достоинства и недостатки

К преимуществам твердотельных моделей относятся:

  • отсутствие шума и вибрации;
  • компактные размеры;
  • широкая сфера применения;
  • мгновенная скорость коммутации (тысячные доли миллисекунд);
  • отсутствие электромагнитных помех при включении;
  • продолжительный ресурс, благодаря отсутствию движущихся деталей;
  • постоянность выходного сопротивления в течение всего срока эксплуатации;
  • минимальное потребление электрической энергии;
  • возможность регулирования нагрузки;
  • низкая чувствительность к вибрациям, повышенной влажности, запыленности, воздействию магнитных полей.

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:

  • нагревание прибора, связанное с высоким сопротивлением в цепи p-n перехода;
  • частое ложное срабатывание при скачках напряжения;
  • возможность выхода из строя силового ключа, при перегрузках и коротких замыканиях;
  • высокая стоимость.

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

Приборы, рассчитаны на работу в условиях 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 ток переменный, значительно выше, чем у приборов, коммутирующих ток постоянный.

Таблица 2. Перегрузочная способность реле.

 

Тип тока

Допустимая максимальная перегрузка(Ампер) в теч. 10 мс.

Постоянный

90

250

380

Переменный

120

300

410

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 в появлении 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 реле.

Для надежной работы выбирают реле с запасом:

  • 30-40% —при активной нагрузке (нагреватели);
  • 6-10% — для асинхронных электродвигателей;
  • 8-12% — для ламп накаливания;
  • 4-10% — для катушек электромагнитных реле.

Особое внимание уделяют параметрам:

1. Предельному току нагрузки составляющему от 10 до 500 ампер
2. Коммутируемому уровню напряжения
  • 5-220В — для постоянного тока;
  • 24-380В; 48-480В; 24-480В — для переменного.
3. Сигналу управления
  • от 80-280В, от 100 до 280В — для переменного тока;
  • 3-32В — для постоянного;

Для подключения индуктивной нагрузки(например, электродвигателя), следует учесть пусковой ток, превышающий номинальный на 600-100%

Наличие охлаждения

Надежность работы твердотельных реле зависит от его рабочей температуры.

Нельзя допускать превышения температуры свыше 60°С.

На температурный режим реле влияют различные факторы:

  • температура окружающей среды;
  • место монтажа;
  • существующие нагрузки;
  • наличие циркуляции воздуха.

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

При нагреве на каждые 10°С уменьшается пропускная способность устройства на 20-25%. При нагреве твердотельных реле до 80° 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 (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 в параллель к 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, включение R-C цепи следует выполнять 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 входного 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 ТТР

При подключении реле необходимо строго соблюдать полярность.

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

При подключении напряжения следует убедиться в правильности выполнения коммутации.

Не допускается размещение приборов вблизи легко воспламеняющихся материалов.

Корпус реле может нагреваться в процессе работы. При наборе температуры выше 60°С, монтируют ТТР через радиатор охлаждения.

 

Схема подключения

Популярные модели

К наиболее популярным моделям относятся следующие серии твердотельных реле:

  • SSR-40 DAH — мощное недорогое 1-фазное реле производства FOTEK;
  • HTH-6044.ZD3, 60А, 3-32V DC —твердотельное реле, предназначенное для управления однофазной нагрузкой до 60А;
  • HD-1044.ZA2 10А, 90-250V AC— однофазное твердотельное реле производства KIPPRIBOR для сигналов управления переменного напряжения;
  • MD-1544.ZD3 15А, 3-32V DC — 1-фазное реле в корпусе уменьшенного размера, предназначено для управления однофазной нагрузкой до 15А;
  • G3PA 24-240V AC/DC — трехфазное реле производства OMRON, выходным напряжением от 24 до 480В.

Пример обозначения: SSR – 40 D A H расшифровывается:

  • SSR обозначает однофазную модель, (TTR – трёхфазную);
  • 40 — нагрузка в Амперах;
  • D — сигнал на входе при постоянном токе, соответствующий 3-32 В; (V — сопротивление при переменном токе 80-250 В);
  • А — входное напряжение на переменном токе (D – на постоянном).
  • Н — диапазон выходных напряжений, соответствующий 90-480 В.

Маркировка

При заказе твердотельных реле используются обозначения:

1. Типы корпусов
  • М — малогабаритные;
  • Н — стандартные;
  • В — промышленное исполнение;
  • SB — промышленные малогабаритные;
  • G — промышленные, с усиленным теплоотводом.
2. Тип охлаждения
  • a — воздушное;
  • w — водяное.

Тип охлаждения указывается только для корпусов G.

3. Символы, определяющие фазность устройств
  • SSR(D) – однофазные;
  • TTR(T) – трёхфазные.
4. Нагрузка ( в амперах)
  • 05 – 5 ампер;
  • 40 – 40 ампер;
  • и так далее.

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

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

  • VA – плавная фазовая регулировка напряжения переменным резистором 470-560кОм/2Вт;
  • LA – плавная регулировка напряжения аналоговым сигналом 4-20мА;
  • VD – аналоговый сигнал 0-10V DC фазовое управление;
  • ZD – сигнал 10-30V DC коммутация при переходе через ноль;
  • ZD3 –сигнал 3-32V DC коммутация напряжения при переходе через ноль;
  • ZA2 – сигнал 70-280V AC напряжения при переходе через «0»;
  • DD3 – коммутация напряжения постоянного тока, управление сигналом3-32V;
  • DA – коммутация переменного тока, управление сигналом постоянного тока;
  • AA – сигнал цепи переменного тока (220В).

Смотрите так же

Все статьи
наверх