Содержание:
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 переменных или постоянных токов.
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.
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 постоянных токов являются транзисторы различных типов.
Для переменных - применяются сборки на безе 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.
Твердотельные реле используют для контроля за электронными приборами, оборудованием и автоматическими системами, подключенными к электрической сети мощностью от 20 до 480 Ватт.
Применяются в различных сферах:
Твердотельное реле имеется в холодильниках, чайниках, стиральных машинах, нагревательных ТЭНах, бесперебойных источниках 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.
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 твердотельного 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 твердотельное реле крепится к рейке через кронштейны.
Различаются устройства:
ТТР могут управляться с помощью:
Твердотельные реле могут управляться электрическими цепями с двумя видами тока:
Коммутации постоянного тока применяют при постоянном напряжении от 3 до 32 вольт.
Большинство работают на переменных токах. Такие приборы отличаются мгновенным срабатыванием, экономичностью и низкой степенью электромагнитных помех. Рабочие напряжения — 90-250 вольт.
Бывают:
Управление однофазными приборами выполняются посредством аналогового сигнала и переменного резистора.
Устройство трехфазных твердотельных реле предполагает реверсивную работу, обеспечивающую регулирование нескольких электрических цепей управления одновременно.
Трехфазное реле
Чтобы выполнить его правильное присоединение при монтаже оборудования к трехфазному твердотельному реле подключают провода различных цветов.
Основной элемент твердотельных реле — электронная плата, состоящая из трех главных элементов:
симисторов или тиристоров.
Внутренние элементы реле.
Устройство должно монтироваться после нагрузки, с последующим заземлением, для предотвращения КЗ.
Электрические схемы строятся в зависимости от особенностей подключения нагрузки. К этим наиболее распространенным схемам относятся:
К наиболее распространенным схемам относятся:
Электрические цепи с твердотельными реле собирают точно по этим схемам, с соблюдением полярности.
Стоит отметить, что неправильное подключение приборов может привести к удару электричеством, выходу из строя из-за КЗ.
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 его действия 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.
При выборе ТТР руководствоваются характеристиками:
Характеристики ТТР 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 |
Электромагнитные модели имеет 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.
Рисунок 7. Прибор в разобранном виде.
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, 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.
Перегрузочные свойства ТТР, коммутирующих ток переменный, значительно выше, чем у приборов, коммутирующих ток постоянный.
Таблица 2. Перегрузочная способность твердотельного 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:
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.
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.
Ток нагрузки — один из важнейших параметров при выборе твердотельного реле.
Для надежной работы выбирают твердотельное реле с запасом:
Особое внимание уделяют параметрам:
1. Предельному току нагрузки | составляющему от 10 до 500 ампер |
2. Коммутируемому уровню напряжения |
|
3. Сигналу управления |
|
Для подключения индуктивной нагрузки(например, электродвигателя), следует учесть пусковой ток, превышающий номинальный на 600-100%
Надежность работы твердотельных 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 уменьшается пропускная способность устройства на 20-25%. При нагреве твердотельных реле до 80° изделие выходит из строя.
Существуют различные варианты защиты твердотельных реле:
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.
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 управления 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.
При подключении твердотельного 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 твердотельного реле может нагреваться в процессе работы. При наборе температуры выше 60°С, монтируют ТТР через радиатор охлаждения.
Схема подключения
К наиболее популярным моделям относятся следующие серии твердотельных реле:
Пример обозначения: SSR – 40 D A H расшифровывается:
При заказе твердотельных реле используются обозначения:
1. Типы корпусов |
|
2. Тип охлаждения |
Тип охлаждения указывается только для корпусов G. |
3. Символы, определяющие фазность устройств |
|
4. Нагрузка ( в амперах) |
|
Буква «Н» 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: