Практическое применение и схемы подключения твердотельного реле

Твердотельное реле (ТТР) — это устройство, предназначенное для коммутации силовой нагрузки. Функционально оно ничем не отличается от обычного электромагнитного реле, но имеет другое устройство, характеристики и принцип действия. Этими особенностями обусловлены сферы, в которых использование твердотельных реле предпочтительнее, чем электромагнитных. Обо всём об этом далее по тексту…

Устройство и принцип работы

Твердотельное реле, как уже было сказано, предназначено для включения/выключения внешней нагрузки. Для этого оно имеет выходной контакт, который замыкается при подаче управляющего напряжения.

Однако, в отличие от электромагнитного реле, где выходной контакт — это два реальных металлических проводника, выходные контакты твердотельного реле выполнены на основе полупроводниковых компонентов (транзисторов, тиристоров или симисторов), то есть его выход — это электронный ключ.

Поскольку электронный ключ не может иметь нормально закрытое состояние, выход твердотельного реле всегда нормально-открытый.

Твердотельное реле имеет гальваническую развязку, то есть управляющая и коммутируемая цепи не связаны между собой электрически. Управляющий сигнал передаётся на электронный ключ с помощью встроенного оптрона.

Особенности твердотельного реле

Меньшие габариты по сравнению с «электромагнитным собратом»

Бесшумное переключение и работа

Высокая надёжность и долгий срок службы

Высокая скорость переключения (сравнима со скоростью света)

Отсутствие эффекта искрения и подгорания контактов

Сравнительно высокая стоимость

Более чувствительны к перегрузкам, поэтому должны выбираться с большим коэффициентом запаса (2-4 раза для обычных нагрузок и 6-11 раз для устройств с большими пусковыми токами).

Характеристики твердотельного реле

Тип управляющего напряжения. Это может быть постоянный или переменный ток. Так же стоить обратить внимание на диапазон управляющих напряжений. Например, для постоянного тока это может быть 3-32 В, а для переменного 80 -250 В.

Тип коммутируемого напряжения.

Аналогично управляющему напряжению может быть постоянным и переменным. Минимальные и максимальные значения коммутируемого напряжения также указываются в паспорте устройства.

Максимальный ток нагрузки  —  выбирается сообразно с мощностью предполагаемой нагрузки.

Количество фаз коммутируемого переменного напряжения — одно- или трёхфазные.

Области применения твердотельных реле

Исходя из принципа работы и особенностей твердотельных реле, можно сказать, что они применяются в тех случаях, когда требуется большое количество включений/выключений нагрузки за короткое время (высокая частота переключений). В таких системах обычные реле быстро вырабатывают свой ресурс и выходят из строя.

• Твердотельные реле часто применяют для включения индуктивной нагрузки (например ТЭНы).
• Кроме того, малые габариты и бесшумная работа, тоже могут стать причиной установки твердотельных реле.
• Однако, не стоит забывать, что такие реле дороже, поэтому если можно обойтись обычным  электромагнитным реле, лучше так и сделать

Твердотельное реле постоянного тока

Используется для коммутации цепей постоянного тока. Как правило выдерживают достаточно широкий диапазон коммутируемого напряжения (порядка 5 — 230 В). В качестве электронного ключа используется транзистор.

Схема подключения:

Твердотельное реле переменного тока

Предназначены для коммутации цепей переменного тока. В качестве электронного ключа используется симистор или тиристор. Бывают однофазные и трёхфазные версии таких реле.

Реле твердотельное однофазное

Предназначено для коммутации однофазной нагрузки. Схема подключения похожа на схему в случае реле постоянного тока.

Реле твердотельное трёхфазное

Используются для коммутации трёхфазной нагрузки (например электродвигателей).

На входные контакты реле «приходят» три фазы питания, а при подаче управляющего сигнала эти фазы «появляются» на соответствующих выходных клеммах, к которым подключена нагрузка. На следующей схеме через трёхфазное реле запитаны три ТЭНа, соединённых звездой:

Для управления электродвигателями применяют специальные трёхфазные реле с реверсом.

Такое реле имеет три управляющих контакта. Один из них — общий, а два других в паре с ним образуют два управляющих входа. При подаче напряжения на первый, фазы коммутируются для прямого вращения электродвигателя, а при подаче «управляющей фазы» на другой вход — для обратного вращения.

Твердотельное реле тока: управление, подключение :

В системах автоматики для управления силовыми цепями с помощью низковольтного сигнала применяют коммутаторы, называемые реле. Они бывают разных видов и устройств. Самые простые электромагнитные реле содержат обмотку на сердечнике и контакты.

При подаче на обмотку управляющего напряжения в сердечнике возникает магнитное поле, которое притягивает контакты. Они замыкают либо размыкают цепь нагрузки.

Наряду с электромагнитными все большее применение находят реле нового поколения – твердотельные, обладающие рядом преимуществ.

Что такое твердотельные реле тока

Устройство, предназначенное для коммутации цепей нагрузки высокого напряжения постоянного или переменного тока с помощью низковольтного управляющего напряжения и работающего на основе полупроводниковых связей в тиристорах, симисторах и транзисторах, называется твердотельным реле (ТТР).

Оно помещено в квадратный корпус, который имеет крепежные отверстия и металлическую площадку для установления его на радиатор. Подключение твердотельного реле к управляющей и коммутируемой линиям осуществляется при помощи резьбовых зажимов.

Принцип действия

Твердотельное реле состоит из нескольких функциональных блоков:

• Управляющий вход. На этот вход подается управляющее напряжение. Оно может быть переменным либо постоянным, в зависимости от назначения реле. Как правило, это напряжение низковольтное. Оно приводит в действие блок гальванической развязки. В том случае, если ток управления переменный, между входом и блоком развязки находится выпрямляющий мост на диодах и сглаживающий фильтр.
• Блок гальванической развязки. Он построен на оптроне и служит для передачи управляющего сигнала на силовой ключ без передачи напряжения.
• Силовой блок в основе имеет тиристор, симистор либо транзистор для коммутации высоковольтного постоянного напряжения. На управляющий вывод тиристора поступает напряжение с фотоприемника оптопары. Под действием этого открывается соответствующий p-n переход, и силовой ключ замыкает цепь нагрузки.
• Цепь защиты силового ключа, реализованная на варисторе, предназначена для защиты тиристора от перегрузок по напряжению.

Так как силовой полупроводник пропускает довольно большие токи, то часто его устанавливают на охлаждающий радиатор, отводящий излишнее тепло.

Типы классификации реле твердотельного

1. По виду напряжения, которое оно может коммутировать.

Твердотельное реле переменного тока в однофазных цепях:

• когда нужно включать нагрузки резистивного вида либо индуктивности;
• для трехфазных цепей, включенных «звездой» либо «треугольником», в том случае, когда каждая фаза подключается своим реле.

ТТР, которое управляет трехфазной сетью:

• в такой цепи можно подключать и отключать всего лишь резистивного характера нагрузки;
• одновременно коммутируют все виды включения трех фаз.

Твердотельные реле постоянного тока:

• этим устройством хорошо управлять такой нагрузкой, которая работает на постоянном токе.

2. В зависимости от того с каким диапазоном электрического напряжения, которое присутствует на силовой части, может работать устройство коммутации.

ТТР, перекрывающее стандартный разброс напряжения:

• когда нужно управлять переменными токами, доходящими до 380 В по величине напряжения.

Твердотельное реле, которое способно коммутировать в диапазоне токов постоянной полярности:

• для управления в пределах от 20 до 250 В.

В зависимости от того, каким сигналом управляется:

• постоянный вид тока при величине напряжения от 3 до 32 В;
• переменный вид тока при величине напряжения от 90 до 250 В;
• когда цепи нагрузки резистором сменного сопротивления управляются (ручной режим);
• управление твердотельным реле аналоговым сигналом с величиной до 10 В.

3. По принципу коммутации.

ТТР, где применяется контроль перехода через ноль:

• возможна коммутация нагрузок резисторного типа: лампы накаливания, элементы для нагревания;
• коммутация емкостей: системы фильтров, которые выполняют сглаживающую функцию и др.;
• подключение небольшой индуктивной нагрузки: соленоиды, электромагнитные клапаны.

• Твердотельное реле этого типа позволяет сглаживать ток начального возрастания и снижать помехи электромагнитного характера, что уменьшает износ подключаемой нагрузки.
• ТТР включения мгновенного (случайного):

• подходят для нагрузок ТЭНов, вольфрамовых ламп;
• коммутирует индуктивные нагрузки: электродвигатели малой мощности, трансформаторы.

Ттр для управления фазовым режимом

Служит не только для коммутации, но и для изменения напряжения в цепи нагрузки:

• позволяет регулировать мощность элементов нагревательного типа;
• можно изменять яркость свечения ламп накаливания;
• дает возможность управлять оборотами двигателя.

Что нужно знать при выборе реле

Так как в режиме работы на элементах полупроводниковых (силовых ключах) происходят электрические потери, это выражается в интенсивном их нагреве. При повышении температуры уменьшается возможность пропускать ток устройством.

Конкретное реле может обеспечить заложенные в нем технические параметры при нагреве не более 40 градусов. При 65 градусах резко падает способность коммутации ТТР, и дальнейший нагрев приведет к выходу его из строя. Поэтому, подбирая твердотельное реле под нагрузку, необходимо брать его с запасом по току.

А в мощных силовых цепях следует ставить ТТР на радиаторы и устраивать системы принудительного охлаждения.

Также при подключении любой нагрузки в первый момент времени возникают ударные токи, которые в несколько раз, а иногда и на порядок превышают номинальный.

Характеристики нагрузок реле по пусковым токам

Когда осуществляется подключение твердотельного реле к нагрузке, нужно знать характеристики последней:

• нагрузки активного характера (ТЭНовые нагреватели) создают незначительные токовые скачки, их можно нивелировать, применяя ТТР, где происходит включение в ноль;
• осветительные приборы накаливания и лампы галогенного типа, где от 7 до 12 раз сквозь них проходит больший ток, чем номинальный;
• лампы флуоресцентные на время до 10 секунд дают пульсации тока выше номинального в 5 раз, а то и на порядок;
• лампы ртутные на время до пяти минут могут перегружать цепь токами, завышенными в 3 раза;
• реле электромагнитные переменного электричества на время до двух периодов претерпевают скачки в 3-10 раз;
• ток в катушках соленоида на 1-2 порядка превышает номинал за десятую долю секунды;
• двигатели электрические за половину секунды дают прирост тока до 10 раз;
• приборы высокоиндуктивного характера с сердечниками насыщения (трансформаторы, когда они работают вхолостую), включены в фазе ноля по напряжению, ток достигает скачков, до 20, а то и до 40 раз превышающих номинал за время в 0.05-0.20 секунды;
• когда включены нагрузки емкостного характера в фазе около 90 градусов, ток превышает номинальный в 20-40 раз за время до 10 миллисекунд.

Твердотельное реле своими руками

Собирая схему реле в домашних условиях, главное, учитывать ударные токи подключаемой нагрузки и выбирать тиристоры и симисторы соответствующего запаса по мощности.

Для остальных частей схемы реле следует придерживаться рекомендаций:

• для коммутации маленьких переменных токов лучше использовать симисторы, больших – тиристоры;
• ставить для защиты силового ключа параллельно ему варистор или защитный диод (при коммутации индуктивной нагрузки);
• перед диодным мостом на входе управляющей цепи ставить токоограничивающие резисторы;
• последовательно оптрону нужно ставить токоограничивающее сопротивление, параллельно – сглаживающий конденсатор.

Преимущества твердотельных реле

ТТР не является громоздким устройством, занимающим большое пространство. Он также не имеет механически подвижных частей, что значительно повышает его надежность по сравнению с электромагнитными системами. Кроме этого, реле обеспечивает:

• быструю коммутацию;
• незначительный уровень помех в момент подключения нагрузки;
• малую мощность потребления;
• отсутствие разрядов дугового характера внутри корпуса;
• стойкость к вибрациям.

Твердотельное реле

Содержание:

Принцип работы

Где применяются

Виды

Подключение

Видео

В электронных схемах широкое распространение получили различные виды полупроводниковых устройств.

Одним из наиболее ярких примеров использования полупроводников является твердотельное реле, в котором отсутствуют механические движущиеся части.

В соответствии со своими функциями, приборы этого типа должны включать и выключать мощные электрические цепи путем подачи низкого напряжения на клеммы управления.

Данные устройства применяются в сетях с постоянным и переменным током с теми же целями, что и обычные электромеханические реле. В серийных твердотельных реле применяются транзисторы и тиристоры, позволяющие выполнять переключения токов до нескольких сотен ампер.

Принцип работы

Прежде чем рассматривать твердотельное устройство, следует вспомнить принцип работы обычного электромеханического реле. Оно состоит из контактов и катушки управления, работающих под влиянием подаваемого напряжения. Под его воздействием контакты соответственно замыкаются или размыкаются.

Принцип действия твердотельного реле аналогичный. Основное различие заключается в использовании полупроводниковых приборов вместо контактов.

Наибольшее распространение получили симисторы и тиристоры, выполняющие коммутацию переменного тока, а также транзисторы, предназначенные для работы с постоянным током.

В свое время появление полупроводников произвело настоящую революцию в электронике и радиотехнике. Они стали использоваться и в твердотельных реле, обеспечивая контакты между цепями с низким и высоким напряжением. В составе каждого устройства имеется вход, оптическая развязка, триггерная, переключающая и защитная цепи.

Вход реле оборудован первичной цепью, в которую последовательно включено сопротивление на постоянном изоляторе.

Основной функцией входа является прием импульса и последующая передача его на элемент устройства, коммутирующий нагрузку. Между первичной и вторичной цепью существует изоляция в виде оптической развязки.

Именно эта развязка характеризует индивидуальные качества всех видов и типов реле и определяет принцип действия каждого устройства.

Для обработки входного сигнала существует триггерная цепь, являющаяся отдельным конструктивным элементом. Эта цепь принимает участие в переключении выхода. В различных конструкциях твердотельных реле триггерная цепь может быть частью оптической развязки, или применяться как самостоятельный элемент.

Управление нагрузочным напряжением осуществляется цепью, в состав которой входит транзистор, симистор и кремниевый диод. В конструкцию реле обязательно включается система, защищающая устройство от сбоев и ошибок. Она представляет собой отдельную защитную цепь внутреннего или внешнего типа.

Где применяется твердотельное реле

Принцип действия этих устройств позволяет применять их тогда, когда за короткий промежуток времени необходимо множество раз включить и выключить нагрузку.

В таких ситуациях обычные электромеханические реле очень быстро изнашиваются, полностью вырабатывая ресурс, выходят из строя и становятся непригодными для дальнейшего использования.

Наилучшим выходом становятся твердотельное реле, которое не требуюет к себе в дальнейшем дополнительного внимания и обслуживания. В обычных устройствах необходимо обязательно чистить контакты после нескольких циклов срабатываний.

Твердотельное реле используюется в тех случаях, когда нужно гарантировать надежность, поскольку обычные контакты могут выгореть или залипнуть в самый неподходящий момент.

Иногда решающее значение имеют габаритные размеры коммутирующего устройства и обеспечение бесшумной работы.

Однако следует учитывать и тот фактор, что полупроводниковые реле имеют довольно высокую стоимость, поэтому, там, где это возможно, рекомендуется использовать обычные электромагнитные устройства.

Виды твердотельных реле

Твердотельное реле относится к модульным полупроводниковым приборам, изготовленным по гибридной технологии. В них используются симисторные, тиристорные или транзисторные структуры, которые служат основой для создания мощных силовых ключей. Они успешно заменяют традиционные контакторы и электромагнитные реле.

По типу нагрузки полупроводниковые устройства могут быть однофазными или трехфазными. Они способны коммутировать напряжение в самом широком диапазоне – от 40 до 440 вольт, что делает возможным их применение в разных областях.

В зависимости от типа управления, существует 3 группы реле:

• Для коммутации напряжения постоянного тока от 3 до 32 вольт.
• Для коммутации напряжения переменного тока от 90 до 250 вольт.
• Для ручного управления выходным напряжением, когда применяются переменные резисторы, сопротивление от 40 до 560 кОм, мощностью от 0,25 до 0,5 Вт.

Твердотельные реле различаются и по способу коммутации:

• Устройства, контролирующие переход через ноль. С их участием коммутируются резистивные, емкостные и слабоиндуктивные нагрузки. Когда подается управляющий сигнал, выходное напряжение появляется при первом пересечении нулевого уровня линейным напряжением. За счет этого происходит уменьшение начального броска тока, снижается уровень электромагнитных помех, возрастает срок эксплуатации коммутируемых нагрузок. Данный тип реле не может использоваться для коммутации высокоиндуктивных нагрузок, например, трансформаторов на холостом ходу.
• Устройства с мгновенным (случайным) включением. Применяются для коммутации нагрузок, когда необходимо мгновенное срабатывание. Выходное напряжение возникает совместно с подачей управляющего сигнала с задержкой включения, не превышающей 1 миллисекунды. Такие реле могут включаться на любых участках синусоидального напряжения. Существенным недостатком этих устройств являются импульсные помехи и начальные броски тока, возникающие при коммутации.
• Фазовое управление. С помощью реле изменяется величина выходного напряжения нагрузки. Это позволяет регулировать мощность нагревательных элементов и уровень освещенности ламп накаливания.    

Подключение

Во всех электронных схемах твердотельное реле подключается так же, как и обычные электромеханические устройства. Однако существуют специфические особенности, которые необходимо учитывать при подключении полупроводниковых реле. Для выполнения соединений не требуется использовать пайку, для этого существует винтовой способ.

В связи с особенностями конструкции, необходимо всячески избегать любых повреждений прибора, следить, чтобы в него не попадала пыль, особенно металлические элементы и другие инородные тела. Не допускаются какие-либо внешние воздействия, в том числе и механические, по отношению к корпусу прибора. В результате повреждений прибор быстро выйдет из строя и перестанет работать.

Рекомендуется правильно выбирать место расположения твердотельного реле. Не следует размещать их возле предметов, которые могут легко воспламениться. Запрещается прикасаться к устройству во время работы, чтобы не получить ожоги.

До начала включения нужно проверить правильность всех коммутируемых соединений. При нагревании корпуса свыше 600С, необходимо использовать специальных радиатор охлаждения.

На выходе не должно быть коротких замыканий, способных повредить прибор.

Твердотельное реле: устройство, принцип работы, назначение

Твердотельное реле (ТТР) –  электронное устройство, включающее и выключающее при помощи низких напряжений высокомощностную цепь. В этом виде реле отсутствуют механические движущиеся элементы.

Прибор состоит из датчика, реагирующего на вход (управляющий сигнал), и твердотельной электроники, компонентом которой является цепь высокой мощности.

Оно может применяться в сетях как постоянного, так и переменного тока.

В твердотельных реле, выпускающихся серийно, используются тиристоры и транзисторы, способствующие переключению токов до сотен ампер. По сравнению с электромеханическими, твердотельные реле обладают более высокой скоростью переключения. Однако они менее пригодны к работе в условиях кратковременных перегрузок.

Принцип действия

В твердотельных реле взаимодействие управляющего сигнала с управляемым происходит путем формирования гальванической развязки – как правило, с помощью оптрона.

Управляющее напряжение подает питание на светодиод, а он, в свою очередь, освещает фотодиод, и с помощью тока последнего включается МОП или тиристор, управляющий нагрузкой.

Тиристоры и симисторы используются в устройствах, применяемых при переменном токе, а транзисторы – в приборах с постоянным током. Также применяются и специализированные оптоэлектронные приборы – оптотиристоры и фототиристоры.

Структура ТТР включает:

• вход – первичная цепь, состоящая из резистора на постоянном изоляторе, имеющего последовательное подключение. Главной функцией входной цепи является принятие сигнала и передача его устройству реле, коммутирующему нагрузку;
• оптическая развязка – используется для изоляции входной и выходной сети переменного тока;
• триггерная цепь – отдельный элемент, обрабатывающий входной сигнал и переключающий выход;
• цепь переключателя – подает силу напряжения, включает в себя транзистор, симистор и кремниевый диод;
• цепь защиты – может быть внешней или внутренней, защищает устройство от сбоев или появления ошибок.

Для коммутации индуктивной нагрузки при помощи твердотельного реле необходимо увеличить запас тока не менее, чем в 6–8 раз.

Преимущества и области применения

Сравнивая твердотельные реле с электромеханическими, следует отметить такие достоинства первых, как:

• малые габариты;
• экономия электроэнергии;
• отсутствие необходимости дополнительного техобслуживания;
• высокая скорость переключения;
• длительный срок эксплуатации;
• бесшумность;
• возможность применения в различных приборах;
• производительность;
• отсутствие искры и скачка напряжения;
• низкая чувствительность к неблагоприятным условиям.

Твердотельные реле нашли широкое применение. Они используются в тех случаях, когда требуется коммутировать индуктивную нагрузку. Как правило, это устройство служит для:

• сохранения постоянной температуры в технологическом процессе;
• коммутации цепи управления;
• контроля нагрева трансформаторов и других приборов;
• регулировки степени освещения;
• управления электродвигателями.

Также ТТР применяется в системах, производящих регулирование температуры с помощью ТЭНа, а также при замене пускателей реверсного бесконтактного типа.

Разновидности твердотельных реле

Существуют различные виды ТТР, имеющие некоторые особенности коммутируемого и контролирующего напряжения:

Твердотельное реле постоянного тока – применяют при условии постоянного электричества, диапазон которого может составлять 3–32 Вт. Этот вид отличается высокой надежностью, светодиодной индикацией и повышенными отдельными характеристиками. Многие модели подобных реле могут работать при температуре от -30 до +70°C.

Реле переменного тока имеют рабочий диапазон от 90 до 250 Вт, низкий уровень шума и электромагнитных помех, обладают высокой скоростью работы. Кроме того, их характерной особенностью является низкое потребление электрической энергии.

ТТР с ручным управлением, которое дает возможность настроить тип работы.

Соответственно с типом нагрузки различают однофазные и трехфазные твердотельные реле.

Однофазные реле применяются для коммутации электричества в интервале 10–120 A или 100–500 A. Управление происходит с помощью переменного резистора и аналогового сигнала.

Трехфазные ТТР коммутируют ток одновременно на 3 фазы. Их рабочий диапазон составляет 10–120 A. Среди 3-фазных реле отдельно стоят устройства реверсивного типа, отличающиеся бесконтактной коммутацией и маркировкой.

Они надежно коммутируют каждую цепь по отдельности. Специальные элементы надежно предохраняют реле от ошибочных включений. Они применяются в процессе запуска и работы асинхронного двигателя, производящего их реверс.

Для предупреждения возникновения перенапряжения во время применения реле необходимо купить быстродействующий предохранитель или варистор.

В сравнении с однофазными, трехфазные реле имеют более долгий срок использования.

Согласно способу коммутации, ТТР делятся на:

• реле, которые выполняют нагрузки редуктивного и емкостного типа;
• устройства с моментальным или случайным срабатыванием, использующиеся в тех случаях, когда необходимо мгновенное включение;
• реле с фазовым управлением, позволяющие выполнять настройку ламп накаливания и нагревательных элементов.

По конструкции ТТР подразделяются на те, которые устанавливаются на ДИН-рейки, и универсальные, монтируемые на планки переходного типа.

Правила выбора и покупки ТТР

Приобретать ТТР лучше всего в специализированном магазине, где опытные консультанты ответят на все вопросы и помогут сделать выбор устройства нужной мощности в соответствии с требованиями покупателя. При этом следует обратить внимание на следующее:

• вид реле;
• материал, использованный для изготовления корпуса;
• наличие или отсутствие крепежа;
• тип включения;
• мощность;
• энергоэффективность;
• размеры;
• присутствие дополнительных функций;
• производитель.

При покупке ТТР необходимо учитывать, что запас мощности должен превышать нужную в несколько раз, иначе даже незначительное превышение этого показателя может вывести устройство из строя.

Для того чтобы защитить реле, следует применять предохранители, специально разработанные для ТТР. Они бывают нескольких видов:

• g R – обладают повышенным быстродействием и используются для широкого интервала мощностей;
• a R – защищают полупроводники от короткого замыкания;
• g S – выполняют защиту полупроводников от высоких нагрузок, могут применяться для любого типа тока.

Стоимость этих предохранителей может равняться цене самих реле, но благодаря им устройство будет служить в течение долгого времени. Существуют и другие предохранители, которые относятся к классам В, С, D и стоят значительно меньше, однако они обладают низкой степенью защиты.

Приобретая твердотельное реле, следует помнить, что во время работы оно довольно быстро нагревается, что может привести к отклонению от нормального режима и даже перегоранию устройства.

Поэтому следует приобрести и радиатор охлаждения.

Запас тока для нормальной работы ТТР должен быть выше номинала в три или четыре раза, а при использовании устройства для регулировки скорости электродвигателей запас по току необходимо увеличить в 8–10 раз.

Особенности подключения твердотельного реле

При самостоятельном подключении твердотельного реле и дальнейшей его эксплуатации необходимо придерживаться следующих рекомендаций:

Для соединений использовать винтовой способ.

Не допускать попадания в устройство пыли или металлических элементов.

Не прилагать к корпусу прибора значительных механических воздействий.

Располагать ТТР подальше от легковоспламеняющихся предметов.

Перед тем, как включить устройство, следует проверить правильность коммутации соединений.

Твердотельное реле: схема, обзор цен, принцип работы — Asutpp

Часто для работы и контроля различного оборудования требуются устройства небольших размеров и высокого уровня надежности. Малогабаритные твердотельные реле постоянного и переменного тока используются в промышленности и быту, их легко можно сделать и установить своими руками.

Принцип работы

Твердотельное малогабаритное или замкнутое реле – это устройство для управления различными механизмами при помощи полупроводниковых элементов. Именно это и является основным отличием таких реле от обычных.

В обычных для приведения какой-либо электрический механизм в действие используются контакты, которые периодически замыкаются и размыкаются. В твердотельных моделях эту роль выполняют тиристоры, транзисторы и симисторы.

Видео: тестирование твердотельного реле.

Твердотельные реле бывают трехфазные, однофазные, для постоянного и переменного тока (ESR и HPR). Соответственно, в зависимости от области использования меняется их принцип действия.

Принцип работы твердотельного реле имеет следующий вид: когда на вход поступает электрический сигнал, в работу включается триггерная сеть и оптрон.

Учитывая, что импульсы передают бесконтактно, между полупроводниками возникает гальваническая развязка, которая исчезает в момент включения диода или оптрона. Такое действие не изменяет в зависимости от применения транзисторов или симисторов.

Как сказано выше, они также бывают одно и трехфазные:

Однофазное реле способно переключать нагрузки только в одной фазе, оно не имеет реверса или других функций. Конструктивно представляет собой небольшую деталь, визуально имеющую несколько выводов. Известные регуляторы мощности: Sipin, Fotek, Autonics, GND;
Принцип подключения модели GND

Трехфазное электронное твердотельное реле обеспечивается управление и переключение нескольких фаз (его применяют для электродвигателя, станочного оборудования и прочих отраслей промышленности). Оно бывает реверсивное и нет, в зависимости от этого может запускать и контролировать различные процессы. Реверсивный пускатель позволяет обеспечить работу двигателя в разных направлениях, поэтому является более популярным. Это Sharp, Omron и Greegoo. Отдельно нужно сказать про маркировку, иностранные модели помечаются так: GD – однофазное, GT – трехфазное.

Помимо этого регулятор можно устанавливать на различные поверхности, от чего также варьируется его область использования. Некоторые можно установить на дин-рейку (din-рейку), в то время как большинство компактных твердотельных моделей можно подключить «контактами» напрямую при помощи специальной планки.

Модель ТМ твердотельного реле

Достоинства твердотельного реле:

Долговечность. Без физического контакта из-за отсутствия коммутации, устройство может осуществлять большее количество включений и выключений. Это оптоэлектронное реле может производить до десятков тысяч подключений;

Этот аналог обычного реле обеспечит качественное бесконтактное подключение и контроль нагрузки;

В зависимости от мощности и типа мощности, прибор может использоваться для мягкого перехода между сетью постоянного и переменного тока. Плавным называется тот переход, где при снижении частоты и направления заряженных частиц сигнал, поступающий на вход, максимально сохраняется;

Широкая область использования. Его можно применять в различных отраслях промышленности, бытовых условиях и т. д.;

Они выдерживают перегрузки даже на 200% выше номинально указанных.Даже после многочисленных перегрузок им не понадобится замена;

Высокая защита от перепадов тока и напряжения. Напряжение даже в бытовой сети редко остается постоянным, оно изменяется в зависимости от количества подключенных устройств, типа проводов и прочих факторов. Такие скачки могут вызвать короткое замыкание и повреждение аппаратуры. Импульсное твердотельное реле обладает отлично защитой от таких неприятностей, поэтому часто используется для обеспечения долговечной эксплуатации нагревателей, холодильных камер, компьютерной техники.

Но прибор имеет и определенные недостатки. Во-первых, это полупроводниковое реле довольно дорого стоит, кроме того, купить его можно только в специализированных магазинах.

Во-вторых, во время первичной коммутации у асинхронного двигателя (соответственно, при использовании трехфазной модели) возникают сильные скачки тока.

И последний минус в том, что применение реле возможно только в зонах с нормальным уровнем пыли и влажности.

Подключение

Но, перед тем как подключить твердотельное реле на транзисторах или симисторах, нужно знать несколько правил его установки:

Силовое оптореле можно подключить только винтовым способом, сварка и пайка повредят хрупкие контакты;

При работе устройство сильно нагревается, поэтому возле него не должно быть легковоспламеняющихся деталей;

Некоторые модели реле (особенно в авто) очень легко и быстро нагреваются свыше 60 градусов, что может повредить их контакты. Чтобы избежать этого их следует устанавливать на радиатор охлаждения;

При первом запуске очень важно следить за напряжением. Контролем нужно обеспечить его «ровное» состояние хотя бы на первое время, иначе устройство сгорит от короткого замыкания.

Схема подключения твердотельного реле практически такая же, как и включения в сеть обычного контроллера. На плату полевых транзисторов (симисторов, и т. д.) подается напряжение от локальной линии. Самое главное – это подать электрический ток на ноль-контакт (в цепи управления). Остальное наглядно демонстрирует схема:

Схема включения твердотельного реле

Характеристики

Естественно, у каждой фирмы, предлагающей такие приборы, свои параметры и модели. Рассмотрим основные характеристики наиболее популярных из отечественных твердотельных реле (КИПприбор – KIPpribor, Cosmo, Протон):

ТМ-0 оснащены встроенный схемой «ноль», через которую осуществляется переход фаз;

ТС могут включаться в любой момент фазы;

Самые известные – это контроллеры ТМВ, ТСБ, ТСВ (их еще называют ТМА), ТСА, ТМБ. Они выходной RC-цепью и используются для управления в системах потенциального управления;

ТС/ТМ относятся к силовым. Ток доходит до 25мА;

ТСА и ТМА имеют основное назначение – специальные чувствительные к перепадам напряжения приборы;

ТСБ/ТМБ – это низковольтные модели (до 30 В);

ТСВ/ТМВ – высоковольтные (от 110 до 280В).

Иностранными аналогами являются Carlo Gavazzi, (SSR) Gefran (для инфракрасных активных нагрузок), Finder и CPC (модель SCC).

Основные характеристики TSR-25DA:

Тип	Переменный, постоянный ток
Ток срабатывания	7.5 мА / 12 VDC
Управляющее напряжение	4 – 32 В
Утечка ампер	12,5 мА при 380 В
Время реагирования	20 мс

90-280VAC, 25A/240VAC от Crydom:

Управление	AC
Управляющее напряжение, В	90–280
Напряжение размыкания, В	10
Выходной каскад	тиристорный
Контакты	нр
Коммутируемое переменное напряжение, В	20–280
Максимальный ток нагрузки, А	25

Твердотельное реле SSR–F 10 DA – H SSR:

Тип	Постоянный ток
Срабатывание	7,5 мА
Электрическая прочность изоляции вход/выход	2,5 кВ
Утечка	15,5 мА при 440 В
Реагирование	15 мс

Обзор цен

Цена на твердотельные реле варьируется в зависимости от их типа и марки:

Город	Стоимость SSR10АА, у. е.
Екатеринбург	4
Москва	5
Новосибирск	4
СПб	5
Краснодар	4
Воронеж	4
Нижний Новгород	4

Обсудить на форуме

Твердотельные реле — примеры использования и подключения

Для коммутации нагрузок в различном оборудовании обычно используются контакторы и реле. Всем известны основные минусы этих устройств – подгорание контактов и наличие подвижных частей. От этих недостатков полностью свободны Твердотельные реле (ТТР), которые всё шире и шире используются в промышленном оборудовании.

В статье рассмотрим подключение и электрическую защиту твердотельных реле, а также различные примеры применения.

Варианты использования

ТТР имеет смысл ставить там, где нет возможности контролировать работоспособность обычных электромеханических реле. Да, ТТР дороже, но основное их преимущество – «поставил и забыл».

Часто их ставят для коммутации индуктивной нагрузки (электромагниты), для которой обычные реле подходят слабо – контакты подгорают быстро, нужно их чистить или менять.

Либо ставить реле на заведомо больший ток работы.

Другой вариант использования ТТР – включение мощной нагрузки типа ТЭНов, когда мощные контакторы прослужат недолгое время из-за частых включений-выключений. Такое бывает в случае, когда нужно точное поддержание температуры, а для этого устанавливают небольшую ширину петли гистерезиса.

Как и в случае с контакторами и реле, ТТР легче работать, когда нагрузка чисто активная (АС1), то есть не содержит индуктивности (cosφ стремится к 1). Тогда он легко может коммутировать ток, указанный на его корпусе. В большинстве же случаев нагрузка является частично реактивной (cosφ = 0,7-0,8), поэтому ток ТТР нужно всегда выбирать с запасом.

Запас по току нужен также и для надежной работы системы защиты, но об этом расскажем чуть позже.

Коммутация ТЭНа нагревателя

В этом примере, как мы уже отмечали выше, ТТР работает в самом простом режиме – коммутация напряжения питания 220 В для ТЭНа. Реле рассчитано на ток 40 А, для однофазного напряжения 220 В это означаем максимальную мощность 8,8 кВт.

Однако, в целях повышения надежности в данном случае никто не будет подключать через ТТР ТЭНы мощностью 8 кВт. Обычно, даже в этом случае выбирают запас 50 %, не менее. В данном примере применяется ТЭН на 1,5 кВт. Защита обеспечивается автоматическим выключателем с номинальным током 10 А.

Управление твердотельными реле

Фактически ТТР – это управляемый коммутатор. В каком-то смысле, обычный транзистор является твердотельным реле – при подаче управляющего сигнала он открывается, и пропускает ток в нагрузку.

В ТТР в более чем 90% случаев в качестве управляющего сигнала нужно постоянное напряжение. Диапазон напряжений – от 3 до 35 В, и может быть разным для разных моделей и производителей..

В редких случаях (в зависимости от модели) в качестве управляющего сигнала применяют переменное напряжение (порядка 100…250 В), токовый сигнал 4…20 мА, либо для управления используют обычный потенциометр.

Схема подключения проста, и обычно приводится на корпусе ТТР:

Приведенная схема включения твердотельного реле является наиболее распространенной. На управляющий вход ТТР подается постоянное напряжение порядка 12…24 В.

Подача напряжения производится от внешнего источника питания через любой подходящий коммутирующий элемент – кнопка, переключатель, транзистор, реле.

На работу ТТР не оказывает влияния схема включения и принцип действия схемы на его входе. Важен лишь сам факт подачи напряжения нужного значения и полярности.

В ТТР с управляющим сигналом в виде переменного напряжения принцип работы аналогичный.

В большинстве моделей ТТР реализована светодиодная индикация подачи управляющего сигнала, что позволяет «на лету» отслеживать и анализировать работу ТТР.

Силовая часть ТТР

Эта важная часть ТТР коммутирует ток нагрузки.

Входная и выходная части твердотельного реле гальванически развязаны при помощи оптопары. Твердотельное реле не имеет отдельного источника питания. И если входная часть ТТР питается от входного источника питания, то выходная часть питается через нагрузку, получая питание при условии, что эта нагрузка подключена.

Таким образом, если нагрузка имеет высокое сопротивление, с одной стороны, это хорошо – меньше ток через реле, и оно меньше испытывает перегрузки, работая с большим запасом. Но если этот ток продолжить уменьшать, ТТР просто не сможет работать – хотя, входная индикация будет показывать, что всё нормально.

Коммутация индуктивной нагрузки

С индуктивной нагрузкой (как правило, это электромагнит), не так всё просто.

В этом случае нужно учитывать переходные процессы в моменты включения и выключения ТТР.

В эти моменты возможны всплески напряжения, которые могут привести к неприятным последствиям, например – «зависание» ТТР в открытом или закрытом состоянии, которое снимается перезапуском питания.

Самый неприятный вариант – ТТР может полностью выйти из строя, при этом оно может остаться в опасном включенном состоянии.

Существуют особенности при подключении индуктивной нагрузки типа электромагнитов.

Производители рекомендуют выбирать пару ТТР-электромагнит таким образом, чтобы ток нагрузки был не более чем 10% от максимально допустимого тока ТТР. Это обусловлено возможной нестабильностью работы.

Кроме того, при коммутации постоянного тока рекомендуется параллельно нагрузке подключать обратно включенный диод.

Защита

Большинство производителейрекомендуют в качестве защиты устанавливать быстродействующие предохранители. Это нужно для того, чтобы в случае перегрузки или короткого замыкания нагрузки не произошло поломки ТТР.

Однако, поскольку стоимость таких предохранителей сопоставима со стоимостью самого ТТР, существует вариант установки вместо предохранителей защитных автоматов. Причем, производители рекомендуют только защитные автоматы с время-токовой характеристикой типа «В».

Чтобы пояснить принцип защиты, рассмотрим известные графики время-токовых характеристик автоматических выключателей:

Из графика видно, что при превышении тока защитного автомата с характеристикой «В» более чем в 5 раз время его выключения – около 10 мс (пол периода напряжения частотой 50 Гц).

Из этого можно сделать вывод, что для того, чтобы иметь большие шансы по сохранению работоспособности ТТР в случае КЗ, нужно применять защитные автоматы с характеристикой «В». При этом нужно соответственно рассчитывать токи нагрузки и защитного автомата в зависимости от максимального тока твердотельного реле.

Пример неправильной защиты ТТР

Случаются грубые ошибки в проектировании систем на ТТР. Пример – электронагреватель приточной вентиляции мощностью 18,5 кВт, питаемый через трехфазное твердотельное реле с рабочим током 25 А. Основная проблема в том, что защищается это ТТР через автоматический выключатель с номинальным током 25 А и время-токовой характеристикой С.

Даже в случае частичного превышения рабочего тока (например, до 35 А) в первую очередь выгорит ТТР, при этом время отключения защитного автомата – около 1 часа.

Твердотельное реле — принцип работы и схемы подключения — Сайт об электрике

SSR (твердотельное реле) OMRON

Твердотельные реле применяют сейчас в промышленном оборудовании, там где нужна большая надежность и малые габариты. У твердотельных реле есть аббревиатура на русском – ТТР. По-английски название звучит Solid State Relay, SSR. То есть, ТТР и SSR – одно и то же.

Как не трудно догадаться, основной минус этих устройств – цена, но в этой статье поговорим о преимуществах и особенностях этих замечательных устройств.

Принцип работы и устройство твердотельных реле

Итак, что такое обычное реле? Это устройство, которое имеет контакты, и катушку управления. Контакты приводятся в действие (замыкаются, или размыкаются, не важно) подачей напряжения на катушку реле. То есть, нужно некоторое управляющее (активирующее) напряжение, которое приводит в действие контакты.

В твердотельном реле – то же самое. Есть управляющее напряжение (постоянное или переменное, разного уровня, зависит от типа реле), и есть «контакты», которые замыкаются.

Почему «контакты» в кавычках – потому что их реально нет, их роль выполняют полупроводниковые (твердотельные, отсюда и название) приборы.

Как правило, тиристоры или симисторы (для коммутации переменного тока) и транзисторы (для постоянного тока).

Твердотельное реле OMRON. Управляющие контакты — на переднем плане

В принципе, любой ключевой транзистор можно назвать твердотельным реле.  Например, в датчике движения или датчике освещенности на выходе стоит транзистор, который подает напряжение на обычное реле.

Обычное реле применяется не только для увеличения коммутируемого тока.

Транзистор может пропускать ток только в одном направлении, а вот симистор или тиристоры, используемые в твердотелках, прекрасно пропускают переменный ток (ток в обоих направлениях).

Так же, как и в обычных реле, в твердотельных существует гальваническая развязка между напряжением катушки и напряжением на силовых контактах. Только в «электромеханических» реле это достигается за счет разнесения в пространстве, а в твердотельных – за счет оптической развязки. Т.е, на входе стоит оптрон.

Твердотельные реле потребляют и теряют гораздо меньше энергии при работе, имеют меньшие габариты, высокое быстродействие, гораздо более длительный срок службы и всё это — абсолютно бесшумно!

Однако не стоит впадать в эйфорию, контакторы и реле прекрасно справляются со своими функциями не только в быту, но и в промышленной аппаратуре. И в обозримом будущем твердотельные реле их полностью не заменят, это точно.

Области применения твердотельных реле

Твердотельное реле применяются там, где нужен принцип «поставил и забыл». А обычные контакты даже производитель рекомендует чистить через несколько тысяч циклов замыканий.

У нас на предприятии на одном станке стоят соленоидные клапаны с питанием 24VDC 2А. Эти два клапана соединены параллельно, и включаются-выключаются с частотой примерно 1 раз в секунду.

Питание идёт через реле. И, несмотря на то, что номинальный ток реле 10А индуктивной нагрузки, приходилось менять его каждый месяц-два.

Поставили мы твердотелку – и забыли, работает без шума и проблем уже два года.

ТТР очень выгодно использовать там, где обычные контакты плохо справляются и горят как свечи, как в приведенном случае. То есть, нужна надежность. Например, когда надо часто коммутировать индуктивную нагрузку, где контакты залипают или выгорают. Либо, критическое значение имеет габариты устройства.

Что такое контактор и как его применить и выбрать — в моей статье.

А если Вам вообще интересно то, о чем я пишу, подписывайтесь на получение новых статей и вступайте в группу в ВК!

Часто ТТР применяют в системах регулирования температуры, где используются ТЭНы. Обычный пускатель (если ТЭН на 3 кВт и больше) развалится через год. Ведь, если нужна большая точность поддержания температуры и выставлен небольшой гистерезис, ТЭН будет включаться-выключаться очень часто. Самому ТЭНу от этого «не холодно, не жарко», а вот контактору придётся потрудиться в поте лица.

Применение в климатической камере 40А

На фото показано практическое применение. Климатическая камера, ТЭН 2,2 кВт, в защите — автомат С16. Управление с контроллера температуры. Щёлкает с периодом 2 секунды.

Виды ТТР

Где купить такие реле, не выходя из дома — см. ссылки в конце статьи.

Твердотельные реле по устройству и принципу работы можно разделить на следующие разновидности:

• По виду управляющего напряжения – переменное или постоянное (дискретные). Иногда на вход подключается переменный резистор, т.е. используется аналоговое управление, соответственно и выходное напряжение меняется плавно, как в диммере для освещения.
• По виду коммутируемого напряжения – переменное или постоянное.
• По количеству фаз для переменного напряжения – одна или три.
• Для трехфазных – с реверсом или без.
• По конструкции – монтаж на поверхность или на ДИН-рейку. Хотя, практически все производители предлагают переходные планки для универсального монтажа.

Кроме того, стандартной опцией для коммутации переменного напряжения является переключение в момент перехода через ноль.