Твердотельные реле

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.

Это полупроводниковое устройство может иметь различные конструкции и схемы подключения, от которых зависят и сферы применения прибора.

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:

  1. Входной узел с предохранителями.
  2. Триггерная цепь.
  3. Оптическая (гальваническая) развязка.
  4. Переключающий узел.
  5. Защитные цепи.
  6. 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.

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.

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 380В. Поэтому эти полупроводниковые устройства, в зависимости от количества фаз, разделяются на:

Однофазные ТТР позволяют работать с токами 10-100 или 100-500А. 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 10-120А.

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:

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.

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 ним 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.

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.

Под нормально-открытым (разомкнутым) подразумевается 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

Под нормально замкнутым 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.

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.

Читайте также:  Продольная компенсация реактивной мощности - физический смысл и техническая реализация

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;
  • управление электродвигателями;
  • схемы датчиков движения, освещения, фотодатчиков и т.п.;
  • источники бесперебойного питания.

С увеличением автоматизации бытовой техники твердотельные реле приобретают все большее распространение, а развивающиеся полупроводниковые технологии постоянно открывают новые сферы их применения.

Выводы и полезное видео по теме

Представленные видеоролики помогут лучше понять работу твердотельных реле и ознакомиться со способами их подключения.

Практическая демонстрация работы простейшего твердотельного реле:

Разбор разновидностей и особенностей работы твердотельных реле:

Тестирование работы и степени нагрева ТТР:

Смонтировать электрическую цепь из твердотельного реле и датчика может практически каждый человек. Однако планирование рабочей схемы требует базовых знаний в электротехнике, потому что неправильное подключение может привести к удару током или короткому замыканию. Зато в результате правильных действий можно получить массу полезных в быту приборов.

Источник: http://sovet-ingenera.com/elektrika/rele/tverdotelnoe-rele.html

Твердотельные реле

Что такое твердотельное реле

Сегодня мы видим как в бытовой электрике и промышленной автоматике происходит интенсивная замена обычных электромагнитных реле и пускателей на их электронные твердотельные аналоги.

Твердотельное реле – это модульные полупроводниковые приборы, содержащие мощные силовые ключи на симисторных, тиристорных либо транзисторных структурах.

Они применяются для замены традиционных электромагнитных реле и контакторов.

Компания ИнСАТ предлагает твердотельные реле следующих производителей:

Твердотельное реле KIPPRIBOR

Компания KIPPRIBOR выпускает широкую номенклатуру твердотельных реле, рассчитанных на коммутацию как однофазных, так и трех фазных линий. В номенклатуре KIPPRIBOR представлены устройства для комутации переменного тока 40-440 В и постоянного тока 20-250 В. Максимальный комутируемый ток зависит от типа реле и лежит в диапазоне от 5А до  250А. В зависимости от модификации управление переключением осуществляется либо сигналом постоянного тока 3-32 В, либо сигналом переменного тока 90-250 В, либо сигналом от переменного резистора (аналоговое управление мощностью – ФИМ преобразование) 470-550 кОм. По типу нагрузки твердотельные реле делятся на однофазные и трехфазные. Широкий диапазон коммутируемого напряжения – 40…440 В позволяет использовать их для управления нагрузками в различных областях промышленности.

По типу управления можно выделить 4 группы:

  • управление напряжением постоянного тока (3…32 В);
  • правление напряжением переменного тока (90…250 В);
  • ручное управление выходным напряжением с помощью переменного резистора (470-560 кОм, 0,25-0,5 Вт);
  • ручное управление выходным напряжением с помощью аналогового сигнала 4-20 мА.

Различные варианты управляющих сигналов позволяют применять твердотельные реле в качестве коммутационных элементов в разнотипных системах автоматического управления.

По способу коммутации реле могут быть:

  • с контролем перехода через ноль. Применяются для коммутации резистивных (электрические нагревательные элементы, лампы накаливания), емкостных (помехоподавляющие сглаживающие фильтры, имеющие в своем составе конденсаторы) и слабоиндуктивных (катушки соленоидов, клапанов) нагрузок. При подаче управляющего сигнала, напряжение на выходе такого реле появляется в момент первого пересечения линейным напряжением нулевого уровня. Это позволяет уменьшить начальный бросок тока, снизить уровень создаваемых электромагнитных помех и, как следствие, увеличить срок службы управляемых с помощью данного реле устройст. Недостатком устройств данного типа является невозможность коммутации высокоиндуктивной нагрузки, когда cos φ

Источник: https://www.100amper.ru/catalog/relay-contactors/tverdotelnye_rele/

Твердотельное реле тока — где купить, характеристики, принцип работы

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:

  1. 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
  2. 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:

  1. 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;
  2. Этот аналог обычного реле обеспечит качественное бесконтактное подключение и контроль нагрузки;
  3. 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;
  4. Широкая область использования. Его можно применять в различных отраслях промышленности, бытовых условиях и т. д.;
  5. Они выдерживают перегрузки даже на 200% выше номинально указанных.Даже после многочисленных перегрузок им не понадобится замена;
  6. 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:

  1. Силовое оптореле можно подключить только винтовым способом, сварка и пайка повредят хрупкие контакты;
  2. При работе устройство сильно нагревается, поэтому возле него не должно быть легковоспламеняющихся деталей;
  3. 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;
  4. 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):

  1. ТМ-0 оснащены встроенный схемой «ноль», через которую осуществляется переход фаз;
  2. ТС могут включаться в любой момент фазы;
  3. 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;
  4. ТС/ТМ относятся к силовым. Ток доходит до 25мА;
  5. ТСА и ТМА имеют основное назначение – специальные чувствительные к перепадам напряжения приборы;
  6. ТСБ/ТМБ – это низковольтные модели (до 30 В);
  7. 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

ОЦЕНИТЬ:(1

Источник: https://www.asutpp.ru/tverdotelnoe-rele.html

Твердотельное реле

Что нужно знать о твердотельном реле? Где применяется и как оно устроено? Ответы на эти вопросы Вы найдете в этом разделе нашего портала.

Твердотельное реле – это класс современных модульных полупроводниковых приборов, выполненных по гибридной технологии, содержащих в своем составе мощные силовые ключи на симисторных, тиристорных либо транзисторных структурах. Они с успехом используются для замены традиционных электромагнитных реле, контакторов и пускателей. Твердотельные реле обеспечивают наиболее надежный метод коммутации цепей.

Твердотельное реле представленным широким диапазоном модификаций для коммутации как малых, так и больших токов нагрузки, а также специальной серии для выполнения специфических задач коммутации.

ТТР обеспечивает надежную гальваническую изоляцию входных и выходных электрических цепей друг от друга, а также токоведущих цепей от элементов конструкции прибора, поэтому применение дополнительных мер изоляции цепей не требуется.

Читайте также:  Виды электрических конденсаторов

Модификации твердотельных реле:

Однофазные твердотельные релеКоммутация при переходе тока через ноль: Однофазные твердотельные релеНепрерывное управления:
Однофазные твердотельные релеДля коммутации цепей постоянного тока: Однофазные твердотельные релев корпусе промышленного исполнения:
Трехфазные твердотельные реле: Радиаторы охлаждения:

Общие рекомендации по выбору твердотельных реле

Нагрев твердотельных реле при коммутации нагрузки обусловлен электрическими потерями на силовых полупроводниковых элементах. Увеличение температуры твердотельных реле накладывает ограничение на величину коммутируемого тока, поскольку чем выше температура ТТР, тем меньший ток оно способно коммутировать.

Достижение температуры в 40° C не вызывает существенного ухудшения рабочих параметров, а нагрев твердотельного реле в 60° С существенно снижает допустимую величину коммутируемого тока: нагрузка может отключаться не полностью, а само твердотельное реле перейти в неуправляемый режим работы и даже выйти из строя.

Следовательно, при длительной работе твердотельного реле в номинальных, и особенно, «тяжелых» режимах (при длительной коммутации при токах нагрузки свыше 5 А) требуется применение радиаторов или воздушного охлаждения для рассеивания тепла.

При повышенных нагрузках, например, в случае нагрузки индуктивного характера (соленоиды, электромагниты и т.п.

), рекомендуется выбирать твердотельное реле с большим запасом по току (в 2-4 раза), а в случае применения твердотельных реле для управления асинхронным электродвигателем необходим 6-10 кратный запас по току.

При работе с большинством типов нагрузок включение ТТР сопровождается скачком тока (пусковой перегрузкой) различной длительности и амплитуды, и это необходимо учитывать при выборе твердотельного реле.

Для различных типов нагрузок можно указать следующие величины пусковых перегрузок:

  • чисто активные нагрузки (нагреватели типа ТЭН) дают минимально возможные скачки тока, которые практически устраняются при использовании твердотельного реле с переключением в нуле;
  • лампы накаливания, галогенные лампы при включении пропускают ток в 7…12 раз больше номинального;
  • флуоресцентные лампы в течение первых секунд (до 10 сек) дают кратковременные скачки тока, в 5-10 раз превышающие номинальный ток;
  • ртутные лампы дают тройную перегрузку по току в течение первых 3-5 мин;
  • обмотки электромагнитных реле переменного тока: ток в 3…10 раз больше номинального в течение 1-2 периодов;
  • обмотки соленоидов: ток в 10…20 раз больше номинального в течение 0,05 – 0,1 сек;
  • электродвигатели: ток в 5…10 раз больше номинального в течение 0,2 – 0,5 сек;
  • высокоиндуктивные нагрузки с насыщающимися сердечниками (трансформаторы на холостом ходу) при включении в фазе нуля напряжения: ток в 20-40 раз больше номинального в течение 0,05 – 0,2 сек;
  • емкостные нагрузки при включении в фазе, близкой к 90°: ток в 20-40 раз больше номинального в течение времени от десятков микросекунд до десятков миллисекунд.

Способность твердотельных реле выдерживать токовые перегрузки характеризуются величиной ударного тока, т.е. амплитудой одиночного импульса заданной длительности (обычно 10 мс).

Для реле постоянного тока эта величина обычно в 2 – 3 раза превосходит значение максимально допустимого постоянного тока, для тиристорных реле это соотношение около 10.

Для токовых перегрузок произвольной длительности можно исходить из эмпирической зависимости: увеличение длительности перегрузки на порядок ведет к уменьшению допустимой амплитуды тока.

Выбор номинального тока твердотельного реле для конкретной нагрузки заключается в подборе запаса по номинальному току реле и введением дополнительных мер по уменьшению пусковых токов (токоограничивающие резисторы, реакторы и т.д.).

Для повышения устойчивости твердотельного реле к импульсным помехам параллельно коммутирующим контактам в ТТР имеется цепь, состоящая из последовательно включенных резистора и емкости (RC-цепочка).

Для более полной защиты от источника перегрузки по напряжению со стороны нагрузки необходимо включить защитные варисторы параллельно каждой фазе твердотельного реле.

Общая классификация твердотельных реле (ТТР) KIPPRIBOR по типу коммутируемой сети

Твердотельное реле для коммутации однофазной сети:

  • могут использоваться для коммутации трехфазной сети при использщовании одного однофазного твердотельного реле на каждую фазу;
  • позволяют осуществлять коммутацию нагрузки с любой схемой включения («Звезда», «Звезда с нейтралью» и «Треугольник»). Применение отдельного твердотельного реле для коммутации каждой из 3-х фаз существенно повышает надежность коммутации, а, следовательно, и надежность всей системы управления в целом;
  • позволяют коммутировать нагрузку резистивного и индуктивного типа;

Твердотельное реле для коммутации трехфазной сети:

  • Позволяют осуществлять коммутацию нагрузки с любой схемой включения («Звезда», «Звезда с нейтралью» и «Треугольник»);
  • ТТР Кипприбора позволяют коммутировать нагрузку только резистивного типа.

Токи утечки в цепи применительно к твердотельным реле

В общем случае ток утечки – это ток, который протекает в землю или на сторонние проводящие части в неповрежденной электрической цепи.

Применительно к твердотельным реле ток утечки – это ток, присутствующий в цепи нагрузки, даже при отсутствии на твердотельном реле управляющего напряжения.

Ток утечки в твердотельном реле обусловлен наличием встроенной параллельно цепи нагрузки RC-цепочки, через которую при подведенном к ТТР напряжении всегда протекает ток, даже когда коммутационный элемент твердотельного реле находится в «выключенном состоянии».

RC-цепочка (снабберная RC цепь)

RC-цепочка (снабберная RC цепь) – электрическая цепь из последовательно включенных емкости (конденсатора) и сопротивления (применительно к твердотельным реле). RC- цепочка повышает надежность работы ТТР в условиях действия импульсных помех (перенапряжений) и ограничивает скорость нарастания напряжения на коммутационном элементе, что особенно важно при коммутации индуктивной нагрузки.

Типы нагрузок твердотельных реле. Общая классификация

Индуктивная нагрузка – электрическая нагрузка с большой индуктивной составляющей. К такой нагрузке относятся электрические аппараты, в составе которых имеются электрические катушки либо обмотки: соленоиды клапанов, трансформаторы, электродвигатели, дроссели и пр.

Особенностью индуктивной нагрузки являются высокие потребляемые токи при её включении (пусковые токи), вызванные переходными электрическими процессами.

Пусковые токи высокоиндуктивной нагрузки могут превышать номинальный ток в несколько десятков раз и быть достаточно длительными, поэтому при применении твердотельного реле для коммутации индуктивной нагрузки необходимо выбирать номинал твердотельного реле (ТТР) с учетом пусковых токов нагрузки.

Резистивная нагрузка – электрическая нагрузка в виде сопротивления (резистора), на котором происходит преобразование электрической энергии в тепловую.

К резистивной нагрузке относится большинство нагревателей (ТЭНов).

Нагрузка регистивного типа характеризуется относительно низкими пусковыми токами, что позволяет использовать для коммутации регистивной нагрузки твердотельные реле с минимальным запасом по току (как правило с запасом в 25%).

Но есть исключения, яркий пример – лампы накаливания, хоть и являются по сути резистивной нагрузкой, но имеют достаточно высокие пусковые токи (до 12 * Iном), что обусловлено очень большим разбросом сопротивления нихромовой спирали при разных температурах.

ТЭН – нагреватель в виде металлической трубки, заполненный теплопроводящим электрическим изолятором, в центре которого установлен нагревательный элемент определенного сопротивления. В качестве нагревательного элемента обычно используется нихромовая нить. ТЭН относится к нагрузке резистивного типа с малыми пусковыми токами.

Классификация твердотельных реле (ТТР) KIPPRIBOR по диапазону коммутируемого напряжения

Стандартный диапазон коммутации для ТТР Kippribor: 40…440 VAC – этот широкий диапазон коммутируемого напряжения (в сети переменного тока) позволяет использовать твердотельные реле KIPPRIBOR для управления нагрузками в различных областях промышленности;

Диапазон коммутации постоянной нагрузки: в твердотельных реле серии HD-xx.25DD3 используется диапазон коммутируемого напряжения 20…250 VDC для коммутации нагрузки постоянного тока;

Диапазоны регулирования напряжения при управлении нагрузкой: в твердотельных реле серии HD-xx.44VA используется диапазон регулирования нагрузки 10…440 VAC для регулирования напряжения с помощью внешнего переменного резистора;

в твердотельных реле серии HD-xx.2210U используется диапазон регулирования переменного напряжения 10…220 VAC.

Класс по напряжению – применительно к полупроводниковым приборам (тиристорам) обозначает максимально допустимое значение повторяющегося импульсного напряжения в закрытом состоянии и максимально допустимое значение обратного напряжения, приложенного к полупроводниковому элементу.

Класс по напряжению обычно маркируется цифрами в виде количества сотен вольт, например, 9-й класс по напряжению будет означать, что данный полупроводниковый элемент выдерживает максимальное пиковое напряжение 900 Вольт.

Для сети питания с номинальным напряжением 220 Вольт рекомендуется использовать полупроводниковые элементы не ниже 9-го класса по напряжения, т.е.

они должны обладать способностью выдерживать максимальное пиковое напряжение в 900 Вольт.

Классификация твердотельных реле KIPPRIBOR по типу управляющего сигнала

В зависимости от модификации твердотельные реле KIPPRIBOR могут иметь следующие типы управляющих сигналов:

· управляющее напряжение постоянного тока 3…32 В;

· управляющее напряжение переменного тока 90…250 В;

· ручное управление выходным напряжением с помощью переменного резистора (470-560 кОм, 0,25-0,5 Вт);

· аналоговое управление выходным напряженим с помощью унифицированного сигнала напряжения 0…10 В.

Различные варианты управляющих сигналов позволяют применять твердотельные реле KIPPRIBOR в качестве коммутационных элементов в разнотипных системах автоматического управления.

Подробнее о применениях твердотельных реле см. раздел Применения Твердотельных реле.

Классификация твердотельных реле KIPPRIBOR по способу коммутации

Твердотельные реле с контролем перехода через 0

Твердотельные реле с контролем перехода через ноль применяются для коммутации:

· резистивных нагрузок: электрических нагревательных элементов (ТЭНов), ламп накаливания и т.п.

· емкостных нагрузок: например, помехоподавляющих сглаживающих фильтров, имеющих в своем составе конденсаторы;

· слабоиндуктивных нагрузок: катушек соленоидов, клапанов и т.п.

При подаче управляющего сигнала на твердотельное реле с контролем перехода через ноль, напряжение на его выходе появляется в момент первого пересечения линейным напряжением нулевого уровня. Это позволяет уменьшить начальный бросок тока, снизить уровень создаваемых электромагнитных помех и, как следствие, увеличить срок службы коммутируемых нагрузок.

Однако ТТР с контроем перехода через ноль не могут коммутировать высокоиндуктивную нагрузку, когда cos φ

Источник: https://elprorus.com/blog/tverdotelnoe-rele/

Твердотельные реле

Сегодня мы видим как в бытовой электрике и промышленной автоматике происходит интенсивная замена обычных электромагнитных реле и пускателей на их электронные твердотельные аналоги.

Твердотельное реле – это модульные полупроводниковые приборы, содержащие мощные силовые ключи на симисторных, тиристорных либо транзисторных структурах. Они применяются для замены традиционных электромагнитных реле и контакторов.

Читайте также:  Электрическая схема оросительной насосной станции

Производители

Компания ИнСАТ предлагает твердотельные реле следующих производителей:

  • Твердотельные реле KIPPRIBORКомпания KIPPRIBOR выпускает широкую номенклатуру твердотельных реле, рассчитанных на коммутацию как однофазных, так и трех фазных линий. В номенклатуре KIPPRIBOR представлены устройства для комутации переменного тока 40-440 В и постоянного тока 20-250 В. Максимальный комутируемый ток зависит от типа реле и лежит в диапазоне от 5А до  250А. В зависимости от модификации управление переключением осуществляется либо сигналом постоянного тока 3-32 В, либо сигналом переменного тока 90-250 В, либо сигналом от переменного резистора (аналоговое управление мощностью – ФИМ преобразование) 470-550 кОм.

Классификация

По типу нагрузки твердотельные реле делятся на однофазные и трехфазные. Широкий диапазон коммутируемого напряжения – 40…440 В позволяет использовать их для управления нагрузками в различных областях промышленности.

По типу управления можно выделить 4 группы:

  • управление напряжением постоянного тока (3…32 В);
  • правление напряжением переменного тока (90…250 В);
  • ручное управление выходным напряжением с помощью переменного резистора (470-560 кОм, 0,25-0,5 Вт);
  • ручное управление выходным напряжением с помощью аналогового сигнала 4-20 мА.

Различные варианты управляющих сигналов позволяют применять твердотельные реле в качестве коммутационных элементов в разнотипных системах автоматического управления.

По способу коммутации реле могут быть:

  • с контролем перехода через ноль. Применяются для коммутации резистивных (электрические нагревательные элементы, лампы накаливания), емкостных (помехоподавляющие сглаживающие фильтры, имеющие в своем составе конденсаторы) и слабоиндуктивных (катушки соленоидов, клапанов) нагрузок. При подаче управляющего сигнала, напряжение на выходе такого реле появляется в момент первого пересечения линейным напряжением нулевого уровня. Это позволяет уменьшить начальный бросок тока, снизить уровень создаваемых электромагнитных помех и, как следствие, увеличить срок службы управляемых с помощью данного реле устройст. Недостатком устройств данного типа является невозможность коммутации высокоиндуктивной нагрузки, когда cos φ

Источник: https://insat.ru/products/?category=1085

Твердотельное реле (SSR)

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

  1. Меньшие габариты по сравнению с «электромагнитным собратом»
  2. Бесшумное переключение и работа
  3. Высокая надёжность и долгий срок службы
  4. Высокая скорость переключения (сравнима со скоростью света)
  5. Отсутствие эффекта искрения и подгорания контактов
  6. Сравнительно высокая стоимость
  7. 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

  1. 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.
  2. Тип коммутируемого напряжения.

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

  3. Максимальный ток нагрузки  —  выбирается сообразно с мощностью предполагаемой нагрузки.

  4. 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.

Источник: http://lazysmart.ru/osnovy-avtomatiki/tverdotel-noe-rele-ustrojstvo-printsip-raboty-i-primenenie/

Что такое твердотельное реле

Твердотельное реле ( SSR — Solid State Relay) — это разновидность обычного электромеханического реле или контактора, нашедшая на сегодняшний день широкое применение в промышленности.

То есть также как и обычное реле, твердотельное служит для коммутации мощной нагрузки с помощью небольшого управляющего сигнала.

В отличии от электромеханического реле твердотельное не имеет механических подвижных контактов, оно выполнено полностью на полупроводниковых элементах.

Это позволяет значительно повысить срок эксплуатации реле, избавиться от шума и дребезга контактов, сократить собственное энергопотребление, исключить электромагнитные помехи при включении, увеличить быстродействие.

Но с другой стороны у твердотельных реле есть и ряд минусов.

Во первых твердотельные реле при работе сильно нагреваются, что обусловлено электрическими потерями на силовых полупроводниковых элементах. И чем больше мощность нагрузки, тем больше нагрев. Поэтому им необходимо обеспечить хороший теплоотвод.

Для этого необходим охлаждающий радиатор, а при «тяжелых» режимах работы еще и вентилятор. Нормальной температурой реле, не влияющая на снижение эффективности работы считается примерно 40°C.

При повышении температуры до 60°C твердотельные реле могут работать нестабильно, даже выйти из строя.

Во вторых это конечно цена, которая на сегодняшний день превышает цену обычных контакторов в несколько раз.

В третьих необходимо помнить, что твердотельные реле всегда необходимо выбирать с запасом по номинальному току в 2-4 раза, а в случае с индуктивной нагрузкой в 6-10 раз, что неизбежно приводит опять же к увеличению стоимости реле.

Но даже несмотря на эти недостатки, при грамотном подходе к выбору использование твердотельных реле полностью себя оправдывает.

Например там, где частота включений-выключений нагрузки очень высокая, обычные контакторы могут не справляться со своими обязанностями из-за ограниченного ресурса коммутаций, а твердотельные реле могут спокойно работать годами.

Наиболее широко твердотельные реле применяются в системах нагрева и температурного контроля.

Принцип действия твердотельного реле следующий: управляющий сигнал через оптопару, которая обеспечивает гальваническую развязку, поступает на схему управления, которая управляет выходным ключом. В качестве выходного ключа могут применяться тиристоры, симисторы — при работе на переменном токе и транзисторы — при работе на постоянном токе.

По способу коммутации твердотельные реле делятся на два основных типа:

— управление с контролем перехода через 0

Данный метод заключается в том, что при подаче управляющего сигнала на вход, на выходе реле включится только когда значение переменного напряжения достигнет нулевого уровня. Благодаря такому методу уменьшается начальный бросок тока, снижается уровень электромагнитных помех. Минус такого типа реле в том, что они не способны коммутировать высокоиндуктивную нагрузку.

Реле данного типа используются для коммутации резистивных (ТЭНЫ, лампы накаливания), емкостных ( помехоподавляющие фильтры), слабоиндуктивных нагрузок (соленоиды, клапаны).

— фазовое управление

Данный метод интересен тем, что при изменении какого-либо параметра на входе, на выходе можно менять величину выходного напряжения, тем самым регулируя мощность нагрузки.

Реле такого типа можно управлять индуктивными и резистивными нагрузками, регулировать мощность нагревательных элементов.

Как правильно подобрать твердотельное реле

На правильный выбор ТТР в первую очередь влияют такие параметры как:

  • ток нагрузки — номинальный, пусковой
  • тип нагрузки — индуктивный, резистивный, емкостной
  • коммутируемое напряжение — переменное, постоянное. Для переменного также имеет значение количество фаз.
  • управляющее напряжение — переменное, постоянное

Расшифровка номенклатуры твердотельных реле

На примере реле BDH 20044 ZD3 фирмы KIPPRIBOR рассмотрим как расшифровываются их технические характеристики:

B — Тип корпуса промышленного исполнения

D — Однофазное реле

H — Тип выходного силового элемента — тиристор SCR типа на керамической подложке. Представляет из себя полупроводниковый ключ, выполненный методом нанесения на металлическое основание изолирующей керамической подложки, на которую затем наносятся кристалы полупроводниковой структуры тиристора.

200 — максимальный допустимый ток нагрузки

44 — Номинальное коммутируемое напряжение 440 V AC

ZD3 — Тип управляющего сигнала коммутируемого напряжения 3-32 DC коммутация переменного тока

Подключение твердотельных реле

В качестве нагрузки возьмем обычную лампу накаливания. Один провод подключаем напрямую на лампу.

В разрыв другого провода подключаем выходные контакты реле.

На входные контакты соблюдая полярность подключаем источник питания постоянного тока, в моем случае 12В. На белый провод подключаем плюсовой вывод, на красный — минус.

И выходные контакты сработали, лампа загорелась. О срабатывании реле также сигнализирует светодиод на его корпусе.

Вот и все, ничего сложного.

Источник: http://electric-blogger.ru/stati/chto-takoe-tverdotelnoe-rele.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector