категории: Препоръчани статии » Новаци електротехници
Брой преглеждания: 31654
Коментари към статията: 0

Какво е твърдо състояние реле и как да го използвате правилно

 

Във всички електрически вериги трябва да се включват и изключват инструментите и устройствата. За да направите това, използвайте превключващи устройства, може да бъде или обикновен превключвател или превключвател, или релета, контактори и т.н. Днес ще разгледаме едно от такива устройства - твърдотелно реле, нека да поговорим за това какво е да изберете и да се свържете към верига за контрол на товара.

Какво е твърдо състояние реле и как да го използвате правилно

Какво е това?


Твърдо състояние реле Това е устройство, изградено върху полупроводникови елементи и захранващи превключватели, като триаки, биполярни или MOS транзистори. В английски източници се наричат ​​твърдотелни релета SSR от Solid State Relay (което в буквалния превод е еквивалентно на руското име).

като при електромагнитни релета и други комутационни устройства, те са проектирани да контролират слаб сигнал с товар с по-високо напрежение или ток.


Разлики от електромагнитните релета

Конвенционалните релета, като всички електромагнитни комутационни устройства, работят по следния начин - има бобина, към която се подава ток от системата за управление или от бутонната станция. В резултат на тока, преминаващ през бобината, се появява магнитно поле, което привлича арматурата с контактната група. След това контактите се затварят и токът се влива в товара през тях.

Твърдотелните нямат контролна бобина и няма подвижна контактна група. Какво вътре в релето за твърдо състояние можете да видите по-долу. В него, както бе споменато по-горе, вместо захранващи контакти се използват полупроводникови превключватели: транзистори, триаци, тиристори и други, в зависимост от обхвата на приложение (дясна страна на снимката).

Разглобено твърдо реле

Това е основната разлика между полупроводниково реле и електромагнитно. В тази връзка, твърдото тяло има значително по-дълъг експлоатационен живот, тъй като няма механично износване на контактната група, също така си струва да се отбележи, че скоростта на полупроводникови релета е по-висока от тази на електромагнитните.

В допълнение към отсъствието на механично износване, по време на превключването няма искри или дъги, както и звуци от удари от контакти по време на превключване. Между другото, ако няма искри и дъгови разряди по време на превключването, твърдотрансплантационните релета могат да работят във взривоопасни помещения.


сравнение

Предимствата на твърдотелни релета в сравнение с електромагнитните релета са следните:

1. Безшумност.

2. Има доказателства, че техният MTBF от порядъка на 10 милиарда превключватели, което е 1000 или повече пъти повече от ресурса на електромагнитните релета.

3. Ако за електромагнитните релета напрежението от пренапрежение практически не е ужаснослед това електронната верига полупроводниковото реле в повечето случаи се проваляако не са взети решения за верига за ограничаване на тези импулси. Следователно сравняването на тези устройства по броя на превключването не винаги е правилно.

4. скорост полупроводниково реле е фракции и единици милисекунди, докато електромагнитното реле има от 50 ms до 1 s.

5. Консумацията на енергия е 95% по-ниска от консумацията на намотка на електромагнитни аналози.

Тези предимства обаче са обхванати от редица недостатъци:

  • Полупроводниковите релета се загряват по време на работа. Мощност, равна на произведението от спада на напрежението през превключвателя на захранването (от порядъка на 2 волта) и тока, преминаващ през него, се отделя в топлина;

  • В случай на претоварване и късо съединение има голяма вероятност от повреда на захранващия превключвател, капацитетът на претоварване обикновено е 10In за 10 ms - един период в мрежата с честота 50 Hz (може да варира в зависимост от използваните компоненти);

  • Прекъсвачът на веригата, най-вероятно, няма да има време да изключи преди релето да се повреди по време на късо съединение;

  • В случай на пренапрежения (мощност) - експлоатационният живот на твърдотелно реле може да приключи моментално.

  • Релетата на твърдо състояние имат ток на изтичане (до 7-10 mA) във връзка с това, ако те са в управляващата верига, например, LED лампи - последните ще мигат подобно на ситуацията с превключвателя с подсветка. Съответно, ще има напрежение на фазовия проводник дори когато релето е изключено!


Следващата таблица показва общите характеристики на твърдотелни релета от серията TSR (трифазни) и SSR (еднофазни) от производителя "FOTEK" (между другото, някои от най-често срещаните). По принцип другите производители ще имат подобни или подобни спецификации на продукта.

Изолационна устойчивост
> 50 MΩ / 500V DC
Вход / изход на диелектрична якост
Издържа 2.5 kV AC за 1 минута
Изключващ ток
Не повече от 7,5 mA
Капацитет на претоварване
До 10 номинални тока в рамките на 10 ms
Метод на превключване
При преминаване през нула (при модели за променлив ток) или моментално през оптрон (за постоянен ток)
Вградена защита
Серията SSR-F има сменяем предпазител

видове

Твърдотелните релета могат да бъдат класифицирани:

  • По вид ток (постоянен или променлив);

  • По сила на тока (ниска мощност, мощност);

  • Според метода на инсталиране;

  • По напрежение;

  • По броя на фазите;

  • По тип на управляващ сигнал (постоянен или променлив ток, аналогов вход за управление на променлив резистор, в схема 4-20 mA и т.н.).

  • По тип на превключване - превключване, когато напрежението преминава през нула (в променливотокови вериги), или превключване чрез контролен сигнал (например за регулиране на мощността).

Реле за монтаж на печатни платки
Релета за монтаж на радиатор

И така, по броя на фазите има еднофазни и трифазни релета. Но видовете управляващи сигнали са много повече. В зависимост от вътрешното устройство, твърдотелни релета могат да се управляват или с постоянно напрежение, или с променливо напрежение.

Най-често срещаните твърди релета, които се управляват от постоянно напрежение в диапазона от 3 до 32 волта. В този случай величината на контролираното напрежение трябва да бъде в този диапазон, а не да бъде равна на някаква конкретна стойност от него, което е много удобно, когато се интегрира в системи с различни напрежения.

Съществуват и полупроводникови релета, за управление на които се използва аналогов сигнал:

  • 4-20 mA;

  • 0-10 волта постоянен ток;

  • Променлив резистор 470-560 kOhm.

В този случай такива релета могат да се използват за регулиране на мощността на свързаното устройство, според принципа на фазовия контрол, Същият принцип на настройка се използва в домашните димери за осветление.

В таблицата по-долу виждате видовете управляващи сигнали на твърдотелни релета с метод на фазово управление от IMPULS.

Обърнете внимание на последните букви на маркировката (LA, VD, VA), за повечето производители те са еднакви и те казват, точно за вида на сигнала.

Видове управляващи сигнали за твърдотелни релета с метод на фазово управление от IMPULS

Както вече споменахме, във фазово контролирано реле, в зависимост от величината на управляващия сигнал, изходното напрежение се променя, което е показано на графиката по-долу.

Графика на релето на изходното напрежение
Зависимостта на напрежението в товара от контролния сигнал

Такова реле може да бъде разпознато по условното изображение в близост до входните клеми, например, снимката по-долу показва, че към входа е свързан променлив резистор 470-560 kOhm.

Твърдо реле на Fotek

Съществуват и твърдотелни релета с контролен сигнал от променлива мрежа от 220V, както е показано по-долу. Те са подходящи за използване като заместители на контактори с ниска мощност или електромагнитни релета.

Твърдо състояние релета с управляващ сигнал от променлив ток 220V

Маркиране и вид управление

За да определите "фазата" на релето, използвайте символите в началото на маркировката:

  • SSR - еднофазна;

  • TTR - трифазна.

Което е еквивалентно на еднополюсни и триполюсни комутационни устройства.

Силата на тока също е криптирана, например FOTEK го посочва във формата: Pxx

Където "xx" е токът в ампери, например, P03 - 3 ампера, а P10 - 10 ампера.

Етикет на твърдо реле

Ако маркировката съдържа буквата Н, тогава това реле е предназначено за превключване на пренапрежение.

В маркировката данните за типа управление са посочени в последните знаци, може да се различават от един производител до друг, но често имат тази форма и значение (данните се събират от различни производители):

  • VA - променлив резистор 470-560kOhm / 2W (фазово управление);

  • LA - 4-20mA аналогов сигнал (фазово управление);

  • VD - аналогов сигнал 0-10V DC (фазово управление);

  • ZD - управление 10-30 V DC (превключване при преминаване през нула);

  • ZD3 - управление 3-32V DC (превключване при преминаване през нула);

  • ZA2 - управление 70-280V AC (превключване при преминаване през нула);

  • DD3 - управление на постоянен токов сигнал 3-32V чрез верига на постоянен ток (превключване на постоянен ток);

  • DA - DC управление на сигнала, превключване на променлив ток.

  • AA - управление на променлив ток (220V), превключване на променлив ток.

Нека да го проверим на практика, да кажем, че се натъкнахте на такъв продукт, както е на фигурата по-долу, и искаме да знаем какво представлява.

Ако внимателно изучите надписите в близост до клемите за свързване на проводници, вече ще стане ясно, че това е реле за управление на променливотокови вериги от 90 до 480 волта, докато контролът се осъществява и с променлив ток с напрежение от 80 до 250 волта.

Ако се вижда само маркировката, тогава: "SSR" е еднофазен; "-10" - номинален ток от 10 ампера; “AA” - управление на променлив ток, превключване на променлив ток; “H” - за превключване на високо напрежение в силовата верига - до 480V (ако нямаше H, щеше да е до 380-400V).

А за консолидация и по-добро разбиране, изучете следната таблица с маркировките и характеристиките на твърдотелни релета.

Маркировки и характеристики на твърдотелни релета

приспособление

Вътрешната верига на твърдотелно реле зависи от това за какъв ток е предназначен (директен или променлив) и вида на сигнала за неговото управление. Нека разгледаме някои от тях.

Нека започнем с релето, което се управлява от постоянен ток и се превключва при преминаване на нула. Те понякога се наричат ​​"Z-Type твърди релета".

Z-Type твърдо състояние реле устройство

Тук, пинове 3-4 е входът на управляващия сигнал, който използва управление на оптрони, което се използва за галванична изолация на входни и изходни вериги.

Блокът, контролиращ прехода през 0, или както се нарича Zero Cross Circuit, следи фазата на напрежението в мрежата и когато преминава през нула, прави превключване на веригата (включване или изключване). Този метод се нарича също нулев превключвател на напрежение, той позволява да се намалят ударните токове при включване (тъй като напрежението в този момент е равно на нула) и скокове на самоиндукция на ЕМП при изключване на товара.

Подходящ за управление на резистивни, капацитивни и индуктивни товари. Не е подходящ за контрол на високо индуктивно натоварване (с cos cos <0,5), като трансформатори на празен ход. Също така този метод на управление не пречи на мрежата по време на превключването. По-долу виждате диаграми на управляващи сигнали, мрежово напрежение и ток на натоварване с този метод на управление.

Контролни сигнали

Схематично това се осъществява по следния начин:

Реле верига на Siemens

Тук напрежението от мрежата се подава към блок с триак и блок, който проследява прехода през нула. Елементи Q1, R3, R4, R5, C4 при високо напрежение блокират отвора на тиристора Т2, който управлява мощността триак Т1. Тогава превключването е възможно само с напрежение, близко до нула. Входната верига е направена на U1 - транзисторен оптрон, който през Q2 подава сигнал към управляващия електрод на драйвера на триака Т2.

Моментните релета са подредени малко по-различно от превключвателните релета при преминаване на нула. Липсва им каскадата ZCC.

При управление на променлив ток веригата се различава само при наличието на на входа на токоизправителя (диоден мост).

Схема на релейна схема

А при превключване на постояннотокови вериги триакът се заменя с транзистор.

DC-DC реле устройство

Има и универсални релета за постоянен и променлив ток, където се използва монтаж на транзистори. Като цяло има много схеми на изходни етапи на твърдо състояние релета, по-долу са примери за схеми на различни модели от производител като International Rectifier.

Примери за схема на различни модели на International Rectifier

В реле с метод на фазово управление ситуацията е малко по-различна. Той, подобно на димер, може да регулира силата на натоварване (изходно напрежение), за това към входа се прилага аналогов сигнал - напрежение, ток или е свързано променливо съпротивление. Като силов елемент тук се използва тиристор.Но имайте предвид, че поради този метод на настройка се появяват смущения в мрежата, за да се потисне кои мрежови филтри с дросели в общ режим се използват, но това е съвсем различна тема.

Фазови релета

Можете да видите разликите в превключването, когато преминавате през нула от фазово превключване на фигурата по-долу.

Разлики в превключването при преминаване през нула от фазовото превключване

Диаграми за връзка и функции за използване

Всъщност схемата на свързване на твърдотелни релета почти не се различава от конвенционалните. Как да се свържа? Нека да се оправим.

Диаграма за свързване на твърдо състояние на релето

Ако трябва да замените конвенционално 220V реле с 220V променлив ток, използвайте следната схема, например LDG LDSSR-10AA-H. Диаграмата например показва връзката чрез конвенционален превключвател или превключвател. Вместо това може да се подава сигнал за включване от термостат, контролер и други устройства.

Ако трябва да управлявате 220V верига, използвайки сигнал за ниско напрежение, можете да използвате FOTEK HPR-80AA.

Диаграма за окабеляване на релета FOTEK HPR-80AA

В тази схема 12VDC захранване се използва като източник на постоянен ток с ниско напрежение, които се използват широко като захранващи устройства за LED ленти. Между другото, дори можете да контролирате такова твърдо състояние реле, като приложите напрежение от зарядното устройство на мобилния телефон към входа, защото неговият изход е 5V, което е повече от минималния сигнал от 3V.

Обърнете внимание също така, че управляващото напрежение трябва да бъде напълно изключено, тъй като всяко реле има определени параметри, при които работи, например, горепосоченото напрежение е около 1 волта и може да се отклонява не при 3 номинални волта, а вече при 2,5 (Данните са осреднени например и могат да варират в зависимост не само от конкретен продукт, но и от условията на околната среда и инсталацията.)

Но припомнете, че има и реле с метод за фазов контрол. Диаграмите за свързване на такива релета са илюстрирани по-долу (илюстрация от инструкциите за тях).

Диаграми за свързване на релета

Въпросът е защо са необходими такива релета и къде се използват? Търсенето на отговора на този въпрос беше краткотрайно, веднага щом влязох в началото на заявката и веднага издадох опции за използване като захранващ ключ за управление на нагревателни елементи от термостати с мощност 4-20 mA или 0-10V.

Термостат с изход

Между другото, за индустриални приложения има и вътрешни разработки, например ARIES TPM132 и други модели, които могат да работят с изходни сигнали 4-20mA и 0-10V.

Използването на твърдо състояние реле за управление на тежък товар обаче не е възможно без охлаждане. За това се използва пасивно (обикновен радиатор) или активно охлаждане (радиатор + охладител).

Твърдо състояние реле охлаждане

Препоръките за избор на охладители са дадени в техническата документация за конкретно твърдо реле, така че не можете да давате универсален съвет.


заключение

Твърдотелните релета могат да се използват като електромеханични релета в някои случаи. Най-популярните опции в ежедневието е да смените контактора в електрически котел, поради силното му пукане при включване, съответно и включване ТЕНОВ ще замълчи.

Схемата на регулатора на мощността, базирана на еднофазно реле на твърдо състояние

Както и внедряването на различни мощни регулатори на мощност за едни и същи нагревателни елементи и други неща, за които се използва твърдотелно реле с аналогов вход от променливо съпротивление (тип VA).

Радиоаматьорите могат да сглобят най-простото твърдотелно реле, базирано на оптичен драйвер за триаци със ZCC тип MOC3041 и други подобни.

Схема на най-простото твърдотелно реле, базирано на оптичен драйвер за триаци с тип ZCC MOC3041

Вярвам, че това са достойни продукти за използване в различни инструменти за автоматизация, в допълнение, те не изискват поддръжка (с изключение на почистване на радиатори от прах), а експлоатационният живот може да се каже, че е неограничен. Те ще продължат няколко пъти по-дълго от контакторите, при условие че няма претоварвания, прегряване, късо съединение и пренапрежения!

Вижте също на electrohomepro.com:

  • Как безопасно да управлявате натоварване от 220 волта с помощта на Arduino
  • Примери за устройство и приложение на релето, как да изберете и правилно да свържете релето ...
  • Как лесно да контролирате мощно променливо напрежение
  • Междинни релета: цел, къде се прилагат и как се избират
  • Импулсни релета за управление на осветлението и тяхното използване

  •