Для контроля различного электронного оборудования требуется прибор, отличающийся миниатюрными размерами и высокой степенью надежности. К таким устройствам относятся твердотельные реле постоянного и переменного тока. Они нашли свое применение в бытовых и промышленных условиях. Реле можно самостоятельно собрать и установить своими руками без особых трудностей. Единственный критерий, препятствующий широкому распространению устройства – его стоимость. Прежде чем использовать твердотельное реле, нужно разобраться с его параметрами, принципом работы, конструкцией.
Принцип работы
Твердотельное реле – это модульный полупроводниковый прибор, используемый для замыкания и размыкания электрических сетей. Он представлен в виде транзисторов, симисторов, тиристоров. Твердотельные реле также называются SSR (solid state relay).
Основные компоненты, из которых состоит реле:
- входной узел;
- предохранители;
- триггерная цепь;
- развязка;
- узел переключения;
- защитная цепь;
- выходной узел.
Большая часть твердотельных реле применяется для автоматики, подключенной к электросети 20-480 Вольт.
Принцип действия устройства прост. В корпус реле входят два контакта и два управляющих провода. Их число может изменяться в зависимости от фаз, которые были подключены. Под действием напряжения происходит переключение основной нагрузки.
Работая с реле, нужно учитывать, что под высокими напряжениями есть риск появления небольших токов утечки, которые могут навредить технике. Это связано с тем, что в реле остается небольшое сопротивление.
Известные модели
Основные характеристики зависят от многих факторов. К популярным отечественным моделям, произведенным фирмами КИПпрбор, Протон, Cosmo, относятся:
- ТМ-О. Устройства со встраиваемой схемой «ноль», через которую проходит переход фазы.
- ТС. Модели, которые выключаются в любой момент времени.
- Наиболее популярные и используемые – ТМВ, ТСБ, ТСМ, ТМБ, ТСА. Они обладают выходной RC цепью.
- Тс/ТМ – силовые. Токи достигают значений 25 мА.
- ТСА, ТМА – применяются в чувствительных приборах.
- ТСБ, ТМБ – низковольтные модели. Напряжение не превышает 30 В.
- ТСВ, ТМВ – высоковольтные. Напряжение достигает 280 В.
К иностранным аналогам относятся изделия, произведенные фирмами Carlo Gavazzi, Gefran, CPC.
Расшифровка
Модели SSR, TSR (однофазные и трехфазные соответственно) являются самыми популярными. Их сопротивление равно 50 Мом и более при напряжении 500 В.
Записывается обозначение как SSR -40 D A H. SSR или TSR обозначает число фаз. 40 – нагрузка в Амперах. Буквой обозначается сигнал на входе (L 4-20 мА, D – 3-32 В при постоянном токе, V – переменное сопротивление, A – 80-250 В при переменном токе). Следующая буква – входное напряжение (А – переменное, D – постоянное). Последняя буква – диапазон выходных напряжений (Н – 90-480 В, нет буквы – 24-380 В).
Особенности работы с устройством
При работе с твердотельным реле 220в (управление 220), нужно придерживаться следующих правил:
- Соединение должно осуществляться винтовым способом. Оно является достаточно надежным. Спайка частей не нужна, скрутка запрещена.
- Нельзя допускать попадания пыли, воды и металлических предметов на реле. Они приводят к выходу из строя компонента.
- Нельзя прикладывать недопустимые внешние воздействия на корпус. К ним относятся заливание жидкостью, удары, вибрации, падения.
- Не трогать прибор во время работы. Корпус нагревается, из-за чего человек может получить ожог.
- Не устанавливать реле рядом с легковоспламеняемыми предметами.
- Перед подключением цепи следует убедиться в корректности собранных соединений.
- При нагреве корпуса выше 60 градусов требуется установка дополнительного охлаждения с помощью радиаторов.
- Нельзя допускать появления короткого замыкания на выходе.
При соблюдении требований к эксплуатации реле будет выполнять свою работу надежно и качественно весь заявленный срок.
Преимущества и недостатки
Твердотельные реле имеют ряд положительных качеств перед электромеханическими аналогами. К ним относятся:
- Долговечность. Полупроводниковый прибор способен выдержать до десятков тысяч циклов включения и выключения.
- Создается качественное подключение.
- Грамотный контроль нагрузки.
- Высокое быстродействие.
- Отсутствие электромагнитных помех в замкнутой сети.
- Быстрое срабатывание.
- Бесшумность работы.
- Миниатюрные размеры.
- Отсутствие дребезгов контактов.
- Высокая производительность.
- Возможность плавного перехода между сетями постоянного и переменного тока. Зависит от мощности и типа прибора.
- Широкая область применения.
- Выдерживает перегрузки в 2000.
- Защита от резких и больших скачков напряжения и тока.
Есть и ряд минусов, из-за которых электромеханическое реле может быть выгоднее в применении. В первую очередь это высокая стоимость изделия и сложность его покупки. Приобрести твердотельные реле можно только в профессиональном специализированном магазине электронных компонентов. Сложности возникают и при первичной коммутации – могут появиться высокие скачки тока. Возникающие в процессе работы микротоки также негативно сказываются на реле.
На работу устройства накладываются и эксплуатационные требования – в помещении должен быть нормальный уровень пыли и влажности. Оптимальные значения можно найти в документации к реле.
Твердотельные реле не могут работать с приборами, напряжение которых превышает 0,5 кВ. Повышение рекомендуемых значений может привести к расплавлению контактов.
Области применения
Несмотря на высокую цену, твердотельные реле активно применяются в различных сферах. Они успешно справляются со следующими задачами:
- Регулирование температуры с помощью тэна.
- Поддержка нужной температуры в технологических процессах.
- Коммутация управляющих цепей.
- Замена пускателей бесконтактного типа.
- Управление электрическими двигателями.
- Контроль нагрева трансформаторов.
- Регулирование уровня подсветки.
В каждом случае используется определенный тип реле.
Классификация твердотельных реле
Полупроводниковые твердотельные реле можно классифицировать по разным показателям. По особенностям контролирующего и коммутируемого напряжения выделяют:
- Твердотельные реле постоянного тока. Их используют в цепях постоянного электричества с мощностью от 3 до 32 Ватт. Отличаются высокими удельными характеристиками, наличием светодиодной индикации, надежностью. Рабочий температурный диапазон достаточно широк и составляет от -30 до +70 градусов.
- Реле переменного тока. Они отличаются низким уровнем электромагнитных помех, отсутствием шумов, малым потреблением электроэнергии. Диапазон рабочих мощностей составляет от 90 до 250 Вт.
- Реле с ручным управлением. С помощью таких устройств можно самостоятельно регулировать режим работы.
По типу напряжения выделяются однофазные и трехфазные реле. Однофазные приборы используются в сетях с силой тока от 100 до 120 А или от 100 до 500 А. В них управление осуществляется за счет получения аналогового сигнала и переменного резистора. Трехфазные реле используются для коммутации на трех фазах одновременно. Сила тока 10-120 А. Трехфазные модели служат дольше однофазных.
В отдельную группу из трехфазных твердотельных реле выделяют устройства реверсивного типа. Они отличаются маркировкой и бесконтактным соединением. Основной функцией является надежная коммутация каждой цепи по отдельности. Они защищают цепь от ложных срабатываний. Основное применение нашли в асинхронных двигателях. Для работы с реле необходима установка предохранителя или варистора.
По методу коммутации реле классифицируются так:
- устройства емкостного или редуктивного типа, а также приборы слабой индукции;
- со случайным или мгновенным срабатыванием;
- с фазным управлением.
По конструкции можно выделить модели, устанавливающиеся на дин рейку и на специальную планку переходного типа.
Советы по выбору
Купить твердотельные реле можно только в специализированном магазине электронной техники. Опытные специалисты помогут подобрать лучшее устройство для определенных целей. На стоимость изделия влияют следующие факторы:
- тип реле;
- наличие фиксирующих механизмов;
- материал корпуса;
- время включения;
- фирма-изготовитель и страна производства;
- мощность;
- необходимая энергия;
- габариты.
При покупке важно учесть, что должен быть запас по мощности, превышающий рабочую в несколько раз. Это убережет реле от поломок. Также дополнительно используются специальные предохранители. К самым надежным относятся:
- G R – используются в широком диапазоне нагрузок, отличаются высоким быстродействием.
- G S – работают во всем диапазоне токов. Надежно защищают устройство от превышения нагрузки электросети.
- A R – защищают компоненты полупроводникового устройства от короткого замыкания.
Такие приборы обеспечивают высокую защиту от поломок. Их стоимость сопоставима с ценой самого реле. Меньшими защитными свойствами и, соответственно, меньшей стоимостью обладают предохранители классов B, C, D.
Для надежной и стабильной работы реле нужно подобрать охлаждающий радиатор. Особенно это актуально при превышении температуры выше 60 градусов. Запас тока для обычного реле должен превышать рабочие токи в 3-4 раза. При работе с асинхронными двигателями этот показатель должен увеличиться до 8-9 раз.
Схемы подключения
Существуют различные способы подключения твердотельных полупроводников. Они зависят от особенностей подключаемой нагрузки. Дополнительно в схему могут включаться различные элементы управления.
К наиболее используемым схемам относятся:
- Нормально-открытая. Нагрузка находится под напряжением при наличии управляющего сигнала.
- Нормально-закрытая. Нагрузка находится под напряжением при отсутствии управляющего сигнала.
- Управляющее и нагрузочное напряжение равны. Используется для работы в сетях постоянного и переменного тока.
- Трехфазное. Может подсоединяться по-разному – «звезда», «треугольник», звезда с нейтралью».
- Реверсивное. Разновидность трехфазного реле. Включает в себя 2 контура управления.
Прежде чем собирать схему, ее нужно нарисовать на бумаге.
Подключение к сети производится через пускатели или контакты. При использовании трехфазного реле все 3 фазы должны быть подключены к соответствующим клеммам, расположенным сверху прибора. Маркируются верхние фазные контакты буквами A, B C, ноль – N.
На устройстве есть и нижние клеммы, маркирующиеся цифрами 1, 2, 3. Подключаются они по следующему алгоритму:
- 1 – к выходу катушки в контакторе.
- 3 – на любую фазу, которая проходит в обход реле.
- 2 – к нулю сети.
Силовые элементы подключаются следующим образом: фазы под напряжением нужно подсоединить к соответствующим клеммам на контакторе; нагрузочные проводники – на выход контактора; нули объединяются на общей шине в распределительной коробке.
Настройка реле будет рассмотрена на примере VP 380 А:
- Устройство включить в сеть.
- Посмотреть на дисплей. При отсутствии напряжения будут мигать цифры. Появление черточек сигнализирует об изменении чередования фаз или отсутствии одной из них.
В нормальном состоянии электросети примерно через 15 секунд должны замкнуться контакты 1 и 3, подающие питание на катушку и в сеть.
Если подключение выполнено неверно, экран будет мигать. Тогда нужно проверить его правильность. Выставить необходимые настройки можно с помощью кнопок на корпусе. Кнопки с треугольниками отвечают за выставление нужных пределов.