Что такое твердотельное реле, назначение, принцип работы
В сфере электротехники набирают популярности устройства, построенные на базе полупроводников и обеспечивающие бесконтактную коммутацию силовых цепей. Одним из таких изделий является твердотельное реле, которое применяется в промышленной сфере и быту.
Что это такое? В каких случаях рекомендуется его использование? О каких конструктивных особенностях важно знать? Как осуществляется подключение и управление устройством? Эти и другие нюансы рассмотрим в статье.
Определение
Твердотельное реле — устройство электронного типа, один из видов реле, в котором нет движущихся элементов. Изделие применяется для подачи тока или разрыва цепи путем внешнего управления (действием небольшого напряжения).
Твердотельное реле (сокращено — ТТР) имеет внутри датчик, реагирующий на подачу управляющего сигнала. Кроме того, в составе изделия имеется твердотельная электроника, в том числе включающая цепочка, способная коммутировать большие I.
Устройство может устанавливаться в цепях переменного и постоянного тока, часто применяется как обычное реле. Главная разница в том, что в ТТР нет механических контактов.
Показания к применению
Твердотельные реле рекомендуются к применению в случаях, когда стандартные устройства не справляются с обязательствами. К примеру, когда в процессе коммутации они плавятся или сгорают.
С помощью ТТР гарантируется надежность цепи и своевременная подача напряжения к нагрузке. В отличие от простых устройств, для ТТР не проблема справиться с нагрузкой индукционного характера.
Кроме того, твердотельное устройство стоит использовать при дефиците места в процессе монтажа и при высоких требованиях надежности цепи.
Где используются?
Твердотельные реле — уникальные устройства, которые после монтажа не требуют особого обслуживания. Здесь работает принцип «установил и забыл». К примеру, в простых моделях очистка контактной группы осуществляется с определенной периодичностью — как правило, через определенное число циклов. Если изделие работает редко, это не вызывает проблем.
Но как быть с аппаратурой, для работы которой требуется частое срабатывание — один раз в секунду или даже чаще? Пример такой техники — станок с клапанами соленоидного типа.
Подача напряжения происходит через реле, которому приходится разрывать до десяти ампер индуктивного I. Если поставить контактное устройство, его замену придется осуществлять раз в 1-2 месяца. Если поставить твердотельный аналог, об этом можно забыть на долгие годы.
Несмотря на надежность работы, ТТР требуют периодического осмотра. Базовые рекомендации в этом вопросе дает производитель изделия. Как правило, речь идет о проверке факта замыкания контактов, целостности корпуса и изоляции.
Виды твердотельных реле
ТТР условно разделяются по двум критериям — принципу действия и конструктивным особенностям. Чтобы упростить классификацию, выделим следующие варианты:
Внутривидовые отличия
Кроме основной классификации, стоит выделить отличия внутри существующих видов ТТР.
Выделяются такие типы:
В чем особенности?
При создании твердотельного реле удалось исключить появление дуги или искр в процессе замыкания/размыкания контактной группы. В результате срок службы прибора увеличился в несколько раз. Для сравнения лучшие варианты стандартных (контактных) изделий выдерживают до 500 000 коммутаций. В рассматриваемых ТТР такие ограничения отсутствуют.
Стоимость твердотельных реле выше, но простейший расчет показывает выгоду их применения. Это обусловлено следующими факторами — экономией электроэнергии, продолжительным ресурсом работы (надежностью) и наличием управления с помощью микросхем.
Выбор достаточно широк, чтобы подобрать устройство с учетом поставленных задач и текущей стоимости. В продаже имеются как небольшие приборы для установки в бытовых цепях, так и мощные устройства, используемые для управления двигателями.
Как отмечалось ранее, ТТР отличаются по типу коммутируемого напряжения — они могут быть рассчитаны на постоянный или переменный I. Этот нюанс требуется учесть при выборе.
К особенностям твердотельных моделей стоит отнести чувствительность прибора к нагрузочным токам. Чтобы избежать такой проблемы в процессе эксплуатации, важно внимательно подойти к процессу монтажа и установить в цепи ключа защитные устройства.
Кроме того, важно отдавать предпочтение ключам, имеющим рабочий ток в два или три раза превышающий коммутируемую нагрузку. Но и это не все.
Для дополнительной защиты рекомендуется предусмотреть в схеме предохранители или автоматические выключатели (подойдет класс «В»).
Конструктивные особенности
В основе твердотельного реле лежит электронная плата, в состав которой входит три главных элемента — узлы управления и развязки, а также силовой ключ. В роли силовых элементов применяются такие детали:
Развязка цепи обеспечивается оптронами — изделиями, состоящими из излучающего и принимающего свет устройства. Между ними установлен диэлектрик, имеющий прозрачную структуру.
Управляющий узел выполнен в виде стабилизирующей схемы, обеспечивающей оптимальные уровни тока и напряжения для излучающего свет элемента. Напряжение на входе схемы должно быть от 70 до 280 Вольт.
Что касается напряжения нагрузки, его величина — до 480 Вольт. Расположение электроприбора (до или после ТТР) не имеет значения.
Как правило, устройство монтируется после нагрузки с последующим подключением к «земле». При таком варианте схемы удается защитить внутренние элементы от протекания тока КЗ (он потечет через заземляющий провод).
Принцип действия
Зная конструктивные особенности твердотельного реле, легче понять принцип его действия. В приборе взаимодействуют два сигнала — управляющий и управляемый, что обеспечивается благодаря гальванической развязке.
В некоторых моделях ТТР эту функцию берет на себя оптрон. Напряжение, обеспечивающее управление устройством, подается и на светодиод.
Свечение последнего поступает на фотодиод, что приводит к появлению тока, включению МОП или тиристора для управления подключенным аппаратом.
Кроме того, в процессе создания схемы допускается применение специальных оптоэлектронных устройств — опто- и фототиристоров.
Отличия и плюсы твердотельных реле (в сравнении с электромеханическими)
При выборе ТТР у покупателя возникает ряд вопросов — зачем переплачивать за твердотельное реле, в чем его преимущества перед стандартными электромеханическими устройствами. Выделим главные плюсы:
Недостатки
Кроме положительных качеств твердотельных реле, стоит выделить и ряд недостатков:
Выбор твердотельного реле
При покупке ТТР стоит учесть ряд особенностей устройства, что поможет сделать правильный выбор. Для сравнения классические устройства способны выдерживать перегрузки, возникающие на небольшое время и не превышающие полутора или двукратного номинального тока.
Если правильно подойти к вопросу эксплуатации, хватит обычной чистки контактов.
В случае с твердотельными реле ситуация обстоит хуже. Если номинальный параметр тока превышен в 1,5 и более раз, прибор можно выбросить. Вот почему при выборе ТТР для питания активной нагрузки стоит брать запас по току в два-четыре крата.
Если изделие планируется применять в цепи пуска АД, этот показатель стоит увеличить в шесть-десять раз. При таком подходе придется переплатить, но зато повышается срок службы подключенного прибора и надежность его работы.
Параметры выбора
Покупая твердотельное реле, стоит обращать внимание на следующие параметры:
Рекомендации по выбору
Чтобы правильно выбрать твердотельное реле, а также быть уверенным в его качественной и надежной работе в течение продолжительного срока службы, важно ориентироваться на следующие аспекты.
СПОСОБЫ КОММУТАЦИИ
Спросом пользуются приборы, в которых управление происходит при переходе через ноль. Плюс метода заключается в том, чтобы исключить помехи, которые создаются в процессе включения.
Минус варианта заключается в прерывании сигнала на выходе и недоступности применения ТТР в цепи с высокоиндуктивной нагрузкой. Главное применение этого тип коммутации подходит для нагрузки резистивного типа.
Кроме того, ТТР используются применительно к слабоиндуктивным и емкостным нагрузкам.
ФАЗОВОЕ УПРАВЛЕНИЕ
Плюс фазовой методики в том, что процесс регулирования проходит плавно и без разрывов. Благодаря этому удается менять напряжение на выходе (корректировать параметр мощности). Минус способа — в появлении помех в момент переключения.
Метод подходит для резистивных схем управления, подразумевающих нагрев, для переменных резистивных и индуктивных нагрузок (ИФ излучателей и трансформаторов соответственно). Сюда же стоит отнести управление освещением (подключение ламп накаливания).
ПАРАМЕТРЫ НАГРУЗКИ (ХАРАКТЕР И ТИП)
При выборе стоит обращать внимание на нагрузочный ток. От него зависит надежность и продолжительность эксплуатации установленного ТТР. Важно, чтобы устройство имело запас по I.
При покупке стоит учесть не только рабочий ток, но и токи, возникающие в процессе пуска и превышающие номинальный параметр в несколько раз. По заявлению производителей ТТР выдерживает десятикратную токовую перегрузку кратковременно — до 10 мс.
Если твердотельное реле устанавливается для подачи напряжения на нагреватель (активный тип нагрузки), I должен превышать номинальный нагрузочный ток на 35-40%.
Если планируется подключение нагрузки, имеющей индуктивный характер (электрический двигатель), стоит учесть пусковые токи, которые в этом случае превышают номинальный на 600-1000 процентов.
Подведем краткие итоги по рекомендуемому току:
НАЛИЧИЕ ОХЛАЖДЕНИЯ
В процессе выбора стоит учесть фактор снижения температуры. Выше отмечалось, что твердотельное реле имеет свойство перегреваться при прохождении больших токов. Лишнее тепло, которое выделяется в процессе работы, отводится на специальные радиаторы охлаждения.
ТТР способно проводить указанный производителем ток в случае, если температура не превышает 40 градусов Цельсия. В случае роста параметра уменьшается способность пропускать I — на 20-25 процентов при нагреве на каждые десять градусов. Следовательно, при нагреве ТТР до 80 градусов Цельсия оно не способно пропускать ток — изделие ломается.
На температуру прибора влияет множество факторов, среди которых место монтажа, сезон, нагрузка, наличие обдува воздухом и другие. Если устройство применяется для подключения мощного оборудования, например, для пуска АД, рекомендуется предусмотреть дополнительное охлаждение.
Для решения этой задачи ставится радиатор с большими габаритами. Для повышения эффективности обдува устанавливается вентилятор.
ЗАЩИТА
Еще один нюанс, который должен быть учтен в процессе покупки твердотельной модели — наличие необходимой защиты. Здесь возможны следующие варианты:
Надстройки для корректной работы
Если в процессе работы имеет место взаимодействие с индуктивной нагрузкой, возможны проблемы. Вот почему при использовании твердотельных реле в комплексе с трансформаторами, звонками, электрическими катушками и иными подобными приборами требуется параллельное включение R-C цепочки для снижения воздействия противо-ЭДС.
Кроме того, наличие такой цепи снижет суммарную индуктивность подключенного прибора и облегчает работу ТТР.
Защита от коротких замыканий
В случае повреждения изоляции в цели и по другим причинам может возникнуть КЗ. Чтобы избежать повреждения ТТР используются специальные предохранители. Они разработаны для применения в комплексе с твердотельными изделиями.
Их легко распознать по следующим спецификациям:
Подключение твердотельного реле
Принцип подключения прост. В приборе предусмотрены управляющие входы (на них подается напряжение с четким соблюдением полярности) и выход для подключения нагрузки. Важный момент — качество соединения. Здесь применяется винтовой способ (пайка исключена).
Чтобы избежать повреждения ТТР, важно исключить попадание на контакты пыли, а также посторонних механических элементов. Стоит предусмотреть меры, препятствующие негативному воздействию на кожух прибора (во включенном или отключенном состоянии).
После включения запрещено прикасаться к корпусу, который может быть горячим. Обратите внимание, чтобы ТТР не располагалось вблизи легковозгораемых материалов. Кроме того, в процессе подключения убедитесь, что коммутация выполнена без ошибок.
Если после включения изделие набирает температуру выше 60 градусов Цельсия, установите на него радиатор для охлаждения (причины и особенности этой защитной меры рассмотрены выше).
Если ничего не предпринять, при достижении 80 градусов Цельсия прибор перестанет работать. Управление осуществляется при помощи цепочки с различными вариантами исполнения.
Твердотельные реле серий SSR и TSR
Сегодня в продаже встречаются модели TSR и SSR. Рассмотрим их подробнее.
Особенности
Изделия имеют сопротивление изоляции от 50 Мом и более при проверке мегаомметром на напряжение 500 Вольт. Изоляция на входе и выходе отличается прочностью, равной 2 500 Вольт. Мощность управления небольшая — 12 Вольт*7,5А.
Стоит выделить минимальное излучение ЭМ помех, что гарантируется коммутацией при переходе через ноль, а также высокий параметр перегрузки по I. Допускается превышение номинального I в десять крат на время до одного периода.
Расшифровка
Название изделия имеет следующий вид — SSR (1) — 40 (2) D (3) A (4) — Н (5). Цифры в скобках соответствуют номеру расшифровки:
Популярные модели
Выделим популярные модели твердотельных реле для каждой из серий:
Варианты управления мощностью в нагрузке
Сегодня выделяется два основных варианта управления мощностью. Рассмотрим каждый и них подробнее:
Несмотря на более высокую цену, твердотельные реле постепенно вытеснят стандартные устройства с контактами. Это объясняется их надежностью, отсутствием шума, легкостью обслуживания и продолжительным сроком службы.
Имеющие недостатки не оказывают негативного влияния, если правильно подойти к выбору и установке прибора.
такой подойдет? CypOk, 08 Апр. 13, 17:24
На картинке 25 амперное реле с управлением переменным резистором 500 кОм.
Посл. ред. 08 Апр. 13, 21:02 от Glog
Посл. ред. 09 Апр. 13, 16:20 от ironman
управлять постоянкой, проблема? stoik, 08 Апр. 13, 20:58
Нет, не проблема. Но управлять напряжением на выходе нельзя. Можно только включать и выключать. Реле SSR40-DA включаются при подаче постоянного напряжения 3-30 в на контакты управления. На выходе к нагрузке будет приложено все напряжение сети.
В отличии от него, реле SSR40-VA позволяет плавно менять напряжение на нагрузке, в зависимости от изменения сопротивления резистора на входе.
Для управление постоянным током имеется еще одна серия реле. SSR40-LA. Напряжение на выходе меняется линейно, в зависимости от тока на входе 4…20 мА.
Посл. ред. 08 Апр. 13, 21:33 от Glog
регулируется с помощью подачи на его вход постоянного регулируемого напряжения от 4 до 16 вольт, ironman, 08 Апр. 13, 21:13
Посмотрите на картинки. Одно реле включается постоянным напряжением от 3 до 32 вольт. Второе включается при подаче переменного напряжения в диапазоне от 80 до 250 вольт. Второй тип реле удобно использовать для систем СТОП-СТАРТ, включая реле напряжением сети. Не нужно городить никаких понижающих выпрямителей.
На третьей картинке последняя внизу схема включения твердотельного реле SSR40-AA в режиме СТАРТ-СТОП.
Посл. ред. 08 Апр. 13, 21:36 от Glog
выходе стоит тоже диапазон ironman, 09 Апр. 13, 04:50
Этот диапазон говорит о диапазоне переменного напряжения, которое можно коммутировать.
У SSR40-VA на выходе тоже стоит диапазон переменного напряжения которое можно регулировать (24-380 в).
Можно подать 24 вольта переменки и крутя ручку резистора менять это напряжени на нагрузке от 0 до 24 в.
Или от 0 до 220 в, если подать напряжение сети.
Посл. ред. 09 Апр. 13, 06:28 от Glog
Доброго времени суток! Извините что влажу!)) Я сделал так! Отлично работает на 3кВт! Ток до 24А примерно 5кВт! Регулировка от начала синусоиды до конца!!
mertny, 04 Апр. 13, 16:33
на что в этой схеме можно заменить динистр? CypOk, 09 Апр. 13, 13:44
1. Импортный DB3 можно заменить на пару советских КН102, включив их встречно-параллельно или на один, но в диагональ выпрямительного моста. Но найти их сейчас еще сложнее.
2. Сделать аналог динистора из однопереходного транзистора КТ117.
3. Сделать аналог динистора из 2-х транзисторов прямой и обратной полярности, одного стабилитрона и пары резисторов.
4. Найти на помойке неисправную энергосберегающую лампу, разобрать и выпаять из схемы запуска динистор DB3. Он или его аналог там есть.
Твердотельное реле Fotek SSR
Твердотельные однофазные реле Fotek SSR предназначены для бесконтактной коммутации электрических цепей с высокими токами, таких как: тэны, лампы, сварочные аппараты и т.п.
Общее описание
Реле твердотельное однофазное серии SSR не имеет механических частей, что позволяет ему иметь некоторые преимущества перед электромеханическими реле. Это более высокая надежность, отсутствие искр при включении, высокое быстродействие и много другое. Также в отличие от электромеханических реле, полупроводниковые реле SSR не требуют обслуживания, например, такого как чистка контактных групп.
Модельный ряд твердотельных реле SSR
Реле твердотельное однофазное серии SSR представлено следующими моделями:
| Серия | Тип | Управляющий сигнал | Коммутируемая нагрузка | Способ управления |
| SSR-**DA | DС-АС | 4…32В DC | 10/25/40/50/75 А | коммутация при переходе тока через ноль |
| SSR-**AA | AC-АС | 80. 250В AC 50/60Гц | 10/25/40/50/75 А | коммутация при переходе тока через ноль |
| SSR-**DD | DC-DC | 4…32В DC | 5/10/25/50/75 А | мгновенное переключение |
| SSR-**VA | VR-AC с регулировкой выходного напряжения | Переменный резистор: 250кОм/110В, 500кОм/220В, 1МОм/380В | 10/25/40/50/75 А | фазовое управление |
Преимущества применения твердотельных реле SSR
Твердотельные однофазные реле серии SSR обладают следующими преимуществами:
Сферы применения однофазных реле SSR
Твердотельные однофазные реле серии SSR нашли применение в таких сферах как:
Полупроводниковые реле используются для бесконтактной коммутации нагревательных элементов с рабочим напряжением от 24 до 480 В:
Технические характеристики FOTEK SSR
Далее представлены технические характеристики, присущие всем моделям реле линейки SSR:
Габаритные размеры
Ниже приведены габаритные размеры однофазного реле серии SSR:
Код заказа твердотельных реле SSR
Для того чтобы заказать и купить реле твердотельное однофазное серии SSR, воспользуйтесь кодом заказа:
D: DC, 3…32 B (вкл/выкл реле)
A: AC, 80…250B (вкл/выкл реле)
V: переменный резистор
A: AC
(переменное напряжение)
D: DC
(постоянное напряжение)
Однофазные твердотельные реле серии SSR производства Fotek
По типу управления твердотельные реле SSR делятся на управляемые напряжением постоянного или переменного тока, переменным резистором или аналоговым сигналом тока 4…20мА.
Реле, управляемые уровнем напряжения, позволяют производить включение/отключение нагрузки за счет подачи или снятия номинального управляющего сигнала: Метод управления: «коммутация при переходе тока через ноль».
Реле управляемые аналоговым сигналом тока 4..20мА или переменным резистором позволяют регулировать напряжение на нагрузке, т.е., например, осуществлять управление мощностью нагревательных элементов (ТЭН). Метод управления: «фазовое управление».
В отличие от обычных электромеханических, твердотельное реле н е имеет механических частей и контактов. Коммутация цепей нагрузки осуществляется бесконтактно за счет коммутации встроенных полупроводниковых элементов. За счёт бесконтактного переключения полупроводниковое реле имеет следующие преимущества перед электромеханическим:
— Отсутствие искр и электрической дуги при коммутации;
— Существенно меньший уровень электромагнитных помех;
— Имеет существенно больший ресурс и не требует профилактических работ в процессе эксплуатации;
— Высокое быстродействие;
— Небольшие размеры и хорошую теплоотдачу.
Особенности серии SSR
Пояснение вариантов управления мощностью в нагрузке
Технические характеристики твердотельных реле с «коммутацией при переходе тока через ноль»: