Симистор вместо реле: Управление нагрузкой с помощью симистора или твердотельное реле — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

коммутация мощных нагрузок / Хабр

Привет, Geektimes!

Управление мощными нагрузками — достаточно популярная тема среди людей, так или иначе касающихся автоматизации дома, причём в общем-то независимо от платформы: будь то Arduino, Rapsberry Pi, Unwired One или иная платформа, включать-выключать ей какой-нибудь обогреватель, котёл или канальный вентилятор рано или поздно приходится.

Традиционная дилемма здесь — чем, собственно, коммутировать. Как убедились многие на своём печальном опыте, китайские реле не обладают должной надёжностью — при коммутации мощной индуктивной нагрузки контакты сильно искрят, и в один прекрасный момент могут попросту залипнуть. Приходится ставить два реле — второе для подстраховки на размыкание.

Вместо реле можно поставить симистор или твердотельное реле (по сути, тот же тиристор или полевик со схемой управления логическим сигналом и опторазвязкой в одном корпусе), но у них другой минус — они греются. Соответственно, нужен радиатор, что увеличивает габариты конструкции.

Я же хочу рассказать про простую и довольно очевидную, но при этом редко встречающуюся схему, умеющую вот такое:

Гальваническая развязка входа и нагрузки
Коммутация индуктивных нагрузок без выбросов тока и напряжения
Отсутствие значимого тепловыделения даже на максимальной мощности

Но сначала — чуть-чуть иллюстраций. Во всех случаях использовались реле TTI серий TRJ и TRIL, а в качестве нагрузки — пылесос мощностью 650 Вт.

Классическая схема — подключаем пылесос через обычное реле. Потом подключаем к пылесосу осциллограф (Осторожно! Либо осциллограф, либо пылесос — а лучше оба — должны быть гальванически развязаны от земли! Пальцами и яйцами в солонку не лазить! С 220 В не шутят!) и смотрим.

Включаем:

Пришлось почти на максимум сетевого напряжения (пытаться привязать электромагнитное реле к переходу через ноль — задача гиблая: оно слишком медленное). В обе стороны бабахнуло коротким выбросом с почти вертикальными фронтами, во все стороны полетели помехи. Ожидаемо.

Выключаем:

Резкое пропадание напряжения на индуктивной нагрузке не сулит ничего хорошего — ввысь полетел выброс. Кроме того, видите вот эти помехи на синусоиде за миллисекунды до собственно отключения? Это искрение начавших размыкаться контактов реле, из-за которого они однажды и прикипят.

Итак, «голым» реле коммутировать индуктивную нагрузку плохо. Что сделаем? Попробуем добавить снаббер — RC-цепочку из резистора 120 Ом и конденсатора 0,15 мкФ.

Включаем:

Лучше, но не сильно. Выброс сбавил в высоте, но в целом сохранился.

Выключаем:

Та же картина. Мусор остался, более того, осталось искрение контактов реле, хоть и сильно уменьшившееся.

Вывод: со снаббером лучше, чем без снаббера, но глобально проблемы он не решает. Тем не менее, если вы желаете коммутировать индуктивные нагрузки обычным реле — ставьте снаббер. Номиналы надо подбирать по конкретной нагрузке, но 1-Вт резистор на 100-120 Ом и конденсатор на 0,1 мкФ выглядят разумным вариантом для данного случая.

Литература по теме: Agilent — Application Note 1399, «Maximizing the Life Span of Your Relays». При работе реле на худший тип нагрузки — мотор, который, помимо индуктивности, при старте имеет ещё и очень низкое сопротивление — добрые авторы рекомендуют уменьшить паспортный ресурс реле в пять раз.

А теперь сделаем ход конём — объединим симистор, симисторный драйвер с детектированием нуля и реле в одну схему.

Что есть на этой схеме? Слева — вход. При подаче на него «1» конденсатор C2 практически мгновенно заряжается через R1 и нижнюю половину D1; оптореле VO1 включается, дожидается ближайшего перехода через ноль (MOC3063 — со встроенной схемой детектора нуля) и включает симистор D4. Нагрузка запускается.

Конденсатор C1 заряжается через цепочку из R1 и R2, на что уходит примерно t=RC ~ 100 мс. Это несколько периодов сетевого напряжения, то есть, за это время симистор успеет включиться гарантированно. Далее открывается Q1 — и включается реле K1 (а также светодиод D2, светящий приятным изумрудным светом). Контакты реле шунтируют симистор, поэтому далее — до самого выключения — он в работе участия не принимает. И не греется.

Выключение — в обратном порядке. Как только на входе появляется «0», C1 быстро разряжается через верхнее плечо D1 и R1, реле выключается. А вот симистор остаётся включённым примерно 100 мс, так как C2 разряжается через 100-килоомный R3. Более того, так как симистор удерживается в открытом состоянии током, то даже после отключения VO1 он останется открытым, пока ток нагрузки не упадёт в очередном полупериоде ниже тока удержания симистора.

Включение:

Выключение:

Красиво, не правда ли? Причём при использовании современных симисторов, устойчивых к быстрым изменениям тока и напряжения (такие модели есть у всех основных производителей — NXP, ST, Onsemi, etc., наименования начинаются с «BTA»), снаббер не нужен вообще, ни в каком виде.

Более того, если вспомнить умных людей из Agilent и посмотреть, как меняется потребляемый мотором ток, получится вот такая картинка:

Стартовый ток превышает рабочий более чем в четыре раза. За первые пять периодов — то время, на которое симистор опережает реле в нашей схеме — ток падает примерно вдвое, что также существенно смягчает требования к реле и продлевает его жизнь.

Да, схема сложнее и дороже, чем обычное реле или обычный симистор. Но часто она того стоит.

Видео: Тиристор вместо электромагнитного реле. …

1759 +1

Биржа ProСтанки

Добавлено: 30.11.2012 в 15:13
Продолжительность: 01:38

Преимуществом тиристоров от реле являются высокая надежность, малые токи управления, большие коммутируемые токи. Рассмотрим отдельные примеры включения тиристора, управляемого низковольтными схемами. Включение тиристора через транзисторный ключ. Управляющий ток, проходящий через резистор R2, составляет не более 30мА. Выбор транзистора определяется минимальным напряжением коллектор-эмиттер 300В. Основу следующей схемы определяет включение транзисторной оптопары для управления тиристором. Тиристор переходит в открытое состояние, когда напряжение на входе «1» оптопары достигает 2В при токе до 7мА. Единственный недостаток схемы — небольшие потери напряжения, поглощаемые диодным мостом. Свечение лампы при этом чуть менее обычного. Вариант следующей схемы — включение симистора КУ208 через токоограничительный резистор и выключатель. Данная схема часто применяется для устройств с дистанционным управлением, а так же в составе устройств автоматики силовых цепей. И, еще одна схема для управления мощной нагрузкой, где силовым ключом является симистор ТС171-250, а промежуточным звеном служит оптосимисторная пара. Данная схема может коммутировать нагрузку до 1кВт с током управления не более 10мА.

Интересные статьи партнеров

Пусконаладка оптоволоконного лазерного станка LF6025C/3000 IPG в Калининграде

Большая версия настольной игры «Дженга» своими руками

Лазерная резка в судостроении: cостояние и развитие [Часть 1]

Сумицубо — что это и как работает?

Почему каждый инженер должен использовать САПР?

Наш станок в Тольятти — пусконаладка оптоволоконного лазера для резки металлов XTC-1530HE/2000 RAYCUS

Высококачественный лазерный CO2 станок с ЧПУ своими руками! С сенсорным управлением! + Чертежи!

Запуск фрезерного станка с ЧПУ RJ 2030 ATC и лазерно-гравировального станка LM 9060 PRO в Казани

Гибка листового металла — методы и советы по проектированию [часть 2]

Похожее видео

симистор против реле

симистор против реле Твитнуть

январь 2020 г.

AutomatedBuildings.com

Сетевые шлюзы Babel Buster: большие возможности. Маленькая цена.
Control Solutions, Inc. – Миннесота
(Нажмите Сообщение для получения дополнительной информации)

Триак против реле

Когда предпочесть симистор реле?

Моника Мусиелак
Менеджер по продукции,
Global Control 5

Артикул
Интервью
Выпуски
Новые продукты
Отзывы

Редакция
События
Спонсоры
Поиск по сайту
Информационные бюллетени

Архив
Прошлое Проблемы
Дом
Редакторы
ОБРАЗОВАНИЕ

Обучение
Ссылки
Программное обеспечение
Подписаться

Триаки полупроводниковые устройства, предназначенные для управления уровнем распределения Переменный ток, потому что в твердотельном состоянии его работа бесшумна. Тогда как реле являются электромеханическими устройствами и могут работать с переменным и постоянным током ток, но когда они работают, вы можете услышать «щелчок». Из-за тех особенности, мы используем симисторы или реле для разных целей.
Реле работают просто – при подаче питания на катушку контакты замыкаются. Контакты разомкнутся, когда вы обесточите катушку. Вам понадобится простой транзистор, чтобы управлять им. Одна вещь, которая может случиться, это индуктивная откат; если ключ в цепи сначала замкнут, а затем немедленно открыт, произойдет мгновенное падение тока. К чтобы предотвратить эту ситуацию, вам нужно будет добавить пренебрежение.
Другой дело в том, что контакты реле не являются неуязвимыми; если открыть контакт под нагрузкой его можно сломать и он больше не раскроется. На с другой стороны, если используется реле, рассчитанное на мощность, и вы пытаетесь переключить слабые сигналы, контакты со временем могут загрязниться и не получить хороший контакт между контактами.
Один одной из самых больших особенностей симисторов является бесшумность, благодаря их твердое состояние. Триаки могут использоваться как PWM (широтно-импульсная модуляция) для приводы регулирующих клапанов в радиаторном отоплении. Потому что там нет индуктивной связи, симисторы можно использовать в опасных условиях, особенно во взрывоопасных средах, где искровое реле контакты совсем нет.
Триаки выходы имеют гораздо более длительный срок службы, чем реле. Потому что они построены полупроводников, они могут длиться миллионы циклов. Чтобы поместить это в точки зрения, давайте представим, что вам нужно управлять ШИМ-приводом, чтобы управление отоплением; будет работать с частотой 1Гц (один раз в второй). Реле обычно выдерживает 100 000 циклов, что дает около 1 дня и 4 часов работы и постоянный щелкающий шум. Симистор может last/work миллионы циклов, и тихо.
Итак: когда вам нужен тихий и часто работающий выход, вы должны выбрать триак. Лучше всего использовать в гостиничных номерах или любом другом месте, где вам нужно управлять светом или отоплением и т. д. молча. В остальных случаях необходимо рассчитать, что будет лучше для вашего приложения.
Global Control 5 предлагает два модуля ввода/вывода iSMA с симисторными выходами: iSMA-B-4TO-H и iSMA-B-4TO-H-IP.
Если вам нужна дополнительная информация о iSMA I/O модулей обращайтесь: [email protected]
или посетите наш сайт: https://gc5.pl/en/produkt/mini-4to-h/#product-header
О Автор:
Моника Musielak — менеджер по продукту, отвечающий за модули ввода-вывода iSMA и HMI. панели в Global Control 5. Делала первые шаги в электронике мире, работая менеджером по маркетингу продуктов с дисплеями. Теперь она расширяет свои знания в мире BMS.

нижний колонтитул

[Нажмите на баннер, чтобы узнать больше]
[Домашняя страница] [The Automator] [О нас] [Подписаться ] [Контакты Нас]
Компоненты
— симистор против реле
Тиристоры (симисторы и их однонаправленные родственники, тиристоры) — это полупроводниковые устройства, а реле — это электромеханические устройства. Триаки могут переключать как переменный, так и постоянный ток, но, как сказал XTL, они не остановят ток, если ток между MT1 и MT2 не упадет ниже порогового уровня, или если вы принудительно отключите устройство.
(примечание: я провел 13 лет в области управления промышленными двигателями, мы разработали оборудование, которое переключалось на многие тысячи ампер и многие тысячи вольт через тиристоры.)
Реле — довольно простые в использовании устройства; вы подаете питание на катушку и контакты замыкаются. Вы обесточиваете катушку и контакты размыкаются. Простой транзистор может управлять им, но вам понадобится некоторое демпфирование (минимум диод с обратным смещением на катушке реле), чтобы предотвратить выход вашего транзистора из строя из-за индуктивной отдачи. Ваш управляющий сигнал и ваш управляемый сигнал полностью изолированы друг от друга.
Контакты реле не непобедимы; если вы разомкнете контакты под нагрузкой, вы можете заставить их «замерзнуть» (то есть они не разомкнутся). Кроме того, если вы используете реле, рассчитанное на мощность, и пытаетесь переключать слабые сигналы, контакты могут в конечном итоге загрязниться, и вы не получите хорошего соединения между контактами.
Симисторы, будучи полупроводниковыми, в основном бесшумны. Если вы не используете импульсный трансформатор или оптоизолятор, ваша цепь управления будет находиться на потенциале вашей управляемой цепи (обычно это нейтраль для ваших цепей 120/220 В). Тиристоры можно использовать для управления фазой нагрузки, что означает, что вы можете приглушать свет или (грубо) контролировать скорость двигателя переменного тока. С реле это почти невозможно. Вы также можете делать изящные трюки, например, разрешать только «x» полных циклов, чтобы сделать менее «шумный» контроль фазы. SCR также хороши для сброса всей энергии конденсатора в нагрузку (вспышка или рельсотрон). В некоторых источниках питания тиристоры также используются в качестве ломовых устройств; они включаются и закорачивают питание (при этом перегорает предохранитель), защищая нагрузку от перенапряжения.
Тиристоры не любят резких скачков напряжения или тока, когда они выключены; это может вызвать их случайное включение или повредить устройства. Простое демпфирование помогает контролировать эти режимы отказа.
Тиристоры также не полностью изолируют нагрузку от источника; если вы измерите напряжение на нагрузке с выключенным тиристором, вы измерите полное напряжение. У них тиристор выключен, но выключен не означает «открыт» — это означает «высокое сопротивление». Это может вызвать проблемы с некоторыми приложениями.
Если вы переключаете сигнал переменного тока, тиристоры довольно безболезненны; они закроются вокруг следующего пересечения нуля. Если вы управляете округом Колумбия… опять же… вам есть о чем подумать. Постоянный ток также проблематичен для реле, потому что вы почти всегда будете размыкать контакты реле под нагрузкой, поэтому вы должны подобрать для этого реле.
Короче говоря: да, симисторы могут заменить реле почти во всех приложениях. Если вы не хотите возиться с демпфированием и изоляцией, вы всегда можете купить твердотельные реле; это триаки с соответствующей схемой управления, чтобы они работали почти так же, как реле.