Твердотельное реле — виды, практическое применение, схемы подключения

В данной статье поговорим про твердотельное реле, обозначим его преимущество перед механическим реле. Рассмотрим управление и подключение твердотельного реле, принцип его работы и конструкцию, а так же разберем различные схемы.

Блок: 1/11 | Кол-во символов: 227
Источник: https://meanders.ru/chto-takoe-tverdotelnoe-rele-ego-shemy-upravlenie-i-podkljuchenie.shtml

Что такое твердотельное реле

Твердотельное реле (ТТР) или в буржуйском варианте Solid State Relay (SSR) – это особый вид реле, которые выполняют те же самые функции, что и электромагнитное реле, но имеет другую начинку, состоящую из полупроводниковых радиоэлементов, которые имеют  своем составе силовые ключи на тиристорах, симисторах или мощных транзисторах.

Блок: 2/7 | Кол-во символов: 366
Источник: https://www.RusElectronic.com/tverdotelnoe-rele/

Виды твердотельных реле

Выглядеть ТТР могут по-разному.

Ниже на фото слаботочные реле

Такие релe используются в печатных платах и предназначены для коммутации (переключения)  малого тока и напряжения.

На ТТР строят также сразу готовые модули входов-выходов, которые используются в промышленной автоматике

А вот так выглядят реле, используемые в силовой электронике, то есть в электронике, которая коммутирует большую силу тока. Такие реле используется в промышленности в блоках управления станков ЧПУ и других промышленных установках

Слева однофазное реле, справа трехфазное.

Если через коммутируемые контакты силовых  реле будет проходить приличный ток, то корпус реле будет очень сильно греться. Поэтому, чтобы реле не перегревались и не выходили из строя, их ставят  на радиаторы, которые рассеивают тепло в окружающее пространство.

Блок: 3/7 | Кол-во символов: 847
Источник: https://www.RusElectronic.com/tverdotelnoe-rele/

Работа твердотельного реле

В гостях у нас ТТР фирмы FOTEK:

Давайте разберемся с его обозначениями.  Вот небольшая табличка-подсказка для этих типов реле

Давайте еще раз взглянем на наше ТТР

SSR – это значит однофазное твердотельное реле.

40 – это на какую максимальную силу тока она рассчитана. Измеряется в Амперах и в данном случае составляет 40 Ампер. 

D – тип управляющего сигнала. От значения Direct Current – что с буржуйского – постоянный ток. Управление ведется постоянным током от 3 и до 32 Вольт. Этого диапазона хватит самому заядлому разработчику радиоэлектронной аппаратуры. Для особо непонятливых даже написано Input, показан диапазон и фазировка напряжения. Как вы видите, на контакт №3 мы подаем “плюс”, а на №4 мы подаем “минус”.

А – тип коммутируемого напряжения. Alternative current – переменный ток. Цепляемся в этом случае к выводам №1 и №2. Можем коммутировать диапазон от 24 и  до 380 Вольт переменного

напряжения.

Для опыта нам понадобится лампа  накаливания на 220 Вольт и простая вилка со шнуром. Соединяем лампу со шнуром только в одном месте:

В разрыв вставляем наше  твердотельное реле

Втыкаем вилку в розетку и…

Нет… не хочет… Чего-то не хватает…

Не хватает управляющего напряжения! Выводим напряжение от Блока питания  от 3 и до 32 Вольт постоянного напряжения. В данном случае я взял 5 Вольт. Подаю на управляющие контакты и…

О чудо! Лампочка загорелась!  Это значит, что контакт №1 замкнулся с контактом №2. О срабатывании реле нам также говорит и светодиод на корпусе самого реле. 

Интересно, какую силу тока потребляют управляющие контакты реле? Итак, имеем на блоке 5 Вольт.

А сила тока получилась 11,7 миллиампер! Можно управлять хоть микроконтроллером!

Блок: 6/7 | Кол-во символов: 1709
Источник: https://www.RusElectronic.com/tverdotelnoe-rele/

Входная цепь постоянного тока твердотельного реле

При использовании в качестве сигнала активации механических контактов, переключателей, кнопок, других контактов реле и т.д., используемое напряжение питания может быть равно минимальному значению входного напряжения SSR, тогда как при использовании твердотельных устройств, таких как транзисторы, вентили и микро-контроллеры, минимальное напряжение питания должно быть на один или два вольт выше напряжения включения SSR для учета внутреннего падения напряжения коммутационных аппаратов.

Но помимо использования напряжения постоянного тока, либо ослабления, либо источника, для переключения твердотельного реле в проводящее состояние, мы также можем использовать синусоидальную форму волны, добавив мостовой выпрямитель для двухполупериодного выпрямления и схему фильтра на вход постоянного тока.

Блок: 4/11 | Кол-во символов: 844
Источник: https://meanders.ru/chto-takoe-tverdotelnoe-rele-ego-shemy-upravlenie-i-podkljuchenie.shtml

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 минусам 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.

Блок: 5/8 | Кол-во символов: 2799
Источник: https://sovet-ingenera.com/elektrika/rele/tverdotelnoe-rele.html

Твердотельные реле по типу переключения

С коммутацией перехода через ноль

Посмотрите внимательно на диаграмму

Такие ТТР на выходе коммутируют переменный ток. Как вы здесь можете заметить, когда мы подаем на вход такого реле постоянное напряжение, у нас коммутация на выходе происходит не сразу, а только тогда, когда переменный ток  достигнет нуля. Выключение происходит подобным образом.

Для чего это делается? Для того, чтобы уменьшить влияние помех на нагрузках и уменьшить импульсный бросок тока, который может привести к выходу нагрузки из строя, если тем более нагрузкой будет являться схема на полупроводниковых радиоэлементах.

Схема подключения и внутреннее строение такого ТТР выглядит примерно вот так:

управление постоянным токомуправление переменным током

Мгновенного включения

Здесь все намного проще. Такое реле сразу начинает коммутировать нагрузку при появлении на нем управляющего напряжения. На диаграмме видно, что выходное напряжение появилось сразу, как только мы подали управляющее напряжение на вход. Когда мы уже снимаем управляющее напряжение, реле выключается также, как и ТТР с контролем перехода через ноль.

В чем минус данного ТТР? При подаче на вход управляющего напряжения, у нас на выходе могут возникнуть броски тока,  а в следствии и электромагнитные помехи. Поэтому, данный тип реле не рекомендуется использовать в радиоэлектронных устройствах, где есть шины передачи данных, так как в этом случае помехи могут существенно помешать передаче информационных сигналов.

Внутреннее строение ТТР и схема подключения нагрузки выглядят примерно вот так:

С фазовым управлением

Здесь все намного проще. Меняя значение сопротивления, мы тем самым меняем мощность на нагрузке.

Примерная схема подключения выглядит вот так:

Блок: 5/7 | Кол-во символов: 1753
Источник: https://www.RusElectronic.com/tverdotelnoe-rele/

Выход твердотельного реле

Возможности переключения выхода твердотельного реле могут быть как переменного, так и постоянного тока, аналогичными его требованиям к входному напряжению. Выходная цепь большинства стандартных твердотельных реле сконфигурирована для выполнения только одного типа переключающего действия, дающего эквивалент нормально разомкнутого однополюсного однополюсного (SPST-NO) режима работы электромеханического реле.

Для большинства твердотельных реле постоянного тока обычно используются твердотельные коммутационные устройства — силовые транзисторы, Дарлингтона и MOSFET, тогда как для твердотельного реле переменного тока, коммутационные устройства — это симисторные или двухсторонние тиристоры. Тиристоры предпочтительны из-за их высокого напряжения и тока. Один тиристор также может использоваться в схеме мостового выпрямителя, как показано на рисунке.

Наиболее распространенным применением твердотельных реле является переключение нагрузки переменного тока, будь то управление мощностью переменного тока для включения / выключения, затемнение света, управление скоростью двигателя или другие подобные приложения, где необходимо управление мощностью, эти нагрузки переменного тока может легко управляться с помощью постоянного тока низкого напряжения с помощью твердотельного реле, обеспечивающего длительный срок службы и высокие скорости переключения.

Одним из самых больших преимуществ твердотельных реле по сравнению с электромеханическим реле является его способность выключать «переменные» нагрузки переменного тока в точке нулевого тока нагрузки, тем самым полностью устраняя искрение, электрический шум и отскок контактов, связанные с обычными механическими реле и индуктивными нагрузками.

Это связано с тем, что твердотельные реле переключения переменного тока используют SCR и триак в качестве выходного переключающего устройства, которое продолжает проводить после удаления входного сигнала до тех пор, пока переменный ток, протекающий через устройство, не опустится ниже своего порогового значения или не сохранит значение тока. Тогда выход SSR никогда не сможет выключиться в середине пика синусоидальной волны.

Отключение при нулевом токе является основным преимуществом использования твердотельного реле, поскольку оно уменьшает электрические помехи и обратную эдс, связанные с переключением индуктивных нагрузок, которые видятся как искрение контактами электромеханического реле. Рассмотрим диаграмму формы выходного сигнала ниже типичного твердотельного реле переменного тока.

Блок: 6/11 | Кол-во символов: 2512
Источник: https://meanders.ru/chto-takoe-tverdotelnoe-rele-ego-shemy-upravlenie-i-podkljuchenie.shtml

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.

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

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

Блок: 7/8 | Кол-во символов: 913
Источник: https://sovet-ingenera.com/elektrika/rele/tverdotelnoe-rele.html

Плюсы и минусы твердотельного реле

Плюсы

• включение  и выключение цепей без электромагнитных помех
• высокое быстродействие
• отсутствие шума и дребезга контактов
• продолжительный период работы (свыше МИЛЛИАРДА срабатываний)
• возможность работы во взрывоопасной среде, так как нет дугового разряда
• низкое энергопотребление (на 95% (!) меньше, чем у обычных реле)
• надёжная изоляция между входными и коммутируемыми цепями
• компактная герметичная конструкция, стойкая к вибрации и ударным нагрузкам
• небольшие размеры и хорошая теплоотдача (если конечно использовать термопасту и хороший радиатор)

Минусы:

Блок: 7/7 | Кол-во символов: 611
Источник: https://www.RusElectronic.com/tverdotelnoe-rele/

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.

Есть, что дополнить, или возникли вопросы по теме подключения и применения твердотельных реле? Можете оставлять к публикации, участвовать в обсуждениях и делиться собственным опытом использования таких устройств. Форма для связи находится в нижнем блоке.

Блок: 8/8 | Кол-во символов: 920
Источник: https://sovet-ingenera.com/elektrika/rele/tverdotelnoe-rele.html

Фазорегулирующее твердотельное реле

Хотя твердотельные реле могут выполнять прямое переключение нагрузки при пересечении нуля, они также могут выполнять гораздо более сложные функции с помощью цифровых логических схем, микропроцессоров и модулей памяти. Другое превосходное применение твердотельного реле — в устройствах с диммером ламп, будь то дома, для шоу или концерта.

Твердотельные реле с ненулевым включением (мгновенное включение) включаются сразу после подачи входного управляющего сигнала, в отличие от SSR пересечения нуля, который выше, и ожидает следующей точки пересечения нуля синусоидальной волны переменного тока. Это случайное переключение при пожаре используется в резистивных устройствах, таких как диммер ламп, и в устройствах, в которых нагрузка должна подаваться только в течение небольшой части цикла переменного тока.

Блок: 8/11 | Кол-во символов: 840
Источник: https://meanders.ru/chto-takoe-tverdotelnoe-rele-ego-shemy-upravlenie-i-podkljuchenie.shtml

Схема реле переменного тока

Этот тип конфигурации оптопары формирует основу очень простого применения твердотельного реле, которое может использоваться для управления любой нагрузкой от сети переменного тока, такой как лампы и двигатели. Здесь мы использовали MOC 3020, который является изолятором со случайным переключением. Опто-триачный изолятор MOC 3041 имеет те же характеристики, но со встроенным обнаружением пересечения нуля, позволяющим нагрузке получать полную мощность без больших пусковых токов при переключении индуктивных нагрузок.

Диод D 1 предотвращает повреждение из-за обратного подключения входного напряжения, в то время как резистор 56 Ом (R 3 ) шунтирует любые токи di / dt при отключенном симисторе, устраняя ложные срабатывания. Он также связывает терминал затвора с MT1, обеспечивая полное отключение симистора.

Если используется входной сигнал ШИМ с широтно-импульсной модуляцией, частота переключения ВКЛ / ВЫКЛ должна быть установлена ​​не более 10 Гц для нагрузки переменного тока, иначе выходное переключение этой полупроводниковой релейной цепи может не выдержать.

Блок: 11/11 | Кол-во символов: 1092
Источник: https://meanders.ru/chto-takoe-tverdotelnoe-rele-ego-shemy-upravlenie-i-podkljuchenie.shtml

Форма сигнала с произвольным переключением

Хотя это позволяет контролировать фазу сигнала нагрузки, основная проблема случайного включения SSR заключается в том, что начальный скачок тока нагрузки в момент включения реле может быть высоким из-за переключающей мощности SSR, когда напряжение питания составляет близко к своему пиковому значению (90 o ). Когда входной сигнал удаляется, он перестает проводить, когда ток нагрузки падает ниже тока тиристоров или триаков, как показано на рисунке. Очевидно, что для твердотельного реле постоянного тока действие включения-выключения является мгновенным.

Твердотельное реле идеально подходит для широкого диапазона применений ВКЛ / ВЫКЛ переключения , поскольку они не имеют подвижных частей или контактов в отличие от электромеханического реле (ЭМР). Существует много различных коммерческих типов на выбор для входных сигналов управления переменного и постоянного тока, а также для переключения выходов переменного и постоянного тока, так как они используют полупроводниковые переключающие элементы, такие как тиристоры, триаки и транзисторы.

Но используя комбинацию хорошего оптоизолятора и симистора, мы можем сделать наше собственное недорогое и простое твердотельное реле для управления нагрузкой переменного тока, такой как нагреватель, лампа или соленоид. Поскольку для работы оптоизолятора требуется только небольшое количество входной / управляющей мощности, управляющий сигнал может поступать от PIC, Arduino, Raspberry PI или любого другого такого микроконтроллера.

Блок: 9/11 | Кол-во символов: 1518
Источник: https://meanders.ru/chto-takoe-tverdotelnoe-rele-ego-shemy-upravlenie-i-podkljuchenie.shtml

Кол-во блоков: 18 | Общее кол-во символов: 24650
Количество использованных доноров: 3
Информация по каждому донору:

1. https://www.RusElectronic.com/tverdotelnoe-rele/: использовано 5 блоков из 7, кол-во символов 5286 (21%)
2. https://sovet-ingenera.com/elektrika/rele/tverdotelnoe-rele.html: использовано 4 блоков из 8, кол-во символов 8711 (35%)
3. https://meanders.ru/chto-takoe-tverdotelnoe-rele-ego-shemy-upravlenie-i-podkljuchenie.shtml: использовано 8 блоков из 11, кол-во символов 10653 (43%)

Твердотельные реле производства International Rectifier — Компоненты и технологии

Классификация

Что же заставляет разработчиков отказываться отэлектромагнитных реле и использовать вместо них твердотельные? В числе основных преимуществ оптоэлектронных реле следует отметить:

• высокую надежность, обусловленную отсутствием механических контактов, и, как следствие, высокую наработку на отказ: число переключений составляет не менее 10 млрд, что в 1000 раз превышает тот же показатель для лучших образцов электромагнитных реле;
• неизменное контактное сопротивление в течение всего срока службы;
• отсутствие дребезга контактов, что снижает внутрисхемный уровень помех в аппаратуре и обеспечивает стабильность ее работы;
• отсутствие акустического шума от работы механических контактов;
• совместимость по входу с логическими микросхемами, обеспечивающая простоту интеграции твердотельных реле в цифровые устройства;
• отсутствие индуктивности — причины возникновения нежелательных выбросов напряжения при переключении электромагнитных реле;
• необходимость низкоуровневых сигналов управления, что существенно упрощает схему управления твердотельным реле в отличие от электромагнитного, для управления работой которого, как правило, необходим электронный ключ с диодной защитой от выбросов напряжения;
• высокую виброустойчивость и ударостойкость, обусловленную отсутствием подвижных механических контактов;
• отличные характеристики изоляционных свойств как между входом и выходом реле, так и высокое сопротивление изоляции корпуса;
• высокое быстродействие;
• высокую устойчивость к воздействию внешних электромагнитных полей;
• малое энергопотребление: твердотельные реле потребляют электроэнергии на 95% меньше, чем электромагнитные реле;
• малые габариты и вес.

Компания International Rectifier предлагает широкий выбор оптоэлектронных приборов — оптронов и твердотельных реле различного назначения (рис. 1). В технической документации компании принято их сокращенное обозначение — MER (Microelectronic Relay).

Телекоммуникационные реле предназначены для работы в факс-модемах, многофункциональных телефонах, беспроводных телефонах, автоответчиках, в коммутаторах и мультиплексорах телефонных линий, в аппаратуре систем безопасности.

Реле промышленного контроля и автоматики используются в качестве выходных реле программируемых логических контроллеров, драйверов соленоидов, клапанов, контакторов, электродвигателей, обмоток, индикаторов и дисплеев. Они предназначены для коммутации наиболее мощной нагрузки (на ток до 4,5А в корпусе DIP6), имеют низкое сопротивление во включенном состоянии (40мОм), работают при напряжениях постоянного или переменного тока до 280В, а при напряжении только постоянного тока — при напряжении до ±400В, имеют высокую чувствительность (3мА), обеспечивают замену ртутных реле. Эти реле полностью взаимозаменяемы с твердотельными реле производства других компаний, например, твердотельные реле HSSR8060 серии SSR компании Hewlett-Packard (в настоящее время Agilent) могут быть заменены аналогами производства IR: PVG612S — для поверхностного монтажа, PVG612 — для монтажа в отверстие.

Рис. 1. Классификация оптоэлектронных приборов IR

Реле для измерительной техники применяются в сканерах, мультиплексорах, системах сбора данных, контрольно-измерительном оборудовании. Они обеспечивают высокую скорость переключения, имеют высокое сопротивление в выключенном состоянии (1011Ом), высокую чувствительность (2мА), низкое отклонение значения напряжения включения при изменении температуры (0,2мкВ). Реле этой группы производства компании IR обеспечивают полную замену твердотельных реле HSSR8200 серии SSR.

Технологии и конструкции

Главной особенностью твердотельных реле производства IR является использование выходных ключей, выполненных на полевых МОП или IGBT-транзисторах. В отличие отдругих производителей компания не выпускает реле с выходными ключами на биполярных транзисторах или тиристорах. Посравнению с ними ключи на МОП-транзисторах характеризуются линейной зависимостью тока от напряжения открытого ключа, падение напряжения на нем составляет менее 0,6В. Более того, выходные ключи твердотельных реле IR на сдвоенных МОП-транзисторах обеспечивают двунаправленное переключение нагрузки и работают в цепях переменного тока. В качестве транзисторов ключей используются полевые МОП-транзисторы, выполненные по запатентованной IR технологии HEXFET или биполярные транзисторы с изолированным затвором — IGBT. При использовании твердотельных реле всегда следует учитывать особенности IGBT и MOП-транзисторов: IGBT-транзисторы работают на низких частотах (до 20 кГц), допускают небольшой разброс параметров нагрузки, подходят для работы в высоковольтных приложениях при достаточно высокой мощности нагрузки и при более высокой температуре; МОП-транзисторы, напротив, имеют высокое быстродействие (более 200кГц), допускают широкий разброс параметров нагрузки, но в то же время работаютпри более низких рабочих напряжениях и сравнительно низкой мощности нагрузки.

Рис. 2 варианты условных электрических схем твердотельных реле и оптронов

Двунаправленные ключи твердотельных реле на полевых МОП-транзисторах получили название BOSFET. На рис. 2 представлены варианты условных электрических схем твердотельных реле и оптронов, выпускаемых компанией IR. В 2001 году технология производства BOSFET-ключей была усовершенствована — в них стали применять «разумные» монолитные оптоэлектронные излучатели и выходные ключи на HEXFET-транзисторах. Обновленная технология получила название BOSFET Upgrade, а к обозначению микроэлектронных реле добавился суффикс N на конце (если суффикс состоит из двух букв — NS, то это значит, что микроэлектронное реле, выполненное по технологии BOSFET Upgrade, предназначено для поверхностного монтажа). Обновленная технология используется так же и при производстве оптронов.

В том случае, если требуется переключение столь мощной нагрузки, что выпускаемые для этой цели твердотельные реле не подходят, IR предусмотрительно выпускает серию оптронов по технологии Lego-Block — PVI5033R (рис. 2, и). Их применяют совместно с мощными дискретными HEXFET или IGBT-транзисторами, используемыми в качестве ключевых, и, таким образом, получают твердотельные реле, рассчитанные на заданную мощность нагрузки. Они предназначены только для функции включения и выключения и не годятся для работы в быстродействующих приложениях. В таких реле обеспечивается полная оптическая развязка между логической схемой управления и нагрузкой, работающей при высоких значениях рабочего напряжения и тока нагрузки. Раздельное управление посредством двух оптоэлектронных пар делает возможной реализацию твердотельного реле со схемой 1FormC, например, однополюсного реле на два положения.

Применение в твердотельных реле, например PVX6012, в качестве ключей IGBT-транзисторов позволяет коммутировать нагрузку мощностью до 400 Вт на постоянном токе или до 280 Вт — на переменном. Кроме того, такие реле полностью заменяют опасные для окружающей среды и здоровья человека ртутные реле и в отличие от них могут быть установлены в любом положении, в то время как ртутные устанавливают, как правило, вертикально. Цены на твердотельные реле существенно ниже цен на ртутные реле.

Pис. 3 упрощенная схема включения PVR.

PVR-реле

В технической документации IR твердотельные реле обозначаются сокращением PVR — Photovoltaic Relay. На рис. 3 показана упрощенная схема включения PVR. Твердотельное реле является токозависимым устройством, то есть его включение зависит отвходного тока. Для его правильной работы необходимо правильно рассчитать сопротивление токоограничительного резистора R_C. С одной стороны, этот резистор должен обеспечить ток достаточной для включения величины, а с другой — ограничить величину этого тока так, чтобы он не превышал 25мА. При этом следует также учитывать температуру среды, в которой будет работать реле. Зависимость входного тока от падения напряжения на светодиоде при различных температурах показана на рис. 4. Рассчитать сопротивление ограничительного резистора можно по формуле:

где I_C — ток включения.

Например, приняв минимальное входное напряжение равным 4,5 В, ток включения — 5 мА, температуру окружающей среды — –40°С, а падение напряжения на светодиоде— 1,6В, в результате расчета получим величину сопротивления <=580Ом. Это максимальная величина сопротивления, при которой обеспечивается надежное включение реле. При высоких температурах падение напряжения на светодиоде обычно принимают равным 0,9В.

Необходимо рассчитать и минимально допустимую величину сопротивления, чтобы избежать выхода светодиода из строя. Ее рассчитывают по формуле:

Pис. 4. Зависимость входного тока от падения напряжения на светодиоде при различных температурах.

При расчете в формулу подставляют максимальные значения величин: входного напряжения — 6 В (продолжаем расчет примера), входного тока — 25 мА при максимальной температуре 85 °С. Падение напряжения на светодиоде, как было отмечено, принимают равным 0,9 В. В результате получаем расчетную величину минимально допустимого сопротивления. Оно составит 204 Ом. Следовательно, в данном случае величину сопротивления резистора R_C следует выбирать в пределах 204–580 Ом.

Твердотельные реле в телекоммуникационных устройствах

Твердотельные реле в телекоммуникационных устройствах предназначены, прежде всего, для замены механических реле в схемах поднятия трубки, импульсного набора номера в телефонных аппаратах, факсах, модемах. Именно механические реле в таких устройствах наиболее подвержены выходу изстроя. На рис. 5, 6 показаны схемы входного линейного устройства факс-модема с механическим реле и с твердотельным реле типа PVT412L, которым это механическое реле заменено. Этот пример ясно показывает, что при переходе на твердотельные реле не только повысится надежность устройства, но, кроме того, потребуется меньше компонентов для схемы, а именно:

• исключается цепь для борьбы с дребезгом R1C1, поскольку в твердотельных реле явление дребезга контактов отсутствует;
• нет необходимости в предохранительных резисторах R2 и R3, благодаря токоограничивающим свойствам реле PVT412L. Этонаиболее важное преимущество, так как в результате перенапряжения, например, при грозовом разряде, предохранительные резисторы в модеме с механическим реле перегорают, что неизбежно потребует ремонта. При использовании твердотельного реле такой проблемы не возникает.

В числе других преимуществ такой замены — экономия места на печатной плате и экономия в средствах примерно на 15% (при больших объемах производства).

Среди твердотельных реле производства IR, которые с успехом применяются как в телекоммуникационном оборудовании, так и в устройствах другого назначения — силовых, телекоммуникационных, измерительных и т. д., следует отметить новое оптоэлектронное реле PVN012. В этом реле использованы ключи наполевых транзисторах HEXFET 5-го поколения (Generation V), которые управляются оптоэлектронным генератором. Реле PVN012 обладает хорошей линейностью, работает вцепях постоянного и переменного тока (2,5–4,5А), имеет контактное сопротивление 100мОм и напряжение пробоя между входом и выходом 4000В (переменного тока).

Pис. 5 Cхемы входного линейного устройства факс-модема

Pис. 6 Cхемы входного линейного устройства факс-модема

Низкопрофильные реле серии PVO предназначены для работы в PCMCIA-картах.

Таблица 1. Сравнительные характеристики

Таблица 2. Перечень возможных замен твердотельных реле.

Примечания:

1. При прямой замене — полное соответствие назначения и расположения выводов.
2. При близкой замене имеются некоторые отличия электрических параметров; возможно, потребуется изменить схему.
3. При возможной замене имеются отличия в типах используемых корпусов или электрических параметрах, потребуется изменить схему, при этом:
   1. предлагаемая замена обладает более низким контактным сопротивлением;
   2. усовершенствованный компонент — необходимо связаться с производителем для получения дополнительной информации;
   3. компонент для замены имеет корпус другого типа;
   4. не допускается использование в новых разработках.
4. ТТР — твердотельное реле.

Твердотельные реле для приборостроения и промышленной аппаратуры

Твердотельные реле для применения в приборостроении и системах промышленной автоматики — это самая большая группа реле как по количеству, так и по разнообразию конструкции и характеристик, потому что такие реле предназначены для выполнения самых разнообразных задач.

Существует три схемы включения твердотельных реле: схема А — для работы в цепях переменного и постоянного тока и схемы B, C — для работы в цепях постоянного тока (рис. 7). Соответственно, допустимый ток нагрузки минимален для схемы включения А, больше — для схемы включения В и максимален — для схемы включения С. Его величина для конкретной схемы включения указана в технических характеристиках реле. Твердотельные оптоэлектронные реле IR по назначению нельзя четко выделить в отдельные группы, поскольку они могут выполнять свои функции в различных цепях. Поэтому при их подборе следует принимать во внимание «конкретную обстановку»: для работы в мультиплексорах, приборах, в которых требуются высокое быстродействие, линейность характеристик, высокая чувствительность и стабильность работы, следует использовать быстродействующие реле; в устройствах питания следует подбирать реле по рабочему напряжению и допустимому току нагрузки и обращать внимание на напряжение пробоя между входом и выходом. Втех случаях, когда не удается подобрать необходимое реле, выйти из положения можно, если использовать схему на дискретных полевых или IGBT-транзисторных ключах и оптопару серии PVI.

Новое реле PVY116 предназначено для замены обычных и ртутных механических реле. Его особенность — высокое быстродействие, что делает это реле необходимым компонентом в автоматизированном измерительном оборудовании, приборах и системах сбора данных. PVY116 выпускают только в корпусе SOP-4, предназначенном для поверхностного монтажа.

Новые реле серии PVT212 предназначены для замены популярных твердотельных реле Lh2517 производства AT&T Microelectronics и Infineon, а также однотипных реле других компаний. Сравнительные характеристики этих реле приведены в таблице 1.

Твердотельные реле типа PVX6012 выполнены на выходных ключах IGBT и HEXFRED (см. рис. 2, г) в 14-выводном корпусе DIP. Рабочее напряжение для них составляет 0–280В (среднеквадратичное значение) на переменном токе и 0–400В — на постоянном. Максимальный ток нагрузки составляет 1А. Реле этого типа предназначены для работы в системах промышленной автоматики и управления, контрольно-измерительном оборудовании, для замены электромагнитных и ртутных реле.

Твердотельные реле IR выпускаются в 6- 8-, 14- и 16-выводных корпусах DIP, 6-выводных корпусах SMT и в корпусах ThinPak.

В таблице 2 приведен перечень возможных замен твердотельных реле других производителей на аналогичные реле IR.

Pис. 7 Три схемы включения твердотельных реле.

Схема твердотельного реле — РАДИОСХЕМЫ

Современная электротехника и радиоэлектроника всё больше отказывается от механических узлов, имеющих значительные размеры и подверженных быстрому износу. Одной из областей, где это проявляется сильнее всего, являются электромагнитные реле. Все прекрасно понимают, что даже самое дорогое реле, с платиновыми контактами, рано или поздно выйдет из строя. Да и щелчки при переключении могут напрягать. Поэтому промышленность наладила активный выпуск специальных твердотельных реле.

 

Такие твердотельные реле могут использоваться практически везде, однако в настоящее время они пока ещё остаются очень дорогими. Поэтому имеет смысл собрать его самому. Тем более их схемы просты и понятны. Твердотельное реле работает как стандартное механическое реле — вы можете использовать низкое напряжение для переключения более высокого напряжения.

 

Схема твердотельного реле

 

Пока на входе не присутствует напряжение постоянного тока (в левой части схемы), фототранзистор TIL111 открыт. Чтобы повысить защищённость от ложных срабатываний, база TIL111 подается эмиттер через 1М резистор. На базе транзистора BC547B будет высокий потенциал и, таким образом, он остается открытым. Коллектор замыкает управляющий электрод тиристора TIC106M на минус, и он остается в закрытом положении. Через выпрямительный диодный мост ток не проходит и нагрузка отключена.

При определенном входном напряжении, скажем, 5 вольт, диод внутри TIL111 загорается и активирует фототранзистор. Происходит закрытие транзистора BC547B и отпирание тиристора. Это создает достаточно большое падение напряжения на резисторе 330 Ом для переключения симистора TIC226 во включенное положение. Падение напряжение на симисторе в тот момент всего несколько вольт, так что практически всё напряжение переменного тока течёт через нагрузку. 

Симистор защищен от импульсов через 100 нФ конденсатор и 47 ом резистор. Чтобы создать возможность устойчивого переключения твердотельного реле с различными управляющими напряжениями, был добавлен полевой транзистор BF256A. Он действует как источник тока. Диод 1N4148 установлен, чтобы защитить цепь в случае неправильной полярности. Эта схема может быть использована в различных устройствах, с мощностью до 1,5 КВт, конечно если вы установите тиристор на большой радиатор.

Все своими руками Твердотельное реле своими руками

Опубликовал admin | Дата 18 июля, 2018

Твердотельное реле (ТТР) или Solid State Relay (SSR) — это электронные устройства, которые выполняют те же самые функции, что и электромеханическое реле, но не содержит движущихся частей. Серийные твердотельные реле используют технологии полупроводниковых устройств, таких как тиристоры и транзисторы.

То есть вместо подвижных контактов в ТТР используются электронные полупроводниковые ключи, в которых цепи управления имеют гальваническую развязку с силовыми, коммутируемыми цепями. Благо сейчас переключательных полевых транзисторов приобрести нет никаких проблем. Таким образом, для построения твердотельного реле нам потребуется MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) транзистор, русский эквивалент термина — МОП-транзистор или полевой транзистор с изолированным затвором, и оптрон. На страницах сайта есть статьи, посвященные транзисторным ключам с оптической изоляцией – «Транзисторный ключ переменного тока»

В данной статье рассмотрен ключ для коммутации переменного тока. Используя SMD компоненты по этой схеме можно изготовить ТТР переменного тока. Часть деталей монтируется на печатной плате, которая крепится к алюминиевой положке. Транзисторы устанавливаются на подложку через слюдяные прокладки. Конденсатор С1 лучше брать или танталовый или керамический. Его емкость можно уменьшить.
Еще одна статья – «Транзисторный ключ с оптической развязкой»

В этой схеме к качестве коммутирующих транзисторов используются биполярные транзисторы разных структур.

Есть еще одна схема гальванически развязанного ключа на моп-транзисторе с защитой от предельного тока нагрузки. О нем шла речь в статье «Mощный ключ постоянного тока на полевом транзисторе»

Все это хорошо, если напряжения, с которыми работают ТТР реализованные на MOSFET, позволяют управлять этими полевыми транзисторами. А как быть с коммутацией напряжения, например 3,3 вольта. Для открывания полевого транзистора этого напряжения явно не достаточно. Нужен какой-то преобразователь, способный поднять напряжение управления хотя бы до пяти вольт. Классический импульсный преобразователь использовать для реле – слишком громоздко. Но есть другие преобразователи – оптические, например — TLP590B.

Такие преобразователи на выходе обеспечивают напряжение порядка 9 вольт, что вполне достаточно для управления моп-транзисторами. Из документации на эти преобразователи видно, что они очень маломощные и способные отдать на выходе ток всего лишь порядка 12мкА. У моп-транзисторов есть такой параметр – Заряд затвора – Qg. Пока затвор данного транзистора не получит необходимый заряд – транзистор не начнет открываться. Скорость заряда зависит от тока, который может обеспечить цепь управления, чем больше ток управления, тем быстрее затвор получает необходимый заряд, тем быстрее открывается транзистор. Тем меньше будет время, когда коммутирующий транзистор будет находиться в активной зоне выходной характеристики – тем меньше на нем будет выделяться тепла. Но в нашем случае, когда транзистор работает не в преобразователе, на относительно высоких частотах, а в качестве реле, вкл – выкл, ток в 12 мкА будет достаточен. Правда лучше конечно выбирать ключевые транзисторы с малым зарядом затвора. Например.

Этот транзистор способен коммутировать напряжение 600В при токе стока 7А. Мощность стока при температуре +25 С — 100Вт. При этом заряд затвора Qg всего 8,2 нанокулона = 8,2nC. Для сравнения популярный транзистор IRF840 имеет Qg = 63nC.

Для управления низковольтными нагрузками можно применить транзистор irlr024zpbf. При данных режимах измерения ток стока – 5А, напряжение сток – исток – 44В, напряжение затвор – исток -5В, имеет типовое значение заряд затвора Qg = 6,6nC.

Но у меня таких транзисторов нет и я для реле использовал транзисторы IRL2505 с каналом типа n. У данного транзистора Qg = 130nC !

Другой транзистор с каналом типа р — IRF4905, у этого транзистора максимальный Qg = 180nC !!!

Схему собрал самую простую, ту что на рисунке 4

В качестве коммутирующего транзистора в этой схеме использован транзистор IRF4905 с каналом – р. Транзистор не был снабжен теплоотводом и в открытом состоянии нагревался до +60˚С при токе 2А. Напряжение 3,3В коммутировал нормально. Теперь, имея в своем распоряжении такой преобразователь, что нам мешает использовать в положительном проводе питания и транзистор с каналом n?

Результат превзошел мои ожидания. Транзистор IRF2505 без радиатора практически не грелся при токе нагрузки 4А. при напряжении на нагрузке 12,6 В В обоих экспериментах ток управления я выставил примерно 10 мА. Максимальный ток светодиода по документам – 50 мА. Больше 10 мА не стоит увеличивать ток – практически ни чего не меняется. Я очень доволен таким реле. Если описать параметры этой релюхи, применительно к электромагнитному реле, то они были бы такими. Напряжение срабатывания – какое хочешь ! Только подбирай R2. Ток срабатывания – 10 мА. Ток и напряжение коммутации – какое хочешь !!! (В разумных пределах конечно)Только подбирай транзисторы. Не слабо. Хотелось бы проверить данные устройства с коммутацией емкостных и индуктивных нагрузок. Это позже. Пока искал буквы на клавиатуре, пришла еще одна мысль. Если транзистор поставить в диагональ диодного моста, то можно коммутировать переменные напряжения. Таким реле можно коммутировать обмотки трансформаторов. Пока все. Всем удачи. К.В.Ю.

Скачать “Самодельное-твердотельное-реле” Самодельное-твердотельное-реле.rar – Загружено 1 раз – 80 КБ

Просмотров:4 389

Всё, что нужно знать о твердотельных реле | СамЭлектрик.ру

Статья не претендует на википедийность!

Если нужны академические знания, с ними можно ознакомиться в книгах и учебниках, которые выложены для свободного скачивания у меня на блоге, на странице Скачать.

трехфазное ТТР

трехфазное ТТР

В этой статье обсудим схемы подключения твердотельными реле (ТТР), и способы управления ими.

Напоминаю, для тех кто не в курсе – что такое твердотельное реле и как оно работает – обратитесь к более старой моей статье О принципах работы твердотельных реле.

Схемы включения подобных реле не очень сложны, но, как и везде, есть свои особенности.

Твердотелки – надо ли их использовать?

Для начала рассмотрим также целесообразность применения таких реле. Например, реальный случай:

У нас на предприятии на одном станке стоят соленоидные клапаны с питанием 24VDC 2А. Эти два клапана соединены параллельно, и включаются-выключаются с частотой примерно 1 раз в секунду. Питание идёт через реле. И, несмотря на то, что номинальный ток реле 10А индуктивной нагрузки, приходилось менять его каждый месяц-два. Поставили мы твердотелку – и забыли, работает без шума и проблем уже два года.

Другой случай, когда такие реле не нужны:

Простейший контроллер температуры, точность поддержания не существенна. Нагрузка – ТЭНы, работают в воде круглосуточно. Чаще, чем раз в год, один из ТЭНов замыкает или коротит на корпус. Здесь большая вероятность того, что ТТР выгорит, так как они очень чувствительны к перегрузкам.

О перегрузках и защите твердотельных реле будет подробно сказано ниже, а в данном случае целесообразно применить обычный контактор, который прекрасно справляется с перегрузкой и стоит в 10 раз дешевле.

Поэтому, за модой гнаться не стоит, а лучше применить трезвый расчет. Расчет по току и по финансам.

Если кому-то придёт в голову, можно кнопкой звонка или герконом запускать двигатель мощностью 10 кВт! Но не так всё просто, подробности будут ниже.

Различия схем включения реле

По виду подключения твердотельные реле можно разделить на следующие категории:

По управлению (виду входного управляющего сигнала):

• постоянное напряжение (встречается чаще всего),
• переменное напряжение,
• постоянный ток 4-20 мА,
• переменный резистор.

По виду коммутируемого тока

• твердотельные реле переменного тока
• твердотельные реле постоянного тока

По количеству фаз

• одна фаза
• три фазы (как правило, фактически это две фазы)

В любом случае, для выбора ТТР и его схемы включения нужно руководствоваться мануалами на данное реле.

Кстати, рекомендую мою статью про трехфазное и однофазное напряжение. Терминология и отличия разжеваны не пальцах)))

Схемы подключения твердотельных реле

Теперь рассмотрим подключение твердотельного реле подробнее.

Управление твердотельными реле схемотехнически такое же, как и у обычного реле. Ниже упрощенно показана схема включения реле переменного тока с сигналом управления 24В постоянного тока:

Схема включения твердотельного реле

Схема показана для реле, у которого управляющее напряжение постоянное, от 5 до 24 Вольт. Данное реле может коммутировать переменное напряжение до 240 Вольт, ток до 20 А.

С током не всё так просто, но об этом ниже.

Как работает схема. На вход (контакты 3 и 4, соблюдать полярность!)  подается управляющее напряжение от источника 24В. Подается оно через цепь управления, которая представлена как НО контакт. Этим контактом может быть и обычное реле, и выход контроллера, и датчик с релейным выходом или транзисторным выходом типа PNP.

Про НО контакты и PNP выходы датчиков я подробно написал в этой статье. Очень рекомендую!

Ещё раз напоминаю –

НЗ – это закрытые (замкнутые) контакты, через которые в нормальном положении (без активации управляющим сигналом) течёт ток.

НО – это открытые (незамкнутые) контакты, через которые в нормальном положении (без активации управляющим сигналом) ток не течёт.

Условные выходные контакты ТТР также будут НО, т.к. без активации цепи управления нагрузка выключена.

Теперь подробнее по управлению твердотелками.

Схемы с управлением от транзистора

Здесь транзистор может быть выходом любого полупроводникового прибора – датчика приближения, контроллера, и т.п.

 Управление транзистором PNP, НО реле

Скажу, что со схемами управления, которые я взял из фирменных инструкций, полная путаница. Можете сами разобраться, а я расскажу своё мнение.

Управление транзистором PNP, НО реле

Управление транзистором PNP, НО реле

Под “нормально открытым контактом” (читали, что это, ссылку я давал выше?) подразумевается, что без управляющего напряжения (на базе транзистора) твердотельное реле не пропускает ток. Напряжение между входными контактами 3 и 4 близко к нулю, реле выключено. При подаче входного управляющего напряжения на базу транзистора (например, +5В), транзистор открывается и плюс подается на вход 3. Реле открывается, нагрузка получает питание.

Управление транзистором NPN, НЗ релеУправление транзистором NPN, НЗ реле

Управление транзистором NPN, НЗ реле

Когда транзистор закрыт (не активен), на управляющий вход твердотельного реле подается напряжение, нагрузка под напряжением.

Управление транзистором NPN, НО реле

Когда транзистор закрыт (не активен), на управляющий вход твердотельного реле подается напряжение, близкое к нулю, и нагрузка без напряжения.

Управление резистором

Плавно подходим к переменному току.

Управление переменным резистором

Управление переменным резистором

Не путать переменный ток и переменный резистор! В данном случае твердотельное реле фактически является диммером, который изменяет скважность выходного напряжения для нагрузки, которая приспособлена для этого. Такие реле – только с коммутацией переменного тока, и включаются/выключаются 100 раз в секунду.

 Схема с фиксацией и управлением кнопками (защелка)Управление твердотельным реле с фиксацией включения

Управление твердотельным реле с фиксацией включения

Схема включения интересна тем, что можно включать – выключать нагрузку, используя только две кнопки – Пуск и Стоп. То есть, схема такая же, как и при использовании обычного реле. Точнее, магнитного пускателя. Важно, что управляющее напряжение равно напряжению питания нагрузки.

Схема нарисована тайваньскими инженерами, попробуем разобраться в ней.
Кстати, её же можно использовать для коммутации и переменного, и постоянного тока.

Схема работает таким образом. Исходно управляющее напряжение поступает на клемму 3 ТТР с источника питания через НЗ контакты кнопки Стоп. При нажатии кнопки Пуск (слева на схеме) напряжение с другого полюса источника поступает через НО контакты на клемму 4 ТТР. Реле включается, напряжение на клемме 1 появляется, и подается через резистор (вверху схемы) на клемму 4. Прошла доля секунды, кнопку Пуск можно отпускать, нагрузка питается до тех пор, пока не будет нажата кнопка Стоп.

 Схемы включения трехфазных твердотельных релеТрехфазное твердотельное реле, схемы подключения.

Трехфазное твердотельное реле, схемы подключения.

Тут источник трехфазного напряжения – справа по схемам, нагрузка – слева. Управляющее напряжение может быть любым (переменным или постоянным).

Кроме того, коммутация может быть как по двум фазам, так и по трём, это важно! Подробнее ниже.

Реверсивные твердотельные реле

Существуют также специальные трехфазные твердотельные реле для реверса двигателей, у которых два управляющих входа.

Пример включения трехфазного реле – на фото ниже:

Включение трехфазного твердотельного реле

Включение трехфазного твердотельного реле

Как видно, реле не совсем трехфазное, одна фаза подается на двигатель постоянно, что может стать причиной опасности.

Та же особенность бывает в устройствах плавного пуска.

На корпусе реле напечатана его схема включения, где всё понятно. Реле реверсивное, и у него два входа – Forward и Reverse (Вперёд/Назад). Для реверса фазы L1 и L2 меняются местами.

Важно – внутри реле нет блокировки от одновременного включения в обоих направлениях, и ее надо обеспечить аппаратно (блокировочные контакты кнопок/реле) и программно (если управление – от контроллера). Если это не предусмотреть, то вероятна ситуация, когда силовые выходы 1, 2, 3, 4 будут замкнуты накоротко 🙁 .

Выбор твердотельных реле, защита и особенности работы

Обычное реле и контактор без особых проблем выдерживают кратковременные перегрузки до 150 и даже 200% от номинала. Особенно, если не коммутировать нагрузку с таким током, а повышать ток после замыкания, и понижать перед размыканием.

Обычные контакты могут выдержать и кратковременный ток КЗ, если сработает защита с правильной уставкой тока. Просто, возможно, придётся потом контакты почистить.

Твердотельные реле от перегрузок страдают сильнее, за пол периода портятся безвозвратно, и контакты потом не почистить, из-за отсутствия таковых.

Это как в звукотехнике. Ламповая техника при перегрузках чувствует себя нормально, только слегка “потеет”, а транзисторы начинают жутко искажать сигнал и могут выйти из строя. За это до сих пор так ценятся ламповые усилители, за их мягкий, бархатный звук на предельных мощностях. Другое дело, что источников качественного сигнала сейчас практически нет, всё заполонил mp3 128kbps, и то в лучшем случае. Но это тема отдельной статьи…

Если при выборе контактора достаточно выбрать запас в 10-20% и защитить его обычным автоматом, то с твердотельными устройствами всё сложнее.

Поэтому для твердотельных реле рекомендуется для активной нагрузки (лампы, ТЭНы) запас по номинальному току в 2-4 раза. При пуске асинхронных двигателей из-за большого пускового тока запас по току нужно увеличить до 6-10 раз.

То есть, трехфазная твердотелка Fotek TSR-40AA-H на 40А, показанная на фото чуть выше, на своих 40 амперах работать вряд ли будет. Мощность двигателя, которую можно коммутировать в данном случае – от 2,2 кВт до 5 кВт. Причём двигатель 5 кВт (это около 10А) должен запускаться обязательно на холостом ходу, с минимальным пусковым моментом, а нагрузку к нему прикладывать можно после пуска и разгона.

Кстати, с индуктивной нагрузкой твердотельные реле могут вести себя неадекватно, у меня бывали проблемы. В случае высокоиндуктивных нагрузок (трансформаторы, катушки с магнитопроводами, электрические звонки, и т.п.) нужно параллельно нагрузке включать RC-цепь (снабберную цепь из последовательных резистора и конденсатора) для уменьшения влияния противо-ЭДС. Кроме того, эта цепь уменьшает общую индуктивность нагрузки, т.е. делает её более активной. И ТТР легче работать.

Оригинал статьи (полная версия) тут.

Интересно? Ставьте лайк, подписывайтесь, задавайте вопросы!

Если интересны темы канала, заходите также на мой сайт — https://samelectric.ru/ и в группу ВК — https://vk.com/samelectric

Обращение к читателям, которым есть, что сказать: Если Вы готовы стать Автором, я могу предоставить страницы своего сайта!

Твердотельные реле

(твердотельное реле переменного тока, регулятор мощности, магнитные пускатели, однофазные твердотельные реле, трёхфазное твердотельное реле, купить твердотельные реле, электромагнитные реле, твердотельное реле постоянного тока, схема твердотельного реле, управление твердотельным реле, контакторы, промежуточные реле, полупроводниковое реле , энергосбережение, замена пускателей, замена контакторов, дребезг контактов, снижение уровня помех, снижение акустического шума)

 

ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ РЕЛЕ КИППРИБОР

 

                                                                                                         

      Одним из последних достижений в силовой полупроводниковой электронике явилось появление твердотельных реле (ТТР), которые способны заменить электромагнитные реле, контакторы, магнитные пускатели и с успехом могут внедряться в системы автоматизации с возможностью управления от низковольтных сигналов.

ТТР – это полупроводниковые силовые бесконтактные коммутирующие элементы с цепью управления постоянного или переменного тока, гальванически изолированной от силовых цепей коммутации.

ТТР применяются для управления ТЭНами, электромагнитами, электродвигателями и другими силовыми исполнительными механизмами. В последние годы происходит интенсивная замена электромагнитных реле, магнитных пускателей и контакторов на их электронные твердотельные аналоги.

Такие широкие возможности использования ТТР обусловлены их несомненными достоинствами по сравнению с реле электромагнитными, а именно:

• несравненно более длительный срок службы, число переключений ТТР составляет не менее 10 млрд. циклов, что в 1000 раз больше лучших образцов э/м реле и контакторов;
• возможность слаботочного управления;
• отсутствие «дребезга» контактов, по причине отсутствия таковых, тем самым значительно снижается уровень помех в аппаратуре, повышается стабильность автоматизированных систем управления технологическими процессами;
• отсутствие дугового разряда при размыкании контактов реле, что позволяет применять их в пожароопасных и взрывоопасных средах;
• схема переключения в «нуле» синусоиды, что уменьшает уровень помех;
• меньшие габариты;
• простота монтажа;
• неизменные характеристики в течение всего срока службы
• низкое энергопотребление, ТТР потребляют электроэнергии на 95% меньше, чем э/м реле
• отсутствие акустического шума
• повышенное быстродействие (магнитный пускатель 20-30 мс, ТТР – 5-10мс).

      Управление реле осуществляется подачей на его вход логического управляющего сигнала U=3…32 В или U=50…250 В переменного напряжения. Реле способны коммутировать напряжение до 1200 В. Максимальный ток коммутации до 250 А. Сигнал на управление реле можно подавать прямо с выхода контроллера или другого управляющего устройства способного выдавать управляющий сигнал в виде напряжения 3…32 В. Отсутствие механических частей и дугового разряда дает возможность использовать реле для большого количества включений с различной продолжительностью и периодами коммутации. Эта особенность с успехом может быть использована в установках, где необходимо точно поддерживать технологические параметры. Например, точное регулирование температуры при использовании ПИД-регулятора с помощью ШИМ-сигнала при подключении его к реле, которое будет коммутировать силовые цепи нагревательных элементов аналогично сигналу ШИМ с выхода регулятора. ТТР при соблюдении температурного режима могут работать десятилетиями , не производя шума, искрения контактов, и электромагнитных помех.

Применение ТТР возможно не только при разработке и проектировании новых изделий, но также возможна и замена электромагнитных реле, контакторов и пускателей в реально действующем технологическом оборудовании с целью повышения его надежности.

Рекомендации по выбору ТТР

При индуктивных нагрузках (соленоиды, электромагниты и т.д.) рекомендуется выбирать ТТР с 2-4-х кратным запасом от номинального тока, при резистивной нагрузке (ТЭН) нужен 1,5-2-х кратный запас, при управлении асинхронным двигателем необходим 6-10-ти кратный запас по току, обязательно применение радиатора и возможно вентилятора охлаждения.

Важно обеспечить температурный режим работы ТТР. При нагреве свыше 60-80 гр.С заметно снижается величина коммутируемого тока. Поэтому при длительной коммутации нагрузки свыше 5А необходимо применение радиаторов или воздушного охлаждения. Радиатор должен устанавливаться с вертикальным расположением рёбер. Не допускается установка ТТР в замкнутом пространстве без движения воздушного потока. Компания ОМРОН выпускает модели ТТР с встроенным радиатором, со сменным силовым блоком, чем гарантируется точность обеспечения температурного режима ТТР.

ВАЖНО! При коммутации токов свыше 5А обязательно применение радиаторов охлаждения.

При подборе радиатора для ТТР необходимо учитывать, что не существует однозначного соответствия мощности реле и типа радиатора. На охлаждение влияет множество параметров: температура окружающего воздуха, интенсивность его циркуляции, тип и величина коммутируемой нагрузки, и т.д. Поэтому необходимо выбирать радиатор с некоторым запасом по мощности и/или усиливать теплоотвод с помощью вентилятора обдува. Предварительный выбор требуемого типа радиатора для твердотельных реле ОВЕН-KIPPRIBOR можно произвести по нижеприведенной таблице, ориентируясь на допустимую мощность рассеивания радиатора и типы устанавливаемых на него реле.

№	Модель радиатора	Количество и тип устанавливаемых реле	Допустимый ток нагрузки (суммарно всех реле)	Длина, мм	Ширина, мм	Высота, мм	Вес, гр.
1	РТР060	одно реле (серии HD, HDH, MD)	≤ 20A	80	50	50	135
2	РТР061	одно реле (серии HD, HDH)	≤ 40A	127	72	50	255
3	РТР062	одно реле (серии HD, HDH)	≤ 60A	127	115	50	400
4	РТР063	одно реле (серии HD, HDH, BDH)	≤ 100A	180	150	48	630
5	РТР034	одно реле (серии HT, BDH)	≤ 30A	105	100	80	590
6	РТР035	одно реле (серии HT)	≤ 20A	150	90	35	365
7	РТР036	два реле (серии HD, HDH) одно реле (серии HT, BDH)	≤ 40A	150	100	80	855
8	РТР037	два реле (серии HD, HDH) одно реле (серии HT, BDH)	≤ 80A	260	180	50	1400
9	РТР038	три реле (серии BDH) одно реле (серии HT)	≤ 100A (с вентилятором 120×120мм)	150	125	135	2380
10	РТР039	три реле (серии BDH) два реле (серии HD, HDH) одно реле (серии HT)	≤ 200A (с вентилятором 120×120мм)	200	125	135	3350
11	РТР040	три реле (серии BDH)	≤ 250A (с вентилятором 120×120мм)	300	125	135	5000

Компания «Альфа-пром» предлагает Вам твердотельные реле основных мировых производителей (OMRON, FOTEK, COSMO Electronics, CRYD), а также отечественные ТТР OWEN-KIPPRIBOR по ценам представителей фирм-производителей в России, ценам отечественного изготовителя. Специалисты «Альфа-пром» по Вашей заявке предоставят любую технокоммерческую информацию.

 

ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ РЕЛЕ КИППРИБОР   

 

	Интерфейсные промежуточные реле в ультратонком корпусе. Серия SR (1- контактные) Промежуточные реле предназначены KIPPRIBOR серии SR предназначены для коммутации и переключения электрических цепей управления постоянного и переменного тока.
	Колодки монтажные серий PYF-011BE (для 1-контактных промежуточных реле) Монтажные колодки KIPPRIBOR PYF-011BE для 1-контактных промежуточных реле
	Промежуточные реле в компактном корпусе. Серия MR (2-х контактные) Телекоммуникационные промежуточные реле KIPPRIBOR серии MR предназначены для коммутации и переключении электрических цепей управления постоянного и переменного тока.
	Колодки монтажные серий PYF-012BE, PYF-022BE, PYF-112BE и PYF-122BE (для 1-но и 2-х контактных промежуточных реле) Колодки монтажные для 1-но и 2-х контактных реле: – двухярусные с винтовым зажимом провода PYF-012BE/2 и PYF-022BE/2; – трехярусные с винтовым зажимом провода PYF-012BE/3 и PYF-022BE/3; – трехярусные с самозажимными клеммами проводов PYF-112BE/3 и PYF-122BE/3; Применяются для установки на DIN-рейку промежуточных реле серии KIPPRIBOR MR или аналогичных 1-но и 2-х контактных промежуточных реле; Аксессуары к колодкам этих серий.
	Промежуточные реле. Серия RP (4-х контактные) Базовая модификация промежуточного реле с 4-я перекидными контактами. Достаточна для 90% случаев применения промежуточных реле, где не требуется коммутации больших токов или жестких требований к габаритам реле. Успешно применяется в качестве замены аналогичных реле GOODSKY RE, FINDER 55.34, RELPOL R4, OMRON MY4
	Колодки монтажные серий PYF-044BE и PYF-144BE (для 4-х контактных промежуточных реле) Колодки монтажные для 4-х контактных реле: – двухярусные, с винтовым зажимом провода, PYF-044BE/2; – трехярусные, с винтовым зажимом провода, PYF-044BE/3; – трехярусные, с самозажимными клеммами проводов, PYF-144BE/3; Применяются для установки на DIN-рейку или плоскость промежуточных реле серии KIPPRIBOR RP или аналогичных 4-х контактных промежуточных реле; Аксессуары к колодкам этих серий.
	Силовые промежуточные реле. Серии RS (3-контактные) Силовые реле серии RS предназначены для коммутации как силовых цепей, так и цепей управления. Монтаж реле на DIN-рейку осуществляется с помощью колодок с 11-контактным круглым разъемом, который гарантирует высокую надежность электрического контакта и прочную фиксацию реле в колодке.
	Колодки монтажные серий PYF-029BE и PYF-039BE для 2- и 3-контактных промежуточных реле с круглым цоколем Применяются для установки силовых реле серии KIPPRIBOR RS или аналогичных, а также совместимых таймеров, терморегуляторов и другого оборудования: — 8-ми контактные колодки с круглым цоколем PYF-029BE и PYF-029BE/M; — 11-ти контактные колодки с круглым цоколем PYF-039BE и PYF-039BE/M. Аксессуары к ним.
	Силовые промежуточные реле KIPPRIBOR серии REP (2- и 4-контактные). Силовые реле серии REP – это универсальная серия силовых промежуточных реле KIPPRIBOR, которая оптимально подходит для коммутации как цепей управления, так и силовых цепей питания нагрузки. Серия REP включает в себя реле с 2 или 4 контактами, которые способны выдерживать ток до 10 А (по AC-1).
	Колодки монтажные серий PYF-025 и PYF-045 для 2- и 4-контактных промежуточных реле. Используются для монтажа на DIN-рейку 2-х и 4-х контактных промежуточных реле KIPPRIBOR серии REP и аналогичных промежуточных реле сторонних производителей.

 

 

Симисторный ключ вместо реле — Морской флот

Твердотельное реле (ТТР) – прибор из серии электронных компонентов немеханического действия. Отсутствие механики открывает больше возможностей любителям электроники сделать твердотельное реле своими руками для личного пользования.

Рассмотрим такую возможность подробнее.

Конструкция и принцип действия ТТР

Если большая часть подобной электроники традиционно содержит подвижные детали контактных групп, твердотельное реле таких деталей не имеет совсем. Коммутация цепи схемой устройства осуществляется по принципу электронного ключа. А роль электронных ключей обычно исполняют встроенные в тело реле полупроводники – силовые транзисторы, симисторы, тиристоры.

Прежде чем пытаться изготовить твердотельное реле самостоятельно, логично ознакомиться с базовой конструкцией подобных устройств, понять принцип их функционирования.

В рамках плотного изучения прибора сразу же следует выделить преимущественные стороны ТТР:

• коммутация мощной нагрузки;
• высокая скорость переключения;
• идеальная гальваническая развязка;
• способность кратковременно держать высокие перегрузки.

Среди механических конструкций найти реле с подобными параметрами реально не представляется возможным. Вообще, преимущества относительно механических собратьев у твердотельных реле выражаются внушительным списком.

Условия эксплуатации для ТТР практически не ограничивают применение этих устройств. К тому же отсутствие подвижных механических деталей благоприятно сказывается на продолжительности службы приборов. Так что есть все основания, чтобы заняться твердотельным реле – собрать устройство своими руками.

Однако, справедливости ради, наряду с положительными моментами следует отметить свойства реле, характеризуемые как недостатки. Так, для эксплуатации мощных приборов, как правило, требуется дополнительный компонент конструкции, который предназначен отводить тепло.

Радиаторы охлаждения твердотельных реле имеют габаритные размеры в несколько раз превосходящие габариты ТТР, что снижает удобство и рациональность монтажа.

Приборы ТТР в процессе эксплуатации (в закрытом состоянии) дают обратный ток утечки и показывают нелинейную вольт-амперную характеристику. Не все твердотельные реле допустимо использовать без ограничений в характеристиках коммутируемых напряжений.

Отдельные виды устройств предназначены коммутировать только постоянный ток. Внедрение твердотельных реле в схему обычно требует обращения к дополнительным мерам, направленным на блокировку ложных срабатываний.

Твердотельные реле часто можно встретить в общем электрощитке квартиры.

Как работает твердотельное реле?

Управляющий сигнал (обычно напряжение низкого уровня, исходящее, к примеру, от контроллера управления) подаётся на светодиод оптоэлектронной пары, присутствующей в схеме ТТР. Светодиод начинает излучать свет в сторону фотодиода, который в свою очередь открывается и начинает пропускать ток.

Проходящий через фотодиод ток приходит на управляющий электрод ключевого транзистора или тиристора. Ключ открывается, замыкает цепь нагрузки.

Так работает функция коммутации прибора. Вся электроника традиционно заключена в монолитный корпус. Собственно, поэтому устройство и получило название твердотельного реле.

А о том, как подключить твердотельное реле можно прочесть в этом материале.

Разновидности твердотельных переключателей

Весь существующий ассортимент приборов условно можно разделить по группам, исходя из категории подключаемой нагрузки, особенностей контроля и коммутации напряжений.

Таким образом, в общей сложности наберётся три группы:

1. Устройства, действующие в цепях постоянного тока.
2. Устройства, действующие в цепях переменного тока.
3. Универсальные конструкции.

Первая группа представлена приборами с параметрами рабочих управляющих напряжений 3 – 32 вольта. Это относительно малогабаритная электроника, наделённая светодиодной индикацией, способная функционировать без перебоев при температурах -35 / +75 ºС.

Вторая группа – устройства, предназначенные под установку в сетях переменного напряжения. Здесь представлены конструкции ТТР для установки в сетях переменного тока, управляемые напряжением 24 – 250 вольт. Есть устройства, способные коммутировать нагрузку высокой мощности.

Третья группа – приборы универсального назначения. Схемотехника этого вида устройств поддерживает ручную настройку на использование в тех или иных условиях.

Если отталкиваться от характера подключаемой нагрузки, следует выделить два вида твердотельных реле переменного тока: однофазные и трёхфазные. Оба вида рассчитаны на коммутацию достаточно мощной нагрузки при токах 10 – 75 А. При этом пиковые кратковременные значения тока могут достигать величины 500 А.

В качестве нагрузки, коммутируемой твердотельными реле, могут выступать ёмкостные, резистивные, индукционные цепи. Конструкции переключателей позволяют без лишнего шума, плавно управлять, к примеру, нагревательными элементами, лампами накаливания, электродвигателями.

Надёжность работы в достаточной степени высока. Но во многом стабильность и долговечность твердотельных реле зависит от качества производства изделий. Так, устройства, выпускаемые под некой торговой маркой «Impuls», часто отмечаются непродолжительным сроком службы.

С другой стороны, изделия фирмы «Schneider Electric» не оставляют повода для критики.

Как сделать ТТР своими руками?

Учитывая конструкционную особенность прибора (монолит), схема собирается не на текстолитовой плате, как это принято, а навесным монтажом.

Схемотехнических решений в этом направлении можно отыскать множество. Конкретный вариант зависит от требуемой коммутируемой мощности и прочих параметров.

Электронные компоненты для сборки схемы

Перечень элементов простой схемы для практического освоения и построения твердотельного реле своими руками следующий:

1. Оптопара типа МОС3083.
2. Симистор типа ВТ139-800.
3. Транзистор серии КТ209.
4. Резисторы, стабилитрон, светодиод.

Все указанные электронные компоненты спаиваются навесным монтажом согласно следующей схеме:

Благодаря использованию оптопары МОС3083 в схеме формирования сигнала управления величина входного напряжения может изменяться от 5 до 24 вольт.

А за счёт цепочки, состоящей из стабилитрона и ограничительного резистора, снижен до минимально возможного ток, проходящий через контрольный светодиод. Такое решение обеспечивает долгий срок службы контрольного светодиода.

Проверка собранной схемы на работоспособность

Собранную схему нужно проверить на работоспособность. Подключать при этом напряжение нагрузки 220 вольт в цепь коммутации через симистор необязательно. Достаточно подключить параллельно линии коммутации симистора измерительный прибор – тестер.

Режим измерений тестера нужно выставить на «мОм» и подать питание (5-24В) на схему генерации напряжения управления. Если всё работает правильно, тестер должен показать разницу сопротивлений от «мОм» до «кОм».

Устройство монолитного корпуса

Под основание корпуса будущего твердотельного реле потребуется пластина из алюминия толщиной 3-5 мм. Размеры пластины некритичны, но должны соответствовать условиям эффективного отвода тепла от симистора при нагреве этого электронного элемента.

Поверхность алюминиевой пластины должна быть ровной. Дополнительно необходимо обработать обе стороны – зачистить мелкой шкуркой, отполировать.

На следующем этапе подготовленная пластина оснащается «опалубкой» – по периметру приклеивается бордюр из плотного картона или пластика. Должен получиться своеобразный короб, который в дальнейшем будет залит эпоксидной смолой.

Внутрь созданного короба помещается собранная «навесом» электронная схема твердотельного реле. На поверхность алюминиевой пластины укладывается только симистор.

Никакие другие детали и проводники схемы не должны касаться алюминиевой подложки. Симистор прикладывается к алюминию той частью корпуса, которая рассчитана под установку на радиатор.

Следует использовать теплопроводящую пасту на площади соприкосновения корпуса симистора и алюминиевой подложки. Некоторые марки симисторов с неизолированным анодом обязательно требуется ставить через слюдяную прокладку.

Симистор нужно плотно прижать к основанию каким-то грузом и залить по периметру эпоксидным клеем либо закрепить каким-то образом без нарушения глади обратной стороны подложки (например, заклёпкой).

Приготовление компаунда и заливка корпуса

Под изготовление твёрдого тела электронного устройства потребуется изготовить компаундную смесь. Состав смеси компаунда делается на основе двух компонентов:

1. Эпоксидная смола без отвердителя.
2. Порошок алебастра.

Благодаря добавлению алебастра мастер решает сразу две задачи – получает исчерпывающий объём заливного компаунда при номинальном расходе эпоксидной смолы и создаёт заливку оптимальной консистенции.

Смесь нужно тщательно перемешать, после чего можно добавить отвердитель и вновь тщательно перемешать. Далее аккуратно заливают «навесной» монтаж внутри картонного короба созданным компаундом.

Заливку делают до верхнего уровня, оставив на поверхности лишь часть головки контрольного светодиода. Первоначально поверхность компаунда может выглядеть не совсем гладкой, но спустя некоторое время картинка изменится. Останется только дождаться полного застывания литья.

По сути, применить можно любые подходящие для литья растворы. Главный критерий – состав заливки не должен быть электропроводящим, плюс должна формироваться хорошая степень жёсткости литья после застывания. Литой корпус твердотельного реле является своего рода защитой электронной схемы от случайных физических повреждений.

Выводы и полезное видео по теме

Этот ролик показывает, как и на базе каких электронных компонентов можно сделать твердотельное реле. Автор доходчиво рассказывает обо всех деталях практики изготовления, с какими он столкнулся лично в процессе производства электронного коммутатора:

Видео о проблеме, с которой можно столкнуться после приобретения однофазного ТТР у продавцов из Китая. Попутно проводит своеобразный обзор устройства прибора коммутации:

Самостоятельное изготовление твердотельных реле – вполне возможное решение, но применительно к изделиям под низковольтную нагрузку, потребляющую относительно малую мощность.

Более мощные и высоковольтные приборы сделать своими руками сложно. Да и обойдётся эта затея по финансам в такую же сумму, какой оценивается заводской экземпляр. Так что в случае надобности проще купить готовый прибор промышленного изготовления.

Если у вас появились вопросы по сборке твердотельного реле, пожалуйста, задайте их в блоке с комментариями, а мы постараемся дать на них предельно понятный ответ. Там же можно поделиться опытом самостоятельного изготовления реле или сообщить ценную информацию по теме статьи.

Тиристоры нашли широкое применение в полупроводниковых устройствах и преобразователях. Различные источники питания, частотные преобразователи, регуляторы, возбудительные устройства для синхронных двигателей и много других устройств строились на тиристорах, а в последнее время их вытесняют преобразователи на транзисторах. Основной задачей для тиристора является включение нагрузки в момент подачи управляющего сигнала. В этой статье мы рассмотрим, как управлять тиристорами и симисторами.

Определение

Тиристор (тринистор) – это полупроводниковый полууправляемый ключ. Полууправляемый – значит, что вы можете только включать тиристор, отключается он только при прерывании тока в цепи или если приложить к нему обратное напряжение.

Он, подобно диоду, проводит ток только в одном направлении. То есть для включения в цепь переменного тока для управления двумя полуволнами нужно два тиристора, для каждой по одному, хотя не всегда. Тиристор состоит из 4 областей полупроводника (p-n-p-n).

Другой подобный прибор называется симистор – двунаправленный тиристор. Его основным отличием является то, что ток он может проводить в обе стороны. Фактически он представляет собой два тиристора соединённых параллельно навстречу друг другу.

Основные характеристики

Как и любых других электронных компонентов у тиристоров есть ряд характеристик:

Падение напряжения при максимальном токе анода (VT или Uос).

Прямое напряжение в закрытом состоянии (VD(RM) или Uзс).

Обратное напряжение (VR(PM) или Uобр).

Прямой ток (IT или Iпр) – это максимальный ток в открытом состоянии.

Максимально допустимый прямой ток (ITSM) — это максимальный пиковый ток в открытом состоянии.

Обратный ток (IR) — ток при определенном обратном напряжении.

Постоянный ток в закрытом состоянии при определенном прямом напряжении (ID или Iзс).

Постоянное отпирающее напряжение управления (VGT или UУ).

Ток управления (IGT).

Максимальный ток управления электрода IGM.

Максимально допустимая рассеиваемая мощность на управляющем электроде (PG или Pу)

Принцип работы

Когда на тиристор подают напряжение он не проводит ток. Есть два способа включит его – подать напряжение между анодом и катодом достаточное для открытия, тогда его работа ничем не будет отличаться от динистора.

Другой способ – это подать кратковременный импульс на управляющий электрод. Ток открытия тиристора лежит в пределах 70-160 мА, хотя на практике эта величина, как и напряжение которое нужно приложить к тиристору зависит от конкретной модели и экземпляра полупроводникового прибора и даже от условий, в которых он работает, таких, например, как температура окружающей среды.

Кроме управляющего тока, есть такой параметр как ток удержания – это минимальный ток анода для удержания тиристора в открытом состоянии.

После открытия тиристора управляющий сигнал можно отключать, тиристор будет открыт до тех пор, пока через него протекает прямой ток и подано напряжение. То есть в цепи переменного тиристор будет открыт в течении той полуволны напряжение которой смещает тиристор в прямом направлении. Когда напряжение устремится к нулю, снизится и ток. Когда ток в цепи упадет ниже величины тока удержания тиристора – он закроется (выключится).

Полярность управляющего напряжения должна совпадать с полярностью напряжения между анодом и катодом, что вы наблюдаете на осциллограммах выше.

Управление симистором аналогично хоть и имеет некоторые особенности. Для управления симистором в цепи переменного тока нужно два импульса управляющего напряжения – на каждую полуволну синусоиды соответственно.

После подачи управляющего импульса в первой полуволне (условно положительной) синусоидального напряжения ток через симистор будет протекать до начала второй полуволны, после чего он закроется, как и обычный тиристор. После этого нужно подать еще один управляющий импульс для открытия симистора на отрицательной полуволне. Это наглядно проиллюстрировано на следующих осциллограммах.

Полярность управляющего напряжения должна соответствовать полярности приложенного напряжения между анодом и катодом. Из-за этого возникают проблемы при управлении симисторами с помощью цифровых логических схем или от выходов микроконтроллера. Но это легко решается путем установки симисторного драйвера, о чем мы поговорим позже.

Распространенные схемы управления тиристорами или симисторами

Самой распространенной схемой является симисторный или тиристорный регулятор.

Здесь тиристор открывается после того как на конденсаторе будет достаточная величина для его открытия. Момент открытия регулируется с помощью потенциометра или переменного резистора. Чем больше его сопротивление – тем медленнее заряжается конденсатор. Резистор R2 ограничивает ток через управляющий электрод.

Эта схема регулирует оба полупериода, то есть вы получаете полную регулировку мощности почти от 0% и почти до 100%. Это удалось достичь, установив регулятор в диодном мосте, таким образом регулируется одна из полуволн.

Упрощенная схема изображена ниже, здесь регулируется лишь половина периода, вторая полуволна проходит без изменения через диод VD1. Принцип работы аналогичен.

Симисторный регулятор без диодного моста позволяет управлять двумя полуволнами.

По принципу действия почти аналогична предыдущим, но построена на симисторе с её помощью регулируются уже обе полуволны. Отличия заключаются в том, что здесь импульс управления подаётся с помощью двунаправленного динистора DB3, после того как конденсатор зарядится до нужного напряжения, обычно это 28-36 Вольт. Скорость зарядки также регулируется переменным резистором или потенциометром. Такая схема реализована в большинстве бытовых диммеров.

Такие схемы регулировки напряжения называется СИФУ – система импульсного фазового управления.

На рисунке выше изображен вариант управления симистором с помощью микроконтроллера, на примере популярной платформы Arduino. Симисторный драйвер состоит из оптосимистора и светодиода. Так как в выходной цепи драйвера установлен оптосимистор на управляющий электрод всегда подаётся напряжение нужной полярности, но здесь есть некоторые нюансы.

Дело в том, что для регулировки напряжения с помощью симистора или тиристора нужно подавать управляющий сигнал в определенный момент времени, так чтобы срез фазы происходил до нужной величины. Если наугад стрелять управляющими импульсами – схема работать конечно будет, но регулировок добиться не выйдет, поэтому нужно определять момент перехода полуволны через ноль.

Так как для нас не имеет значения полярность полуволны в настоящий момент времени – достаточно просто отслеживать момент перехода через ноль. Такой узел в схеме называют детектор нуля или нуль-детектор, а в англоязычных источниках «zero crossing detector circuit» или ZCD. Вариант такой схемы с детектором перехода через ноль на транзисторной оптопаре выглядит следующим образом:

Оптодрайверов для управления симисторами есть множество, типовые – это линейка MOC304x, MOC305x, MOC306X, произведенные компанией Motorola и другими. Более того – эти драйверы обеспечивают гальваническую развязку, что убережет ваш микроконтроллер в случае пробоя полупроводникового ключа, что вполне возможно и вероятно. Также это повысит безопасность работы с цепями управления, полностью разделив цепь на «силовую» и «оперативную».

Заключение

Мы рассказали базовые сведения о тиристорах и симисторах, а также управлении ими в цепях с «переменкой». Стоит отметить, что мы не затрагивали тему запираемых тиристоров, если вас интересует этот вопрос – пишите комментарии и мы рассмотрим их подробнее. Также не были рассмотрены нюансы использования и управления тиристорами в силовых индуктивных цепях. Для управления «постоянкой» лучше использовать транзисторы, поскольку в этом случае вы решаете, когда ключ откроется, а когда он закроется, повинуясь управляющему сигналу…

мощный ключ на симисторе

Для публикации сообщений создайте учётную запись или авторизуйтесь

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать учетную запись

Зарегистрируйте новую учётную запись в нашем сообществе. Это очень просто!

Твердотельные реле переменного тока с использованием симисторов

Самое простое твердотельное реле.

Самое простое твердотельное реле (SSR) показано выше, это источник света и симистор со светочувствительным затвором. Для получения дополнительной информации о том, как работают симисторы и тиристоры, см. Проекты и схемы базовых симисторов и тиристоров. Твердотельное реле (SSR) состоит из четырех основных частей:

1. Оптоизолятор или оптрон для изоляции низковольтного управления постоянным током, часто от микрокомпьютера, от высокого напряжения переменного тока.Входной оптопара часто представляет собой светоизлучающие диоды, в то время как выход часто представляет собой фототранзистор или фотоприемник для включения симистора.
2. SSR часто имеет внутреннюю схему детектора перехода через ноль для включения симистора в то время, когда синусоида немного превышает ноль или 180 градусов. Это помогает предотвратить повреждение нагрузки и ненужные скачки напряжения.
3. Симистор, действующий как переключатель переменного тока. Если SSR предназначен для постоянного тока, на выходе будет силовой транзистор.
4. Демпферная цепь (и) для предотвращения ложного срабатывания симистора из-за шумовых всплесков, генерируемых магнитными нагрузками.

Более практичный SSR.

См. Также Использование оптопары. Важное замечание: выход не имеет электрического соединения со входом и может обеспечивать изоляцию до нескольких тысяч вольт. Также см. Дополнительные примеры схем.

Оптоизоляторы с диафрагмами

Оптоизолятор — это твердотельное устройство, предназначенное для обеспечения гальванической развязки между входом и выходом. Вход состоит из светоизлучающего диода (LED) в корпусе с шестью или восемью выводами, в зависимости от типа.Выходом может быть фототранзистор, фотодатчик и т. Д. Электрический контакт между входом и выходом отсутствует. Когда светодиод включен, диод, транзистор и т. Д. Будут проводить свет, излучаемый диодом, таким образом, включив симистор как переключатель. Серия MOC3011 предназначена для подключения к симисторам, типы MOC301x на 110 вольт и типы MOC302x на 240 вольт. Просмотреть схему.

(вверху) MOC3042 Другие оптопары имеют встроенный детектор перехода через нуль.

Демпферы

Демпферная цепь (обычно типа RCA) часто используется между Mt1 и Mt2.Демпфирующие цепи используются для предотвращения преждевременного срабатывания, вызванного, например, скачками напряжения в сети переменного тока или индуктивными нагрузками, такими как двигатели. Кроме того, резистор затвора или конденсатор (или оба параллельно) могут быть подключены между затвором и Mt1 для дальнейшего предотвращения ложного срабатывания. Это может увеличить требуемый ток запуска и, возможно, задержку выключения при разрядке конденсатора.

В этой схеме выше «горячая» сторона линии переключается, а нагрузка подключается к холодной или заземленной стороне.Резистор на 39 Ом и конденсатор 0,01 мкФ предназначены для демпфирования симистора, а резистор на 470 Ом и конденсатор 0,05 мкФ — для демпфирования ответвителя. Эти компоненты могут быть необходимы, а могут и не потребоваться, в зависимости от конкретной нагрузки и используемой нагрузки.

Для получения дополнительной информации о вышеупомянутом оптроне см. Оптоизолятор серии moc30xx и MOC3042 с цепями перехода через ноль. (оба файла в формате pdf)

Введение в твердотельные реле

ВВЕДЕНИЕ:

Благодаря своим превосходным характеристикам твердотельное реле стало важным промышленным устройством управления во многих областях.
Это введение в твердотельные реле, из этой статьи вы узнаете, что такое твердотельное реле? Какие типы твердотельных реле? Как работают твердотельные реле? Как выбрать твердотельное реле? Как использовать твердотельные реле?

Вы можете быстро перейти к интересующим вас главам с помощью каталога Directory ниже и быстрого навигатора в правой части браузера.

СОДЕРЖАНИЕ

§1.Что такое твердотельное реле (SSR)

Твердотельное реле (также известное как SSR, реле SS, реле SSR или переключатель SSR, твердотельный контактор, силовой электронный переключатель, автомобильные реле, электронные силовые реле и контакторы электрических сигналов) представляет собой интегрированное бесконтактное электронное переключающее устройство, которое компактно собрано из интегральной схемы (ИС) и дискретных компонентов. В зависимости от характеристик переключения электронных компонентов (таких как переключающие транзисторы, двунаправленные тиристоры и другие полупроводниковые компоненты), SSR могут очень быстро переключать состояние нагрузки «ВКЛ» и «ВЫКЛ» через электронную схему, точно так же, как и функции традиционных механических реле.По сравнению с предыдущим реле с «герконовым контактом», а именно с электромеханическим реле (EMR), внутри SSR нет подвижной механической части, а также отсутствует механическое воздействие во время процесса переключения SSR. Поэтому твердотельное реле еще называют «бесконтактным переключателем».

По своим конструктивным характеристикам переключатель SSR превосходит EMR. Основными преимуществами твердотельных реле являются следующие:

● Полупроводниковый компонент действует как переключатель для реле, которое имеет небольшие размеры (компактный размер) и долгий срок службы (длительный срок службы).

● Лучшая электромагнитная совместимость, чем ЭМИ — невосприимчивость к радиочастотным помехам (RFI) и электромагнитным помехам (EMI), низкий уровень электромагнитных помех и низкий уровень электромагнитного излучения.

● Отсутствие движущихся частей, отсутствие механического износа, отсутствие шума при работе, отсутствие механических повреждений, и высокая надежность.

● Нет искры, дуги, горения, дребезга контактов и износа между контактами.

● Благодаря функции «переключение при нулевом напряжении, отключение при нулевом токе» легко достичь переключения «при нулевом напряжении».

● Быстрая скорость переключения (скорость переключения SSR в 100 раз выше, чем у обычного EMR), высокая рабочая частота.

● Высокая чувствительность, управляющие сигналы низкого электрического уровня (SSR может напрямую управлять большими токовыми нагрузками через малоточные управляющие сигналы), совместим с логической схемой (схемы TTL, CMOS, DTL, HTL), легко реализует несколько функций.

● Обычно упаковывается из изоляционного материала, с хорошей влагостойкостью, устойчивостью к плесени, коррозии, виброустойчивостью, механической стойкостью к ударам и взрывозащищенностью.

Кроме того, функция усиления и возбуждения твердотельного реле очень подходит для управления мощным исполнительным механизмом, который более надежен, чем электромагнитный. реле (ЭМИ). Управляющие переключатели твердотельных реле требуют очень низкой мощности, поэтому низкие управляющие токи можно использовать для управления большими токами нагрузки. И В твердотельном реле используется отработанная и надежная оптоэлектронная технология изоляции между входными и выходными клеммами. Эта технология позволяет выходной сигнал устройства с низким энергопотреблением должен быть напрямую подключен к входным клеммам управления твердотельного реле для управления высокой мощностью устройство на выходной клемме твердотельного реле без необходимости в дополнительных схемах защиты для защиты устройства слабого тока, потому что «устройство малого тока управления» (подключенное к входной клемме SSR) и «большое устройство управления источники питания »(подключенные к выходной клемме SSR) были электрически изолированы.Кроме того, твердотельные реле переменного тока используют «детектор перехода через ноль». технология для безопасного применения AC-SSR к выходному интерфейсу компьютера, не вызывая серии помех или даже серьезных сбоев в работе компьютера. И эти функции не могут быть реализованы EMR.

Из-за присущих твердотельным реле характеристик и вышеуказанных преимуществ, SSR широко используется в различных областях с момента его появления в 1974 году и полностью заменил электромагнитные реле во многих областях, где электромагнитные реле не может применяться.Особенно в области компьютерных систем автоматического управления, потому что твердотельное реле требует очень низкого мощность привода и совместимы с логической схемой, а также могут напрямую управлять выходной схемой без необходимости в дополнительном промежуточном цифровом буфере.

В настоящее время твердотельные реле хорошо работают в военной, химической, промышленной устройства управления автоматикой, электромобиль, телекоммуникации, гражданское электронное оборудование управления, а также приложения для обеспечения безопасности и контрольно-измерительные приборы, такие как система нагрева электрической печи, машина с числовым программным управлением (станок с ЧПУ), оборудование для дистанционного управления, электромагнитный клапан, медицинское оборудование, система управления освещением (например, светофор, сцинтиллятор, система управления сценическим освещением), бытовая техника (например, стиральная машина, электрическая плита, духовка, холодильник, кондиционер), оргтехника (например, копировальный аппарат, принтеры, факсы и многофункциональные принтеры), системы пожарной безопасности, зарядка электромобилей система и так далее.В общем, твердотельные реле могут использоваться в любом приложении, требующем высокой стабильности (оптическая изоляция, высокая устойчивость), высокой производительности (высокая скорость переключения, высокий ток нагрузки), и небольшой размер упаковки.

Конечно, твердотельные реле также имеют некоторые недостатки, в том числе: наличие падения напряжения во включенном состоянии и выходного тока утечки, необходимость мер по отводу тепла, более высокая стоимость покупки, чем у EMR, реле постоянного и переменного тока не универсальны, единое состояние управления, небольшое количество контактных групп и плохая перегрузочная способность.Хотя некоторые специальные настраиваемые твердотельные реле могут решить некоторые из вышеперечисленных проблем, эти недостатки необходимо учитывать и оптимизировать при проектировании схем и применении SSR, чтобы максимизировать преимущества твердотельных реле.

§ 2. Какова структура твердотельных реле

Твердотельные реле представляют собой четырехконтактные активные устройства, две из четырех клемм являются клеммами управления входом, а две другие клеммы клеммы управления выходом. Хотя типов и спецификаций SSR-переключателей много, их структуры схожи и состоят в основном из трех частей (как показано на рисунке 2.1): входная цепь (цепь управления), цепь возбуждения и выход Цепь (управляемая цепь).

Входная цепь:

Входная цепь твердотельного реле, также называемая цепью управления, обеспечивает контур для входного управляющего сигнала, делая управляющий сигнал источником запуска для твердотельного реле. В соответствии с различными типами входного напряжения входную цепь можно разделить на три типа: входная цепь постоянного тока, переменного тока. входная цепь и входная цепь переменного / постоянного тока.

Входную цепь постоянного тока можно разделить на резистивную входную цепь и входную цепь постоянного тока.

1) Резистивная входная цепь, входной ток которой линейно увеличивается с увеличением входного напряжения, и наоборот. Если управляющий сигнал имеет фиксированное управляющее напряжение, следует выбрать входную цепь резистора.

2) Входная цепь постоянного тока. Когда входное напряжение входной цепи постоянного тока достигает определенного значения, ток больше не будет явно увеличиваться по мере увеличения напряжения. Эта функция позволяет использовать твердотельное реле постоянного тока на входе в довольно широком диапазоне входного напряжения.Например, когда диапазон изменения напряжения управляющего сигнала довольно большой (например, 3 ~ 32 В), рекомендуется использовать твердотельное реле постоянного тока с входной цепью постоянного тока, чтобы твердотельное реле постоянного тока могло надежно работать в весь диапазон входного напряжения.

Некоторые из этих входных схем управления имеют управление с положительной и отрицательной логикой, инвертирование и другие функции, а также совместимость логических схем. Таким образом, твердотельные реле могут быть легко подключены к схемам TTL (схемы транзисторно-транзисторной логики), схемам CMOS (схемы комплементарных металлооксидных полупроводников), схемам DTL (схемам диодно-транзисторной логики) и схемам HTL (схемам высокопороговой логики).В настоящее время DTL постепенно заменяется TTL, а HTL заменяется CMOS. И если сигнал с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) используется в качестве входного сигнала, переключение ВКЛ / ВЫКЛ частоту источника питания переменного тока следует установить менее 10 Гц, иначе частота переключения выходного сигнала выходной цепи ТТР переменного тока не сможет поспевать за ней.

Цепь управления:

Цепь управления твердотельным реле состоит из трех частей: изолирующей цепи связи, функциональной цепи и цепи запуска.Однако, согласно Фактические потребности твердотельного реле, могут быть включены только одна / две из этих частей.

1. Изолированная цепь связи:

Методы изоляции и связи для цепей ввода / вывода (ввод / вывод Схема) твердотельных реле в настоящее время используются два способа: схемы оптопары и схемы высокочастотного трансформатора.

1) Оптопара (также называемая оптопарой, оптическим соединителем, оптоизолятором или оптическим изолятором) непрозрачно снабжена инфракрасным светодиодом (светоизлучающим диодом) и оптическим датчиком для обеспечения изолированного управления между «стороной управления» и «нагрузкой». сторона », потому что между« излучателем света »и« датчиком света »нет электрического или физического соединения, кроме луча.Типы комбинаций «источник-датчик» обычно включают: «светодиод-фототранзистор» (фототранзистор), «светодиод-симистор» (фототриак) и «светодиод-фотодиод». матрица »(стек фотодиодов используется для управления парой полевых МОП-транзисторов или IGBT).

2) В схеме связи высокочастотного трансформатора используется высокочастотный трансформатор для преобразования управляющего сигнала на входе в управляющий сигнал на выходе. Подробный процесс заключается в том, что входной управляющий сигнал создает автоколебательный высокочастотный сигнал, который будет передаваться через сердечник трансформатора во вторичную обмотку трансформатора, и после обработки схемой обнаружения / выпрямления и логической схемой сигнал в конечном итоге станет управляющий сигнал для управления триггерной схемой.

2. Функциональная схема:

Функциональная схема может включать в себя различные функциональные схемы, например схему обнаружения, схему выпрямителя, схему перехода через нуль, схему ускорения, схему защиты, схему отображения и т. Д.

3. Схема запуска:

Цепь триггера используется для подачи триггерного сигнала на выходную цепь.

Выходная цепь:

Выходная цепь твердотельного реле управляется триггерным сигналом для включения / выключения источников питания нагрузки.

Выходная цепь в основном состоит из выходного компонента (микросхемы) и контура поглощения (который действует как подавитель переходных процессов) и иногда включает в себя цепь обратной связи. До сих пор выходной компонент твердотельных реле в основном включает в себя: биполярный переходной транзистор (биполярный транзистор или BJT, который делится на два типа, PNP и NPN), тиристор (кремниевый выпрямитель или SCR), симистор (двунаправленный триод, Двунаправленный тиристор, двунаправленный управляемый выпрямитель или BCR), полевой транзистор металл-оксид-полупроводник (MOSFET), биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT), MOSFET из карбида кремния (SIC MOSFET, разновидность широкозонного транзистора с максимальной рабочей температурой перехода в промышленном масштабе 200 °). C, низкое энергопотребление и компактный размер) и так далее.

Выходную цепь твердотельного реле можно разделить на три типа: выходная цепь постоянного тока, выходная цепь переменного тока и выходная цепь переменного / постоянного тока. В выходной цепи постоянного тока обычно используется биполярный компонент (такой как IGBT или MOSFET) в качестве выходного компонента, а в выходной цепи переменного тока обычно используются два тиристора или один симистор в качестве выходного компонента.

§3. Символ твердотельного реле

Символ твердотельного реле на принципиальной схеме показан ниже (Рисунок 3.1).

Следует отметить, что:
● Символ электрода должен быть нанесен отдельно (внутри или вне рамки) рядом с каждым контактом графического символа.
● Входные и выходные клеммы обычно не могут быть нарисованы на одной или смежных сторонах.
● Когда на одной принципиальной схеме появляется несколько твердотельных реле, после текстового символа можно добавить числовой номер, чтобы различать реле. (например, SSR1, SSR2).

§4. Типы твердотельных реле

Типы твердотельных реле разнообразны, и стандарты классификации разнообразны.Твердотельные реле обычно классифицируются по следующим критериям.

1. Тип источника питания нагрузки:

Твердотельное реле можно разделить на твердотельные реле постоянного тока (DC-SSR) и твердотельные реле переменного тока (AC-SSR) в зависимости от типа источника питания нагрузки. В твердотельных реле постоянного тока в качестве переключающего элемента используются силовые полупроводниковые транзисторы (такие как BJT, MOSFET, IGBT) для управления состоянием ВКЛ / ВЫКЛ источника питания нагрузки постоянного тока, а в твердотельных реле переменного тока используются тиристоры (например, как Triac, SCR) в качестве переключающего элемента для управления состоянием ВКЛ / ВЫКЛ источника питания нагрузки переменного тока.

1.1 DC-SSR:

В зависимости от формы входа, SSR типа постоянного тока можно разделить на твердотельные реле постоянного тока с резистивным входом и твердотельные реле постоянного тока постоянного тока.

1.2 AC-SSR:

SSR типа AC можно классифицировать в соответствии со следующими стандартами.

1.2.1 Режим запуска управления:

В зависимости от режима запуска управления (время включения и выключения), SSR переменного тока можно разделить на твердотельные реле переменного тока с переходом через нуль, случайное включение Тип твердотельные реле переменного тока и пиковое включение Тип твердотельные реле переменного тока.

1) Твердотельные реле переменного тока с нулевым переходом (рис. 4.2), также известные как твердотельные реле переменного тока с триггером нулевого перехода, твердотельное реле с перекрестным включением нуля, твердотельные реле переменного тока с нулевым переключением, твердотельные реле переменного тока с нулевым напряжением , или твердотельные реле переменного тока. Для реле SSR с переходом через нуль их состояние переключения выходной цепи синхронизируется с выходным сигнал, то есть «синхронный» с источником питания. При включении входного сигнала, если напряжение питания нагрузки находится в зоне, отличной от перехода через нуль, выходная клемма твердотельных реле с переходом через ноль не будет включена; но если напряжение питания нагрузки достигает нулевой зоны, выходная клемма реле SSR перехода через ноль будет включена, а также цепь нагрузки будет быть включенным.Этот режим триггера может эффективно снизить пусковой ток, генерируемый при включении SSR, а также одновременно уменьшает сигнал помех в электросети и входной цепи управления. В Следовательно, твердотельные реле с переходом через ноль являются наиболее распространенным типом во многих областях.

2) Твердотельные реле переменного тока случайного включения (рис. 4.3), также известные как твердотельные реле переменного тока с произвольным переключением, твердотельное реле переменного тока с произвольным включением, твердотельное реле переменного тока с произвольной проводимостью, твердотельное реле переменного тока с произвольным зажиганием , Твердотельное реле мгновенного включения, твердотельные реле переменного тока с ненулевым переключением, твердотельные реле переменного тока мгновенного включения, твердотельные реле мгновенного действия переменного тока, асинхронные твердотельные реле переменного тока или твердотельные реле переменного тока с фазовой модуляцией.Режим переключения выходной цепи реле ТТР произвольного типа управляется только управляющим сигналом и не зависит от сигнала источника питания, т.е. «асинхронен» с источником питания. Твердотельные реле случайного типа будут немедленно включены, пока есть входные сигналы на входных клеммах, и независимо от состояния напряжения нагрузки. Поскольку случайное твердотельное Реле включается или выключается в любой фазе источника питания переменного тока, в момент включения может генерироваться сильный сигнал помехи.

3) Твердотельные реле переменного тока с пиковым включением также известны как твердотельные реле переменного тока с пиковым переключением или пиковое пожарное реле переменного тока. твердотельные реле. При подаче входного управляющего сигнала реле SSR пикового типа включаются в первой точке пика выходного напряжения переменного тока. для уменьшения пускового тока; если входной управляющий сигнал удален, твердотельные реле пиковых значений будут выключены.

1.2.2 Фаза:

В зависимости от фазы источника переменного тока AC-SSR можно разделить на твердотельные реле однофазного переменного тока и твердотельные реле трехфазного переменного тока.

1) В зависимости от функции однофазные твердотельные реле переменного тока можно разделить на однофазные твердотельные реле переменного / постоянного тока, однофазные твердотельные регуляторы напряжения, однофазные твердотельные регуляторы напряжения, одно открытое и одно закрытое однофазные твердотельные реле, однофазные твердотельные реле прямого и обратного направления, однофазные сдвоенные твердотельные реле и т. д. Следует отметить, что двойное реле (рис. 4.4), которое представляет собой однофазное твердотельное реле. реле, которое объединяет два однофазных промышленных твердотельных реле в один стандартный промышленный корпус с двойными входными клеммами и двойными выходными клеммами, причем каждый набор клемм ввода / вывода не зависит от другого набора, то есть двойного Реле SSR имеют больше контактов и могут обеспечивать более разнообразное управление, чем обычные типы.

2) Трехфазные твердотельные реле переменного тока могут использоваться непосредственно для управления трехфазными двигателями переменного тока, а твердотельные трехфазные прямые-обратные реле переменного тока (или трехфазные реверсивные Твердотельное реле переменного тока) может использоваться для управления трехфазными двигателями прямого и обратного хода (трехфазные двунаправленные двигатели переменного тока или трехфазные двухоборотные двигатели переменного тока).

1.2.3 Компонент переключателя:

В соответствии с компонентами переключателя AC-SSR можно разделить на твердотельные реле переменного тока обычного типа и твердотельные реле расширенного типа.В реле SSR обычного типа используется симистор. в качестве компонента переключения выхода, а реле SSR улучшенного типа использовали встречно-параллельный SCR в качестве компонента переключения.

2. Форма ввода / вывода:

В соответствии с формой ввода / вывода твердотельные реле можно разделить на четыре типа: твердотельные реле типа входа постоянного тока и выхода переменного тока (DC-AC SSR реле), твердотельные реле постоянного и постоянного тока на выходе (реле постоянного и постоянного тока SSR), твердотельные реле переменного и переменного тока на выходе (твердотельные реле переменного и переменного тока), твердотельные реле переменного тока на входе и выходе постоянного тока (AC- Реле постоянного тока SSR).

3. Тип переключателя:

В зависимости от типа переключателя, переключатели SSR можно разделить на твердотельные реле нормально открытого типа (или NO-SSR) и твердотельные реле нормально закрытого типа (или NC-SSR). Нормально разомкнутые твердотельные реле будут включены только тогда, когда на входные клеммы подается управляющий сигнал. Напротив, нормально закрытый твердотельный реле будут выключены, когда входной сигнал будет подан на входной терминал. (Если не указано иное, твердотельные реле в этом документе по умолчанию относятся к нормально разомкнутым твердотельным реле.)

4. Изоляция / соединение:

В соответствии с методами изоляции / соединения, SSR можно разделить на твердотельные реле с герконовым реле, твердотельные реле с трансформаторной связью, твердотельные реле с фотосвязью и твердотельные реле гибридного типа. государственные реле.

1) В твердотельном реле герконовой муфты (рис. 4.5, а) в качестве метода изоляции используется герконовый переключатель. При подаче управляющего сигнала непосредственно (или через предусилитель) к катушке герконового реле, герконовый переключатель сразу замкнется, а тиристорный переключатель будет активирован, чтобы заставить нагрузку проводить.

2) В ТТР с трансформаторной муфтой (рис. 4.5, б) в качестве изолирующего устройства используется трансформатор. Трансформатор может преобразовывать управляющий сигнал малой мощности от первичной катушки во вторичную катушку, чтобы генерировать сигнал для возбуждения электронный переключатель. И если входной управляющий сигнал представляет собой напряжение постоянного тока, во входной цепи требуется преобразователь постоянного тока в переменный. После обработки путем выпрямления, усиления или других модификаций сигнал от вторичной катушки можно использовать для управлять переключающим компонентом.

3) SSR с фотосвязью (рис. 4.5, c), также известный как фотоизолированный SSR или оптопара. SSR использует оптический ответвитель в качестве изолятора. Оптический соединитель представляет собой оптоизолятор, который состоит из источника инфракрасного излучения (обычно светоизлучающего диода или светодиода) и светочувствительного полупроводникового компонента (такого как светочувствительный диод, фоточувствительный транзистор и фоточувствительный тиристор). В соответствии с различными компонентами (рисунок 4.6), оптопара может быть в опто-диодном соединителе (фото-диодном соединителе), оптранзисторном соединителе (фото-транзисторном соединителе), опто-тиристорном соединителе (фото-тиристорном соединителе), и опто-симисторный ответвитель (фото-симисторный ответвитель).

Фото-полупроводниковое устройство обнаруживает инфракрасное излучение от светодиода, а затем выдает сигнал для управления полупроводниковым переключателем. По сравнению с герконовым реле и трансформатором, оптический изолятор имеет лучшую физическую изоляцию, чтобы Обеспечьте электрическую изоляцию между цепью нагрузки на выходе высокого напряжения и цепью входного сигнала низкого напряжения. А благодаря отличным изоляционным характеристикам и очень компактным размерам оптопары, твердотельное реле оптопары используется в очень широком диапазоне приложений.

4) Гибридное твердотельное реле — это специальное твердотельное реле, которое объединяет преимущества EMR и SSR, с высоким КПД и низким энергопотреблением. Входные и выходные цепи гибридных твердотельных реле состоят из реле SSR и герконового переключателя (или микроэлектромагнитного реле), включенных параллельно и управляемых. различными управляющими сигналами (рисунок 4.7).

При подаче входного сигнала 1 SSR немедленно переключается во включенное состояние. Поскольку в электронном переключателе нет движущихся частей, он может стабильно и быстро переключать нагрузку и не генерирует дугу из-за высокого сетевого напряжения или сильного импульсного тока. во время переключения.После генерации тока нагрузки ЭМИ будет управляться управляющим сигналом 2 и включаться. Поскольку ЭМИ подключено параллельно с ТТР, выходной контакт ЭМИ запитывается без напряжения, и на контактах нет дуги. Затем, после некоторой задержки, дребезг контактов ЭМИ стабилизируется, и SSR будет выключен. EMR работает почти без нагрева, поэтому гибридные реле SSR могут работать без установленного радиатора.

5. Структура схемы:

В зависимости от структуры схемы твердотельное реле можно разделить на твердотельные реле с дискретной структурой и твердотельные реле с гибридной структурой.Твердотельные реле с дискретной структурой в основном собраны из дискретных компонентов. и печатная плата, а затем упакованные в заливку эпоксидной смолой, пластиковую герметизацию или обертывание смолой. Твердотельные реле с гибридной структурой использовать технологию толстопленочного комбайна для сборки дискретных компонентов и полупроводниковых интегральных схем (ИС), а затем заключить их в металлический или керамический корпус.

6. Производительность:

В зависимости от производительности твердотельное реле можно разделить на твердотельные реле стандартного типа и твердотельные реле промышленного типа.Номинальный ток стандартного твердотельного реле обычно составляет от 10 до 120 А, а номинальный ток промышленного твердотельного реле относительно велик, может составлять от 60 до 2000 А или больше. Следовательно, промышленные реле SSR могут соответствовать строгим требованиям промышленной среды и промышленного оборудования.

7. Монтаж:

В соответствии с методами монтажа твердотельные реле можно разделить на твердотельные реле для монтажа на панели (или для поверхностного монтажа), твердотельные реле для монтажа на DIN-рейку и для монтажа на печатной плате. твердотельные реле (или тип монтажа на печатной плате).И SSR для монтажа на печатной плате можно разделить на SSR для гнездового монтажа (или вставного типа) и SSR для кронштейна (или для фланцевого монтажа). Вставные твердотельные реле со многими стандартными пакетами (например, SIP, Mini-SIP и DIP), может быть напаян непосредственно на печатную плату, полагаясь на естественное охлаждение, без необходимости использования радиатора; твердотельные реле с фланцевым креплением требуют дополнительной металлической пластины или радиатора для отвода тепла.

8. Приложение:

В соответствии с приложением твердотельные реле можно разделить на твердотельные реле общего назначения, твердотельные реле с двусторонней передачей, автомобильные твердотельные реле, твердотельные реле с фиксацией (входной сигнал проходит как логический Исключающее ИЛИ или XOR, поэтому любой вход может блокировать / разблокировать выход) и т. Д.
Реле с фиксацией может продолжать проводить и непрерывно выводить управляющий сигнал даже при отключении управляющего тока, и его можно выключить только путем ввода обратного тока или кнопки выключения. Блокировка обычно используется в высоковольтных цепях, чтобы избежать распространения аварий.

§5. Каковы основные параметры твердотельных реле

Основные параметры твердотельных реле делятся на три категории: входные параметры, выходные параметры и другие параметры.

Входные параметры:

Диапазон входного напряжения / Входной ток:

1) Диапазон входного напряжения относится к значению диапазона напряжения, которое должно быть входным (т. Е. Минимальным) или допустимым входным (т. Е. Максимумом) для твердотельное реле для нормальной работы при температуре окружающей среды 25 ° C.

2) Входной ток относится к соответствующему входному току. значение при определенном входном напряжении.

Напряжение включения / Напряжение выключения:

1) Напряжение включения (напряжение включения).Когда входное напряжение (напряжение, приложенное к входной клемме) больше или равно напряжение включения, выходной терминал будет включен.

2) Напряжение выключения (напряжение выключения). Когда входное напряжение (напряжение приложено к входному зажиму) меньше или равно напряжению отключения, выходной зажим будет отключен.

Напряжение перехода через нуль:

Строго говоря, напряжение перехода через ноль — это не точка напряжения, а диапазон напряжений, который определяется внутренними компонентами реле перехода через нуль, который обычно очень низкий и почти несущественный.Если напряжение источника питания ниже напряжения перехода через нуль, реле перехода через нуль не будет включено; и если напряжение превышает напряжение перехода через нуль, переход через нуль реле будет во включенном состоянии.

Выходные параметры:

Номинальное выходное напряжение / номинальный рабочий ток:

1) Номинальное выходное напряжение — это максимальное рабочее напряжение нагрузки, которое могут выдержать выходные клеммы.

2) Номинальный рабочий ток — это максимальный установившийся рабочий ток, который может проходить через выходные клеммы при температуре окружающей среды 25 ° С.

Падение выходного напряжения / выходной ток утечки:

1) Падение выходного напряжения — это измеренное выходное напряжение при номинальном рабочем токе, когда твердотельное реле находится во включенном состоянии.

2) Выходной ток утечки относится к измеренному значению тока, протекающего через нагрузку, при условии, что твердотельное реле находится в в выключенном состоянии, и на выходную клемму подается номинальное выходное напряжение.
Этот параметр является показателем качества и производительности твердотельных реле.Чем меньше падение выходного напряжения и выходной ток утечки, тем лучше твердотельное реле.

Пусковой ток:

Пусковой ток, также известный как ток перегрузки, входной импульсный ток или импульсный ток включения, относится к неповторяющемуся максимальному значению (или току перегрузки), при котором устройство не будет необратимо повреждено, и выходные клеммы могут выдерживать, когда твердотельное реле находится во включенном состоянии. Пусковой ток SSR переменного тока составляет 5 ~ 10 раз (за один цикл) номинального рабочего тока, а SSR постоянного тока равен 1.5 ~ 5 раз (за одну секунду) номинального рабочего тока.

Другие параметры:

Потребляемая мощность:

Потребляемая мощность — это максимальное значение мощности, потребляемой самим твердотельным реле в состоянии включения и выключения.

Время включения / время выключения:

1) Время включения (или время включения) — это время, которое требуется нормально разомкнутому твердотельному реле для запуска после включения входное управляющее напряжение до тех пор, пока выходная клемма не начнет включаться и выходное напряжение не достигнет 90% окончательного изменения.

2) Время выключения (или время выключения) — это время, которое требуется нормально разомкнутому твердотельному реле, чтобы начать с момента отключения входного управляющего напряжения до тех пор, пока выходная клемма не начнет отключаться, и выходное напряжение достигает 90% окончательной вариации.

Это также важный параметр для оценки характеристик твердотельных реле. Чем короче время включения и выключения, тем лучше коммутационная способность твердотельного реле.

Сопротивление изоляции / диэлектрическая прочность:

1) Сопротивление изоляции относится к измеренному значению сопротивления между входной клеммой и выходной клеммой твердотельного реле при приложении определенного постоянного напряжения (например, 550 В).Он также может Включите измеренное значение сопротивления между входной клеммой и внешним кожухом (включая радиатор), а также измеренное значение сопротивления между выходной клеммой и корпусом.

2) Диэлектрическая прочность или выдерживаемое напряжение диэлектрика относится к максимальному значению напряжения, которое может выдерживаться между входной клеммой и выходной клеммой твердотельного реле. Он также может включать максимальное напряжение допустимое напряжение между выходной клеммой и корпусом, а также максимальное допустимое напряжение между входной клеммой и внешним корпусом.

Рабочая температура / максимальная температура перехода:

1) Рабочая температура относится к допустимому диапазону нормальной рабочей среды, когда твердотельное реле устанавливает радиатор в соответствии со спецификацией или когда радиатор не установлен.

2) Температура перехода, сокращенно от температуры перехода транзистора, — это фактическая рабочая температура полупроводника в электронном устройстве. В процессе эксплуатации она обычно выше температуры корпуса и внешнего температура компонента.Максимальная температура перехода — это самая высокая температура перехода, допускаемая компонентом переключения выхода.

§6. Принцип работы твердотельных реле

Из этой главы вы узнаете, как работают твердотельные реле. Из-за различных условий применения твердотельные реле имеют немного разные внутренние компоненты, но принцип работы схож. Схема внутреннего замещения обычных твердотельных реле представлена ​​на рисунке. ниже (рисунок 6.1). Принцип работы твердотельных реле можно описать просто так: для NO-SSR, когда соответствующий сигнал управления подается на Входной терминал (IN) твердотельного реле, выходной терминал (OUT) будет переключен из выключенного состояния во включенное состояние; если управляющий сигнал отменен, выходной терминал (OUT) будет возвращен в выключенное состояние. В этом процессе твердотельные реле осуществляют бесконтактное управление состояниями переключателя источника питания нагрузки, подключенного к выходным клеммам.Следует отметить, что входной терминал может быть подключен только к управляющему сигналу, а нагрузка должна быть только быть подключенным к выходной цепи.

В зависимости от типа нагрузки SSR можно разделить на два типа: твердотельное реле постоянного тока (DC-SSR) и твердотельное реле переменного тока (AC-SSR). DC-SSR действуют как переключатель нагрузки на источниках питания постоянного тока, а AC-SSR действуют как переключатель нагрузки на питании переменного тока. запасы. Они несовместимы друг с другом и не могут быть смешаны.

1) Твердотельное реле постоянного тока (рисунок 6.1, слева), напряжение управляющего сигнала которого поступает с входной клеммы (IN), а затем подается управляющий сигнал. к приемной цепи через оптопару, и, в конечном итоге, сигнал усиливается усилителем для управления состоянием переключения транзистора. Очевидно, что выходной терминал (OUT) твердотельного реле постоянного тока разделен на положительный Клемма (+ полюс) и отрицательная клемма (- полюс), будьте осторожны, чтобы не допустить ошибок при подключении выходной клеммы реле постоянного тока SSR к управляемой цепи.

2) Твердотельное реле переменного тока (Рисунок 6.1, справа) используется для управления состоянием ВКЛ / ВЫКЛ цепи нагрузки переменного тока. В отличие от твердотельных реле постоянного тока, в реле переменного тока SSR используется двунаправленный тиристор (симистор) или другие электронные переключающие компоненты переменного тока. Следовательно, на выходном терминале нет положительного / отрицательного вывода. (OUT) твердотельного реле переменного тока.

Принцип работы твердотельных реле переменного тока с переходом через ноль

Поскольку твердотельные реле переменного тока с переходом через ноль являются более совершенными и более типичными, чем твердотельные реле других типов, подробности работы SSR-реле переменного тока с переходом через ноль могут помочь проиллюстрировать Полный принцип работы реле SSR:

1.Функция каждой части:

Ниже представлено представление SSR перехода через ноль переменного тока (рисунок 6.2). А схема A ~ E на блок-схеме образует тело SSR переменного тока с переходом через ноль. В целом реле SSR представляет собой четырехконтактный переключатель нагрузки, имеющий всего две входные клеммы. (③ и ④) и две выходные клеммы (① и ②). Когда реле SSR с переходом через ноль переменного тока работает, до тех пор, пока к клеммам ③ и добавлен определенный управляющий сигнал, можно управлять состоянием ВКЛ / ВЫКЛ контура между клеммами ① и.

Схема соединения A используется для обеспечения канала ввода / вывода для устройства управления, подключенного к клеммам ③ и, и электрически разрывает соединение между входными и выходными клеммами SSR, чтобы предотвратить выходная цепь от вмешательства во входную цепь. Наиболее часто используемым компонентом в схеме связи является оптопара с высокой чувствительностью срабатывания, высокой скоростью отклика и высокой диэлектрической прочностью (выдерживаемым напряжением) между ними. входные и выходные клеммы.Поскольку входная нагрузка фотоэлемента представляет собой светоизлучающий диод (LED), это позволяет легко согласовывать входное значение твердотельного реле с уровнем входного сигнала устройства управления и дает возможность подключения входные клеммы реле SSR напрямую подключаются к выходному интерфейсу компьютера, то есть твердотельное реле может управляться логическим уровнем «1» и «0».
Функция цепи запуска B заключается в генерации подходящего триггера. сигнал для приведения в действие схемы переключения D .Однако, если не добавить специальную схему управления, схема переключения будет генерировать радиочастотные помехи (RFI), которые будут загрязнять сеть высшими гармониками и пиками, Таким образом, схема детектора перехода через ноль C специально разработана для решения этой проблемы.
Демпферная цепь E разработана для предотвращения скачков и скачков напряжения от источника питания, вызывающих удары и помехи (даже неисправности). к переключающим транзисторам. Обычно в качестве демпфирующей цепи используется RC-цепь (цепь резистор-конденсатор, RC-фильтр или RC-цепь) или нелинейный резистор (например, варистор).Варистор, также называемый резистором, зависящим от напряжения (VDR), представляет собой электронный компонент, значение сопротивления которого изменяется нелинейно с приложенным напряжением, и наиболее распространенным типом варистора является варистор на основе оксида металла (MOV), такой как нелинейный резистор на основе оксида цинка (ZNR).

2. Функция каждого компонента:

На рисунке ниже показаны внутренние принципиальные схемы триггера перехода через ноль типа AC-SSR (Рисунок 6.3)

R1 — это токоограничивающий резистор, ограничивающий ток входного сигнала. и гарантирует, что оптопара не будет повреждена. Светодиод используется для отображения состояния входа входного управляющего сигнала. Диод VD1 используется для предотвращения повреждения оптопары при инвертировании положительного и отрицательного полюсов входного сигнала. Оптопара OPT электрически изолирует входные и выходные цепи. Триод M1 действует как инвертор и составляет схему обнаружения перехода через нуль. с тиристором SCR одновременно, а рабочее состояние тиристора SCR определяется транзистором M1 обнаружения нуля переменного напряжения. VD2 ~ VD4 образуют двухполупериодный выпрямительный мост (или двухполупериодный диодный мост) UR . Двунаправленный пусковой импульс для включения симистора BCR может быть получен от SCR и UR. R6 — шунтирующий резистор, используемый для защиты BCR. R7 и C1 составляют сеть, поглощающую скачки напряжения, для поглощения скачков напряжения или скачков тока в электросети для предотвращения ударов или помех. к схеме переключения. RT — это термистор, который действует как защита от перегрева, чтобы предотвратить повреждение твердотельных реле из-за чрезмерных температур. VDR — варистор, который действует как устройство ограничения напряжения, фиксирующее напряжение и поглощает избыточный ток для защиты твердотельного реле, когда выходная цепь перенапряжения.

3. Процесс работы:

Твердотельное реле с переходом через ноль переменного тока имеет характеристики включения, когда напряжение пересекает ноль, и выключения, когда ток нагрузки пересекает ноль.

Когда оптопара OPT выключена (т. Е. Управляющий вывод OPT не имеет входного сигнала), M1 насыщается и включается, получая базовый ток от R2, и, как результат, напряжение запуска затвора (UGT) тиристора SCR зажата к низкому потенциалу и выключили.Следовательно, симистор BCR находится в выключенном состоянии, потому что на выводе R6 управления затвором нет запускающего импульса.
Когда входной управляющий сигнал поступает на входную клемму твердотельного реле, фототранзистор OPT включен (т.е. на управляющую клемму OPT поступает входной сигнал). После деления напряжения питающей сети на R2 и R3, если напряжение в точке A больше, чем напряжение перехода через нуль M1 (т. Е. VA> VBE1), M1 будет в состоянии насыщенной проводимости, а тиристоры SCR и BCR будут в выключенном состоянии.Если напряжение в точке А меньше точки перехода через ноль напряжение M1 (т.е. VA С помощью описанного выше процесса можно понять, что M1 используется в качестве детектора напряжения переменного тока для включения твердотельного реле, когда напряжение нагрузки пересекает ноль и включения выключение твердотельного реле, когда ток нагрузки пересекает ноль.А благодаря функции детектора перехода через нуль влияние цепи нагрузки на нагрузку соответственно уменьшается, и генерируются радиочастотные помехи. в контуре управления также значительно сокращается.

4. Определение перехода через нуль:

Здесь необходимо пояснить, что такое переход через нуль. В переменном токе переход через нуль — это мгновенная точка, в которой отсутствует напряжение, то есть соединение между положительным полупериодом и отрицательным полупериодом. формы волны переменного тока.В каждом цикле переменного тока обычно происходит два перехода через ноль. И если электросеть переключается в момент перехода через нуль, никаких электрических помех возникать не будет. Твердотельное реле переменного тока (оснащенный схемой управления переходом через ноль) будет находиться в состоянии ВКЛ, когда входная клемма подключена к управляющему сигналу и выходное напряжение переменного тока пересекает ноль; и наоборот, когда управляющий сигнал выключен, SSR будет в OFF состояние до следующего перехода через ноль.
Кроме того, следует отметить, что переход через ноль твердотельного реле на самом деле не означает нулевое напряжение формы волны напряжения источника питания. Рисунок 6.5 — разрез синусоидального сигнала переменного напряжения. волна. В соответствии с характеристиками компонента переключения переменного тока, напряжение переменного тока на рисунке разделено на три области, которые соответствуют трем состояниям выходной цепи SSR. А U1 и U2 соответственно представляют пороговое напряжение и напряжение насыщения переключающего компонента.

1) Область Ⅰ — это зона нечувствительности (область отключения, область отключения или область отключения) с абсолютным значением диапазона напряжения 0 ~ U1. А также в этой зоне переключатель SSR не может быть включен, даже если добавлен входной сигнал.

2) Область Ⅱ — область ответа (активная область, Область включения, область включения или область включения) с абсолютным значением диапазона напряжения U1 ~ U2. В этой зоне сразу включается ТТР, как только добавляется входной сигнал, а выходное напряжение увеличивается по мере увеличения напряжения питания.

3) Область Ⅲ — это область подавления (область насыщения) с абсолютным значением диапазона напряжений, превышающим U2. В этой области, переключающий элемент (тиристор) находится в состоянии насыщения. И выходное напряжение твердотельного реле больше не будет увеличиваться с увеличением напряжения источника питания, но ток увеличивается с увеличением напряжения, что может можно рассматривать как состояние внутреннего короткого замыкания выходной цепи твердотельного реле, то есть твердотельное реле находится во включенном состоянии как электронный переключатель.

На рис. 6.6 показана форма сигнала ввода / вывода твердотельного реле с переходом через ноль. И из-за природы тиристора твердотельное реле будет в состояние включено после того, как напряжение на выходных клеммах достигнет порогового напряжения (или напряжения триггера схемы триггера). Тогда твердотельное реле будет в фактическом включенном состоянии после достижения напряжения насыщения, и в то же время время, генерировать очень низкое падение напряжения в открытом состоянии. Если входной сигнал отключен, твердотельное реле выключится, когда ток нагрузки упадет ниже тиристорного. ток удержания или следующая точка коммутации переменного тока (т.е. первый раз ток нагрузки проходит через ноль после выключения реле SSR).

§7. Каково применение твердотельных реле

Из этой главы вы узнаете, где использовать твердотельные реле и для чего они используются.

Система управления освещением:

Быстрое переключение, длительный срок службы и высокая надежность твердотельных реле отлично подходят для системы управления освещением. В области светофоров рабочая среда светофоров сложная, но твердотельные реле с с ней могут столкнуться отличные характеристики (влагозащищенность, взрывозащищенность, антикоррозийность).И твердотельные реле могут соответствовать требованиям для светофоров с мигающим сигналом, которые часто закрываются и открываются, потому что они могут поддерживать интервалы переключения 10 миллисекунд или больше. А в системах управления сценическим освещением (обычно применяемых в постановках театра, танцев, оперы и других исполнительских искусств) твердотельные реле могут работать с компьютерной системой для управления несколькими огни и реализовать сложные световые эффекты, чтобы усилить атмосферу сцены.

Система дистанционного управления:

Системы дистанционного управления обычно требуют небольших токовых сигналов для управления мощным оборудованием, таким как электродвигатели, импульсные клапаны и другое оборудование. В качестве электронного переключающего элемента без механических контактов твердотельные реле широко используются в системах дистанционного управления с превосходными преимуществами: гибкое управление, высокая надежность, высокая долговечность, отсутствие искр, отсутствие шума, быстрое переключение, высокая рабочая частота, сильная противоинтерференционная способность и т. д.

Машины с числовым программным управлением:

Многие традиционные механические реле в машинах с числовым программным управлением (станки с ЧПУ) постепенно заменяются твердотельными реле. Благодаря отличной прочности и высокой чувствительности твердотельные реле применяется для обеспечения высокой точности и качества обработки с ЧПУ. В сервосистеме станка с ЧПУ твердотельное реле может непрерывно получать управляющий сигнал и точно управлять обрабатывающим станком.

Оборудование для обогрева / охлаждения:

Обычно существует три способа управления оборудованием для обогрева / охлаждения: твердотельное реле (SSR), тиристорный модуль (модуль SCR) и контактор переменного тока. В настоящее время твердотельные реле и модули SCR очень распространены в охлаждающем / нагревательном оборудовании, но, напротив, модули SCR не рентабельны, поэтому твердотельные реле чаще всего используется в отопительном / охлаждающем оборудовании, таком как электрические духовки, кофеварки, торговые автоматы, сковороды, фритюрницы, кондиционеры, холодильники и т. д.Твердотельные реле также хорошо работают в оборудовании для контроля температуры. Таймер SSR управления, SSR управления микроконтроллером и SSR управления PID (пропорционально-интегрально-производный контроллер) используются в устройстве контроля температуры для поддержания температурной стабильности устройства, например HVAC (Отопление, вентиляция и воздух. Кондиционирование).

Медицинское оборудование:

В области медицинского оборудования оборудование имеет строгие требования к рабочей частоте и точности операций, поэтому компоненты медицинского оборудования должны иметь хорошие характеристики (высокую точность, долговечность и т. д.). Твердотельные реле могут удовлетворить эти требования большинства медицинских устройств, например, устройства инфракрасного излучения имеют огромную тепловую инерцию, но при подключении твердотельных реле к пластине излучения, становится очень легко контролировать температуру устройства инфракрасного излучения через твердотельные реле.

Электромобили:

Твердотельные реле широко применяются в области электромобилей. Например, взрывозащищенные твердотельные реле используются в топливных элементах. транспортных средств (водородные топливные элементы) во избежание возникновения электрической дуги и некорректной работы при вибрации.Кроме того, каждый блок питания высокого напряжения защищен комбинацией нескольких твердотельных реле, предохранителей и фильтрующих конденсаторов.

Химическая и горнодобывающая промышленность:

Учитывая сложные условия работы и особые требования (взрывозащищенность, влагостойкость и антикоррозионные свойства) химической и горнодобывающей промышленности, традиционные механические реле не могут удовлетворить такие требования, поэтому многие твердотельные реле используются для промежуточных контроллеров основного механического оборудования, такого как твердотельные реле, установленные в больших угольных лифтах.

Компьютерная система управления:

Компьютерная система управления (включая периферийные устройства компьютера) предъявляет высокие требования к реле, но типы твердотельных реле различны. может помочь компьютерным устройствам управлять различными блоками питания для управления большим механическим оборудованием автоматизации или гидравлическим и пневматическим оборудованием, потому что твердотельные реле имеют характеристики: переход через ноль, хорошая электромагнитная совместимость, высокая чувствительность, быстрая скорость переключения, низкий уровень управляющих сигналов , совместим с логической схемой (TTL, CMOS, DTL, HTL) и даже может быть напрямую подключен к устройству управления микрокомпьютером и т. д.

Другие приложения:

Промышленные устройства — промышленная обработка, станок с ЧПУ, автоматизированная сборочная линия …

Кухня / бытовая техника — Кухонная техника, бытовая техника …

Электродвигатель — двигатель постоянного тока, двигатель переменного тока , Реверсивный двигатель …

Система автоматического управления — программируемый контроллер, шкаф электрического управления …

Офисное оборудование — принтер, измельчитель …

Система управления батареями — резервный источник питания, зарядная батарея, новая энергия …

Сварочные / режущие аппараты — установка для точечной сварки, электросварочная машина, установка для плазменной резки …

Система управления освещением — сценическое освещение, интеллектуальное освещение, освещение дорожного движения …

Медицинский прибор — ультразвуковой генератор , Автоклав …

§8. Как выбрать твердотельные реле

При выборе подходящих твердотельных реле следует учитывать следующие варианты на основе фактических требований:

1) Напряжение нагрузки — переменный или постоянный ток

2) Ток нагрузки — максимальный ток и минимальный Ток

3) Тип нагрузки — резистивная, индуктивная или емкостная

4) Входной управляющий сигнал — переменный или постоянный ток

5) Способ монтажа — монтаж на печатной плате, панели или на DIN-рейке

6) Температура окружающей среды — для расчета коэффициента снижения номинальных характеристик и размер радиатора

7) Международная сертификация — Underwriter Laboratories (UL), Канадская ассоциация стандартов (CSA), Британский совет по утверждению телекоммуникаций (BABT), Verband Deutscher Elektrotechniker (VDE), Technischen Uberwachungs Vereine (TUV), Conformite Europeene (CE) или другой.

Напряжение нагрузки:

Первое, что нужно учитывать, это то, является ли напряжение нагрузки переменным или постоянным, чтобы определить, выбрано ли AC-SSR или DC-SSR. Во-вторых, следует учитывать напряжение источника питания нагрузки, которое не может быть больше номинального выходного напряжения и меньше. чем минимальное напряжение твердотельного реле. Затем рассмотрите величину напряжения нагрузки и переходного напряжения. Напряжение нагрузки относится к к установившемуся напряжению, приложенному к выходной клемме переключателя SSR, а переходное напряжение относится к максимальному напряжению, которое выходные клеммы реле SSR выдерживают.Когда индуктивная нагрузка переменного тока, нагрузка однофазного двигателя или нагрузка трехфазного двигателя переключается или активируется, напряжение на выходе реле SSR может быть в два раза больше пикового напряжения источника питания, и это напряжение не может быть больше переходного напряжения SSR, чтобы чрезмерное ударное напряжение не повредило электронный переключатель. Поэтому при выборе SSR лучше всего оставить запас для выходного напряжения и выбрать реле SSR с RC-цепью, чтобы защитить твердотельное реле и оптимизировать dv / dt.

Цепь RC:

Цепь

RC, также известная как RC-фильтр, RC-демпфер или RC-цепь, представляет собой цепь, состоящую из резистора и конденсатора. Рекомендуется выбирать твердые реле состояния с варисторной абсорбционной цепью и RC-демпфирующей цепью. Цепь RC блокирует прохождение определенных частот и позволяет другим частотные сигналы, чтобы отфильтровать мешающие сигналы. Кроме того, RC-цепь также может использоваться для уменьшения скорости нарастания выходного напряжения (dv / dt), для поглощения импульсного напряжения, подавления чрезмерного переходного напряжения / тока и предотвратить выход твердотельного реле из строя из-за перенапряжения.

Ток нагрузки:

Значение выходного тока твердотельного реле — это установившийся ток, протекающий через выходные клеммы SSR, который обычно равен току нагрузки, подключенной к выходной клемме SSR. Поскольку переключающие элементы SSR-переключателей очень чувствительны к температуре, а перегрузка по току может генерировать большое количество тепла, перегрузочная способность SSR слабый. Следовательно, выходной ток реле SSR не должен превышать его номинальный выходной ток, а импульсный ток не должен превышать перегрузочную способность, особенно для индуктивных / емкостных нагрузок, которые склонны генерировать импульсные токи. а также пусковой ток, генерируемый самим источником питания.
Выходной ток требует запаса, чтобы избежать чрезмерных пусковых токов, которые сокращают срок службы твердотельного накопителя. реле. Для обычных резистивных нагрузок номинальное эффективное значение рабочего тока может быть выбрано на основе 60% от номинального значения. Кроме того, можно было бы рассмотреть быстрый предохранитель и воздушный переключатель для защиты выходного контура или добавить RC-приемный контур. и варистор (MOV) на выходе реле. Спецификация выбора варистора заключается в выборе MOV 500 В ~ 600 В для SSR 220 В переменного тока и MOV 800 В ~ 900 В для SSR 380 В переменного тока.

Пусковой ток:

Практически все контролируемые нагрузки будут генерировать большие пусковые токи в момент включения. Например:

1) Электронагревательные приборы, такие как лампы накаливания, электрические печи и т. д. Это чисто резистивные нагрузки с положительным коэффициентом стабильности, но сопротивление невелико при низкой температуре, поэтому ток при запуске будет в несколько раз превышать ток в установившемся режиме.

2) Некоторые типы ламп имеют низкий импеданс при перегораниях.

3) Когда двигатель включен, ротор заблокирован и выключен, он будет генерировать большой пусковой ток и напряжение. Заблокированный ротор — это ситуация, в которой двигатель все еще выдает крутящий момент при скорости 0 об / мин, в то же время коэффициент мощности двигателя будет чрезвычайно низким, а ток может достигать 7. раз номинального тока.

4) Когда промежуточное реле или соленоидный клапан закрывается ненадежно и отскакивает, это также будет генерировать большой пусковой ток.

5) При переключении конденсаторной батареи или источника питания конденсатора возникает аналогичное короткое замыкание и генерируется очень большой ток.

6) Когда двигатель с конденсаторной коммутацией работает в обратном направлении, напряжение конденсатора и напряжение питания накладываются на выходную клемму SSR, и SSR будет выдерживают скачки напряжения, вдвое превышающие напряжение питания.

Чрезмерный пусковой ток может повредить полупроводниковые переключатели внутри SSR. Следовательно, при выборе реле в первую очередь следует проанализировать импульсные характеристики управляемой нагрузки, чтобы реле могло выдерживать пусковой ток, обеспечивая при этом работу в установившемся режиме.Номинальный ток твердотельного реле следует выбирать в соответствии с фактическими требованиями к коэффициенту снижения номинальных характеристик. И если выбранное реле должно работать в месте с частым срабатыванием, длительным сроком службы и высокой надежностью, номинальный ток следует разделить на 0,6 на основе известного коэффициента снижения номинальных характеристик, чтобы обеспечить надежность работы. Кроме того, резистор или катушка индуктивности могут быть подключены последовательно к выходному контуру для дальнейшего ограничения тока.
Внимание: пожалуйста, не используйте значение импульсного тока SSR в качестве основы для выбора пускового тока нагрузки.Поскольку значение импульсного тока реле SSR основано на импульсном токе электронного переключателя с предварительным условием половины (или одного) цикла питания, то есть 10 мс или 20 мс.

Тип нагрузки:

Нагрузки можно разделить на три типа в зависимости от электрического импеданса: тип резистивной нагрузки (или чисто резистивная нагрузка), тип индуктивной нагрузки и тип емкостной нагрузки. В обычных электрических сетях нет чисто индуктивной нагрузки и чисто емкостной нагрузки. устройств, потому что эти два типа нагрузки не вырабатывают активной мощности.В последовательно-параллельной цепи, если емкостное реактивное сопротивление больше индуктивного реактивного сопротивления, цепь является емкостной нагрузкой; наоборот.

Резистивная нагрузка:

В двух словах, нагрузка, которая работает только с помощью резистивных компонентов, называется резистивной нагрузкой. Однако некоторые нагрузки имеют низкое сопротивление при низких температурах, что приводит к большему пусковому току. Например, при включении электропечи ток в 1,3–1,4 раза больше стабильного; при включении лампы накаливания ток в 10 раз превышает установившийся ток.
Q1: Какие характеристики у резистивной нагрузки (при работе)?
A1: В цепи постоянного тока соотношение между током и напряжением соответствует фундаментальному закону Ома, I = U / R; в AC В цепи фаза тока совпадает с фазой напряжения (по сравнению с источником питания).
Q2: Какие резистивные нагрузки?
A2: Нагревательное устройство, которое нагревается электрическим сопротивлением (например, печь сопротивления, духовка, электрический водонагреватель, горячее масло и т. Д.), И лампы, которые используют резистивный провод для излучения света (например, йодно-вольфрамовая лампа, лампа накаливания и т. Д.)).

Индуктивная нагрузка:

Вообще говоря, индуктивная нагрузка — это нагрузка, которая применяет принцип электромагнитной индукции (с параметрами индуктивности), например, высокомощная. электротехническая продукция (например, холодильники, кондиционеры и т. д.). Индуктивная нагрузка увеличит коэффициент мощности цепи, и ток через индуктивную нагрузку не может резко измениться. При запуске индуктивный нагрузка требует гораздо большего пускового тока (примерно в 3-7 раз), чем ток, необходимый для поддержания нормальной работы.Например, пусковой ток асинхронного двигателя в 5-7 раз превышает номинальное значение, а пусковой ток двигателя постоянного тока немного больше, чем пусковой ток двигатель переменного тока; некоторые металлогалогенные лампы имеют время включения до 10 минут, а их импульсные токи до 100 раз превышают постоянный ток.
Кроме того, при включении или выключении питания индуктивная нагрузка будет создавать противодействующую электродвижущую силу (обычно в 1-2 раза превышающую напряжение питания), а противодействующая электродвижущая сила (сокращенно счетная ЭДС или просто CEMF) будет накладываться на источник питания. напряжение, и результирующее напряжение до трех раз превышает напряжение питания.Таким образом, когда тип нагрузки является индуктивной, выходной терминал твердотельного реле следует подключить варистор с выдерживаемым напряжением в 1,6–1,9 раза превышающим напряжение нагрузки. ЭДС счетчика — это неопределенное значение, которое изменяется в зависимости от L и di / dt, и если текущая скорость изменения (di / dt) слишком высока, SSR будет поврежден. В практических приложениях CEMF может быть уменьшена последовательной индуктивностью L, а величина индуктивности L зависит от размера и стоимости.
Q3: Каковы характеристики индуктивной нагрузки (при работе)?
A3: Индуктивные нагрузки отстают (ток отстает от напряжения).В цепи постоянного тока индуктивная нагрузка позволяет току протекать через катушку индуктивности и накапливать энергию, а ток отстает от напряжения. В цепи переменного тока текущая фаза отстает от фазы напряжения (по сравнению с источником питания), и фаза может отставать на четверть цикла (или 90 градусов) максимум.
Q4: Что такое индуктивные нагрузки?
A4: Лампы, работающие под напряжением. газ для излучения света (например, лампы дневного света, натриевые лампы высокого давления или лампы HPS, ртутные лампы, металлогалогенные лампы и т. д.), а также электрическое оборудование большой мощности (например, моторное оборудование, компрессоры, реле и т. д.).

Емкостная нагрузка:

Обычно нагрузка с параметром емкости называется емкостной нагрузкой, а емкостная нагрузка снижает коэффициент мощности схемы. Во время зарядки или разрядки емкостная нагрузка эквивалентна короткому замыканию, поскольку напряжение на конденсаторе не может быть изменено резко.
Q5: Каковы характеристики индуктивной нагрузки (при работе)?
A5: Емкостные нагрузки идут впереди (напряжение токоведущих проводов).В цепях постоянного тока емкостные нагрузки предотвращают протекание тока, но могут накапливать энергию. В цепях переменного тока фаза тока опережает фазу напряжения (по сравнению с источником питания), а фаза может составлять максимум четверть цикла (или 90 градусов).
Q6: Что такое индуктивные нагрузки?
A6: Устройство с конденсатором, например компенсационным конденсатором. И устройства управления питанием, такие как импульсные источники питания, ИТ-оборудование и т. Д.

Как выбрать твердотельное реле в соответствии с типом нагрузки

1) Для индуктивных и емкостных нагрузок следует использовать твердотельное реле с более высоким значением dv / dt. рекомендуется, если применяется большая dv / dt (скорость экспоненциального нарастания напряжения) к выходной клемме реле во время включения / выключения твердотельного реле переменного тока.

2) Для резистивных нагрузок переменного тока и большинства индуктивных нагрузок переменного тока доступны реле перехода через нуль, чтобы продлить срок службы нагрузки и реле и уменьшить их собственные радиопомехи.

3) В качестве фазового выходного контроллера следует использовать твердотельное реле произвольного типа.

* Коэффициент мощности:

В электротехнике коэффициент мощности системы переменного тока определяется как отношение реальной мощности, протекающей к нагрузке, к полной мощности в цепи, и является безразмерным числом в замкнутом интервале. от -1 до 1.Если не указано иное, мощность нагрузки обычного продукта — это полная мощность (включает как активную, так и реактивную мощность). Но общая характеристика индуктивной нагрузки часто дает величину активной мощности. Для Например, несмотря на то, что люминесцентная лампа имеет маркировку от 15 до 40 Вт (ее активная мощность), ее балласт потребляет приблизительно 8 Вт мощности, поэтому для расчета общей мощности следует добавить 8 Вт к 15 ~ 40 Вт. Индуктивная часть продукта (т. Е. количество реактивной мощности) можно рассчитать исходя из заданного коэффициента мощности.

Входной управляющий сигнал:

1) Входное управляющее напряжение: входное управляющее напряжение имеет широкий диапазон от 3 до 32 В.

2) Входной управляющий ток: входной ток SSR постоянного тока и однофазных SSR переменного тока обычно составляет около 10 мА, а входной ток трехфазных SSR переменного тока обычно составляет около 30 мА, который также можно настроить на менее 15 мА. .

3) Управляющая частота: рабочая частота управления твердотельных реле переменного тока обычно не превышает 10 Гц, а период управляющего сигнала твердотельного реле постоянного тока должен быть более чем в пять раз больше суммы «времени включения» и «времени выключения». «.

Метод установки:

Во многих случаях мощность нагрузки ограничивает то, устанавливается ли SSR на печатной плате, панели или на DIN-рейке.

Температура окружающей среды:

Когда реле находится во включенном состоянии, оно выдерживает рассеиваемую мощность P = V (падение напряжения в открытом состоянии) × I (ток нагрузки), и это сильно влияет на нагрузочную способность SSR. по температуре окружающей среды и собственной температуре. Если температура окружающей среды слишком высока, нагрузочная способность SSR неизбежно соответственно снизится, кроме того, переключатель SSR может выйти из-под контроля или даже постоянно работать. поврежден.Следовательно, необходимо установить определенный запас в соответствии с фактической рабочей средой и выбрать подходящий размер радиатора, чтобы обеспечить условия отвода тепла. Для токов нагрузки более 5А следует использовать радиатор. быть установлен. Для токов выше 100 А радиатор и вентилятор должны быть оборудованы для сильного охлаждения. Если реле SSR работает при высоких температурах (40 ° C ~ 80 ° C) в течение длительного времени, ток нагрузки может быть уменьшен в соответствии с максимальным выходным током и кривой температуры окружающей среды, предоставленной производителем для обеспечения нормальной работы, а ток нагрузки обычно регулируется в пределах 1/2 от номинальное значение.

* Коэффициент снижения номинальных характеристик:

В таблице ниже показан рекомендуемый коэффициент снижения номинального выходного тока твердотельных реле, применяемых к различным нагрузкам при комнатной температуре (допустимая перегрузка и импульсный ток нагрузки). считается).

Существует два способа использования коэффициента снижения номинальных характеристик:

1) Номинальное значение тока твердотельного реле может быть выбрано в соответствии с коэффициентом снижения номинальных характеристик для различных сред и различных типов нагрузки.Номинальный ток реле SSR равен значению продолжительного тока нагрузки, разделенному на коэффициент снижения номинальных характеристик.

2) Если выбрано твердотельное реле и тип нагрузки или изменения окружающей среды, ток нагрузки следует регулировать в зависимости от кривой нагрузки и коэффициента снижения мощности в определенных условиях. Настроенный ток, умноженный на коэффициент снижения мощности, должен быть ниже номинального значения твердотельного реле.

Кроме того, когда SSR используются в приложениях, требующих более частой работы, более длительного срока службы и более стабильной надежности, коэффициент снижения мощности необходимо дополнительно умножить на 0.6 на основании данных таблицы. Однако ток нагрузки не должен быть ниже минимального выходного тока твердотельного реле, иначе реле не включится или состояние выхода изменится. быть ненормальным.

§9. Внимание при использовании или установке твердотельных реле

1) Фактические условия применения продукта должны полностью соответствовать требованиям к параметрам и характеристикам твердотельных реле.

2) SSR не следует использовать в приложениях с большим количеством компонентов с низким или высоким уровнем гармоник (например, несколько наборов нагрузок на выходе инвертора необходимо переключать отдельно).Если твердотельное реле используется в инверторе в качестве электронного переключателя, из-за высших гармоник твердотельные реле не смогут надежно переключаться, и RC-цепь внутри реле SSR будет взорвана из-за перегрева.

3) Реле SSR следует держать вдали от источников сильных электромагнитных помех и источников радиопомех, чтобы обеспечить стабильную и безопасную работу SSR, избегая потери управления.

4) За исключением твердотельного реле с номинальным током 1 ~ 5A, которое может быть непосредственно установлено на печатной плате, другие твердотельные реле должны быть оборудованы соответствующими радиаторами.Термопасту следует нанести между опорной пластиной SSR и радиатором и плотно завинтить, чтобы они были близко друг к другу для оптимального отвода тепла. Или установите переключатель контроля температуры рядом с объединительной панелью реле SSR, и точка контроля температуры обычно устанавливается между 75 ° C и 80 ° C.

5) Когда входное напряжение входного управляющего сигнала слишком велико и превышает номинальный параметр SSR, входной резистор можно подключить последовательно к входной цепи, чтобы уменьшить превышение значения.Точно так же, когда входной ток слишком велик, шунтирующий резистор можно подключить параллельно входному порту.

6) Управляющий сигнал и источник питания нагрузки должны быть стабильными, а колебания не должны превышать 10%, в противном случае следует принять меры по регулированию напряжения.

7) При использовании твердотельного реле для управления первичной цепью трансформатора следует учитывать влияние переходного напряжения вторичной цепи на первичную цепь. Кроме того, поскольку ток асимметричен в обоих направлениях, трансформатор также может генерировать импульсные токи, вызванные насыщением.В этом случае осциллограф можно использовать для измерения пускового тока и напряжения, которые могут быть вызваны, чтобы можно было выбрать соответствующие SSR и меры защиты.

8) Выход твердотельного реле не полностью изолирован, когда мощность нагрузки подается на выходные клеммы, даже если твердотельное реле не работает, на выходных клеммах будет некоторый ток утечки, который должен это следует учитывать при использовании и проектировании схемы. Во время технического обслуживания обслуживающий персонал должен отключить источники питания перед проверкой выходной цепи.

9) Если твердотельное реле необходимо заменить из-за неисправности, рекомендуется использовать реле SSR той же модели или технических параметров, чтобы оно соответствовало исходной схеме применения и обеспечивало надежную работу системы.

§10. Внимание при тестировании твердотельных реле

1) Прежде чем приступить к тестированию, необходимо знать взаимосвязь между выходным током и температурой корпуса (температурой окружающей среды), чтобы избежать необратимого повреждения твердотельного реле из-за перегрузки, поскольку номинальный выходной ток будет падать, когда кейс повышается температура или нет радиатора.

2) При тестировании напряжения включения и выключения DC-SSR входное напряжение не может оставаться в состоянии между включением и выключением слишком долго, в противном случае потребление мощности выходной клеммы возрастет. резко и перегорает выходные коммутационные компоненты.

3) Не увеличивайте произвольно скорость действия во время теста (обычно один период входного сигнала должен более чем в 5 раз превышать сумму времен включения / выключения), в противном случае реле SSR не будет работать из-за большого динамических потерь переключения, или даже компоненты переключения выхода будут выгорены.

4) Твердотельные реле не могут обеспечить полную изоляцию между выходными клеммами в выключенном состоянии, и там будет определенный ток утечки на выходе. Когда выдерживаемое напряжение диэлектрика и сопротивление изоляции проверяются при более высоком напряжении, он подвержен поражению электрическим током, поэтому сопротивление изоляции или выдерживаемое напряжение не должны проверяться на выходных клеммах.

Твердотельное реле

— обзор

1.2.2.1 Разработка алгоритмов контроля температуры

В последние годы методы контроля температуры быстро развиваются, и при контроле температуры применяются управление переключением, ПИД-регулирование, нечеткая нейронная сеть управления и генетический алгоритм. Контроль температуры становится все более интеллектуальным и все более соответствует технологическим требованиям. Раньше применялось переключательное управление, то есть температура регулируется в соответствии с временем включения и выключения твердотельного реле, которое получается с помощью алгоритма широтно-импульсной модуляции (ШИМ), основанного на отклонении температуры.Однако, поскольку нагреватель не обладает большой инерцией, как механическая передача, нагревательная трубка внезапно загорается или гаснет, что доставляет неудобства обслуживающему персоналу. Таким образом, необходимо выбрать метод управления, который может плавно переходить в зависимости от разницы температур.

ПИД-регулирование с 1840-х годов широко применяется в промышленном производстве посредством пропорционального, интегрального и дифференциального регулирования. Система управления сравнивает значения температуры, собранные в режиме реального времени, с заданным значением, и значение разницы используется в качестве входных данных для функционального модуля ПИД.Алгоритм PID вычисляет соответствующие параметры управления выходом в соответствии с пропорциональными, интегральными и дифференциальными коэффициентами и обеспечивает управление с обратной связью, изменяя ошибку переменной управления, тем самым обеспечивая непрерывный процесс управления. У него есть следующие недостатки: сложно определить параметры ПИД-регулирования на месте; сложно определить модельные параметры контролируемого объекта; его управление будет отклоняться от оптимального состояния при внешнем возмущении.

Искусственная нейронная сеть в настоящее время является основной и важной технологией искусственного интеллекта. Это метод обработки информации, при котором моделируется структура биологических нервных клеток, а память и обработка информации выполняются методом математической модели. Искусственная нейронная сеть может выполнять моделирование сложной нелинейной системы благодаря высокому нелинейному отображению и самоорганизации, самообучению, ассоциативной памяти и другим функциям.Метод имеет высокую скорость отклика и сильную помехоустойчивость. В системе контроля температуры итерация выполняется повторно на микрокомпьютере с учетом факторов влияния температуры, таких как рассеивание тепла, конвекция, физические свойства и температура объекта, который должен быть нагрет, в качестве входных данных сети и экспериментальных данных. данные в качестве образца. По мере продолжения и углубления экспериментов и исследований веса сети получаются посредством самосовершенствования и самокоррекции.Хотя при изучении динамической нелинейной системы не обязательно знать фактическую структуру системы, когда системное запаздывание велико, это сделает сеть огромной и сложной для обучения.

Нечеткое управление — это метод управления для описания процесса, основанный на нечеткой логике. Он в основном включает в себя опыт и интуитивные знания эксплуатационного персонала, что подходит для объектов с неопределенными или постоянно меняющимися математическими моделями.

Компоненты цепи твердотельного реле | Электрооборудование A2Z

Реле — это устройство, которое управляет одной электрической цепью, размыкая и замыкая другую цепь.Небольшое напряжение, приложенное к реле, приводит к переключению большего напряжения. Твердотельное реле (SSR) — это коммутационное устройство, которое не имеет контактов и переключается полностью с помощью электронных средств.

SSR использует кремниевый выпрямитель (SCR), симистор или транзисторный выход вместо механических контактов для переключения контролируемой мощности. Выход оптически связан со светодиодным источником света внутри реле. Реле включается при включении светодиода, обычно при низковольтном питании постоянного тока. См. Рисунок 1.

Рисунок 1. Твердотельное реле (SSR) — это электронное переключающее устройство, не имеющее движущихся частей.

Рынок промышленного управления перешел на твердотельную электронику. Из-за снижения стоимости, высокой надежности и огромных возможностей твердотельные устройства заменяют многие устройства, которые работают на механических и электрических принципах.

Выбор твердотельного реле зависит от электрических, механических и стоимостных характеристик каждого устройства и требуемого применения.

Цепь твердотельного реле

Цепь твердотельного реле состоит из входной цепи , цепи управления и выходной цепи (переключения нагрузки) . Эти схемы могут использоваться в любой комбинации для обеспечения множества различных применений твердотельной коммутации. См. Рисунок 2.

Рис. 2. Цепь твердотельного реле состоит из входной цепи, цепи управления и выходной цепи (переключения нагрузки).

1. Входная цепь

Входная цепь — это часть SSR, к которой подключен компонент управления. Входная цепь выполняет ту же функцию, что и катушка ЭМИ.

Входная цепь активируется путем подачи на вход реле напряжения, превышающего заданное срабатывание реле. Входная цепь деактивируется при подаче напряжения ниже указанного минимального напряжения падения реле.

Некоторые SSR имеют фиксированное номинальное входное напряжение, например 12 В постоянного тока.Большинство SSR имеют диапазон входного напряжения, например от 3 до 32 В постоянного тока. Диапазон напряжения позволяет использовать один SSR с большинством электронных схем.

Входное напряжение твердотельного реле может управляться (переключаться) с помощью механических контактов, транзисторов, цифровых вентилей и т. Д. Большинство SSR можно переключать напрямую маломощными устройствами, в том числе интегральными схемами, без добавления внешних буферов или тока. ограничивающие устройства. Устройства с регулируемым входом, такие как термисторы, также могут использоваться для переключения входного напряжения SSR.

2. Цепи управления

Цепь управления — это часть твердотельного реле, которая определяет, когда выходной компонент находится под напряжением или обесточен.

Цепь управления функционирует как интерфейс между входными и выходными цепями. В твердотельном реле интерфейс обеспечивается электронной схемой внутри SSR. В ЭМИ интерфейс обеспечивается магнитной катушкой, замыкающей набор механических контактов.

Когда схема управления получает входное напряжение, схема переключается или не переключается в зависимости от того, является ли реле реле нулевым, мгновенным, пиковым или аналоговым переключением.

Каждое реле предназначено для включения цепи переключения нагрузки при заданном напряжении. Например, , реле переключения нуля позволяет включить нагрузку только после того, как напряжение на нагрузке достигнет нуля или приблизится к нему. Функция переключения нуля дает ряд преимуществ, таких как устранение высоких пусковых токов на нагрузке.

3. Выходные цепи (переключение нагрузки)

Выходная цепь (переключение нагрузки) твердотельного реле — это нагрузка, переключаемая SSR.Выходная цепь выполняет ту же функцию, что и механические контакты электромеханического реле. Однако, , в отличие от нескольких выходных контактов EMR, SSR обычно имеют только один выходной контакт.

В большинстве твердотельных реле в качестве компонента переключения выхода используется тиристор. Тиристоры очень быстро переходят из выключенного состояния (контакты разомкнуты) в состояние включения (контакты замкнуты) при включении их затвора. Это быстрое переключение позволяет переключать нагрузки с высокой скоростью.

Используемое устройство переключения выхода зависит от типа управляемой нагрузки. При переключении цепей постоянного тока требуются другие выходы, чем при переключении цепей переменного тока.

Общие устройства переключения выходов, используемые в SSR, включают следующее:

• SCR используются для переключения сильноточных нагрузок постоянного тока.
• Симисторы используются для коммутации слаботочных нагрузок переменного тока.
• Транзисторы используются для коммутации слаботочных нагрузок постоянного тока.
• Антипараллельные тиристоры используются для переключения сильноточных нагрузок переменного тока.Они способны рассеивать больше тепла, чем симистор.
• Тиристоры в диодных мостах используются для коммутации слаботочных нагрузок переменного тока.

Возможности цепи твердотельного реле

Твердотельное реле может использоваться для управления большинством тех же цепей, для управления которыми используется EMR. Поскольку SSR отличается от EMR по функциям, схема управления SSR отличается от схемы управления EMR. Эта разница — это то, как реле подключается к цепи.SSR выполняет те же функции схемы, что и EMR, но с немного другой схемой управления.

Твердотельное реле может использоваться для управления нагрузкой с помощью мгновенного управления, такого как кнопка. См. Рисунок 3. В этой схеме кнопка сигнализирует SSR, который включает нагрузку.

Чтобы нагрузка оставалась включенной, необходимо удерживать кнопку . Нагрузка отключается при отпускании кнопки. Эта схема идентична по работе стандартной двухпроводной схеме управления, используемой с ЭМИ, пускателями магнитных двигателей и контакторами. По этой причине кнопка может быть заменена на любое ручное, механическое или автоматическое устройство управления для простого включения / выключения.

Та же схема может использоваться для контроля уровня жидкости, если кнопка заменена поплавковым выключателем.

• Трехпроводное управление памятью

Твердотельное реле может использоваться с тиристором для фиксации нагрузки во включенном состоянии. См. Рисунок 4. Эта схема идентична по работе стандартной трехпроводной схеме управления памятью.

SCR используется для добавления памяти после нажатия кнопки запуска. SCR действует как выключатель, работающий по току.

SCR не пропускает управляющий ток постоянного тока до тех пор, пока ток не будет подан на его затвор. Для включения тиристора должен быть определенный минимальный ток. Это достигается при нажатии кнопки пуска.

Как только на затвор SCR подано напряжение, SCR фиксируется во включенном состоянии и позволяет управляющему напряжению постоянного тока проходить даже после отпускания кнопки запуска.

Резистор R ₁ используется в качестве токоограничивающего резистора для затвора и определяется током затвора и напряжением питания.

Рис. 3. Твердотельное реле может использоваться для управления нагрузкой с помощью мгновенного управления, такого как кнопка.

Рисунок 4 . Твердотельное реле может использоваться с SCR для фиксации нагрузки во включенном состоянии.

Технический факт

Когда запрограммирован моторный привод, цепь управления должна быть запрограммирована на двухпроводную или трехпроводную работу.

Термин «двухпроводной» означает, что переключатель может выполнять две функции. Термин «трехпроводный» означает, что переключатель может выполнять только одну функцию. Все трехпроводные переключатели требуют второго переключателя для управления нагрузкой.

Эквивалентные нормально замкнутые контакты

Твердотельное реле может использоваться для имитации эквивалентного состояния нормально замкнутого (NC) контакта. НЗ-контакт должен быть электрически замкнут, потому что большинство ТТР имеют эквивалент нормально разомкнутого (НО) контакта. Это достигается путем подключения управляющего напряжения постоянного тока к SSR через токоограничивающий резистор (R). См. Рисунок 5.

Нагрузка удерживается в состоянии ВКЛ, потому что на SSR присутствует управляющее напряжение. Селекторный переключатель перемещается, чтобы выключить нагрузку. Это позволяет управляющему напряжению постоянного тока идти по пути наименьшего сопротивления и электрически снимать управляющее напряжение с реле. Это также отключает нагрузку до тех пор, пока кнопка не будет отпущена.

Рисунок 5 . Твердотельное реле с ограничивающим ток резистором может использоваться для имитации эквивалентного состояния нормально замкнутого (NC) контакта.

Управление транзистором

Твердотельные реле также могут управляться электронными управляющими сигналами от логических вентилей и транзисторов. См. Рисунок 6.

В этой схеме SSR управляется через транзистор NPN, который получает свой сигнал от логических вентилей IC и т. Д.Два резистора (R ₁ и R ₂ ) используются в качестве токоограничивающих резисторов.

Рис. 6. ТТР могут управляться электронными управляющими сигналами от логических вентилей и транзисторов

Серия

и параллельное управление

Твердотельные реле могут быть подключены последовательно или параллельно для создания мульти-контактов, которые управляются одним устройством ввода. Также могут использоваться многоконтактные SSR.

Три входа управления SSR могут быть подключены параллельно, так что, когда переключатель замкнут, все три срабатывают. См. Рисунок 7. Управляет цепью 3φ.

В этом приложении управляющее напряжение постоянного тока на каждом SSR равно напряжению питания постоянного тока, поскольку они подключены параллельно. Когда используется многоконтактный SSR, есть только один вход, который управляет всеми выходными переключателями.

SSR могут быть подключены последовательно для управления цепью 3φ. См. Рисунок 8. Напряжение питания постоянного тока делится между тремя SSR, когда переключатель замкнут. По этой причине напряжение питания постоянного тока должно как минимум в три раза превышать минимальное рабочее напряжение каждого реле.

Рис. 7. Три твердотельных реле могут быть подключены параллельно для управления цепью 3φ или может использоваться многоконтактный SSR.

Рис. 8. Три твердотельных реле могут быть соединены последовательно для управления цепью 3φ. Когда SSR соединены последовательно, напряжение питания постоянного тока должно в три раза превышать минимальное рабочее напряжение каждого реле.

Цепь твердотельного реле

| ElecCircuit.com

Вот простая схема твердотельного реле.Зачем это нужно? Представьте, что вам нужно управлять нагрузкой с помощью сети переменного тока. Часто для включения-выключения нагрузки используется силовое реле. Но в некоторых случаях реле использовать нельзя. Например, в местах, чувствительных к искрам. Во время работы реле может возникнуть искра.

Как это работает

Представьте себе схему твердотельного реле, которая обычно используется для управления входным напряжением от 3 до 24 В.

Однако в реальной эксплуатации. Мы обнаружили это при низком входном напряжении. Производительность схемы снижена.Потому что большинство входных цепей будут использовать резистор для управления током, протекающим через светодиодный передатчик.

При низком напряжении ток очень мал, так что выходные цепи, управляющие током затвора симистора, уменьшаются, ток, протекающий через нагрузку, уменьшается. Если лампа является нагрузкой, очевидно, что лампа не горит или слабый свет.

Возможны модификации путем уменьшения резисторов. При использовании высокого входного напряжения. Ток, протекающий через светодиодный передатчик, будет слишком большим, пока он не может быть поврежден.

Чтобы решить эту проблему. Мы разработали новые входные цепи, поэтому питание светодиодного передатчика является постоянным током на всех уровнях входного напряжения.

Работа схем

Из схем видно, что транзистор Q1 действует как постоянный ток на светодиодный передатчик в IC1-OPTO ISOLATOR.

Когда мы присоединяем R1 к светодиоду, базовое напряжение Q1 будет постоянным, около 2 вольт, а на выводе эмиттера Q1 также будет около 1,5 вольт.

Исходя из значения резистора R2 в этой схеме, мы получим постоянный ток, протекающий через транзистор Q1 и светодиод около 30 мА на выходе, а также постоянный ток на выводе 4 IC1 для управления затвором симистора.

Итак, ток, протекающий через нагрузку, — это определенная величина, необходимая в любое время.

Как собрать

Для начала вам нужно сделать макетную плату печатной платы. Во-вторых, вы должны разместить все компоненты, как показано на Рисунке 3, сначала мы припаяем нижние части, а затем припаяем более высокие компоненты. Симистор Q2 должен быть установлен с соответствующим радиатором.

Рисунок 2 Схема печатной платы и компонентов этого проекта Профессиональные проекты твердотельных реле

ПОЛУЧИТЬ ОБНОВЛЕНИЕ ЧЕРЕЗ ЭЛЕКТРОННУЮ ПОЧТУ

Я всегда стараюсь сделать Electronics Learning Easy .

Твердотельное реле SSR-100DA, 100A 3-32V DC to AC

Характеристики

100A твердотельное реле (SSR), от 3-32 В до 24-480 В переменного тока, отличается высокой структурной прочностью, хорошей ударопрочностью и высокой ударопрочностью. SSR предлагает надежное переключение коммерческих и промышленных нагрузок, таких как периферийное устройство интерфейса компьютера, печатная машина, формовочная машина, пищевая машина, упаковочная машина и т. Д.

• Встроенный RC-абсорбент
• Фотоэлектрическая изоляция
• Выход SCR
• Светодиодный индикатор рабочего состояния
• Съемный защитный чехол для безопасности
• Крепление на панель
• Переключатель нулевого уровня, тип

Спецификация

Модель		ATO-SYDh20048ZD3
Ввод	Диапазон управляющего напряжения	3-32 В постоянного тока
	Макс.входной ток	12 мА
	Должно срабатывать напряжение	2,8 В постоянного тока
	Напряжение сброса должно быть	1,5 В постоянного тока
Выход	Диапазон напряжения нагрузки	24-480 В переменного тока
	Пиковое напряжение	800 В переменного тока
	Ток нагрузки	100A
	Максимальный ток утечки в закрытом состоянии	2 мА
	Максимальное время отключения	10 мс
	Максимальное падение напряжения в открытом состоянии	1.5В
Общие	Тип	постоянного тока в переменный, однофазный
	Размеры Д — Ш — В (мм)	57,4х44,8х28
	Масса	135 г
	Диэлектрическая прочность (от входа к выходу)	4000 В
	Диэлектрическая прочность (вход, выход на базу)	2500 В
	Рабочая температура	-20 ℃ ~ 80 ℃
	Крепление	Панель
	Сертификация	CE

Примечание:
* Когда ток нагрузки превышает 10 А, на твердотельное реле должен быть установлен радиатор или реле SSR должно быть установлено на металлической опорной пластине с обогревом. эффект рассеивания, а между ними наносится термопаста.Когда ток нагрузки составляет 40 А или более, необходимо оборудовать радиатор вентиляторного охлаждения или радиатор водяного охлаждения.
* Радиатор в комплект не входит.

Размеры (единица измерения: мм)

Схема подключения

Советы: Применение твердотельных реле

Твердотельные реле широко используются в периферийных интерфейсных устройствах компьютеров, системе термостата нагрева электропечей, станках с ЧПУ, системах дистанционного управления, устройствах промышленной автоматизации; сигнальные огни, сцинтилляторы, система управления освещением сцены; приборы, медицинское оборудование, копировальные аппараты, стиральные автоматы; автоматическая система противопожарной защиты и безопасности, а также переключение силового конденсатора с компенсацией коэффициентов мощности энергосистемы и т. д.Кроме того, они широко используются в химической промышленности, на угольных шахтах и ​​в других случаях, требующих взрывозащиты, влагостойкости и защиты от коррозии.

Опто-симисторы и твердотельные реле

• Изучив этот раздел, вы сможете:
• Опишите типичное использование оптических симисторов:
• • Гальваническая развязка.
• • Коммутационная способность.
• • Типовая конструкция.
• Опишите типичные характеристики твердотельных реле:
• • Гальваническая развязка.
• • Переключение нагрузок постоянного и переменного тока.
• • Типовые параметры.
• Опишите типичные функции безопасности, используемые в твердотельных реле (SSR):
• • Защита от обратной полярности.
• • Защита от перенапряжения.
• • Подавление переходных напряжений.
• • Демпферные цепи.
• • Переход через нулевое напряжение.
• Опишите основные меры для тестирования оптопар на основе ИС.
• • Основные тесты.
• • Меры безопасности для устройств среднего и высокого напряжения.

Опто-симисторы

Устройства, которые используются для управления высоковольтным / высокомощным оборудованием, должны иметь хорошую электрическую изоляцию между высоковольтным выходом и низковольтным входом.Использование слоя оксида кремния, толщиной в несколько атомов для обеспечения необходимой изоляции, на самом деле не вариант в таких условиях. Когда возникают неисправности (а они более вероятны в цепях большой мощности), результаты могут быть катастрофическими не только для компонентов схемы, но и для пользователей такого оборудования. Физическая изоляция (это означает, что между входом и выходом отсутствует электрическое соединение и ) — вот что необходимо. К счастью, есть легко доступные решения этой проблемы.Многие цепи высокой мощности сегодня управляются низковольтными, слаботочными цепями, такими как микропроцессоры, с использованием оптоэлектронных устройств, таких как опто-симисторы, опто-тиристоры и твердотельные реле, чтобы изолировать цепи низкой и высокой мощности.

Устройство управления должно быть способно выдерживать высокие напряжения, в том числе очень высокие скачки напряжения, которые могут возникать в выходных цепях переменного или постоянного тока из-за обратной ЭДС от индуктивных нагрузок, и скачки напряжения, которые могут случайным образом присутствовать в сети (линии). поставка.Также высокие значения импульсного тока (намного превышающего нормальный рабочий ток), которые возникают, например, при включении таких нагрузок, как двигатели или лампы накаливания, могут потребовать, чтобы устройство управления было рассчитано на работу с импульсными токами до 40 или В 50 раз превышающий нормальный «рабочий» ток. Выбранное устройство управления должно также обеспечивать гальваническую развязку между входными и выходными цепями. В дополнение к этим критериям цепь вокруг устройства управления должна также обеспечивать защиту от опасных ситуаций.Например, подходящие радиаторы для используемых твердотельных устройств. Также необходимы специальные быстродействующие предохранители или автоматические выключатели, чтобы предотвратить повреждение полупроводников из-за токовых перегрузок.

Рис. 6.6.1 Opto Triac и Opto SCR

В этой группе оптопары, фототиристоры, фото-тиристоры или комбинации фотодиод / МОП-транзистор заменяют фотодиоды и фототранзисторы, описанные в модуле 5 опто-сопряженных устройств, а также легко доступны в интегральных схемах (I.C.) форма для переключения относительно маломощных нагрузок переменного или постоянного тока. В полупроводниковых реле высокой мощности (SSR), показанных на рис. 6.6.2, используются микросхемы, подобные тем, которые показаны на рис. 6.6.1, с дополнительной «встроенной» схемой для безопасного и надежного управления высоковольтными и сильноточными нагрузками.

Рис. 6.6.2 Типичный SSR высокой мощности

Твердотельные реле

Опто-симисторы и опто-тиристоры используются для переключения нагрузок переменного тока, но также доступны твердотельные реле, использующие силовые полевые МОП-транзисторы, которые могут переключать переменный или постоянный ток.Твердотельные реле малой мощности, состоящие в основном из опто-симисторной схемы, такой как тип, показанный на рис. 6.6.1, могут использоваться как обычные интегральные схемы, установленные на печатной плате. В качестве альтернативы эти маломощные оптопары могут быть заключены в изолированный корпус вместе с мощными симисторами или тиристорами и дополнительными компонентами безопасности, такими как радиаторы и компоненты подавления импульсов, в более крупных твердотельных реле (SSR), монтируемых в стойку, всего с четырьмя или пятью винтами. клеммы для тяжелых условий эксплуатации, которые могут рассматриваться как выключатели сетевого (линейного) питания и могут заменить многие типы электромеханических реле.

Рис. 6.6.3 Твердотельное реле MOSFET

Одной из наиболее важных особенностей SSR является то, что оптопара обеспечивает полную электрическую изоляцию между входной цепью малой мощности и выходной цепью высокой мощности. Когда выходной переключатель находится в «разомкнутом» состоянии (т. Е. Полевые МОП-транзисторы выключены), SSR имеет почти бесконечное сопротивление на своих выходных клеммах и почти нулевое сопротивление в «замкнутом» состоянии (т. Е. Полевые МОП-транзисторы имеют сильную проводимость). Даже в этом случае некоторая мощность будет рассеиваться полупроводниковым переключателем, когда он находится в состоянии «включено» или «выключено» с переменным или постоянным током.По этой причине необходимы соответствующие радиаторы для предотвращения перегрева.

Типовая схема базового MOSFET SSR показана на рисунке 6.6.3. Ток около 20 мА через светодиод достаточен для активации полевых МОП-транзисторов, которые заменяют контакты механического реле. (Инфракрасный) свет от светодиода попадает на фотоэлектрический блок, состоящий из нескольких фотодиодов. Поскольку один фотодиод будет производить только очень низкое напряжение, диоды в фотоэлектрическом блоке расположены последовательно / параллельно, чтобы обеспечить достаточное напряжение для включения полевых МОП-транзисторов.

Рис. 6.6.4 Использование микросхемы реле MOSFET для переключения

переменного или постоянного тока

На рисунке 6.6.4 представлен базовый пример MOSFET SSR, показывающий, как могут быть организованы выходы, позволяющие SSR переключать нагрузки переменного или постоянного тока. Для удовлетворения различных требований к выходному напряжению и току переменного и постоянного тока доступен ряд аналогичных SSR, типичным примером является PVT412 SSR от International Rectifier (теперь часть Infineon Technologies), выпускаемый в нескольких версиях в виде 6-контактного DIL-корпуса и способный заменить однополюсное механическое реле для переключения переменного или постоянного напряжения до 400 В (пиковое) с токами до 140 мА переменного тока или 210 мА постоянного тока.Доступны и другие микросхемы, которые действуют как двухполюсные, нормально замкнутые (NC), нормально разомкнутые (NO) и переключающие реле с широким спектром дополнительных возможностей. SSR также производятся в диапазоне выходных напряжений и номинальных значений тока, с диапазоном типов корпусов, начиная от небольших компонентов для поверхностного монтажа и заканчивая сложными многополюсными микросхемами и крупнотоннажными примерами для монтажа в стойку в электрических шкафах управления. Более подробную информацию о SSR можно найти, выполнив поиск по твердотельным реле на веб-сайтах производителей, таких как Infineon Technologies, или у поставщиков полупроводников, таких как RS Components

.

Фиг.6.6.5 Функции безопасности твердотельного реле

Функции безопасности SSR

SSR

состоят в основном из оптопары, управляющей некоторым мощным переключающим устройством, таким как силовой симистор, полевые МОП-транзисторы или тиристоры, но поскольку их назначение — переключать электрические нагрузки большой мощности, часто в критических для безопасности ситуациях SSR производятся с широким спектром функций. , разработан для обеспечения безопасной и надежной работы. Некоторые из них показаны на схеме, показанной на рис. 6.6.5:

.

Защита от обратной полярности.Если входные клеммы подключены с неправильной полярностью, диод D1 проводит и снижает напряжение в нижней части R1 примерно до 0,7 В, тем самым спасая светодиод оптопары от повреждения. Обратите внимание, что номинальная мощность диода и токоограничивающего резистора R1 должна быть способна выдерживать ток обратной полярности при максимальном входном напряжении без повреждений, в противном случае входной предохранитель подходящего номинала может быть вставлен между входной положительной клеммой и токоограничивающим резистором.

Защита от перегрузки по току.Обычно твердотельные реле могут работать в диапазоне входных напряжений постоянного тока, например от 5 до 24 В. Эти более высокие напряжения могут привести к тому, что ток через светодиод оптопары превысит требуемый максимум, в этом случае срабатывает схема защиты от перегрузки по току, чтобы поддерживать подходящий уровень тока через светодиод. R2 — резистор низкого номинала для измерения тока; это значение выбрано таким образом, чтобы в нормальных рабочих условиях Tr1 смещен чуть ниже порога отсечки, но если ток через светодиод входа оптопары увеличивается из-за чрезмерного входного напряжения, дополнительный ток через R2 заставит Tr1 проводить, отклоняя часть тока светодиода через Tr1 снижает напряжение в нижней части R1 и ток через светодиод до безопасного уровня.

Рис. 6.6.6 Подавление переходного напряжения

Диод подавления переходных напряжений (TVS). SSR, используемые в ситуациях управления, могут быть подвержены повреждениям, вызванным внезапными и кратковременными (то есть переходными) скачками напряжения, которые могут быть вызваны внешними событиями, такими как импульсы обратной ЭДС при переключении индуктивных нагрузок; также удаленные грозовые разряды и другие электромагнитные или электростатические разряды представляют высокий риск для полупроводниковых устройств. Такие всплески напряжения могут быть очень короткими по длительности, но могут достигать сотен или тысяч вольт по амплитуде, и хотя создаваемый ими ток может быть очень небольшим, напряжение, вызванное такими напряжениями, может вызвать полный отказ полупроводниковых устройств, используемых в SSR.Одним из способов уменьшения этих опасных событий является использование диода-ограничителя переходного напряжения (TVS), подключенного параллельно с чувствительными устройствами, такими как оптопара, как показано на рис. 6.6.5.

Рис. 6.6.6 иллюстрирует действие TVS-диода и показывает выходную синусоидальную волну, наложенную на характеристики TVS-диода. Двунаправленный TVS-диод работает скорее как два встречных стабилитрона, где выше определенного обратного напряжения происходит пробой тока, и диод проводит большую проводку.Поскольку TVS-диод в этом случае является двунаправленным, пробой происходит как в прямом, так и в обратном направлении.

При использовании TVS-диод должен иметь напряжение пробоя выше пикового напряжения волны переменного тока, которое составляет 1,414 x V _RMS , поэтому TVS-диод с напряжением пробоя примерно в 1,5 раза больше, чем RMS-напряжение синусоидальной волны. обычно используется. Скачок напряжения, превышающий этот предел, вызывает сильную проводимость диода, ограничивая его напряжение до напряжения пробоя диода.Заметное различие между стабилитроном и TVS-диодом заключается в том, что TVS-диод имеет более прочную область перехода, чтобы справиться с внезапным сильным выбросом тока во время всплесков. Однако после того, как всплеск закончился, диод перестает проводить (за исключением небольшого обратного тока утечки) и больше не влияет на выходную волну до тех пор, пока не появятся новые всплески. TVS-диоды также доступны в однонаправленных типах, которые также могут использоваться на входной стороне оптопары в SSR с использованием входа постоянного тока, если существует высокий риск возникновения всплесков.Однако, поскольку на вход постоянного тока обычно подается сглаженный источник питания постоянного тока, обычно ожидается, что это минимизирует риск, поэтому использование TVS-диодов на входных компонентах редко считается необходимым.

Рис. 6.6.7 RC демпферные цепи

RC демпферные цепи. Эти схемы обеспечивают способ уменьшения разрушающего воздействия скачков напряжения в сети переменного тока или очень больших и быстрых изменений напряжения, которые могут происходить при включении или выключении индуктивной нагрузки (коммутации).В более старых типах симисторов или тиристоров эта RC-цепь (R5 и C1) подключается через выходной симистор или тиристор, как показано на рисунках 6.6.5 и 6.6.7. Его эффект заключается в замедлении быстрого увеличения или уменьшения напряжения во время всплеска. Использование демпфирующей схемы также может уменьшить радиопомехи, вызванные переключением симистора или тиристора. Если выбрать подходящую постоянную времени для R5 / C1, конденсатор не успеет зарядиться по мере увеличения всплеска напряжения, прежде чем напряжение снова снизится и разрядится конденсатор.Таким образом уменьшается амплитуда любых быстрых скачков напряжения. Типичные значения R составляют от 39 до 100 Ом для R5 и от 22 до 47 нФ для C1. Конденсатор также должен быть импульсного типа с очень высоким максимальным рабочим напряжением, намного превышающим пиковое значение выходной волны, чтобы учесть дополнительное напряжение, вызванное любыми скачками напряжения. Однако конструкция демпферных цепей более сложна, чем простой выбор типичных значений R и C, и должна учитывать ряд факторов, которые будут уникальными для цепи или компонента, который защищает демпфер, и для нагрузок, которые цепь может управлять. .

Полезное примечание по конструкции демпфера и калькулятору компонентов можно найти в сети HIQUEL (High Quality Electronics).

Генераторы переменного тока

В качестве альтернативы доступны современные симисторы, которые также можно назвать «альтернисторами» или «альтернисторными симисторами», которые гораздо менее подвержены повреждению или случайному ложному срабатыванию, вызванному быстрыми переходными напряжениями. Некоторые производители полупроводников имеют свой собственный ассортимент устройств, например, линейку «Snubberless _TM » от ST Microelectronics или «Hi-Com _TM » от WeEn Semiconductors, которые способны справляться как с скачками напряжения, так и с быстрым События dV / dt, возникающие при коммутации (выключении) с индуктивными нагрузками.Внутренняя конструкция этих симисторов отличается от оригинальных типов, что позволяет им лучше справляться с быстрыми изменениями высокого напряжения, которые могут произойти при отключении индуктивных нагрузок из-за разности фаз между током и напряжением в индукторах. В этом случае возможно, что когда симистор отключается, когда сетевой (линейный) ток проходит через ноль вольт, сетевое напряжение на симисторе может достигать максимального значения. В то время как такие события в оригинальных схемах симисторов могли вызвать проблемы с неконтролируемым повторным запуском, в современных конструкциях это значительно уменьшено.

Рис. 6.6.8 SSR Zero Crossing Action

Пересечение нулевого напряжения. Некоторые SSR включают схемы «пересечения нуля» или «синхронного переключения», которые уменьшают возможность введения быстро изменяющихся «всплесков» в сетевом (линейном) питании, гарантируя, что их выход будет включаться только тогда, когда цикл сетевого напряжения проходит через нулевое напряжение. . Как показано на рис. 6.6.8, если управляющее напряжение требует включения в то время в течение цикла напряжения, когда напряжение переменного тока не проходит через 0 В, действие переключения задерживается до тех пор, пока напряжение не перейдет через 0 В в конце текущей половины. цикл.Однако схема пересечения нулевого напряжения не играет никакой роли в выключении выхода; это контролируется действием симистора или тиристора, который после включения выключится только тогда, когда выходной ток нагрузки упадет ниже заданного удерживающего тока симистора или тиристора, что будет происходить при прохождении формы волны тока через ноль.

Приведенные выше описания функций безопасности предназначены для ознакомления пользователей SSR с некоторыми необходимыми ограничениями безопасности при выборе правильного SSR для любой конкретной операции.Однако этот список не предлагается в качестве исчерпывающего руководства, важность или неважность любого из этих факторов будет во многом зависеть от предполагаемого использования SSR. Поэтому рекомендуется, особенно при рассмотрении вопроса о безопасной эксплуатации цепей, получить консультацию, относящуюся к предполагаемому проекту, многие производители или национальные и международные агентства по безопасности могут легко дать квалифицированный совет относительно пригодности SSR для конкретных целей. Вам также предлагается продолжить изучение, пройдя по некоторым из рекомендуемых ссылок внизу этой страницы.

Сравнение твердотельного и механического переключения с

Твердотельные реле

(SSR) имеют ряд преимуществ перед электромеханическими реле, некоторые из которых являются очевидными преимуществами, а некоторые будут оспариваться приверженцами (и производителями) электромеханических реле. Однако, какой тип реле лучше для конкретного приложения, зависит больше от приложения, а не от типа реле. Поэтому это следует внимательно учитывать при чтении следующих списков.

Преимущества ТТР перед электромеханическими реле.

1. Поскольку твердотельные реле не имеют индуктивных катушек или подвижных контактов, они не создают электромагнитных помех.
2. SSR не вызывают потенциально опасного искрения.
SSR
3. работают бесшумно.
ТТР
4. не подвержены механическому износу, поэтому потенциально могут выполнять гораздо больше операций переключения, чем электромеханические реле (однако любой тип может быть разработан для выполнения большего числа операций, чем требуется в течение срока службы оборудования, в котором они используются).
SSR
5. не страдают от дребезга контактов.
ТТР
6. имеют более быстрое время переключения, чем электромеханические реле.
7. Для коммутации переменного тока доступны SSR с переходом через ноль, которые включаются только в тот момент или близко к тому времени, когда форма сигнала переменного тока проходит через нулевое напряжение, таким образом уменьшая возникновение скачков напряжения, которые возникают, если цепь включается при напряжении переменного тока. максимум.
8. SSR могут быть физически меньше, чем электромеханические реле сопоставимых типов.

Недостатки ТТР перед электромеханическими реле.

1. Когда SSR включены, между выходными клеммами существует измеримое сопротивление, поэтому SSR выделяют некоторое количество тепла, а также вызывают падение напряжения во включенном состоянии.
2. Когда SSR находятся в выключенном состоянии, на выходе все еще протекает небольшой обратный ток утечки. В отличие от электромеханических реле, SSR не являются ни полностью включенными, ни выключенными. Поэтому их использование может быть запрещено в соответствии с некоторыми правилами техники безопасности.
3. Поскольку SSR могут очень быстро (за миллисекунды) включать случайные всплески помех в их входных цепях или внезапные быстрые изменения напряжения на их выходах, могут вызвать нежелательное переключение некоторых SCR или симисторов.
4. Отказ SSR обычно вызывает короткое замыкание (включение), тогда как отказ электромеханического реле обычно вызывает разрыв цепи (выключение). Из-за этого использование SSR может вызвать некоторые опасения в критических для безопасности системах.

Дополнительная информация

Твердотельные реле и электромеханические реле — Примечания по применению Твердотельные реле США

Как правильно выбрать реле — National Instruments

Технические советы по реле — Crydom Inc.

.