Управление контактором с помощью твердотельного реле

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.

Виды ТТР

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

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.

ТТР по типу управления

ТТР могут управляться с помощью:

1) Постоянного тока. Его диапазон составляет от 3 и до 32 Вольт.

2) Переменного тока. Диапазон переменного тока составляет от 90 и до 250 Вольт. То есть такими реле можно спокойно управлять с помощью сетевого напряжения 220 В.

3) С помощью переменного резистора. Значение переменного резистора может быть в диапазоне от 400 и до 600 Килоом.

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 током

управление 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:

Ттр с фазовым управлением

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

Примерная схема подключения выглядит вот так:

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!

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:

Где купить твердотельное реле

Любые виды твердотельных реле вы всегда можете найти на Али по этой ссылке.

При написании статьи использовалась информация, взятая по этой ссылке.

Источник: https://www.RusElectronic.com/tverdotelnoe-rele/

Схемы подключения и управление твердотельными реле переменного и постоянного тока – блог СамЭлектрик.ру

Схемы подключения твердотельных реле

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:

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:

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

• твердотельные реле переменного тока
• твердотельные реле постоянного тока

• 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.

А что там свежего в группе вк самэлектрик.ру?

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

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 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

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

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 реле

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

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.

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.

Напоследок – защита при КЗ

Производители рекомендуют использовать специальные предохранители для твердотельных приборов:

• gR – предохранители для всего диапазона рабочих токов, для защиты полупроводниковых элементов(более быстродействующие , чем gS)
• gS – предохранители для всего диапазона рабочих токов, для защиты полупроводниковых элементов, при повышенной загрузке линии.
• aR – предохранители для всего диапазона рабочих токов, для защиты полупроводниковых элементов от короткого замыкания.

Такие предохранители стоят дорого (сравнимы со стоимостью самого твердотельного реле), поэтому в большинстве случаев можно использовать защитные автоматы класса В. Чем же они хороши и как они спасут наши твердотельные реле от выгорания при КЗ?

Напомню, в 99% везде встречаются автоматы класса С. Класс D ставят в качестве вводных рубильников и при больших пусковых токах (мощные двигатели, трансформаторы). А класс В – самый чувствительный, срабатывает раньше всех.

Рекомендую почитать мою жарко-летнюю статью по выбору и замене защитных автоматов.

Кстати, гуру электрики и электропроводки, cs-cs.net, предлагает дома ставить автоматы только В класса. И некоторые производители – рекомендуют ставить В класс на электроплиты, водонагреватели – туда, где нет двигателей и пусковых токов.

Почему – поясню на графике.

Кривые отключения или токо-временные характеристики

Подробно про выбор защитного автомата рассказано в другой статье.

Но мы вернёмся к нашему трехфазному твердотельному реле Fotek TSR-40AA-H на 40А, про которое я писал выше. Чтобы его гарантированно защитить от КЗ, надо обязательно поставить вот такой автомат:

Автомат с характеристикой В6 (обведено красным)

Он мгновенно сработает при токе 20…30 Ампер и спасет твердотелку. А от перегруза надо будет поставить мотор-автомат на ток 4-6,3 А. И это всё будет питать двигатель на 2,2 кВт, лучше меньше. Либо ТЭН, тогда мотор-автомат не нужен.

Источник: https://SamElectric.ru/promyshlennoe-2/tverdotelnye-rele-shemy-podklyucheniya.html

Принцип работы

Прежде чем рассматривать твердотельное устройство, следует вспомнить принцип работы обычного электромеханического реле. Оно состоит из контактов и катушки управления, работающих под влиянием подаваемого напряжения. Под его воздействием контакты соответственно замыкаются или размыкаются.

Принцип действия твердотельного реле аналогичный. Основное различие заключается в использовании полупроводниковых приборов вместо контактов.

Наибольшее распространение получили симисторы и тиристоры, выполняющие коммутацию переменного тока, а также транзисторы, предназначенные для работы с постоянным током.

Вход реле оборудован первичной цепью, в которую последовательно включено сопротивление на постоянном изоляторе.

Основной функцией входа является прием импульса и последующая передача его на элемент устройства, коммутирующий нагрузку. Между первичной и вторичной цепью существует изоляция в виде оптической развязки.

Именно эта развязка характеризует индивидуальные качества всех видов и типов реле и определяет принцип действия каждого устройства.

Для обработки входного сигнала существует триггерная цепь, являющаяся отдельным конструктивным элементом. Эта цепь принимает участие в переключении выхода. В различных конструкциях твердотельных реле триггерная цепь может быть частью оптической развязки, или применяться как самостоятельный элемент.

Управление нагрузочным напряжением осуществляется цепью, в состав которой входит транзистор, симистор и кремниевый диод. В конструкцию реле обязательно включается система, защищающая устройство от сбоев и ошибок. Она представляет собой отдельную защитную цепь внутреннего или внешнего типа.

Где применяется твердотельное реле

Принцип действия этих устройств позволяет применять их тогда, когда за короткий промежуток времени необходимо множество раз включить и выключить нагрузку.

В таких ситуациях обычные электромеханические реле очень быстро изнашиваются, полностью вырабатывая ресурс, выходят из строя и становятся непригодными для дальнейшего использования.

Наилучшим выходом становятся твердотельное реле, которое не требуюет к себе в дальнейшем дополнительного внимания и обслуживания. В обычных устройствах необходимо обязательно чистить контакты после нескольких циклов срабатываний.

Иногда решающее значение имеют габаритные размеры коммутирующего устройства и обеспечение бесшумной работы.

Однако следует учитывать и тот фактор, что полупроводниковые реле имеют довольно высокую стоимость, поэтому, там, где это возможно, рекомендуется использовать обычные электромагнитные устройства.

Виды твердотельных реле

Твердотельное реле относится к модульным полупроводниковым приборам, изготовленным по гибридной технологии. В них используются симисторные, тиристорные или транзисторные структуры, которые служат основой для создания мощных силовых ключей. Они успешно заменяют традиционные контакторы и электромагнитные реле.

По типу нагрузки полупроводниковые устройства могут быть однофазными или трехфазными. Они способны коммутировать напряжение в самом широком диапазоне – от 40 до 440 вольт, что делает возможным их применение в разных областях.

В зависимости от типа управления, существует 3 группы реле:

• Для коммутации напряжения постоянного тока от 3 до 32 вольт.
• Для коммутации напряжения переменного тока от 90 до 250 вольт.
• Для ручного управления выходным напряжением, когда применяются переменные резисторы, сопротивление от 40 до 560 кОм, мощностью от 0,25 до 0,5 Вт.

Твердотельные реле различаются и по способу коммутации:

• Устройства, контролирующие переход через ноль. С их участием коммутируются резистивные, емкостные и слабоиндуктивные нагрузки. Когда подается управляющий сигнал, выходное напряжение появляется при первом пересечении нулевого уровня линейным напряжением. За счет этого происходит уменьшение начального броска тока, снижается уровень электромагнитных помех, возрастает срок эксплуатации коммутируемых нагрузок. Данный тип реле не может использоваться для коммутации высокоиндуктивных нагрузок, например, трансформаторов на холостом ходу.
• Устройства с мгновенным (случайным) включением. Применяются для коммутации нагрузок, когда необходимо мгновенное срабатывание. Выходное напряжение возникает совместно с подачей управляющего сигнала с задержкой включения, не превышающей 1 миллисекунды. Такие реле могут включаться на любых участках синусоидального напряжения. Существенным недостатком этих устройств являются импульсные помехи и начальные броски тока, возникающие при коммутации.
• Фазовое управление. С помощью реле изменяется величина выходного напряжения нагрузки. Это позволяет регулировать мощность нагревательных элементов и уровень освещенности ламп накаливания.    

Подключение

Во всех электронных схемах твердотельное реле подключается так же, как и обычные электромеханические устройства. Однако существуют специфические особенности, которые необходимо учитывать при подключении полупроводниковых реле. Для выполнения соединений не требуется использовать пайку, для этого существует винтовой способ.

В связи с особенностями конструкции, необходимо всячески избегать любых повреждений прибора, следить, чтобы в него не попадала пыль, особенно металлические элементы и другие инородные тела. Не допускаются какие-либо внешние воздействия, в том числе и механические, по отношению к корпусу прибора. В результате повреждений прибор быстро выйдет из строя и перестанет работать.

Рекомендуется правильно выбирать место расположения твердотельного реле. Не следует размещать их возле предметов, которые могут легко воспламениться. Запрещается прикасаться к устройству во время работы, чтобы не получить ожоги.

До начала включения нужно проверить правильность всех коммутируемых соединений. При нагревании корпуса свыше 600С, необходимо использовать специальных радиатор охлаждения.

На выходе не должно быть коротких замыканий, способных повредить прибор.

Источник: https://electric-220.ru/news/tverdotelnoe_rele/2016-12-21-1144

Твердотельные реле – примеры использования и подключения

Для коммутации нагрузок в различном оборудовании обычно используются контакторы и реле. Всем известны основные минусы этих устройств – подгорание контактов и наличие подвижных частей. От этих недостатков полностью свободны Твердотельные реле (ТТР), которые всё шире и шире используются в промышленном оборудовании.

В статье рассмотрим подключение и электрическую защиту твердотельных реле, а также различные примеры применения.

Варианты использования

ТТР имеет смысл ставить там, где нет возможности контролировать работоспособность обычных электромеханических реле. Да, ТТР дороже, но основное их преимущество – «поставил и забыл».

Часто их ставят для коммутации индуктивной нагрузки (электромагниты), для которой обычные реле подходят слабо – контакты подгорают быстро, нужно их чистить или менять.

Либо ставить реле на заведомо больший ток работы.

Другой вариант использования ТТР – включение мощной нагрузки типа ТЭНов, когда мощные контакторы прослужат недолгое время из-за частых включений-выключений. Такое бывает в случае, когда нужно точное поддержание температуры, а для этого устанавливают небольшую ширину петли гистерезиса.

Как и в случае с контакторами и реле, ТТР легче работать, когда нагрузка чисто активная (АС1), то есть не содержит индуктивности (cosφ стремится к 1). Тогда он легко может коммутировать ток, указанный на его корпусе. В большинстве же случаев нагрузка является частично реактивной (cosφ = 0,7-0,8), поэтому ток ТТР нужно всегда выбирать с запасом.

Запас по току нужен также и для надежной работы системы защиты, но об этом расскажем чуть позже.

Коммутация ТЭНа нагревателя

В этом примере, как мы уже отмечали выше, ТТР работает в самом простом режиме – коммутация напряжения питания 220 В для ТЭНа. Реле рассчитано на ток 40 А, для однофазного напряжения 220 В это означаем максимальную мощность 8,8 кВт.

Однако, в целях повышения надежности в данном случае никто не будет подключать через ТТР ТЭНы мощностью 8 кВт. Обычно, даже в этом случае выбирают запас 50 %, не менее. В данном примере применяется ТЭН на 1,5 кВт. Защита обеспечивается автоматическим выключателем с номинальным током 10 А.

Управление твердотельными реле

Фактически ТТР – это управляемый коммутатор. В каком-то смысле, обычный транзистор является твердотельным реле – при подаче управляющего сигнала он открывается, и пропускает ток в нагрузку.

В ТТР в более чем 90% случаев в качестве управляющего сигнала нужно постоянное напряжение. Диапазон напряжений – от 3 до 35 В, и может быть разным для разных моделей и производителей..

В редких случаях (в зависимости от модели) в качестве управляющего сигнала применяют переменное напряжение (порядка 100…250 В), токовый сигнал 4…20 мА, либо для управления используют обычный потенциометр.

Схема подключения проста, и обычно приводится на корпусе ТТР:

Подача напряжения производится от внешнего источника питания через любой подходящий коммутирующий элемент – кнопка, переключатель, транзистор, реле.

На работу ТТР не оказывает влияния схема включения и принцип действия схемы на его входе. Важен лишь сам факт подачи напряжения нужного значения и полярности.

В ТТР с управляющим сигналом в виде переменного напряжения принцип работы аналогичный.

В большинстве моделей ТТР реализована светодиодная индикация подачи управляющего сигнала, что позволяет «на лету» отслеживать и анализировать работу ТТР.

Силовая часть ТТР

Эта важная часть ТТР коммутирует ток нагрузки.

Входная и выходная части твердотельного реле гальванически развязаны при помощи оптопары. Твердотельное реле не имеет отдельного источника питания. И если входная часть ТТР питается от входного источника питания, то выходная часть питается через нагрузку, получая питание при условии, что эта нагрузка подключена.

Таким образом, если нагрузка имеет высокое сопротивление, с одной стороны, это хорошо – меньше ток через реле, и оно меньше испытывает перегрузки, работая с большим запасом. Но если этот ток продолжить уменьшать, ТТР просто не сможет работать – хотя, входная индикация будет показывать, что всё нормально.

Коммутация индуктивной нагрузки

С индуктивной нагрузкой (как правило, это электромагнит), не так всё просто.

В этом случае нужно учитывать переходные процессы в моменты включения и выключения ТТР.

В эти моменты возможны всплески напряжения, которые могут привести к неприятным последствиям, например – «зависание» ТТР в открытом или закрытом состоянии, которое снимается перезапуском питания.

Самый неприятный вариант – ТТР может полностью выйти из строя, при этом оно может остаться в опасном включенном состоянии.

Существуют особенности при подключении индуктивной нагрузки типа электромагнитов.

Производители рекомендуют выбирать пару ТТР-электромагнит таким образом, чтобы ток нагрузки был не более чем 10% от максимально допустимого тока ТТР. Это обусловлено возможной нестабильностью работы.

Кроме того, при коммутации постоянного тока рекомендуется параллельно нагрузке подключать обратно включенный диод.

Защита

Большинство производителейрекомендуют в качестве защиты устанавливать быстродействующие предохранители. Это нужно для того, чтобы в случае перегрузки или короткого замыкания нагрузки не произошло поломки ТТР.

Однако, поскольку стоимость таких предохранителей сопоставима со стоимостью самого ТТР, существует вариант установки вместо предохранителей защитных автоматов. Причем, производители рекомендуют только защитные автоматы с время-токовой характеристикой типа «В».

Чтобы пояснить принцип защиты, рассмотрим известные графики время-токовых характеристик автоматических выключателей:

Из графика видно, что при превышении тока защитного автомата с характеристикой «В» более чем в 5 раз время его выключения – около 10 мс (пол периода напряжения частотой 50 Гц).

Из этого можно сделать вывод, что для того, чтобы иметь большие шансы по сохранению работоспособности ТТР в случае КЗ, нужно применять защитные автоматы с характеристикой «В». При этом нужно соответственно рассчитывать токи нагрузки и защитного автомата в зависимости от максимального тока твердотельного реле.

Пример неправильной защиты ТТР

Случаются грубые ошибки в проектировании систем на ТТР. Пример – электронагреватель приточной вентиляции мощностью 18,5 кВт, питаемый через трехфазное твердотельное реле с рабочим током 25 А. Основная проблема в том, что защищается это ТТР через автоматический выключатель с номинальным током 25 А и время-токовой характеристикой С.

Даже в случае частичного превышения рабочего тока (например, до 35 А) в первую очередь выгорит ТТР, при этом время отключения защитного автомата – около 1 часа.

Источник: https://promtechautomat.ru/articles/tverdotelrele.php

Твердотельное реле – новый тип бесконтактных реле в инновационной электротехнике

Используются в качестве успешной альтернативы традиционным электромагнитным реле или контакторам. Устройства распространены в сфере коммутации однофазных и 3-фазных линий.

Они применяются для бесконтактной коммутации отопительных устройств, освещения и прочего оборудования с резистивной нагрузкой с напряжением от 24 до 380 В для переменного тока для управления трансформаторами.

Используются для индуктивной нагрузки, например, слаботочные двигатели или электромагниты.

Рис. №1. Внешний вид твердотельного реле и габаритные размеры.

Твердотельные реле подразделяются по типу управления, это реле переменного или постоянного тока с использованием переменного резистора и с помощью аналогового сигнала тока 4 – 20 мА. Реле для управления уровня напряжения включают или отключают нагрузку с помощью подачи или снятия с нагрузки полного сигнала.

Достоинства

• Продолжительный период эксплуатации.
• Отсутствие постороннего шума, неустойчивых контактных соединений, искрений и электродуги при переключении.
• Надежное сопротивление изоляции в цепях нагрузки и цепях управления коммутационными аппаратами.
• Отсутствие акустических помех.

• Высокая степень энергосбережения.
• Быстродействие (высокая скорость коммутации).
• Небольшие габаритные размеры.
• Отсутствие профилактики и технического обслуживания.

Высокие качественные электротехнические показатели делают возможным переход с  электромагнитных реле и контакторов на твердотельные реле.

Рис. №2. Пример твердотельного реле с использованием SCR управления.

Недостатки и меры по защите релейного устройства

Существует несколько локальных факторов, при которых возможен выход устройства из строя – это:

1. Перенапряжение.
2. Токовая перегрузка и короткое замыкание.
3. Перегрев из-за плохого теплоотвода (максимальная температура нагрева основания устройства не должна превышать 800С).

Рекомендуется при использовании реле в управлении электродвигателями включать в цепь управления варисторы.

Для нагрузки более 5 А на основание реле наносится специальная теплопроводящая паста. При I = 25А применяют вентилятор.

Некоторые модели оборудованы защитой от перегрева, она отключает реле при превышении температуры тиристора – 1200С.

Для защиты реле от перегруза по нагрузке используются предохранители на полупроводниках (срабатывают чрезвычайно быстро (2 мс) не позволяют развиться току к.з.).

Принцип работы твердотельного реле

Рис. №3. Схема работы с использованием твердотельного реле. В положении выключено, когда на входе наблюдается 0 В, твердотельное реле не дает пройти току через нагрузку. В положение включено, на входе есть напряжение, ток идет через нагрузку.

Основные элементы регулируемой входной цепи переменного напряжения.

1. Регулятор тока служит для поддержки неизменного значения тока.
2. Двухполупериодный мост и конденсаторы на входе в устройство служат для преобразования сигнала переменного тока в постоянный.
3. Встроенный оптрон оптической развязки, на него подается питающее напряжение и через него протекает входной ток.
4. Тригерная цепь служит для управления эмиссией света встроенного оптрона, в случае прекращения подачи входного сигнала ток прекратит свое протекание через выход.
5. Резисторы, расположенные в схеме последовательно.

В твердотельных реле используется два распространенных типа оптических развязок – семистор и транзистор.

Симистор обладает следующими преимуществами: включение в состав развязки тригерной цепи и ее защищенность от помех. К недостаткам следует отнести дороговизну и необходимость больших величин тока на входе в устройство, необходимого для переключения выхода.

Рис. №4.  Схема реле с семистором.

Тиристор  — не нуждается в наличии большого значения тока для переключения выхода. Недостаток – нахождение триггерной цепи вне развязки, а значит большее число элементов и слабая защита от помех.

Рис. №5. Схема реле с тиристором.

Рис. №6. Внешний вид и расположение элементов в конструкции твердотельного реле с транзисторным управлением.

Принцип работы твердотельного реле типа SCR полупериодного управления

При прохождении тока через реле исключительно в одном направлении величина мощности снижается почти на 50%. Для предотвращения этого явления используют  два параллельно подключенных  SCR, расположенные на выходе (катод соединяется анодом другого).

Рис. №7. Схема принципа работы полупериодного управления SCR

Типы коммутирования твердотельных реле

1. Управление коммутационными действиями при переходе тока через ноль.

Рис. №8. Коммутация реле при переходе тока через ноль.

Преимущество способа – отсутствие помех при включении.

Недостатки – прерывание выходного сигнала, отсутствие возможности применения с нагрузками, обладающими высокой индуктивностью.

Используется для резистивной нагрузки в системах управления и контролирования нагревательных устройств. Использование в слабоиндуктивных и емкостных нагрузках.

1. Фазовое управление твердотельным реле

Рис.№9. Схема фазного управления.

Преимущество: непрерывность и плавная регулировка, возможность изменять значение выходного напряжения.

Недостатки: присутствуют помехи при производстве переключений.Область использования: управление систем нагрева, индуктивные нагрузки (трансформаторы), инфракрасные выключатели (резистивная нагрузка).   

Основные показатели для выбора твердотельных реле

• Ток: нагрузки, пусковой, номинальный.
• Тип нагрузки: индуктивность, емкость или резистивная нагрузка.
• Тип напряжения цепи: переменное или постоянное.
• Тип сигнала управления.

Рекомендации по подбору реле и эксплуатационные нюансы

Токовая нагрузка и ее характер служат главным фактором, определяющим выбор.

Реле выбирается с запасом по току, в который входит учет пускового тока (он должен выдержать 10-кратное превышение тока и перегруз на 10 мс).

При работе с обогревателем номинальный ток превышает номинальный ток нагрузки не менее чем на 40%. При работе с электродвигателем запас по току рекомендован быть больше номинала не менее чем в 10 раз.

Ориентировочные примеры выбора реле при превышении тока

1. Нагрузка активной мощности, например, ТЭН – запас 30-40%.
2. Электродвигатель асинхронного типа, 10 кратный запас по току.
3. Освещение с лампами накаливания – 12 кратный запас.
4. Электромагнитные реле, катушки – от 4 до 10 кратного запаса.

Рис. №10. Примеры выбора реле при активной нагрузке по току.

Такой электронный компонент электрических цепей как твердотельное реле становиться обязательным интерфейсом в современных схемах и обеспечивает надежную электрическую изоляцию между всеми задействованными электроцепями.

Пишите комментарии,дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Источник: https://elektronchic.ru/relejnaya-zashhita/tverdotelnoe-rele.html