Направи си сам твърдо реле: инструкции за монтаж и съвети за връзка

Solid State Relay (TTR) е устройство от серия електронни компоненти с немеханично действие. Липсата на механика отваря повече възможности за любителите на електрониката да направят твърдо реле със собствените си ръце за лична употреба.

Обмислете тази възможност по-подробно.

Проектиране и принцип на работа на TTR

Ако повечето от такава електроника традиционно съдържа подвижни части на контактни групи, твърдото реле изобщо няма такива части. Превключването на веригата с верига на устройството се извършва според принципа на електронен ключ. А ролята на електронните ключове обикновено се играе от полупроводници, вградени в тялото на релето - силови транзистори, триаци, тиристори.

Преди да се опитате сами да направите солидно реле, логично е да се запознаете с основния дизайн на такива устройства, да разберете принципа на тяхната работа.

Твърдотелните релета с различни конфигурации се произвеждат от промишлеността, проектирани за най-различни условия за практическо приложение. Богат избор от модификации

В рамките на задълбочено проучване на устройството е необходимо незабавно да се подчертаят предимствата на TTR:

• превключване с голям товар;
• висока скорост на превключване;
• перфектна галванична изолация;
• способност за кратко задържане на големи претоварвания.

Сред механичните структури всъщност не е възможно да се намерят релета с подобни параметри. Като цяло, предимствата пред механичните аналози на твърдотолните релета се изразяват с впечатляващ списък.

Две електронни устройства, които функционално осигуряват превключване на веригата: отляво е направено на базата на солиден дизайн, отдясно е традиционна механична система за превключване

Условията на работа за TTR практически не ограничават използването на тези устройства. В допълнение, отсъствието на подвижни механични части влияе благоприятно на експлоатационния живот на устройствата.Така че има всяка причина да се заемете с твърдо състояние реле - да сглобите устройството със собствените си ръце.

Въпреки това, за справедливост, наред с положителните аспекти, трябва да се отбележат свойствата на релето, характеризиращи се като недостатъци. Така че, за работата на мощни устройства, като правило, е необходим допълнителен компонент от конструкцията, който е предназначен за отстраняване на топлина.

В случай на превключване на мощен товар, твърдотолните релета почти винаги се допълват с мощни охлаждащи радиатори. Тази точка усложнява използването на TTR.

Релейните охлаждащи радиатори с твърдо състояние имат общи размери няколко пъти по-големи от размерите на TTR, което намалява удобството и рационалността на монтажа.

TTR устройствата по време на работа (в затворено състояние) дават обратен ток на изтичане и показват нелинейна характеристика на токово напрежение. Не всички твърдотелни релета могат да се използват без ограничения в характеристиките на комутираните напрежения.

Проектиран за използване само в вериги, където захранването се подава от постоянен ток. Обикновено тези устройства се отличават с малки размери и ниска мощност на превключване

Някои видове устройства са проектирани да превключват само постоянен ток. Въвеждането на твърдотелни релета във веригата обикновено изисква допълнителни мерки, насочени към блокиране на фалшиви аларми.

Твърдотранслейните релета често могат да се намерят общи електрически панел на апартамента.

Как работи твърдото реле?

Управляващият сигнал (обикновено ниско напрежение, излъчващ се например от контролния контролер) се подава към светодиода на оптоелектронната двойка, присъстваща във веригата TTR. Светодиодът започва да излъчва светлина към фотодиода, който от своя страна се отваря и започва да предава ток.

Обобщена схема на TTR, ясно показваща как функционира електронното устройство: 1 - източник на управляващо напрежение; 2 - оптрон вътре в корпуса на релето; 3 - източник на токов товар; 4 - натоварване

Токът, преминаващ през фотодиода, идва към контролния електрод на ключовия транзистор или тиристор. Ключът се отваря, затваря веригата за натоварване.

Ето как работи функцията за превключване на устройството. Цялата електроника традиционно е затворена в монолитен корпус. Следователно всъщност устройството се нарича твърдо реле.

И как да свържете твърдотелно реле можете да намерите в тези неща.

Превключватели на твърдо състояние

Целият съществуващ набор от устройства може условно да се раздели на групи въз основа на категорията на свързания товар, характеристиките на контрола на напрежението и превключването.

Така ще бъдат съставени общо три групи:

1. Устройства, работещи в постояннотокови вериги.
2. Устройства, работещи в променливотокови вериги.
3. Универсални дизайни.

Първата група е представена от устройства с параметри на работните управляващи напрежения от 3 - 32 волта. Това е сравнително малка по размер електроника, надарена с LED индикатори, способна да работи без прекъсване при температури от -35 / +75 ºС.

Широко разпространен дизайн на електронно устройство за използване в еднофазна електрическа мрежа. Други варианти за дизайн също се срещат, но много по-рядко.

Втората група - устройства, предназначени за инсталиране в AC мрежи. Ето проектите на TTR за инсталиране в променливотокови мрежи, контролирани от напрежение 24 - 250 волта. Има устройства, способни да превключват натоварвания с висока мощност.

Третата група са универсални устройства. Схемата на този тип устройства поддържа ръчна настройка за използване в определени условия.

Ако вземем предвид естеството на свързаното натоварване, трябва да разграничим два типа твърдотелни релейни променливи: еднофазни и трифазни. И двата типа са проектирани за превключване на достатъчно мощен товар при токове 10 - 75 A.В този случай пиковите краткосрочни стойности на тока могат да достигнат 500 A.

Широко разпространена версия за използване в трифазна електрическа мрежа. Често се използва като линеен регулатор на мощни електрически нагреватели (TEN)

Капацитивните, резистивните, индукционните вериги могат да действат като натоварване, превключено от твърдотелни релета. Дизайнът на превключвателите ви позволява плавно да управлявате например нагревателни елементи, лампи с нажежаема жичка, електрически двигатели без излишен шум.

Надеждността е достатъчно висока. Но в много отношения стабилността и издръжливостта на твърдотелни релета зависи от качеството на производството. По този начин устройствата, произведени под определена търговска марка Impuls, често са маркирани с кратък експлоатационен живот.

От друга страна, продуктите на Schneider Electric не оставят място за критики.

Как да направите TTR със собствените си ръце?

Като се има предвид конструктивната характеристика на устройството (монолит), веригата не се сглобява на текстолитова дъска, както е обичайно, а на инсталация, монтирана на стена.

Ето как изглежда самостоятелно направеният твърдо-релеен дизайн на релето. Лесно е да направите нещо подобно. Необходими са само основните умения на електронен инженер и електротехник. Материалните разходи са малки

В тази посока има много решения за вериги. Конкретната опция зависи от необходимата мощност на превключване и други параметри.

Електронни компоненти за монтаж на верига

Списъкът с елементи на обикновена схема за практическото разработване и изграждане на твърдотелно реле със собствените си ръце е както следва:

1. Оптрон тип MOS3083.
2. Triac тип VT139-800.
3. KT209 серия транзистор.
4. Резистори, зеоден диод, LED.

Всички тези електронни компоненти са споени чрез повърхностен монтаж съгласно следната схема:

Принципна схема на твърдо състояние на реле с ниска мощност за монтаж на сам. Малък брой части и проста инсталация с шарнирни шарки позволяват запояване на веригата без затруднения

Поради използването на оптрона MOS3083 в схемата за генериране на управляващ сигнал, входното напрежение може да варира от 5 до 24 волта.

И поради веригата, състояща се от ценеров диод и ограничаващ резистор, токът, преминаващ през контролния светодиод, се намалява до минимално възможното. Това решение осигурява дълъг експлоатационен живот на контролния светодиод.

Проверка на сглобената верига за работоспособност

Сглобената верига трябва да се провери за работоспособност. Не е необходимо да свързвате напрежение от 220 волта към превключвателната верига чрез триац. Достатъчно е да свържете измервателно устройство - тестер, успореден на превключващата линия на триака.

Проверка на работата на твърдо състояние реле с помощта на измервателно устройство. Ако към входа на устройството се приложи управляващо напрежение, триаковият преход трябва да е отворен

Режимът на измерване на тестера трябва да бъде настроен на "mOhm" и да приложи мощност (5-24V) към веригата за генериране на управляващо напрежение. Ако всичко работи правилно, тестерът трябва да покаже разликата в съпротивлението от "mOhm" до "kOhm."

Монолитен корпус

Алуминиева плоча с дебелина 3-5 мм ще е необходима под основата на бъдещото твърдо състояние на релето. Размерите на плочата не са критични, но трябва да отговарят на условията за ефективно отстраняване на топлината от триака при нагряване на този електронен елемент.

Рамка за изливане на кутията на бъдещото устройство. Изработена от картонена лента или други подходящи материали. Той е фиксиран върху алуминиева основа с универсално лепило

Повърхността на алуминиевата плоча трябва да е равна. Освен това е необходимо да се обработват и двете страни - да се обелят с фина шкурка, да се полира.

На следващия етап подготвената плоча е снабдена с „кофраж“ - рамка, направена от картон или пластмаса, е залепена около периметъра. Това трябва да бъде един вид кутия, която впоследствие ще бъде напълнена с епоксид.

Вътре в създадената кутия е поставена електронна схема на твърдотелно реле, сглобена от "балдахин". На повърхността на алуминиевата плоча е положен само триак.

Фиксиране на триак върху алуминиева основа. Основното условие е този електронен компонент да бъде притиснат здраво към металната основа. Това е единственият начин да се осигури висококачествено разсейване на топлината и надеждна работа

Никакви други части на вериги или проводници не трябва да докосват алуминиевата основа. Триакът се нанася върху алуминия от онази част на тялото, която е предназначена за монтаж върху радиатор.

Трябва да използвате топлопроводяща паста върху зоната на контакт на тялото на триака и алуминиевия субстрат. Някои марки триаци с неизолиран анод трябва да бъдат поставени през слюда.

Възможността за монтиране на триак към основата с помощта на нитове. От обратната страна нитът се изравнява на едно място с повърхността на основата

Триакът трябва да бъде притиснат здраво към основата с някаква тежест и да се напълни с епоксидно лепило по периметъра или да се закрепи по някакъв начин, без да се нарушава повърхността на гърба на основата (например нитове).

Приготвяне на съединение и пълнене на тялото

За производството на твърдо тяло на електронно устройство ще е необходима смесена смес. Съставът на смесената смес се основава на два компонента:

1. Епоксидна смола без втвърдител.
2. Прах от алабастър.

Благодарение на добавянето на алабастър, капитанът решава два проблема наведнъж - той получава изчерпателен обем на пълнителното съединение при номинална консумация на епоксидна смола и създава пълнеж с оптимална консистенция.

Сместа трябва да се смеси старателно, след което можете да добавите втвърдителя и отново да разбъркате добре. След това внимателно монтирайте инсталацията „на стената“ в картонената кутия със създаденото съединение.

Ето как изглежда завършен екземпляр на твърдо състояние реле, сглобено от вас сами. Донякъде необичайно и не много презентативно, но достатъчно надеждно

Запълването се извършва до горното ниво, като на повърхността се оставя само част от главата на контролния светодиод. Първоначално повърхността на съединението може да не изглежда напълно гладка, но след известно време картината ще се промени. Остава само да изчакаме отливката да се втвърди напълно.

Всъщност можете да използвате всякакви подходящи решения за леене. Основният критерий е, че съставът за леене не трябва да бъде електропроводим, плюс добра степен на твърдост на леене трябва да се образува след втвърдяване. Формованият корпус на твърдото реле е вид защита на електронната верига от случайни физически повреди.

Изводи и полезно видео по темата

Това видео показва как и на базата на които електронните компоненти могат да бъдат направени твърдотелно реле. Авторът разказва подробно за всички подробности от производствената практика, с които лично се е сблъсквал по време на производството на електронния превключвател:

Видео за проблема, който може да срещнете след придобиване на еднофазен TTR от продавачи от Китай. По пътя провежда един вид преглед на устройството за превключване на устройството:

Самостоятелното производство на твърдотелни релета е възможно решение, но по отношение на продуктите под ниско напрежение, консумиращи сравнително ниска мощност.

Трудно е да направите по-мощни и високо напрежение устройства със собствените си ръце. И това финансово начинание ще струва същата сума, както е изчислено заводското копие. Така че, ако е необходимо, е по-лесно да закупите готово промишлено устройство.

Ако имате въпроси относно сглобяването на твърдотелно реле, моля, попитайте ги в полето за коментари и ние ще се опитаме да ви дадем изключително ясен отговор. Там можете да споделите опита на самостоятелно производство на релета или да предоставите ценна информация по темата на статията.