Твърдо релета: Видове, практически приложения, електрически схеми

Класическите стартери и контактори постепенно се превръщат в минало. Мястото им в автомобилната електроника, домакинските уреди и промишлената автоматизация е заето от твърдотелно реле - полупроводниково устройство, в което няма движещи се части.

Устройствата имат различни дизайни и схеми за свързване, от които зависи техните области на приложение. Преди да използвате устройството, трябва да разберете принципа му на работа, да научите за характеристиките на работата и свързването на различни видове релета. Отговорите на тези въпроси са подробно описани в статията.

Твърдо състояние реле устройство

Съвременните твърдотелни релета (ТТР) са модулни полупроводникови устройства, които са силови електрически превключватели.

Основните работни възли на тези устройства са представени от триаци, тиристори или транзистори. TTR нямат подвижни части, което се различава от електромеханичните релета.

Размерът на твърдото реле до голяма степен зависи от максимално допустимото натоварване и способността да се отделя топлина чрез топлопредаване и конвекция (+)

Вътрешната структура на тези устройства може да варира значително в зависимост от вида на регулируемото натоварване и електрическата верига.

Най-простите твърдотелни релета включват следните възли:

• възел за въвеждане с предпазители;
• задействаща верига;
• оптична (галванична) изолация;
• комутационен възел;
• защитни вериги;
• изход на възел към товара.

Входният възел TTR е първична верига със серийно свързан резистор. Предпазител в тази верига не е задължителен. Задачата на входния възел е да приема контролния сигнал и да предава командата на превключвателите на товара.

С променлив ток се използва галванична изолация за разделяне на управлението и основната верига. Принципът на работа на релето до голяма степен зависи от неговото устройство.Задействащата верига, отговорна за обработката на входния сигнал, може да бъде включена в модула за оптична изолация или да бъде разположена отделно.

Защитният блок предотвратява претоварвания и грешки, тъй като в случай на повреда на устройството свързаното оборудване също може да се повреди.

Основната цел на твърдотелни релета е да затворят / отворят електрическата мрежа, използвайки слаб управляващ сигнал. За разлика от електромеханичните аналози, те имат по-компактна форма и не произвеждат характерни щракания по време на работа.

Принципът на работа на TTR

Работата на твърдо състояние реле е доста проста. Повечето TTR са проектирани да контролират автоматизацията в мрежи от 20-480 V.

Оптичната изолация ви позволява да създавате контролни сигнали с минимална мощност, което е критично важно за сензори, работещи от автономни източници на енергия (+)

В класическата версия в контакта на устройството са включени два контакта на комутируема верига и два контролни проводника. Броят им може да се промени с увеличаване на броя на свързани фази. В зависимост от наличието на напрежение в управляващата верига, основното натоварване се включва или изключва от полупроводниковите елементи.

Характеристика на твърдотолните релета е наличието на безкрайно съпротивление. Ако контактите в електромеханичните устройства са напълно изключени, тогава в твърдо състояние отсъствието на ток във веригата се осигурява от свойствата на полупроводникови материали.

Поради това при високи напрежения могат да възникнат малки токове на изтичане, които могат да повлияят неблагоприятно върху работата на свързаното оборудване.

Класификация на твърдото реле

Обхватът на релето е разнообразен, следователно техните конструктивни характеристики могат да варират значително, в зависимост от нуждите на определена автоматична верига. TTR се класифицират по броя на свързаните фази, вида на работния ток, конструктивните характеристики и вида на управляващата верига.

По броя на свързаните фази

Твърдотелните релета се използват както като част от домакинските уреди, така и в индустриалната автоматизация с работно напрежение 380 V.

Следователно тези полупроводникови устройства, в зависимост от броя на фазите, се разделят на:

• еднофазна;
• трифазна.

Еднофазен TTR позволяват работа с токове 10-100 или 100-500 А. Управлението им се осъществява с помощта на аналогов сигнал.

Препоръчва се да свържете проводници от различни цветове към трифазното реле, така че когато инсталирате оборудването, можете да ги свържете правилно

Трифазни твърди релета способни да предават ток в диапазона от 10-120 А. Тяхното устройство включва обратим принцип на работа, който осигурява надеждността на регулирането на няколко електрически вериги едновременно.

Често трифазни SSR се използват за осигуряване на индукционен двигател. В неговата управляваща верига задължително се включват бързи предпазители поради високите токове на всмукване.

По вид работен ток

Твърдотелните релета не могат да бъдат конфигурирани или препрограмирани, така че те могат да работят правилно само с определен диапазон от електрически параметри на мрежата.

В зависимост от нуждите, TTR може да се управлява от електрически вериги с два вида ток:

• DC;
• променливи.

По подобен начин е възможно да се класифицира TTR според вида на активното напрежение на натоварването. Повечето релета в домакински уреди работят с променливи параметри.

Не се използва постоянен ток като основен източник на електроенергия в никоя страна по света, така че релетата от този тип имат тесен обхват

Устройствата с постоянен управляващ ток се характеризират с висока надеждност и използват за регулиране напрежение 3-32 V. Те издържат на широк температурен диапазон (-30 .. + 70 ° C) без значителни промени в характеристиките.

Релетата, управлявани от променлив ток, имат контролно напрежение 3-32 V или 70-280 V.Те се отличават с ниски електромагнитни смущения и висока скорост на реакция.

По конструктивни характеристики

Твърдотелните релета често се инсталират в общия електрически панел на апартамент, така че много модели имат монтажен блок за монтаж на DIN шина.

Освен това има специални радиатори, разположени между TTR и носещата повърхност. Те ви позволяват да охлаждате устройството при високи натоварвания, като същевременно поддържате неговата производителност.

Релето е монтирано на DIN шина главно чрез специална скоба, която има допълнителна функция - тя отстранява излишната топлина по време на работа

Между релето и радиатора се препоръчва да се нанася слой от термична паста, което увеличава контактната площ и увеличава топлопредаването. Има и TTR, предназначени за закрепване към стената с обикновени винтове.

По вид схема на управление

Не винаги принципът на работа на регулируема релейна технология изисква моменталното й функциониране.

Затова производителите са разработили няколко схеми за контрол на TTR, които се използват в различни области:

1. Контрол "през ​​нула", Тази опция за управление на твърдотелно реле предполага работа само когато стойността на напрежението е 0. Използва се в устройства с капацитивни, резистивни (нагреватели) и слаби индуктивни (трансформатори) натоварвания.
2. миг, Използва се, когато е необходима рязка работа на релето, когато е подаден контролен сигнал.
3. фаза, Той поема регулирането на изходното напрежение чрез промяна на параметрите на управляващия ток. Използва се за плавна промяна на степента на нагряване или осветление.

Твърдотелните релета се различават в много други, не толкова значими параметри. Ето защо, когато купувате TTR, е важно да разберете схемата на работа на свързаното оборудване, за да закупите най-подходящото устройство за настройка.

Трябва да се осигури резерв на мощност, тъй като релето има работен ресурс, който бързо се изразходва с чести претоварвания.

Предимства и недостатъци на TTR

Твърдотелните релета не напразно изтласкват конвенционалните стартери и контактори от пазара. Тези полупроводникови устройства имат много предимства пред електромеханичните колеги, поради което потребителите избират тях.

Релето за микросхеми има компактни размери и е много ограничено от максималния предаван ток. Те се фиксират главно чрез запояване на специални крака

Тези предимства включват:

1. Ниска консумация на енергия (90% по-малко).
2. Компактни размери за монтаж на устройства в ограничено пространство.
3. Висока скорост на стартиране и изключване
4. Намален шум при работа; няма кликвания, характерни за електромеханичното реле.
5. Не се очаква поддръжка.
6. Дълъг експлоатационен живот благодарение на ресурс от стотици милиони операции.
7. Поради широките възможности за модифициране на електронни компоненти, TTR имат разширени области на приложение.
8. Липса на електромагнитни смущения при работа.
9. Корупцията на контактите поради техния механичен удар е изключена.
10. Липса на директен физически контакт между веригите за управление и превключване.
11. Възможност за регулиране на натоварването.
12. Наличието в импулсния TTR на автоматични вериги, които предпазват от претоварвания.
13. Възможност за използване във взривоопасни атмосфери.

Посочените предимства на твърдотелни релета не винаги са достатъчни за нормална работа на оборудването. Ето защо те все още не са заменили изцяло електромеханичните контактори.

За стабилна работа на мощни твърдотелни релета е важно ефективното разсейване на топлината, тъй като при повишени температури напрежението на товара рязко се изкривява (+)

TTR имат и недостатъци, които не позволяват да се използват в много случаи.

Минусите включват:

1. Невъзможността на повечето устройства с напрежения над 0,5 kV.
2. Висока цена.
3. Чувствителност към силни токове, особено в пусковите вериги на електродвигателите.
4. Ограничения за употреба при условия на висока влажност.
5. Критично намаление на производителността при температури под 30 ° С студ и над 70 ° С топлина.
6. Компактният калъф води до прекомерно нагряване на устройството при стабилно високи натоварвания, което изисква използването на специални пасивни или активни охлаждащи устройства.
7. Способността да се стопи устройството от нагряване по време на късо съединение.
8. Микрострумите в затворено състояние на релето могат да бъдат от решаващо значение за работата на оборудването. Например, флуоресцентни лампи, свързани към мрежата, могат да мигат периодично.

По този начин, твърдотелни релета имат специфични приложения. Във веригите на промишлено оборудване с високо напрежение използването им е рязко ограничено поради несъвършените физически свойства на полупроводниковите материали.

В битовите уреди и автомобилната индустрия обаче ТТР заемат силна позиция поради своите положителни свойства.

Възможни схеми за свързване

Схемите за свързване на твърдо състояние на реле могат да бъдат много разнообразни. Всяка електрическа верига е изградена въз основа на характеристиките на свързания товар. Към веригата могат да се добавят допълнителни предпазители, контролери и управляващи устройства.

Поради факта, че управляващите вериги и натоварвания в устройството не се припокриват, техните електрически характеристики могат да се различават по всякакви параметри (+)

След това ще бъдат представени най-простите и общи схеми за свързване на TTR:

• нормално отворени;
• със свързана верига;
• нормално затворен;
• трифазен;
• обратими.

Обикновено отворена (отворена) верига - реле, натоварването на което се захранва при наличие на контролен сигнал. Тоест свързаното оборудване се изключва, когато входовете 3 и 4 са без напрежение.

Преди да купите реле, е необходимо да определите типа на първоначалното състояние, което се изисква (затворено или отворено), за да се гарантира правилната работа на свързаното оборудване (+)

Нормално затворен кръг - означава реле, натоварването в което се захранва при липса на контролен сигнал. Тоест свързаното оборудване е в работно състояние с обезвъздушени входове 3 и 4.

Съществува схема за свързване на твърдо състояние на реле, при която управляващото и натоварващото напрежение са еднакви. Този метод може да се използва едновременно за работа в DC и AC мрежи.

Трифазни релета свързани чрез малко по-различни принципи. Контактите могат да бъдат свързани в опциите „звезда“, „триъгълник“ или „звезда с неутрална“.

Изборът на схема на трифазна релейна връзка зависи до голяма степен от характеристиките на работата на оборудването, свързано към него, като товар

Релета за твърдо състояние се прилагат в електрически двигатели в съответния режим. Те се произвеждат в трифазна версия и включват две контролни контури.

Ако е важно релето да наблюдава полярността на връзката на контактите, тогава маркировката винаги ще посочва къде да свържете фазата и нулата

Необходимо е да се сглобяват електрически вериги с TTR, след като те са предварително изтеглени на хартия, защото неправилно свързани устройства могат да се провалят поради късо съединение.

Практическо използване на устройства

Обхватът на използване на твърдотелни релета е доста обширен. Поради високата им надеждност и липсата на нужда от редовна поддръжка, те често се инсталират в труднодостъпни места на оборудването.

В много релета свързването на проводниците на управляващия контур изисква полярност, което трябва да се вземе предвид при инсталирането на оборудване

Основните области на приложение на TTR са:

• Терморегулационна система с използване на нагревателни елементи;
• поддържане на стабилна температура в технологичните процеси;
• управление на работата на трансформатора;
• регулиране на осветлението;
• вериги на сензори за движение, осветление, фотосензори за улично осветление и подобни;
• управление на електрически двигатели;
• непрекъсваеми захранващи устройства.

С увеличаването на автоматизацията на битовите уреди, твърдотранслейните релета стават все по-широко разпространени, а развиващите се полупроводникови технологии непрекъснато отварят нови области на тяхното приложение.

Ако желаете, можете сами да сглобите твърдо реле. Подробни инструкции са дадени в тази статия.

Изводи и полезно видео по темата

Представените видеоклипове ще помогнат за по-доброто разбиране на работата на твърдотелни релета и ще се запознаят с методите на тяхното свързване.

Практическа демонстрация на работата на обикновено твърдо реле:

Анализ на разновидностите и особеностите на работата на твърдотелни релета:

Тестване на работата и степента на нагряване на TTR:

Почти всеки може да монтира електрическа верига от твърдотелно реле и сензор.

Планирането на работна верига обаче изисква основни познания в електротехниката, тъй като неправилното свързване може да доведе до токов удар или късо съединение. Но в резултат на правилните действия можете да получите много полезни устройства в ежедневието.

Има ли нещо за допълване или имате въпроси относно свързването и използването на твърди релета? Можете да оставяте коментари за публикацията, да участвате в дискусии и да споделяте своя собствен опит с използването на такива устройства. Контактната форма се намира в долния блок.