Схема твердотельного реле – Схемы подключения и управление твердотельными реле переменного и постоянного тока

ТВЕРДОТЕЛЬНОЕ РЕЛЕ

   Твердотельное реле – это современный модульный полупроводниковый прибор, содержащий в своем составе мощные силовые ключи на симисторах, тиристорах либо транзисторах. Такие реле используются для замены традиционных электромагнитных реле, контакторов и пускателей, так как обеспечивают наиболее надежный метод коммутации.

   Твердотельные реле, как правило, состоит из оптопары, которая изолирует входную цепь пуска, оптопару — гальваническую развязку и мощный симистор, который выступает в качестве выключателя. Его название происходит от схожести с электромеханическими реле, но по сравнению с обычными, не происходит механического износа, кроме того, ТТР имеют возможность переключать даже очень большие токи. В этом случае у электромеханических реле быстро износятся контакты. Также эти реле позволяют переключать нагрузку со скоростью гораздо выше, чем у электромеханических реле.

Преимущества твердотельных реле

  •  — Нет механических деталей, подверженных износу.
  •  — Включение и выключение нагрузки происходит только при переходе напряжения через ноль.
  •  — Отсутствие электрических помех при работе.
  •  — Широкий диапазон рабочих напряжения.
  •  — Высокий уровень изоляции между управлением и цепью нагрузки.
  •  — Высокая механическая прочность.
  •  — Отсутствие шума при коммутации.

   Если у вас возникли проблемы с покупкой готового твердотельного реле, ассортимент которых уже достаточно широк, можно спаять его самому, по нижеприведённой схеме.

Принципиальная схема твердотельного реле

Особенности данной схемы:

  •  Управляющее напряжения от 3 В до 30 В постоянного тока.
  •  — Выходное напряжение коммутации от 115 В до 280 в переменного тока.
  •  — Минимальный рабочий ток от 50 мА.
  •  — Выходная мощность 400 Вт (без радиатора на симисторе).

   Поэтому если это реле будет работать в условиях коммутации токов, превышающих 2 ампера, необходимо предусматривать охлаждающие радиаторы. При регулировке асинхронных двигателей запас по току нужно увеличить до 10 раз. Необходимо принять во внимание и тот факт, что способность твердотельного реле выдерживать перегрузки по току определяется уровнем «ударного тока».

   Форум по устройствам автоматики

   Схемы автоматики

elwo.ru

Твердотельное реле-полный обзор всех параметров

Твердотельные реле относятся к модульным полупроводниковым устройствам, в конструкции которых предусмотрены силовые ключи на структурах, содержащих симисторы, тиристоры или транзисторы.

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.

 

elektronchic.ru

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.

radioskot.ru

Рекомендации по выбору твердотельных реле

Перейти в каталог твердотельных реле 

 

Способы коммутации твердотельных реле:

  1. Управление с коммутаций при переходе тока через ноль

   Преимущество этого метода коммутации заключается в отсутствии помех создающихся при включении. Недостатками являются прерывание выходного сигнала и невозможность использования на высокоиндуктивные нагрузки. Основное применение данного вида коммутации подходит для резистивной нагрузки (системы контроля и управления нагревом). Также применяют на емкостные и слабоиндуктивные нагрузки.

 

2. Фазовое управление

 

    Преимущество фазового метода регулирования заключается в непрерывности и плавности регулирования. Этот метод позволяет регулировать величину напряжения на выходе (регулятор мощности). Недостатком является наличие помех при переключении. Применяется для резистивных (системы управления нагревом), переменных резистивных (инфракрасные излучатели), индуктивных нагрузок (транcформаторы) и упрвление освещением (лампы накаливания).

 

Ток и характер нагрузки

    Одним из важнейших параметров для выбора реле является ток нагрузки. Для надежной и длительной эксплуатации необходимо выбирать реле с запасом по току, но при этом надо учитывать и пусковые токи, т.к. реле способно выдерживать 10-ти кратную перегрузку по току только в течение короткого времени (10мс). Так при работе на активную нагрузку (нагреватель) номинальный ток реле должен быть на 30-40% больше номинального тока нагрузки, а при работе на индуктивную нагрузку (электродвигатель) необходимо учитывать пусковой ток, и запас по току должен быть увеличен в 6-10 раз.

Примеры запаса по току для различных типов нагрузки:

  • активная нагрузка (ТЭНы) – запас 30-40%
  • асинхронные электродвигатели – 6…10 кратный запас по току
  • лампы накаливания – 8…12 кратный запас по току
  • катушки электромагнитных реле – 4…10 кратный запас по току

 

Расчет тока реле при активной нагрузке:


Однофазная нагрузка 



Iреле = Pнагр / U

Pнагр = 5кВт, U = 220В

Iреле = 5000 / 220 = 22,7А

Учитывая необходимый запас по току

выбираем реле на 40А.

Трехфазная нагрузка 



Iреле = Pнагр /(U x 1,732)

Pнагр = 27кВт, U = 380В

Iреле = 27000 /(380 x 1,732) = 41,02А

С учетом запаса по току выбираем

реле на 60А.

 

Охлаждение

    Еще одним немаловажным фактором для надежной работы твердотельных реле является его рабочая температура. При работе твердотельного реле SSR из-за потерь на силовых элементах выделяется большое количество тепла, которое необходимо отводить с помощью радиаторов охлаждения. Заявленный номинальный ток реле способны коммутировать при его температуре не более 40°С. При увеличении температуры реле снижается его пропускная способность из расчета 20-25% на каждые 10°С. При температуре примерно 80°С его пропускная способность по току сводится к нулю, и как следствие реле выходит из строя. На температурный режим реле могут влиять многие факторы: место установки, температура окружающей среды, циркуляция воздуха, нагрузка на твердотельном реле и др. При использовании на «тяжелые» нагрузки (пуск асинхронного двигателя) необходимо применять дополнительные меры по усилению отвода тепла: устанавливать на радиатор большего размера, сделать принудительное охлаждение (установить вентилятор).

 

Защита

  • Твердотельные реле имеют встроенную RC-цепь для защиты от ложного включения при использовании на индуктивной нагрузке.
  • Для защиты от кратковременного перенапряжения со стороны нагрузки необходимо использовать варисторы. Они подбираются исходя из величины коммутируемого напряжения Uвар=1,6-2Uком. Следует отметить, что современные тв реле выдерживают значительные перенапряжения и без применения варисторов. Гораздо опаснее для тв реле перегрузка по току.

  • Для защиты от перегрузки по току необходимо использовать специальные быстродействующие полупроводниковые предохранители. Они подбираются с учетом величины номинального тока реле Iпр=1 — 1,3Iном. реле, причем само тв реле должно быть с гораздо большим запасом по току, в т.ч. учитывая пусковые токи нагрузки. Это самый эффективный способ защитить реле от перегрузки по току. Поскольку реле способно выдерживать только кратковременную (10мс) перегрузку, то использование автоматов защиты не спасет их от выхода из строя.
  • Для корректной работы твердотельного реле при маленьких токах нагрузки (соизмеримых с током утечки) необходимо устанавливать шунтирующее сопротивление параллельно нагрузке.

 

Примеры применения

  Основное применение твердотельные реле находят в системах управления нагревом. Твердотельные реле ZD3, VD, LA чаще всего применяют в технологических процессах, где требуется поддержание температуры с большой точностью (ПИД, Fuzzy режим). При этом реле VD, LA будут обеспечивать плавную регулировку за счет фазового метода управления.

   Твердотельные реле ZA2 чаще применяют в системах, где не требуется высокая точность поддержания температуры (двухпозиционный режим).

    Твердотельные реле VA (управление переменным резистором) применяют для ручной регулировки мощности на нагрузке. Таким реле можно отрегулировать мощность ТЭНа или ИК-излучателя, изменять яркость свечения лампы накаливания.

    Соблюдая определенный ряд условий, твердотельные реле можно использовать для пуска асинхронных двигателей. Необходимо учитывать пусковые токи двигателя и реле подбирать с многократным запасом по току. Применять меры по дополнительному отводу тепла (радиаторы охлаждения). Для защиты реле от кратковременных перенапряжений использовать варисторы, а для защиты от перегрузки по току быстродействующие предохранители.

   Можно организовать управление группой реле от одного источника питания. В данном случае необходимо подобрать источник с мощностью достаточной для включения всей группы реле. При этом можно оставить возможность включения – выключения отдельного реле для управления требуемой зоной.

 

Перейти в каталог твердотельных реле 

 

deltser.ru