Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Класичні пускачі і контактори поступово відходять у минуле. Їх місце в автомобільній електроніці, побутової техніки та промислової автоматики займає твердотельное реле - напівпровідниковий пристрій, в якому відсутні будь-які рухомі частини.

Прилади мають різні конструкції і схеми підключення, від яких залежать їх сфери застосування. Перш ніж використовувати пристрій, необхідно розібратися в його принципі дії, дізнатися про особливості функціонування і підключення різних видів реле. Відповіді на зазначені питання детально викладені в представленій статті.

Пристрій твердотільного реле

Сучасні твердотільні реле (ТТР) представляють собою модульні напівпровідникові прилади, які є силовими електропереключателямі.

Ключові робочі вузли цих пристроїв представлені симисторами, тиристорами або транзисторами. ТТР не мають рухомих частин, чим відрізняються від електромеханічних реле.

Розмір твердотільного реле багато в чому залежить від максимально допустимого навантаження і можливості відводити тепло шляхом теплопередачі і конвекції (+)

Внутрішній устрій цих приладів може сильно відрізнятися в залежності типу регульованою навантаження і електричної схеми.

Найпростіші твердотільні реле включають такі вузли:

  • вхідний вузол з запобіжниками;
  • триггерная ланцюг;
  • оптична (гальванічна) розв'язка;
  • переключающий вузол;
  • захисні ланцюги;
  • вузол виходу на навантаження.

Вхідний вузол ТТР є первинний ланцюг з послідовно підключеним резистором. Запобіжник в цей ланцюг вбудовується опціонально. Завдання вузла входу - прийняття керуючого сигналу і передача команди на комутуючі навантаження перемикачі.

При змінному струмі для поділу контролює і основний ланцюга застосовують гальванічну розв'язку. Від її пристрою багато в чому залежить принцип роботи реле. Відповідальна за обробку вхідного сигналу триггерная ланцюг може включатися в вузол оптичної розв'язки або розташовуватися окремо.

Захисний вузол перешкоджає виникненню перевантажень і помилок, адже в разі поломки приладу може вийти з ладу і підключена техніка.

Основне призначення твердотільних реле - замикання / розмикання електричної мережі за допомогою слабкого сигналу. На відміну від електромеханічних аналогів, вони мають більш компактну форму і не виробляють в процесі роботи характерних клацань.

Принцип роботи ТТР

Робота твердотільного реле досить проста. Більшість ТТР призначене для управління автоматикою в мережах 20-480 В.

Оптична розв'язка дозволяє створювати управлінські сигнали мінімальної потужності, що критично важливо для датчиків, що працюють від автономних джерел живлення (+)

При класичному виконанні в корпус приладу входить два контакти комутованої ланцюга і два керуючих дроти. Їх кількість може змінюватися при збільшенні кількості підключених фаз. Залежно від наявності напруги в керуючої ланцюга, відбувається включення або виключення основного навантаження напівпровідниковими елементами.

Особливістю твердотільних реле є наявність небесконечни опору. Якщо контакти в електромеханічних пристроях повністю роз'єднуються, то в твердотільних відсутність струму в ланцюзі забезпечується властивостями напівпровідникових матеріалів.

Тому при підвищеній напрузі можлива поява невеликих струмів витоку, які можуть негативно позначитися на роботі підключеної техніки.

Класифікація твердотільних реле

Сфери застосування реле різноманітні, тому і їх конструктивні особливості можуть сильно відрізнятися, в залежності від потреб конкретної автоматичної схеми. Класифікують ТТР за кількістю підключених фаз, виду робочого струму, конструктивними особливостями і типом схеми управління.

За кількістю підключених фаз

Твердотільні реле використовуються як в складі домашніх приладів, так і в промисловій автоматиці з робочою напругою 380 В.

Тому ці напівпровідникові пристрої, в залежності від кількості фаз, поділяються на:

  • однофазні;
  • трифазні.

Однофазні ТТР дозволяють працювати з струмами 10-100 або 100-500 А. Їх управління проводиться за допомогою аналогового сигналу.

До трифазного реле рекомендується підключати дроти різних кольорів, щоб під час монтажу устаткування можна було правильно їх приєднати

Трифазні твердотільні реле здатні пропускати струм в діапазоні 10-120 А. Їх пристрій передбачає реверсивний принцип функціонування, який забезпечує надійність регуляції одночасно декількох електричних ланцюгів.

Часто трифазні ТТР використовуються для забезпечення роботи асинхронного двигуна. У його електросхему управління обов'язково включаються швидкі запобіжники через високі пускових струмів.

По виду робочого струму

Твердотільні реле можна налаштувати або перепрограмувати, тому вони можуть нормально працювати тільки при певному діапазоні електропараметрів мережі.

Залежно від потреб ТТР можуть управлятися електроланцюг з двома видами струму:

  • постійним;
  • змінним.

Аналогічно можна класифікувати ТТР і по виду напруги активного навантаження. Більшість реле в побутових приладах працюють зі змінними параметрами.

Постійний струм не використовується в якості основного джерела електроенергії ні в одній країні світу, тому реле такого типу мають вузьку сферу застосування

Пристрої з постійним керівником струмом характеризуються високою надійністю і використовують для регуляції напруга 3-32 В. Вони витримують широкий діапазон температур (-30 .. + 70 ° С) без значної зміни характеристик.

Реле, що регулюються змінним струмом, мають керуючу напругу 3-32 В або 70-280 В. Вони відрізняються низькими електромагнітними перешкодами і високою швидкістю спрацьовування.

За конструктивними особливостями

Твердотільні реле часто встановлюють в загальний електрощит квартири, тому багато моделей мають монтажну колодку для кріплення на DIN-рейку.

Крім того, існують спеціальні радіатори, розташовані між ТТР і опорною поверхнею. Вони дозволяють охолоджувати прилад при високих навантаженнях, зберігаючи його робочі характеристики.

Реле кріпитися на DIN-рейку переважно через спеціальний кронштейн, який має і додаткову функцію - відводить надлишки тепла при роботі приладу

Між реле і радіатором рекомендується наносити шар термопасти, який збільшує площу зіткнення і збільшує тепловіддачу. Існують і ТТР, призначені для кріплення до стіни звичайними шурупами.

За типом схеми управління

Не завжди принцип роботи регульованою реле техніки вимагає його миттєвого спрацьовування.

Тому виробники розробили кілька схем управління ТТР, які використовуються в різних сферах:

  1. Контроль «через нуль». Такий варіант управління твердотілим реле передбачає спрацьовування тільки при значенні напруги, що дорівнює 0. Використовується в пристроях з ємнісний, резистивной (нагрівачі) і слабкою індуктивної (трансформатори) навантаженням.
  2. Миттєве. Використовується при необхідності різкого спрацювання реле при подачі керуючого сигналу.
  3. Фазовий. Передбачає регулювання вихідної напруги методом зміни параметрів керуючого струму. Застосовується для плавного зміни ступеня нагріву або освітлення.

Твердотільні реле розрізняються і по багатьом іншим, менш значущим, параметрам. Тому при покупці ТТР важливо розібратися в схемі роботи підключається техніки, щоб придбати максимально відповідне їй регулювальний пристрій.

Обов'язково повинен бути передбачений запас потужності, тому що реле має експлуатаційний ресурс, який швидко витрачається при частих перевантаженнях.

Переваги та недоліки ТТР

Твердотільні реле не дарма витісняють з ринку звичайні пускачі і контактори. Ці напівпровідникові прилади мають безліч переваг перед електромеханічними аналогами, які змушують споживачів зупиняти вибір саме на них.

Реле для мікросхем має компактні розміри і сильно обмежені по максимально який пропускають току. Кріпляться вони переважно шляхом припаювання спеціальних ніжок

До таких переваг відносять:

  1. Низьке споживання електроенергії (на 90% менше).
  2. Компактні габарити, що дозволяють монтувати пристрої в обмеженому просторі.
  3. Висока швидкість запуску і відключення
  4. Знижена гучність роботи, відсутні характерні для електромеханічного реле клацання.
  5. Чи не передбачається технічне обслуговування.
  6. Тривалий термін служби завдяки ресурсу в сотні мільйонів спрацьовувань.
  7. Завдяки широким можливостям по модифікації електронних вузлів, ТТР мають розширені сфери застосування.
  8. Відсутність електромагнітних завад при спрацьовуванні.
  9. Виключається псування контактів внаслідок їх механічного удару.
  10. Відсутність прямого фізичного контакту між ланцюгами управління і комутації.
  11. Можливість регулювання навантаження.
  12. Наявність в імпульсних ТТР автоматичних ланцюгів, що захищають від перевантажень.
  13. Можливість використання у вибухонебезпечних середовищах.

Зазначених переваг твердотільних реле не завжди достатньо для нормальної роботи обладнання. Саме тому вони ще не повністю витіснили електромеханічні контактори.

Для стабільної роботи потужних твердотільних реле важливий ефективне відведення тепла, тому що при підвищених температурах різко спотворюється напруга навантаження (+)

ТТР мають і недоліки, які не дозволяють їм використовуватися в багатьох випадках.

До мінусів відносять:

  1. Неможливість роботи більшості пристроїв з напругою понад 0, 5 кВ.
  2. Висока вартість.
  3. Чутливість до високих струмів, особливо в пускових колах електродвигунів.
  4. Обмеження щодо використання в умовах підвищеної вологості.
  5. Критичне зниження робочих характеристик при температурах нижче 30 ° С морозу і вище 70 ° С тепла.
  6. Компактний корпус призводить до надлишкового нагрівання пристрою при стабільно високих навантаженнях, що вимагає застосування спеціальних пристроїв пасивного або активного охолодження.
  7. Можливість розплавлення пристрої від нагріву при короткому замиканні.
  8. Мікроструми в закритому стані реле можуть бути критичними для роботи обладнання. Наприклад, підключення до мережі люмінесцентні лампи можуть періодично спалахувати.

Таким чином, твердотільні реле мають певні сфери застосування. У ланцюгах високовольтного промислового обладнання їх використання різко обмежена через недосконалі фізичних властивостей напівпровідникових матеріалів.

Однак у побутовій техніці та автомобільної промисловості ТТР займають міцні позиції за рахунок своїх позитивних властивостей.

Можливі схеми підключень

Схеми підключення твердотільних реле можуть бути найрізноманітніші. Кожна електрична ланцюг будується, виходячи з особливостей підключається навантаження. У схему можуть додаватися додаткові запобіжники, контролери та регулюючі пристрої.

Завдяки тому, що ланцюга управління і навантаження в приладі не перекриваються, їх електричні характеристики можуть відрізнятися будь-якими параметрами (+)

Далі будуть представлені найбільш прості і поширені схеми підключення ТТР:

  • нормально-відкрита;
  • зі зв'язаним контуром;
  • нормально-закрита;
  • трифазна;
  • реверсивна.

Нормально-відкрита (розімкнена) схема - реле, навантаження в якому знаходиться під напругою при наявності керуючого сигналу. Тобто підключена техніка виявляється в відключеному стані при знеструмлених входах 3 і 4.

Перед покупкою реле необхідно визначитися з необхідним типом його первісного стану (замкнутий або розімкнутий), щоб забезпечити правильну роботу підключеної техніки (+)

Нормально-замкнута схема - мається на увазі реле, навантаження в якому знаходиться під напругою при відсутності керуючого сигналу. Тобто підключена техніка виявляється в робочому стані при знеструмлених входах 3 і 4.

Існує схема підключення твердотільного реле, в якій керуючий і навантажувальний напруга однакова. Такий спосіб можна використовувати одночасно для роботи в мережах постійного і змінного струму.

Трифазні реле підключаються кілька за іншими принципами. Контакти можуть з'єднуватися в варіантах «Зірка», «Трикутник» або «Зірка з нейтраллю».

Вибір трифазної схеми підключення реле багато в чому залежить від особливостей роботи техніки, підключеної до нього в якості навантаження

Реверсні твердотільні реле застосовуються в електродвигунах у відповідному режимі. Вони виготовляються в трифазному варіанті і включають два контури управління.

Якщо для реле важливо дотримуватися полярності підключення контактів, то на маркуванні завжди буде вказано, куди підключати фазу і нуль

Збирати електричні ланцюги з ТТР необхідно тільки після їх попередньої промальовування на папері, тому що невірно підключені пристрої можуть вийти з ладу через коротке замикання.

Практичне застосування пристроїв

Сфера використання твердотільних реле досить обширна. Через високу надійність і відсутність потреби в регулярному обслуговуванні їх часто встановлюють в важкодоступних місцях устаткування.

У багатьох реле підключення проводів керуючого контуру вимагає дотримання полярності, що необхідно враховувати в процесі монтажу устаткування

Основними ж сферами застосування ТТР є:

  • система терморегуляції із застосуванням ТЕНів;
  • підтримання стабільної температури в технологічних процесах;
  • контроль роботи трансформаторів;
  • регулювання освітлення;
  • схеми датчиків руху, освітлення, фотодатчиків для вуличного освітлення і т.п .;
  • управління електродвигунами;
  • джерела безперебійного живлення.

Зі збільшенням автоматизації побутової техніки твердотільні реле набувають все більшого поширення, а країни, що розвиваються напівпровідникові технології постійно відкривають нові сфери їх застосування.

При бажанні, зібрати твердотельное реле можна власноруч. Детальна інструкція представлена в цій статті.

Висновки і корисне відео по темі

Представлені відеоролики допоможуть краще зрозуміти роботу твердотільних реле і ознайомитися зі способами їх підключення.

Практична демонстрація роботи найпростішого твердотільного реле:

Розбір різновидів і особливостей роботи твердотільних реле:

Тестування роботи і ступеня нагріву ТТР:

Змонтувати електричний ланцюг з твердотільного реле і датчика може практично кожна людина.

Однак планування робочої схеми вимагає базових знань в електротехніці, тому що неправильне підключення може призвести до удару струмом або короткого замикання. Зате в результаті правильних дій можна отримати масу корисних в побуті приладів.

Є, що доповнити, або виникли питання по темі підключення і застосування твердотільних реле? Чекаю на ваші коментарі публікації, брати участь в обговореннях і ділитися власним досвідом використання таких пристроїв. Форма для зв'язку знаходиться в нижньому блоці.

Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Категорія:

Електрик