Твердотельное реле. Принцип работы. Подключение

Наиболее широкое применение твердотельное реле нашло в промышленности. Здесь оно используется при создании оборудования, которое должно иметь малые габариты и быть надежным. Аббревиатура на кириллице выглядит ТТР, а на латинице SSR. В качестве основного минуса этих устройств называют цену. Но в рамках статьи мы поговорим исключительно об особенностях и преимуществах, которыми обладает твердотельное реле.

Принцип работы и построения

Давайте сначала рассмотрим, как устроено обычное реле. Оно является прибором, в котором есть контакты и катушка управления. Чтобы устройство работало, нам необходимо напряжение, с помощью которого будет оказываться влияние. Оно будет заставлять контакты размыкаться или замыкаться во время его подачи на катушку. Твердотельное реле работает подобным образом. Только вот вместо контактов используются полупроводниковые приборы. Наиболее распространёнными являются симисторы, тиристоры (чтобы коммутировать переменный ток) и транзисторы (для постоянного). Также в твердотельных реле используется гальваническая развязка между напряжениями на силовых контактах и катушки. Это достигается благодаря наличию на входе оптрона. Если реализован функционал через тиристоры и симисторы, то говорят, что перед нами твердотельные реле переменного тока.

Сравнение

В целом каждый ключевой транзистор может быть представлен как твердотельное реле. Давайте вспомним, как устроено большинство датчиков движения или освещенности. Их ведь создают по принципу, согласно которому на обычное реле подаёт напряжение именно транзистор. Катушка и полупроводниковый элемент в качестве контакта. Что касается использования симисторов и тиристоров, то они могут пропускать ток в обоих направлениях (что недоступно транзистору). Если продолжить наше сравнение дальше, то стоит отметить, что твердотельными реле потребляется и теряется значительно меньше энергии во время работы. Также они обладают малыми размерами, высоким быстродействием, длительным сроком службы и абсолютной бесшумностью. Но, несмотря на все преимущества, сказать, что мы сможет отказаться от обычных реле в ближайшее время нельзя.

Внутривидовые отличия

Различают твердотельное реле:

1. Трехфазное коммутирует ток в диапазоне от 10 до 120 Ампер сразу на 3-х фазах.
2. Реверсивное. Полупроводниковые приборы, которые могут проводить бесконтактную коммутацию постоянного и переменного токов. По своей основной задаче совпадают с однофазными реле. Обязательно должна быть цепь управления, обеспечивающая защиту от ложного включения. Реверсивные реле характеризуются работой с тремя фазами и длительным сроком службы. Это возможно благодаря высококачественному механизму управления и изоляции, которые предусмотрены конструктивно для этого типа устройств. При эксплуатации данных устройств отсутствует акустический шум, дребезг при переключении и искрения.
3. Однофазное обеспечивает коммутацию тока при его переходе через ноль. Реле твердотельное однофазное работает в диапазоне от 10 до 500 Ампер. Управление может осуществляться четырьмя способами.

Области применения

Твердотельные реле используются там, где необходимо придерживаться принципа установил и забыл об этом. Для сравнения рассмотрим пример. Но перед этим рассмотрим выдержку из инструкций к обычным контактам: чистить их рекомендует даже производитель через несколько тысяч циклов замыканий.

Но теперь о примере. На предприятии есть станок, на котором установлены соленоидные клапаны. Питание на них – 24VDC 2А. Они соединяются параллельно. Выключаются/выключаются примерно один раз в секунду. Питание подаётся через реле. Даже если оно сможет выдерживать и 10 ампер индуктивной нагрузки, то менять раз в месяц-второй придётся. Тогда как твердотельное реле позволит забыть об этом на годы. Хотя проведение планового технического осмотра никто не отменял. В этом плане желательно ориентироваться на рекомендации, полученные от производителя в сопутствующей документации.

Показания к применению

Если обычные контакты не справляются со своими обязанностями, горят как свечи, то это самая лучшая рекомендация к использованию. Твердотельные реле смогут обеспечить надежность работы. Они с легкостью справляются с коммутацией индуктивной нагрузки. Также если необходимо позаботиться о том, чтобы контакты не залипали, или существует жесткое ограничение по габаритам – твердотельные реле придут вам на помощь.

Какие существуют виды твердотельных реле?

Они разделяются по своему устройству, а также принципу работы. Для простоты понимания предлагаю такую классификацию:

• Зависимо от вида управляющего напряжения:

1. Постоянное (дискретное).
2. Переменное.

• Зависимо от вида коммутируемого напряжения:

1. Переменными.
2. Постоянными.

• Зависимо от количества фаз переменного напряжения:

1. Одиночными.
2. Тройными. Здесь ещё есть возможность деления по признаку наличия или отсутствия реверса.

• По конструктивным особенностям (где проводится монтаж):

1. На поверхности.
2. На ДИН-рейке.

Выбираем твердотельное реле

Следует отметить некоторые особенности. Так, обычные реле могут без особых проблем выдерживать краткосрочные перегрузки, величина которых будет составлять 150% или даже 200% от номинального значения. Если всё делать правильно, то чисткой контактов можно будет обойтись во всех случаях. С твердотельным реле такое не предоставляется возможным. Так, если превысить показатель на 150%, можно смело выбрасывать устройство. Поэтому для активной нагрузки должен быть предусмотрен по номинальному току запас в 2-4 раза. Если твердотельное реле будет использоваться, чтобы запускать асинхронные двигатели, этот показатель необходимо будет увеличить в 6-10 раз. Такой запас, хотя и заставляет выбирать более дорогие детали, одновременно позволяет гарантировать длительный срок службы устройства, к которому подключается прибор.

Надстройки для корректной работы

При взаимодействии с индуктивной нагрузкой конструкции могут функционировать с определёнными проблемами. Поэтому при работе с трансформаторами, электрическими звонками, катушками с магнитопроводами и подобными устройствами необходимо параллельно включить RC-цепь, чтобы уменьшить влияние противо-ЭДС. Также она уменьшит общую индуктивность нагрузки, и твердотельному реле будет легче работать.

Защита от короткого замыкания

Производители на данный случай рекомендуют применять специальные предохранители, которые разрабатывались для твердотельных приборов. Вот их классификация:

1. gR - предохранители, работающие со всем диапазоном рабочих токов. Применяются, чтобы защищать полупроводниковые элементы. Считаются очень быстродействующими.
2. gS - работают со всем диапазоном рабочих токов. Используются, когда линия испытывает повышенную загрузку, а также в качестве защиты полупроводниковых элементов.
3. aR - предохранители, что работают со всем диапазоном рабочих токов. Используются, чтобы защищать полупроводниковые элементы от короткого замыкания.

Следует отметить, что стоят предохранители довольно дорого. Поэтому в качестве альтернативы используются защитные автоматы (класс В).

Где можно приобрести?

Купить твердотельные реле переменного тока можно в ближайшем магазине радиоэлектроники. Но это относится, как правило, к тем случаям, когда место проживания читателя – крупный город. В случае, если это не так, можно посоветовать воспользоваться услугами интернет-магазинов. У них, как правило, предоставляется доставка к получателю за определённую сумму или бесплатно.

А что можно сказать непосредственно про стоимость, которую имеет твердотельное реле? Цена на данные устройства колеблется в диапазоне от 600 рублей до нескольких тысяч.

Подключение твердотельного реле

В этом действии нет ничего сложного. Так, чтобы устройство работало, на вход, соблюдая полярность, необходимо подать управляющее напряжение. Давайте поговорим об особенностях этого процесса:

1. Соединения желательно осуществлять винтовым способом, а не с помощью пайки.
2. Для избегания ситуации с повреждением устройства необходимо проконтролировать отсутствие пыли, а также элементов металлической природы.
3. Постарайтесь сделать всё возможное, чтобы не было недопустимых внешних воздействий на корпус устройства (как во время работы, так и в выключенном состоянии).
4. Не прикасайтесь к реле во время его работы, чтобы избежать получения ожогов. Также проконтролируйте, чтобы устройство не находилось около легковоспламеняемых материалов.
5. При подключении убедитесь, что сделана правильная коммутация соединений.
6. Если прибор во время своей работы нагревается больше чем на 60 градусов, для него необходимо раздобыть радиатор охлаждения.
7. Следует позаботиться о том, чтобы не возникало короткое замыкание на выходе устройства. В противоположном случае оно попросту выйдет из строя.

Непосредственное управление твердотельным реле может осуществляться с помощью цепи, в которой предусмотрены различные варианты. Монтируется она на плюс-вход.

Заключение

Мы рассмотрели твердотельное реле, принцип работы, управление, виды, защиту – всё, что имеет значение. Конечно, этого недостаточно, чтобы самостоятельно осуществлять монтаж такого устройства в большинстве случаев.