Твърдотелно реле със собствените си ръце: инструкции за сглобяване и съвети за свързване

Транзистор Дарлингтън

Ако товарът е много мощен, токът през него може да достигне
няколко ампера. За транзистори с висока мощност коефициентът $\beta$ може да бъде
може да се окаже недостатъчен. (Особено, както можете да видите в таблицата, за мощни транзистори
(Както можете да видите в таблицата, при мощните транзистори коефициентът $\beta$ вече е малък.)

В този случай може да се използва каскада от два транзистора. Първият
Първият транзистор управлява тока, който отваря втория транзистор. Този
се нарича верига на Дарлингтън.

В тази схема коефициентите $\beta$ на двата транзистора се умножават, което
което води до много висок коефициент на предаване на тока.

За да увеличите скоростта на изключване на транзисторите, можете да свържете емитера и базата на всеки транзистор с резистор.
емитер и база с резистор.

Резисторите трябва да са достатъчно големи, за да не влияят на тока
база - излъчвател. Типичните стойности са 5...10kΩ за напрежения от 5...12V.

Дарлингтоновите транзистори се предлагат като отделно устройство. Примери
на тези транзистори са показани в таблицата по-долу.

В противен случай действието на ключа остава същото.

Предимства и недостатъци

За разлика от други видове релета, полупроводниковите релета нямат подвижни контакти. Превключването на електрическите вериги в това устройство се основава на принципа на полупроводниковия електронен ключ. За да създадете безпроблемно полупроводниково реле, е необходимо да разберете принципа и конструкцията на релето.

Въпреки това си струва да започнем с описание на основните му предимства:

• Възможност за превключване на мощни товари.
• Превключването става с висока скорост.
• Висококачествена галванична изолация.
• Възможност за издържане на големи претоварвания на кратки интервали от време.

Никое друго механично реле не предлага същата производителност. Диапазонът на приложение на полупроводниковите релета (SSR) е практически неограничен. Липсата на движещи се части в конструкцията значително увеличава експлоатационния живот на устройството. Не трябва да се забравя обаче, че устройството има не само предимства. Някои от свойствата на ТТР са недостатъци. Например при работа на мощни устройства е необходимо да се използва допълнителен елемент за отвеждане на топлината.

Често размерът на радиатора е значително по-голям от размера на самото реле. В такъв случай инсталирането на устройството е донякъде сложно. Когато устройството е затворено, се получава изтичане на ток, което води до нелинейна волт-амперна характеристика.

Затова е необходимо да се обърне внимание на характеристиките на превключваното напрежение, когато се използва CTD. Някои видове могат да работят само с постоянно напрежение.

При свързване на полупроводниково реле към верига трябва да се вземат мерки за защита от фалшиви положителни сигнали.

Твърдотелни релета - трябва ли да се използват?

Като начало трябва да се разгледа и възможността за използване на такива релета. Например реалният случай:

Друг случай, в който такива релета не са необходими:

Претоварването и защитата на полупроводниковите релета ще бъдат разгледани подробно по-долу, но в този случай има смисъл да се използва конвенционален контактор, който се справя отлично с претоварването и е 10 пъти по-евтин.

Ето защо е по-добре да се направи трезво изчисление, отколкото да се преследва модата. Изчислете текущите и финансовите средства.

Ако някой се замисли, можете да стартирате 10kW двигател с бутон за звънец или рид ключ! Но това не е толкова просто, подробностите ще бъдат описани по-нататък.

Цел и видове

Релето за следене на тока е устройство, което реагира на внезапни промени в стойността на входящия електрически ток и, ако е необходимо, изключва електрозахранването на определен потребител или на цялата електрозахранваща система. Принципът на работа се основава на сравняване на външни електрически сигнали и незабавна реакция, когато те не съответстват на работните параметри на устройството. Той се използва за управление на генератор, помпа, двигател на автомобил, металорежещи машини, домакински уреди и др.

Съществуват такива видове уреди за постоянен и променлив ток:

1. Междинно ниво;
2. Защитен;
3. Измерване;
4. Налягане;
5. Време.

Междинното устройство или релето за свръхток (RTM, PST 11M, PC-80M, REO-401) се използва за отваряне или затваряне на вериги в определена електрическа мрежа при достигане на определена стойност на тока. Най-често се използва в апартаменти или къщи за повишаване на защитата на домашното оборудване срещу пренапрежение и токови удари.

Принципът на действие на термичното или предпазното устройство се основава на контрола на температурата на контакта на даден уред. Той се използва за защита на уредите от прегряване. Например, ако ютията прегрее, такъв сензор автоматично ще изключи захранването и ще го включи отново, след като уредът изстине.

Статичното или измервателното реле (RET) помага да се затворят контактите на веригата, когато се появи определена стойност на електрическия ток. Основната му цел е да сравнява наличните параметри на мрежата с необходимите и да реагира бързо на тяхната промяна.

Превключвателят за налягане (RPI-15, 20, RPZ-1M, FQS-U, FLU и др.) е необходим за управление на течности (вода, масло, масло), въздух и др. Използва се за изключване на помпа или друго оборудване при достигане на зададено налягане. Често се използва във водоснабдителни системи и автосервизи.

Релетата със закъснител (производители EPL, Danfoss, както и модели PTB) са необходими за управление и забавяне на реакцията на някои уреди при откриване на токов удар или друга повреда в мрежата. Тези защитни релета се използват както в битови, така и в промишлени приложения. Те предотвратяват преждевременното възникване на повреда, изключването на RCD (известни още като диференциални релета) и прекъсвачи. Схемата им на монтаж често се комбинира с принципа на включване на защитно оборудване и дифузори в мрежата.

Освен това съществуват електромагнитни релета за напрежение и ток, механични релета, полупроводникови релета и др.

Полупроводниковото реле е еднофазно устройство за превключване на големи токове (от 250 А) и осигурява галванична защита и изолация на електрическите вериги. В повечето случаи това е електронно оборудване, предназначено да реагира бързо и точно на проблеми в мрежата. Друго предимство е, че такова токово реле може да се изработи ръчно.

Релетата се класифицират по конструкция на механични и електромагнитни, а сега, както беше споменато по-горе, и на електронни. Механичното реле може да се използва при различни условия на работа, не изисква сложни схеми и е издръжливо и надеждно. Но в същото време тя не е достатъчно прецизна. Поради тази причина сега се използват предимно по-съвременни електронни аналози.

Насоки за подбор

Поради електрическите загуби в силовите полупроводникови елементи полупроводниковите релета се нагряват при превключване на товара. Това ограничава размера на тока, който може да се превключва. Температура от 40 градуса по Целзий не влошава работата на устройството. Загряването над 60°C обаче значително намалява допустимия ток на превключване. В този случай релето може да премине в неконтролирана работа и да откаже.

Поради тази причина използването на радиатори е необходимо, когато релетата работят продължително с номиналните си токове, и особено при приложения с "тежък режим на работа" (продължителни токове над 5 А). За по-високи товари, например "индуктивни" товари (соленоиди, електромагнити и др.), е препоръчително да се избират устройства с 2-4 пъти по-висок токов резерв, а в случай на управление на асинхронен двигател е необходим 6-10 пъти по-висок токов резерв.

При повечето видове товари включването на релето е съпроводено с токов удар с различна продължителност и амплитуда, чиято големина трябва да се вземе предвид при избора:

• Чисто активните товари (нагреватели) дават най-малките възможни скокове на тока, които практически се елиминират при използване на реле с превключване "0";
• Лампите с нажежаема жичка и халогенните лампи, когато са включени, имат ток 7...12 пъти по-голям от номиналния ток;
• Флуоресцентните лампи предизвикват краткосрочни скокове на тока от 5...10 пъти номиналния ток през първите секунди (до 10 s);
• живачните лампи дават тройни токови претоварвания през първите 3-5 минути..;
• Намотките на електромагнитното реле за променлив ток: ток 3...10 пъти по-голям от номиналния ток за 1-2 периода;
• соленоидни намотки: ток 10...20 пъти по-голям от номиналния ток за 0,05 - 0,1 s
• електродвигатели: ток 5...10 пъти по-голям от номиналния ток за 0,2 - 0,5 s
• високоиндуктивни товари с наситени сърцевини (трансформатори без товар) при превключване във фаза на нулево напрежение: ток 20...40 пъти номиналния ток за 0,05 - 0,2 s;
• Капацитивни товари при превключване на фаза близо до 90°: ток 20...40 пъти по-голям от номиналния ток за време от десетки микросекунди до десетки милисекунди.

Как се използва фотоклетка за улично осветление?

Способността да издържа на токови претоварвания се характеризира със стойността на "тока на пренапрежение". Това е амплитудата на единичен импулс с определена продължителност (обикновено 10 ms). За Релета за постоянен ток Тази стойност обикновено е 2 - 3 пъти по-голяма от стойността на максимално допустимия постоянен ток, а за тиристорните релета съотношението е приблизително 10. За токови претоварвания с произволна продължителност може да се приеме емпирична зависимост: увеличаването на продължителността на претоварването с един порядък намалява допустимата амплитуда на тока. Изчисляването на максималното натоварване е показано в таблицата по-долу.

Таблица за изчисляване на максималното натоварване за полупроводниково реле.

Изборът на номиналния ток за конкретен товар трябва да бъде баланс между запас над номиналния ток на релето и въвеждането на допълнителни мерки за намаляване на пусковите токове (токоограничаващи резистори, реактори и др.).

За да се повиши устойчивостта на импулсен шум, успоредно на превключващите контакти се поставя външна верига, състояща се от последователно свързани резистор и капацитет (RC верига). За по-добра защита срещу източник на свръхнапрежение от страна на товара, варисторите трябва да се свържат паралелно с всяка фаза на полупроводниковото реле.

Схематична диаграма схема на свързване за SSR.

Използването на варистори е задължително при превключване на индуктивни товари. Изборът на необходимия номинален варистор зависи от захранващото напрежение на товара и се изчислява по формулата: U varistor = (1.6...1.9)xUload.

Видът на варистора се определя въз основа на специфичните експлоатационни характеристики на устройството. Най-популярните домашни варистори са серийни: СН2-1, СН2-2, ВР-1, ВР-2. Полупроводниковото реле осигурява добра галванична изолация на входните и изходните вериги, както и на тоководещите вериги от елементите на структурата на устройството, така че не са необходими допълнителни мерки за изолиране на веригите.

Особености на производствения процес

Натоварването на нагревателния елемент е W.
Входът е първичната верига, в която е зададено постоянно съпротивление.
Конвенционалните използват контакти, които периодично се затварят и отварят, за да задействат някакъв електрически механизъм.
Изходната мощност е от порядъка на ватове. Тук схемата има два входа: управляващ вход директно към диода на оптрона и входен сигнал, подаван чрез транзистор. Превключването на електрическите вериги в това устройство се основава на принципа на електронен превключвател, изработен от полупроводници.
Съвети за избора на охладители се дават в техническата документация за конкретното полупроводниково реле, така че не може да се даде универсален съвет. При определени условия полупроводниковите релета могат да се използват за пускане на асинхронни двигатели.

Поради това има максимално възможно забавяне на задействането между отстраняването на входния сигнал и задействането на тока на товара за един половин период. Има добра изолация между веригите за управление и товара. Тези релета, които работят безшумно, са добър заместител на контактори и стартери. Същият принцип на управление се използва в домашните димери за осветление. Когато входният сигнал на постоянното напрежение бъде отстранен, изходът не се изключва внезапно, тъй като след като проводимостта се задейства, тиристорът или симисторът, използвани като комутиращо устройство, остават включени през останалата част от полупериода, докато токовете на товара спаднат под токозадържащите устройства, при което се изключват.

Видео: Изпитване на полупроводниково реле. Следва да се подчертаят следните характеристики на полупроводниковите релета: Оптичната изолация се използва за изолиране на различните вериги на електронно устройство. В твърдотелните модели тази роля изпълняват тиристори, транзистори и триаци.

Той се използва за привличане на контакти. Защитата може да бъде разположена в корпуса на релето или отделно.

Обърнете внимание, че при симисторите клемите обикновено са двусмислени, така че трябва да се тестват предварително. За подаване на напрежение към товара се използва схема от комутационен тип, която се състои от транзистор, силициев диод и симистор.

В този пример всяка предпочитана стойност на резистора между Ом и Ом ще бъде достатъчна.
Твърдотелно реле вместо контактор.

Опции за управление на мощността на товара

Днес се предлагат два основни варианта на управление на мощността. Нека разгледаме по-подробно всяка от тях:

1. ФАЗОВО УПРАВЛЕНИЕ. Тук изходният сигнал от I в товара е под формата на синусоидална вълна. Изходното напрежение се настройва на 10, 50 и 90 %. Предимствата на тази схема са очевидни - гладък изходен сигнал, възможност за свързване на различни видове товар. Недостатъкът е наличието на смущения по време на превключването.
2. УПРАВЛЕНИЕ С ПРЕВКЛЮЧВАНЕ (ПО ВРЕМЕ НА ПРЕСИЧАНЕ НА НУЛАТА). Предимството на този метод на управление е, че полупроводниковото реле не генерира смущения по време на процеса на превключване, които да смущават третия хармоник в процеса на превключване. Недостатъците са ограничени по отношение на приложението. Тази схема за управление е подходяща за капацитивни и резистивни товари. Не се препоръчва използването му при високи индуктивни натоварвания.

Въпреки по-високата си цена, полупроводниковите релета постепенно ще заменят стандартните контактни устройства. Това се дължи на тяхната надеждност, липса на шум, лесна поддръжка и дълъг живот.

Недостатъците нямат отрицателен ефект, ако изборът и монтажът на устройството са извършени правилно.

Предимства и недостатъци

За конструиране на полупроводниково реле може да се използва схема, състояща се от контролна верига и симистор. За да се подобри разсейването на топлината, трябва да се използва термопаста, която се поставя върху цялата контактна площ на алуминиевата основа и полупроводниковия елемент. Това е така, защото полупроводниковите релета за променлив ток използват SCR и симистора като изходно превключващо устройство, което продължава да работи и след отстраняването на входния сигнал, докато променливият ток, протичащ през устройството, спадне под праговата си стойност или запази текущата си стойност. Подходящ за управление на резистивни, капацитивни и индуктивни товари.
В този случай изберете източник с достатъчна мощност, за да превключите цялата група релета.
Но ако токовете са големи, елементите ще се нагряват силно.
Преди да се опитате сами да конструирате полупроводниково реле, е логично да се запознаете с основната конструкция на такива устройства и да разберете как функционират. Релейна електрическа схема Всички полупроводникови устройства от този вид са разделени на секции, включващи: входна секция, оптична изолация, задействане и вериги за превключване и защита.
В този случай краткосрочните пикови токове могат да достигнат стойност А.
Превключването става с висока скорост. Предимства и недостатъци За разлика от другите видове релета, полупроводниковите релета нямат подвижни контакти.
Изходната верига на повечето стандартни полупроводникови релета е конфигурирана да извършва само един вид превключване, което е еквивалентно на нормално отворена еднополюсна SPST-NO операция на електромеханично реле. Оптично-триактовият изолатор MOC има същите характеристики, но с вградено откриване на нулево пресичане, което позволява на товара да получава пълна мощност без големи пускови токове при превключване на индуктивни товари.
лекция 357 Solid State Relay

Как да направя собственоръчно полупроводниково реле?

Поради особеностите на конструкцията на устройството (монолитна), схемата не е монтирана върху текстолитна платка, както е обичайно, а чрез шарнирен монтаж.

В тази насока могат да се намерят много схематични решения. Конкретният вариант зависи от необходимата комутационна мощност и други параметри.

Електронни компоненти за сглобяване на вериги

Списъкът на елементите на една проста схема за практическо обучение и изграждане на полупроводниково реле със собствените си ръце е следният:

1. Оптрон от типа MOS3083.
2. Триаксор тип BT139-800.
3. Транзистор тип KT209.
4. Резистори, позлатена намотка, светодиод.

Всички тези електронни компоненти са запоени заедно съгласно следната схема:

Благодарение на използването на оптрон MOS3083 във веригата за кондициониране на управляващия сигнал, входното напрежение може да се променя от 5 до 24 волта.

Схемата, състояща се от стабилизатор и ограничителен резистор, намалява тока, протичащ през контролния светодиод, до възможния минимум. Това осигурява дълъг живот на контролния светодиод.

Проверка на веригата за правилно функциониране

Сглобената схема трябва да се тества за правилно функциониране. Не е необходимо да се свързва напрежението на товара от 220 V към комутационната верига чрез симистор. Достатъчно е да свържете измервателно устройство (тестер) паралелно на комутационната линия на симистора.

Задайте режима на измерване на тестера на "mOhm" и подайте захранване (5-24 V) към веригата за генериране на контролно напрежение. Ако всичко работи правилно, тестерът трябва да покаже разлика в съпротивлението от "mOhm" до "kOhm".

Проектиране на монолитния корпус

Под основата на бъдещия корпус на полупроводниковото реле ще бъде необходима алуминиева плоча с дебелина 3-5 mm. Размерът на плочата не е от решаващо значение, но трябва да е подходящ за ефективно отвеждане на топлината от симистора при нагряване на електронния елемент.

Повърхността на алуминиевата плоча трябва да е равна. Освен това и двете страни трябва да бъдат обработени - шлайфани с фина шкурка, полирани.

На следващия етап подготвената плоча се оборудва с "кофраж" - по периметъра ѝ се залепва рамка от дебел картон или пластмаса. Тя трябва да образува нещо като кутия, която по-късно ще бъде запълнена с епоксидна смола.

Електронната схема на полупроводниковото реле е поставена в кутията. Само симисторът е поставен върху повърхността на алуминиевата плоча.

Никакви други части или проводници на веригата не трябва да се допират до алуминиевата основа. Триакът е прикрепен към алуминия с частта от корпуса, която е предназначена за монтиране върху радиатора.

Върху контактната зона на корпуса на симистора и алуминиевата подложка трябва да се използва паста за пренос на топлина. Някои марки симистори с неизолиран анод трябва да се монтират чрез слюдено уплътнение.

Триакът трябва да се притисне здраво към основата с тежест, а периметърът да се запечата с епоксидно лепило или да се закрепи по начин, който не нарушава гладкостта на основата (напр. с нит).

Подготовка на сместа и отливане на тялото

За изработването на твърдото тяло на електронното устройство ще трябва да се приготви съединение. Сместа се състои от два компонента:

1. Епоксидна смола без втвърдител.
2. Алабастър на прах.

С добавянето на алабастър занаятчията постига две неща едновременно - получава пълното количество леярски състав при номинален разход на епоксидна смола и създава оптимална консистенция на изливане.

Сместа трябва да се разбърка добре, след което може да се добави втвърдителят и отново да се разбърка добре. След това сглобката с панти в картонената кутия се залива внимателно със създадената смес.

Изливането се извършва до горното ниво, като на повърхността остава само част от главата на тестовия светодиод. Първоначално повърхността на сместа може да не изглежда напълно гладка, но след известно време картината ще се промени. Трябва само да изчакате отливката да се втвърди напълно.

По принцип може да се използва всяка подходяща леякова смес. Основният критерий е, че леярската смес не трябва да бъде електропроводима, а след втвърдяване трябва да се образува добра степен на твърдост на отливката. Корпусът на полупроводниковото реле, излят под налягане, представлява своеобразна защита на електронната схема срещу случайни физически повреди.

Класификация на полупроводниковите релета

Областите на приложение на релетата са разнообразни и поради това конструкцията на релето се различава значително в зависимост от нуждите на конкретната автоматична верига. Твърдотелните релета се класифицират според броя на свързаните фази, вида на работния ток, конструктивните характеристики и вида на управляващата верига.

Според броя на свързаните фази

Полупроводниковите релета се използват както в битовата, така и в промишлената автоматизация с работно напрежение 380 V.

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

• еднофазен;
• трифазен.

Еднофазните RTD позволяват токове от 10-100 или 100-500A. Те се управляват с аналогов сигнал.

Препоръчително е към трифазното реле да се свържат различни цветове, за да могат проводниците да се свържат правилно при монтажа на оборудването.

Трифазните полупроводникови релета могат да пренасят токове в диапазона 10-120 А. Тяхната конструкция включва реверсивен принцип на работа, който осигурява надеждно регулиране на няколко електрически вериги едновременно.

Трифазните токоизправители често се използват за задвижване на асинхронни двигатели. Поради високите пускови токове във веригата за управление на двигателя са включени високоскоростни предпазители.

По тип работен ток

Полупроводниковите релета не могат да се регулират или препрограмират и поради това са предназначени само за определен диапазон на захранващия ток.

В зависимост от изискванията SSR могат да се управляват с два вида ток:

• DC;
• AC.

По подобен начин RTD могат да бъдат класифицирани в зависимост от вида на активното напрежение на товара. Повечето релета в домакинските уреди работят с параметри на променлив ток.

Постоянният ток не се използва като основен източник на електроенергия в нито една страна по света, така че този тип релета имат ограничено приложение.

Устройствата с директен управляващ ток са изключително надеждни и използват напрежение от 3 до 32 V за регулиране. Те могат да издържат на широк диапазон от температури (-30...+70°C), без да променят значително характеристиките си.

Релетата с променлив ток имат управляващо напрежение от 3-32 V или 70-280 V. Те се отличават с ниско ниво на електромагнитни смущения и висока скорост на реакция.

По характеристики на дизайна

Твърдотелните релета често се монтират в общ плосък панел, затова много модели са оборудвани с гнездо за монтаж на DIN-шина.

Освен това между RTD и монтажната повърхност се поставят специални радиатори. Те позволяват охлаждане на устройството при високи натоварвания, като същевременно запазват неговата производителност.

Релето се монтира на DIN шина главно чрез специална скоба, която има допълнителна функция да отвежда излишната топлина, когато устройството работи.

Препоръчително е между релето и радиатора да се нанесе термопаста, за да се увеличи контактната площ и разсейването на топлината. Съществуват и RTD, които са предназначени за закрепване към стена с обикновени винтове.

По вид на веригата за управление

Принципът на работа на регулируемото реле не винаги изисква то да работи мигновено.

Поради това производителите са разработили няколко схеми за управление на RTD, които се използват в различни приложения:

1. контрол "през нулата". Този тип полупроводниково управление на релето предполага задействане само при стойност на напрежението, равна на 0. То се използва в устройства с капацитивни, резистивни (нагреватели) и слабоиндуктивни (трансформатори) товари.
2. Моментно. Използва се, когато релето трябва да се активира внезапно при подаване на управляващ сигнал.
3. Управление на фазата. Той се използва за регулиране на изходното напрежение чрез промяна на параметрите на управляващия ток. С него може да се променя плавно степента на отопление или осветление.

Други незначителни разлики в полупроводниковите релета са следните

Затова при закупуването на TDR е важно да се разбере електрическата схема на свързания уред, за да се получи най-доброто регулиращо устройство за конкретното приложение.

Задължително е да се осигури резерв на мощност, тъй като релето има експлоатационен живот, който бързо се изчерпва при често претоварване.