Что представляет собой твердотельное реле
Твердотельное реле получило свое название за счет отсутствия в конструкции механических контактов. Это особый вид реле с начинкой из полупроводниковых элементов. Оно выполняет те же функции, что и обычные электромеханические реле.
Основные элементы ТТР:
- входной узел для приема управляющего сигнала;
- гальваническая или оптическая развязка;
- коммутирующий элемент;
- узел защиты от короткого замыкания и перегрузок;
- выходной узел для подключения нагрузки.
Применение
Реле используют для автоматизации управления цепью. Его применяют в бытовой технике, автомобильной электронике, автоматике. С помощью этого устройства регулируют температурный режим и яркость освещения, управляют датчиками движения. В зависимости от конструкции и назначения оно замыкает или размыкает цепь, в результате чего включает или отключает внешние устройства. У каждого вида реле свои характеристики и особенности применения.
Основные функции ТТР:
- управление устройствами;
- температурная защита;
- защита по превышению допустимого тока;
- защита от перенапряжения;
- защита от пониженного напряжения питания или управления;
- плавный запуск электроприборов.
Конструкция, виды и классификация
Твердотельные реле классифицируют по ряду технических и электрических параметров: конструкция, способ монтажа, вид тока, принцип коммутации и другие. Рассмотрим основные из них.
По способу монтажа ТТР бывают: с креплением шурупами к стене, размещением на динрейке в электрощите или с креплением на печатной плате.
Твердотельное реле с креплением на печатной плате
По виду тока: для сети переменного тока (AC) и для сети постоянного (DC).
В свою очередь, реле переменного тока по типу коммутационного элемента делятся на тиристорные (симисторные) или транзисторные; постоянного тока — транзисторные. Коммутационный элемент включает, отключает или переключает электрические цепи. По типу развязки ТТР могут быть трансформаторными или оптическими.
| Твердотельное реле | |||||
| Для сети переменного тока (АС) | Для сети постоянного тока (DC) | ||||
| Тиристорные (симисторные) | Транзисторные | Транзисторные | |||
| Трансформаторные | Оптические | Трансформаторные | Оптические | Трансформаторные | Оптические |
Таблица с классификацией ТТР: по току, коммутационным элементам и типу развязки
Тиристорные реле переменного тока с опторазвязкой — самое распространенное, их делают большинство производителей. Оптическое реле дешевле и технологичнее, чем трансформаторное. Однако используется оно в основном на небольшие мощности. Если подключать более мощную нагрузку, трансформаторное реле предпочтительнее.
По типу переключения: управление твердотельным реле с коммутацией через «ноль», мгновенное, фазовое управление. Могут быть однофазные (SSR) и трехфазные (TSR).
Схемы подключения и принцип действия
ТТР имеет несколько важных электрических параметров: максимальный ток коммутации и допустимое напряжение, диапазон напряжения управления, тип напряжения. У разных моделей схема подключения твердотельного реле может быть другой.
Подключают модуль реле двумя управляющими контактами. На выводы управления подают слабое постоянное напряжение. Важно соблюдать полярность (плюс и минус), которую указывают на корпусе. Выходные клеммы с обозначением «~» подключают к нагрузке. Когда на управляющие выводы подают напряжение, нагрузка включается в сеть.
Рассмотрим подробнее устройство ТТР с оптической развязкой. На клеммы управления «+/–» подают низковольтное постоянное напряжение. Срабатывает транзистор VT1, к которому подключены светодиод оптической пары DA и индикаторный светодиод VD1. Оптопара включается и подает питание на управляющий электрод симистора Т1, он срабатывает и происходит коммутация нагрузки «Load».
Схема реле с оптической развязкой
Встречаются модификации, в которых на входе стоит выпрямитель (диодный мост). Он преобразует переменный ток в постоянный. Далее принцип работы такой же, как и в предыдущем примере.
Схема с выпрямителем на входе и оптической развязкой
Полупроводниковые элементы могут нагреваться от больших токов. При мощной нагрузке понадобится отвод тепла от реле, чтобы оно не вышло из строя. Для этого используют радиатор охлаждения, который прикрепляют к корпусу.
Радиатор, который отводит тепло от реле и не дает ему перегреться
Отличие ТТР от электромеханических
Когда мы подаем сигнал на электромеханическое реле, ток проходит по обмотке катушки и порождает магнитное поле. Электромагнит (катушка со стержнем) притягивает к себе подвижный якорь и замыкает/размыкает контакт. В результате механических движений происходит замыкание/размыкание электрической цепи.
Общий вид электромеханического реле
Принцип работы твердотельного реле отличается от электромеханического. В нем нет механически замыкаемых и размыкаемых контактов. Оно коммутирует нагрузку при помощи полупроводниковых элементов.
При подаче сигнала на ТТР происходит оптическая развязка между управляющей и коммутируемой цепями. Далее сигнал переходит на светочувствительную матрицу и напряжение регулируется симистором, который выполняет функцию силового ключа. Происходит замыкание либо размыкание электрической цепи без механических контактов.
Выбор твердотельных реле
Какой вид ТТР выбрать, зависит от конкретных задач и условий использования.
Учитывайте основные параметры, которые производитель наносит на корпус изделия:
- максимальный ток коммутации;
- допустимое напряжение;
- диапазон напряжения управления;
- тип напряжения.
В отличие от электромеханических для твердотельных реле важен тип напряжения. Для бытовых целей подойдет китайская марка Fotek на 25А. Будет работать хорошо, но для серьезных нагрузок лучше не использовать. При токе более 20А производитель рекомендует охлаждение.
При выборе учитывайте пусковой ток, который может в разы превышать потребляемый электроприборами. Для коммутации электродвигателей ТТР должно иметь многократный запас по току, чтобы не выйти из строя. Внимательно читайте инструкцию производителя, как подключить твердотельное реле.
Расшифровка характеристик ТТР марки Fotek:
Solid State Relay SSR-25 DA
SSR — однофазное твердотельное реле;
25А — ток нагрузки;
D — тип управляющего сигнала;
A — тип коммутируемого напряжения;
Н — диапазон коммутируемого напряжения;
DC — постоянное напряжение (3–32В);
AC — переменное напряжение (24–380В);
скорость срабатывания — 10мс.
Omron — японский авторитетный бренд, считается надежнее китайских аналогов. Также пользуются популярностью бренды Jotta, Kippribor и другие. У каждого производителя есть модели с различными характеристиками, которые рассчитаны почти на любой случай.
Достоинства и недостатки ТТР
Как любой электроприбор ТТР имеет свои плюсы и минусы. Выбирайте вариант, который наиболее подходит под ваши задачи и условия применения.
Преимущества:
- Бесшумность. Отсутствие дребезга, щелчков и посторонних звуков при переключении.
- Продолжительный срок службы.
- Нет механического износа. Нет контактов, которые подгорают или искрят.
- Надежность. Качественная изоляция контактов.
- Быстродействие.
- Низкий уровень помех за счет полупроводниковых элементов.
- Компактный размер и удобный монтаж.
- Стойкость к вибрациям и ударам.
- Нет дугового разряда. Подходит для использования во взрывоопасных местах.
Недостатки:
- Под нагрузкой ТТР может нагреваться, нужен радиатор для отвода тепла.
- Не выдерживает короткого замыкания.
- Боится внешних помех.
- Ток утечки.
- Не будет работать в цепях постоянного тока.
- Дороже, чем электромеханическое.
Подводим итоги
Твердотельные реле помогают управлять нагрузкой, они включают и отключают внешние устройства. Их используют в быту и на производстве.
ТТР отличаются принципом работы, способом крепления и монтажа, у них различные электрические параметры. Выбирайте модель, которая подходит под конкретный случай. Следуйте инструкции и рекомендациям производителя.
Если нужна помощь в подборе нужной модели, обратитесь к консультанту в магазине. На нашем сайте вы сможете найти реле на все случаи жизни.