Маркировка твердотельных реле: виды – схема подключения, принцип работы, практическое применение, устройство, параметры и характеристики

схема, как работает, характеристики, способы подключения

Обновлена: 10 Октября 2022 3683 0

Поделиться с друзьями

Твердотельное реле (ТТР) – полупроводниковое устройство, применяемое для создания контакта между низковольтными и высоковольтными цепями, является современной альтернативой традиционным пускателям и контакторам. Применяется в бытовой технике, промавтоматике, автомобильной электронике. Эти устройства могут иметь разные конструкции и схемы подключения, рассчитанные на применение в определенной группе приборов. В отличие от электромеханических аналогов электронные коммутаторы не имеют трущихся частей, а их основными узлами являются: симисторы, тиристоры, транзисторы. Содержание Структура (устройство) твердотельного реле Принцип работы твердотельных реле Характеристики твердотельных реле Область применения твердотельных реле Виды твердотельных реле На какие параметры обратить внимание при выборе твердотельных реле Виды предохранителей Особенности подключения твердотельных реле Обозначение твердотельного реле на схеме Видеообзор Структура Твердотельное реле включает в себя твердотельную электронику с высокомощностной цепью и специальный датчик, реагирующий на управляющий сигнал (вход). Такое оборудование может быть задействовано в сетях переменного и постоянного тока. В схему твердотельного реле входят: Вход – первичная цепь, основные функции которой – прием и передача сигнала устройству, коммутирующему нагрузку. Триггерная цепь – может быть отдельным элементом или входить в устройство оптической развязки твердотельного реле. Оптическая развязка – изолирует входную и выходную цепи переменного тока. Конструкция опторазвязки определяет тип электронного коммутатора и принцип его действия. Переключающая цепь – служит для передачи напряжения на нагрузку. Цепь защиты – может быть внутренней или наружной, предотвращает появление нештатных режимов и ошибок. Принцип работы твердотельных реле Основная задача, решаемая применением твердотельных реле, – руководство автоматикой в сетях с напряжением 12-480 В, коммутация приборов с индуктивной нагрузкой. Рядовое исполнение коммутатора подразумевает наличие двух контактов обслуживаемой сети и двух управляющих проводов. При увеличении количества фаз число контактов и управляющих проводов увеличивается. Замыкание и размыкание контактов, при которых подается или прекращается подача напряжения на нагрузку, осуществляются при участии активатора твердотельного реле. Его функции выполняют: в устройствах на переменном токе – полупроводники тиристоры или симисторы; в потребителях постоянного тока – транзисторы. Если в электромеханическом реле при отключении контакты находятся в полностью разомкнутом состоянии, то в твердотельном коммутаторе отсутствие тока в цепи обеспечивают полупроводниковые приборы. При высоких напряжениях они могут давать токи «утечки», снижающие эффективность работы потребителей. Имея чуть большее сопротивление в замкнутом состоянии, ТТР менее приспособлены к превышению допустимых напряжений и токов (кратковременные перегрузки), в отличие от их электромеханических аналогов. Главное отличие твердотельных реле от электромагнитных устройств заключается в отсутствии подвижной контактной группы и катушки управления, а также повышенное быстродействие. Характеристики твердотельных реле Основные преимущества ТТР: высокое быстродействие; включение цепи без электромагнитных помех; допускается эксплуатация во взрывоопасных условиях; бесшумность контактов; гарантированность срабатываний. Другие преимущества этих полупроводниковых устройств, обеспечивающие популярность их применения в современной электронике и автоматике: малое энергопотребление – на 90% меньше, по сравнению с электромагнитными реле; компактные габариты, обеспечивающие удобную транспортировку и монтаж; конструкция, устойчивая к механическим воздействиям; длительный рабочий период, отсутствие потребности в проведении периодического техобслуживания; обеспечение надежной изоляции между входными и коммутационными цепями; совместимость с большинством компонентов логических интегральных схем без использования усилителей сигнала, буферов, драйверов. Недостатки ТТР: необходимость использования радиаторов охлаждения и дорогостоящих предохранителей, вероятность появления оттоков «утечки» в отключенном состоянии высокая цена (обусловлена надежной защитой от перегрузок). Основные области применения Твердотельные реле эффективны при необходимости коммутации индуктивной нагрузки. Они применяются: в системах, регулирующих температуру при помощи ТЭНа; для обеспечения постоянного термического режима техпроцесса; для коммутирования управляющих цепей; в цепях изменения скорости вращения электродвигателя; для контроля нагрева, обеспечения нормальных рабочих режимов трансформаторов и других приборов; в осветительных цепях для регулирования уровня освещения – на концертах, дискотеках, шоу. Эти полупроводниковые устройства могут использоваться как в бытовых приборах, так и в промавтоматике, для функционирования которой требуется трехфазное напряжение. Разновидности твердотельных реле Эти полупроводниковые устройства разделяются по типу нагрузки на одно- и трехфазные. Однофазные твердотельные реле работают с токами 10-120 А, 100-500 А, фазовое управление осуществляется аналоговыми сигналами. С помощью трехфазных твердотельных реле управляют током сразу на трех фазах. Рабочий интервал тока – 10-120 А. Разновидностью трехфазных моделей являются коммутаторы реверсивного типа. Их отличия: бесконтактная коммутация и особая маркировка. Эти устройства эффективно соединяют и разъединяют каждую цепь по отдельности. Защитные компоненты предотвращают ложные срабатывания. Трехфазные устройства имеют более длительный эксплуатационный период, по сравнению с однофазными. По характеру контролируемого и коммутируемого напряжения различают твердотельные реле: Постоянного тока. Надежны, изготавливаются со световой индикацией, имеют широкий диапазон рабочих температур: от -30°C до +70°C. Переменного тока. Для таких полупроводниковых устройств характерны: бесшумность работы, малый уровень электромагнитных помех, высокое быстродействие, энергосберегающие характеристики. С ручным руководством. В этих моделях режим работы можно настраивать самостоятельно. Классификация твердотельных реле по способу коммутации: устройства для обеспечения мгновенного срабатывания; модели для коммутации слабоиндуктивных, редуктивных, емкостных нагрузок; с наличием управления по фазам – используются для осветительных приборов и нагревательных элементов. Разновидности по конструкции: разработанные для монтажа на DIN-рейки; универсальные, монтируются на переходные линейки. Какие параметры важны при выборе твердотельных реле? Эти полупроводниковые устройства приобретают в соответствии с запланированной областью применения. При покупке учитывают: мощность – запас мощности должен превышать величину, необходимую для обслуживания определенного оборудования, в несколько раз, если модель используется для запуска асинхронного двигателя, то запас должен составлять 6-10 раз; материал изготовления корпуса, его соответствие условиям, в которых будет эксплуатироваться устройство; габариты корпуса; тип крепежных элементов; моментальное или постепенное быстродействие; наличие дополнительных эксплуатационных возможностей; энергопотребление; бренд. Виды предохранителей для твердотельных реле Для сохранения работоспособности этих устройств их используют в комплексе с различными типами предохранителей, различающихся между собой по эксплуатационным характеристикам. Эти устройства стоят достаточно дорого, их цена сопоставима со стоимостью самого реле. Однако такие затраты оправдываются надежностью работы приборов. g R – быстро реагируют, работают в широком диапазоне мощностей. g S – пригодны для полного интервала токов. a R – эффективны для защиты от коротких замыканий. Меньшим защитным диапазоном обладают предохранители классов B, С, D, но и стоят они гораздо дешевле, по сравнению с перечисленными выше аналогами. Особенности подключения твердотельного реле Включить прибор в общую цепь можно самостоятельно. Монтаж облегчает отсутствие пайки. Прибор подсоединяют винтовыми крепежными элементами. При проведении монтажных работ необходимо: избегать попадания металлических предметов, загрязнений, пыли; не прилагать механические воздействия на корпус; размещать устройство вдали от легковоспламеняющихся предметов; перед пуском устройства в работу проверить правильность подключений. Внимание! Во время эксплуатации нельзя прикасаться к корпусу устройства во избежание ожогов. При нагреве модели во время работы до температуры, превышающей +60°C, рекомендуется устанавливать ее на радиатор охлаждения. В основном высокий нагрев происходит при частых включениях электронного коммутатора. Возможные схемы подключения твердотельных реле Существует множество вариантов подключения твердотельного реле, конкретный способ выбирается, в зависимости от характеристик подключаемой нагрузки. Наиболее простые и распространенные схемы: Нормально открытая. Нагрузка находится под напряжением в присутствии сигнала управления. Нормально закрытая. Нагрузка находится под напряжением при отсутствии управляющего сигнала. Схемы подключения контактов трехфазных твердотельных реле – «звезда» без нейтрали и с нейтралью, «треугольник». Примеры обозначения твердотельных реле на схеме Видеообзор Была ли статья полезна? Да Нет Оцените статью Что вам не понравилось? Другие материалы по теме Анатолий Мельник Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.

Твердотельное реле – Практическая электроника

Что такое твердотельное реле

Твердотельное реле (ТТР) или в буржуйском варианте Solid State Relay (SSR) — это особый вид реле, которые выполняют те же самые функции, что и электромагнитное реле, но имеет другую начинку, состоящую из полупроводниковых радиоэлементов, которые имеют  своем составе силовые ключи на тиристорах, симисторах или мощных транзисторах.

Виды твердотельных реле

Выглядеть ТТР могут по-разному. Ниже на фото слаботочные реле

Такие релe используются в печатных платах и предназначены для коммутации (переключения)  малого тока и напряжения.

На ТТР строят также сразу готовые модули входов-выходов, которые используются в промышленной автоматике

А вот так выглядят реле, используемые в силовой электронике, то есть в электронике, которая коммутирует большую силу тока. Такие реле используется в промышленности в блоках управления станков ЧПУ и других промышленных установках

Слева однофазное реле, справа трехфазное.

Если через коммутируемые контакты силовых  реле будет проходить приличный ток, то корпус реле будет очень сильно греться. Поэтому, чтобы реле не перегревались и не выходили из строя, их ставят  на радиаторы, которые рассеивают тепло в окружающее пространство.

Твердотельные реле по типу управления

ТТР могут управляться с помощью:

1) Постоянного тока. Его диапазон составляет от 3 и до 32 Вольт.

2) Переменного тока. Диапазон переменного тока составляет от 90 и до 250 Вольт. То есть такими реле можно спокойно управлять с помощью сетевого напряжения 220 В.

3) С помощью переменного резистора. Значение переменного резистора может быть в диапазоне от 400 и до 600 Килоом.

Твердотельные реле по типу переключения

С коммутацией перехода через ноль

Посмотрите внимательно на диаграмму

Такие ТТР на выходе коммутируют переменный ток. Как вы здесь можете заметить, когда мы подаем на вход такого реле постоянное напряжение, у нас коммутация на выходе происходит не сразу, а только тогда, когда переменный ток  достигнет нуля. Выключение происходит подобным образом.

Для чего это делается? Для того, чтобы уменьшить влияние помех на нагрузках и уменьшить импульсный бросок тока, который может привести к выходу нагрузки из строя, если тем более нагрузкой будет являться схема на полупроводниковых радиоэлементах.

Схема подключения и внутреннее строение такого ТТР выглядит примерно вот так:

управление постоянным токомуправление переменным током

Мгновенного включения

Здесь все намного проще. Такое реле сразу начинает коммутировать нагрузку при появлении на нем управляющего напряжения. На диаграмме видно, что выходное напряжение появилось сразу, как только мы подали управляющее напряжение на вход. Когда мы уже снимаем управляющее напряжение, реле выключается также, как и ТТР с контролем перехода через ноль.

В чем минус данного ТТР? При подаче на вход управляющего напряжения, у нас на выходе могут возникнуть броски тока,  а в следствии и электромагнитные помехи. Поэтому, данный тип реле не рекомендуется использовать в радиоэлектронных устройствах, где есть шины передачи данных, так как в этом случае помехи могут существенно помешать передаче информационных сигналов.

Внутреннее строение ТТР и схема подключения нагрузки выглядят примерно вот так:

С фазовым управлением

Здесь все намного проще. Меняя значение сопротивления, мы тем самым меняем мощность на нагрузке.

Примерная схема подключения выглядит вот так:

Работа твердотельного реле

В гостях у нас ТТР фирмы FOTEK:

Давайте разберемся с его обозначениями.  Вот небольшая табличка-подсказка для этих типов реле

Давайте еще раз взглянем на наше ТТР

SSR — это значит однофазное твердотельное реле.

40 — это на какую максимальную силу тока она рассчитана. Измеряется в Амперах и в данном случае составляет 40 Ампер. 

D — тип управляющего сигнала. От значения Direct Current — что с буржуйского — постоянный ток. Управление ведется постоянным током от 3 и до 32 Вольт. Этого диапазона хватит самому заядлому разработчику радиоэлектронной аппаратуры. Для особо непонятливых даже написано Input, показан диапазон и фазировка напряжения. Как вы видите, на контакт №3 мы подаем «плюс», а на №4 мы подаем «минус».

А — тип коммутируемого напряжения. Alternative current — переменный ток. Цепляемся в этом случае к выводам №1 и №2. Можем коммутировать диапазон от 24 и  до 380 Вольт переменного напряжения.

Для опыта нам понадобится лампа  накаливания на 220 Вольт и простая вилка со шнуром. Соединяем лампу со шнуром только в одном месте:

В разрыв вставляем наше  твердотельное реле

Втыкаем вилку в розетку и…

Нет… не хочет… Чего-то не хватает…

Не хватает управляющего напряжения! Выводим напряжение от Блока питания  от 3 и до 32 Вольт постоянного напряжения. В данном случае я взял 5 Вольт. Подаю на управляющие контакты и…

О чудо! Лампочка загорелась!  Это значит, что контакт №1 замкнулся с контактом №2. О срабатывании реле нам также говорит и светодиод на корпусе самого реле. 

Интересно, какую силу тока потребляют управляющие контакты реле? Итак, имеем на блоке 5 Вольт.

А сила тока получилась 11,7 миллиампер! Можно управлять хоть микроконтроллером!

Плюсы и минусы твердотельного реле

Плюсы

• включение  и выключение цепей без электромагнитных помех
• высокое быстродействие
• отсутствие шума и дребезга контактов
• продолжительный период работы (свыше МИЛЛИАРДА срабатываний)
• возможность работы во взрывоопасной среде, так как нет дугового разряда
• низкое энергопотребление (на 95% (!) меньше, чем у обычных реле)
• надёжная изоляция между входными и коммутируемыми цепями
• компактная герметичная конструкция, стойкая к вибрации и ударным нагрузкам
• небольшие размеры и хорошая теплоотдача (если конечно использовать термопасту и хороший радиатор)

Минусы:

• дороговизна

RS Компоненты | Промышленные, электронные продукты и решения

Компоненты РС | Промышленные, электронные продукты и решения

• Поддержка
• Откройте для себя
• для вдохновения
• Найдите местное отделение

Разделы нашей продукции:

• Аккумуляторы и зарядные устройства
• Соединители
• Дисплеи и оптоэлектроника
• Контроль электростатического разряда, чистые помещения и прототипирование печатных плат
• Пассивные компоненты
• Блоки питания и трансформаторы
• Raspberry Pi, Arduino и средства разработки
• Полупроводники

• Механизм автоматизации и управления
• Кабели и провода
• Корпуса и серверные стойки
• Предохранители и автоматические выключатели
• HVAC, вентиляторы и управление температурным режимом
• Освещение
• Реле и формирование сигналов
• Переключатели

• Доступ, хранение и обработка материалов
• Клеи, герметики и ленты
• Подшипники и уплотнения
• Инженерные материалы и промышленное оборудование
• Застежки и крепления
• Ручной инструмент
• Механическая передача энергии
• Сантехника и трубопровод
• Пневматика и гидравлика
• Электроинструменты, Пайка и сварка

• Компьютеры и периферия
• Уборка и техническое обслуживание помещений
• Офисные принадлежности
• Средства индивидуальной защиты и рабочая одежда
• Безопасность и скобяные изделия
• Безопасность сайта
• Испытания и измерения

Будут ли теперь твердотельные реле представлять реальную проблему?

01 января 2001 г.

Будут ли теперь твердотельные реле представлять реальную проблему?

Новая конструкция твердотельных реле устраняет многие из традиционных недостатков этих устройств и служит в десять раз дольше, чем более ранние версии.

Хотя твердотельные реле (ТТР) существуют уже много лет, они еще не достигли значительных успехов в продажах традиционных электромеханических реле. Мировой рынок SSR стоит всего 50 млн, причем на Великобританию приходится около 10% этой суммы.

Одной из причин того, что SSR не удалось оказать большего влияния, является то, что потенциальных пользователей беспокоят некоторые аспекты их производительности. Например, реле выделяют значительное количество тепла, они могут вызывать электромагнитные помехи, они могут выйти из строя из-за перенапряжения и короткого замыкания, они могут выйти из строя в результате тепловых нагрузок, а иногда даже могут загореться.

С другой стороны, электронное реле предлагает несколько потенциальных преимуществ. Он тихий, пыленепроницаемый, устойчивый к ударам и вибрациям, быстро переключается и позволяет избежать проблем с дребезгом контактов. Он также реагирует на маломощные входы и предлагает как синхронное, так и несинхронное переключение.

Два года назад компания Crouzet, один из ведущих производителей твердотельных реле, приступила к реализации проекта по разработке твердотельного реле нового поколения, который решит большинство проблем, существовавших ранее. Начав с чистого листа бумаги, конструкторы поставили перед собой задачу разработать самый надежный и надежный SSR на рынке.

Основной причиной отказов SSR является нагрев. Схемы переключения SCR (выпрямитель с кремниевым управлением), управляющие протеканием тока, генерируют тепло, которое должно рассеиваться через керамическую подложку и базовую пластину, прежде чем достигнет радиатора. Если внутренняя теплопередача неэффективна или реле неправильно подобрано к своей нагрузке, устройство может перегреться и выйти из строя.

В новой конструкции керамическая подложка сплавлена ​​с медью для минимизации теплового сопротивления между тиристорами и базовой платой. По словам Крузе, эта технология прямого медного соединения (DCB) имеет несколько преимуществ.

Например, он позволяет использовать кристаллы SCR, которые на 40% тоньше, чем раньше, что снижает падение напряжения во включенном состоянии. Это, в свою очередь, означает, что рассеивается меньшая мощность и уменьшается размер требуемого радиатора.

Медь также образует более прочную связь с керамикой, чем предыдущая толстопленочная технология, снова снижая тепловое сопротивление.

Еще одна проблема, связанная с нагревом обычных электронных реле, связана с их внутренними паяными соединениями. Поскольку реле проходит через повторяющиеся циклы нагрева и охлаждения, эти соединения могут сломаться, что приведет к выходу из строя.

В традиционном твердотельном реле ток нагрузки обычно течет к клемме реле, через паяный переход к печатной плате, через еще один паяный переход к проводу питания и через еще один переход к тринистору. Этот процесс повторяется в обратном порядке, когда ток течет обратно от реле к нагрузке или сети переменного тока. Каждое соединение выделяет тепло и является потенциальной точкой отказа.

В новой конструкции, известной как реле GN «нового поколения», большая часть соединений устранена с помощью выводной рамки, обеспечивающей прямое подключение к силовым проводам.

Еще одна инновация связана с опорными плитами. Вместо традиционных штампованных опорных плит, которые имеют тенденцию слегка изгибаться, уменьшая площадь, доступную для теплопередачи, в новых SSR используются плоские опорные плиты из литого алюминия.

Традиционно металлооксидные варисторы использовались для защиты твердотельных реле от пиков и перенапряжений. Однако эти устройства имеют ограниченный срок службы, поэтому Crouzet применил для новых реле новое устройство защиты от переходных процессов на основе кремния, известное как «Tranzorb». Говорят, что эти быстродействующие устройства имеют практически неограниченный срок службы.

По словам Брайана Хорнсби (Brian Hornsby), менеджера Crouzet по продукции SSR в Великобритании, в лаборатории были подтверждены рабочие характеристики новых реле GN. В одной серии тепловых испытаний, предназначенных для испытания реле до отказа, старые модели Crouzet и реле, производимые в настоящее время его основными конкурентами, вышли из строя после примерно 800 циклов. Новая конструкция выдерживала в среднем 8 000–10 000 циклов до истечения срока годности.

Существует две версии нового SSR. Один обеспечивает переключение при нулевом напряжении для однофазных резистивных нагрузок или для двигателей, у которых коэффициент мощности превышает 0,8. Для индуктивных нагрузок, таких как двигатели с коэффициентом мощности менее 0,8, предлагается версия со случайным переключением.

Обе версии имеют диагностический светодиод, показывающий, когда SSR включен. Они доступны с номинальным током от 10 А до 125 А при 280 В или 660 В переменного тока. Входы принимают логические сигналы 5 В или регулируемые сигналы постоянного тока 4–32 В, такие как выходы ПЛК.