Что такое твердотельное реле: Твердотельное реле, устройство и принцип работы, схема, подключение, управление

принцип работы, управление и схемы

В данной статье поговорим про твердотельное реле, обозначим его преимущество перед механическим реле. Рассмотрим управление и подключение твердотельного реле, принцип его работы и конструкцию, а так же разберем различные схемы.

Описание

В отличие от электромеханических реле (EMR), которые используют катушки, магнитные поля, пружины и механические контакты для управления и переключения питания, твердотельное реле или SSR не имеет движущихся частей, но вместо этого использует электрические и оптические свойства полупроводниковых полупроводников, выполняет его вход в функции изоляции и переключения выхода.

Как и обычные электромеханические реле, твердотельные реле обеспечивают полную электрическую изоляцию между их входными и выходными контактами, а его выход действует как обычный электрический переключатель в том смысле, что он имеет очень высокое, почти бесконечное сопротивление в непроводящем (разомкнутом) и очень низком сопротивлении при проведении. Твердотельные реле могут быть предназначены для переключения как переменного, так и постоянного тока с помощью SCR, триак или переключающего транзисторного выхода вместо обычных механических нормально разомкнутых контактов. Купить твердотельное реле на Алиэкспресс:

В то время как твердотельное реле и электромеханическое реле в основном схожи в том, что их низковольтный вход электрически изолирован от выхода, который переключает и контролирует нагрузку, электромеханические реле имеют ограниченный жизненный цикл контакта, могут занимать много места и имеют более низкие скорости переключения, особенно большие силовые реле и контакторы. Твердотельные реле не имеют таких ограничений.

Таким образом, основные преимущества твердотельных реле по сравнению с обычными электромеханическими реле состоят в том, что у них нет движущихся частей, изнашиваемых, и, следовательно, нет проблем с отскоком контактов, они могут переключать «ВКЛ» и «ВЫКЛ» гораздо быстрее, чем механические реле может двигаться, а также включаться при нулевом напряжении и отключаться при нулевом токе, что устраняет электрические помехи и переходные процессы.

Полупроводниковые реле можно купить в стандартных готовых комплектах, от нескольких вольт или ампер до многих сотен вольт и ампер выходной коммутационной способности. Однако твердотельные реле с очень высоким номинальным током (плюс 150 А) все еще слишком дороги для покупки из-за их требований к силовым полупроводникам и теплоотдаче, и, как таковые, все еще используются более дешевые электромеханические контакторы.

Подобно электромеханическому реле, небольшое входное напряжение, обычно от 3 до 32 вольт постоянного тока, может использоваться для управления очень большим выходным напряжением или током, например 240В, 10А. Это делает их идеальными для взаимодействия микроконтроллеров, PIC и Arduino, так как слаботочный 5-вольтный сигнал, скажем, от микроконтроллера или логического вентиля, может использоваться для управления конкретной нагрузкой цепи, и это достигается с помощью опто-изолятора.

Принцип работы и конструкция твердотельного реле

Одним из основных компонентов твердотельного реле (SSR) является оптоизолятор (также называемый оптопарой), который содержит один (или более) инфракрасный светодиод или светодиодный источник света, а также фоточувствительное устройство в один случай.  Оптоизолятор изолирует вход от выхода.

Светодиодный источник света подключен к входной секции SSR и обеспечивает оптическую связь через зазор с соседним фоточувствительным транзистором, парой Дарлингтона или симистором. Когда ток проходит через светодиод, он загорается, и его свет фокусируется через зазор на фототранзистор / фототриак.

Таким образом, выход оптронного SSR включается при включении этого светодиода, как правило, с помощью низковольтного сигнала. Поскольку единственным входом между входом и выходом является луч света, высоковольтная изоляция (обычно несколько тысяч вольт) достигается с помощью этой внутренней оптоизоляции.

Оптоизолятор не только обеспечивает более высокую степень изоляции входов / выходов, он также может передавать сигналы постоянного тока и низкочастотные сигналы. Кроме того, светодиод и фоточувствительное устройство могут быть полностью отделены друг от друга и оптически связаны с помощью оптического волокна.

Входная схема SSR может состоять только из одного ограничивающего ток резистора, включенного последовательно со светодиодом оптоизолятора, или из более сложной цепи с выпрямителем, регулированием тока, защитой от обратной полярности, фильтрацией и т. д.

Чтобы активировать или включить «ВКЛ» проданное реле состояния в проводимость, на его входные клеммы должно быть приложено напряжение, превышающее его минимальное значение (обычно 3 В постоянного тока) (эквивалентно катушке электромеханического реле). Этот сигнал постоянного тока может быть получен от механического переключателя, логического вентиля или микроконтроллера, как показано ниже.

Входная цепь постоянного тока твердотельного реле

При использовании в качестве сигнала активации механических контактов, переключателей, кнопок, других контактов реле и т.д., используемое напряжение питания может быть равно минимальному значению входного напряжения SSR, тогда как при использовании твердотельных устройств, таких как транзисторы, вентили и микро-контроллеры, минимальное напряжение питания должно быть на один или два вольт выше напряжения включения SSR для учета внутреннего падения напряжения коммутационных аппаратов.

Но помимо использования напряжения постоянного тока, либо ослабления, либо источника, для переключения твердотельного реле в проводящее состояние, мы также можем использовать синусоидальную форму волны, добавив мостовой выпрямитель для двухполупериодного выпрямления и схему фильтра на вход постоянного тока.

Входная цепь переменного тока твердотельного реле

Мостовые выпрямители преобразуют синусоидальное напряжение в двухполупериодные выпрямленные импульсы с удвоенной входной частотой. Проблема здесь заключается в том, что эти импульсы напряжения начинаются и заканчиваются с нуля вольт, что означает, что они упадут ниже минимальных требований к напряжению при включении порога входа SSR, в результате чего выход будет «включаться» и «выключаться» в каждом полупериоде.

Чтобы преодолеть это беспорядочное срабатывание на выходе, мы можем сгладить выпрямленную рябь, используя сглаживающий конденсатор (C1) на выходе мостового выпрямителя. Эффект зарядки и разрядки конденсатора повысит постоянную составляющую выпрямленного сигнала выше максимального значения напряжения включения на входе твердотельных реле. Тогда, даже если используется постоянно изменяющаяся синусоидальная форма волны напряжения, входной сигнал SSR видит постоянное напряжение постоянного тока.

Значения резистора падения напряжения R ₁ и сглаживающего конденсатора C ₁выбираются в соответствии с напряжением питания, 120 В переменного тока или 240 В переменного тока, а также входным сопротивлением твердотельного реле.  Но что-то около 40 кОм и 10 мкФ подойдет.

Затем с добавлением этой мостовой выпрямителя и сглаживающей конденсаторной цепи можно управлять стандартным твердотельным реле постоянного тока, используя источник переменного или неполяризованного постоянного тока. Конечно, производители уже производят и продают входные твердотельные реле переменного тока (обычно от 90 до 280 В переменного тока).

Выход твердотельного реле

Возможности переключения выхода твердотельного реле могут быть как переменного, так и постоянного тока, аналогичными его требованиям к входному напряжению. Выходная цепь большинства стандартных твердотельных реле сконфигурирована для выполнения только одного типа переключающего действия, дающего эквивалент нормально разомкнутого однополюсного однополюсного (SPST-NO) режима работы электромеханического реле.

Для большинства твердотельных реле постоянного тока обычно используются твердотельные коммутационные устройства — силовые транзисторы, Дарлингтона и MOSFET, тогда как для твердотельного реле переменного тока, коммутационные устройства — это симисторные или двухсторонние тиристоры. Тиристоры предпочтительны из-за их высокого напряжения и тока. Один тиристор также может использоваться в схеме мостового выпрямителя, как показано на рисунке.

Наиболее распространенным применением твердотельных реле является переключение нагрузки переменного тока, будь то управление мощностью переменного тока для включения / выключения, затемнение света, управление скоростью двигателя или другие подобные приложения, где необходимо управление мощностью, эти нагрузки переменного тока может легко управляться с помощью постоянного тока низкого напряжения с помощью твердотельного реле, обеспечивающего длительный срок службы и высокие скорости переключения.

Одним из самых больших преимуществ твердотельных реле по сравнению с электромеханическим реле является его способность выключать «переменные» нагрузки переменного тока в точке нулевого тока нагрузки, тем самым полностью устраняя искрение, электрический шум и отскок контактов, связанные с обычными механическими реле и индуктивными нагрузками.

Это связано с тем, что твердотельные реле переключения переменного тока используют SCR и триак в качестве выходного переключающего устройства, которое продолжает проводить после удаления входного сигнала до тех пор, пока переменный ток, протекающий через устройство, не опустится ниже своего порогового значения или не сохранит значение тока. Тогда выход SSR никогда не сможет выключиться в середине пика синусоидальной волны.

Отключение при нулевом токе является основным преимуществом использования твердотельного реле, поскольку оно уменьшает электрические помехи и обратную эдс, связанные с переключением индуктивных нагрузок, которые видятся как искрение контактами электромеханического реле. Рассмотрим диаграмму формы выходного сигнала ниже типичного твердотельного реле переменного тока.

Форма выходного сигнала твердотельного реле

При отсутствии входного сигнала ток нагрузки не протекает через SSR, поскольку он фактически выключен (разомкнут), а выходные клеммы видят полное напряжение питания переменного тока. При применении входного сигнала постоянного тока, независимо от того, какую часть синусоидального сигнала, положительного или отрицательного, проходит цикл, из-за характеристик переключения SSR при нулевом напряжении, выход включается только тогда, когда сигнал пересекает нулевую точку.

Когда напряжение питания увеличивается в положительном или отрицательном направлении, оно достигает минимального значения, необходимого для полного включения выходных тиристоров или симистора (обычно менее чем около 15 вольт). Падение напряжения на выходных клеммах SSR соответствует падению напряжения переключающего устройства V _T (обычно менее 2 вольт). Таким образом, любые высокие пусковые токи, связанные с реактивными или ламповыми нагрузками, значительно снижаются.

Когда сигнал входного напряжения постоянного тока удаляется, выход не отключается внезапно, так как после срабатывания проводимости тиристор или триак, используемый в качестве переключающего устройства, остается включенным в течение оставшейся части полупериода, пока токи нагрузки не упадут ниже удерживающих устройств тока, в этот момент он выключается. Таким образом, высокая обратная ЭДС dv / dt, связанная с переключением индуктивных нагрузок в середине синусоиды, значительно снижается.

Тогда основными преимуществами твердотельного реле переменного тока над электромеханическим реле является его функция пересечения нуля, которая включает SSR, когда напряжение нагрузки переменного тока близко к нулю вольт, таким образом подавляя любые высокие пусковые токи, поскольку ток нагрузки всегда будет запускаться от точки, близкой к 0 В, и присущей нулевой характеристике отключения тока тиристора или симистора. Поэтому существует максимально возможная задержка выключения (между удалением входного сигнала и отключением тока нагрузки) в один полупериод.

Фазорегулирующее твердотельное реле

Хотя твердотельные реле могут выполнять прямое переключение нагрузки при пересечении нуля, они также могут выполнять гораздо более сложные функции с помощью цифровых логических схем, микропроцессоров и модулей памяти. Другое превосходное применение твердотельного реле — в устройствах с диммером ламп, будь то дома, для шоу или концерта.

Твердотельные реле с ненулевым включением (мгновенное включение) включаются сразу после подачи входного управляющего сигнала, в отличие от SSR пересечения нуля, который выше, и ожидает следующей точки пересечения нуля синусоидальной волны переменного тока. Это случайное переключение при пожаре используется в резистивных устройствах, таких как диммер ламп, и в устройствах, в которых нагрузка должна подаваться только в течение небольшой части цикла переменного тока.

Форма сигнала с произвольным переключением

Хотя это позволяет контролировать фазу сигнала нагрузки, основная проблема случайного включения SSR заключается в том, что начальный скачок тока нагрузки в момент включения реле может быть высоким из-за переключающей мощности SSR, когда напряжение питания составляет близко к своему пиковому значению (90 ^o ). Когда входной сигнал удаляется, он перестает проводить, когда ток нагрузки падает ниже тока тиристоров или триаков, как показано на рисунке. Очевидно, что для твердотельного реле постоянного тока действие включения-выключения является мгновенным.

Твердотельное реле идеально подходит для широкого диапазона применений ВКЛ / ВЫКЛ переключения , поскольку они не имеют подвижных частей или контактов в отличие от электромеханического реле (ЭМР). Существует много различных коммерческих типов на выбор для входных сигналов управления переменного и постоянного тока, а также для переключения выходов переменного и постоянного тока, так как они используют полупроводниковые переключающие элементы, такие как тиристоры, триаки и транзисторы.

Но используя комбинацию хорошего оптоизолятора и симистора, мы можем сделать наше собственное недорогое и простое твердотельное реле для управления нагрузкой переменного тока, такой как нагреватель, лампа или соленоид. Поскольку для работы оптоизолятора требуется только небольшое количество входной / управляющей мощности, управляющий сигнал может поступать от PIC, Arduino, Raspberry PI или любого другого такого микроконтроллера.

Пример твердотельного реле

Предположим, нам нужен микроконтроллер с сигналом порта цифрового выхода всего лишь +5 В для управления нагревательным элементом 120 В переменного тока, 600 Вт.  Для этого мы могли бы использовать опто-триационный изолятор MOC 3020, но внутренний триак может пропускать только максимальный ток (I _TSM ) в пике 1 А на пике источника переменного тока 120 В, поэтому необходимо также использовать дополнительный переключающий триак.

Сначала давайте рассмотрим входные характеристики оптоизолятора MOC 3020 (доступны другие опто-триаки). Спецификация оптоизоляторов говорит нам, что прямое напряжение (V _F ) падения входного светодиода составляет 1,2 В, а максимальный прямой ток (I _F ) составляет 50 мА.

Светодиоду требуется около 10 мА, чтобы он мог достаточно ярко светиться до максимального значения 50 мА. Однако порт цифрового выхода микроконтроллера может выдавать максимум 30 мА. Тогда значение требуемого тока лежит где-то между 10 и 30 миллиампер. Следовательно:

Таким образом, можно использовать резистор для ограничения последовательного тока со значением от 126 до 380 Ом. Поскольку порт цифрового выхода всегда переключается на +5 В и для уменьшения рассеивания мощности через светодиод оптопары мы выберем предпочтительное значение сопротивления 240 Ом.  Это дает светодиодный прямой ток менее 16 мА. В этом примере подойдет любое предпочтительное значение резистора между 150 Ом и 330 Ом.

Нагрузка нагревательного элемента составляет 600 Вт. Использование 120 В переменного тока даст нам ток нагрузки 5 ампер (I = P / V). Поскольку мы хотим управлять этим током нагрузки в обоих полупериодах (все 4 квадранта) формы сигнала переменного тока, нам потребуется триак переключения сети.

BTA06 — это симистор 600 В на 6 ампер (I _{T (RMS)} ), подходящий для общего / двухпозиционного переключения нагрузок переменного тока, но подойдет любой аналогичный симистор с номинальным напряжением 6–8 ампер. Кроме того, для этого переключающего триака требуется только 50 мА привода затвора для запуска проводимости, что намного меньше максимального значения 1 А для оптоизолятора MOC 3020.

Учтите, что выходной триак оптоизолятора включился при пиковом значении (90 ^o ) _{среднеквадратичного} напряжения питания 120 В переменного тока.  Это пиковое напряжение имеет значение: 120 x 1,414 = 170Vpk. Если максимальный ток опто-триаков (I _TSM ) составляет 1 А, то минимальное значение требуемого последовательного сопротивления составляет 170/1 = 170 Ом или 180 Ом до ближайшего предпочтительного значения. Это значение 180 Ом будет защищать выходной триак оптопары, а также затвор триака BTA06 при питании 120 В переменного тока.

Если симистор оптоизолятора включается при значении пересечения нуля (0 ^o ) _{среднеквадратичного} переменного напряжения питания 120 В , то минимальное напряжение, необходимое для подачи требуемого тока возбуждения затвора 50 мА, заставляющего переключающий триак в проводимость, будет: 180 Ом х 50 мА = 9,0 вольт. Затем симистор срабатывает, когда синусоидальное напряжение Gate-to-MT1 превышает 9 вольт.

Таким образом, минимальное напряжение, требуемое после точки пересечения нуля формы сигнала переменного тока, должно составлять 9 вольт, при этом рассеяние мощности в этом последовательном затворном резисторе очень мало, поэтому можно безопасно использовать резистор номиналом 0,5 Ом с сопротивлением 0,5 Ом и номиналом 0,5 Вт.  Рассмотрим схему ниже.

Схема реле переменного тока

Твердотельное реле: схема, принцип работы, подключение

Чтобы обеспечить бесконтактную коммуникацию различных устройств без использования электромагнитов применяют твердотельное реле. Об особенностях, принципе действия и схеме подключения данного устройства поговорим далее.

Оглавление:

1. Твердотельное реле — принцип работы
2. Преимущества и сфера использования твердотельного реле
3. Разновидности твердотельных реле
4. Выбор и покупка твердотельного реле
5. Особенности подключения твердотельного реле

Твердотельное реле — принцип работы

Твердотельное реле — это устройство, обеспечивающее контакт между низковольтными и высоковольтными электрическими цепями.

Рассматривая структуру данного прибора, большинство моделей схожи между собой, имеют незначительные отличия, которые никак не влияют на принцип их работы.

Структура твердотельного реле включает наличие:

• входа,
• оптической развязки,
• триггерной цепи,
• цепи переключателя,
• цепи защиты.

Входом является первичная цепь, которая характеризуется наличием резистора на постоянном изоляторе, который имеет последовательное подключение. Основная функция цепи входа состоит в принятии сигнала и передаче команды устройству твердотельного реле, которое коммутирует нагрузку.

В качестве изоляции входной и выходной сети с переменным током используется устройство оптической развязки. От типа данного компонента, зависит вид реле и его принцип работы.

Для обработки входного сигнала и переключения выхода используется конструкция триггерной цепи. Она выступает, как отдельный элемент, а в некоторых моделях входит в состав оптической развязки.

Чтобы подать силу напряжения на нагрузку используется цепь переключающего типа, которая включает транзистор, кремниевый диод и симистор.

Чтобы защитить твердотельное реле от сбоев в работе или возникновения ошибок, используется отдельная защитная цепь. Это устройство бывает двух видов: внутреннего и внешнего.

Твердотельное реле схема состоит из:

• системы контроля,
• устройства твердотельного реле,
• двигателя, насоса, сварочного аппарата, трансформатора или нагревателя.

Чтобы коммутировать индуктивную нагрузку с помощью твердотельного реле следует увеличить запас тока в 6-8 раз.

Принцип работы твердотельного реле состоит в замыкании или размыкании контактов, которые передают напряжение непосредственно на реле. Чтобы привести в действие контакты необходимо наличие активатора. Его роль в твердотельном реле выполняет полупроводник или твердотельный прибор. В устройствах которые работают при переменном токе это тиристор или симистор, а для приборов с постоянным током — транзистор.

Прибор, который характеризуется наличием ключевого транзистора, является твердотельным реле. Это, например, датчик движения или света, который с помощью транзистора осуществляет передачу напряжения.

Между напряжением в катушке и силовых контактах появляется действие гальванической развязки, которое исчезает в следствие наличия оптической цепи.

Преимущества и сфера использования твердотельного реле

Твердотельное реле часто заменяет обычные контактеры из-за большого количества преимуществ перед ними. Рассмотрим основные достоинства твердотельного реле:

1. Небольшое потребление энергии — из-за отсутствия электромагнитного разнесения, электромагнитное реле потребляет много электроэнергии, так как в твердотельном реле используется полупроводник, количество электроэнергии для его работы меньше на 90%.

2. Твердотельное реле малогабаритное устройство, это качество позволяет его легко транспортировать и устанавливать.

3. Данное устройство характеризуется высоким уровнем быстродействия и не требует ожидания для запуска.

4. Низкая шумопроизводительность — еще одно преимущество твердотельного реле перед контактерами.

5. Такие приборы отличаются более длительным сроком эксплуатации и не требуют дополнительного технического обслуживания.

6. Имеют большую сферу использования и подходят для разных приборов.

7. Твердотельное реле позволяет включать цепь не допуская помех электромагнитного характера.

8. Высокий уровень быстродействия позволяет избежать дребезга контактов во время работы устройства.

9. Твердотельное реле позволяет осуществить более миллиарда срабатываний.

10. Наличие надежной изоляции между цепями входа и коммутации повышает производительность прибора.

11. Реле отличается наличием компактной герметичной конструкции и стойкой вибрацией перед ударами.

Сфера использования твердотельного реле достаточно широкая. Их используют в том случае, если возникает необходимость в коммутации индуктивной нагрузки. Рассмотрим основные области применения данного устройства:

• система, в которой производится регулировка температуры при помощи тэна;
• чтобы поддержать постоянную температуру в технологическом процессе;
• для коммутирования цепи управления;
• при выполнении замены пускателей бесконтактного реверсного типа;
• управление электрическими двигателями;
• контроль нагрева, трансформаторов и других технических приборов;
• регулирование уровня освещения.

Разновидности твердотельных реле

Есть несколько разновидностей твердотельного реле, которые отличаются особенностями контролирующего и коммутируемого напряжения:

1. Твердотельные реле постоянного тока — используется при действии постоянного электричества в диапазоне от 3 до 32-х Вт. Характеризуется высокими удельными характеристиками, светодиодной индикацией, высокой надежностью. Большинство моделей имеют широкий диапазон рабочих температур от -30 до +70 градусов.

2. Твердотельные реле переменного тока отличается низким уровнем электромагнитных помех, отсутствием шума во время работы, низким потреблением электроэнергии и высокой скоростью работы. Рабочий интервал составляет 90-250 Вт.

3. Твердотельные реле с ручным управление, позволяют настраивать тип работы.

В соотношении с типом нагрузки выделяют:

• однофазное твердотельное реле,
• трехфазное твердотельное реле.

Однофазное реле позволяет коммутировать электричество в диапазоне 10-120 А, или в диапазоне 100-500 А. Фазовое управление осуществляется при помощи аналогового сигнала и переменного резистора. Трехфазные реле применяют для коммутации тока сразу на трех фазах одновременно. Они имеют рабочий интервал от 10 до 120 А. Среди трехфазных реле выделяют устройства реверсивного типа, которые отличаются маркировкой и бесконтактной коммукацией. Их функция состоит в надежной коммутации каждой цепи отдельно. Специальные устройства способны надежно защищать реле от ложных включений.

Они используются во время запуска и работы асинхронного двигателя, который производит их реверс. При выборе данного устройства необходимо соблюдать большой запас мощности тока, который безопасно и эффективно эксплуатирует устройство.

Чтобы избежать возникновения перенапряжений при использовании реле, следует обязательно приобрести варистор или предохранитель быстрого действия.

Трехфазные реле отличаются более длительным сроком эксплуатации, чем однофазные. Коммукация происходит в следствие перехода тока через ноль и светодиодную индикацию.

В соотношении с методом коммукации выделяют:

• устройства, выполняющие нагрузки емкостного типа, редуктивного типа, слабой индукции;
• реле со случайным или мгновенным включением, используются в том случае, когда требуется мгновенное срабатывание;
• реле с наличием фазового управления, позволяют производить настройку нагревательных элементов, ламп накаливания.

В соотношении с конструкцией твердотельные реле бывают:

• монтируемые на Д И Н рейки,
• универсальные, устанавливаемые на планки переходного типа.

Выбор и покупка твердотельного реле

Чтобы купить твердотельное реле, следует обратиться в специализированный магазин электроники, в котором опытные специалисты помогут подобрать устройство, в соотношении с необходимой мощностью.

Твердотельное реле цена определяется такими характеристиками:

• тип устройства,
• наличие крепежных элементов,
• материал, из которого изготовлен корпус,
• мгновенное или постепенное включение,
• наличие дополнительных функций,
• производитель,
• мощность,
• потребление электроэнергии,
• габариты прибора.

Во время покупки твердотельного реле, следует учесть один очень важный момент. Данные устройства должны работать с запасом мощности, который превышает мощность устройства в несколько раз. Если не придерживаться этого правила, при небольшом повышении мощности, прибор мгновенно выйдет из строя.

Рекомендуется использование специальных предохранителей, которые помогут избежать поломки реле.

Есть несколько разновидностей предохранителей:

• g R — используются во широком диапазоне мощностей, отличаются быстрым действием;
• g S — используются во всем диапазоне тока, защищаю элементы полупроводников от повышенных нагрузок электросети;
• a R — защищают элементы полупроводникового типа от возникновения коротких замыканий.

Такие устройства имеют достаточно высокую стоимость, которая приравнивается к стоимости самого реле, но они обеспечивают высокоэффективную защиту устройства от поломки.

Существуют другие предохранители, которые относятся к классу В, С и D. Они отличаются меньшим спектром защиты и более дешевой стоимостью.

Во время эксплуатации твердотельного реле, следует учесть, что данный прибор очень быстро нагревается. Если корпус устройства очень сильно нагрелся, то оно не способно коммутировать ток в обычном режиме, количество тока очень сильно снижается. Если температура нагрева достигнет 65 градусов, то прибор сгорит.

Поэтому во время использования реле обязательно требуется установка охлаждающего радиатора. И запас тока должен быть в три, четыре раза выше. Если производится регулировка двигателей асинхронного типа, то запас тока увеличивается в восемь-десять раз.

Особенности подключения твердотельного реле

Рекомендации по самостоятельному подключению твердотельного реле:

1. Соединения не требуют использования пайки, а осуществляются винтовым способом.

2. Чтобы избежать повреждения прибора нельзя допускать попадания в него пыли или элементов металлического происхождения.

3. Не разрешается прилагать недопустимые внешние воздействия на корпус устройства.

4. Не размещайте твердотельное реле рядом с легко воспламеняющимися предметами, а также не прикасайтесь к прибору, в то время когда он работает, чтобы избежать получения ожогов.

5. Перед включением реле следует убедиться в правильной коммутации соединений.

6. В случае нагрева корпусы выше 60 градусов, рекомендуется установка реле на радиатор охлаждения.

7. Чтобы избежать повреждения прибора нельзя допускать возникновения короткого замыкания на выходе.

 

Твердотельные реле. Устройство и работа. Виды и особенности

Для обеспечения подключения различных электрических устройств бесконтактным способом применяют твердотельные реле, которые стали популярными в промышленности. Они используются для создания надежного оборудования с малыми габаритами. Основным недостатком таких устройств называют их высокую стоимость.

Твердотельное реле обеспечивает связь между электрическими цепями высокого и низкого напряжения с помощью полупроводниковых элементов.

Принцип действия и особенности конструкции

Имеется множество исполнений моделей таких устройств, но по своей структуре они мало чем отличаются. Эти незначительные отличия не оказывают влияния на их принцип действия, так как он по сути дела один и тот же.

Разберемся в особенностях управления электроприборами с помощью твердотельного реле. От обычных реле они отличаются отсутствием механических замыкаемых и размыкаемых контактов. Вместо них в твердотельном реле используются полупроводниковые элементы, такие как транзистор, либо симистор.

Принцип работы реле состоит в размыкании и замыкании цепи, передающей напряжение. Это осуществляется активатором, то есть, твердотельным устройством. Вид силового элемента зависит от свойства тока, который может быть, как переменным, так и постоянным. Для постоянного тока применяются транзисторы, для переменного тока – тиристоры и симисторы.

Через транзистор проходит ток. Симистор может пропускать ток в обоих направлениях, так же, как и тиристор.

На вход подается электрический сигнал, далее он идет на оптическую развязку на основе светодиода. Оптическая развязка позволяет изолировать входную цепь от промежуточной и выходной цепи. Далее в действие вступает цепь триггера, которая обеспечивает управление переключением выхода твердотельного реле.

Цепь переключения подает напряжение на нагрузку, представленную транзистором, либо симистором. Цепь защиты необходима для надежности работы реле при разных нагрузках.

Виды твердотельных реле

Имеется множество разных видов таких реле, отличающихся своими особенностями напряжения коммутации и контроля:

• Реле постоянного тока применяются в сети постоянного напряжения в интервале 3-32 ватта, характерны повышенными удельными свойствами, индикаторами на светодиодах, повышенной надежностью. Многие модели способны работать в широком интервале рабочих температур: -30 +70 градусов.
• Реле переменного тока, имеют особенность в пониженном уровне электромагнитных помех, не создают шума при эксплуатации, малый расход электроэнергии, и высокое быстродействие. Диапазон мощности составляет от 90 до 250 ватт.
• Реле с управлением вручную, дают возможность самостоятельной настройки типа действия.

По виду нагрузки реле разделяют на:

• Однофазные.
• 3-фазные.

Однофазное исполнение дает возможность подключать электрический ток в интервале от 10 до 120 ампер, либо от 100 до 500 ампер. Управление производится аналоговым сигналом и сопротивлением переменного типа.

3-фазные исполнения используют для подключения тока одновременно на трех фазах. Они могут работать в диапазоне 10-120 ампер. Среди них есть устройства реверсивного вида, отличающиеся обозначением и бесконтактной коммутацией. Их задача заключается в осуществлении надежного подключения всех цепей по-отдельности.

Чтобы защитить реле от ложных срабатываний, применяют специальные устройства.

Они применяются при запуске и эксплуатации асинхронного электромотора. При выборе такого устройства нужно сделать необходимый запас мощности. Для защиты реле от перенапряжений также применяется предохранитель быстрого действия, либо варистор.

Реле трехфазного исполнения имеют срок службы больше, чем 1-фазные реле. Коммутация осуществляется после перехода тока через нулевую границу.

По методам коммутации реле делятся:

• Реле для емкостных и индуктивных нагрузок.
• Реле для мгновенных срабатываний, применяются при необходимости быстрого подключения.
• С фазным управлением, дающим возможность регулировки освещения, нагревательных элементов.

По конструктивным особенностям реле делятся:

• С возможностью монтажа на рейку DIN.
• Для переходных планок, универсальные.

Достоинства и недостатки

Благодаря такому принципу действия мы получаем ряд преимуществ и недостатков.

Преимущества

• Отсутствие каких-либо щелчков при переключении. Хотя отсутствие звуковой индикации для кого-то может быть и минусом.
• Полупроводниковые твердотельные реле не искрят, не дребезжат и механически не изнашиваются, благодаря чему получается срок службы как минимум десятки лет без какого-либо обслуживания.
• Благодаря свойствам полупроводниковых элементов, возможна коммутация с минимумом помех.
• Высокое быстродействие позволяет производить включение при переходе напряжения через ноль. А при выключении симистор закрывается не сразу, а ровно тогда, когда через ноль переходит ток, что тоже снижает уровень помех.
• Малый расход электрической энергии благодаря тому, что нет электромагнитной связи. Использование полупроводников позволяет снизить потребление электрической энергии на 90%.
• Твердотельные реле имеют небольшие габариты, что позволяет упростить его установку и транспортировку.
• Длительный срок работы, не требующий технического обслуживания устройства.
• Широкая сфера применения для различных типов устройств и приборов.
• Возможность осуществления большого количества срабатываний (более одного миллиарда).
• Обеспечивает надежную изоляцию цепей входа и силовых цепей между собой.
• Повышает производительность устройства.
• Механическая прочность выражается в герметичной конструкции, вибрационной и ударной стойкости.

Недостатки

Казалось бы, пора везде и всюду менять механические реле на твердотельные. Но не стоит торопиться. Есть здесь один подвох. На открытом полупроводниковом элементе падает на порядки большее напряжение, чем на замкнутых контактах обычного реле, а именно, около двух вольт. Казалось бы, ерунда, всего один процент от напряжения в розетке. Но, предположим, что мы управляем двухкиловаттным обогревателем, который потребляет ток около 10 ампер.

Какая же мощность тогда будет выделяться на хваленом твердотельном реле? Умножаем 10 на 2, и получаем целых 20 ватт. Без хорошего радиатора здесь, к сожалению, не обойтись. А какая мощность будет выделяться при коротком замыкании – вообще страшно представить. Полупроводники расплавятся моментально, намного быстрее, чем сработает обычный автоматический выключатель в распределительном щитке.

Спасти твердотельные реле от губительного влияния короткого замыкания смогут только быстродействующие предохранители. Кроме большого выделения тепла есть у твердотельного реле еще один недостаток. Помех оно излучает меньше, но при этом само боится помех. И для защиты от них параллельно полупроводниковому элементу подключается цепочка из резистора и конденсатора.

И даже когда полупроводниковый элемент закрыт, реле все равно пропускает ток в несколько миллиампер. Для электрообогревателя это конечно не страшно, а вот, например, компактная люминесцентная лампа может начать вспыхивать. Практически можно увидеть, как нагрев мешает применяемости твердотельного реле.

Сфера применения

Твердотельные реле применяются очень широко. Они работают там, где необходимо подключать индуктивную нагрузку. Основные области использования рассматриваемых реле:

• Системы с регулированием температуры нагревательными элементами.
• Поддержание одной температуры в процессах и технологиях промышленного производства.
• Подключение цепей управления.
• Заменяют магнитные пускатели реверсивного действия.
• Управление электродвигателями.
• Контроль температуры трансформаторов и других устройств.
• Регулировка уровня света.

Как выбрать твердотельные реле

Чтобы приобрести такой вид реле, рекомендуется посетить специализированный магазин электронных товаров. Там квалифицированные специалисты окажут помощь в подборе подходящего реле по всем параметрам.

При выборе рекомендуется учитывать такие свойства реле:

• Тип реле.
• Наличие креплений.
• Материал корпуса.
• Скорость работы.
• Наличие вспомогательных функций.
• Фирма изготовитель.
• Мощность.
• Расход электричества.
• Габаритные размеры.

Есть важный совет при покупке реле. Твердотельные реле рекомендуется устанавливать с запасом по мощности в несколько раз. В противном случае, даже небольшое превышение мощности выведет из строя реле.

Для защиты реле от неисправностей рекомендуется применять специальные предохранители. Имеется несколько видов предохранителей для защиты твердотельных реле:

• g R – применяются в широком интервале мощностей, имеют повышенное быстродействие.
• g S – применяются для любого тока, осуществляют защиту полупроводников от высоких нагрузок сети.
• a R – осуществляют защиту полупроводников от короткого замыкания.

Такие предохранители стоят недешево, их стоимость примерно равна цене самого реле. Однако это стоит того, так как они создают эффективную защиту реле от выхода из строя. Бывают и другие виды предохранителей, относящиеся к классам В, С, D. Они имеют отличия в том, что осуществляют защиту низкого качества, и меньшей ценой.

Во время работы твердотельные реле быстро нагреваются. При чрезмерном нагреве коммутация происходит с отклонением от нормального режима, ток снижается. При достижении 65 градусов, реле сгорает. Поэтому, для нормальной работы реле необходим радиатор охлаждения, а также запас по току в 3-4 раза больше номинала. При применении реле для регулирования скорости электродвигателей, запас по току следует повысить до 8-10 раз.

Похожие темы:

Разница между SSR и контактным реле | FAQ | Сингапур

Основное содержание

Вопрос

В чем разница между твердотельными реле и контактными реле?

В твердотельных реле

для бесконтактной работы используются полупроводники. Твердотельные реле не сильно отличаются в работе от контактных реле (электромагнитных реле).Однако твердотельные реле состоят из электронных частей без механических контактов. Следовательно, твердотельные реле обладают множеством функций, которые не включают в себя контактные реле.

Используйте оба реле в соответствии с назначением.

Основные характеристики твердотельного реле и контактного реле

Тема	Merit	Твердотельное реле	Merit	Контактное реле (электромагнитное реле)
Помехи и скачки напряжения	Да	Ничего	Обратный помпаж происходит при прекращении входного сигнала

Тема	Merit	Твердотельное реле	Merit	Контактное реле (электромагнитное реле)
Количество контактных полюсов		обычно	контактов	Да	Доступно несколько контактов
Ток нагрузки		Допускается в несколько раз более высокий ток разряда. И не имеют зоны действия, как небольшая нагрузка .		Требуется обработка, надежность контакта при работе с малым током при большом токе
Транзит		Возникновение разрушения или выхода из строя / болтовня	Да	Нет дребезга или дребезга		Имеются дребезги или дребезжание
Ток утечки		Несколько мкА и несколько мА	Да	Ноль
Шум / скачок		Шум произошел во время операции времени потери		Помпаж произошел при использовании индуктивной нагрузки
Дуга	Да	Ничего		Дуга возникла при средней и большой нагрузке
Ноль -крест функция	Да	Доступно 900 23		Недоступно
Срок службы	Да	Без ограничений		Приблизительно несколько миллионов раз

Экологические характеристики

Предмет	Merit	Твердотельное реле	Merit	Контактное реле (электромагнитное реле)
Температура		Требуется конструкция радиатора самонагрев полупроводникового прибора		Требуется материал корпуса и изменение режима работы .
Звук работы	Да	Ничего		Слышен звук контакта

Рекомендации по установке твердотельного реле

НАПРАВЛЯЮЩИЕ И ТЕРМИНАЛЫ

Для правильной работы твердотельного реле (SSR) необходим надлежащий радиатор, в том числе с учетом температуры и расхода воздуха. Необходимо, чтобы пользователь предоставил эффективные средства отвода тепла от корпуса SSR. Невозможно переоценить важность использования надлежащего радиатора, поскольку он напрямую влияет на максимальный полезный ток нагрузки и / или максимально допустимую температуру окружающей среды.Отсутствие внимания к этой детали может привести к неправильному переключению (зависанию) или даже полному разрушению SSR. До 90% проблем с SSR напрямую связаны с нагревом.

Все твердотельные реле выделяют тепло в результате прямого падения напряжения на переходе выходного устройства. За пределами определенной точки нагрев вызовет снижение (или снижение номинальных характеристик) тока нагрузки, с которым может справиться SSR. «Радиаторы» используются для отвода тепла от реле, что позволяет работать с более высокими токами.

При нагрузках менее 4 ампер обычно достаточно охлаждения за счет свободной конвекции или принудительных потоков воздуха вокруг устройства. Нагрузки более 4 ампер потребуют радиаторов.

Мы рекомендуем устанавливать наши блоки на радиаторы, указанные на веб-странице радиаторов и принадлежностей. Однако, когда это невозможно, и блоки необходимо установить на какой-либо другой объект радиатора, следует учитывать теплопроводность материала. Наши радиаторы примерно эквивалентны по теплоотдаче листу алюминия толщиной 1/8 ″ при указанных размерах:

S505-HEATSK-2.1 12 ″ X 12 ″

S505-HEATSK-1,5 15 ″ X 15 ″

S505-HEATSK-1.0 18 ″ X 18 ″

(При условии надлежащей вентиляции и температуры окружающей среды).

Для сравнения, для достижения того же эффекта потребуется в два раза больше стали и в четыре раза больше нержавеющей стали.

Блоки не следует устанавливать в закрытых помещениях без надлежащего воздушного потока. Блоки также никогда не следует устанавливать на пластиковую основу или на окрашенные поверхности.

Радиатор следует располагать ребрами в вертикальном положении, чтобы обеспечить беспрепятственный поток воздуха.Вертикальный монтаж способствует рассеиванию тепла, так как тепло может беспрепятственно подниматься от радиатора.

Любое твердотельное реле для монтажа на панели должно быть установлено на чистой, неокрашенной (неокрашенной) поверхности, не подверженной окислению.

Силиконовую (термическую) смазку необходимо нанести на металлическую основу реле перед установкой на металлическую поверхность. На теплопередачу влияет толщина термоэлемента, равномерность нанесения и то, насколько надежно реле прикреплено к радиатору.Мы предлагаем равномерно нанести слой Dow Corning 340 или его эквивалента толщиной 0,002 дюйма и затянуть оба крепежных винта SSR с крутящим моментом 10 дюйм-фунт. Обратите внимание, что более толстый слой термопаста фактически снижает теплопередачу.

Будьте осторожны при установке нескольких SSR в ограниченном пространстве. По возможности твердотельные реле следует устанавливать на отдельных радиаторах. Твердотельные реле, устанавливаемые на панели, никогда не должны эксплуатироваться без надлежащего теплоотвода или на открытом воздухе, так как они ТЕПЛИЧНО САМОРАЗРУГАЮТСЯ ПОД НАГРУЗКОЙ.

Простое практическое правило для контроля температуры — это вставить термопару под крепежный винт. Если базовая температура не превышает 45 градусов по Цельсию при нормальных условиях эксплуатации, SSR работает в оптимальной тепловой среде. Если эта температура превышена, необходимо либо улучшить тепловую способность реле с помощью радиатора, либо обеспечить больший поток воздуха через устройство с помощью вентилятора. В некоторых случаях может потребоваться выбор SSR с более высоким выходным током и соответствующее термическое снижение характеристик устройства.

Помните, что радиатор отводит тепло от твердотельного реле и передает это тепло воздуху в электрическом шкафу. В свою очередь, этот воздух должен циркулировать и передавать свое тепло окружающей среде. Обеспечение вентиляции и / или принудительной вентиляции — хороший способ добиться этого. Радиаторы всегда должны располагаться как минимум на один дюйм ниже, чтобы воздух мог попасть в оребренную зону радиатора. Над радиаторами всегда должно быть свободное пространство, чтобы теплый воздух мог выходить из зоны радиатора.Если над радиатором используются горизонтальные пластиковые лотки для проводов, то свободное пространство должно быть больше, чем глубина пластикового лотка. Например, если вы используете кабельные лотки глубиной 4 дюйма, оставьте над реле более 4 дюймов пустого пространства.

Все твердотельные реле могут работать на полной номинальной мощности (с надлежащим радиатором), однако настоятельно рекомендуется использовать их при мощности не более 80%, чтобы обеспечить запас безопасности в случае более высокого, чем ожидалось, напряжения. Температура, грязь на радиаторе и т. Д.

** Специальное примечание для однофазных реле, устанавливаемых на DIN-рейку **:

Эти устройства снабжены встроенным радиатором и должны быть установлены таким образом, чтобы обеспечить зазор 1 ″ (25 мм) между устройствами для лучшего воздушного потока. (правило 80% власти все еще применяется). Их можно установить друг напротив друга, если номинальные параметры концевых устройств в ряду уменьшены на дополнительные 10%, а номинальные характеристики средних модулей уменьшены на 10% больше, чем у конечных. Однако при использовании реле на DIN-рейке новой конструкции RV рекомендуемое пространство между блоками уменьшается до 0.18 дюймов, благодаря усовершенствованной тепловой конструкции. Таким образом, вы можете установить группу реле RV с шагом 0,18 дюйма, и они будут соответствовать своим характеристикам без дальнейшего снижения номинальных характеристик.

МЕРЫ ЗАЩИТЫ / ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ШУМ

SSR обычно не выходят из строя из-за электрических шумов, если только они не срабатывают в какой-то момент линейного цикла, когда может произойти чрезмерно сильный выброс тока. Обычно неисправность из-за шума носит временный характер, например включение, когда SSR должен быть выключен, и наоборот.

По самой своей природе шум трудно определить, поскольку он генерируется случайным образом отскока контактов, искрения электродвигателя и т. Д. Шум, более точно определяемый как электромагнитные помехи (EMI), влияет на SSR, подавая сигналы в чувствительные части. схемы, такой как SCR.

Встроенная демпферная RC-цепь на выходе эффективно снижает чувствительность к шуму, особенно на низких частотах. Это стандартно для реле переменного тока CII.

MOVs

Металлооксидный варистор был разработан примерно в то же время, что и SSR, и впоследствии стал надежным спутником SSR, обеспечивая столь необходимую защиту в некоторых из наиболее агрессивных сред.

MOV может использоваться следующим образом: через входящую линию для подавления внешних переходных процессов до того, как они попадут в систему; поперек нагрузки для подавления переходных процессов, создаваемых нагрузкой; или, чаще, через SSR, чтобы защитить его от всех переходных источников. В последнем случае MOV можно удобно установить на те же выходные клеммы SSR, что и проводка нагрузки.

MOV может эффективно использоваться для таких нагрузок, как трансформаторы и импульсные источники питания, где всплески, слишком быстрые для поглощения самим трансформатором, могут подаваться обратно в первичную обмотку (нагрузка SSR).Используемый в его рейтингах, MOV, скорее всего, переживет связанное с ним оборудование и обеспечит недорогую защитную страховку для SSR.

Введение в твердотельные реле

Когда мы думаем о реле, мы склонны думать о тех больших механических объектах, которые издают приятный «щелчок» при активации. Какими бы хорошими они ни были для релейных компьютеров, бывают случаи, когда вы не хотите иметь дело с шумом или ненадежностью движущихся частей. Здесь стоит подумать о твердотельных реле (SSR).Они переключаются быстрее, бесшумно, без дуг и дуг, служат дольше и не содержат большой индуктор.

Source Fotek SSR Specifications Sheet

SSR состоит из двух или трех стандартных компонентов, упакованных в модуль (вы даже можете построить один самостоятельно). Первый компонент — это оптопара, которая изолирует вашу цепь управления от сети, которой вы управляете. Во-вторых, симистор, выпрямитель с кремниевым управлением или полевой МОП-транзистор, который переключает сетевое питание с помощью выхода оптопары.Наконец, обычно (но не всегда) существует «схема обнаружения перехода через ноль». Это заставляет реле ждать, пока ток, которым оно управляет, не достигнет нуля, прежде чем отключиться. Большинство SSR аналогичным образом будут ждать, пока сетевое напряжение не пересечет нулевое напряжение, прежде чем включиться.

Если механическое реле включается или выключается около пикового напряжения при подаче переменного тока, происходит внезапное падение или повышение тока. Если у вас индукционная нагрузка, такая как электродвигатель, это может вызвать большой скачок переходного напряжения при выключении реле, поскольку магнитное поле, окружающее индуктивную нагрузку, разрушается.Переключение реле во время пика сетевого напряжения также вызывает электрическую дугу между выводами реле, изнашивая их и способствуя механическому выходу реле из строя.

При использовании SSR, который поддерживает обнаружение перехода через нуль, он будет поддерживать свое состояние до тех пор, пока форма выходного сигнала переменного тока сама не пересечет ноль. В этот момент он безопасно включается или выключается.

Затемнение с помощью SSR

Одним из недостатков такого поведения является то, что вы не можете легко использовать типичные SSR в качестве диммеров с широтно-импульсной модуляцией, несмотря на их относительно высокую скорость переключения.Каждый раз, когда вы пытаетесь контролировать время «включения» входного сигнала, обнаружение перехода через ноль будет ждать, пока сигнал переменного тока не пересечет ноль, перед переключением.

Другой тип SSR, называемый твердотельным реле «случайного включения», используется для регулирования яркости. Он работает так же, как и обычный SSR, за исключением того, что в нем нет схемы обнаружения перехода через ноль. Он просто включается всякий раз, когда получает сигнал. Это позволяет использовать только часть формы волны переменного тока для определенных типов нагрузок, таких как лампы или нагреватели.Тем не менее, он все еще ждет точки перехода через ноль сигнала переменного тока, прежде чем выключиться.

SSR выпускаются в вариантах переключения постоянного и переменного тока. Тип, который вам нужно использовать, зависит от типа переключаемого питания. В SSR постоянного тока для управления переключением обычно используются силовые MOSFET или транзисторы, а не симисторы или кремниевые выпрямители.

Одна особенность SSR переменного тока заключается в том, что измерение изменения сопротивления на выходе SSR при подаче сигнала на вход не даст очень полезной информации.Вы по-прежнему будете видеть высокое сопротивление на выходе. В данном случае мы измерили 22 кОм, что не позволило сделать вывод о корректной работе SSR. Стендовые испытания SSR перед использованием возможны с батареей 9 В и лампочкой (предупреждение в формате PDF).

Другие недостатки SSR

Другой потенциальный недостаток состоит в том, что SSR имеют более низкое сопротивление на выходных клеммах в выключенном состоянии по сравнению с механическими реле, а также некоторый ток утечки. Утечка обычно очень мала, но если вы измеряете выходной сигнал SSR, подключенного к сети, с помощью мультиметра, вы, скорее всего, зарегистрируете напряжение независимо от того, включен он или нет.

Из-за внутренней конструкции SSR они доступны только в однополюсной конфигурации с одним направлением (SPST). Однополюсный означает, что он может управлять только одной цепью, а однополюсный означает, что есть только два положения, в которых может находиться переключатель (одно включенное и одно выключенное состояние). Механические реле не имеют этого ограничения и доступны с несколькими полюсами и ходами.

SSR

выделяют больше тепла, чем эквивалентное механическое реле. Это связано с тем, что на полупроводниках внутри твердотельного реле возникает падение напряжения, тогда как механическое реле в активном состоянии является просто проводником. Важно для присоединения радиатора к твердотельным реле и обеспечения достаточного воздушного потока для любого приложения, потребляющего значительный ток. Подробную информацию о безопасности SSR см. В этом документе Omron (предупреждение в формате PDF). Он также предлагает некоторые полезные конструктивные особенности для различных типов нагрузки.

Когда твердое тело и механика объединяются

В некоторых ситуациях полезно использовать как SSR, так и механическое реле. Допустим, что основным недостатком твердотельных реле в конструкции является то, что они выделяют больше тепла, чем эквивалентное реле.Точно так же основным недостатком реле в конструкции является то, что они подвержены риску механического отказа из-за дуги между контактами при каждом включении.

В этом случае можно объединить две части параллельно с отдельными входами. Для его активации система управления сначала включает SSR. Это устанавливает ток через нагрузку. Затем система управления активирует реле, в котором не возникает дуги, поскольку оно по существу параллельно замкнутому переключателю.Наконец, после небольшой задержки, позволяющей реле отсканировать, SSR деактивируется. Теперь весь ток проходит через механическое реле. Это позволяет создать эффективный и надежный переключатель, снижая при этом требования к теплоотводу для SSR.

Приложение для быстрой проверки — Управление SSR с помощью ESP8266

У

SSR есть несколько причуд, но они кажутся жизнеспособной альтернативой механическим реле в современном модном Интернете коммутаторов. Я лучше сосредоточусь на интересных частях моих проектов автоматизации, чем на механических сбоях, и, честно говоря, все щелчки могут быть слишком сильными.Чтобы лучше познакомиться с SSR, я построил простую тестовую схему на основе Fotek SSR-40DA SSR. Принципиально он похож на этот проект коммутируемой розетки SSR.

В техническом описании указано, что они рассчитаны на ток до 40 ампер, хотя для этого требуется большой радиатор, вентиляция и оригинальные запчасти. В своем тесте я использую его для управления вентилятором мощностью 47 Вт от сети 220 В переменного тока, 50 Гц. Радиатор не был сочтен необходимым для этого быстрого теста, но я добавил предохранитель на один ампер на входе сети, чтобы предотвратить его случайное использование для чего-то большого.Когда у вас много проектов, легко забыть об ограничениях каждого из них через несколько месяцев.

Я подключил цифровой выход D0 ESP8266 напрямую к входам SSR. Чип был прошит NodeMCU и запрограммирован на переключение D0 при переключении емкостного сенсорного переключателя, и я заставил его изменить цвет светодиода состояния.

Первое, что я заметил, это то, что во время загрузки контакты на ESP8266 ненадолго поднимаются высоко.Это привело к активации SSR на короткое время во время запуска, что недопустимо! Это легко исправить, инвертируя сигнал аппаратно с помощью транзистора, а затем программно.

При нажатии кнопки вентилятор включался или выключался соответственно, а также световой индикатор на SSR. В целом это было очень просто, хотя я обязательно вытравлю плату должным образом и добавлю радиатор, прежде чем использовать ее при более высоких токах или в течение продолжительных периодов времени.

Моя электрическая проводка не имеет заземления.Это не из-за халатности, а потому, что я строю это во Вьетнаме, а в инфраструктуре этой страны нет заземления жилого помещения. Если у вас есть заземленная проводка в жилом помещении, воспользуйтесь этим, чтобы сделать вашу конструкцию более безопасной.

Хотя это тривиальный тест, я извлек два практических урока. Во-первых, проводка занимает гораздо больше места, чем я думал. Во-вторых, соблюдение безопасного расстояния между проводами, по которым идет сеть, и сигналом от ESP8266, требует некоторых размышлений с точки зрения конструкции корпуса (особенно для радиатора на SSR).Дело не только в том, чтобы запихнуть его в корпус, и если я не собираюсь печатать на 3D-принтере нестандартный, я, конечно, ошибусь в пользу чего-то большего и с отдельной секцией для компонентов высокого и низкого напряжения. Другими словами, не делайте этого:

Втиснуть случайно построенный проект в ящик — далеко не лучший подход.

Я также узнал, что емкостные сенсорные переключатели с подсветкой прекрасно вписываются в корпуса переключателей, выглядят довольно мило и вписываются в стену, если обрезать несколько кусочков пластика.В более поздних тестах кнопки нет рядом с реле. Он использует второй ESP8266, который отправляет UDP-пакет для управления реле, а также прослушивает UDP-пакеты, чтобы обновить состояние светодиода, если что-то еще выключит рассматриваемую систему. Работало нормально.

Когда он красный, у него есть определенный вид «Боюсь, я не позволю тебе сделать это, Дэйв».

Наконец, хочу отметить, что поддельные SSR очень распространены. Обычно они выходят из строя при токах, значительно меньших их номинальных, даже с правильными радиаторами.Хотя на самом деле мои SSR могут быть подлинными, я предполагаю, что они не настоящие, и буду использовать их при номинальных токах!

Твердотельные и электромеханические реле — контакторы и перегрузки

Твердотельное реле против электромеханического

Преимущества

Электромеханическое реле имеет меньшее сопротивление при коммутации тока (около 100 миллиом для ЭМИ по сравнению с 10 Ом для SSR).Это означает, что окружающего воздуха и корпуса достаточно для охлаждения ЭМИ, в то время как многие твердотельные реле требуют дополнительных радиаторов для защиты цепи.

EMR более универсален и надежен, поскольку он может переключать более высокие токи нагрузки и является хорошим универсальным решением для коммутации приложений.

Электромеханические реле более безопасны, потому что они имеют тенденцию выходить из строя при разомкнутой цепи, что означает отсутствие тока.С другой стороны, твердотельные реле имеют тенденцию выходить из строя, когда цепь замкнута, что означает, что ток течет беспрепятственно. При отказе ЭМИ снижается риск поражения электрическим током по сравнению с отказавшим твердотельным реле.

Недостатки

У электромеханических реле

ограниченный ожидаемый срок службы, поскольку все механические устройства со временем изнашиваются. Поскольку в нем нет движущихся частей, твердотельные реле потенциально могут работать бесконечно; однако транзисторы в SSR все еще могут выйти из строя из-за перегрева.

EMR имеет относительно низкое время переключения по сравнению с твердотельным реле: около 10-15 миллисекунд против <1 миллисекунды (для перемещения механической части требуется больше времени, чем для включения светодиода и активации светового датчика).

Более крупные контакты в EMR означают больший размер корпуса по сравнению с твердотельным реле.

.