Однофазные и трехфазные реле постоянного тока — принцип работы

Что такое твердотельное реле и как его правильно использовать

Во всех электрических цепях приходится включать и отключать приборы и устройства. Для этого используют коммутационные аппараты, это может быть, как простой выключатель или рубильник, так и реле, контакторы и т.д. Сегодня мы рассмотрим один из таких приборов — твердотельное реле, поговорим о том, что это такое, как выбрать и подключить в цепь управления нагрузкой.

Что это такое

Твердотельное реле — это устройство, построенное на полупроводниковых элементах и силовых ключах, таких как симисторы, биполярные или МОП-транзисторы. В англоязычных источниках твердотельные реле называют SSR от Solid State Relay (что в дословном переводе эквивалентно русскому названию).

Как и у электромагнитных реле и других коммутационных приборах они предназначены для управления слабым сигналом нагрузкой с бо́льшим напряжением или током.

Отличия от электромагнитных реле

Обычные реле, как и все электромагнитные коммутационные приборы работает следующим образом — есть катушка на которую подается ток от системы управления или кнопочного поста. В результате протекания тока через катушку возникает магнитное поле, которое притягивает якорь с контактной группой. После этого контакты замыкаются и по ним начинает протекать ток в нагрузку.

У твердотельных нет катушки управления и нет подвижной контактной группы. Что внутри твердотельного реле вы можете видеть ниже. В нём, как было сказано выше, вместо силовых контактов используются полупроводниковые ключи: транзисторы, симисторы, тиристоры и другие в зависимости от сферы применения (правая часть фотографии).

Это есть главное отличие полупроводникового реле от электромагнитного. В связи с этим у твердотельного значительно больше срок службы, поскольку нет механического износа контактной группы, также стоит отметить что и быстродействие полупроводниковых реле выше, чем у электромагнитных.

Кроме отсутствия механического износа нет и искр или дуг при коммутации, как и звуков от ударов контактов при переключении. Кстати если нет искр и дуговых разрядов при коммутации – твердотельные реле могут работать во взрывоопасных помещениях.

Сравнение

Плюсы у твердотельных реле по сравнению с электромагнитными следующие:

2. Есть данные о том, что их наработка на отказ порядка 10 миллиардов переключений, что в 1000 и более раз превышает ресурс электромагнитных реле.

3. Если для электромагнитных реле импульсные перенапряжения практически не страшны, то электронная схема полупроводникового реле в большинстве случаев выходит из строя, если не было принято схемотехнических решений по ограничению этих импульсов. Поэтому сравнивать эти приборы по количеству переключений не всегда корректно.

4. Быстродействие полупроводниковых реле составляет доли и единицы миллисекунд, тогда как у электромагнитного от 50 мс до 1 с.

5. Энергопотребление на 95% ниже чем потребление катушки электромагнитных аналогов.

Однако эти плюсы прикрывается рядом недостатков:

Полупроводниковые реле греются во время работы. В тепло выделяется мощность равная произведению падения напряжения на силовом ключе (порядка 2 вольт) на силу тока через него протекающего;

При перегрузке и коротких замыканиях есть высокая вероятность выхода из строя силового ключа, перегрузочная способность обычно составляет 10In в течении 10 мс — одного периода в сети с частотой 50 Гц (может отличаться в зависимости от используемых компонентов);

Автоматический выключатель, скорее всего, не успеет сработать прежде, чем реле выйдет из строя при КЗ;

При импульсных перенапряжениях (скачки напряжения) – срок службы твердотельного реле может закончится моментально.

У твердотельных реле есть ток утечки (до 7-10 мА) в связи с этим, если они стоят в цепи управления, например, светодиодных светильников — последние будут мигать аналогично ситуации с выключателем с подсветкой. Соответственно на фазном проводе будет напряжение даже когда реле отключено!

В следующей таблице приведены общие характеристики твердотельных реле серий TSR (трёхфазных) и SSR (однофазных) от производителя «FOTEK» (кстати одни из самых распространенных). В принципе у других производителей характеристики продукции будут похожими или такими же.

Сопротивление изоляции>50 МОм/500В DC
Электрическая прочность изоляции вход/выходВыдерживает 2,5 кВ АС в течение 1 минуты
Ток срабатыванияНе более 7.5 мА
Перегрузочная способностьДо 10 номинальных токов в течение 10 мс
Метод коммутацииПри переходе через ноль (в моделях для переменного тока) или мгновенно через оптрон (для постоянного тока)
Встроенная защитаВ серии SSR-F есть сменный предохранитель

Виды

Твердотельное реле можно классифицировать:

По роду тока (постоянный или переменный);

По силе тока (маломощные, силовые);

По способу монтажа;

По количеству фаз;

По типу управляющего сигнала (постоянным или переменным током, аналоговый вход для управления переменным резистором, в цепь 4-20 мА и т.д.).

По типу переключения – коммутация при переходе напряжения через ноль (в цепях переменного тока), или коммутация по управляющему сигналу (для регулировки мощности, например).

Итак, по количеству фаз бывают одно- и трехфазное реле. А вот типов, управляющих сигналов гораздо больше. В зависимости от внутреннего устройства твердотельные реле могут управляться как постоянным напряжением, так и переменным.

Наиболее распространены твердотельное реле, которые управляются постоянным напряжением в диапазоне от 3 до 32 Вольт. При этом величина управляемого напряжения должно находиться в этом диапазоне, а не быть равной какой-то конкретной величине из него, что очень удобно при интеграции в системы с различным напряжением.

Также встречаются полупроводниковые реле, для управления которыми используется аналоговый сигнал:

0-10 вольт постоянного тока;

Переменным резистором 470-560 кОм.

При этом такими реле можно регулировать мощность на подключенном приборе, по принципу фазового управления. Такой же принцип регулировки используется в бытовых диммерах для освещения.

В таблице ниже вы видите виды сигналов управления твердотельных реле с фазовым методом управления от компании IMPULS.

Обратите внимание на последние буквы маркировки (LA, VD, VA), у большинства производителей они одинаковы, и говорят, как раз, о типе сигнала.

Как уже было сказано, в реле с фазовым управлением, в зависимости от величины управляющего сигнала изменяется напряжение на выходе, что отображено на графике ниже.

Распознать такое реле можно по условному изображению возле входных клемм, например, на фото ниже видно, что ко входу подключается переменный резистор 470-560 кОм.

Есть и твердотельные реле с сигналом управления от сети переменного тока 220В, как изображено ниже. Они подходят для использования в качестве замены маломощных контакторов или электромагнитных реле.

Маркировка и тип управления

Для определения «фазности» реле используют символы в начале маркировки:

Что эквивалентно однополюсным и трёхполюсным коммутационным приборам.

Сила тока также шифруется, например, FOTEK указывает её в виде: Pxx

Где «хх» – это сила тока в амперах, например, P03 – 3 ампера, а P10 – 10 ампер.

Если в маркировке есть буква H – то это реле предназначено для коммутации повышенного напряжения.

В маркировке данные о типе управления указаны в последних символах, она может отличаться у разных производителей, но зачастую она имеет такой вид и значение (данные собраны по разным производителям):

VA – переменный резистор 470-560кОм/2Вт (фазовое управление);

LA – аналоговый сигнал 4-20мА (фазовое управление);

VD – аналоговый сигнал 0-10V DC (фазовое управление);

ZD – управление 10-30V DC (коммутация при переходе через ноль);

ZD3 – управление 3-32V DC (коммутация при переходе через ноль);

ZA2 – управление 70-280V AC (коммутация при переходе через ноль);

DD3 – управление сигналом 3-32V постоянного тока цепью постоянного тока (коммутация напряжения постоянного тока);

DA – управление сигналом постоянного тока, коммутация цепи переменного тока.

AA – управление сигналом переменного тока (220В), коммутация цепи переменного тока.

Проверим это на практике, допустим вы столкнулись с таким изделием как на рисунке ниже, и хотите узнать, что оно собой представляет.

Если внимательно изучить надписи возле клемм для подключения проводов уже станет ясно, что это реле для управления цепями переменного тока от 90 до 480 вольт, при этом управление происходит также переменным током с напряжением от 80 до 250 вольт.

Если же видна только маркировка, то: «SSR» – однофазное; «-10» – номинальная сила тока 10 ампер; «АА» – управление переменным током, коммутация переменного тока; «H» – для коммутации повышенного напряжения в силовой цепи — до 480В (если бы H не было, то было бы до 380-400В).

И для закрепления и лучшего понимания изучите следующую таблицу с маркировками и характеристиками твердотельных реле.

Устройство

Внутренняя схема твердотельного реле зависит от того на какой ток оно рассчитано (постоянный или переменный) и вида сигнала управления им. Рассмотрим некоторые из них.

Начнем с реле, которое управляется постоянным током и коммутируется при переходе через ноль. Иногда их называют «твердотельное реле Z-типа».

Здесь контакты 3-4 – это вход управляющего сигнала, в котором используется управление с помощью оптопары, которая служит для гальванической развязки входных и выходных цепей.

Блок контроля перехода через 0, или как его называют Zero Cross Circuit – отслеживает фазу напряжения в питающей сети и когда оно переходит через ноль производит коммутацию цепи (включение или отключение). Такой способ также называют Zero Voltage Switch, он позволяет снизить броски тока при включении (так как напряжение в этот момент равняется нулю) и всплески ЭДС-самоиндукции при отключении нагрузки.

Подходит для управления резистивной, емкостной и индуктивной нагрузкой. Не подходит для управления высокоиндуктивной нагрузкой (при cosФ

Поделитесь этой статьей с друзьями:

Вступайте в наши группы в социальных сетях:

Модульные однофазные реле контроля тока с интегрированным токовым трансформатором

Модульные однофазные реле контроля тока с интегрированным токовым трансформатором.

Реле тока предназначены для сигнализации превышения тока в контролируемой цепи. Эти устройства также используются для защиты цепей и источников питания от перегрузки и короткого замыкания. Реле тока измеряют его величину в контролируемой цепи и срабатывают при превышении установленного значения.

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ

Реле тока представляет собой устройство (как правило, электромагнитное или электронное), реагирующее на превышение контролируемой величины во входной цепи. При превышении установленной величины выходные контакты переключаются, и этот сигнал используется для управления цепями сигнализации или устройствами силовой коммутации (отключения нагрузки). При снижении тока ниже установленного значения, реле тока возвращается в исходное состояние, и его выходной сигнал обрабатывается цепями автоматики, управляющей силовыми цепями.

Рассмотрим реле тока с интегрированным токовым трансформатором различных производителей.

Реле с интегрированным токовым трансформатором, позволяет протянуть через переднюю панель изделия провод, в котором происходит замер тока. От провода с контролируемым переменным током осуществляется питание реле.

Схема подключения у всех реле данного типа одна.


Выгодой в данном случае является универсальное напряжение питания устройства.

Реле РТ-15М предназначено для контроля тока в электрических цепях. Срабатывание реле происходит с регулируемой временной задержкой при величине тока выше установленного значения.

Если измеренное значение тока превысит установленное пороговое значение, исполнительное реле включится после отсчета установленной потенциометром “t” выдержки времени. При снижении тока до значения 0,9 Iуст,реле выключается без задержки. Если во время этого отсчета значение тока вернется в пределы установленных значений, работа будет продолжена без переключения исполнительного реле. Величина тока срабатывания устанавливается потенциометром “порог” в пределах 10. 100% от максимального значения тока.

2,5. 25А, 4. 40А, 10. 100А 50Гц

Особенности: Питание осуществляется от провода с контролируемым переменным током, который пропускается через боковое отверстие в корпусе реле.

Реле приоритета нагрузки РПН-1 (Санкт-Петербург)

Реле приоритета РПН-1 позволяют ограничивать потребление электроэнергии в электрических системах с лимитированной максимальной мощностью. В течение определенного времени измеряется суммарный ток электрической системы и в том случае, если потребление электроэнергии превысит заданное значение, то реле приоритета отключит неприоритетную нагрузку.

Диапазон измерения тока (по исполнениям)

Рассмотрим реле тока с интегрированным токовым трансформатором в которых питание гальванически изолировано от измерительного контура.

Эта конструкция снижает тепловые потери изделия по сравнению с изделиями со встроенным шунтом, а также повышает токовый диапазон и гальванически изолирует замеряемый участок.

Реле контроля PRI-32 предназначено для контроля уровня токав однофазныз AC цепях. Плавная настройка подаваемого тока позволяет использовать реле в аппликациях c необходимостью индикации проходящего тока, используется также как реле выбора. Выходное реле в нормальном состоянии разомкнуто. При превышении настроенного уровня силы тока реле замкнется. Выгодой в данном случае является универсальное напряжение питания.

  • Диапазон измерения тока: 1-20A AC
  • универсальное напряженеи питания: AC 24 – 240 V и DC 24 V
  • питание гальванически изолировано от контура замера
  • превышение тока – ток, проходящим по контрольному проводу не должен кратковременно превышать 100 А
  • выходные контакты 1x переключ. 8 A

Реле PRI-52 служит для контроля силы тока в монофазовых AC цепях. Плавная настройка обеспечивающего тока предназначает реле для многих и разных электроинсталляций. Реле выхода в нормальном состоянии выключено. При превышении заданного уровня тока реле после настроенной задержи замкнет. При возвращении из состояния ошибки в нормальное состояние проявляется гистерезис . Диапазон PRI-52 можно увеличит с помощью внешнего токового трансформатора. Выгодой для PRI-52 является расположение отверстие для проходящего провода под уровнем покрытия в распредщите – проходящий провод таким образом не досягаем для неподходящих манипуляций в рапредщите .

  • можно использовать для регистрации силы тока до 600A с внешнего токового трансформатора
  • плавная настройка обеспечивающего тока – диапазон AC 0.5 . 25A
  • плавная настройка задержки потенциометром – настраиваемая в диапахоне 0.5 . 10с
  • напряжение питания AC 230 V; выходной контакт 1x переключ.8 A (AC1)

Реле контроля тока РТ-40У предназначено для выдачи управляющего сигнала при превышении измеряемого тока выше установленного значения. Реле контроля тока служит для контроля перегрузок станков, электродвигателей или другого электрооборудования, для контроля потребления, максимальной токовой защиты, диагностики удаленного оборудования (замыкание, пониженное или повышенное потребление тока). Диапазон измерений можно расширить с помощью стандартного токового трансформатора.

  • Три диапазона измерения тока (0.1-1А, 0.5-5А и 2.5-25А)
  • Порог срабатывания регулируется от 10 до 100% максимального значения тока диапазона (1А, 5А или 25 А)
  • Большая перегрузочная способность в длительном режиме в соответсвии с диапазоном (1А – до 4А, 5А – до 15А, 25А – до 400А)
  • Задержка срабатывания исполнительного реле регулируется от 0,2 с до 20 с
  • 1 переключающий контакт 16А, 250 В

Реле тока RM17JC (Schneider Electric)

Реле RM17 JC00MW предназначено для контроля повыш енного тока (сверхтока). Если уровень тока превышает порог срабатывания, установленный на лицевой панели реле, контакты прибора замыкаются и размыкаются, когда уровень тока опускается ниже величины, которая рассчитывается как порог срабатывания минус гистерезис. При соединении клеммы Y1 с клеммой A1 (+), действие выхода реле становится обратным. Таким образом, контакты реле размыкаются если уровень тока превыш ает порог срабатывания, установленный с лицевой панели реле, и замыкаются, когда уровень опускается ниже величины гистерезиса.

  • напряжение питания: 24-240 V AC, 24 V DC
  • диапазона измерения тока: 2. 20 А
  • 1 перекидной контакт, 5А

Остальные токовые реле:

Наша компания представила вам обзор реле тока с интегрированным токовым трансформатором отечественного производства и зарубежных производителей. С каждым годом используется все более мощные электроприборы и техника, в связи с чем совершенствуется и электротехническая продукция для защиты электросетей. Чтобы не допустить выхода из строя дорогой электроники и электротехники в сети с недопустимыми параметрами, ее лучше отключить, и сигнал для этого выдает реле тока.

Твердотельное реле: виды, практическое применение, схемы подключения

Классические пускатели и контакторы постепенно уходят в прошлое. Их место в автомобильной электронике, бытовой технике и промышленной автоматике занимает твердотельное реле – полупроводниковое устройство, в котором отсутствуют какие-либо подвижные части.

Приборы имеют различные конструкции и схемы подключения, от которых зависят их сферы применения. Прежде чем использовать устройство, необходимо разобраться в его принципе действия, узнать об особенностях функционирования и подключения разных видов реле. Ответы на обозначенные вопросы подробно изложены в представленной статье.

Устройство твердотельного реле

Современные твердотельные реле (ТТР) представляют собой модульные полупроводниковые приборы, являющиеся силовыми электропереключателями.

Ключевые рабочие узлы этих устройств представлены симисторами, тиристорами или транзисторами. ТТР не имеют подвижных частей, чем отличаются от электромеханических реле.

Внутреннее устройство этих приборов может сильно различаться в зависимости типа регулируемой нагрузки и электрической схемы.

Простейшие твердотельные реле включают такие узлы:

  • входной узел с предохранителями;
  • триггерная цепь;
  • оптическая (гальваническая) развязка;
  • переключающий узел;
  • защитные цепи;
  • узел выхода на нагрузку.

Входной узел ТТР представляет собой первичную цепь с последовательно подключенным резистором. Предохранитель в эту цепь встраивается опционально. Задача узла входа – принятие управляющего сигнала и передача команды на коммутирующие нагрузку переключатели.

При переменном токе для разделения контролирующей и основной цепи применяют гальваническую развязку. От её устройства во многом зависит принцип работы реле. Ответственная за обработку входного сигнала триггерная цепь может включаться в узел оптической развязки или располагаться отдельно.

Защитный узел препятствует возникновению перегрузок и ошибок, ведь в случае поломки прибора может выйти из строя и подключенная техника.

Основное предназначение твердотельных реле – замыкание/размыкание электрической сети с помощью слабого управляющего сигнала. В отличие от электромеханических аналогов, они имеют более компактную форму и не производят в процессе работы характерных щелчков.

Принцип работы ТТР

Работа твердотельного реле довольно проста. Большинство ТТР предназначено для управления автоматикой в сетях 20-480 В.

При классическом исполнении в корпус прибора входит два контакта коммутируемой цепи и два управляющих провода. Их количество может изменяться при увеличении количества подключенных фаз. В зависимости от наличия напряжения в управляющей цепи, происходит включение или выключение основной нагрузки полупроводниковыми элементами.

Особенностью твердотельных реле является наличие небесконечного сопротивления. Если контакты в электромеханических устройствах полностью разъединяются, то в твердотельных отсутствие тока в цепи обеспечивается свойствами полупроводниковых материалов.

Поэтому при повышенных напряжениях возможно появление небольших токов утечки, которые могут негативно сказаться на работе подключенной техники.

Классификация твердотельных реле

Сферы применения реле разнообразны, поэтому и их конструктивные особенности могут сильно отличаться, в зависимости от потребностей конкретной автоматической схемы. Классифицируют ТТР по количеству подключенных фаз, виду рабочего тока, конструктивным особенностям и типу схемы управления.

По количеству подключенных фаз

Твердотельные реле используются как в составе домашних приборов, так и в промышленной автоматике с рабочим напряжением 380 В.

Поэтому эти полупроводниковые устройства, в зависимости от количества фаз, разделяются на:

Однофазные ТТР позволяют работать с токами 10-100 или 100-500 А. Их управление производится с помощью аналогового сигнала.

Трехфазные твердотельные реле способны пропускать ток в диапазоне 10-120 А. Их устройство предполагает реверсивный принцип функционирования, который обеспечивает надежность регуляции одновременно нескольких электрических цепей.

Часто трехфазные ТТР используются для обеспечения работы асинхронного двигателя. В его электросхему управления обязательно включаются быстрые предохранители из-за высоких пусковых токов.

По виду рабочего тока

Твердотельные реле нельзя настроить или перепрограммировать, поэтому они могут нормально работать только при определенном диапазоне электропараметров сети.

В зависимости от потребностей ТТР могут управляться электроцепями с двумя видами тока:

Аналогично можно классифицировать ТТР и по виду напряжения активной нагрузки. Большинство реле в бытовых приборах работают с переменными параметрами.

Устройства с постоянным управляющим током характеризуются высокой надежностью и используют для регуляции напряжение 3-32 В. Они выдерживают широкий диапазон температур (-30..+70°С) без значительного изменения характеристик.

Реле, регулирующиеся переменным током, имеют управляющее напряжение 3-32 В или 70-280 В. Они отличаются низкими электромагнитными помехами и высокой скоростью срабатывания.

По конструктивным особенностям

Твердотельные реле часто устанавливают в общий электрощит квартиры, поэтому многие модели имеют монтажную колодку для крепления на DIN-рейку.

Кроме того, существуют специальные радиаторы, располагающиеся между ТТР и опорной поверхностью. Они позволяют охлаждать прибор при высоких нагрузках, сохраняя его рабочие характеристики.

Между реле и радиатором рекомендуется наносить слой термопасты, который увеличивает площадь соприкосновения и увеличивает теплоотдачу. Существуют и ТТР, предназначенные для крепления к стене обычными шурупами.

По типу схемы управления

Не всегда принцип работы регулируемой реле техники требует его мгновенного срабатывания.

Поэтому производители разработали несколько схем управления ТТР, которые используются в различных сферах:

  1. Контроль «через ноль». Такой вариант управления твердотельным реле предполагает срабатывание только при значении напряжения, равном 0. Используется в устройствах с емкостной, резистивной (нагреватели) и слабой индуктивной (трансформаторы) нагрузкой.
  2. Мгновенное. Используется при необходимости резкого срабатывания реле при подаче управляющего сигнала.
  3. Фазовое. Предполагает регулирование выходного напряжения методом изменения параметров управляющего тока. Применяется для плавного изменения степени нагрева или освещения.

Твердотельные реле различаются и по многим другим, менее значимым, параметрам. Поэтому при покупке ТТР важно разобраться в схеме работы подключаемой техники, чтобы приобрести максимально соответствующее ей регулировочное устройство.

Обязательно должен быть предусмотрен запас мощности, потому что реле имеет эксплуатационный ресурс, который быстро расходуется при частых перегрузках.

Преимущества и недостатки ТТР

Твердотельные реле не зря вытесняют с рынка обычные пускатели и контакторы. Эти полупроводниковые приборы обладают множеством преимуществ перед электромеханическими аналогами, которые заставляют потребителей останавливать выбор именно на них.

К таким достоинствам относят:

  1. Низкое потребление электроэнергии (на 90% меньше).
  2. Компактные габариты, позволяющие монтировать устройства в ограниченном пространстве.
  3. Высокая скорость запуска и отключения
  4. Пониженная шумность работы, отсутствуют характерные для электромеханического реле щелчки.
  5. Не предполагается техническое обслуживание.
  6. Длительный срок службы благодаря ресурсу в сотни миллионов срабатываний.
  7. Благодаря широким возможностям по модификации электронных узлов, ТТР имеют расширенные сферы применения.
  8. Отсутствие электромагнитных помех при срабатывании.
  9. Исключается порча контактов вследствие их механического удара.
  10. Отсутствие прямого физического контакта между цепями управления и коммутации.
  11. Возможность регулирования нагрузки.
  12. Наличие в импульсных ТТР автоматических цепей, защищающих от перегрузок.
  13. Возможность использования во взрывоопасных средах.

Указанных преимуществ твердотельных реле не всегда достаточно для нормальной работы оборудования. Именно поэтому они ещё не полностью вытеснили электромеханические контакторы.

ТТР имеют и недостатки, которые не позволяют им использоваться во многих случаях.

К минусам относят:

  1. Невозможность работы большинства устройств с напряжениями свыше 0,5 кВ.
  2. Высокая стоимость.
  3. Чувствительность к высоким токам, особенно в пусковых цепях электродвигателей.
  4. Ограничения по использованию в условиях повышенной влажности.
  5. Критическое снижение рабочих характеристик при температурах ниже 30°С мороза и выше 70°С тепла.
  6. Компактный корпус приводит к избыточному нагреву устройства при стабильно высоких нагрузках, что требует применения специальных устройств пассивного или активного охлаждения.
  7. Возможность расплавления устройства от нагрева при коротком замыкании.
  8. Микротоки в закрытом состоянии реле могут быть критическими для работы оборудования. Например, подключенные в сеть люминесцентные лампы могут периодически вспыхивать.

Таким образом, твердотельные реле имеют определенные сферы применения. В цепях высоковольтного промышленного оборудования их использование резко ограничено из-за несовершенных физических свойств полупроводниковых материалов.

Однако в бытовой технике и автомобильной промышленности ТТР занимают прочные позиции за счет своих положительных свойств.

Возможные схемы подключений

Схемы подключения твердотельных реле могут быть самые разнообразные. Каждая электрическая цепь строится, исходя из особенностей подключаемой нагрузки. В схему могут добавляться дополнительные предохранители, контроллеры и регулирующие устройства.

Далее будут представлены наиболее простые и распространенные схемы подключения ТТР:

  • нормально-открытая;
  • со связанным контуром;
  • нормально-закрытая;
  • трехфазная;
  • реверсивная.

Нормально-открытая (разомкнутая) схема – реле, нагрузка в котором находится под напряжением при наличии управляющего сигнала. То есть подключенная техника оказывается в отключенном состоянии при обесточенных входах 3 и 4.

Нормально-замкнутая схема – подразумевается реле, нагрузка в котором находится под напряжением при отсутствии управляющего сигнала. То есть подключенная техника оказывается в рабочем состоянии при обесточенных входах 3 и 4.

Существует схема подключения твердотельного реле, в которой управляющее и нагрузочное напряжение одинаково. Такой способ можно использовать одновременно для работы в сетях постоянного и переменного тока.

Трехфазные реле подключаются несколько по иным принципам. Контакты могут соединяться в вариантах «Звезда», «Треугольник» или «Звезда с нейтралью».

Реверсные твердотельные реле применяются в электродвигателях в соответствующем режиме. Они изготавливаются в трехфазном варианте и включают два контура управления.

Собирать электрические цепи с ТТР необходимо только после их предварительной прорисовки на бумаге, потому что неверно подключенные устройства могут выйти из строя из-за короткого замыкания.

Практическое применение устройств

Сфера использования твердотельных реле довольно обширна. Из-за высокой надежности и отсутствия потребности в регулярном обслуживании их часто устанавливают в труднодоступных местах оборудования.

Основными же сферами применения ТТР являются:

  • система терморегуляции с применением ТЭНов;
  • поддержание стабильной температуры в технологических процессах;
  • контроль работы трансформаторов;
  • регулировка освещения;
  • схемы датчиков движения, освещения, фотодатчиков для уличного освещения и т.п.;
  • управление электродвигателями;
  • источники бесперебойного питания.

С увеличением автоматизации бытовой техники твердотельные реле приобретают все большее распространение, а развивающиеся полупроводниковые технологии постоянно открывают новые сферы их применения.

При желании, собрать твердотельное реле можно собственноручно. Подробная инструкция представлена в этой статье.

Выводы и полезное видео по теме

Представленные видеоролики помогут лучше понять работу твердотельных реле и ознакомиться со способами их подключения.

Практическая демонстрация работы простейшего твердотельного реле:

Разбор разновидностей и особенностей работы твердотельных реле:

Тестирование работы и степени нагрева ТТР:

Смонтировать электрическую цепь из твердотельного реле и датчика может практически каждый человек.

Однако планирование рабочей схемы требует базовых знаний в электротехнике, потому что неправильное подключение может привести к удару током или короткому замыканию. Зато в результате правильных действий можно получить массу полезных в быту приборов.

Есть, что дополнить, или возникли вопросы по теме подключения и применения твердотельных реле? Можете оставлять комментарии к публикации, участвовать в обсуждениях и делиться собственным опытом использования таких устройств. Форма для связи находится в нижнем блоке.

Твердотельное реле. Устройство, принцип работы и применение.

Твердотельное реле (ТТР) — это устройство, предназначенное для коммутации силовой нагрузки. Функционально оно ничем не отличается от обычного электромагнитного реле , но имеет другое устройство, характеристики и принцип действия. Этими особенностями обусловлены сферы, в которых использование твердотельных реле предпочтительнее, чем электромагнитных. Обо всём об этом далее по тексту…

Устройство и принцип работы

Твердотельное реле, как уже было сказано, предназначено для включения/выключения внешней нагрузки. Для этого оно имеет выходной контакт, который замыкается при подаче управляющего напряжения.

Однако, в отличие от электромагнитного реле, где выходной контакт — это два реальных металлических проводника, выходные контакты твердотельного реле выполнены на основе полупроводниковых компонентов (транзисторов, тиристоров или симисторов), то есть его выход — это электронный ключ.

Поскольку электронный ключ не может иметь нормально закрытое состояние, выход твердотельного реле всегда нормально-открытый.

Твердотельное реле имеет гальваническую развязку, то есть управляющая и коммутируемая цепи не связаны между собой электрически. Управляющий сигнал передаётся на электронный ключ с помощью встроенного оптрона.

Особенности твердотельного реле

  1. Меньшие габариты по сравнению с «электромагнитным собратом»
  2. Бесшумное переключение и работа
  3. Высокая надёжность и долгий срок службы
  4. Высокая скорость переключения (сравнима со скоростью света)
  5. Отсутствие эффекта искрения и подгорания контактов
  6. Сравнительно высокая стоимость
  7. Более чувствительны к перегрузкам, поэтому должны выбираться с большим коэффициентом запаса (2-4 раза для обычных нагрузок и 6-11 раз для устройств с большими пусковыми токами).

Характеристики твердотельного реле

  1. Тип управляющего напряжения. Это может быть постоянный или переменный ток. Так же стоить обратить внимание на диапазон управляющих напряжений. Например, для постоянного тока это может быть 3-32 В, а для переменного 80 -250 В.
  2. Тип коммутируемого напряжения. Аналогично управляющему напряжению может быть постоянным и переменным. Минимальные и максимальные значения коммутируемого напряжения также указываются в паспорте устройства.
  3. Максимальный ток нагрузки — выбирается сообразно с мощностью предполагаемой нагрузки.
  4. Количество фаз коммутируемого переменного напряжения — одно- или трёхфазные.

Области применения твердотельных реле

Исходя из принципа работы и особенностей твердотельных реле, можно сказать, что они применяются в тех случаях, когда требуется большое количество включений/выключений нагрузки за короткое время (высокая частота переключений). В таких системах обычные реле быстро вырабатывают свой ресурс и выходят из строя.

Твердотельные реле часто применяют для включения индуктивной нагрузки (например ТЭНы).

Кроме того, малые габариты и бесшумная работа, тоже могут стать причиной установки твердотельных реле.

Однако, не стоит забывать, что такие реле дороже, поэтому если можно обойтись обычным электромагнитным реле, лучше так и сделать

Твердотельное реле постоянного тока

Используется для коммутации цепей постоянного тока. Как правило выдерживают достаточно широкий диапазон коммутируемого напряжения (порядка 5 — 230 В). В качестве электронного ключа используется транзистор.

Твердотельное реле переменного тока

Предназначены для коммутации цепей переменного тока. В качестве электронного ключа используется симистор или тиристор. Бывают однофазные и трёхфазные версии таких реле.

Реле твердотельное однофазное

Предназначено для коммутации однофазной нагрузки. Схема подключения похожа на схему в случае реле постоянного тока.

Реле твердотельное трёхфазное

Используются для коммутации трёхфазной нагрузки (например электродвигателей).

На входные контакты реле «приходят» три фазы питания, а при подаче управляющего сигнала эти фазы «появляются» на соответствующих выходных клеммах, к которым подключена нагрузка. На следующей схеме через трёхфазное реле запитаны три ТЭНа, соединённых звездой:

Для управления электродвигателями применяют специальные трёхфазные реле с реверсом.

Такое реле имеет три управляющих контакта. Один из них — общий, а два других в паре с ним образуют два управляющих входа. При подаче напряжения на первый, фазы коммутируются для прямого вращения электродвигателя, а при подаче «управляющей фазы» на другой вход — для обратного вращения.

Твердотельное реле тока — где купить, характеристики, принцип работы

Часто для работы и контроля различного оборудования требуются устройства небольших размеров и высокого уровня надежности. Малогабаритные твердотельные реле постоянного и переменного тока используются в промышленности и быту, их легко можно сделать и установить своими руками.

Принцип работы

Твердотельное малогабаритное или замкнутое реле – это устройство для управления различными механизмами при помощи полупроводниковых элементов. Именно это и является основным отличием таких реле от обычных. В обычных для приведения какой-либо электрический механизм в действие используются контакты, которые периодически замыкаются и размыкаются. В твердотельных моделях эту роль выполняют тиристоры, транзисторы и симисторы.

Видео: тестирование твердотельного реле.

Твердотельные реле бывают трехфазные, однофазные, для постоянного и переменного тока (ESR и HPR). Соответственно, в зависимости от области использования меняется их принцип действия. Принцип работы твердотельного реле имеет следующий вид: когда на вход поступает электрический сигнал, в работу включается триггерная сеть и оптрон. Учитывая, что импульсы передают бесконтактно, между полупроводниками возникает гальваническая развязка, которая исчезает в момент включения диода или оптрона. Такое действие не изменяет в зависимости от применения транзисторов или симисторов.

Как сказано выше, они также бывают одно и трехфазные:

  1. Однофазное реле способно переключать нагрузки только в одной фазе, оно не имеет реверса или других функций. Конструктивно представляет собой небольшую деталь, визуально имеющую несколько выводов. Известные регуляторы мощности: Sipin, Fotek, Autonics, GND; Принцип подключения модели GND
  2. Трехфазное электронное твердотельное реле обеспечивается управление и переключение нескольких фаз (его применяют для электродвигателя, станочного оборудования и прочих отраслей промышленности). Оно бывает реверсивное и нет, в зависимости от этого может запускать и контролировать различные процессы. Реверсивный пускатель позволяет обеспечить работу двигателя в разных направлениях, поэтому является более популярным. Это Sharp, Omron и Greegoo. Отдельно нужно сказать про маркировку, иностранные модели помечаются так: GD – однофазное, GT – трехфазное.

Помимо этого регулятор можно устанавливать на различные поверхности, от чего также варьируется его область использования. Некоторые можно установить на дин-рейку (din-рейку), в то время как большинство компактных твердотельных моделей можно подключить «контактами» напрямую при помощи специальной планки.

Модель ТМ твердотельного реле

Достоинства твердотельного реле:

  1. Долговечность. Без физического контакта из-за отсутствия коммутации, устройство может осуществлять большее количество включений и выключений. Это оптоэлектронное реле может производить до десятков тысяч подключений;
  2. Этот аналог обычного реле обеспечит качественное бесконтактное подключение и контроль нагрузки;
  3. В зависимости от мощности и типа мощности, прибор может использоваться для мягкого перехода между сетью постоянного и переменного тока. Плавным называется тот переход, где при снижении частоты и направления заряженных частиц сигнал, поступающий на вход, максимально сохраняется;
  4. Широкая область использования. Его можно применять в различных отраслях промышленности, бытовых условиях и т. д.;
  5. Они выдерживают перегрузки даже на 200% выше номинально указанных.Даже после многочисленных перегрузок им не понадобится замена;
  6. Высокая защита от перепадов тока и напряжения. Напряжение даже в бытовой сети редко остается постоянным, оно изменяется в зависимости от количества подключенных устройств, типа проводов и прочих факторов. Такие скачки могут вызвать короткое замыкание и повреждение аппаратуры. Импульсное твердотельное реле обладает отлично защитой от таких неприятностей, поэтому часто используется для обеспечения долговечной эксплуатации нагревателей, холодильных камер, компьютерной техники.

Но прибор имеет и определенные недостатки. Во-первых, это полупроводниковое реле довольно дорого стоит, кроме того, купить его можно только в специализированных магазинах. Во-вторых, во время первичной коммутации у асинхронного двигателя (соответственно, при использовании трехфазной модели) возникают сильные скачки тока. И последний минус в том, что применение реле возможно только в зонах с нормальным уровнем пыли и влажности.

Подключение

Но, перед тем как подключить твердотельное реле на транзисторах или симисторах, нужно знать несколько правил его установки:

  1. Силовое оптореле можно подключить только винтовым способом, сварка и пайка повредят хрупкие контакты;
  2. При работе устройство сильно нагревается, поэтому возле него не должно быть легковоспламеняющихся деталей;
  3. Некоторые модели реле (особенно в авто) очень легко и быстро нагреваются свыше 60 градусов, что может повредить их контакты. Чтобы избежать этого их следует устанавливать на радиатор охлаждения;
  4. При первом запуске очень важно следить за напряжением. Контролем нужно обеспечить его «ровное» состояние хотя бы на первое время, иначе устройство сгорит от короткого замыкания.

Схема подключения твердотельного реле практически такая же, как и включения в сеть обычного контроллера. На плату полевых транзисторов (симисторов, и т. д.) подается напряжение от локальной линии. Самое главное – это подать электрический ток на ноль-контакт (в цепи управления). Остальное наглядно демонстрирует схема:

Схема включения твердотельного реле

Характеристики

Естественно, у каждой фирмы, предлагающей такие приборы, свои параметры и модели. Рассмотрим основные характеристики наиболее популярных из отечественных твердотельных реле (КИПприбор – KIPpribor, Cosmo, Протон):

  1. ТМ-0 оснащены встроенный схемой «ноль», через которую осуществляется переход фаз;
  2. ТС могут включаться в любой момент фазы;
  3. Самые известные – это контроллеры ТМВ, ТСБ, ТСВ (их еще называют ТМА), ТСА, ТМБ. Они выходной RC-цепью и используются для управления в системах потенциального управления;
  4. ТС/ТМ относятся к силовым. Ток доходит до 25мА;
  5. ТСА и ТМА имеют основное назначение – специальные чувствительные к перепадам напряжения приборы;
  6. ТСБ/ТМБ – это низковольтные модели (до 30 В);
  7. ТСВ/ТМВ – высоковольтные (от 110 до 280В).

Иностранными аналогами являются Carlo Gavazzi, (SSR) Gefran (для инфракрасных активных нагрузок), Finder и CPC (модель SCC).

Основные характеристики TSR-25DA:

ТипПеременный, постоянный ток
Ток срабатывания7.5 мА / 12 VDC
Управляющее напряжение4 – 32 В
Утечка ампер12,5 мА при 380 В
Время реагирования20 мс

90-280VAC, 25A/240VAC от Crydom:

УправлениеAC
Управляющее напряжение, В90–280
Напряжение размыкания, В10
Выходной каскадтиристорный
Контактынр
Коммутируемое переменное напряжение, В20–280
Максимальный ток нагрузки, А25

Твердотельное реле SSR–F 10 DA – H SSR:

ТипПостоянный ток
Срабатывание7,5 мА
Электрическая прочность изоляции вход/выход2,5 кВ
Утечка15,5 мА при 440 В
Реагирование15 мс

Обзор цен

Цена на твердотельные реле варьируется в зависимости от их типа и марки:

Твердотельное реле — принцип действия, преимущества, правила выбора

Твердотельное реле (принцип действия)

Научно-технический прогресс, повсеместное внедрение электронных систем управления требуют современного оборудования, отвечающего мировым стандартам. Современные элементы электрических цепей отличаются достаточно компактными размерами, функциональностью и надежностью. Взять, к примеру, твердотельные реле – принцип действия таких реле позволяет использовать их в самых разных электрических цепях, начиная от низковольтных цепей контроля и заканчивая высоковольтными силовыми цепями. Основное назначение твердотельного реле – обеспечение изоляции между цепями разного напряжения. Сфера их применения достаточно широка – это и бытовая техника, и линии связи, и промышленные предприятия, и другие потребители постоянного и переменного тока. Главное преимущество твердотельных реле – в возможности бесконтактной коммутации цепей.

Принцип действия твердотельного реле

Как уже отмечено выше, работают твердотельные реле с сетями различного напряжения. В этом и заключается их основное предназначение – они позволяют эффективно коммутировать силовые цепи, находящиеся под управлением контрольного сигнала слабого тока. Принцип действия твердотельного реле основан на технологии управления сигнала слабого тока с помощью силового ключа, действующего через гальваническую развязку. Тип используемого в реле силового элемента зависит от характера тока – постоянного или переменного. Для цепей с постоянным током используются транзисторы типа IGBT, для цепей с переменным током – симисторные и тиристорные ключи.

Твердотельные реле делятся по нескольким основаниям:

по характеру тока в сети:

  • реле постоянного тока;
  • реле переменного тока;

по числу фаз подключения:

  • однофазные реле;
  • трехфазные реле;

по типу коммутации:

  • реле с фазовой регулировкой, которое коммутирует соединение, изменяя угол открытия ключа;
  • реле, коммутирующие соединение посредством пропускания тока через нулевую фазу;

по типу исполнения корпуса:

  • стандартный корпус;
  • корпус модульного типа;
  • стандартное исполнение;
  • вариант, предусматривающий возможность изменения фазового чередования (реле реверсивного типа)

Твердотельное реле – преимущества использования

Одним из основных преимуществ твердотельного реле можно назвать его компактные размеры. Благодаря этому такие реле могут использоваться в самых разных условиях, даже в самых стесненных. При этом компактность размеров отнюдь не означает уменьшенную функциональность – компактное твердотельное реле полностью заменить собой громоздкое электромагнитное реле. В некоторых ситуациях использование реле данного типа позволяет повысить эффективность труда. К примеру, если твердотельное реле смонтировано в цепь, управляющую температурным режимом, то можно получить более точное и стабильное регулирование температуры. К другим преимуществам твердотельных реле относятся:

  • высокая скорость срабатывания;
  • бесшумность;
  • твердотельное реле не имеет дребезжащих контактов и потенциальных источников искр;
  • сниженное энергопотребление;
  • высокая степень изоляции соединений;
  • твердотельные реле характеризуются высоким уровнем надежности и долговечностью.

Твердотельные реле – правила выбора

Надо очень внимательно выбирать твердотельное реле – принцип действия такого реле требует обязательного учета коммутируемого напряжения. Этот показатель следует выбирать так, чтобы коммутируемое напряжение сети было на порядок ниже максимально разрешенного для конкретного реле – запас прочности не повредит. Нужен запас и по силе тока на случай неполадок в сети. Вообще при выборе электрооборудования всегда нужно учитывать возможные колебания в электросети. Также важно выбирать и устанавливать твердотельные реле таким образом, чтобы они получали достойную вентиляцию – их использование связано с образованием большого объема тепла, поэтому тепловое отведение и охлаждение должны быть непременными условиями, а не дополнительной опцией к реле.

Читайте также:  Особенности и характеристики медных проводов для электропроводки
Ссылка на основную публикацию