Твердотельные реле: подробное описание устройства
Твердотельное реле включает в себя твердотельную электронику с высокомощностной цепью и специальный датчик, реагирующий на управляющий сигнал (вход). Такое оборудование может быть задействовано в сетях переменного и постоянного тока.
- Вход – первичная цепь, основные функции которой – прием и передача сигнала устройству, коммутирующему нагрузку.
- Триггерная цепь – может быть отдельным элементом или входить в устройство оптической развязки твердотельного реле.
- Оптическая развязка – изолирует входную и выходную цепи переменного тока. Конструкция опторазвязки определяет тип электронного коммутатора и принцип его действия.
- Переключающая цепь – служит для передачи напряжения на нагрузку.
- Цепь защиты – может быть внутренней или наружной, предотвращает появление нештатных режимов и ошибок.
Твердотельное реле: устройство, принцип работы, назначение
- устройства для обеспечения мгновенного срабатывания;
- модели для коммутации слабоиндуктивных, редуктивных, емкостных нагрузок;
- с наличием управления по фазам – используются для осветительных приборов и нагревательных элементов.
Принцип работы твердотельных реле
Основная задача, решаемая применением твердотельных реле, – руководство автоматикой в сетях с напряжением 12-480 В, коммутация приборов с индуктивной нагрузкой. Рядовое исполнение коммутатора подразумевает наличие двух контактов обслуживаемой сети и двух управляющих проводов. При увеличении количества фаз число контактов и управляющих проводов увеличивается.
Замыкание и размыкание контактов, при которых подается или прекращается подача напряжения на нагрузку, осуществляются при участии активатора твердотельного реле. Его функции выполняют:
Если в электромеханическом реле при отключении контакты находятся в полностью разомкнутом состоянии, то в твердотельном коммутаторе отсутствие тока в цепи обеспечивают полупроводниковые приборы. При высоких напряжениях они могут давать токи «утечки», снижающие эффективность работы потребителей.
Имея чуть большее сопротивление в замкнутом состоянии, ТТР менее приспособлены к превышению допустимых напряжений и токов (кратковременные перегрузки), в отличие от их электромеханических аналогов. Главное отличие твердотельных реле от электромагнитных устройств заключается в отсутствии подвижной контактной группы и катушки управления, а также повышенное быстродействие.
Преимущества и области применения
Сравнивая твердотельные реле с электромеханическими, следует отметить такие достоинства первых, как:
- малые габариты;
- экономия электроэнергии;
- отсутствие необходимости дополнительного техобслуживания;
- высокая скорость переключения;
- длительный срок эксплуатации;
- бесшумность;
- возможность применения в различных приборах;
- производительность;
- отсутствие искры и скачка напряжения;
- низкая чувствительность к неблагоприятным условиям.
Твердотельные реле нашли широкое применение. Они используются в тех случаях, когда требуется коммутировать индуктивную нагрузку. Как правило, это устройство служит для:
- сохранения постоянной температуры в технологическом процессе;
- коммутации цепи управления;
- контроля нагрева трансформаторов и других приборов;
- регулировки степени освещения;
- управления электродвигателями.
Также ТТР применяется в системах, производящих регулирование температуры с помощью ТЭНа, а также при замене пускателей реверсного бесконтактного типа.
Твердотельные реле. Устройство и работа. Виды и особенности
- вход – первичная цепь, состоящая из резистора на постоянном изоляторе, имеющего последовательное подключение. Главной функцией входной цепи является принятие сигнала и передача его устройству реле, коммутирующему нагрузку;
- оптическая развязка – используется для изоляции входной и выходной сети переменного тока;
- триггерная цепь – отдельный элемент, обрабатывающий входной сигнал и переключающий выход;
- цепь переключателя – подает силу напряжения, включает в себя транзистор, симистор и кремниевый диод;
- цепь защиты – может быть внешней или внутренней, защищает устройство от сбоев или появления ошибок.
Разновидности твердотельных реле
Существуют различные виды ТТР, имеющие некоторые особенности коммутируемого и контролирующего напряжения:
- Твердотельное реле постоянного тока – применяют при условии постоянного электричества, диапазон которого может составлять 3–32 Вт. Этот вид отличается высокой надежностью, светодиодной индикацией и повышенными отдельными характеристиками. Многие модели подобных реле могут работать при температуре от -30 до +70°C.
- Реле переменного тока имеют рабочий диапазон от 90 до 250 Вт, низкий уровень шума и электромагнитных помех, обладают высокой скоростью работы. Кроме того, их характерной особенностью является низкое потребление электрической энергии.
- ТТР с ручным управлением, которое дает возможность настроить тип работы.
Соответственно с типом нагрузки различают однофазные и трехфазные твердотельные реле.
Однофазные реле применяются для коммутации электричества в интервале 10–120 A или 100–500 A. Управление происходит с помощью переменного резистора и аналогового сигнала.
Для предупреждения возникновения перенапряжения во время применения реле необходимо купить быстродействующий предохранитель или варистор.
В сравнении с однофазными, трехфазные реле имеют более долгий срок использования.
- реле, которые выполняют нагрузки редуктивного и емкостного типа;
- устройства с моментальным или случайным срабатыванием, использующиеся в тех случаях, когда необходимо мгновенное включение;
- реле с фазовым управлением, позволяющие выполнять настройку ламп накаливания и нагревательных элементов.
По конструкции ТТР подразделяются на те, которые устанавливаются на ДИН-рейки, и универсальные, монтируемые на планки переходного типа.
Конструкция
Устройство твердотельного реле — это электронная плата, состоящая из силового ключа, элемента развязки и узла управления. В качестве силовых элементов могут быть использованы:
- для цепей постоянного тока: транзисторы, полевые транзисторы, составные транзисторы MOSFET или модули IGBT.
- для управления цепями с переменным напряжением устанавливают симисторные ключи или тиристорные сборки.
В качестве элемента развязки устанавливают оптроны — это устройство состоит из светоизлучающего элемента и фото приемника, разделенных прозрачным диэлектриком. Узел управления представляет собой схему стабилизации напряжения и тока для светоизлучающего элемента в оптроне.
Как видно из схемы, входы управления под номерами 3 и 4, а выход — клеммы 1 и 2. В данной схеме входной сигнал может быть от 70 вольт до 280 переменного напряжения, а напряжение на нагрузке может достигать 480 вольт. Не имеет значения, на каком контакте расположен потребитель, до или после реле.
Условное обозначение твердотельного реле на схеме может выглядеть так (для увеличения нажмите на картинку):
Что касается схемы подключения, в ней аппарат установлен после нагрузки, соединяя его с землей. При таком подключении в случае короткого замыкания на землю, реле исключается из цепочки протекания тока.
Напоследок рекомендуем просмотреть видео, на которых наглядно демонстрируется, как работает твердотельное реле и из чего оно состоит:
Вот мы и рассмотрели назначение, область применения и конструкцию твердотельного реле. Надеемся, предоставленная информация была полезной и понятной!
