Практическое применение и схемы подключения твердотельного реле

Принцип работы и устройство твердотельных реле

Итак, что такое обычное реле? Это устройство, которое имеет контакты, и катушку управления

Контакты приводятся в действие (замыкаются, или размыкаются, не важно) подачей напряжения на катушку реле. То есть, нужно некоторое управляющее (активирующее) напряжение, которое приводит в действие контакты

В твердотельном реле – то же самое. Есть управляющее напряжение (постоянное или переменное, разного уровня, зависит от типа реле), и есть «контакты», которые замыкаются. Почему «контакты» в кавычках – потому что их реально нет, их роль выполняют полупроводниковые (твердотельные, отсюда и название) приборы. Как правило, тиристоры или симисторы (для коммутации переменного тока) и транзисторы (для постоянного тока).

Твердотельное реле OMRON. Управляющие контакты — на переднем плане

В принципе, любой ключевой транзистор можно назвать твердотельным реле. Например, в датчике движения или датчике освещенности на выходе стоит транзистор, который подает напряжение на обычное реле. Обычное реле применяется не только для увеличения коммутируемого тока. Транзистор может пропускать ток только в одном направлении, а вот симистор или тиристоры, используемые в твердотелках, прекрасно пропускают переменный ток (ток в обоих направлениях).

Так же, как и в обычных реле, в твердотельных существует гальваническая развязка между напряжением катушки и напряжением на силовых контактах. Только в «электромеханических» реле это достигается за счет разнесения в пространстве, а в твердотельных – за счет оптической развязки. Т.е, на входе стоит оптрон.

Твердотельные реле потребляют и теряют гораздо меньше энергии при работе, имеют меньшие габариты, высокое быстродействие, гораздо более длительный срок службы и всё это — абсолютно бесшумно!

Однако не стоит впадать в эйфорию, контакторы и реле прекрасно справляются со своими функциями не только в быту, но и в промышленной аппаратуре. И в обозримом будущем твердотельные реле их полностью не заменят, это точно.

Что такое твердотельное реле

Полупроводниковые твердотельные реле – ТТР (по терминологии общепромышленного применения) или полупроводниковые коммутаторы (по терминологии для категории качества ВП), силовые полупроводниковые модули, выполненные по гибридной технологии с применением корпусированных компонентов и бескорпусных компонентов (кристаллов).

Помещаемые в металлопластмассовые или металлические корпуса с металлокерамическими (металлостеклянными) изоляторами с монолитной герметизирующей заливкой полимерными компаундами, либо металлостеклянные (металлокерамические) герметичные корпуса:

твердотельные реле в планарном исполнении;
твердотельные реле для установки на печатные платы;
твердотельные реле, устанавливаемые на теплоотвод с объемным монтажом силовых и управляющих цепей.

Твердотельные реле со схемами управления обеспечивающими, в любом сочетании функции управления, защиты и диагностики, с гальванической оптоэлектронной или трансформаторной развязкой, напряжением изоляции от 1 до 4 кВ.

Твердотельные реле для коммутации цепей постоянного, переменного, постоянного тока двунаправленного действия с применением в качестве силового элемента:

тиристоров (симисторов) в диапазоне 1…200 А, напряжением коммутации 600…1600 В;
МОП-транзисторов в диапазоне 1…200 А, напряжением коммутации 60…600 В;
IGBT-транзисторов в диапазоне 1…200 А, напряжением коммутации 600…1200 В;
Биполярных транзисторов в диапазоне 1…10 А, напряжением коммутации 100…300 В.

Одно и многоканальные, нормально замкнутые или разомкнутые твердотельные реле. Твердотельные реле предназначены для использования в цепях постоянного и переменного тока в системах автоматического регулирования приводов электродвигателей, цепях автоматического управления и регулирования. А также заменяют контактные электромагнитные реле и во многом их превосходят.

Размеры твердотельного реле.

К преимуществам твердотельных реле относятся:

длительный срок службы (более 1 млрд. срабатываний);
высокое быстродействие;
отсутствие электромагнитных помех в момент подключения;
отсутствие дребезга контактов и акустического шума;
отстутствие дугового разряда при размыкании (применение во взрывоопасной среде);
высокое сопротивление изоляции между входом и выходом;
малое энергопотребление;
герметичность конструкции, стойкость к ударам и вибрации.

Основными областями применения твердотельных реле являются системы промышленного нагрева, температурного контроля, промышленного и общественного освещения, управления электродвигателями и трансформаторами, непрерывного электропитания.

Трехфазное твердотельное реле.

Сферы применения

Твердотельное реле 12в

SSR не заменит полностью электромагнитный аналог, но во многих областях превосходит его в применении.

Сфера применения достаточно обширная. Его устанавливают в том оборудования, где нужно надежное и длительное использование системы.

Для поддержания постоянной температуры в технологическом процессе.
Регулятор мощности тока.
При замене пyскателя реверсивного типа.
Электрический двигатель.
Датчик движения.
Датчик освещения.
Диммер (выключатель с регулировкой яркости лампы).
Производственные станки.
Регулятор температуры камеры.

Далеко не весь список использования.

Конструктивные особенности твердотельных реле KIPPRIBOR

Основание твердотельного реле — это теплопроводящая металлическая основа твердотельного реле, необходимая для отвода тепла от коммутационного элемента ТТР к радиатору охлаждения. Может быть изготавлено из алюминиевого или из медного сплава.

Материал основания твердотельного реле можно отличить визуально: основание изготовленное из алюминиевого сплава, имеет матовый бледно-серый цвет, а основание из медного сплава напоминает вид матовой стали, а иногда может иметь практически зеркальную шлифованную поверхность. Медное основание имеет несвойственный ему зеркально-стальной вид, вследствие покрытия его дополнительным слоем никеля, что исключает окисление меди при длительном либо неверном хранении.

Основание ТТР из медного сплава — наиболее эффективное для твердотельного реле с точки зрения теплоотдачи. Поскольку теплопроводность меди значительно выше чем у алюминия, процесс отвода тепла от коммутационного элемента ТТР происходит значительно быстрее и эффективнее. Следовательно ТТР с медным основанием (в отличии от реле с алюминиевым основанием), более эффективно выдерживает «пиковые» нагрузки и эффективнее работает в сложных условиях эксплуатации, однако медь имеет чуть более высокую стоимость, относительно алюминия.

Основание из аллюминиевого сплава — более дешевое. Поскольку алюминиевое основание твердотельного реле менее эффективно по сравнению с медным, его применяют в бюджетных сериях продукции и исключительно для коммутации малых нагрузок.

Теплопроводящая паста – это паста на силиконовой основе, обладающая хорошей теплопроводностью. Используется в электронных устройствах для отвода тепла от компонентов, смонтированных на радиаторе. Применение теплопроводящей пасты при монтаже твердотельного реле на радиатор охлаждения, значительно улучшает теплопередачу от реле к радиатору. Повышение эффективности теплоотдачи происходит за счет заполнения мелких пустот между поверхностями реле и радиатора, поскольку идеально ровных поверхностей не бывает. Наиболее распространенной маркой теплопроводной пасты является паста КПТ-8 в тюбиках, с рабочей температурой от минус 60° до +180° С.

Виды ТТР

Данные устройства представлены множеством видов. Они отличаются способом коммутации и контроля напряжения:

Твердотельные реле постоянного тока применяются для подключения к сети с постоянным электричеством. Диапазон напряжения может варьироваться в пределах от 3 до 32-х Вт. ТТР отличается высокой надежностью и может иметь светодиодную индикацию. Работает при температуре окружающей среды от -30°С до +70°С.
Контактор переменного тока не производит шума, отличается быстродействием и низким потреблением энергии. Диапазон напряжения — 90-250 Вт.
ТТР с ручным управлением. В данном приборе можно самостоятельно установить тип работы.

Кроме того, существуют однофазные и трехфазные реле.

Первая релюшка может соединять цепи в диапазоне от 10 до 120 А или от 100 до 500 А. Коммутация осуществляется с помощью резистора и аналогового сигнала. Во втором случае коммутация проводится одновременно на 3 фазах с рабочим интервалом 10-120 А. Трехфазные контакторы бывают реверсивного типа. Их отличие заключается в бесконтактной коммуникации и специальной маркировке. Такие устройства имеют надежную защиту от ложных включений.

Трехфазный ТТР необходим для старта и корректной работы асинхронного двигателя

Чтобы безопасно эксплуатировать данное устройство, важно соблюдать запас мощности напряжения

Во время работы твердотельного реле переменного тока может происходить перенапряжение. Чтобы защитить устройство, необходимо использовать предохранитель или варистор.

Благодаря коммутации через ноль, а также светодиодной индикации, трехфазный прибор имеет более длительный срок службы.

Помимо метода коммуникации устройства отличаются:

слабостью индукции и нагрузкой емкостного типа;
методом включения (случайный или мгновенный);
наличием фазового управления.

Прибор имеет конструкционные отличия:

универсальные — конструкция позволяет устанавливать реле на переходные планки;
монтируемые на DIN-рейки.

Приобретать данный продукт стоит в специализированных магазинах, где специалисты смогут помочь с выбором необходимого типа и подскажут, как подключить прибор. Устройство может отличаться:

способом крепления;
материалом корпуса;
дополнительными функциями;
уровнем производительности;
габаритами и прочими параметрами.

Важно! Устанавливаемое реле должно иметь запас мощности в несколько раз больше, чем используемое устройство. Несоблюдение этого условия может привести к мгновенному выходу из строя ТТР

Защитить прибор от перенапряжения можно, установив предохранитель.

Контактор быстро нагревается. Это приводит к существенной потере производительности. При нагреве выше 65°С устройство может сгореть. Использование прибора допускается только с охлаждающим радиатором. Запас тока должен быть выше в 3 раза. При работе с асинхронными моторами запас увеличивается в 10 раз.

Внутривидовые отличия

Кроме основной классификации, стоит выделить отличия внутри существующих видов ТТР.

Выделяются такие типы:

ТРЕХФАЗНЫЕ — способны проводить токи величиной 10-120 Ампер одновременно в трех фазах.
РЕВЕРСИВНЫЕ — устройства, построенные на полупроводниковом принципе, способные работать в схемах с постоянным и переменным током. По назначению и принципу действия они идентичны однофазным. Обязательное условие — наличие управляющей цепи, защищающей устройство от ложного срабатывания. К преимуществам твердотельных трехфазных реле стоит отнести способность работать одновременно по 3-м фазам, а также продолжительный ресурс. Повышенный срок службы объясняется наличием надежной изоляции и продуманной управляющей цепи. В процессе применения твердотельных моделей нет шума, искр, дребезжания при переключениях и других негативных факторов.
ОДНОФАЗНЫЕ — изделия, обеспечивающие разделение цепи при переходе синусоиды через ноль. ТТР работает в следующем диапазоне — 10-500 А. Управление осуществляется несколькими способами.

Терморезистор: назначение, сопротивление и характеристики, маркировка, принцип работы, как проверить и подключить

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;
трехфазные.

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

К трехфазному реле рекомендуется подключать провода различных цветов, чтобы при монтаже оборудования можно было правильно их присоединить

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:

постоянным;
переменным.

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

Постоянный ток не используется в качестве основного источника электроэнергии ни в одной стране мира, поэтому реле такого типа имеют узкую сферу применения

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.

Реле крепиться на DIN-рейку преимущественно через специальный кронштейн, который имеет и дополнительную функцию – отводит излишки тепла при работе прибора

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:

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.
Мгновенное. Используется при необходимости резкого срабатывания реле при подаче управляющего сигнала.
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.

Назначение и виды

Реле контроля тока – это устройство, которое реагирует на резкие перепады величины поступающего электрического тока и при необходимости отключает питание определенного потребителя или всей системы электрообеспечения. Его принцип действия основан на сравнивании внешних электрических сигналов и мгновенном реагировании при их несовпадении с параметрами работы прибора. Используется для работы генератора, насоса, двигателя автомобиля, станочного оборудования, бытовых приборов и прочего.

Существуют такие виды приборов постоянного и переменного тока:

Промежуточные;
Защитные;
Измерительные;
Давления;
Времени.

Промежуточное устройство или реле максимального тока (РТМ, РСТ 11М, РС-80М, РЭО-401) применяется для размыкания или замыкания цепей определенной электрической сети при достижении определенного значения тока. Чаще всего используется в квартирах или домах с целью повышения защиты бытового оборудования от скачков напряжения и силы тока.

Принцип действия теплового или защитного прибора основан на контроле температуры контактов определенного прибора. Оно используется для защиты приборов от перенагревания. К примеру, если утюг перегреется, то такой датчик автоматически отключит питание и включит его после остывания прибора.

Статическое или измерительное реле (РЭВ) помогает замыкать контакты цепи при появлении определенного значения электрического тока. Его главное назначение – это сравнение имеющихся параметров сети и необходимых, а также быстрое реагирование на их изменение.

Реле давления (РПИ-15, 20, РПЖ-1М, FQS-U, FLU и прочие) необходимо для контроля жидкости (воды, масла, нефти), воздуха и т. д. Используется для отключения насоса или прочего оборудования при достижении установленных показателей давления. Часто используются в водопроводных системах и на станциях техобслуживания авто.

Реле выдержки времени (производитель EPL, Danfoss, а также модели РТВ) необходимы для управления и замедления реагирования определенных приборов при обнаружении утечки тока или других неполадках в сети. Такие приборы релейной защиты применяются как в быту, так и в промышленности. Они препятствуют преждевременному включению аварийного режима, срабатыванию УЗО (оно же дифференциальное реле) и автоматических выключателей. Схема их установки часто сочетается с принципом включения в сеть защитного оборудования и дифов.

Помимо этого также бывают электромагнитные реле напряжения и тока, механические, твердотельные и т. д.

Твердотельное реле – это однофазное устройство для коммутации больших токов (от 250 А), обеспечивающее гальваническую защиту и изоляцию электрических цепей. Это, в большинстве случаев, электронное оборудование, предназначенное для быстрого и точного реагирования на возникновение проблем в сети. Еще одним преимуществом является то, что такое токовое реле можно сделать своими руками.

По конструкции реле классифицируются на механические и электромагнитные, а сейчас уже, как сказано выше, на электронные. Механическое может использоваться в различных условиях работы, для его подключения не требуется сложная схема, оно долговечное и надежное. Но вместе с этим, недостаточно точное. Поэтому сейчас в основном используются его более современные электронные аналоги.

Однофазные компактные твердотельные реле для коммутации слаботочной нагрузки MD-0544.ZD3

Выберите модификацию

Твердотельные реле KIPPRIBOR серии MD-xx44.ZD3 являются наиболее бюджетный решением для коммутации маломощной резистивной и слабоиндуктивной нагрузки среди всего многообразия ТТР, представленных сегодня на рынке.

Особенности управления и коммутации нагрузки

Широкий диапазон управляющего сигнала 3…32 VDC.
Тип нагрузки и рекомендуемый предельный ток коммутации: слаботочная резистивная нагрузка от 4 до 12 А (в зависимости от модификации);
маломощная слабоиндуктивная нагрузка до от 0,5 до 1,5 А (в зависимости от модификации).

Максимальный ток нагрузки от 5 до 15 А (в зависимости от модификации).
Широкий диапазон коммутируемого напряжения 24…440 VAC.
Коммутация при переходе напряжения через «ноль» снижает коммутационные помехи.
Высокое значение пикового напряжения 900 VAC (9 класс).
Подходят для коммутации как однофазной, так и трехфазной нагрузки.
Позволяют коммутировать трехфазную нагрузку с любой схемой включения:

звезда;

звезда с нейтралью;
треугольник;
Оптимально подходят для коммутации цепей управления в системах ПИД- и ON/OFF-регулирования, управляемых приборами типа ТРМ500, ТРМ101, ТРМ210 или контроллерами ОВЕН ПЛК.
Совестно с приборами ОВЕН ТРМ12, ТРМ212, ТРМ148 и т.п. успешно применяются в котельной автоматике для управления исполнительными механизмами типа МЭО и электроприводами KIPVALVE DCL-05…DCL-20 и т.п.

ВНИМАНИЕ! Если значение коммутируемого тока ≥ 5 А, то использование радиатора охлаждения строго обязательно!

Конструктивные особенности твердотельных реле серии MD-xx44.ZD3

Твердотельные реле серии MD-xx44.ZD3 ориентированы на коммутацию слаботочной нагрузки. Малый ток нагрузки, протекающий через ТТР, вызывает сравнительно небольшой нагрев его силового ключа. Это в свою очередь позволяет применять наиболее экономичные конструктивные решения по отводу избыточного тепла:

Алюминиевое основание в сравнении с медным является более экономичным решением, но обеспечивает при этом необходимый теплоотвод при коммутации слаботочной нагрузки.
Симисторный силовой элемент, являясь бюджетным решением для ТТР, обеспечивает надежную коммутацию рекомендуемых токов для данной серии твердотельных реле.
Встроенная RC-цепочка, шунтирующая выход, повышает надежность работы ТТР в условиях импульсных помех, особенно при коммутации индуктивной нагрузки.

Особенности корпуса твердотельных реле серии MD-xx44.ZD3

Корпус ТТР MD-xx44.ZD3 выполнен из специального пластика, обладающего высокой термостойкостью. Данный материал аналогичен по своим свойствам карболиту, но не обладает хрупкостью. Прочностные свойства корпуса обеспечивают его целостность даже при возникновении короткого замыкания.
Компактный корпус.
Все электронные компоненты твердотельного реле и элементы его корпуса полностью залиты компаундом. Это делает корпус ТТР абсолютно герметичным и препятствует попаданию внутрь пыли и влаги, обеспечивая надежную и стабильную работу ТТР даже в неблагоприятных условиях эксплуатации (степень защиты IP 54 по ГОСТ 14254 без учета клемм присоединения).

Модификация ТТР	Рекомендуемый предельный ток нагрузки	Максимально допустимый ток нагрузки
резистивная нагрузка	индуктивная нагрузка
MD-0544.ZD3	4 A	0,5 A	5 A
MD-1044.ZD3	8 A	1 A	10 A
MD-1544.ZD3	12 A	1,5 A	15 A

Твердотельное реле: виды, практическое применение, схемы подключения