Твердотільні реле

Твердотільні реле. Пристрій та робота. Види та особливості

Для забезпечення підключення різних електричних пристроїв безконтактним способом застосовують реле твердотільні, які стали популярними в промисловості. Вони використовуються для створення надійного обладнання із малими габаритами. Основним недоліком таких пристроїв називають їхню високу вартість.

Твердотельне реле забезпечує зв'язок між електричними ланцюгами високої та низької напруги за допомогою напівпровідникових елементів.

Принцип дії та особливості конструкції

Є безліч виконань моделей таких пристроїв, але за своєю структурою вони мало чим відрізняються. Ці незначні відмінності не впливають з їхньої принцип дії, оскільки він щодо справи той самий.

Розберемося в особливостях управління електроприладами за допомогою твердотільного реле. Від звичайних реле вони відрізняються відсутністю механічних контактів, що замикаються і розмикаються. Замість них у твердотільному релі використовуються напівпровідникові елементи, такі як транзистор або симистор.

Принцип роботи реле полягає в розмиканні та замиканні ланцюга, що передає напругу. Це здійснюється активатором, тобто твердотілим пристроєм. Вид силового елемента залежить від властивості струму, який може бути як змінним, так і постійним. Для постійного струму застосовуються транзистори, для змінного струму – тиристори та симістори.

Через транзистор проходить струм. Симистор може пропускати струм в обох напрямках, як і тиристор.

На вхід подається електричний сигнал, далі йде на оптичну розв'язку на основі світлодіода. Оптична розв'язка дозволяє ізолювати вхідний ланцюг відпроміжного та вихідного ланцюга. Далі в дію вступає ланцюг тригера, який забезпечує керування перемиканням виходу твердотільного реле.

Ланцюг перемикання подає напругу на навантаження, подану транзистором, або симистором. Ланцюг захисту необхідний для надійності роботи реле при різних навантаженнях.

Види твердотільних реле

Є безліч різних видів таких реле, що відрізняються своїми особливостями напруги комутації та контролю.

Реле постійного струму застосовуються в мережі постійної напруги в інтервалі 3-32 Вт, характерні підвищеними питомими властивостями, індикаторами на світлодіодах, підвищеною надійністю. Багато моделей здатні працювати у широкому інтервалі робочих температур: -30+70 градусів.
Реле змінного струму, мають особливість у зниженому рівні електромагнітних перешкод, не створюють шуму при експлуатації, мала витрата електроенергії та висока швидкодія. Діапазон потужності становить від 90 до 250 Вт.
Реле з керуванням вручну, дають можливість самостійного налаштування типу дії.

По виду навантаження реле поділяють на:

Однофазні.
3-фазні.

Однофазне виконання дозволяє підключати електричний струм в інтервалі від 10 до 120 ампер, або від 100 до 500 ампер. Управління здійснюється аналоговим сигналом та опором змінного типу.

3-фазні виконання використовують для підключення струму одночасно на трьох фазах. Вони можуть працювати у діапазоні 10-120 ампер. Серед них є пристрої реверсивного вигляду, що відрізняються позначенням та безконтактною комутацією. Їхнє завдання полягає у здійсненні надійного підключення всіх ланцюгів окремо.

Щоб захистити реле від хибнихспрацьовувань, застосовують спеціальні пристрої.

Вони застосовуються при запуску та експлуатації асинхронного електромотора. При виборі такого пристрою необхідно зробити потрібний запас потужності. Для захисту реле від перенапруг також застосовується запобіжник швидкої дії або варистор.

Реле трифазного виконання мають термін служби більше ніж 1-фазні реле. Комутація здійснюється після переходу струму через нульову межу.

За методами комутації реле діляться:

Реле для ємнісних та індуктивних навантажень.
Реле для миттєвих спрацьовувань застосовуються при необхідності швидкого підключення.
З фазним керуванням, що дає можливість регулювання освітлення, нагрівальних елементів.

За конструктивними особливостями реле діляться:

З можливістю встановлення на рейку DIN.
Для перехідних планок універсальні.

Позитивні якості та недоліки

Завдяки такому принципу дії ми отримуємо низку переваг та недоліків.

Переваги

Відсутність будь-яких клацань під час перемикання. Хоча відсутність звукової індикації для когось може бути мінусом.
Напівпровідникові твердотільні реле не виблискують, не деренчать і механічно не зношуються, завдяки чому виходить термін служби як мінімум десятки років без будь-якого обслуговування.
Завдяки властивостям напівпровідникових елементів можлива комутація з мінімумом перешкод.
Висока швидкодія дозволяє вмикати при переході напруги через нуль. А при вимиканні симистор закривається не відразу, а саме тоді, коли через нуль переходить струм, що також знижує рівень перешкод.
Мінімальна витрата електричної енергії завдяки тому, що немаєелектромагнітного зв'язку. Використання напівпровідників дозволяє зменшити споживання електричної енергії на 90%.
Твердотільні реле мають невеликі габарити, що дозволяє спростити його встановлення та транспортування.
Тривалий термін роботи, що не потребує технічного обслуговування пристрою.
Широка сфера застосування для різних типів пристроїв та приладів.
Можливість здійснення великої кількості спрацьовувань (понад один мільярд).
Забезпечує надійну ізоляцію ланцюгів входу та силових ланцюгів між собою.
Підвищує продуктивність пристрою.
Механічна міцність виражається в герметичній конструкції, вібраційній та ударній стійкості.

Недоліки

Здавалося б, час скрізь і всюди міняти механічні реле на твердотілі. Але не варто поспішати. Є тут одна каверза. На відкритому напівпровідниковому елементі падає на порядки більша напруга, ніж замкнутих контактах звичайного реле, а саме, близько двох вольт. Здавалося б, нісенітниця, всього один відсоток від напруги в розетці. Але, припустимо, що ми керуємо двокіловатним обігрівачем, який споживає струм близько 10 ампер.

Яка ж потужність тоді виділятиметься на хваленому твердотільному реле? Помножуємо 10 на 2 і отримуємо цілих 20 ватів. Без гарного радіатора тут, на жаль, не обійтись. А яка потужність виділятиметься при короткому замиканні – взагалі страшно уявити. Напівпровідники розплавляться миттєво, набагато швидше, ніж спрацює звичайний автоматичний вимикач у розподільчому щитку.

Врятувати твердотільні реле від згубного впливу короткого замикання зможуть лише запобіжники, що швидко діють. Крім великого виділення тепла, є у твердотільного реле ще одиннестача. Перешкода воно випромінює менше, але при цьому саме боїться перешкод. І для захисту від них паралельно до напівпровідникового елемента підключається ланцюжок з резистора і конденсатора.

І навіть коли напівпровідниковий елемент закритий, реле все одно пропускає струм у кілька міліампер. Для електрообігрівача це звичайно не страшно, а от, наприклад, компактна люмінесцентна лампа може почати спалахувати. Практично можна побачити, як нагрівання заважає застосованості твердотільного реле.

Сфера застосування

Твердотілі реле застосовуються дуже широко. Вони працюють там, де потрібно підключати індуктивне навантаження. Основні галузі використання реле:

Системи з регулюванням температури нагрівальними елементами.
Підтримка однієї температури у процесах та технологіях промислового виробництва.
Підключення ланцюгів керування.
Замінюють магнітні пускачі реверсивної дії.
Управління електродвигунами.
Контролює температуру трансформаторів та інших пристроїв.
Регулювання рівня світла.

Як вибрати твердотільні реле

Для того, щоб придбати такий вид реле, рекомендується відвідати спеціалізований магазин електронних товарів. Там кваліфіковані фахівці нададуть допомогу у підборі відповідного реле за всіма параметрами.

При виборі рекомендується враховувати такі властивості реле:

Тип реле.
Наявність кріплень.
Матеріал корпуса.
Швидкість роботи.
Наявність допоміжних функцій.
Фірма виробник.
Потужність.
Витрата електрики.
Габаритні розміри.

Є важлива порада при покупці реле. Реле твердотільних рекомендується встановлюватиіз запасом за потужністю у кілька разів. Інакше навіть невелике перевищення потужності виведе з ладу реле.

Для захисту реле від несправностей рекомендується використовувати спеціальні запобіжники. Є кілька видів запобіжників для захисту твердотільних реле:

g R - застосовуються в широкому інтервалі потужностей, мають підвищену швидкодію.
g S – застосовуються для будь-якого струму, що здійснюють захист напівпровідників від високих навантажень мережі.
a R – здійснюють захист напівпровідників від короткого замикання.

Такі запобіжники коштують недешево, їхня вартість приблизно дорівнює ціні самого реле. Однак це варте того, оскільки вони створюють ефективний захист реле від виходу з ладу. Бувають й інші види запобіжників, що відносяться до класів, С, D. Вони мають відмінності в тому, що здійснюють захист низької якості, і меншою ціною.

Під час роботи твердотілі реле швидко нагріваються. При надмірному нагріванні комутація відбувається з відхиленням від нормального режиму, струм знижується. При досягненні 65 градусів реле згоряє. Тому для нормальної роботи реле необхідний радіатор охолодження, а також запас струму в 3-4 рази більше номіналу. При застосуванні реле для регулювання швидкості електродвигунів, запас струму слід підвищити до 8-10 разів.