Бесконтактные реле на переменном токе – Твердотельное реле переменного и постоянного тока — принцип работы

Твердотельное реле-полный обзор всех параметров

Твердотельные реле относятся к модульным полупроводниковым устройствам, в конструкции которых предусмотрены силовые ключи на структурах, содержащих симисторы, тиристоры или транзисторы.

Используются в качестве успешной альтернативы традиционным электромагнитным реле или контакторам. Устройства распространены в сфере коммутации однофазных и 3-фазных линий. Они применяются для бесконтактной коммутации отопительных устройств, освещения и прочего оборудования с резистивной нагрузкой с напряжением от 24 до 380 В для переменного тока для управления трансформаторами. Используются для индуктивной нагрузки, например, слаботочные двигатели или электромагниты.

 

Рис. №1. Внешний вид твердотельного реле и габаритные размеры.

Твердотельные реле подразделяются по типу управления, это реле переменного или постоянного тока с использованием переменного резистора и с помощью аналогового сигнала тока 4 – 20 мА. Реле для управления уровня напряжения включают или отключают нагрузку с помощью подачи или снятия с нагрузки полного сигнала.

Достоинства

  • Продолжительный период эксплуатации.
  • Отсутствие постороннего шума, неустойчивых контактных соединений, искрений и электродуги при переключении.
  • Надежное сопротивление изоляции в цепях нагрузки и цепях управления коммутационными аппаратами.
  • Отсутствие акустических помех.
  • Высокая степень энергосбережения.
  • Быстродействие (высокая скорость коммутации).
  • Небольшие габаритные размеры.
  • Отсутствие профилактики и технического обслуживания.

Высокие качественные электротехнические показатели делают возможным переход с  электромагнитных реле и контакторов на твердотельные реле.

 

Рис. №2. Пример твердотельного реле с использованием SCR управления.

Недостатки и меры по защите релейного устройства

Существует несколько локальных факторов, при которых возможен выход устройства из строя – это:

  1. Перенапряжение.
  2. Токовая перегрузка и короткое замыкание.
  3. Перегрев из-за плохого теплоотвода (максимальная температура нагрева основания устройства не должна превышать 800С).

Рекомендуется при использовании реле в управлении электродвигателями включать в цепь управления варисторы.

Для нагрузки более 5 А на основание реле наносится специальная теплопроводящая паста. При I = 25А применяют вентилятор. Некоторые модели оборудованы защитой от перегрева, она отключает реле при превышении температуры тиристора – 1200С. Для защиты реле от перегруза по нагрузке используются предохранители на полупроводниках (срабатывают чрезвычайно быстро (2 мс) не позволяют развиться току к.з.).

Принцип работы твердотельного реле

 

Рис. №3. Схема работы с использованием твердотельного реле. В положении выключено, когда на входе наблюдается 0 В, твердотельное реле не дает пройти току через нагрузку. В положение включено, на входе есть напряжение, ток идет через нагрузку.

Основные элементы регулируемой входной цепи переменного напряжения.

  1. Регулятор тока служит для поддержки неизменного значения тока.
  2. Двухполупериодный мост и конденсаторы на входе в устройство служат для преобразования сигнала переменного тока в постоянный.
  3. Встроенный оптрон оптической развязки, на него подается питающее напряжение и через него протекает входной ток.
  4. Тригерная цепь служит для управления эмиссией света встроенного оптрона, в случае прекращения подачи входного сигнала ток прекратит свое протекание через выход.
  5. Резисторы, расположенные в схеме последовательно.

В твердотельных реле используется два распространенных типа оптических развязок – семистор и транзистор.

Симистор обладает следующими преимуществами: включение в состав развязки тригерной цепи и ее защищенность от помех. К недостаткам следует отнести дороговизну и необходимость больших величин тока на входе в устройство, необходимого для переключения выхода.

 

Рис. №4.  Схема реле с семистором.

Тиристор  — не нуждается в наличии большого значения тока для переключения выхода. Недостаток – нахождение триггерной цепи вне развязки, а значит большее число элементов и слабая защита от помех.

 

Рис. №5. Схема реле с тиристором.

 

Рис. №6. Внешний вид и расположение элементов в конструкции твердотельного реле с транзисторным управлением.

Принцип работы твердотельного реле типа SCR полупериодного управления

При прохождении тока через реле исключительно в одном направлении величина мощности снижается почти на 50%. Для предотвращения этого явления используют  два параллельно подключенных  SCR, расположенные на выходе (катод соединяется анодом другого).

 

Рис. №7. Схема принципа работы полупериодного управления SCR

 

Типы коммутирования твердотельных реле

  1. Управление коммутационными действиями при переходе тока через ноль.

 

 

Рис. №8. Коммутация реле при переходе тока через ноль.

Преимущество способа – отсутствие помех при включении.

Недостатки – прерывание выходного сигнала, отсутствие возможности применения с нагрузками, обладающими высокой индуктивностью.

Используется для резистивной нагрузки в системах управления и контролирования нагревательных устройств. Использование в слабоиндуктивных и емкостных нагрузках.

 

  1. Фазовое управление твердотельным реле

 


Рис.№9. Схема фазного управления.

Преимущество: непрерывность и плавная регулировка, возможность изменять значение выходного напряжения.

Недостатки: присутствуют помехи при производстве переключений.Область использования: управление систем нагрева, индуктивные нагрузки (трансформаторы), инфракрасные выключатели (резистивная нагрузка).   

 

Основные показатели для выбора твердотельных реле

  • Ток: нагрузки, пусковой, номинальный.
  • Тип нагрузки: индуктивность, емкость или резистивная нагрузка.
  • Тип напряжения цепи: переменное или постоянное.
  • Тип сигнала управления.

 

Рекомендации по подбору реле и эксплуатационные нюансы

Токовая нагрузка и ее характер служат главным фактором, определяющим выбор. Реле выбирается с запасом по току, в который входит учет пускового тока (он должен выдержать 10-кратное превышение тока и перегруз на 10 мс). При работе с обогревателем номинальный ток превышает номинальный ток нагрузки не менее чем на 40%. При работе с электродвигателем запас по току рекомендован быть больше номинала не менее чем в 10 раз.

Ориентировочные примеры выбора реле при превышении тока
  1. Нагрузка активной мощности, например, ТЭН – запас 30-40%.
  2. Электродвигатель асинхронного типа, 10 кратный запас по току.
  3. Освещение с лампами накаливания – 12 кратный запас.
  4. Электромагнитные реле, катушки – от 4 до 10 кратного запаса.

 

 

Рис. №10. Примеры выбора реле при активной нагрузке по току.

Такой электронный компонент электрических цепей как твердотельное реле становиться обязательным интерфейсом в современных схемах и обеспечивает надежную электрическую изоляцию между всеми задействованными электроцепями.

Пишите комментарии,дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

 

elektronchic.ru

Бесконтактные реле. Устройство и принцип действия

Как упоминалось в статьях вышедших ранее, обычные электромагнитные реле имеют свои недостатки. Их самым слабым местом являются контакты, которые пригорают, разрушаются во время переключений, а также подвержены коррозии. Чтоб устранить этот недостаток были сконструированы бесконтактные реле.

Они основаны на нелинейных полупроводниковых элементах и имеют ряд преимуществ, а именно:

  • Более длительный срок службы и повышенная надежность;
  • Более высокое быстродействие;
  • При размыкании цепи не образуют дугу и искрообразование;

Давайте рассмотрим наиболее распространенные виды таких устройств.

Полупроводниковые и электронные реле

Полупроводниковые и электронные реле аналогичны по своему устройству полупроводниковым и электронным приборам. Они имеют всего лишь два состояния: открытое (проводящее) и закрытое (не проводящее).

Электронное реле

Оно имеет достаточно большое входное сопротивление, сопоставимое с сопротивлением разомкнутых контактов, при условии отсутствия положительного управляющего сигнала на сетке и отрицательного напряжения смещения, которое закрывает электронную лампу.

Если подать достаточно большое сеточное напряжение, лампа откроется и через нее начнет протекать ток, который будет определятся нагрузкой. При этом сопротивление лампы достаточно велико, что является существенным недостатком такого типа устройств.

Транзисторное реле

Схема его изображена ниже:

Принцип действия аналогичен электронному. Но его главным достоинством, по сравнению с электронным, есть его относительно небольшое сопротивление при открытом состоянии, а недостатком – относительно малое сопротивление при закрытом состоянии.

Тиристорное реле

Схема показана ниже:

При подаче импульса на управляющий электрод тиристор откроется и тем самым замкнет цепь. Такой вид является наиболее перспективным, но при применении обычного тиристора не возможно коммутировать постоянные токи, поскольку он останется открытым даже при снятии управляющего импульса. Чтоб закрыть тиристор необходимо или отключить анодное напряжение или приложить обратное напряжение. Но с появлением полностью управляемых тиристоров эта проблема уже практически решена.

Электронное реле времени

Их применяют вместо механических реле времени с часовым механизмом. В данной цепи выдержка времени создается цепью заряда конденсаторов от источника постоянного тока Е (на рисунке ниже):

Обмотку промежуточного реле РП подключают к источнику питания через триод (электронную лампу). Если ключ К замкнут, то конденсатор С зарядится до напряжения источника Е и электронная лампа будет заперта. Как только ключ К разомкнется, конденсатор С начнет разряжаться через резистор R с постоянной времени τ = CR. Напряжение на сетке триода будет падать и ток в обмотке реле РП будет возрастать, как только он достигнет значения тока срабатывания, реле сработает и замкнет нужный контакт.  Соответственно время срабатывания РП можно варьировать путем подбора резистора и конденсатора.

Магнитные реле

Действие таких реле основано на изменении проницаемости магнитной ферромагнетиков при насыщении. При ненасыщенном сердечнике, индуктивное сопротивление обмотки велико, при насыщенном – мало. Выполняют такие реле на магнитных усилителях имеющих внешнюю положительную обратную связь или с самонасыщением и работающих в релейном режиме (Кос ≈ 1).

Несмотря на свои достоинства, бесконтактные реле имеют и свои недостатки:

  • Относительно небольшая коммутируемая мощность;
  • Сопротивление в разомкнутом состоянии сравнительно с электромагнитным выше, а разомкнутом ниже;
  • Довольно чувствительны к перегрузкам, а также к различного рода помехам;

Поэтому при применении таких устройств нужно учесть все эксплуатационные и технико – экономические условия и сопоставить различные варианты.

elenergi.ru

Твердотельное реле: устройство, принцип работы, назначение

Твердотельное реле (ТТР) –  электронное устройство, включающее и выключающее при помощи низких напряжений высокомощностную цепь. В этом виде реле отсутствуют механические движущиеся элементы. Прибор состоит из датчика, реагирующего на вход (управляющий сигнал), и твердотельной электроники, компонентом которой является цепь высокой мощности. Оно может применяться в сетях как постоянного, так и переменного тока.

В твердотельных реле, выпускающихся серийно, используются тиристоры и транзисторы, способствующие переключению токов до сотен ампер. По сравнению с электромеханическими, твердотельные реле обладают более высокой скоростью переключения. Однако они менее пригодны к работе в условиях кратковременных перегрузок.

Принцип действия

В твердотельных реле взаимодействие управляющего сигнала с управляемым происходит путем формирования гальванической развязки – как правило, с помощью оптрона. Управляющее напряжение подает питание на светодиод, а он, в свою очередь, освещает фотодиод, и с помощью тока последнего включается МОП или тиристор, управляющий нагрузкой. Тиристоры и симисторы используются в устройствах, применяемых при переменном токе, а транзисторы – в приборах с постоянным током. Также применяются и специализированные оптоэлектронные приборы – оптотиристоры и фототиристоры.

Структура ТТР включает:

  • 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.

Для коммутации индуктивной нагрузки при помощи твердотельного реле необходимо увеличить запас тока не менее, чем в 6–8 раз.

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.

Разновидности твердотельных реле

Существуют различные виды ТТР, имеющие некоторые особенности коммутируемого и контролирующего напряжения:

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.

Трехфазные ТТР коммутируют ток одновременно на 3 фазы. Их рабочий диапазон составляет 10–120 A. Среди 3-фазных реле отдельно стоят устройства реверсивного типа, отличающиеся бесконтактной коммутацией и маркировкой. Они надежно коммутируют каждую цепь по отдельности. Специальные элементы надежно предохраняют реле от ошибочных включений. Они применяются в процессе запуска и работы асинхронного двигателя, производящего их реверс.

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.

Согласно способу коммутации, ТТР делятся на:

  • 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.

Правила выбора и покупки ТТР

Приобретать ТТР лучше всего в специализированном магазине, где опытные консультанты ответят на все вопросы и помогут сделать выбор устройства нужной мощности в соответствии с требованиями покупателя. При этом следует обратить внимание на следующее:

  • вид реле;
  • материал, использованный для изготовления корпуса;
  • наличие или отсутствие крепежа;
  • тип включения;
  • мощность;
  • энергоэффективность;
  • размеры;
  • присутствие дополнительных функций;
  • производитель.

При покупке ТТР необходимо учитывать, что запас мощности должен превышать нужную в несколько раз, иначе даже незначительное превышение этого показателя может вывести устройство из строя.

Для того чтобы защитить реле, следует применять предохранители, специально разработанные для ТТР. Они бывают нескольких видов:

  • g R – обладают повышенным быстродействием и используются для широкого интервала мощностей;
  • a R – защищают полупроводники от короткого замыкания;
  • g S – выполняют защиту полупроводников от высоких нагрузок, могут применяться для любого типа тока.

Стоимость этих предохранителей может равняться цене самих реле, но благодаря им устройство будет служить в течение долгого времени. Существуют и другие предохранители, которые относятся к классам В, С, D и стоят значительно меньше, однако они обладают низкой степенью защиты.

Приобретая твердотельное реле, следует помнить, что во время работы оно довольно быстро нагревается, что может привести к отклонению от нормального режима и даже перегоранию устройства. Поэтому следует приобрести и радиатор охлаждения. Запас тока для нормальной работы ТТР должен быть выше номинала в три или четыре раза, а при использовании устройства для регулировки скорости электродвигателей запас по току необходимо увеличить в 8–10 раз.

Особенности подключения твердотельного реле

При самостоятельном подключении твердотельного реле и дальнейшей его эксплуатации необходимо придерживаться следующих рекомендаций:

  1. Для соединений использовать винтовой способ.
  2. Не допускать попадания в устройство пыли или металлических элементов.
  3. Не прилагать к корпусу прибора значительных механических воздействий.
  4. Располагать ТТР подальше от легковоспламеняющихся предметов.
  5. Перед тем, как включить устройство, следует проверить правильность коммутации соединений.

www.techtrends.ru

Что такое твёрдотельное реле?

Устройство и параметры твёрдотельных реле

Радиоэлектроника развивается стремительными темпами и то, что совсем недавно использовалось повсеместно, в настоящее время кажется пережитком далёкой старины. Электромеханическое реле ещё активно используется, но на смену ему идёт принципиально новый электронный прибор – твёрдотельное реле.

В англоязычной технической литературе твердотельное реле (ТТР), имеет сокращённое обозначение SSR (Solid State Relays).

Твёрдотельное реле служит для управления силовыми цепями с помощью низковольтной цепи управления. В качестве коммутатора силовой цепи используются мощные ключи на полупроводниковых структурах, выполненных по типу: транзистора, тиристора или симистора.

По сути, твёрдотельное реле является аналогом всем знакомого электромеханического, но выполненного по полупроводниковой технологии.

Такие реле, в зависимости от типа, могут работать как в цепях переменного, так и постоянного тока.

Принцип работы твёрдотельного реле.

Работает твердотельное реле следующим образом: управляющий сигнал подаётся на светодиод. Оптическое излучение вызывает на фотоприёмнике (фотодиоде) появление ЭДС. Это напряжение подаётся на управляющую схему, которая вырабатывает сигнал для управления выходным ключом.

Таким образом, вся работа твёрдотельного реле осуществляется в нескольких ступенях разделённых между собой:

  • Входная цепь (излучающий диод).

  • Оптическая развязка.

  • Фотодиод с триггером управления (схема управления).

  • Цепь коммутации (симистор).

  • Цепь защиты выходного ключа (варистор и т.п.).

В зависимости от назначения и параметров твёрдотельного реле оно может иметь различное устройство. Как уже говорилось, в качестве силового ключевого элемента, который коммутирует ток нагрузки, может быть использован симистор, МДП-транзистор, тиристор, диод, биполярный транзистор или IGBT-транзистор. Благодаря этому в продаже можно найти твёрдотельное реле под любую задачу.

Основных параметров у твёрдотельного реле немного:

  • Коммутируемое напряжение Uмакс;

  • Коммутируемый ток Iмакс;

  • Управляющий сигнал;

  • Скорость переключения.

Качественные отличия твёрдотельных реле от электромеханических.

Почему твёрдотельные полупроводниковые реле всё активней занимают место "классических" электромеханических? Как известно, у электромеханических реле недостатков много: большое время срабатывания, подгорание контактов (как следствие, низкая надёжность), дребезг контактов, искрение (вызывает помехи в работе аппаратуры).

По сравнению с электромагнитными реле, твёрдотельные обладают рядом несомненных преимуществ:

  • Допускается не менее миллиарда переключений, что в тысячу раз превышает этот показатель у обычных электромеханических.

  • Совместимость с уровнями логических микросхем. То есть SSR можно управлять прямо с выхода микросхем.

  • Отсутствие контактов а, следовательно, и дребезга.

  • Бесшумная работа, вибростойкость, высокое быстродействие.

  • Очень малое энергопотребление.

Следует отметить, что твёрдотельные реле очень чувствительны к превышению, как напряжения, так и тока. Поэтому, выбирая твердотельное реле необходимо всегда учитывать запас минимум в 20 %. Есть ещё два очень важных момента, на которые необходимо обращать внимание. Эти устройства очень боятся перегрева, а при работе полупроводниковая структура сильно нагревается, поэтому наличие радиатора необходимо. Очень часто коммутируемую цепь шунтируют варистором для защиты от импульсных выбросов.

Маломощные твёрдотельные реле.

Существует целая серия твердотельных реле рассчитанных на работу с небольшими токами и напряжениями. Их принято называть телекоммуникационными реле или MER (MicroElectronic Relay). Как правило, они рассчитаны на коммутацию нагрузки небольшой мощности.

Маломощные полупроводниковые реле имеют очень небольшие размеры и прекрасно зарекомендовали себя, работая в многофункциональных телефонных аппаратах, контрольно-измерительной аппаратуре, модемах, приёмно-контрольных приборах систем охранной и пожарной сигнализации.

Поскольку они работают в слаботочных системах, их внутренняя схемотехника заметно упрощена с целью снижения себестоимости. Особенно удобно их использование в системах оповещения о пожаре или несанкционированном проникновении. В этих системах требуется очень высокий уровень надёжности, который далеко не всегда могут обеспечить электромагнитные реле. Рассмотрим устройство слаботочного реле CPC1035.

Как видно из рисунка, такое реле представляет собой комбинированное устройство. В его составе есть высокоэффективный излучающий AsGaAl-инфракрасный диод. Он является управляющей цепью (Control). Нагрузку (Load) коммутирует сдвоенный MOSFET транзистор. Благодаря сдвоенному MOSFET транзистору реле допускает коммутацию переменного тока. Как только на инфракрасный диод подаётся напряжение, он начинает излучать. Излучение принимается фотодиодной матрицей, в которой создаётся фото-ЭДС. Далее, полученное от фотоматрицы напряжение (фото-ЭДС), подаётся на управляющую схему. Та в свою очередь управляет ключом из полевых транзисторов. Цепь нагрузки начинает пропускать ток. Как видим, в основе любого твёрдотельного реле лежит полупроводниковая технология.

Основные параметры CPC1035:

  • Коммутируемое переменное напряжение (Blocking Voltage) - 0...350 В;

  • Максимальный ток нагрузки (Load Current) - 100 мА;

  • Максимальное сопротивление ключа во включенном состоянии (Max On-resistance) - 35 Ом;

  • Величина управляющего тока - 2...50 мА (Ток управления - постоянный).

Такие маломощные и миниатюрные реле активно используются в охранных датчиках. Вот, например, реле COSMO типа CPC1008 на плате датчика движения "Фотон-Ш". Оно подключается в охранный шлейф приёмно-контрольного прибора (например, ППКОП "Гранит") или к линии, которая подключена к пульту центрального наблюдения (ПЦН).

Твёрдотельные реле серии CPC10xx также есть в составе охранного датчика "Астра-621". Это многофункциональный датчик. Он контролирует движение в охраняемой зоне за счёт пироэлектрического датчика и осуществляет контроль разбития окон за счёт чувствительного микрофона. На печатной плате прибора расположено два полупроводниковых реле типа CPC1016N. Одно срабатывает при детектировании движения в охранной зоне, а другое срабатывает при разбитии окон.

Если приглядеться, то можно увидеть, что на печатной плате твёрдотельное реле обозначается как DA4 и DA5. Как известно, сокращением DA обычно указывают на схемах аналоговые микросхемы. Поэтому стоит понимать, что твёрдотельное реле это не отдельный электронный компонент, а по своей сути специализированная микросхема, наподобие ИК-приёмника.

 

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

go-radio.ru

Твердотельное реле — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 24 октября 2018; проверки требуют 2 правки. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 24 октября 2018; проверки требуют 2 правки. Твердотельное реле

Твердоте́льное реле́ (ТТР) — электронное устройство, являющееся типом реле без механических движущихся частей, служащее для включения и выключения высокомощностной цепи с помощью низких напряжений, подаваемых на клеммы управления. ТТР содержит датчик, который реагирует на вход (управляющий сигнал) и твердотельную электронику, включающую высокомощностную цепь. Этот тип реле может использоваться в сетях постоянного и переменного тока. Устройство применяется для тех же функций, что и обычное реле, но не содержит движущихся частей.

Серийные твердотельные реле используют технологии полупроводниковых устройств, таких как тиристоры и транзисторы, чтобы переключать токи до сотен ампер. ТТР имеют более высокую скорость переключения, чем электромеханические реле и имеют полную гальваническую развязку. Твердотельные реле менее приспособлены к выдерживанию кратковременных перегрузок (превышению предельно допустимых токов и напряжений), чем их электромеханические аналоги, и имеют чуть большее сопротивление в замкнутом состоянии.

Управляющий сигнал взаимодействует с управляемым путём создания гальванической развязки, в большинстве моделей ТТР — с помощью оптрона. Управляющее напряжение питает светодиод, который освещает фотодиод, ток на котором включает тиристор или МОП, чтобы управлять нагрузкой. Возможно также применение специализированных оптоэлектронных приборов: фототиристоров и оптотиристоров.

ТТР классифицируются по нескольким параметрам, таким как входное напряжение, ток, выходное напряжение, тип тока, падение напряжения, условия эксплуатации.

Преимущества перед электромеханическими реле[править | править код]

  • Меньшие размеры
  • Полная бесшумность работы
  • Большая скорость переключения
  • Более длительный срок службы из-за отсутствия механического и электрического износа
  • Выходное сопротивление не меняется во время всего срока службы (контакты не окисляются)
  • Отсутствие скачка напряжения при переключении[прояснить]
  • Отсутствие искры, что позволяет использовать устройство на взрыво- и пожаро- опасных объектах
  • Меньшая чувствительность к внешним условиям, например, вибраций, магнитных полей, влажности и запылённости воздуха
  • Вследствие отсутствия механических контактов:
    • В замкнутом состоянии нагревается за счёт сопротивления p-n-перехода, и достаточно мощные реле требуют охлаждения
    • В разомкнутом состоянии имеет большое, но не бесконечное сопротивление, а также обратный ток утечки (микроамперы)
    • Вольт-амперная характеристика контакта весьма нелинейная
    • Некоторые типы требуют соблюдения полярности выходных цепей (рассчитаны на коммутацию только постоянного тока)
    • При выходе из строя имеют тенденцию закорачивать выходные контакты вследствие пробоя силового ключа, тогда как обычные реле чаще всего остаются разомкнутыми
  • Требуют принятия мер против ложных срабатываний из-за скачков напряжения (из-за очень высокой скорости срабатывания)
  • Не сразу способны пропустить ток в обратном направлении из-за наличия полупроводников в схеме[прояснить]
  • Миниатюрное твердотельное реле

  • Твердотельный замыкатель

ru.wikipedia.org

Реле Переменного Тока: Особенности Работы, Разновидности

Реле переменного тока твердотельное

Схемотехника различных электрических и электро-механических устройств предполагает наличие элемента, который должен в определенный момент времени включать и отключать подачу электрического тока. Если говорить техническим языком, то релейный элемент – это устройство с несколькими состояниями равновесия, каждое из которых может быть сменено на другое при определенных внешних воздействиях или направленном управлении.

Реле переменного тока – прибор для коммутации в автоматическом режиме для электрических цепей по управляющему сигналу. Помимо этого эти устройства могут дополнительно выступать в роли усилителей, элементами управления  к электродвигателям и исполнительным устройствам.

Основные рабочие характеристики

Промышленное реле на 24В

Итак, реле переменного тока является промежуточным элементом, который приводит в действие управляемую электрическую цепь.

Для этого устройства характерны следующие параметры:

  • Мощность срабатывания (Р ср – измеряется в Ваттах) – ток минимальной мощности, который должен подаваться на реле для его нормальной активации. Номинально этот параметр подбирается согласно общим конструктивным и электрическим параметрам реле.
  • Мощность управления (Р упр – измеряется в Ваттах) – максимальная мощность тока, которую способно передать реле в коммутируемой сети. Данное значение определяется параметрами рабочих контактов реле.

Совет! Не сложно догадаться, что при выборе реле для сети ориентируются на названные параметры, которые для определенных конструкций являются постоянными.

  • Время срабатывания (Т ср – измеряется в секундах) – разница во времени от момента поступления сигнала на управляющий контакт до смыкания или размыкания контактов.
  • Допустимая разрывная мощность (Р р – измеряется в Ваттах) – этот параметр можно встретить в сильноточных реле. Он обозначает мощность при определенном токе, которая при разрыве не позволит создать устойчивую электрическую дугу.

Как работает реле

Диаграмма работы реле во времени

Для управляющей цепи и самого реле характерна некоторая инертность, из-за чего входной ток на реле растет и убывает не мгновенно, а изменяется в некоторых пределах в течение времени, что прекрасно видно на показанной выше схеме, из которой так же понятно, что рабочий цикл состоит из трех этапов:

  • Срабатывание;
  • Работа;
  • Возврат.

Давайте в качестве примера, для понимания основных принципов возьмем электромагнитное реле постоянного тока.

Назад в будущее: реле из 1983 года

  • Внутри такого реле имеется катушка индуктивности, благодаря которой и происходит постепенное изменение параметров тока. Сама же работа реле для каждого этапа складывается из определенных временных отрезков.
  • Срабатывание – имеет два таких интервала: время трогания (tтр) и время на движение якоря(tдв). То есть Т ср = tтр+tдв – все просто.
  • Работа – также два участка, которые обозначены на временной линии отрезками АВ и ВС. На первом этапе ток продолжает еще какое-то время расти, пока не будет достигнуто установленное значение, что позволяет обеспечить надежное притяжение между якорем и сердечником, препятствующим вибрации якоря. На втором участке никаких изменений величины тока не происходит.
  • Возврат – аналогично, 2 участка. На первом происходит отпускание реле, а на втором – возврат в исходное состояние. На протяжении всего периода сила тока падает.

Трехфазное реле переменного тока

Прочие характеристики

Помимо перечисленного, у реле разных типов в ходу следующие параметры:

  • Коэффициент возврата (Kb) – отношение отпускающего тока к срабатывающему. Обычно данное значение варьируется от 0,4 до 0,8. Рассчитывается по формуле: Iот/Iср < 1.
  • Коэффициент запаса (К зап) – это отношение тока установившегося (I уст), то есть максимального  к току срабатывания. Это значение  показывает, насколько надежен выбранный прибор.
  • Последний параметр называется коэффициентом управления (К упр) и представлен отношением мощности управления к мощности срабатывания. То есть если реле используется как усилитель, то мы видим коэффициент этого усиления.

Разновидности электрических реле

Реле контроля изоляции переменного тока следит за уровнем сопротивления изоляции

Все реле можно разделить по нескольким признакам, и делят их:

  • По назначению – тут можно встретить варианты предназначенные для защиты, управления или сигнализации.
  • По принципу действия. Тут список будет куда шире: электромагнитные нейтральные; электромеханические; поляризованные электромагнитные; магнитоэлектрические; индукционные, электротермические; электродинамические; бесконтактные магнитные; фотоэлектронные и электронные, а также другие.

Реле времени переменного тока

  • Делят также эти устройства по замеряемым величинам. Замеряться может электрический ток – его мощность, частота, сопротивление, напряжение, сила, коэффициент мощности. Слежение может происходить и за механическими параметрами: объем, сила, давление, скорость, уровень и прочее. Физическими величинами – температура. Временем.
  • Естественно, разные устройства рассчитаны на отличающуюся мощность управления. Тут представлено три типа: малой мощности – приборы до 1 Вт; средней – от 1 до 10 Вт; высокой мощности – все, что выше 10 Вт.
  • Важным параметром, характеризующим разные модели является время срабатывания прибора. Тут представлено 4 категории: самые быстрые безынерционные модели, чье время на срабатывание составляет меньше 0,001 секунды; далее идут быстродействующие – от 0,001 до 0,05 секунды; замедленные – от 0,15 до 1 секунды; реле времени, которым требуется больше 1 секунды.

Наибольшее распространение получили электромеханические реле, в которых при подаче управляющего тока происходит перемещение подвижной части, называемой якорем, в результате чего происходит замыкание управляемой цепи.

Электромагнитные реле

Электромагнитное реле

Данный тип реле делится на два вида – постоянного и переменного тока. Давайте сначала немного побеседуем про первый тип, который бывает нейтральным или поляризованным.

  • Суть первого варианта заключается в том, что устройство одинаково реагирует на протекающий ток на его обмотке в разных направлениях, а это значит, что усилие на якоре никак не зависит от направления тока.
  • Эти устройства разделяются еще на два типа, в зависимости от движения, которое совершает якорь. Существуют механизмы с угловым движением и втяжным.

Данное втягивающее реле можно встретить на стартере автомобиля ВАЗ 2110

  • Принцип работы устройства предельно прост. При отсутствии управляющего тока якорь отстоит от сердечника на максимальном расстоянии и удерживается в таком положении за счет пружины возврата. В это время на реле будут сомкнуты размыкающие контакты и разомкнуты замыкающие.
  • В момент, когда подается ток в обмотку, он проходит через сердечник, якорь, ярмо и воздушный зазор, при этом создается магнитное усилие, которое притягивает якорь к сердечнику, преодолевая сопротивление пружины.
  • Якорь взаимодействует с колодкой, из-за чего замыкающие контакты смыкаются, а размыкающие, соответственно, разъединяются.

Принцип работы реле

Конструкция реле и тип применяемых контактов будут отличаться в зависимости от токов, на работу с которыми оно рассчитано. В случае маломощных устройств (связи, сигнализации, телемеханики) применяются контакты малой мощности, изготавливаемые из нейзильбера с контактными площадками (наклепанными) из вольфрама или серебра или фосфоритной бронзы.

Наклепки на контактах также могут быть изготовлены из золота, платины, палладия и прочих сплавов, их форма плоская или плоская цилиндрическая.

Контактное реле для автомобиля

В случае средних токов от 0,5 до 5 Ампер ставят контакты из тугоплавких металлов и их сплавов, например, платина-иридий, вольфрам, золото-палладий и прочие.

Беспроводное реле на 16 Ампер

Когда предполагается работа с большими токами, контакты делают медными или из механических смесей, изготавливаемых методом спекания порошков (металлокерамика).

Механическая и тяговая характеристики устройств

За время срабатывания реле меняется длина на воздушном зазоре, а значит, меняется и электромагнитное воздействие на якорь. Данная зависимость называется тяговой характеристикой и выражается формулой: Fэ = f(d).

Тяговая характеристика на диаграмме

Если не брать в расчет сопротивление элементов магнитопровода, изготовленных из стали, то тяговая характеристика должна, по идее, иметь форму гиперболы, однако магнитное сопротивление на воздушном зазоре Rмd при его уменьшении также снижается и сравнивается с сопротивлением магнитопровода Rмст. Исходя из этого, магнитное усилие не может быть больше, чем некая максимальная величина Fэ max. Не противоречит логике, что при самом большом значении воздушного зазора Fэ будет минимальным.

Когда отключается питание обмотки реле, на магнитопроводе остается намагничивание, из-за которого якорь может залипнуть. Чтобы избавиться от этого эффекта применят штифт из немагнитного материала.

Механическая характеристика реле

  • Фактически, работа реле заключается в соединении и разъединении контактов, которых может быть 2 и намного больше. Во время перемещения якоря происходит рост силы упругости возвратной и контактных пружин. Эти силы будут иметь разное значение в зависимости от положения якоря и величины воздушного зазора. Данная зависимость носит название механической характеристики реле.
  • Во время запуска реле, якорь первым преодолевает сопротивление возвратной пружины – на графике выше это усилие отмечено участком ab.
  • На следующем участке bc отмечено усилие на ход до первой контактной пружины. Участок cd – преодоление совместного сопротивления двух пружин.
  • Логично предположить, что тяговая характеристика у нормально работающего реле должна быть выше механической.

Интересно знать! В мощных устройствах процесс разъединения протекает намного сложнее первичного коммутирования, так как возникшая электродвижущая сила стремиться удержать значение текущего в управляемой цепи тока. В итоге в момент разъединения может образовываться искрение, а то и вовсе дуговой разряд, очень вредный для контактов реле.

Для того чтобы нейтрализовать описанный эффект используется либо увеличение активного сопротивления, либо специальные конструкции приборов.

Реле поляризованного типа

На фото — электромагнитное поляризованное реле

Работа таких устройств от описанных до этого отличается тем, что направление в котором действует электромагнитная сила меняется в зависимости от полярности тока, подаваемого на обмотку. Данный принцип реализуется посредством постоянного магнита. Подобных реле на рынке представлено великое множество, но все они делятся на мостовые и дифференциальные.

Также их можно разделить на три типа по настройке контактов:

  • Двухпозиционные модели;
  • Двухпозиционные с преобладанием вправо или влево;
  • Трехпозиционные, имеющие зону нечувствительности.

Принцип действия двухпозиционного поляризованного реле

По представленной схеме можно понять, как работают такие реле:

  • С разных сторон на сердечнике намотаны две катушки, обозначенные как 1.
  • При подключении они создают устойчивое магнитное поле (Fэ) в ярме (2).
  • Постоянный магнит (3) также имеет магнитное поле Ф0(п).
  • В момент, когда якорь находится в центральном (нейтральном) положении ток на катушки не подается, и магнитный поток от постоянного магнита разбивается на 2 одинаковые части (Ф01 и Ф02), а значит, тяговая сила будет отсутствовать.
  • Как только на обмотку подается питание, образующееся магнитное поле на ярме начнет выдавать результирующее поле, прибавляясь или отнимаясь от Ф01 и Ф02, в зависимости от полярности питания.
  • Как только одно поле начинает преобладать над другим, возрастает тяговая сила, а значит, якорь начинает движение влево или вправо.

К неоспоримым достоинствам таких реле можно отнести высокую чувствительность, быстрое срабатывание, высокий коэффициент управления. К недостаткам относятся, разве что, большие габариты, сложная конструкция и цена.

Реле электромагнитные переменного тока

Оптореле переменного тока

Реле электромагнитные переменного тока, как несложно догадаться, отличается от постоянных моделей тем, что могут работать от электрических сетей с частотой тока от 50 до 400 Гц. Обозначение переменного тока на реле рисуется в виде волнистой черты. Тот же символ можно встретить и в схемотехнике – он помещается в кружочек (см. рисунок ниже).

Схематическое изображение реле переменного тока

Работает такое реле по следующей схеме:

  • Переменный ток подается на обмотку, после чего якорь также притягивается к сердечнику.
  • Почему контакт не размыкается при смене направления движения тока?
  • Потому что тяговое усилие будет пропорционально квадрату силы намагничивания, а значит, и квадрату тока, текущего по обмотке.
  • Получаем, что направление тягового усилия не зависит от направления тока.

Как меняется тяговое усилие при перемене направления тока

  • Если представить себе два реле (постоянного и переменного тока) одинаковых размеров и с одинаковыми значениями самой высокой индукции, то тяговая сила у последнего будет в два раза меньше, так как оно вынуждено постоянно пульсировать с удвоенной частотой, опускаясь до нуля каждый раз, когда ток меняет свое направление, то есть 2 раза за такт.
  • Из-за этого якорю реле приходится постоянно вибрировать, что вызывает быстрый износ детали. Чтобы избавиться от этого эффекта устанавливаются дифференциальные сердечники и фазосдвигающие детали, которые не дают магнитному потоку переходить через нуль.
  • Сердечник может быть расщепленным с короткозамкнутой обмоткой, то есть конец элемента имеет пропил, делящий его на две части. На одну из таких частей и устанавливается короткозамкнутая обмотка из одного или пары витков.
  • Во время работы реле переменное магнитное поле делится на две части (Ф1 и Ф2), одна из которых (Ф2) создает в к.з. витке ЭДС, после чего образуется еще одно магнитное поле (Фкз), воздействующее на поле ЭДС создающее (Ф2), в результате чего оно начнет отставать от первого потока (Ф1). Данный сдвиг будет в пределах 60-80 градусов, а значит результирующее поле (Fэ), создающее тяговую силу, никогда не упадет до нуля, и тем более не сменит своего направления.

Изменение тяговой силы

Чтобы реле переменного тока работало надежно, без вибраций его параметры рассчитываются так, чтобы усилие Fэ min было максимально большим.

Из полученной информации можно сделать вывод о том, что такие реле имеют куда худшие параметры по сравнению с постоянными по тяговому усилию и чувствительности. Добавьте сюда усложненную конструкцию, и как следствие более высокую цену.

Однако и достоинство у таких реле хоть и одно, но неоспоримое – возможность применения в общественных сетях.

Итак, подведем итоги. Мы разобрали назначение реле, их принципы работы, основные виды и узнали, чем отличается реле управляемое переменным током от постоянного. Информации было много, но только на первый взгляд, поэтому рекомендуем углубиться в тему, просмотрев предложенное видео.

elektrik-a.su

принцип работы, виды, схема подключения

Сегодня твердотельные реле переменного тока однофазные нашли широкое применение в промышленности. Эти приборы обладают небольшими габаритами и отличаются высокой надежностью. Твердотельные реле (ТТР) легко подключить, и с этой работой справится даже начинающий электрик. Единственным фактором, сдерживающим широкое распространение этих устройств в быту, является более высокая стоимость в сравнении с классическими электромеханическими приборами.

Принцип работы

Твердотельное реле предназначено для управления электроцепями. В отличие от классических реле, они не имеют подвижных контактов, а коммутация происходит с помощью полупроводниковых приборов. Большинство моделей ТТР имеют похожую схемотехнику, а внесенные производителями изменения практически не влияют на принцип их работы.

Структура прибора содержит:

  • Вход.
  • Оптические развязки.
  • Триггерные цепи.
  • Цепи защиты и коммутации.

Роль входа выполняет первичная электроцепь, содержащая последовательно подключенное сопротивление на постоянном изоляторе. Входная цепь принимает сигнал и передает команды на цепь коммутации. Оптическая развязка необходима для изоляции входной и выходной электроцепи. Именно от этого элемента конструкции зависит вид ТТР и принцип работы прибора.

Задача триггерной цепи состоит в обработке входного сигнала и последующего переключения выходного. Она может входить в состав оптической развязки либо является отдельным элементом конструкции.

Для подачи питающего напряжения на нагрузку в устройстве присутствует коммутационная цепь. В ее состав входят полупроводниковые приборы — симистор, транзистор и диод.

Принцип работы твердотельного реле заключается в управлении контактами, передающими напряжение на реле. Для приведения контактов в действие необходим активатор. Если устройство предназначено для работы в трехфазной цепи, то его роль выполняет тиристор либо симистор. В твердотельном реле постоянного тока в качестве активатора используется транзистор.

Область применения и преимущества

В сравнении с классическими реле ТТР имеют много достоинств. Если не относительно высокая стоимость этих приборов, они значительно шире использовались бы в быту. Среди их основных преимуществ можно отметить:

  • Низкий показатель электропотребления.
  • Отличаются высоким быстродействием.
  • Отсутствие шума во время работы.
  • После подключения к цепи ТТР не создают электромагнитные помехи.
  • Длительный срок эксплуатации.

Эти приборы нашли широкое применение в промышленности. Они используются для управления электромоторами, регулирования уровня освещения и т. д.

Основные виды

Эти приборы принято классифицировать по нескольким показателям. В первую очередь речь идет о типе контролирующего напряжения — постоянного и переменного тока. Устройства постоянного тока предназначены для работы в электроцепях с напряжением 3−32 В. Они отличаются высокой надежностью, оснащаются светодиодной индикацией, а диапазон рабочих температур составляет от -30 до 60 градусов. Также существуют приборы с ручным управлением, которые можно настроить на нужный тип работы.

В соответствии с видом нагрузки ТТР бывают однофазными и трехфазными. Приборы, предназначенные для трехфазных цепей, способны контролировать ток в диапазоне 10−120 А сразу на всех фазах. Среди этих устройств особое место занимают реверсивные реле, отличающиеся бесконтактной коммутацией. Они часто используются в сочетании со специальными приборами, обеспечивающими надежную защиту от ложных срабатываний.

Реле твердотельное однофазное позволяет коммутировать электроток при его переходе через нулевую отметку, а рабочий диапазон токов составляет 10−500 А.

Особенности подключения

С этой работой может справиться практически каждый домашний мастер. Чтобы прибор начал функционировать, на входные клеммы достаточно подать питающее напряжение, соблюдая полярность. В качестве примера можно рассмотреть подключение твердотельного реле к системе освещения:

  • В точке монтажа ТТР нужно сделать разрыв фазного проводника.
  • Устройство подключается в разрыв клеммами для коммутации.
  • На управляющие контакты в соответствии с полярностью подается питающее напряжение.

Следует обратить внимание на то, что управляющая цепь подключается через пусковую кнопку. Достаточно кратковременной подачи напряжения для открытия полупроводникового элемента конструкции и последующего замыкания цепи. Чаще всего твердотельные реле монтируются на DIN-линейку.

При выборе прибора необходимо ориентироваться технические характеристики цепи питания, а также условия эксплуатации реле. Подключение ТТР к цепи не должно вызвать серьезных проблем.

220v.guru

0 comments on “Бесконтактные реле на переменном токе – Твердотельное реле переменного и постоянного тока — принцип работы

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *