Твердотельное реле — принцип работы

Каждый, кто имел дело с подключением электрических двигателей и других мощных потребителей электроэнергии, прекрасно знают, что такое электромеханическое реле. Ничего плохого о нем сказать нельзя, поскольку свою работу оно выполняет исправно. Есть, однако, у электромагнитных реле плохая привычка — пускать искры и шуметь при работе. А также размеры электромагнитного реле, в зависимости от мощности, совсем не маленькие. Большую часть проблем, которые создает такое устройство призвано решить другое реле, совершенно непохожее по конструкции и принципу работы, но не менее необходимое, чем электромагнитное.

Содержание:

  1. Твердотельное реле, как это работает
  2. Где применяют твердотельное реле
  3. Разновидности твердотельных реле
  4. Схемы подключения ТТР

Твердотельное реле, как это работает

Твердотельное реле

Полупроводниковые устройства в свое время произвели революцию в радиотехнике, а одним из вождей полупроводниковой революции стало твердотельное реле Принцип работы, особенности использования и схемы подключения этого устройства мы обязательно рассмотрим сегодня. Как и положено каждому реле управления, твердотельное реле, Solid State Relay, SSR,  призвано обеспечивать контакт между цепями низкого и высокого напряжения. Независимо от размеров и конфигураций, все реле такого типа похожи по принципу действия и структуре. А структура у устройства такая:

Структура устройства

  1.  Вход.
  2.  Развязка оптическая.
  3.  Триггерная цепь.
  4.  Переключающая цепь.
  5.  Защитная цепь.

На входе устройства стоит первичная цепь с сопротивлением на постоянном изоляторе, включенном последовательно. Все, что требуется от входной цепи — принимать импульс и передавать его устройству твердотельного реле, коммутирующего нагрузку. Естественно, что первичная и вторичная цепи должны быть изолированы друг от друга, а роль изолятора выполняет оптическая развязка. Она и вносит разнообразие в виды и типы твердотельных реле и влияет на принцип их работы.

Система управления

Отдельным элементом конструкции является триггерная цепь, которая обрабатывает входной сигнал и переключает выход. В зависимости от вида реле, триггерная цепь может входить в состав оптической развязки, а может быть и совершенно автономным элементом. Нагрузочным же напряжением управляет цепь, которая состоит из транзистора, симистора и кремниевого диода. Конструкцией твердотельного реле предусмотрена в обязательном порядке система защиты от ошибок и сбоев. Система реализована в виде отдельной защитной цепи и может быть как внутреннего типа, так и внешнего.

Система защиты

Где применяют твердотельное реле

Внешний вид

Преимущества этого реле перед контактным бесспорным, однако, как обычно, на пути широкого продвижения в массы этого прекрасного устройства стоит цена твердотельного реле. Если не вникать в рыночные особенности и финансовое обоснование применения реле такого типа, то смело можно говорить о его преимуществах:

  • экономное потребление энергии;
  • минимальные габариты, не сравнимые с обычными реле;
  • очень высокий (примерно втрое) срок службы;
  • высокое быстродействие;
  • абсолютная бесшумность в работе.

Не требует обслуживания
Твердотельное реле принцип работы которого позволяет применять устройство гораздо шире, чем контактное реле, все же не сможет пока в обозримом будущем полностью заменить электромагнитные приборы. Да и они неплохо справляются со своими задачами. А применять ТТР хорошо в тех случаях, когда с прибором или станком возиться некогда. Обычное реле в обязательном порядке будет требовать чистки контактов через каждых несколько тысяч циклов замыканий, а про наличие ТТР можно вообще забыть после установки.

Разновидности твердотельных реле

С управлением постоянным током

Любые твердотельные реле можно классифицировать на несколько подвидов по нескольким параметрам:

  •  По типу управляющего напряжения. Здесь все просто — они могут управляться переменным или постоянным током.
  • Коммутируемое напряжение. Тоже может быть постоянное и твердотельное реле переменного тока.
  • По количеству фаз для переменки. Либо одна фаза, либо трехфазное твердотельное реле.
  • По специфике монтажа. Реле имеет возможность монтироваться как на корпус или поверхность, так и на стандартную DIN-рейку. Стандартная DIN-рейка

Отличным примером использования ТТР может служить применение его в качестве реле управления для трехфазного электродвигателя. То есть для того, чтобы мотор изменил направление вращения, необходимо поменять местами любые две фазы. Для реализации этих задач используется реле твердотельное реверсивное. Электромагнитное реле для этих целей занимало бы много места, требовало бы постоянного ухода за контактами и создавало бы море шума.

В качестве реле управления для трехфазного электродвигателя

Реверсивное ТТР при этом работает абсолютно бесшумно и имеет очень компактные размеры. Такие же, как и однофазное твердотельное реле, с разницей только в том, что в нем на один вывод больше. Следовательно, кроме размеров и частоты обслуживания, изменяются и требования к пусковой кнопке. Так, огромный пятикиловаттный двигатель можно запустить и управлять им при помощи обычного геркона.

Схемы подключения ТТР

Схемы реле

По подключению твердотельное реле практически ничем не отличается от обычного. Мы привели несколько типичных схем подключения для коммутации переменки до 240 вольт.

Схемы подключения реле

Обычное ТТР может переносить кратковременные перегрузки вплоть до 200% от номинала, особенно, если ток не подается резко, а возрастает по мере замыкания. Тем не менее предохранять реле от замыкания нужно и для них существуют определенные типы предохранителей.

Радиаторы для твердотельных реле

Также стоит учитывать, что ТТР при работе могут нагреваться, а при температуре выше 70 градусов они практически прекращают функционировать, поэтому в обязательном порядке на реле устанавливаются радиаторы для твердотельных реле.

Автор angor58