Інструкція по збірці твердотільного реле своїми руками

Навіть початківець радіоаматор здатний зібрати твердотельное реле. Це пристрій створено на базі напівпровідникових радіодеталей. Силові ключі зібрані на тиристорах, транзисторах або сімісторов. Для виготовлення схеми твердотільного реле своїми руками, варто з’ясувати принцип роботи і особливості підключення пристрою. В результаті з його допомогою можна підвищити надійність і безпеку електричного кола.

Оптореле

В останні роки на зміну звичайним електромагнітним реле приходять опто-електронні твердотільні (оптореле). Вони являють собою сільноточние ключі з гальванічною розв’язкою між входами управління і навантаженням і призначені для комутації споживача в ланцюгах змінного і
постійного струмів.
Переваги оптореле очевидні.

Основу схеми складають силовий симистор Т1 — BT138-800 на 16 Ампер і керуючий їм оптрон МОС3063. На схемі виділені чорним кольором провідники, які потрібно прокласти мідним дротом підвищеного перетину, в залежності від планованого навантаження.
Управління светодиодом оптрона мені зручніше живити від 220 Вольт, а можна від 12 або 5 Вольт, кому як потрібно.

Для управління від 5 Вольт, потрібно резистор 630 Ом поміняти на 360 Ом, решта все однаково.
Номінали деталей розраховані на МОС3063, якщо застосуєте інший оптрон, то номінали потрібно перерахувати.
Варистор R7 захищає схему від кидків напруги.
Ланцюжок індикаторного світлодіода можна зовсім прибрати, але з нею виходить наочніше, що апарат працює.
Резистори R4, R5 і конденсатори C3, C4 служать для запобігання виходу з ладу симистора, їх номінали розраховані на струм не вище 10 Ампер. Якщо буде потрібно реле на велике навантаження, то номінали потрібно перераховувати.
Радіатор охолодження для симистора прямо залежить від навантаження на нього. При потужності триста Ватт, радіатор не потрібен зовсім, і відповідно — чим більше навантаження, тим більше площа радіатора. Чим менше буде симистор перегріватися, тим довше пропрацює і тому навіть кулер охолодження не буде зайвим.
Якщо ви плануєте керувати підвищеною потужністю, то найкращим виходом буде поставити симистор більшої потужності, наприклад, ВТА41, який розрахований на 40 Ампер, або подібний до нього. Номінали деталей підійдуть без перерахунку.

  • Прилади, що працюють в ланцюгах постійного струму.
  • Перемикачі для електроланок змінного струму.
  • Універсальні реле.

До першої групи належать ТТР з показниками комутованих напруг 3-32 В. Вони мають невеликі габарити, оснащені світлодіодною індикацією і можуть ефективно працювати в температурному діапазоні від -35 до 75 градусів. Представниками другої категорії є перемикачі, призначені для роботи в електроланцюгах змінного струму при напрузі 24-220 В. Універсальні пристрої мають можливість ручного регулювання для використання в конкретних умовах.

Якщо класифікувати прилади за характером приєднаної навантаження, то можна виділити 2 типу приладів, що працюють в мережах змінного струму, — одно- і трифазні. З їх допомогою можна управляти досить високим навантаженням при силі струму 10-75 А. також варто звернути увагу на пікові показники електроструму, які здатні досягати 500 А.

Твердотільні перемикачі можна застосовувати в різних типах ланцюгів, наприклад, ємнісних або резистивних. Їх конструкція дозволяє позбутися від шуму під час роботи, а також домогтися плавного управління приводами, наприклад, електромоторами або лампами. ТТР відрізняються високою надійністю, але багато в чому термін служби приладів залежить від виробника.

15
Керуючий струм, мА, 10
Навантаження, не більше, А, 16
Напруга комутації, В, 220
Семистора VS1 BT 139-600 необхідно встановити на радіатор.
Застосовуючи оптореле ви збільшуєте надійність і термін служби пристроїв.

В якості ілюстративного зразка пропонується скористатися наступними деталями:

  • сімісторний оптопарою MOC3083 (VD1);
  • симистором з ізольованим анодом BT139-800 16A (V1 від Philips);
  • опором для обмеження струму через світлодіод MOC3083 (R1 750Ом 0,5Вт);
  • світлодіодом індикації АЛ307 (LD1);
  • резистором на керуючий електрод сімістора 160 Ом (R2, 0.125Вт).

  1. Для самостійної збірки твердотільного реле знадобиться в першу чергу металева (найкраще з алюмінію) швидко проводить тепло підкладка. Конкретні розміри підкладки (розміри і товщина) залежать від того, яка кількість тепла потрібно буде відводити від симистора (враховуйте також, що і сама підкладка може розташовуватися на поверхні з металу).
  2. Після потрібно опалубка під заливку. Вона повинна бути таких розмірів, щоб вмістити всі компоненти пристрою. Під опалубку піде будь-яка відповідних габаритів пластикова деталь.
  3. Клейовим пістолетом опалубка скріплюється з підкладкою. Герметизуються всі наявні щілини.
  4. Розміщується попередньо спаяна і протестована схема. Врахуйте, що не завжди можна відразу ж точно визначити положення висновків сімістора. Щоб уточнити цей момент слід з’єднати тестер на мегаомах з вихідними кінцями симистора. Якщо симистор відкривається, то рівень опору замість десятків мегаом знизиться до одиниць кіло.
  5. Між спинкою корпусу симистора і поверхнею підкладки необхідна прошарок з теплопровідної пасти (КПТ-8). Раніше це не ізольований анод симистора також необхідно відгородити ізоляційною прокладкою. У будь-якому випадку, жодна складова схеми не повинна мати прямого контакту з металевою підкладкою.
  6. Знову озброївшись клейовим пістолетом потрібно скріпити корпус симистора з підкладкою.
  7. Укласти всі інші складові схеми, продовжуючи зміцнювати їх так, щоб вони не контактували з підкладкою.
  8. Залити форму компаундом.

Симистор потрібно ізолювати від радіатора охолодження спеціальної теплопровідної пластиною із застосуванням теплопровідної пасти. Паста повинна злегка вилізти з-під симистора при закручуванні кріпильного гвинта.

Далі розміщуємо наступні деталі відповідно до схеми і припаюємо їх.

Припаюємо дроти для підключення живлення і навантаження.

Розміщуємо пристрій в корпус, попередньо випробувавши його при мінімальному навантаженні.

Випробування пройшло успішно.

  • прилади, що здійснюють навантаження по ємнісного і редуктивного типу, що володіють слабкою індукцією;
  • прилади, оснащені функцією випадкового, або миттєвого вимикання, застосовуються для механізмів і систем, де виникає необхідність миттєвого спрацьовування;
  • прилади з фазовим керуванням, допомагають налаштовувати нагрівальні елементи і лампи розжарювання.

Для внутрішнього захисту можна скористатися різноманітними запобіжниками:

  • g R-забезпечує високий рівень швидкодії, підходять для роботи з широким спектром потужностей;
  • g S -застосовуються для роботи з струмами різної сили і допомагають захищати напівпровідники при надмірно високих навантаженнях мережі живлення;
  • a R -застосовуються як страховка від втрат, що наносяться коротким замиканням.

На жаль, покупка такого запобіжника зазвичай трохи поступається ціною, за яку набувають саме реле. Якщо на таку розкіш витрачатися шкода, то можна скористатися запобіжниками класу В, С і D, які не настільки якісні, але і коштують набагато менше.

Основні параметри CPC1035:

  • Напруга перемикання (напруга блокування) — 0 … 350 В;
  • Максимальний струмовий навантаження (струм навантаження) становить 100 мА;
  • Макс. Опір по опору — 35 Ом;
  • Розмір керуючого струму 2 … 50 мА (постійний струм управління).

Такі низькоенергетичні і мініатюрні реле активно використовуються в датчиках безпеки.

Тут, наприклад, реле COSMO тип CPC1008 на панелі датчика руху «Фотон-Ш», Він підключений до петлі безпеки приймальних і контрольних пристроїв (наприклад, PPKOP «граніт») або до лінії, яка підключена до центральної станції управління (CMS).

Серія твердотільних реле CPC10xx також в датчику безпеки «Астра-621»,

Це багатофункціональний датчик. Він контролює рух в захищеному просторі через піроелектричного датчика і управління перериванням вікон через чутливого мікрофона. На друкованій платі є два напівпровідникових реле CPC1016N.

Один спрацьовує, коли рух виявлено в області захисту, а інше спрацьовує, коли вікна перериваються.

Якщо ви подивіться уважно, ви побачите, що напівпровідниковий реле на друкованій платі визначено як DA4 і DA5.

Як відомо, абревіатура DA Зазвичай вони показують аналогові схеми на схемах. Тому розумно розуміти, що напівпровідниковий реле не є окремим електронним компонентом, а по суті спеціальним мікрочіпом, подібним ІК-приймача.

Твердотільні реле мають основне призначення — забезпечення ізоляції між ланцюгами, що мають різний напруга; працювати вони можуть в самих різних приладах — від побутової техніки до великих виробничих систем.

Твердотільні реле, в залежності від своєї конструкції, забезпечують безконтактну комутацію ланцюгів змінного або постійного струму різної напруги.

Сигнал слабкого струму управляється за рахунок застосування силового ключа, що діє через гальванічну розв’язку. У ланцюгах з постійним струмом застосовують IGBT транзистори, а зі змінним струмом — сімісторних і тиристорні ключі. Важлива перевага пристрою компактні розміри, за що їх і називають малогабаритними твердотільними реле змінного струму. Втім, малі розміри зовсім не означають низьку функціональність.

Вони бувають:

  • постійного струму,
  • змінного струму,
  • одно- і трифазні,
  • з фазової регулюванням за рахунок зміни кута відкриття ключа,
  • регулюють з’єднання за рахунок пропуску струму через нульову фазу,
  • в стандартних корпусах,
  • в модульних корпусах.

Ціна від 15 USD.

Модель
Тип (DC-AC) (AC-AC) (DC-AC)

(AC-AC)

(VR-AC)
Керуючий
напруга
DC 3 ~ 32V AC 90 ~ 250V DC / AC 5 ~ 32V VR B250KΩ

VR B500KΩ

коммутируемое
напруга
AC 24 ~ 380V

AC 380 ~ 440V

AC 24 ~ 380V

AC 380 ~ 440V

AC 24 ~ 380V

AC 380 ~ 440V

AC 90 ~ 220V

AC 220 ~ 380V

AC 380 ~ 440V

струм навантаження 10А / 25А / 40А / 60А 10А / 25А / 40А 10А / 25А / 40А 10А / 25А / 40А
час реакції 1/2 cycle + 1 msec. 3/2 cycle + 1 msec. 3/2 cycle + 1 msec.

Наявність на складі:

Твердотільні реле постійного струму.

Модель SR-D3825.

Виробництво «CAHO» Тайвань.

Робоча напруга 24-380V AC

Керуюча напруга 3-32V DC

Робочий струм 25А

Ціна 20USD / шт
Твердотільні реле постійного струму. Модель SR-D3840.

Виробництво «CAHO» Тайвань.

Робоча напруга 24-380V AC

Керуюча напруга 3-32V DC

Робочий струм 40А

Ціна 20USD / шт
Твердотільні реле постійного струму.

Модель SR-D3860.

Виробництво «CAHO» Тайвань.

Робоча напруга 24-380V AC

Керуюча напруга 3-32V DC

Робочий струм 60А

Ціна 25USD / шт

Немає в наявності

Твердотільні реле змінного струму.

Виробництво «CAНO» Тайвань.

Робоча напруга 24-380V AC

Керуюча напруга 90-250V АC

Робочий струм 25А

Ціна 20USD / шт
Твердотільні реле змінного струму.

Модель SR-A3840.

Виробництво «CAНO» Тайвань.

Робоча напруга 24-380V AC

Керуюча напруга 90-250V АC

Робочий струм 40А

Ціна 20USD / шт

Немає в наявності

Твердотільні реле постійного / змінного струму.

Модель SR-U2425.

Виробництво «CAНO» Тайвань.

Робоча напруга 250V AC

Керуюча напруга 3-32V АC / DC

Робочий струм 25А

Ціна 20USD / шт
Твердотільні реле постійного / змінного струму.

Модель SR-U2440.

Виробництво «CAНO» Тайвань.

Робоча напруга 250V AC

Керуюча напруга 3-32V АC / DC

Робочий струм 40А

Ціна 25USD / шт
Твердотільні реле змінного струму.

Модель SR-A4840.

Виробництво «CAHO» Тайвань.

Робоча напруга 480V AC

Керуюча напруга 90-480V АC

Робочий струм 40А

Ціна 20USD / шт

Пропонована серія дозволяє радіоаматори складати простий і надійний оптоелектронних. Переваги Optorel очевидні.

Це невеликий керуючий струм, відсутність придушення електромагнітних перешкод, висока напруга ізоляції, широка робоча температура. Крім того, невеликі розміри і велика надійність (час між помилками) дуже підходять в різних додатках.

Орієнтовна роздрібна ціна: 0 руб.

Технічні характеристики.

Керуюча напруга: 5 — 15 В.

Керуючий струм: 10 мА.

Струм навантаження, не більше: 10 A.

Напруга перемикання: 220 В.

Розміри друкованої плати: 52 × 38 мм.

Опис роботи.

Принцип напівпровідникового реле полягає в наступному: вхідний сигнал (керуючий струм) подається через діод D1 на світлодіод.

Випромінювання, пройшовши певну відстань в корпусі реле (МОС3041), потрапляє в фотодіодних грати (фотоелектричний генератор).

1. Управління з комутацій при переході струму через нуль

Перевага цього методу комутації полягає у відсутності перешкод створюються при включенні. Недоліками є переривання вихідного сигналу і неможливість використання на високоіндуктівние навантаження. Основне застосування даного виду комутації підходить для резистивної навантаження (системи контролю та управління нагріванням).

Також застосовують на ємнісні і слабоіндуктівние навантаження.

2. Фазовий управління

Перевага фазового методу регулювання полягає в безперервності і плавності регулювання. Цей метод дозволяє регулювати величину напруги на виході шляхом зміни форми (регулятор потужності). Недоліком є ​​наявність перешкод при перемиканні. Застосовується для резистивних (системи управління нагрівом), змінних резистивних (інфрачервоні випромінювачі), індуктивних навантажень (транcформатори) і керування освітленням (лампи розжарювання).

Струм і характер навантаження

Одним з найважливіших параметрів для вибору ТР є струм навантаження. Для надійної і тривалої експлуатації необхідно вибирати реле з запасом по струму, але при цьому треба враховувати і пускові струми, тому що ТР здатне витримувати 10-ти кратну перевантаження по струму тільки протягом короткого часу (10мс). Так при роботі на активне навантаження (нагрівач) номінальний струм повинен бути на 30-40% більше номінального струму навантаження, а при роботі на індуктивне навантаження (електродвигун) необхідно враховувати пусковий струм, і запас по струму повинен бути збільшений в 6-10 раз.

Приклади запасу по струму для різних типів навантаження:

  • активне навантаження (ТЕНи) — запас 30-40%
  • асинхронні електродвигуни — 6 … 10 кратний запас по струму
  • лампи розжарювання — 8 … 12 кратний запас по струму
  • котушки електромагнітних реле — 4 … 10 кратний запас по струму

Розрахунок струму реле при активному навантаженні:


Iреле = Pнагр / U
Pнагр = 5 кВт, U = 220В
Iреле = 5000/220 = 22,7А
З огляду на необхідний запас
по току вибираємо ТР на 40А.

Iреле = Pнагр / (U x 1,732)
Pнагр = 27кВт, U = 380В
Iреле = 27000 / (380 x 1,732) = 41,02А
З урахуванням запасу по струму вибираємо
ТР на 60А.
охолодження

Ще одним важливим фактором для надійної роботи твердотільних реле є його робоча температура.

При роботі SSR через втрати на силових елементах виділяється велика кількість тепла, яке необхідно відводити за допомогою радіаторів охолодження. Заявлений номінальний струм реле здатні комутувати при його температурі не більше 40 ° С.

При збільшенні температури ТР знижується його пропускна здатність з розрахунку 20-25% на кожні 10 ° С. При температурі приблизно 80 ° С його пропускна здатність по струму зводиться до нуля, і як наслідок реле виходить з ладу.

захист

  • Твердотільні реле мають вбудовану RC-ланцюг для захисту від помилкового включення при використанні на індуктивному навантаженні.
  • Для захисту від короткочасного перенапруги з боку навантаження необхідно використовувати варістори.Оні підбираються виходячи з величини комутованого напруги Uвар = 1,6-2Uком. Слід зазначити, що сучасні ТР витримують значні перенапруги і без застосування варисторів. Набагато небезпечніше для ТР перевантаження по струму.

  • Для захисту від перевантаження по струму необхідно використовувати спеціальні швидкодіючі напівпровідникові запобіжники. Вони підбираються з урахуванням величини номінального струму реле Іпр = 1 — 1,3Iном., Причому саме ТР має бути з набагато більшим запасом по струму, в т.ч.учітивая пускові струми навантаження. Це найефективніший спосіб захистити ТР від перевантаження по струму. Оскільки реле здатне витримувати тільки короткочасну (10мс) перевантаження, то використання автоматів захисту не врятує їх від виходу з ладу.
  • Для коректної роботи твердотільного реле при маленьких токах навантаження (порівнянних з струмом витоку) необхідно встановлювати шунтуючі опір паралельно навантаженні.

приклади застосування

Основне застосування ТР знаходять в системах управління нагрівом.

Твердотільні реле ZD3, VD, LA найчастіше застосовують в технологічних процесах, де потрібна підтримка температури з великою точністю (ПІД, Fuzzy режим).

При цьому реле VD, LA забезпечуватимуть плавне регулювання за рахунок фазового методу управління.

Твердотільні реле ZA2 частіше застосовують в системах, де не потрібна висока точність підтримки температури (двохпозиційний режим).

Твердотільні реле VA (управління змінним резистором) застосовують для ручного регулювання потужності на навантаженні.

Таким пристроєм можна відрегулювати потужність Тена або ІЧ-випромінювача, змінювати яскравість світіння лампи розжарювання.

Дотримуючись певний ряд умов, твердотільні реле можна використовувати для пуску асинхронних двигунів. Необхідно враховувати пускові струми двигуна і ТР підбирати з багаторазовим запасом по струму.

Застосовувати заходи з додаткового відведення тепла. Для захисту ТР від короткочасних перенапруг використовувати варистори, а для захисту від перевантаження по струму швидкодіючі запобіжники.

Можна організувати управління групою реле від одного джерела живлення.

В даному випадку необхідно підібрати джерело з потужністю достатньою для включення всієї групи реле. При цьому можна залишити можливість включення — виключення окремого реле для управління необхідної зоною.

Ссылка на основную публикацию