Управление контактором с помощью твердотельного реле

Практическое применение и схемы подключения твердотельного реле

Классические пускатели и контакторы постепенно уходят в прошлое. Их место в автомобильной электронике, бытовой технике и промышленной автоматике занимает твердотельное реле.

Это полупроводниковое устройство может иметь различные конструкции и схемы подключения, от которых зависят и сферы применения прибора.

Устройство твердотельного реле

Современные твердотельные реле (ТТР) представляют собой модульные полупроводниковые приборы, являющиеся силовыми электропереключателями.

Ключевые рабочие узлы этих устройств представлены симисторами, тиристорами или транзисторами. ТТР не имеют подвижных частей, чем отличаются от электромеханических реле.

Размер твердотельного реле во многом зависит от максимально допустимой нагрузки и возможности отводить тепло путем теплопередачи и конвекции

Внутреннее устройство этих приборов может сильно различаться в зависимости типа регулируемой нагрузки  и электрической схемы. Простейшие твердотельные реле включают такие узлы:

  1. Входной узел с предохранителями.
  2. Триггерная цепь.
  3. Оптическая (гальваническая) развязка.
  4. Переключающий узел.
  5. Защитные цепи.
  6. Узел выхода на нагрузку.

Входной узел ТТР представляет собой первичную цепь с последовательно подключенным резистором. Предохранитель в эту цепь встраивается опционально. Задача узла входа – принятие управляющего сигнала и передача команды на коммутирующие нагрузку переключатели.

При переменном токе для разделения контролирующей и основной цепи применяют гальваническую развязку. От её устройства во многом зависит принцип работы реле. Ответственная за обработку входного сигнала триггерная цепь может включаться в узел оптической развязки или располагаться отдельно.

Обратите внимание

Защитный узел препятствует возникновению перегрузок и ошибок, ведь в случае поломки прибора может выйти из строя и подключенная техника.

Основное предназначение твердотельных реле – замыкание/размыкание электрической сети с помощью слабого управляющего сигнала. В отличие от электромеханических аналогов, они имеют более компактную форму и не производят в процессе работы характерных щелчков.

Принцип работы ТТР

Работа твердотельного реле довольно проста. Большинство ТТР предназначено для управления автоматикой в сетях 20-480 В.

Оптическая развязка позволяет создавать управленческие сигналы минимальной мощности, что критически важно для датчиков, работающих от автономных источников питания

При классическом исполнении в корпус прибора входит два контакта коммутируемой цепи и два управляющих провода. Их количество может изменяться при увеличении количества подключенных фаз. В зависимости от наличия напряжения в управляющей цепи, происходит включение или выключение основной нагрузки полупроводниковыми элементами.

Особенностью твердотельных реле является наличие небесконечного сопротивления. Если контакты в электромеханических устройствах полностью разъединяются, то в твердотельных отсутствие тока в цепи обеспечивается свойствами полупроводниковых материалов. Поэтому при повышенных напряжениях возможно появление небольших токов утечки, которые могут негативно сказаться на работе подключенной техники.

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 380В. Поэтому эти полупроводниковые устройства, в зависимости от количества фаз, разделяются на:

Однофазные ТТР позволяют работать с токами 10-100 или 100-500А. 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 10-120А.

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:

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:

  1. 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.
  2. Мгновенное. Используется при необходимости резкого срабатывания реле при подаче управляющего сигнала.
  3. 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.

Преимущества и недостатки ТТР

Твердотельные реле не зря вытесняют с рынка обычные пускатели и контакторы. Эти полупроводниковые приборы обладают множеством преимуществ перед электромеханическими аналогами, которые заставляют потребителей останавливать выбор именно на них.

Реле для микросхем имеет компактные размеры и сильно ограничены по максимально пропускаемому току. Крепятся они преимущественно путем припаивания специальных ножек

К таким достоинствам относят:

  1. Низкое потребление электроэнергии (на 90% меньше).
  2. Компактные габариты, позволяющие монтировать устройства в ограниченном пространстве.
  3. Высокая скорость запуска и отключения
  4. Пониженная шумность работы, отсутствуют характерные для электромеханического реле щелчки.
  5. Не предполагается техническое обслуживание.
  6. Длительный срок службы благодаря ресурсу в сотни миллионов срабатываний.
  7. Благодаря широким возможностям по модификации электронных узлов, ТТР имеют расширенные сферы применения.
  8. Отсутствие электромагнитных помех при срабатывании.
  9. Исключается порча контактов вследствие их механического удара.
  10. Отсутствие прямого физического контакта между цепями управления и коммутации.
  11. Возможность регулирования нагрузки.
  12. Наличие в импульсных ТТР автоматических цепей, защищающих от перегрузок.
  13. Возможность использования во взрывоопасных средах.

Указанных преимуществ твердотельных реле не всегда достаточно для нормальной работы оборудования. Именно поэтому они ещё не полностью вытеснили электромеханические контакторы.

Для стабильной работы мощных твердотельных реле важен эффективный отвод тепла, потому что при повышенных температурах резко искажается напряжение нагрузки

ТТР имеют и недостатки, которые не позволяют им использоваться во многих случаях. К ним относят:

  1. Невозможность работы большинства устройств с напряжениями свыше 0,5 кВ.
  2. Высокая стоимость.
  3. Чувствительность к высоким токам, особенно в пусковых цепях электродвигателей.
  4. Ограничения по использованию в условиях повышенной влажности.
  5. Критическое снижение рабочих характеристик при температурах ниже 30°С мороза и выше 70°С тепла.
  6. Компактный корпус приводит к избыточному нагреву устройства при стабильно высоких нагрузках, что требует применения специальных устройств пассивного или активного охлаждения.
  7. Возможность расплавления устройства от нагрева при коротком замыкании.
  8. Микротоки в закрытом состоянии реле могут быть критическими для работы оборудования. Например, подключенные в сеть люминесцентные лампы могут периодически вспыхивать.

Таким образом, твердотельные реле имеют определенные сферы применения. В цепях высоковольтного промышленного оборудования их использование резко ограничено из-за несовершенных физических свойств полупроводниковых материалов. Однако в бытовой технике и автомобильной промышленности ТТР занимают прочные позиции за счет своих положительных свойств.

Возможные схемы подключений

Схемы подключения твердотельных реле могут быть самые разнообразные. Каждая электрическая цепь строится, исходя из особенностей подключаемой нагрузки. В схему могут добавляться дополнительные предохранители, контроллеры и регулирующие устройства.

Благодаря тому, что цепи управления и нагрузки в приборе не перекрываются, их электрические характеристики могут отличаться любыми параметрами

Далее будут представлены наиболее простые и распространенные схемы подключения ТТР.

  • нормально-открытая;
  • со связанным контуром;
  • нормально-закрытая;
  • трехфазная;
  • реверсивная.

Под нормально-открытым (разомкнутым) подразумевается реле, нагрузка в котором находится под напряжением при наличии управляющего сигнала. То есть подключенная техника оказывается в отключенном состоянии при обесточенных входах 3 и 4.

Перед покупкой реле необходимо определиться с требуемым типом его первоначального состояния (замкнутое или разомкнутое), чтобы обеспечить правильную работу подключенной техники

Под нормально замкнутым подразумевается реле, нагрузка в котором находится под напряжением при отсутствии управляющего сигнала. То есть подключенная техника оказывается в рабочем состоянии при обесточенных входах 3 и 4.

Существует схема подключения твердотельного реле, в которой управляющее и нагрузочное напряжение одинаково. Такой способ можно использовать одновременно для работы в сетях постоянного и переменного тока.

Важно

Трехфазные реле подключаются несколько по иным принципам. Контакты могут соединяться в вариантах «Звезда», «Треугольник» или «Звезда с нейтралью».

Выбор трехфазной схемы подключения реле во многом зависит от особенностей работы техники, подключенной к нему в качестве нагрузки

Реверсные твердотельные реле применяются в электродвигателях в соответствующем режиме. Они изготавливаются в трехфазном варианте и включают два контура управления.

Если для реле важно соблюдение полярности подключения контактов, то на маркировке всегда будет указано, куда подключать фазу и ноль

Собирать электрические цепи с ТТР необходимо только после их предварительной прорисовки на бумаге, потому что неверно подключенные устройства могут выйти из строя из-за короткого замыкания.

Практическое применение устройств

Сфера использования твердотельных реле довольно обширна. Из-за высокой надежности и отсутствия потребности в регулярном обслуживании их часто устанавливают в труднодоступных местах оборудования.

Во многих реле подключение проводов управляющего контура требует соблюдения полярности, что необходимо учитывать в процессе монтажа оборудования

Основными же сферами применения ТТР являются:

  • система терморегуляции с применением ТЭНов;
  • поддержание стабильной температуры в технологических процессах;
  • контроль работы трансформаторов;
  • регулировка освещения;
  • управление электродвигателями;
  • схемы датчиков движения, освещения, фотодатчиков и т.п.;
  • источники бесперебойного питания.

С увеличением автоматизации бытовой техники твердотельные реле приобретают все большее распространение, а развивающиеся полупроводниковые технологии постоянно открывают новые сферы их применения.

Выводы и полезное видео по теме

Представленные видеоролики помогут лучше понять работу твердотельных реле и ознакомиться со способами их подключения.

Практическая демонстрация работы простейшего твердотельного реле:

Разбор разновидностей и особенностей работы твердотельных реле:

Тестирование работы и степени нагрева ТТР:

Смонтировать электрическую цепь из твердотельного реле и датчика может практически каждый человек. Однако планирование рабочей схемы требует базовых знаний в электротехнике, потому что неправильное подключение может привести к удару током или короткому замыканию. Зато в результате правильных действий можно получить массу полезных в быту приборов.

Источник: http://sovet-ingenera.com/elektrika/rele/tverdotelnoe-rele.html

Твердотельное реле

Содержание:

  1. Принцип работы
  2. Где применяются
  3. Виды
  4. Подключение
  5. Видео

В электронных схемах широкое распространение получили различные виды полупроводниковых устройств. Одним из наиболее ярких примеров использования полупроводников является твердотельное , в котором отсутствуют механические движущиеся части.

В соответствии со своими функциями, приборы этого типа должны включать и выключать мощные электрические цепи путем подачи низкого напряжения на клеммы управления. Данные устройства применяются в сетях с постоянным и переменным током с теми же целями, что и обычные электромеханические .

В серийных твердотельных применяются транзисторы и тиристоры, позволяющие выполнять переключения токов до нескольких сотен ампер.

Принцип работы

Прежде чем рассматривать твердотельное устройство, следует вспомнить принцип работы обычного электромеханического . Оно состоит из контактов и катушки управления, работающих под влиянием подаваемого напряжения. Под его воздействием контакты соответственно замыкаются или размыкаются.

Принцип действия твердотельного аналогичный. Основное различие заключается в использовании полупроводниковых приборов вместо контактов.

Наибольшее распространение получили симисторы и тиристоры, выполняющие коммутацию переменного тока, а также транзисторы, предназначенные для работы с постоянным током.

Читайте также:  Как выбрать кабель для сварочного аппарата и каким должно быть сечение

В свое время появление полупроводников произвело настоящую революцию в электронике и радиотехнике. Они стали использоваться и в твердотельных , обеспечивая контакты между цепями с низким и высоким напряжением. В составе каждого устройства имеется вход, оптическая развязка, триггерная, переключающая и защитная цепи.

Вход оборудован первичной цепью, в которую последовательно включено сопротивление на постоянном изоляторе.

Основной функцией входа является прием импульса и последующая передача его на элемент устройства, коммутирующий нагрузку. Между первичной и вторичной цепью существует изоляция в виде оптической развязки.

Именно эта развязка характеризует индивидуальные качества всех видов и типов и определяет принцип действия каждого устройства.

Для обработки входного сигнала существует триггерная цепь, являющаяся отдельным конструктивным элементом. Эта цепь принимает участие в переключении выхода. В различных конструкциях твердотельных триггерная цепь может быть частью оптической развязки, или применяться как самостоятельный элемент.

Управление нагрузочным напряжением осуществляется цепью, в состав которой входит транзистор, симистор и кремниевый диод. В конструкцию обязательно включается система, защищающая устройство от сбоев и ошибок. Она представляет собой отдельную защитную цепь внутреннего или внешнего типа.

Где применяется твердотельное

Принцип действия этих устройств позволяет применять их тогда, когда за короткий промежуток времени необходимо множество раз включить и выключить нагрузку.

В таких ситуациях обычные электромеханические очень быстро изнашиваются, полностью вырабатывая ресурс, выходят из строя и становятся непригодными для дальнейшего использования.

Наилучшим выходом становятся твердотельное , которое не требуюет к себе в дальнейшем дополнительного внимания и обслуживания. В обычных устройствах необходимо обязательно чистить контакты после нескольких циклов срабатываний.

Совет

Твердотельное используюется в тех случаях, когда нужно гарантировать надежность, поскольку обычные контакты могут выгореть или залипнуть в самый неподходящий момент.

Иногда решающее значение имеют габаритные размеры коммутирующего устройства и обеспечение бесшумной работы.

Однако следует учитывать и тот фактор, что полупроводниковые имеют довольно высокую стоимость, поэтому, там, где это возможно, рекомендуется использовать обычные электромагнитные устройства.

Виды твердотельных

Твердотельное относится к модульным полупроводниковым приборам, изготовленным по гибридной технологии. В них используются симисторные, тиристорные или транзисторные структуры, которые служат основой для создания мощных силовых ключей. Они успешно заменяют традиционные контакторы и электромагнитные .

По типу нагрузки полупроводниковые устройства могут быть однофазными или трехфазными. Они способны коммутировать напряжение в самом широком диапазоне – от 40 до 440 вольт, что делает возможным их применение в разных областях.

В зависимости от типа управления, существует 3 группы :

  • Для коммутации напряжения постоянного тока от 3 до 32 вольт.
  • Для коммутации напряжения переменного тока от 90 до 250 вольт.
  • Для ручного управления выходным напряжением, когда применяются переменные резисторы, сопротивление от 40 до 560 кОм, мощностью от 0,25 до 0,5 Вт.

Твердотельные различаются и по способу коммутации:

  • Устройства, контролирующие переход через ноль. С их участием коммутируются резистивные, емкостные и слабоиндуктивные нагрузки. Когда подается управляющий сигнал, выходное напряжение появляется при первом пересечении нулевого уровня линейным напряжением. За счет этого происходит уменьшение начального броска тока, снижается уровень электромагнитных помех, возрастает срок эксплуатации коммутируемых нагрузок. Данный тип не может использоваться для коммутации высокоиндуктивных нагрузок, например, трансформаторов на холостом ходу.
  • Устройства с мгновенным (случайным) включением. Применяются для коммутации нагрузок, когда необходимо мгновенное срабатывание. Выходное напряжение возникает совместно с подачей управляющего сигнала с задержкой включения, не превышающей 1 миллисекунды. Такие могут включаться на любых участках синусоидального напряжения. Существенным недостатком этих устройств являются импульсные помехи и начальные броски тока, возникающие при коммутации.
  • Фазовое управление. С помощью изменяется величина выходного напряжения нагрузки. Это позволяет регулировать мощность нагревательных элементов и уровень освещенности ламп накаливания.    

Подключение

Во всех электронных схемах твердотельное подключается так же, как и обычные электромеханические устройства. Однако существуют специфические особенности, которые необходимо учитывать при подключении полупроводниковых . Для выполнения соединений не требуется использовать пайку, для этого существует винтовой способ.

В связи с особенностями конструкции, необходимо всячески избегать любых повреждений прибора, следить, чтобы в него не попадала пыль, особенно металлические элементы и другие инородные тела. Не допускаются какие-либо внешние воздействия, в том числе и механические, по отношению к корпусу прибора. В результате повреждений прибор быстро выйдет из строя и перестанет работать.

Рекомендуется правильно выбирать место расположения твердотельного . Не следует размещать их возле предметов, которые могут легко воспламениться. Запрещается прикасаться к устройству во время работы, чтобы не получить ожоги.

До начала включения нужно проверить правильность всех коммутируемых соединений. При нагревании корпуса свыше 600С, необходимо использовать специальных радиатор охлаждения.

На выходе не должно быть коротких замыканий, способных повредить прибор.

Источник: https://electric-220.ru/news/tverdotelnoe_rele/2016-12-21-1144

Твердотельное реле тока: управление, подключение :

В системах автоматики для управления силовыми цепями с помощью низковольтного сигнала применяют коммутаторы, называемые реле. Они бывают разных видов и устройств. Самые простые электромагнитные реле содержат обмотку на сердечнике и контакты.

При подаче на обмотку управляющего напряжения в сердечнике возникает магнитное поле, которое притягивает контакты. Они замыкают либо размыкают цепь нагрузки.

Наряду с электромагнитными все большее применение находят реле нового поколения – твердотельные, обладающие рядом преимуществ.

Что такое твердотельные реле тока

Устройство, предназначенное для коммутации цепей нагрузки высокого напряжения постоянного или переменного тока с помощью низковольтного управляющего напряжения и работающего на основе полупроводниковых связей в тиристорах, симисторах и транзисторах, называется твердотельным реле (ТТР).

Оно помещено в квадратный корпус, который имеет крепежные отверстия и металлическую площадку для установления его на радиатор. Подключение твердотельного реле к управляющей и коммутируемой линиям осуществляется при помощи резьбовых зажимов.

Принцип действия

Твердотельное реле состоит из нескольких функциональных блоков:

  • Управляющий вход. На этот вход подается управляющее напряжение. Оно может быть переменным либо постоянным, в зависимости от назначения реле. Как правило, это напряжение низковольтное. Оно приводит в действие блок гальванической развязки. В том случае, если ток управления переменный, между входом и блоком развязки находится выпрямляющий мост на диодах и сглаживающий фильтр.
  • Блок гальванической развязки. Он построен на оптроне и служит для передачи управляющего сигнала на силовой ключ без передачи напряжения.
  • Силовой блок в основе имеет тиристор, симистор либо транзистор для коммутации высоковольтного постоянного напряжения. На управляющий вывод тиристора поступает напряжение с фотоприемника оптопары. Под действием этого открывается соответствующий p-n переход, и силовой ключ замыкает цепь нагрузки.
  • Цепь защиты силового ключа, реализованная на варисторе, предназначена для защиты тиристора от перегрузок по напряжению.

Так как силовой полупроводник пропускает довольно большие токи, то часто его устанавливают на охлаждающий радиатор, отводящий излишнее тепло.

Типы классификации реле твердотельного

1. По виду напряжения, которое оно может коммутировать.

Твердотельное реле переменного тока в однофазных цепях:

  • когда нужно включать нагрузки резистивного вида либо индуктивности;
  • для трехфазных цепей, включенных «звездой» либо «треугольником», в том случае, когда каждая фаза подключается своим реле.

ТТР, которое управляет трехфазной сетью:

  • в такой цепи можно подключать и отключать всего лишь резистивного характера нагрузки;
  • одновременно коммутируют все виды включения трех фаз.

Твердотельные реле постоянного тока:

  • этим устройством хорошо управлять такой нагрузкой, которая работает на постоянном токе.

2. В зависимости от того с каким диапазоном электрического напряжения, которое присутствует на силовой части, может работать устройство коммутации.

ТТР, перекрывающее стандартный разброс напряжения:

  • когда нужно управлять переменными токами, доходящими до 380 В по величине напряжения.

Твердотельное реле, которое способно коммутировать в диапазоне токов постоянной полярности:

  • для управления в пределах от 20 до 250 В.

В зависимости от того, каким сигналом управляется:

  • постоянный вид тока при величине напряжения от 3 до 32 В;
  • переменный вид тока при величине напряжения от 90 до 250 В;
  • когда цепи нагрузки резистором сменного сопротивления управляются (ручной режим);
  • управление твердотельным реле аналоговым сигналом с величиной до 10 В.

3. По принципу коммутации.

ТТР, где применяется контроль перехода через ноль:

  • возможна коммутация нагрузок резисторного типа: лампы накаливания, элементы для нагревания;
  • коммутация емкостей: системы фильтров, которые выполняют сглаживающую функцию и др.;
  • подключение небольшой индуктивной нагрузки: соленоиды, электромагнитные клапаны.

Твердотельное реле этого типа позволяет сглаживать ток начального возрастания и снижать помехи электромагнитного характера, что уменьшает износ подключаемой нагрузки.

ТТР включения мгновенного (случайного):

  • подходят для нагрузок ТЭНов, вольфрамовых ламп;
  • коммутирует индуктивные нагрузки: электродвигатели малой мощности, трансформаторы.

Ттр для управления фазовым режимом

Служит не только для коммутации, но и для изменения напряжения в цепи нагрузки:

  • позволяет регулировать мощность элементов нагревательного типа;
  • можно изменять яркость свечения ламп накаливания;
  • дает возможность управлять оборотами двигателя.

Что нужно знать при выборе реле

Так как в режиме работы на элементах полупроводниковых (силовых ключах) происходят электрические потери, это выражается в интенсивном их нагреве. При повышении температуры уменьшается возможность пропускать ток устройством.

Конкретное реле может обеспечить заложенные в нем технические параметры при нагреве не более 40 градусов. При 65 градусах резко падает способность коммутации ТТР, и дальнейший нагрев приведет к выходу его из строя. Поэтому, подбирая твердотельное реле под нагрузку, необходимо брать его с запасом по току.

А в мощных силовых цепях следует ставить ТТР на радиаторы и устраивать системы принудительного охлаждения.

Также при подключении любой нагрузки в первый момент времени возникают ударные токи, которые в несколько раз, а иногда и на порядок превышают номинальный.

Характеристики нагрузок реле по пусковым токам

Когда осуществляется подключение твердотельного реле к нагрузке, нужно знать характеристики последней:

  • нагрузки активного характера (ТЭНовые нагреватели) создают незначительные токовые скачки, их можно нивелировать, применяя ТТР, где происходит включение в ноль;
  • осветительные приборы накаливания и лампы галогенного типа, где от 7 до 12 раз сквозь них проходит больший ток, чем номинальный;
  • лампы флуоресцентные на время до 10 секунд дают пульсации тока выше номинального в 5 раз, а то и на порядок;
  • лампы ртутные на время до пяти минут могут перегружать цепь токами, завышенными в 3 раза;
  • реле электромагнитные переменного электричества на время до двух периодов претерпевают скачки в 3-10 раз;
  • ток в катушках соленоида на 1-2 порядка превышает номинал за десятую долю секунды;
  • двигатели электрические за половину секунды дают прирост тока до 10 раз;
  • приборы высокоиндуктивного характера с сердечниками насыщения (трансформаторы, когда они работают вхолостую), включены в фазе ноля по напряжению, ток достигает скачков, до 20, а то и до 40 раз превышающих номинал за время в 0.05-0.20 секунды;
  • когда включены нагрузки емкостного характера в фазе около 90 градусов, ток превышает номинальный в 20-40 раз за время до 10 миллисекунд.

Твердотельное реле своими руками

Собирая схему реле в домашних условиях, главное, учитывать ударные токи подключаемой нагрузки и выбирать тиристоры и симисторы соответствующего запаса по мощности.

Для остальных частей схемы реле следует придерживаться рекомендаций:

  • для коммутации маленьких переменных токов лучше использовать симисторы, больших – тиристоры;
  • ставить для защиты силового ключа параллельно ему варистор или защитный диод (при коммутации индуктивной нагрузки);
  • перед диодным мостом на входе управляющей цепи ставить токоограничивающие резисторы;
  • последовательно оптрону нужно ставить токоограничивающее сопротивление, параллельно – сглаживающий конденсатор.

Преимущества твердотельных реле

ТТР не является громоздким устройством, занимающим большое пространство. Он также не имеет механически подвижных частей, что значительно повышает его надежность по сравнению с электромагнитными системами. Кроме этого, реле обеспечивает:

  • быструю коммутацию;
  • незначительный уровень помех в момент подключения нагрузки;
  • малую мощность потребления;
  • отсутствие разрядов дугового характера внутри корпуса;
  • стойкость к вибрациям.

Источник: https://www.syl.ru/article/298603/tverdotelnoe-rele-toka-upravlenie-podklyuchenie

Что такое твердотельное реле

Твердотельное реле ( SSR — Solid State Relay) — это разновидность обычного электромеханического реле или контактора, нашедшая на сегодняшний день широкое применение в промышленности.

То есть также как и обычное реле, твердотельное служит для коммутации мощной нагрузки с помощью небольшого управляющего сигнала.

Обратите внимание

В отличии от электромеханического реле твердотельное не имеет механических подвижных контактов, оно выполнено полностью на полупроводниковых элементах.

Это позволяет значительно повысить срок эксплуатации реле, избавиться от шума и дребезга контактов, сократить собственное энергопотребление, исключить электромагнитные помехи при включении, увеличить быстродействие.

Читайте также:  Как заземлить розетку для газового котла?

Но с другой стороны у твердотельных реле есть и ряд минусов.

Во первых твердотельные реле при работе сильно нагреваются, что обусловлено электрическими потерями на силовых полупроводниковых элементах. И чем больше мощность нагрузки, тем больше нагрев. Поэтому им необходимо обеспечить хороший теплоотвод.

Для этого необходим охлаждающий радиатор, а при «тяжелых» режимах работы еще и вентилятор. Нормальной температурой реле, не влияющая на снижение эффективности работы считается примерно 40°C.

При повышении температуры до 60°C твердотельные реле могут работать нестабильно, даже выйти из строя.

Во вторых это конечно цена, которая на сегодняшний день превышает цену обычных контакторов в несколько раз.

В третьих необходимо помнить, что твердотельные реле всегда необходимо выбирать с запасом по номинальному току в 2-4 раза, а в случае с индуктивной нагрузкой в 6-10 раз, что неизбежно приводит опять же к увеличению стоимости реле.

Но даже несмотря на эти недостатки, при грамотном подходе к выбору использование твердотельных реле полностью себя оправдывает.

Например там, где частота включений-выключений нагрузки очень высокая, обычные контакторы могут не справляться со своими обязанностями из-за ограниченного ресурса коммутаций, а твердотельные реле могут спокойно работать годами.

Важно

Наиболее широко твердотельные реле применяются в системах нагрева и температурного контроля.

Принцип действия твердотельного реле следующий: управляющий сигнал через оптопару, которая обеспечивает гальваническую развязку, поступает на схему управления, которая управляет выходным ключом. В качестве выходного ключа могут применяться тиристоры, симисторы — при работе на переменном токе и транзисторы — при работе на постоянном токе.

По способу коммутации твердотельные реле делятся на два основных типа:

— управление с контролем перехода через 0

Данный метод заключается в том, что при подаче управляющего сигнала на вход, на выходе реле включится только когда значение переменного напряжения достигнет нулевого уровня. Благодаря такому методу уменьшается начальный бросок тока, снижается уровень электромагнитных помех. Минус такого типа реле в том, что они не способны коммутировать высокоиндуктивную нагрузку.

Реле данного типа используются для коммутации резистивных (ТЭНЫ, лампы накаливания), емкостных ( помехоподавляющие фильтры), слабоиндуктивных нагрузок (соленоиды, клапаны).

— фазовое управление

Данный метод интересен тем, что при изменении какого-либо параметра на входе, на выходе можно менять величину выходного напряжения, тем самым регулируя мощность нагрузки.

Реле такого типа можно управлять индуктивными и резистивными нагрузками, регулировать мощность нагревательных элементов.

Как правильно подобрать твердотельное реле

На правильный выбор ТТР в первую очередь влияют такие параметры как:

  • ток нагрузки — номинальный, пусковой
  • тип нагрузки — индуктивный, резистивный, емкостной
  • коммутируемое напряжение — переменное, постоянное. Для переменного также имеет значение количество фаз.
  • управляющее напряжение — переменное, постоянное

Расшифровка номенклатуры твердотельных реле

На примере реле BDH 20044 ZD3 фирмы KIPPRIBOR рассмотрим как расшифровываются их технические характеристики:

B — Тип корпуса промышленного исполнения

D — Однофазное реле

H — Тип выходного силового элемента — тиристор SCR типа на керамической подложке. Представляет из себя полупроводниковый ключ, выполненный методом нанесения на металлическое основание изолирующей керамической подложки, на которую затем наносятся кристалы полупроводниковой структуры тиристора.

200 — максимальный допустимый ток нагрузки

44 — Номинальное коммутируемое напряжение 440 V AC

ZD3 — Тип управляющего сигнала коммутируемого напряжения 3-32 DC коммутация переменного тока

Подключение твердотельных реле

В качестве нагрузки возьмем обычную лампу накаливания. Один провод подключаем напрямую на лампу.

В разрыв другого провода подключаем выходные контакты реле.

На входные контакты соблюдая полярность подключаем источник питания постоянного тока, в моем случае 12В. На белый провод подключаем плюсовой вывод, на красный — минус.

И выходные контакты сработали, лампа загорелась. О срабатывании реле также сигнализирует светодиод на его корпусе.

Вот и все, ничего сложного.

Источник: http://electric-blogger.ru/stati/chto-takoe-tverdotelnoe-rele.html

Твердотельное реле — подключение, устройство, особенности и принцип работы

Главная особенность твердотельных реле – отсутствие в их структуре механических подвижных частей. Этот полупроводниковый прибор нашёл широкое применение в современных электронных схемах.  Основное назначение твердотельного реле — активация и деактивация работы электроцепей за счёт подачи малого напряжения на управляющие узлы.

Твердотельное реле способно создавать контакты между цепями с кардинально отличающимися показателями напряжения. Оно может взаимодействовать как с постоянным, так и с переменным током, по аналогичному принципу со стандартными электромеханическими устройствами.

Конструкция и принцип работы твердотельного реле

По технологии создания твердотельные реле можно отнести к гибридным устройствам. Функцию контактной группы в твердотельных реле берёт на себе электронный силовой ключ. Это позволяет избежать возникновения дуги в процессе коммутации. Такое качество незаменимо при эксплуатации узла на участках сильного химического загрязнения.

Среди других плюсов элемента можно выделить:

  • сверхбыструю реакцию на поступивший сигнал (тысячные доли миллисекунд);
  • отсутствие гистерезиса;
  • большой диапазон рабочих температур;
  • бесшумное изменение параметров цепи.

Свою основную функцию твердотельные реле выполняют за счёт полупроводниковых элементов. Процесс действия схож с классическим реле, которое, как мы знаем, включает в себя управляющие катушки и специальные контакты. При подаче напряжения происходит замыкание, либо размыкание контактов. Альтернативой этим контактам и являются полупроводниковые приборы.

Схема для подключения реле

Все полупроводниковые устройства такого рода поделены на участки, среди которых: входная часть, оптическая развязка, триггер, а также цепи переключения и защиты. На входе присутствует отдельная первичная цепь, куда последовательным способом включено сопротивление. Главная задача входного участка – принимать импульсы, передавая их в дальнейшем на участок коммутации.

На схемах и фото твердотельного реле видно, что две цепи имеют между собой изоляционный слой. Его роль выполняет оптическая развязка. От типа и особенностей развязки зависят общие конечные характеристики прибора и особенности его работы.

Совет

Чтобы понимать, как правильно подключить твердотельные реле, необходимо подробнее разобраться в его конструкции. Так, сигнал на входе обрабатывается при помощи триггерной цепи. Цепь представляет собой индивидуальную деталь конструкции и активно задействуется в переключении выхода. Она, в зависимости от структуры прибора, может также входить в состав вышеупомянутой развязки.

Регулирование напряжения нагрузки происходит на участке, где расположены транзистор, симистор и диод из кремния.

Виды твердотельных реле

По нагрузке

Конкретный тип прибора определяется разновидностью используемой нагрузки. По этому параметру реле делятся на однофазные и трёхфазные:

  • Однофазные работают с током от 10 до 120 А, либо от 100 до 500 А. Регулирование фазы происходит за счёт аналогового сигнала и элемента сопротивления.
  • Трёхфазные приборы осуществляют соединение на всех трёх участках сразу. Их рабочий диапазон также составляет от 10 до 120 А. Существуют отдельные вариации приборов, работающих по принципу реверса и осуществляющих бесконтактную коммутацию.

По конструкции

По разновидности конструкции твердотельные реле могут быть:

  • Стандартные. Закрепляются на переходные планки;
  • Предназначенные для установки на металлический профиль (DIN-рейки).

По типу управления

По типу управления и характеристикам используемого напряжения приборы делятся на:

Устройства постоянного тока. Работают под действием стабильного электричества. Параметры мощности – от 3 до 32 Вт. Для данного типа характерны большие удельные показатели, наличие светодиодных индикаторов, высокий параметр надёжности. Практически для всех наименований приборов оптимальной рабочей температурой являются цифры от -30 до +70°C.

Устройства с мануальным управлением. В них вы можете сами выбрать оптимальный тип действия. Подобная функция реализована за счёт использования переменных резисторов.

По методу коммутации

Исходя из метода коммутации, приборы подразделяются на:

Осуществляющие переход через 0. Способны регулировать нагрузки емкостные, редуктивные, а также низкие индукции. При подаче сигнала управления, напряжение на выходе возникает в момент достижения напряжением линейным нулевой отметки.

Вследствие чего наблюдается снижение стартового показателя тока, устраняются сторонние помехи и повышается длительность использования коммутируемых параметров. Этот подвид реле не способен осуществлять коммутацию высоких индукций, для условных трансформаторов, работающих в режиме ХХ, он недопустим к применению.

С моментальной (случайной) активацией. Эти устройства идут в ход, если нам требуется очень быстрое включение. Напряжение на выходе появляется вместе с пуском сигнала управления. Задержка активации, как правило, составляет не больше 1 мс. Большой минус таких приборов – импульсные погрешности, а также изначальные броски тока, наблюдаемые при изменении параметров.

Особенности эксплуатации

Как понятно из принципа работы, твердотельное реле актуальнее всего использовать в случаях, когда за малый период времени необходимо большое количество раз подать и снять нагрузку.

Электромеханические приборы с такой задачей справляются плохо, быстро теряют свои свойства и просто-напросто ломаются.

В них регулярно нужно очищать контакты, и даже, если вы будете это делать, риск выгорания или залипания контакта всё равно огромен.

Твердотельные приборы, в свою очередь, обеспечивают высокую надёжность, а также тихую и бесперебойную работу. Кроме того, они обладают компактными размерами. Но при этом имеют заметно большую стоимость, чем электромеханические узлы. Поэтому, если имеет место фактор экономии, полупроводники не всегда являются оптимальным вариантом.

Для правильной эксплуатации прибора, а также, если вы хотите знать, как проверить твердотельное реле, стоит запомнить следующие тезисы:

  • Соединение в устройствах производится винтовым методом. Пайка для данной цели не используется.
  • Дабы не нарушить целостность корпуса и не допустить выхода прибора из строя, оградите его попадания пыли, частиц металла и любых механических воздействий извне.
  • Держите реле как можно дальше от легко возгораемых предметов. Не трогайте устройство в активной фазе его работы, существует риск получения ожога.
  • Прежде чем включить прибор, проверьте, верно ли реализована коммутация.
  • Если температура корпуса достигла отметки свыше 60°C, поместите прибор на охлаждающий радиатор.
  • Ни в коем случае не допускайте короткого замыкания на участке выхода. Это приведёт к мгновенной поломке устройства.

Фото твердотельного реле

Источник: http://electrikmaster.ru/tverdotelnoe-rele/

Новая технология управления моментом переключения твердотельных реле

Переключение переменного тока было проблемой еще во времена Эдисона, более 125 лет назад. Теперь в твердотельных реле (SSR – Solid State Relay) используется минимизирующая электромагнитные помехи (ЭМП) запатентованная технология коммутации при прохождении переменного напряжения через ноль.

Чтобы увидеть, как работает эта технология, мы должны внимательно рассмотреть методы переключения переменного тока. Полупроводниковые приборы все больше вытесняют электромеханические реле.

Полупроводники, используемые в SSR, обычно бывают двух типов: несимметричные и симметричные тиристоры (симисторы), и транзисторы (биполярные, MOSFET, IGBT и т. д.).

Тиристоры открываются и остаются открытыми, пока их не выключит нулевой ток, в то время как транзисторы включаются и выключаются в любой момент сигналами управления.

Используемые в SSR тиристоры могут переключать переменный ток, но для этого потребуются два тиристора, соединенных встречно-параллельно для управления токами обоих направлений. Это усложняет задачу выключения тиристора в середине цикла, так как он защелкивает себя во включенном состоянии и должен выключаться принудительно.

Кроме того, параллельному объединению тиристоров, необходимому для разделения тока и уменьшения рассеивания тепла, препятствует их свойство увеличения тока с ростом температуры. И, наконец, тиристоры чувствительны к скорости нарастания напряжения сети (dv/dt), и необходимо заботиться о том, чтобы они не включались случайно.

Применение в SSR симисторов сокращает количество элементов, поскольку симистор – это, фактически, два тиристора, включенных встречно-параллельно.

Обратите внимание

Однако симисторы могут быть выключены только в очень узком интервале времени при переходе через ноль, из-за чего в более высокочастотных решениях они используются нечасто.

Для предотвращения этого часто используются снабберные цепи, снижающие dv/dt. Симисторы также труднее соединять параллельно, по тем же причинам, что и тиристоры.

В приложениях переменного тока все чаще используются MOSFET, поскольку их легко объединять в параллельные группы, и, таким образом, уменьшать падение напряжение и снижать тепловыделение по сравнению с тиристорами или симисторами. Вдобавок, транзисторы можно включать и выключать в любой момент, и, кроме того, у них нет таких проблем с dv/dt, как у тиристоров и симисторов.

Электромагнитные помехи

Переключение реле в цепях переменного тока генерирует нежелательные ЭМП. Электромеханическое реле может порождать большое количество шума из-за дребезга контактов, поэтому при ограничениях по допустимому уровню помех часто выбирают SSR. Однако при фазовом управлении и SSR могут быть источниками ЭМП.

Каждый раз, когда тиристор переключается в чисто резистивной цепи, ток нагрузки меняется от нуля до значения, ограниченного нагрузкой, менее чем за несколько микросекунд. Это создает бесконечный спектр энергии с амплитудой, обратно пропорциональной частоте.

В цепи 60 Гц с двухполупериодным фазовым управлением импульсы этого шума будут повторяться с периодичностью 120 раз в секунду.

В случаях, когда фазовое управление используется в домашней технике, это может вызывать раздражение при попадании спектра помех в частотный диапазон вещания AM радио.

Читайте также:  Назначение заземления на пгр

ЭМП желательно устранять или, хотя бы, уменьшать. Общепринята технология переключения при нулевом напряжении (ПНН), которая, в идеале, обеспечивает замыкание цепи нагрузки в тот момент, когда напряжение на ней равно нулю, а размыкание – когда ток через нагрузку равен нулю. (Для резистивных нагрузок эти точки совпадают).

Важно

Такой подход позволяет получать наименьшие из возможных значения di/dt, и гарантирует, что уровень высокочастотных помех будет минимальным. Большинство производимых в настоящее время схем SSR не обнаруживает истинную точку прохождения через ноль, а срабатывает, когда напряжение лежит между 5 В и 12 В.

Если требуется низкий уровень ЭМП, особенно при высоком токе нагрузки, диапазон порогов 5 … 12 В может оказаться слишком грубым.

Встречно включенные MOSFET также могут использоваться для управления переменным током. Обычно мощные MOSFET переключают ток одного направления, однако при встречном включении они способны управлять обеими полуволнами переменного напряжения.

Быстро открыть MOSFET в точке ПНН силовой сети для минимизации ЭМП не очень просто. Включение MOSFET обычно происходит не в нуле, отставая от команды управления вследствие присущей MOSFET задержки.

Технология TATTOO

Решить проблему позволяет новая технология управления последовательно соединенными транзисторами с параллельными диодами, использующая преимущества естественной коммутации диодов для получения почти идеальной точки переключения.

Этот метод коммутации транзисторов при ПНН называют TATTOO (Technique of Alternate Transistor Turn On and Off – Технология попеременного включения и выключения транзистора).

Метод сравнительно нечувствителен к частоте источника питания и может быть адаптирован к многофазным электрическим цепям.

Когда цепь получает команду начать работу, основная схема включает один MOSFET, в то время как другой остается выключенным (в режиме блокировки). Это позволяет току протекать лишь в одном направлении, и не сразу, а только после того, как первая волна напряжения пересечет ноль.

Другой MOSFET откроется, когда первая волна сменит полярность, и ток получит возможность течь в противоположном направлении. Подключенные параллельно диоды позволяют току течь до тех пор, пока второй MOSFET не включится полностью, и начнет пропускать ток нагрузки.

Это снимает требования строгой привязки момента включения MOSFET к точке пересечения нуля, так как диод, включаясь естественным образом, пропускает через себя ток, пока транзистор не открылся полностью.

Совет

При отключении тока нагрузки схема работает противоположным образом, также обеспечивая коммутацию во время пересечения нуля.

Рисунок 1. Состояние ключей K1 и K2 при выключенном SSR. Рисунок 2. Когда K2 замкнут, SSR включено. Фаза А положительна, D1 заперт и ток не течет.

Рисунок 1 показывает состояние цепи при выключенных полевых транзисторах (K1 и K2). Диоды заперты в обоих направлениях, поэтому ток в нагрузке (RL) отсутствует. Когда K2 замкнут, (Рисунок 2), SSR включено.

Фаза А положительна, D1 заперт и ток не течет. К2 можно включать медленно (за несколько сотен микросекунд).

Поскольку запертый диод (D1) не позволит течь току, скорость или точность момента включения К2 здесь некритичны.

Рисунок 3. Когда фаза A становится отрицательной, ток появляется сразу, начиная с точки ПНН, и течет через К2 и D1. Рисунок 4. После того, как K1 закроется окончательно, ток течет преимущественно через K1 и K2 в обоих направлениях в фазе с напряжением питания.

Когда фаза A становится отрицательной (Рисунок 3), ток появляется сразу, начиная с точки ПНН, и течет через К2 и D1. В течение этого первого цикла работы K1 можно включать медленно. На Рисунке 4 показано состояние схемы после того, как K1 закроется окончательно.

Ток теперь течет преимущественно через K1 и K2 в обоих направлениях в фазе с напряжением питания. На Рисунке 5 показано состояние элементов схемы при выключенном SSR. Когда фаза А становится положительной, К2 может открываться медленно, а пропускать ток будет D2.

Это не прерывает ток до следующего этапа.

Рисунок 5. Когда SSR выключено, и фаза А становится положительной, К2 может открываться медленно, а пропускать ток будет D2. Рисунок 6. Когда фаза A становится отрицательной, K2 открывается, а D2 теперь заперт. Соответственно, ток в нагрузке прекращается, и K1 может быть выключен медленно.

Когда фаза A вновь становится отрицательной (Рисунок 6), K2 открывается, а D2 теперь заперт. Соответственно, ток в нагрузке прекращается, и K1 может быть выключен медленно (например, за несколько сотен микросекунд).

Конечным результатом будет то, что ток в нагрузке появляется и прекращается без каких-либо заметных «ступенек» на участках пересечения с нулем. Еще одним ценным свойством TATTOO является «целочисленное управление», означающее, что в нагрузку подаются только полные периоды напряжения. Это исключительно полезно при работе с нагрузками, чувствительными к магнитному насыщению.

Сравнение резистивной и реактивной нагрузки

В резистивной цепи ток и напряжение находятся в фазе, и никакой проблемы с включением и выключением в точках нулевого напряжения нет, поскольку напряжение и ток равны нулю одновременно. Однако в реактивной цепи ток сдвинут относительно напряжения, поэтому коммутатор должен включаться в точке нулевого напряжения, а выключаться в точке нулевого тока.

Рисунок 7. Реальная схема TATTOO.

На Рисунке 7 приведена практическая схема, а ее временная диаграмма показана на Рисунке 8. Плавающее питание (VCC на Рисунке 7) привязано к истокам двух MOSFET, так что любые командные сигналы будут иметь правильные уровни относительно затворов.

Диод D1 выпрямляет полуволну переменного тока, протекающего через R1, D2 и внутренний диод FET1. C1 поддерживает уровень VCC во время противоположной полуволны переменного тока.

Номиналы этих компонентов будет варьироваться в зависимости от напряжения переменного тока, частоты и допустимых пульсаций VCC.

Рисунок 8. Временная диаграмма схемы TATTOO.

Оптрон IC1 вырабатывает импульсы («POS» и «NEG»), когда фаза A, соответственно, положительна или отрицательна по отношению к фазе В. Эти импульсы появляются на анодах D3 и D4 (на активной нагрузке транзисторов) и подаются на входы синхронизации двух триггеров IC3.

Один импульс появляется каждые пол периода переменного напряжения, поэтому триггеры тактируются поочередно, каждый своей полуволной. Пока оптрон IC2 не включен, R2 подтягивает линию данных верхнего триггера к VSS, и каждый тактовый импульс записывает «0» на выход Q1, сохраняя FET2 закрытым.

Поскольку Q1 соединен с входом данных нижнего триггера, FET1 также будет выключен.

Рисунок 9. Осциллограммы показывают временные соотношения между командой включения ON, напряжением сети и током нагрузки.

Так будет продолжаться до тех пор, пока тумблер S1 выключен. При включении S1 оптрон IC2 открывается, и на входе D верхнего триггера устанавливается сигнал высокого уровня («ON»). Далее появляется импульс «POS», который защелкивает «ON» в триггере, устанавливая Q1 в «1» и открывая FET2.

Фаза A в это время положительна, поэтому FET1 закрыт, и ток через нагрузку не потечет. Однако, на выходе Q1 теперь высокий уровень, который подается на вход данных нижнего триггера. На следующей полуволне сетевого напряжения («NEG») «ON» будет защелкнут в нижний триггер, и установит Q2 в «1», открывая FET1.

МОП транзистор включится с задержкой, но зато сразу откроется параллельный диод, и то, что FET1 откроется окончательно лишь спустя некоторое время в этом же полупериоде, принципиального значения не имеет. Теперь схема находится в полностью включенном состоянии, а выключение будет происходить в обратном порядке, когда будет выключен основной тумблер.

Осциллограммы на Рисунке 9 показывают временные соотношения между командой «ON», напряжением силовой цепи и моментами включения и отключения тока нагрузки. Заметьте, что ток нагрузки включается и выключается в точке ПНН точно по завершении очередного полного периода напряжения переменного тока, прошедшего после команды ON.

Также обратите внимание на то, что скачок на линии «ON» не оказывает никакого влияния на ток нагрузки. Эта схема предназначена для работы в однофазной сети, но может быть повторена трижды для трехфазного SSR.

Схема TATTOO с реактивной нагрузкой

Схема на Рисунке 10 похожа на схему TATTOO для резистивной нагрузки. В исходную схему добавлены только IC2 (четыре логических элемента «2И-НЕ»), IC3 (счетверенный ОУ), шунты R7 и R8, делитель напряжения R2, R3 и схема сброса по включению питания R5, C2. Логические сигналы INEG и IPOS (и их инверсные значения) вырабатываются сразу, как только начинает течь ток.

 
Рисунок 10. Для управления реактивной нагрузкой необходимо добавить четыре логических элемента «2И-НЕ» (IC2), счетверенный операционный усилитель (IC3), делители напряжения R7-R8, R2-R3, R5-C2 и цепь сброса по включению питания.

В начале импульса «ON» схема работает так же, как TATTOO для резистивной нагрузки. Это объясняется тем, что IPOS и INEG равны нулю, разрешая прохождение сигналов VPOS и VNEG через логические элементы «2И-НЕ» на входы синхронизации триггеров, как это было в резистивной схеме TATTOO.

Как только через шунты начинает течь ток, операционные усилители вырабатывают логические сигналы INEG и IPOS и их инверсии. Эти сигналы запрещают прохождение VPOS и VNEG, и лишь пропускают сигналы стробирования тока на входы триггеров.

Поэтому теперь схема отключит ток в точке его перехода через ноль, а точку ПНН проигнорирует.

Обратите внимание

Поскольку сигналы токовых шунтов зависят от величины нагрузки, предполагается, что для каждого диапазона тока шунты будут подбираться индивидуально.

Безусловно, вместо шунтов при желании можно использовать и другие токоизмерительные устройства, например, датчики Холла.

Если ток слишком мал для того, чтобы на шунтах выделилось достаточное напряжение, схема по умолчанию будет работать в обычном режиме (режиме напряжения).

Как отмечалось выше, окно напряжений переключения в точке ПНН у некоторых современных коммерческих SSR чрезмерно широко, чтобы быть приемлемым для более высоких токов нагрузки или более высоких частот.

Рисунок 11 иллюстрирует работу обычного коммерческого SSR с ПНН в сравнении с TATTOO. На первой растянутой осциллограмме представлен ток (60 Гц, 115 В), приложенный к нагрузке с использованием схемы TATTOO.

Вторая осциллограмма демонстрирует подключение той же нагрузки, но с использованием коммерческого SSR с ПНН.

Рисунок 11. Такой точности, как от TATTOO, невозможно добиться от
других схем ПНН.

На временной диаграмме коммерческого SSR с ПНН виден положительный скачок тока нагрузки, предшествующий приходу первой отрицательной полуволны напряжения. Хотя это отклонение от нулевой точки пересечения и невелико (чуть больше 2.5 В), сигнал в схеме TATTOO, показанный на соседнем графике, в момент включения оказывается гораздо ближе к нулю.

Согласно опубликованным техническим характеристикам, максимальная ширина окна ПНН для коммерческих SSR составляет 15 В. При включении схемы TATTOO отсутствует положительный выброс тока, а его изменение происходит плавно.

Это может быть важно с точки зрения электромагнитных помех, особенно при высокой частоте коммутируемого переменного тока и высоких токах нагрузки.

Важно

На Рисунке 12 показаны формы тока нагрузки для случая, когда частота повышена до 2000 Гц. Два графика позволяют сравнить качество работы TATTOO-SSR с коммерческой SSR с ПНН.

Рисунок 12. Форма тока нагрузки с частотой 2000 Гц при использовании схемы TATTOO имеет более гладкий характер.

Схема TATTOO может быть легко модифицирована для работы в широком диапазоне частот и напряжений. Многофазная схема TATTOO также является простой модификацией, объединяющей несколько схем (по одной для каждой фазы).

В случае коммутации нескольких нагрузок, подключенных к одной фазе, повторять компоненты общие для цепи этой фазы нет необходимости.

Таким образом, цепи сигналов «POS», «NEG» и схемы плавающего питания будут общими, что позволит сэкономить компоненты.

Ссылки

  1. SCR Manual, Sixth Edition, General Electric.
  2. Patent 7,196,435 B2 Handles Just Purely Resistive Loads by Turning the Load On at Zero-Voltage Crossing and Turns It off Also at Zero-Voltage Crossing.
  3. Patent 7,196,436 B2 Handles Reactive Loads in General by Turning the Load On at Zero-Voltage Crossing but Turns the Load Off at Zero-Current Crossing.

Источник: https://www.rlocman.ru/review/article.html?di=151231

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector