Про твердотільних реле просто і доступно.
Твердотільне реле (ТТР) або в міжнародному варіанті Solid State Relay (SSR)
Що це таке? З назви зрозуміло, що це реле для комутації навантаження, тільки не механічний з повітряним діелектриком, а електронний ключ.
Переваги твердотільних реле в порівнянні з електромеханічними реле і контакторами:
Висока надійність, обумовлена відсутністю механічних контактів, підтверджується високою напрацюванням на відмову;
Незмінні характеристики протягом усього терміну служби;
велика зносостійкість, становить не менше 10 млрд перемикань, що в 1000 разів більше, ніж кращі зразки електромеханічних реле
Відсутність брязкоту контактів, іскор та електричної дуги при комутації, що значно знижує внутрісхемний рівень перешкод в апаратурі і забезпечує стабільність її роботи;
Відмінні характеристики ізоляційних властивостей між керуючими і силовими ланцюгами (до 4 кВ), високий опір ізоляції корпусу;
Низьке енергоспоживання: твердотілі реле споживають електроенергії значно менше, ніж електромагнітні реле і контактори;
Відсутність акустичного шуму;
Висока швидкодія;
Малі габарити і вага.
Приклад пристрою найбільш популярних реле
За розміром і потужності реле можуть бути мініатюрними 2-3мм і струмом навантаження 10-50мА.
Так і промисловими на струми до 2000А і вагою в кілька кілограмів.
Твердотільні реле можуть бути однофазними (SSR і HPR) або трифазними (TSR і ESR)
За типом управління твердотілі реле SSR діляться на керовані напругою постійного або змінного струму, змінним резистором або аналоговим сигналом струму 4...20мА.
Реле, керовані рівнем напруги, дозволяють виробляти включення/відключення навантаження за рахунок подачі або зняття номінального керуючого сигналу: Метод управління: «комутація при переході струму через нуль». Звідси випливає висновок, що реле з таким управлінням може спрацьовувати 100 разів в секунду.
Твердотільні реле з контролем переходу через нуль застосовуються для комутації резистивних (електричні нагрівальні елементи, лампи розжарювання), ємнісних (помехоподавляющие згладжуючі фільтри, що мають у своєму складі конденсатори) та слабоиндуктивных (котушки соленоїдів, клапанів) навантажень. При подачі керуючого сигналу, напруга на виході такого реле з'являється в момент першого перетину лінійним напругою нульового рівня. Це дозволяє зменшити початковий кидок струму, знизити рівень створюваних електромагнітних перешкод і, як наслідок, збільшити термін служби комутованих навантажень. Недоліком реле даного типу є неможливість комутації высокоиндуктивной навантаження, коли cos φ < 0,5 (трансформатори на холостому ходу).
Твердотільні реле з фазовим управлінням
дозволяють змінювати величину вихідної напруги на навантаженні і управляти нагрівальними елементами (регулювання потужності), лампами розжарювання (регулювання рівня освітленості).
Реле керовані аналоговим сигналом струму 4..20мА або змінним резистором дозволяють регулювати напругу на навантаженні, тобто, наприклад, здійснювати управління потужністю нагрівальних елементів (ТЕН).
Струм і характер навантаження
Одним з найважливіших параметрів для вибору реле є струм навантаження. Для надійної і тривалої експлуатації необхідно вибирати реле з запасом по струму, але при цьому треба враховувати і пускові струми, т. к. реле здатне витримувати 10-ти кратну перевантаження по струму тільки протягом короткого часу (10мс). Так при роботі на активне навантаження (нагрівач) номінальний струм реле повинна бути на 30-40% більше номінального струму навантаження, а при роботі на індуктивне навантаження(електродвигун) необхідно враховувати пусковий струм і запас по току повинен бути збільшений в 5-8 разів.
Крім робочого навантаження не можна забувати про пускових струму, які можу перевищувати номінальний струм у багато разів.
Для різних типів навантажень можна вказати наступні величини пускових перевантажень:
-
чисто активні навантаження (нагрівачі типу ТЕН) дають мінімально можливі стрибки струму, які практично усуваються при використанні твердотільного реле з перемиканням в нулі;
-
лампи розжарювання, галогенні лампи при включенні пропускають струм в 7...12 разів більше номінального;
-
флуоресцентні лампи протягом перших секунд (до 10 сек) дають короткочасні стрибки струму, в 5-10 разів перевищують номінальний струм;
-
ртутні лампи дають потрійну перевантаження по струму протягом перших 3-5 хв;
-
обмотки електромагнітних реле змінного струму: струм в 3...10 разів більше номінального протягом 1-2 періодів;
-
обмотки соленоїдів: струм в 10...20 разів більше номінального протягом 0,05 - 0,1 с;
-
електродвигуни: струм в 5...8 разів більше номінального протягом 0,2 - 0,5 сек;
-
высокоиндуктивные навантаження з насыщающимися серцевиною (трансформатори на холостому ходу) при включенні в фазі нуля напруги: струм в 20-40 разів більше номінального протягом 0,05 - 0,2 сек;
-
ємнісні навантаження при включенні в фазі, близькою до 90°: струм в 20-40 разів більше номінального протягом часу від десятків мікросекунд до десятків мілісекунд.
Здатність твердотільних реле витримувати струмові перевантаження характеризуються величиною ударного струму, тобто амплітудою одиночного імпульсу заданої тривалості (зазвичай 10 мс). Для реле постійного струму ця величина зазвичай в 2 – 3 рази перевершує значення максимально допустимого постійного струму, для тиристорних реле це співвідношення близько 10. Для струмових перевантажень довільної тривалості можна виходити з емпіричної залежності: збільшення тривалості перевантаження на порядок веде до зменшення допустимої амплітуди струму.
Вибір номінального струму твердотільного реле для конкретної навантаження полягає в підборі запасу по номінальному струму реле і введенням додаткових заходів щодо зменшення пускових струмів (струмообмежуючі резистори, реактори тощо).
Для підвищення стійкості твердотільного реле до імпульсних перешкод паралельно комутуючих контактів в ТТР є ланцюг, що складається з послідовно включених резистора і ємності (RC-ланцюжок)
Для більш повного захисту від джерела перевантаження по напрузі з боку навантаження необхідно включити захисні варистори паралельно кожній фазі твердотільного реле.
Твердотільні реле не призначені для пуску асинхронного двигуна. Однак, вони можуть використовуватись для цих цілей при виконанні наступних двох умов: повинен бути забезпечений 6-8 кратний запас по струму і обов'язково використання радіатора охолодження або вентилятора.
Струми витоку
В загальному випадку струм витоку – це струм, який протікає в землю або на сторонні провідні частини електричної непошкодженій ланцюга.
Стосовно до твердотілим реле струм витоку - це струм присутній в ланцюзі навантаження навіть за відсутності на твердотільні реле керуючого напруги. Струм витоку в твердотільному реле обумовлений наявністю вбудованої RC-ланцюжка паралельно ланцюзі навантаження, через яку протікає струм, навіть коли комутаційний елемент твердотільного реле знаходиться у вимкненому стані».
Охолодження
Ще одним важливим фактором для надійної роботи твердотільних реле є його робоча температура. Мініатюрні реле які розташовують безпосередньо на електронних платах переважно розраховані на невеликий струм, тому природного охолодження від корпусу цілком достатньо. При роботі твердотільного реле на силових елементах виділяється велика кількість тепла, яке необхідно відводити з допомогою радіаторів охолодження. Виділення тепла викликано падінням напруги на силовому переключающем елементі. В середньому це 1В, множимо це на робочий струм і приблизно знаємо виділяється потужність.
Радіатори підбираються з розрахунку виділеної потужності на силових елементах реле.
