Твердотельные реле устройство и особенности

Твердотельные реле — является электронной разновидностью обычного реле, но без без механических движущихся частей. Оно предназначено для коммутирования мощных электрических цепей с помощью низких уровней напряжений, подаваемых на управляющие контакты. Стандартное твердотельное реле (ТТР) содержит датчик, срабатывающий при поступлении управляющего сигнала и твердотельную электронику, коммутирующую мощную нагрузку. ТТР можно применять в сетях как переменного так и постоянного и тока. ТТР используется для тех же функций, что и электромагнитное реле.
Радиоконструкторы на любой вкус

Все современные твердотельные реле используют все свойства полупроводниковых устройств, таких как транзисторы, тиристоры, для переключения больших токов ТТР имеют достаточно высокую скорость переключения, по сравнению с их электро-механическими аналогами и обладают полной гальванической развязкой. Но есть и небольшая лошка дегтя в том, что ТТР менее приспособлены к выдерживанию кратковременных перегрузок чем их механические собратья, и имеют чуть более высокое сопротивление в замкнутом состоянии.

Работа и устройство твердотельных реле

Как тоько на ТТР с поступает управляющее напряжение ( переменное или постоянное), то оно замыкает или размыкает свои «электронные контакты». Функцию этих контактов выполняют различные полупроводниковые (твердотельные, отсюда и название) устройства. Обычно это, симисторы или тиристоры (для коммутации цепей переменного тока) и транзисторы (постоянный ток).

В принципе, практически любой биполярный или полевой транзистор работающий в ключевом режиме можно назвать твердотельным реле. Например, в схеме преобразователя напряжения 12 - 1000 вольтна выходе стоит биполярный транзистор VT1, который подает питающее напряжение на первичную обмотку трансформатора. Транзистор может пропускать только постоянный ток, а вот тиристоры и симисторы можно применять и для переменного.

Так же, как и электромагнитных реле, в твердотельных имеется гальваническая развязка между управляющим напряжением и коммутируемым на силовых контактах. Только типовых это достигается за счет разнесения в пространстве, а в ТТР – благодоря оптической развязки. Т.е, на входе должен стоять оптрон.

Применение твердотельных реле

Эти устройства автоматики используется там, где крайне важен принцип «поставил и забыл». А обычные контакты стандартных приборов все-же и иногда, рекомендуется чистить через несколько десятков тысяч циклов размыканий и замыканий.

Их рекомендуют применять там, где обычные контакты плохо себя ведут и горят как дешевые свечки, особенно их выгодно использовать в схемах коммутации индуктивной нагрузки, где контакты чаще всего залипают и подгорают. Либо, важны габариты собираемого (проектируемого) устройства.

Радиолюбители часто используют ТТР в схемах регулировки температуры, где применяются ТЭНы. Обычный пускатель (если ТЭН от 3 кВт или выше) переодически выходит из строя. Ведь, если в схемах требуется большая точность и задана небольшая гистерезисная петля, то контактору придётся очень много трудиться, что неблагоприятно влияет на его продолжительность жизни.

Классификация твердотельных реле

ТТР по принципу работы и устройству можно классифицировать на следующие разновидности:

По виду управляющего напряжения – постоянное или переменное
По виду коммутируемого напряжения – постоянное или переменное
По количеству фаз – одннофазные и трехфазные.
Трехфазные в свою очередь можно поделитьна с реверсом или без. По способу монтажа на ДИН-рейку или поверхность

Схемы подключения твердотельных реле.

Управление ТТР схемотехнически такое же, как и у типового реле. Ниже упрощенно показана схема включения:

На управляющий вход ТТР контакты 1 и 2, подается управляющее постоянное напряжение через схему управления или просто от источника питания. В момент поступления управляющего сигнала контакты 4-6 замыкаются между собой коммутируя собой мощную нагрузку.

Схемы включения трехфазных ТТР

Источник трехфазного напряжения — справа по схемам, нагрузка — слева. Управляющее напряжение может быть как переменным так и постоянным. Коммутация может осуществляться как по двум, так и по трём фазам.

Самодельное твердотельное реле

ТТР можно собрать и своими руками по приведенной ниже схеме, которая, по своей сути, является изолированным контроллером питания на базе симистора. Когда управляющие напряжение протекает через светодиод оптопары MOC3021, на ее выходе генерируется импульс, поступающий на симистор T1. Последний открывается и коммутирует через себя сетевое напряжение цепи переменного тока.

Для ограничения скорость изменения напряжения, параллельно симистору в схему подключена снабберная цепь (R2-C1)