Твердотельное реле

04.08.2014 20:40

Твердотельное реле (ТТР) или в буржуйском варианте Solid State Relay (SSR) - это особый вид реле, которые выполняют те же самые функции, что и электромеханическое реле (на картинке снизу)

Но вот начинка у них совсем другая и состоит из полупроводниковых радиоэлементов.

 

 

Выглядеть ТТР могут по-разному:

 

Такие релюшки используются в печатных платах и предназначены для коммутации (переключения)  малого тока и напряжения.

 

 

 

А вот так выглядят реле, используемые в силовой электронике, то есть в электронике, которая коммутирует большую силу тока и используется в промышленности в виде блоков управления станков и в различной автоматике.

Слева однофазное реле, справа трехфазное. Или более детским языком: слева релюшка может соединять и разъединять только один проводочек, а справа релюшка может соединять и разъединять одновременно сразу три проводочка ;-).

 

 

 

Если через  коммутируемые контакты силовых  реле будет проходить приличный ток, то корпус реле будет очень сильно греться. Поэтому, чтобы реле не перегрелись и не вышли из строя, их ставят  на радиаторы, которые рассеивают тепло в окружающее пространство.

 

 

Итак, давайте рассмотрим также основные виды ТТР:

По методу управления ТТР делятся на две группы:

 - управление с коммутацией через ноль

 - фазовое управление

 

Итак, что за страшное словосочетание " коммутация через ноль" ? О мама мия... Коммутация - это вроде как переключение чего либо... Но что значит через ноль? Значит, переключение осуществляется, когда нам где-то попадается ноль. Так как ТТР коммутируют напряжение, значит, переключение и отключение происходит, когда напряжение где-то равняется нулю! Ну да, так оно и есть! Эврика! Так стоп, а в каких сигналах у нас напряжение может равняться нулю?  Ну конечно же, в переменном напряжении!

 

Думаю, простой рисуночек это дело объяснит намного лучше, чем я словами:

То есть, мы подали управляющее напряжение на Вход. Но на Выходе у нас релюшка включилась только тогда, когда значение переменного напряжения (пусть это будет 220 Вольт с нашей домашей розетки) достигло нуля. То же самое справедливо и для того случая, когда мы снимаем управляющий  Входной сигнал с реле. Релюшка в этом случае сразу не выключается, пока не  достигнет опять того же самого уровня в "ноль Вольт".

 

Для нашего глаза эти колебания совершаются за  время 0,02 сек, поэтому мы никак не сможем уловить задержку визаульно. Для нас кажется, что релюшка включается и выключается одновременно с подачей сигнала на ее управляющие контакты.

 

 

А вот самые интересные реле относятся ко второй группе. Это так называемые реле с фазовым управлением.

В зависимости от значения  какого-либо параметра на управляющем входе мы можем менять МОЩНОСТЬ подаваемую в нагрузку!  Что-нить понятно?  Я так и знал...

 

Знаете такое устройство как диммер?

Думаю, он стоит во многих домах.  С помощью диммера мы можем менять  свечение лампы накаливания. А свечение лампы  - это  и есть мощность, рассеиваемая на ее нити накаливания. Меняя мощность на лампе - меняем освещение! А так как мощность у нас опредеяется формулой P=IU, то  получается изменяя напряжение, изменяем свечение лампы!

 

Почти точно также работают и реле с фазным управлением. Меняя значение  какого-либо параметра на Входе,  пропорционально меняем значение и на выходе ;-). Черная область - это все что останется от синусоиды переменного тока, если менять значение на  Входе реле постепенно:

 

Подавать на Вход реле можно сопротивление или менять значение силы тока, тем самым регулирая мощность на коммутируемых контактах.

 

Ладно, харэ теребонькать, приступаем  к практической электронике ;-)

 

В гостях у нас ТТР фирмы FOTEK:

 

 

Что значат обозначения  на нем? Вот небольшая табличка-подсказка:

Слева два столбика образец, справа столбик - расшифровка. L и V  - это как раз релюшки с фазовым управлением.

 

 

Давайте еще раз взглянем на нашу релюшку:

SSR - это значит однофазное твердотельное реле.

 

40 - это на какую максимальную силу тока она рассчитана. Измеряется в Амперах и в данном случае составляет 40 Ампер. 

 

D. Тип управляющего сигнала. Видать от значения Direct Current - что с буржуйского - постоянный ток. Управление ведется постоянным током от 3 и до 32 Вольт. Этого диапазона до попы хватит самому заядлому разработчику аппаратуры.  Для особо непонятливых даже написано Input, показан диапазон и фазировка напряжения. Как вы видите, на контакт №3 мы подаем "плюс", а на №4 мы подаем "минус".

 

А - тип коммутируемого напряжения. Alternative current - переменный ток. Цепляемся в этом случае к выводам №1 и №2. Диапазон от 24 и  до 380 Вольт переменного напряжения.

Все элементарно и просто, товарищи!

 

 

Для опыта нам понадобится лампа  накаливания на 220 Вольт и простая вилка со шнуром к ней. Соединяем лампу со шнуром только в одном месте:

 

 

В разрыв вставляем нашу релюшку

 

 

Втыкаем вилку в розетку и...

Не... не хочет... Чего-то не хватает...

 

 

Не хватает управляющего напряжения! Выводим напряжение от Блока питания  от 3 и до 32 Вольт постоянного напряжения. В данном случае я взял 5 Вольт.

И о чудо! Лампочка загорелась!  Это означает, что контакт №1 замкнулся с контактом №2. О срабатывании релюшки нам говорит также и светодиодик на корпусе самого реле. 

 

 

Интересно, какую силу тока потребляют управляющие контакты реле? Итак, имеем на блоке 5 Вольт.

А сила тока получилась 11,7 милиАмпер! Господа микроконтроллерщики,особенно авээрщики. Вам это ни о чем не говорит? ;-) 

 

 

Думаю,  на опыте  все понятно что к чему. Осталось разобрать плюсы ТТР, а их не так уж и мало:

- включение  и выключение цепей без электромагнитных помех;
- высокое быстродействие;
- отсутствие шума и дребезга контактов;
- продолжительный период работы (свыше МИЛЛИАРДА срабатываний);
- возможность работы во взрывоопасной среде, так как нет дугового разряда;
- низкое электропотребление (на 95% (!) меньше, чем у обычных реле);
- надёжная изоляция между входными и коммутируемыми цепями;
- компактная герметичная конструкция, стойкая к вибрации и ударным нагрузкам.

- небольшие размеры и хорошая теплоотдача, если конечно использовать термопасту и хороший радиатор.

 

Также вот небольшой мануал по ТТР, для тех, кому показалось, что статья слишком легкая.

 

Читайте также:

Принцип работы электромеханического реле

 

Бесконтактные датчики

 

Датчик Холла