Твердотельное реле: устройство, принцип работы, виды, схемы подключения

Назначение

Область применения твердотельных реле достаточно обширна и охватывает широкий спектр отраслей и народного хозяйства. Они используются в системах, в которых периодический контроль состояния переключателя по условиям эксплуатации может быть исключен.

Твердотельные устройства устанавливаются в оборудование с частыми переключениями, где классические подвижные контакты не справляются с работой и перегорают. Или в таких электроустановках, где недопустимо искрение при разрыве цепи или замыкании контактной группой.

Кроме того, твердотельные реле отличаются малыми габаритами, что делает их очень привлекательным вариантом для слаботочного оборудования. Применяются в электронике и бытовой технике, а также труднодоступных местах, где нет возможности обслуживания после ввода устройства в эксплуатацию.

Основные области, где вы часто найдете твердотельные реле:

• обогрев электроприборов ТЭНами, спиралями для регулирования температуры нагрева;
• контроль температуры в технологических процессах;
• контроль режимов работы силовых трансформаторов;
• регулировать уровень освещения или включать освещение в зависимости от времени суток;
• применение в качестве датчика движения;
• включение и выключение электродвигателей, переключение различных режимов работы;
• в качестве электронных ключей для силовых и слаботочных установок;
• как выключатели машинного оборудования, которым необходима высокая рабочая частота;
• переключать положения в источнике бесперебойного питания.

Стоит отметить, что при повсеместной автоматизации технологических процессов в качестве коммутационного устройства все чаще используется твердотельное реле.

Определение

Твердотельное реле — это электронное устройство, один из видов реле, в котором отсутствуют подвижные элементы. Изделие используется для подачи тока или разрыва цепи внешним управлением (воздействием небольшого напряжения).

Твердотельное реле (сокращенно SSR) имеет внутри датчик, реагирующий на подачу управляющего сигнала. Кроме того, изделие содержит твердотельную электронику, в том числе схему, способную коммутировать большие I.

Устройство может быть установлено в цепях переменного и постоянного тока, часто используется как обычное реле. Главное отличие в том, что в SSR нет механических контактов.

Классификация твердотельных реле

Сферы применения реле различны, поэтому их конструктивные особенности могут сильно различаться в зависимости от потребностей конкретной схемы автоматики. ТСР классифицируют по количеству присоединяемых фаз, роду рабочего тока, конструктивным особенностям и типу схемы управления.

По количеству подключенных фаз

Твердотельные реле применяются как в бытовой технике, так и в промышленной автоматике с рабочим напряжением 380 В.

Поэтому в зависимости от количества фаз эти полупроводниковые приборы делятся на:

• простая фаза;
• трехфазный.

Однофазные ТТР позволяют работать с токами 10-100 или 100-500 А. Управление ими осуществляется с помощью аналогового сигнала.

К трехфазному реле рекомендуется подключать провода разных цветов, чтобы их можно было правильно подключить при установке оборудования

Трехфазные твердотельные реле способны пропускать ток в диапазоне 10-120 А. В их устройстве применен реверсивный принцип работы, что обеспечивает надежность регулирования нескольких электрических цепей одновременно.

Часто трехфазные твердотельные реле используются для привода асинхронного двигателя. В цепь управления обязательно включают быстродействующие предохранители из-за больших пусковых токов.

По виду рабочего тока

Твердотельные реле нельзя настроить или перепрограммировать, поэтому они могут правильно функционировать только в определенном диапазоне параметров электрической сети.

В зависимости от потребностей ТТР могут управляться электрическими цепями с двумя видами тока:

• твердый;
• переменные.

Точно так же можно классифицировать ТТР и по виду напряжения на активную нагрузку. 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 этого типа имеют узкую область применения

Установки с постоянным током управления отличаются высокой надежностью и используют для регулирования напряжение 3-32 В. Они выдерживают широкий диапазон температур (-30..+70°С) без существенного изменения характеристик.

Реле, управляемые переменным током, имеют управляющее напряжение 3-32 В или 70-280 В. Характеризуются низкими электромагнитными помехами и высоким быстродействием.

По конструктивным особенностям

Твердотельные реле часто устанавливаются в общий электрощит квартиры, поэтому многие модели имеют монтажный блок для монтажа на DIN-рейку.

Кроме того, между ТСР и опорной поверхностью установлены специальные радиаторы. Они позволяют охлаждать устройство при высокой нагрузке, сохраняя при этом производительность.

Реле монтируется на DIN-рейку в основном через специальный кронштейн, который также имеет дополнительную функцию — отводит лишнее тепло при работе устройства

Между реле и радиатором рекомендуется нанести слой термопасты, что увеличивает контактную поверхность и увеличивает теплоотдачу. Существуют также ТТР, предназначенные для крепления к стене обычными шурупами.

По типу схемы управления

Принцип действия регулируемого технологического реле не всегда требует его мгновенного срабатывания.

Поэтому производители разработали несколько схем управления SSR, которые используются в разных сферах:

1. Нулевой контроль. Этот вариант управления твердотельным реле предполагает работу только при значении напряжения 0. Используется в устройствах с емкостной, резистивной (нагреватель) и слабой индуктивной (трансформаторы) нагрузками.
2. Немедленный. Используется, когда необходимо внезапно активировать реле при подаче управляющего сигнала.
3. Фаза. Он предполагает регулирование выходного напряжения путем изменения параметров управляющего тока. Используется для плавного изменения степени нагрева или освещения.

Твердотельные реле отличаются и многими другими, менее значимыми, параметрами. Поэтому при покупке ТТР важно понимать схему работы подключаемого оборудования, чтобы получить наиболее подходящее устройство регулировки.

Необходимо предусмотреть запас мощности, т к реле имеет рабочий 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 имеют множество преимуществ перед своими электромеханическими аналогами, что и обуславливает выбор потребителей.

Микросхема реле имеет компактные размеры и сильно ограничена по максимальному протеканию тока. Крепятся они в основном путем припайки специальных ножек

Эти преимущества включают в себя:

1. Низкое энергопотребление (на 90% меньше).
2. Компактные размеры, позволяющие монтировать устройства в ограниченном пространстве.
3. Высокая скорость запуска и выключения
4. Снижен шум при работе, нет характерного для электромеханического реле щелчка.
5. Технического обслуживания не ожидается.
6. Долгий срок службы за счет ресурса в сотни миллионов срабатываний.
7. Благодаря широким возможностям модификации электронных компонентов ТТР получили широкое применение.
8. Отсутствие электромагнитных помех при срабатывании.
9. Повреждение контактов из-за их механического воздействия исключено.
10. Отсутствие прямого физического контакта между цепями управления и коммутации.
11. Возможность регулирования нагрузки.
12. Наличие в импульсном ТТР автоматических цепей, защищающих от перегрузок.
13. Возможность использования во взрывоопасных средах.

Этих преимуществ твердотельных реле не всегда достаточно для нормальной работы оборудования. Поэтому они еще не полностью заменили электромеханические контакторы.

Эффективный отвод тепла важен для стабильной работы мощных твердотельных реле, так как при высоких температурах напряжение нагрузки (+) сильно искажается

У SSR есть и недостатки, не позволяющие их использовать во многих случаях.

К недостаткам относятся:

1. Невозможность эксплуатации большинства устройств с напряжением выше 0,5 кВ.
2. Высокая цена.
3. Чувствительность к большим токам, особенно в пусковых цепях электродвигателей.
4. Ограничения по использованию в условиях повышенной влажности.
5. Критическое ухудшение характеристик при температурах ниже 30°C мороза и выше 70°C тепла.
6. Компактный корпус приводит к чрезмерному нагреву устройства при стабильно высокой нагрузке, что требует использования специальных устройств пассивного или активного охлаждения.
7. Возможность расплавления устройства от нагрева при коротком замыкании.
8. Микротоки в замкнутом состоянии реле могут быть критическими для работы оборудования. Например, люминесцентные лампы, подключенные к сети, могут периодически мигать.

Таким образом, твердотельные реле имеют определенные области применения. В схемах высоковольтного промышленного оборудования их применение сильно ограничено из-за несовершенства физических свойств полупроводниковых материалов.

Однако в бытовой технике и автомобилестроении ТТР занимают прочные позиции благодаря своим положительным свойствам.

Возможные схемы подключений

Схемы подключения твердотельных реле могут быть самыми разными. Каждая электрическая цепь строится исходя из характеристик подключаемой нагрузки. В схему могут быть добавлены дополнительные предохранители, контроллеры и блоки управления.

В связи с тем, что цепи управления и нагрузки в устройстве не пересекаются, их электрические характеристики могут различаться по всем параметрам (+)

Далее будут представлены самые простые и распространенные схемы подключения ССР:

• нормально открытый;
• с соответствующим контуром;
• нормально закрытый;
• трехфазный;
• обратимый.

Нормально разомкнутая (разомкнутая) цепь — реле, в котором нагрузка включается при наличии управляющего сигнала. Это означает, что подключенное оборудование находится в выключенном состоянии, когда входы 3 и 4 обесточены.

Перед покупкой реле необходимо определить требуемый тип пускового состояния (замкнутое или разомкнутое) для обеспечения корректной работы подключаемого оборудования (+)

Нормально замкнутая цепь — относится к реле, в котором нагрузка включается при отсутствии управляющего сигнала. Это означает, что подключенное оборудование находится в рабочем состоянии при обесточенных вводах 3 и 4.

Это схема подключения твердотельного реле, где напряжения управления и нагрузки одинаковы. Этот метод можно использовать одновременно для работы в сетях постоянного и переменного тока.

Трехфазные реле подключаются по несколько иному принципу. Контакты могут быть соединены по схеме «звезда», «треугольник» или «звезда-нейтраль».

Выбор схемы трехфазного реле во многом зависит от работы подключенного к нему оборудования в качестве нагрузки

Твердотельные реле реверса используются в электродвигателях правильного режима. Выпускаются в трехфазном исполнении и включают две цепи управления.

Если для реле важно соблюдение полярности контактов, то маркировка всегда будет указывать, где следует подключать фазу и нейтраль

Собирать электрические схемы с ТТР необходимо только после того, как они предварительно начерчены на бумаге, потому что неправильно подключенные устройства могут выйти из строя из-за коротких замыканий.

Практическое применение устройств

Ассортимент твердотельных реле достаточно обширен. Благодаря высокой надежности и отсутствию необходимости регулярного обслуживания их часто устанавливают в труднодоступных местах оборудования.

Во многих реле подключение проводов цепи управления требует соблюдения полярности, что необходимо учитывать при монтаже оборудования

Наиболее важными областями использования TTR являются:

• система терморегуляции с помощью нагревательных элементов;
• поддержание стабильной температуры в технологических процессах;
• контроль работы трансформатора;
• регулировка освещения;
• схемы датчиков движения, освещения, фотодатчиков уличного освещения и др.;
• контроль двигателя;
• бесперебойное электроснабжение.

С ростом автоматизации бытовых приборов все большее распространение получают твердотельные реле, а развитие полупроводниковых технологий постоянно открывает новые области их применения.

При желании можно собрать твердотельное реле своими руками. Подробная инструкция представлена ​​в этой статье.

Показания к применению

Твердотельные реле рекомендуются для приложений, в которых стандартные устройства не соответствуют их требованиям. Например, когда они плавятся или сгорают в процессе обмена.

С помощью ТТР гарантируется надежность цепи и своевременная подача напряжения на нагрузку. В отличие от простых устройств, твердотельное реле без проблем справляется с индуктивной нагрузкой.

Кроме того, твердотельный прибор следует использовать при нехватке места в процессе монтажа и высоких требованиях к надежности схемы.

Где используются?

Твердотельные реле — это уникальные устройства, которые требуют минимального обслуживания после установки. Здесь срабатывает принцип «установил и забыл». Например, в простых моделях чистка контактной группы производится с определенной периодичностью – как правило, через определенное количество циклов. Если продукт работает редко, это не вызывает проблем.

А как быть с оборудованием, которое требует частой работы — раз в секунду или даже чаще? Примером такой техники является машина с электромагнитными клапанами.

Напряжение подается через реле, которое должно размыкаться до десяти ампер при индуктивном I. Если установлен контактный блок, его необходимо менять каждые 1-2 месяца. Если поставить твердотельный аналог, то о нем можно забыть на долгие годы.

Несмотря на надежность работы, ТТР требуют периодического осмотра. Основные рекомендации в этом вопросе дает производитель продукта. Как правило, речь идет о проверке факта замыкания контактов, целостности корпуса и изоляции.

Виды твердотельных реле

Условно ТСР делятся по двум критериям — принципу действия и конструктивным особенностям. Для упрощения классификации выделим следующие варианты:

• По типу управляющего сигнала — переменный или постоянный I.
• В зависимости от вида сетевого напряжения (коммутируемое) — постоянное или переменное.
• По количеству фаз (для переменного напряжения) — одна, три.
• При наличии инверсии — дано, не дано.
• По тонкостям конструкции — на DIN-рейку или на поверхность.

Устройство

Конструктивно твердотельное реле представляет собой расширенную версию полупроводникового переключателя. В состав устройства входят резисторы, транзисторы, симисторы или тиристоры, составляющие основу их работы. В связи с тем, что вся конструкция имеет монолитную конструкцию — единый блок, реле называют твердотельным реле.

Условно весь блок можно разделить на несколько блоков:

• Входной узел — используется для подачи управляющего сигнала. В состав узла входят токоограничивающий резистор и устройство для передачи сигнала на переключательный элемент.
• Триггерный узел — используется для обработки полученных сигналов. Как правило, он входит в состав линии оптической развязки, но может быть установлен и отдельно от нее.
• Блок оптической развязки — осуществляет гальваническую развязку основной части и управляющей. Это неотъемлемая часть реле переменного тока. Принцип работы выключателя напрямую зависит от конструктивных особенностей этого узла.
• Схема включения — включает и выключает линию питания к нагрузке. Он работает по принципу блокировки и разблокировки p-n перехода, поэтому классического переключения в твердотельных реле не происходит.
• Схемы защиты — устраняют помехи, защищают твердотельное реле от перегрузок и токов короткого замыкания. В зависимости от расположения различают внутренние и внешние установки.
• Выходной узел – используется для подключения нагрузки, как правило, представлен парой контактов или клемм.

Следует отметить, что в зависимости от типа твердотельного реле состав основных блоков может существенно различаться. Поэтому некоторые модели могут обойтись без любого из вышеперечисленных узлов.

Принцип работы

В зависимости от типа твердотельного реле принцип работы также может различаться. Работа основана на двух сигналах — управляемом и управляемом, которые могут формироваться и передаваться по-разному. Поэтому в качестве примера рассмотрим один из вариантов этого устройства, работающего с помощью оптопары.

Оптрон в соответствии с п. 1.1 ГОСТ 29283-92 формирует электромагнитные или световые импульсы с определенными параметрами. По которым происходит взаимодействие между компонентами. Конструктивно оптопара представляет собой оптическую пару — светодиод и фотодиод, установленные в разных блоках твердотельного реле.

Когда ток подается на входной узел SSR, ток начинает течь через цепь светодиода. В результате световое излучение будет падать на фотодиод. Когда световой поток достигнет заданной интенсивности, фотодиод установит рабочие параметры цепи нагрузки и переключит нагрузку.

Выбор твердотельного реле

При покупке ТТР стоит учитывать ряд особенностей устройства, которые помогут сделать правильный выбор. Для сравнения, классические устройства способны выдерживать кратковременные перегрузки, не превышающие полутора-двухкратного номинального тока.

Если правильно подойти к вопросу эксплуатации, достаточно регулярной чистки контактов.

С твердотельными реле ситуация хуже. При превышении параметра номинального тока в 1,5 и более раз устройство подлежит утилизации. Вот почему при выборе твердотельного реле для управления резистивной нагрузкой стоит брать запас по току в два-четыре раза.

Если продукт планируется использовать в стартовой схеме для артериального давления, этот показатель следует увеличить в шесть-десять раз. При таком подходе приходится переплачивать, но зато увеличивается срок службы подключенного устройства и надежность его работы.

Параметры выбора

При покупке твердотельного реле следует обратить внимание на следующие параметры:

• Стоимость от 100 до 12 тысяч рублей.
• Количество фаз – одна или три.
• Максимальный ток нагрузки — от 10 до 500 А.
• Уровень коммутируемого напряжения. Здесь возможны четыре диапазона — от 5 до 220 В (постоянный ток), от 24 до 380 В, от 48 до 480 В, от 24 до 480 В. Последние три диапазона характерны для устройств, работающих на переменном токе.
• Сигнал управления — переменный ток (от 80 до 280 В, от 100 до 280 В), док-станция постоянного тока (от 3 до 32 В), сопротивление от 0 до 560 кОм (2 Вт), аналоговые сигналы — ток от 4 до 20 мА или напряжение от 0 до 10 В (постоянное напряжение).

Читайте также: Турбодетандер с дожимным компрессором

Рекомендации по выбору

Чтобы правильно выбрать твердотельное реле, а также быть уверенным в его качестве и надежности в течение длительного срока службы, важно ориентироваться на следующие аспекты.

СПОСОБЫ КОММУТАЦИИ

Требуются устройства, в которых управление происходит при переходе через ноль. Преимущество метода заключается в устранении помех, создаваемых в процессе переключения.

Минус альтернативы — прерывание выходного сигнала и недоступность использования ТТР в цепи с высокоиндуктивной нагрузкой. Основное применение этого типа переключателя подходит для резистивной нагрузки.

Кроме того, твердотельные реле используются для малых индуктивных и емкостных нагрузок.

ФАЗОВОЕ УПРАВЛЕНИЕ

Преимущество фазового метода в том, что процесс регулирования протекает плавно и без перерывов. Благодаря этому есть возможность изменять выходное напряжение (корректировать параметр мощности). Недостатком метода является появление помех в момент переключения.

Метод пригоден для резистивных цепей управления с нагревом, для переменных резистивных и индуктивных нагрузок (соответственно эмиттеров ПЧ и трансформаторов). Сюда же относится управление освещением (подключение ламп накаливания).

ПАРАМЕТРЫ НАГРУЗКИ (ХАРАКТЕР И ТИП)

При выборе обращайте внимание на ток нагрузки. От этого зависит надежность и продолжительность работы установленного ТТР. Важно, чтобы агрегат имел запас I.

При покупке стоит учитывать не только рабочий ток, но и токи, возникающие в процессе пуска и превышающие номинальный параметр в несколько раз. По заявлению производителей, ТТР выдерживает кратковременную десятикратную перегрузку по току — до 10 мс.

Если для включения нагревателя установлено твердотельное реле (резистивный тип нагрузки), I должен превышать номинальный ток нагрузки на 35-40%.

Если планируется подключение индуктивной нагрузки (электродвигатель), стоит учитывать пусковые токи, которые в этом случае превышают номинальный ток на 600-1000 процентов.

Подытожим рекомендуемый поток:

• Для ТЭНов — на 30-40% больше, чем у меня номинально.
• Для артериального давления — 6-10 раз.
• Для ламп накаливания — 8-12 раз.
• Реле ЭК — 4-10 раз.

НАЛИЧИЕ ОХЛАЖДЕНИЯ

В процессе выбора стоит учитывать коэффициент снижения температуры. Выше было отмечено, что твердотельное реле имеет свойство перегреваться при пропускании больших токов. Избыточное тепло, выделяющееся при работе, передается на специальные радиаторы охлаждения.

ТТР способен проводить ток, указанный производителем, если температура не превышает 40 градусов Цельсия. С увеличением параметра способность пройти I — снижается на 20-25 процентов при нагреве на каждые десять градусов. Следовательно, при нагреве ТТР до 80 градусов Цельсия он не может пропускать ток — изделие выходит из строя.

На температуру устройства влияет множество факторов, в том числе место установки, время года, нагрузка, воздушный поток и другие. Если устройство используется для подключения к мощному оборудованию, например для запуска ИМ, рекомендуется предусмотреть дополнительное охлаждение.

Для решения этой проблемы устанавливается радиатор с большими габаритами. Для повышения эффективности обдува установлен вентилятор.

ЗАЩИТА

Еще один нюанс, который следует учитывать в процессе покупки солидной модели – наличие необходимой защиты. Здесь доступны следующие параметры:

• Встроенная RC-цепочка, обеспечивающая защиту от неисправности при использовании в цепи индуктивной нагрузки.
• Защита от кратковременных скачков напряжения от нагрузки. Для этих целей производители устанавливают варисторы. Последнее выбирают с учетом величины коммутируемого U (от 1,6 до 2). Следует отметить, что современные реле способны выдерживать значительные перенапряжения без применения варисторов. Для таких агрегатов перегрузка I влечет за собой большой риск.
• Защита от перегрузки по току. Для решения этой проблемы используются предохранители, выполненные по полупроводниковому принципу. Их выбирают с учетом размера потока. Так, I и т д составляет до 30 % номинального тока реле. При этом сам узел сцепки должен иметь достаточный запас.

При наличии пусковых токов необходимо учитывать этот нюанс. Рассмотренный способ обеспечивает надежную защиту от перегрузок. Установка в цепь автоматов не имеет смысла, т.к твердотельные реле выдерживают перегрузку в течение 10 мс, после чего сгорают. Время отключения автоматического выключателя больше.

• Обеспечить надежность работы устройства при малом токе нагрузки (равном току утечки). Для решения этой проблемы требуется установка шунтирующих резисторов, которые монтируются параллельно нагрузке.

Надстройки для корректной работы

При взаимодействии с индуктивной нагрузкой во время работы могут возникнуть проблемы. Вот почему при использовании твердотельных реле в сочетании с трансформаторами, звонками, электрическими катушками и другими подобными устройствами необходима параллельная RC-цепь для уменьшения действия противо-ЭДС.

Кроме того, наличие такой цепи уменьшит общую индуктивность подключаемого устройства и облегчит работу ТТР.

Защита от коротких замыканий

При повреждении изоляции в мишени или по другим причинам может произойти короткое замыкание. Во избежание повреждения ТТР используются специальные предохранители. Они предназначены для использования в сочетании с твердыми продуктами.

Их легко узнать по следующим характеристикам:

• гр — предохранители, работающие в широком диапазоне I. Применяются для защиты полупроводников. На сегодняшний день это одно из самых быстрых устройств.
• gS — как и предыдущие предохранители, могут работать во всех областях I. Они используются для высоких нагрузок и для защиты полупроводников.
• aR — плавильные вставки, не имеющие ограничений по работе. Их устанавливают для защиты полупроводников от коротких замыканий. Недостатком таких изделий является высокая цена. Именно по этой причине многие люди предпочитают более доступные машины класса B.

Подключение твердотельного реле

Принцип подключения прост. В устройстве предусмотрены управляющие входы (на них подается напряжение со строгим соблюдением полярности) и выход для подключения нагрузки. Важным моментом является качество связи. Здесь используется винтовой метод (пайка исключена).

Во избежание повреждения ТТР важно исключить попадание на контакты пыли, а также посторонних механических элементов. Необходимо предусмотреть меры по предотвращению негативного воздействия на корпус прибора (во включенном или выключенном состоянии).

После включения не прикасайтесь к крышке, она может быть горячей. Обратите внимание, что SSR не находится вблизи легковоспламеняющихся материалов. Кроме того, в процессе подключения убедитесь, что переключение выполнено без ошибок.

Если после включения изделия температура поднимается выше 60 градусов Цельсия, установите на него радиатор для охлаждения (причины и функции этой меры защиты рассмотрены выше).

Если ничего не предпринимать, при достижении 80 градусов Цельсия устройство перестает работать. Управление осуществляется с помощью цепи с разными вариантами исполнения.

Твердотельные реле серий SSR и TSR

Сегодня в продаже модели TSR и SSR. Рассмотрим их подробнее.

Особенности

Изделия имеют сопротивление изоляции 50 МОм и более при проверке мегаомметром на напряжение 500 вольт. Входная и выходная изоляция составляет 2500 вольт. Мощность управления небольшая — 12 Вольт * 7,5А.

Стоит выделить минимальное излучение электромагнитных помех, которое гарантируется переключением при переходе через ноль, а также высокий параметр перегрузки по I. Допускается превышение номинального I в десять раз на срок до периода.

Расшифровка

Название продукта следующее — SSR (1) — 40 (2) D (3) A (4) — H (5). Цифры в скобках соответствуют номеру расшифровки:

1. SSR или TSR — это твердотельные реле (однофазные или трехфазные соответственно).
2. Нагрузка I. Номер соответствует текущему параметру. В нашем случае — 40 А.
3. Входной сигнал. Здесь доступны следующие параметры:
   • L — от 4 до 20 мА (линейное твердотельное реле).
   • D — от 3 до 32 В постоянного тока I (вкл и выкл).
   • V — переменное сопротивление.
   • А — от 80 до 250 вольт переменного тока I (вкл и выкл).
4. Выходное напряжение:
   • Д постоянна.
   • А является переменным.
5. Диапазон выходного напряжения:
   • Н — от 90 до 480 вольт (переменное).
   • Нет — от 24 до 380 Вольт (переменное).

Отличия от электромеханических реле

Если рассматривать основные отличия, то они заключаются в принципе реализации логических операций. Так, в соответствии с п. 3.1.1 ГОСТ МЭК 61810-7-2013 под электромеханическим реле следует понимать устройство, в котором операции выполняются за счет движения механических элементов.

В частности, на индуктор подается управляющий импульс, который создает достаточный электромагнитный поток для перемещения сердечника. Механически сердечник соединен с контактной группой, которая замыкается и размыкается в зависимости от управляющего сигнала.

Твердотельное реле, напротив, не имеет движущихся частей, а изменение логического состояния осуществляется за счет перевода полупроводникового элемента из открытого состояния в закрытое состояние и наоборот. Поэтому основным отличием от электромеханических моделей является отсутствие подвижных контактов.

Технические характеристики

При выборе конкретной модели для замены вышедшего из строя твердотельного реле или для установки в новое оборудование нужно руководствоваться основными характеристиками устройства.

К основным параметрам относятся:

• Класс и величина напряжения на входе и выходе устройства;
• Сопротивление твердотельного элемента или потребляемый ток;
• Рабочий ток — определяет рабочие параметры для перехода из одного логического состояния в другое;
• Перегрузочная способность — кратна номинальному току;
• Электрическая прочность изоляции;
• Тип сборки – наличие креплений или пайки к проводам;
• Материал, из которого изготовлено реле;
• Размеры;
• Наличие дополнительных функций.

Все характеристики твердотельных реле будут различаться в зависимости от типа конкретного устройства.

Виды

Деление по типу определяется как рабочими параметрами некоторых устройств, так и областью их применения. Поэтому классификация твердотельных реле проводится по нескольким факторам, определяющим тот или иной параметр.

Итак, все логические элементы в зависимости от рода тока делятся на две группы — реле постоянного и переменного тока. Первые очень надежны и отлично справляются со своими задачами, как при низких, так и при высоких температурах. Второй тип отличается высокой скоростью отклика.

В зависимости от количества подключаемых фаз все твердотельные реле делятся на однофазные и трехфазные. Первый тип подает питание на однофазные нагрузки или устройства постоянного тока. Трехфазные, в большинстве случаев, используются для привода электродвигателей, но есть выключатели и для других видов оборудования.

По типу управления различают следующие виды:

• Фаза — плавно изменяет выходное напряжение в процентах;
• мгновенное — выполняет переключение немедленно;
• При переходе через 0 — переключение производится только при достижении синусоиды нуля.

В зависимости от передаваемой нагрузки все устройства можно разделить на слаботочные и токовые. Первый устанавливается в цепи управления, второй используется для питания мощной бытовой и промышленной техники.

Схемы подключения

На практике существует несколько вариантов подключения твердотельного реле к цепи питания и управления. Так, в зависимости от величины и вида питающего напряжения различают цепи постоянного и переменного тока:

Как видите, здесь напряжение подается с фазного и нулевого проводников как на цепь управления (выводы 3 и 4), так и на нагрузку. Через выводы 1 и 2 фазный провод устанавливается в выключатель твердотельного реле для привода потребителя. Включение и выключение производится замыканием контактной группы К1 в цепи управления.

При этом сетевое напряжение изначально подается на блок питания, где оно преобразуется и снижается. А затем через контакты К1 поступает в цепь управления твердотельного реле на выводы 3 и 4. Работа нагрузки осуществляется по тому же принципу, что и в предыдущем случае.

Кроме того, схемы подключения твердотельных реле делятся на две категории — нормально разомкнутые и нормально замкнутые. Первый вариант предполагает такой принцип работы, когда при подаче напряжения схема управления подает напряжение на нагрузку.

Достоинства и недостатки

Этот тип логического элемента характеризуется рядом плюсов и минусов в работе. К основным преимуществам твердотельных реле можно отнести:

• Долгий срок службы по сравнению с электромеханическими моделями;
• Может выполнять значительно больше коммутаций до MTBF;
• Бесшумность при работе;
• Небольшие размеры и вес;
• Отсутствие механического износа контактной группы из-за их отсутствия;
• Возможность установки в пожаро- и взрывоопасных зонах благодаря отсутствию искр в процессе переключения;
• Может работать без скачков напряжения и тока, что в значительной степени исключает переходные процессы;
• Внутреннее сопротивление в процессе эксплуатации практически не меняется;
• Практически невосприимчив к вибрациям, пылеобразованию, электромагнитным полям.

Но в то же время твердотельные реле имеют некоторые недостатки. Существенной проблемой является нелинейная вольт-амперная характеристика. В выключенном состоянии сопротивление pn хоть и велико, но не бесконечно, что вызывает токи утечки.

Во включенном состоянии сопротивление полупроводника вызывает нагрев твердотельного элемента и необходимость принудительного охлаждения в силовых реле.

К недостаткам также можно отнести необходимость принятия мер против сбоев в работе. Твердотельные реле часто остаются под напряжением во время перерегулирования, что представляет опасность для оборудования и обслуживающего персонала.

Из-за наличия p-n перехода ток в обратном направлении возникает не сразу. Одной из самых больших проблем является перегрузка, которая приводит к немедленному выходу реле из строя.