DIY solid state relä: monteringsanvisningar och anslutningstips

Darlington transistor

Om lasten är mycket kraftfull kan strömmen genom den nå
flera ampere. För högeffekttransistorer kan koefficienten $\beta$
vara otillräcklig. (Dessutom, som kan ses från tabellen, för kraftfulla
transistorer, den är redan liten.)

I det här fallet kan du använda en kaskad av två transistorer. Den första
transistorn styr strömmen, vilket sätter på den andra transistorn. Sådan
växlingskretsen kallas Darlington-kretsen.

I denna krets multipliceras $\beta$-koefficienterna för de två transistorerna, vilket
gör att du kan få en mycket hög strömöverföringskoefficient.

För att öka avstängningshastigheten för transistorer kan du ansluta var och en
emitter och basmotstånd.

Motstånden måste vara tillräckligt stora för att inte påverka strömmen
bas - sändare. Typiska värden är 5…10 kΩ för spänningar på 5…12 V.

Darlington-transistorer finns som en separat enhet. Exempel
sådana transistorer visas i tabellen.

Annars förblir tangentens funktion densamma.

Fördelar och nackdelar

Till skillnad från andra typer av reläer har ett solid state-relä inga rörliga kontakter. Omkopplingen av elektriska kretsar i denna enhet utförs enligt principen om en elektronisk nyckel gjord på halvledare. För att undvika problem när du skapar ett solid state-relä är det nödvändigt att förstå principen för enhetens drift och dess design.

Det är dock värt att börja med en beskrivning av dess främsta fördelar:

• Möjlighet att byta kraftfulla laster.
• Omkoppling sker med hög hastighet.
• Högkvalitativ galvanisk isolering.
• Klarar kraftiga överbelastningar på kort tid.

Inget mekaniskt relä har liknande parametrar. Omfattningen av halvledarreläet (SSR) är praktiskt taget obegränsad. Frånvaron av rörliga element i designen ökar avsevärt enhetens livslängd. Man bör dock komma ihåg att enheten inte bara har fördelar. Vissa egenskaper hos SSR är nackdelar. Till exempel, under driften av kraftfulla enheter, blir det nödvändigt att använda ett extra element för att avlägsna termisk energi.

Ofta överstiger radiatorns dimensioner avsevärt dimensionerna på själva reläet. I en sådan situation är installationen av enheten något svår.När enheten är stängd observeras strömläckage i den, vilket leder till uppkomsten av en icke-linjär strömspänningskarakteristik.

Sålunda, när du använder en SSR, bör uppmärksamhet ägnas åt egenskaperna hos kopplingsspänningarna. Vissa typer av enheter kan bara fungera i nätverk med likström.

När du ansluter ett halvledarrelä till en krets måste du tillhandahålla sätt att skydda mot falska positiva.

Solid state - ska jag använda dem?

Till att börja med kommer vi också att överväga möjligheten att använda sådana reläer. Till exempel ett riktigt fall:

Ett annat fall där sådana reläer inte behövs:

Överbelastningar och skydd av solid state-reläer kommer att diskuteras i detalj nedan, och i det här fallet är det tillrådligt att använda en konventionell kontaktor, som klarar överbelastning bra och kostar 10 gånger mindre.

Därför är det inte värt att jaga mode, men det är bättre att tillämpa en nykter beräkning. Beräkning av ström och ekonomi.

Om det kommer till någons tankar kan du starta en 10 kW motor med en ringklocka eller en reed switch! Men det är inte så enkelt, detaljerna kommer nedan.

Syfte och typer

Ett strömkontrollrelä är en enhet som reagerar på plötsliga förändringar i storleken på den inkommande elektriska strömmen och, om nödvändigt, stänger av strömmen till en viss konsument eller hela strömförsörjningssystemet. Dess funktionsprincip bygger på att jämföra externa elektriska signaler och omedelbar respons om de inte matchar enhetens driftsparametrar. Den används för att driva generatorn, pumpen, bilmotorn, verktygsmaskiner, hushållsapparater och mer.

Det finns sådana typer av enheter med likström och växelström:

1. mellanliggande;
2. Skyddande;
3. Mätning;
4. tryck;
5. Tid.

En mellanenhet eller ett maximalt strömrelä (RTM, RST 11M, RS-80M, REO-401) används för att öppna eller stänga kretsarna i ett visst elektriskt nätverk när ett visst strömvärde uppnås. Det används oftast i lägenheter eller hus för att öka skyddet av hushållsutrustning från spännings- och strömstötar.

Funktionsprincipen för en termisk eller skyddsanordning är baserad på att kontrollera temperaturen på kontakterna på en viss enhet. Det används för att skydda enheter från överhettning. Till exempel, om strykjärnet överhettas, kommer en sådan sensor automatiskt att stänga av strömmen och slå på den efter att enheten har svalnat.

Ett statiskt eller mätrelä (REV) hjälper till att stänga kretskontakterna när ett visst värde på elektrisk ström visas. Dess huvudsakliga syfte är att jämföra de tillgängliga nätverksparametrarna och de nödvändiga, samt att snabbt svara på deras ändringar.

Tryckbrytare (RPI-15, 20, RPZH-1M, FQS-U, FLU och andra) är nödvändig för att kontrollera vätskor (vatten, olja, olja), luft etc. Den används för att stänga av pumpen eller annan utrustning när de inställda indikatorerna är nått tryck. Används ofta i VVS-system och på bilservicestationer.

Tidsfördröjningsreläer (tillverkarens EPL, Danfoss, även PTB-modeller) behövs för att kontrollera och bromsa responsen från vissa enheter när ett strömläckage eller annat nätverksfel upptäcks. Sådana reläskyddsanordningar används både i vardagen och i industrin. De förhindrar för tidig aktivering av nödläget, driften av RCD (det är också ett differentialrelä) och strömbrytare.Systemet för deras installation kombineras ofta med principen att inkludera skyddsutrustning och differentialer i nätverket.

Dessutom finns det även elektromagnetiska spännings- och strömreläer, mekaniska, solid state, etc.

Ett solid state-relä är en enfasenhet för omkoppling av höga strömmar (från 250 A), vilket ger galvaniskt skydd och isolering av elektriska kretsar. Detta är, i de flesta fall, elektronisk utrustning utformad för att snabbt och exakt svara på nätverksproblem. En annan fördel är att ett sådant strömrelä kan tillverkas för hand.

Genom design klassificeras reläer i mekaniska och elektromagnetiska, och nu, som nämnts ovan, i elektroniska. Mekanisk kan användas under olika arbetsförhållanden, det kräver ingen komplex krets för att ansluta den, den är hållbar och pålitlig. Men samtidigt inte tillräckligt korrekt. Därför används nu främst dess mer moderna elektroniska motsvarigheter.

Urvalsguide

På grund av elektriska förluster i krafthalvledarna värms halvledarreläer upp när belastningen växlas. Detta medför en begränsning av mängden switchad ström. En temperatur på 40 grader Celsius orsakar inte en försämring av enhetens driftsparametrar. Uppvärmning över 60C minskar dock avsevärt det tillåtna värdet för den switchade strömmen. I detta fall kan reläet gå in i ett okontrollerat driftläge och misslyckas.

Därför, under långvarig drift av reläet i nominella, och särskilt "tunga" lägen (med långvarig omkoppling av strömmar över 5 A), krävs användning av radiatorer.Vid ökade belastningar, till exempel vid en belastning av "induktiv" natur (magneter, elektromagneter, etc.), rekommenderas att välja enheter med stor strömmarginal - 2-4 gånger, och i fallet med styr en asynkron elmotor, 6-10 gånger strömmarginalen.

När du arbetar med de flesta typer av belastningar åtföljs påslagning av reläet av en strömstyrka av olika varaktighet och amplitud, vars värde måste beaktas när du väljer:

• rena aktiva (värmare) belastningar ger lägsta möjliga strömstötar, som praktiskt taget elimineras vid användning av reläer med omkoppling till "0";
• glödlampor, halogenlampor, när de slås på, passerar en ström 7 ... 12 gånger mer än den nominella;
• lysrör under de första sekunderna (upp till 10 s) ger kortvariga strömspänningar, 5 ... 10 gånger högre än märkströmmen;
• kvicksilverlampor ger en trippel strömöverbelastning under de första 3-5 minuterna;
• lindningar av elektromagnetiska reläer av växelström: strömmen är 3 ... 10 gånger mer än märkströmmen i 1-2 perioder;
• lindningar av solenoider: strömmen är 10 ... 20 gånger mer än den nominella strömmen i 0,05 - 0,1 s;
• elmotorer: strömmen är 5 ... 10 gånger mer än märkströmmen i 0,2 - 0,5 s;
• höginduktiva belastningar med mättbara kärnor (transformatorer vid tomgång) när de slås på i nollspänningsfasen: strömmen är 20 ... 40 gånger den nominella strömmen i 0,05 - 0,2 s;
• kapacitiva laster när den slås på i en fas nära 90°: strömmen är 20 ... 40 gånger den nominella strömmen under en tid från tiotals mikrosekunder till tiotals millisekunder.

Det ska bli intressant Hur används ett fotorelä för gatubelysning?

Förmågan att motstå strömöverbelastningar kännetecknas av storleken på "chockströmmen".Detta är amplituden för en enstaka puls av en given varaktighet (vanligtvis 10 ms). För DC relä detta värde är vanligtvis 2–3 gånger högre än värdet på den maximalt tillåtna likströmmen, för tyristorreläer är detta förhållande cirka 10. För strömöverbelastningar av godtycklig varaktighet kan man utgå från ett empiriskt beroende: en ökning av överbelastningstiden med en storleksordning leder till en minskning av den tillåtna strömamplituden. Beräkningen av den maximala belastningen presenteras i tabellen nedan.

Tabell för beräkning av maximal belastning för ett halvledarrelä.

Valet av märkström för en specifik belastning bör vara i förhållandet mellan marginalen för reläets märkström och införandet av ytterligare åtgärder för att minska startströmmar (strömbegränsande motstånd, reaktorer, etc.).

För att öka enhetens motstånd mot impulsbrus placeras en extern krets parallellt med omkopplingskontakterna, bestående av ett seriekopplat motstånd och kapacitans (RC-krets). För mer fullständigt skydd mot källan till överspänning på lastsidan är det nödvändigt att ansluta skyddsvaristorer parallellt med varje fas av SSR.

Schema halvledarreläanslutningar.

Vid omkoppling av en induktiv last är användningen av skyddande varistorer obligatorisk. Valet av det erforderliga värdet för varistorn beror på spänningen som levererar lasten och beräknas med formeln: Uvaristor = (1,6 ... 1,9) x Uload.

Typen av varistor bestäms baserat på enhetens specifika egenskaper. De mest populära inhemska varistorerna är serierna: CH2-1, CH2-2, VR-1, VR-2.Solid-state-reläet ger god galvanisk isolering av ingångs- och utgångskretsarna, såväl som strömförande kretsar från enhetens strukturella element, så inga ytterligare kretsisoleringsåtgärder krävs.

Funktioner i tillverkningsprocessen

Värmeelementets belastning är W.
Ingången är den primära kretsen i vilken ett konstant motstånd är inställt.
I det vanliga för att få någon elektrisk mekanism i funktion, används kontakter som regelbundet stänger och öppnar.
Uteffekt i storleksordningen W. Här i kretsen finns två ingångsalternativ: styringång direkt till optokopplardioden och insignalen som tillförs genom transistorn. Omkopplingen av elektriska kretsar i denna enhet utförs enligt principen om en elektronisk nyckel gjord på halvledare.
Rekommendationer för att välja kylare ges i den tekniska dokumentationen för ett specifikt solid state-relä, så det är omöjligt att ge universella råd. Under vissa förhållanden kan halvledarreläer användas för att starta induktionsmotorer.

Därför finns det en maximal möjlig avstängningsfördröjning mellan borttagandet av insignalen och frånkopplingen av belastningsströmmen under en halvcykel. Högkvalitativ isolering mellan styrkretsar och last. Dessa tysta reläer är en bra ersättning för kontaktorer och startmotorer. Samma justeringsprincip används i hushållsbelysningsdimmers.När DC-ingångsspänningssignalen tas bort stängs inte utgången plötsligt av, eftersom tyristorn eller triacen som används som omkopplingsanordning förblir på under resten av halvcykeln tills belastningsströmmarna faller under strömmen efter att ledning har utlösts. hålla enheter, vid vilken tidpunkt den stängs av.

Video: test av halvledarrelä. Det är nödvändigt att markera följande egenskaper hos solid state reläer: Med hjälp av optisk isolering tillhandahålls isolering av olika kretsar i en elektronisk enhet. I solid state-modeller spelas denna roll av tyristorer, transistorer och triacs.

Med dess hjälp lockas kontakter. Skydd kan placeras både inuti relähuset och separat

Observera att för triacs är slutsatserna vanligtvis tvetydiga, så de måste kontrolleras i förväg. För att applicera spänning på lasten används en omkopplingskrets, som inkluderar en transistor, en kiseldiod och en triac

I det här exemplet kommer alla föredragna resistorvärden mellan ohm och ohm att fungera.
Solid state relä istället för kontaktor.

Ladda effektkontrollalternativ

Idag finns det två huvudalternativ för energihantering. Låt oss överväga var och en mer i detalj:

1. FASKONTROLL. Här har utsignalen för I i lasten formen av en sinusform. Utspänningen är inställd på 10, 50 och 90 procent. Fördelarna med ett sådant schema är uppenbara - jämnheten hos utsignalen, förmågan att ansluta olika typer av belastningar. Minus - förekomsten av störningar i växlingsprocessen.
2. KONTROLL MED OMSTÄLLNING (I PROCESSEN FÖR ÖVERGÅNG TILL NOLL).Fördelen med styrmetoden är att under driften av halvledarreläet skapas ingen störning som stör den tredje övertonen under omkopplingsprocessen. Av bristerna - begränsad tillämpning. Detta kontrollschema är lämpligt för kapacitiva och resistiva belastningar. Dess användning med en mycket induktiv belastning rekommenderas inte.

Trots det högre priset kommer solid state-reläer gradvis att ersätta standardenheter med kontakter. Detta beror på deras tillförlitlighet, brist på buller, lätt underhåll och lång livslängd.

Att ha brister har inte en negativ inverkan om du närmar dig valet och installationen av enheten korrekt.

Fördelar och nackdelar

För tillverkning av ett solid state-relä kan du använda kedjor som består av en styrkrets och en triac. För att förbättra processen för värmeavledning bör du använda termisk pasta, placera den på hela kontaktytan av aluminiumbasen och halvledarelementet. Detta beror på att växelströmsomkopplande halvledarreläer använder SCR och triac som utgångsomkopplingsanordning, som fortsätter att leda efter att ingången har tagits bort tills växelströmmen som flyter genom enheten sjunker under dess tröskelvärde eller behåller sitt värde. Lämplig för att driva resistiva, kapacitiva och induktiva laster.
I det här fallet är det nödvändigt att välja en källa med tillräcklig effekt för att slå på hela relägruppen.
Men om strömmarna är höga blir det en kraftig uppvärmning av elementen.
Innan du försöker göra ett solid state-relä på egen hand, är det logiskt att bekanta dig med den grundläggande designen av sådana enheter, för att förstå principen för deras funktion. Schema för anslutning av ett relä Alla halvledarenheter av detta slag är indelade i sektioner, inklusive: ingångsdelen, optisk isolering, trigger samt switch- och skyddskretsar.
I det här fallet kan toppkorttidsströmvärden nå A.
Omkoppling sker med hög hastighet. Gjutmassa Fördelar och nackdelar Till skillnad från andra typer av reläer har halvledarreläer inga rörliga kontakter.
Utgångskretsen för de flesta standard halvledarreläer är konfigurerad att utföra endast en typ av omkopplingsåtgärd, vilket ger motsvarande ett normalt öppet enpoligt enpoligt SPST-NO-driftläge för ett elektromekaniskt relä. Opto-triac-isolatorn MOC har samma egenskaper men med inbyggd nollgenomgångsdetektion som gör att lasten får full effekt utan höga inkopplingsströmmar vid byte av induktiva laster.
Föreläsning 357 Solid State Relay

Hur man gör en TTR med egna händer?

Med tanke på enhetens designfunktion (monolit) monteras kretsen inte på ett textolitkort, som är vanligt, utan genom ytmontering.

Det finns många kretslösningar i denna riktning. Det specifika alternativet beror på den erforderliga kopplingseffekten och andra parametrar.

Elektroniska komponenter för kretsmontage

Listan över element i en enkel krets för praktisk mastering och byggande av ett solid state-relä med dina egna händer är följande:

1. Optokopplare typ MOS3083.
2. Triac typ VT139-800.
3. Transistorserie KT209.
4. Motstånd, zenerdiod, LED.

Alla specificerade elektroniska komponenter är lödda genom ytmontering enligt följande schema:

På grund av användningen av MOS3083-optokopplaren i styrsignalgenereringskretsen kan ingångsspänningsvärdet variera från 5 till 24 volt.

Och på grund av kedjan som består av en zenerdiod och ett begränsningsmotstånd reduceras strömmen som passerar genom kontrolldioden till ett minimum. Denna lösning säkerställer en lång livslängd för kontrolldioden.

Kontrollera den monterade kretsen för prestanda

Den sammansatta kretsen måste kontrolleras för funktion. I det här fallet är det inte nödvändigt att ansluta en lastspänning på 220 volt till omkopplingskretsen genom en triac. Det räcker att ansluta en mätanordning - en testare parallellt med triacens växlingslinje.

Testarens mätläge måste ställas in på "mOhm" och mata ström (5-24V) till styrspänningsgenereringskretsen. Om allt fungerar korrekt bör testaren visa en skillnad i resistans från "mΩ" till "kΩ".

Monolitisk höljeanordning

Under basen av huset till det framtida solid-state-reläet kommer en aluminiumplatta 3-5 mm tjock att krävas. Plattans dimensioner är inte kritiska, men måste uppfylla villkoren för effektiv värmeavledning från triacen när detta elektroniska element värms upp.

Ytan på aluminiumplattan måste vara plan. Dessutom är det nödvändigt att bearbeta båda sidorna - rengör med fint sandpapper, polera.

I nästa steg är den förberedda plattan utrustad med en "formform" - en kant av tjock kartong eller plast limmas runt omkretsen.Du ska skaffa en sorts låda, som senare ska fyllas med epoxi.

Inuti den skapade lådan placeras en elektronisk krets av ett solid-state relä monterat av en "kapell". Endast triacen placeras på ytan av aluminiumplattan.

Inga andra kretsdelar eller ledare får vidröra aluminiumsubstratet. Triacen appliceras på aluminium med den del av höljet som är designad för installation på en radiator.

Värmeledande pasta ska användas på kontaktytan av triachuset och aluminiumsubstratet. Vissa märken av triacs med en oisolerad anod måste installeras genom en glimmerpackning.

Triacen måste pressas tätt mot basen med någon form av belastning och hällas runt omkretsen med epoxilim eller fixeras på något sätt utan att störa ytan på baksidan av underlaget (till exempel med en nit).

Beredning av föreningen och hällning av kroppen

För tillverkning av en solid kropp av en elektronisk enhet kommer det att vara nödvändigt att göra en sammansatt blandning. Sammansättningen av den sammansatta blandningen är gjord på basis av två komponenter:

1. Epoxiharts utan härdare.
2. Alabaster pulver.

Tack vare tillsatsen av alabaster löser mästaren två problem samtidigt - han får en uttömmande volym av gjutmassan vid en nominell förbrukning av epoxiharts och skapar en fyllning med optimal konsistens.

Blandningen måste blandas ordentligt, varefter härdaren kan tillsättas och blandas ordentligt igen. Därefter hälls den "gångjärnsförsedda" installationen försiktigt in i kartongen med den skapade blandningen.

Fyllning görs till den övre nivån, vilket bara lämnar en del av huvudet på kontroll-LED:n på ytan.Inledningsvis kan ytan på föreningen inte se helt slät ut, men efter ett tag kommer bilden att förändras. Det återstår bara att vänta på den fullständiga stelningen av gjutgodset.

Faktum är att alla lämpliga gjutlösningar kan användas. Huvudkriteriet är att gjutkompositionen inte ska vara elektriskt ledande, plus en god grad av gjutstyvhet bör bildas efter stelning. Den gjutna kroppen av solid state-reläet är ett slags skydd för den elektroniska kretsen från oavsiktlig fysisk skada.

Klassificering av halvledarreläer

Reläapplikationer är olika, därför kan deras designfunktioner variera mycket, beroende på behoven hos en viss automatisk krets. TTR klassificeras enligt antalet anslutna faser, typ av driftström, designegenskaper och typ av styrkrets.

Med antalet anslutna faser

Solid state-reläer används både i hushållsapparater och i industriell automation med en driftspänning på 380 V.

Därför är dessa halvledarenheter, beroende på antalet faser, uppdelade i:

• en fas;
• tre fas.

Enfas SSR:er låter dig arbeta med strömmar på 10-100 eller 100-500 A. De styrs med hjälp av en analog signal.

Det rekommenderas att ansluta ledningar av olika färger till ett trefasrelä så att de kan anslutas korrekt vid installation av utrustning

Tre-fas halvledarreläer kan passera ström i intervallet 10-120 A. Deras enhet antar en reversibel driftprincip, vilket säkerställer tillförlitligheten av reglering av flera elektriska kretsar samtidigt.

Ofta används trefasiga SSR:er för att driva en induktionsmotor.Snabba säkringar ingår nödvändigtvis i dess styrkrets på grund av höga startströmmar.

Efter typ av driftström

Solid state-reläer kan inte konfigureras eller omprogrammeras, så de kan bara fungera korrekt inom ett visst intervall av elektriska nätverksparametrar.

Beroende på behoven kan SSR:er styras av elektriska kretsar med två typer av ström:

• permanent;
• variabler.

På samma sätt är det möjligt att klassificera TTR och efter typen av spänning för den aktiva lasten. De flesta reläer i hushållsapparater arbetar med variabla parametrar.

Likström används inte som huvudkälla för el i något land i världen, så reläer av denna typ har en snäv omfattning

Enheter med konstant styrström kännetecknas av hög tillförlitlighet och använder en spänning på 3-32 V för reglering.De klarar ett brett temperaturområde (-30...+70°C) utan betydande förändringar i egenskaper.

Reläer som styrs av växelström har en styrspänning på 3-32 V eller 70-280 V. De kännetecknas av låg elektromagnetisk störning och hög svarshastighet.

Genom designfunktioner

Solid state-reläer installeras ofta i den allmänna elpanelen i en lägenhet, så många modeller har ett monteringsblock för montering på en DIN-skena.

Dessutom finns det speciella radiatorer placerade mellan TSR och stödytan. De låter dig kyla enheten vid höga belastningar, samtidigt som dess prestanda bibehålls.

Reläet är monterat på en DIN-skena huvudsakligen genom ett speciellt fäste, som också har en extra funktion - det tar bort överskottsvärme under drift av enheten

Mellan reläet och kylflänsen rekommenderas att applicera ett lager av termisk pasta, vilket ökar kontaktytan och ökar värmeöverföringen. Det finns även TTR:er designade för att fästas på väggen med vanliga skruvar.

Efter typ av kontrollschema

Funktionsprincipen för ett justerbart teknologirelä kräver inte alltid dess omedelbara drift.

Därför har tillverkare utvecklat flera SSR-kontrollscheman som används inom olika områden:

1. Noll kontroll. Detta alternativ för att styra ett halvledarrelä förutsätter drift endast vid ett spänningsvärde på 0. Det används i enheter med kapacitiva, resistiva (värmare) och svaga induktiva (transformatorer) belastningar.
2. Omedelbar. Den används när det är nödvändigt att aktivera reläet abrupt när en styrsignal appliceras.
3. Fas. Det involverar reglering av utspänningen genom att ändra parametrarna för styrströmmen. Den används för att smidigt ändra graden av uppvärmning eller belysning.

Solid state-reläer skiljer sig också i många andra, mindre signifikanta, parametrar.

Därför, när du köper en TTR, är det viktigt att förstå driftschemat för den anslutna utrustningen för att köpa den lämpligaste justeringsenheten för den.

En effektreserv måste tillhandahållas, eftersom reläet har en driftsresurs som snabbt förbrukas vid frekventa överbelastningar.