Однофазное твердотельное реле своими руками

Инструкция по сборке твердотельного реле своими руками

Опубликовано Артём в 02.03.2019 02.03.2019

Даже начинающий радиолюбитель способен собрать твердотельное реле. Это устройство создано на базе полупроводниковых радиодеталей. Силовые ключи собраны на тиристорах, транзисторах либо симисторах. Для изготовления схемы твердотельного реле своими руками, стоит выяснить принцип работы и особенности подключения устройства. В результате с его помощью можно повысить надежность и безопасность электроцепи.

Оптореле

В последние годы на смену обычным электромагнитным реле приходят опто-электронные твердотельные (оптореле). Они представляют собой сильноточные ключи с гальванической развязкой между входами управления и нагрузкой и предназначены для коммутации потребителя в цепях переменного и
постоянного токов.
Преимущества оптореле очевидны.

Схема

Посмотрим схему этого очень полезного и нужного устройства.

Основу схемы составляют силовой симистор Т1 — BT138-800 на 16 Ампер и управляющий им оптрон МОС3063. На схеме выделены чёрным цветом проводники, которые нужно проложить медным проводом повышенного сечения, в зависимости от планируемой нагрузки.
Управление светодиодом оптрона мне удобнее запитать от 220 Вольт, а можно от 12 или 5 Вольт, кому как нужно.

Для управления от 5 Вольт, нужно гасящий резистор 630 Ом поменять на 360 Ом, остальное всё одинаково.
Номиналы деталей рассчитаны на МОС3063, если примените другой оптрон, то номиналы нужно пересчитать.
Варистор R7 защищает схему от бросков напряжения.
Цепочку индикаторного светодиода можно совсем убрать, но с ней получается нагляднее, что аппарат работает.
Резисторы R4, R5 и конденсаторы C3, C4 служат для предотвращения выхода из строя симистора, их номиналы рассчитаны на ток не выше 10 Ампер. Если потребуется реле на большую нагрузку, то номиналы нужно пересчитывать.
Радиатор охлаждения для симистора впрямую зависит от нагрузки на него. При мощности триста Ватт, радиатор не нужен вовсе, и соответственно – чем больше нагрузка, тем больше площадь радиатора. Чем меньше будет симистор перегреваться, тем дольше проработает и поэтому даже кулер охлаждения не будет лишним.
Если вы планируете управлять повышенной мощностью, то наилучшим выходом будет поставить симистор большей мощности, например, ВТА41, который рассчитан на 40 Ампер, или подобный ему. Номиналы деталей подойдут без пересчёта.

Виды устройств

Твердотельные реле можно разделить на несколько групп в соответствии с определенными параметрами. Чаще всего для классификации этих прибор используется категория подключенной нагрузки, а также способ контроля и коммутации напряжения. Таким образом, можно выделить 3 вида реле:

• Приборы, работающие в цепях постоянного тока.
• Переключатели для электроцепей переменного тока.
• Универсальные реле.

К первой группе принадлежат ТТР с показателями коммутируемых напряжений 3−32 В. Они обладают небольшими габаритами, оснащены светодиодной индикацией и могут эффективно работать в температурном диапазоне от -35 до 75 градусов. Представителями второй категории являются переключатели, предназначенные для работы в электроцепях переменного тока при напряжении 24−220 В. Универсальные устройства имеют возможность ручной регулировки для использования в конкретных условиях.

Если классифицировать приборы по характеру подсоединенной нагрузки, то можно выделить 2 типа приборов, работающих в сетях переменного тока, — одно- и трехфазные. С их помощью можно управлять довольно высокой нагрузкой при силе тока 10−75 А. также стоит обратить внимание на пиковые показатели электротока, которые способны достигать 500 А.

Твердотельные переключатели можно применять в различных типах цепей, например, емкостных либо резистивных. Их конструкция позволяет избавиться от шума во время работы, а также добиться плавного управления приводами, например, электромоторами или лампами. ТТР отличаются высокой надежностью, но во многом срок службы приборов зависит от производителя.

Твердотельное реле своими руками

Это малый ток управления, отсутствие электромагнитных помех при коммутации потребителя, высокое напряжение изоляции, широкий диапазон рабочих температур. Кроме того, небольшие габариты и большая надежность (наработка на отказ) делают их очень удобными в различных применениях.
Технические характеристики оптореле
Управляющее напряжение, В, 5…

15
Управляющий ток, мА, 10
Нагрузка, не более, А, 16
Напряжение коммутации, В, 220
Семистор VS1 BT 139-600 необходимо установить на радиатор.
Применяя оптореле вы увеличиваете надежность и срок службы устройств.

Инструкция для самостоятельной сборки твердотельного реле на 12 В

Если вы намерены собрать твердотельное реле, то вам понадобится соорудить цепочку с симистором, схемой управления и гальванической развязкой (по типу симисторной оптопары).

В качестве иллюстративного образца предлагается воспользоваться следующими деталями:

• симисторной оптопарой MOC3083 (VD1);
• симистором с изолированным анодом BT139-800 16A (V1 от Philips);
• сопротивлением для ограничения тока через светодиод MOC3083 (R1 750Ом 0,5Вт);
• светодиодом индикации АЛ307А (LD1);
• резистором на управляющий электрод симистора 160 Ом (R2 , 0.125Вт).

1. Для самостоятельной сборки твердотельного реле понадобится в первую очередь металлическая (лучше всего из алюминия) быстро проводящая тепло подложка. Конкретные габариты подложки (размеры и толщина) зависят от того, какое количество тепла нужно будет отводить от симистора (учитывайте также, что и сама подложка может располагаться на поверхности из металла).
2. После потребуется опалубка под заливку. Она должна быть таких размеров, чтобы вместить все компоненты устройства. Под опалубку пойдёт любая подходящих габаритов пластиковая деталь.
3. Клеевым пистолетом опалубка скрепляется с подложкой. Герметизируются все имеющиеся щели.
4. Размещается предварительно спаянная и протестированная схема. Учтите, что не всегда можно сразу же точно определить положение выводов симистора. Чтобы уточнить этот момент следует соединить тестер на мегаомах с выходными концами симистора. Если симистор открывается, то уровень сопротивления вместо десятков мегаом снизится до единиц килоом.
5. Между спинкой корпуса симистора и поверхностью подложки необходима прослойка из теплопроводной пасты (КПТ-8). Ранее не изолированный анод симистора также необходимо отгородить изоляционной прокладкой. В любом случае, ни одна составляющая схемы не должна иметь прямого контакта с металлической подложкой.
6. Вновь вооружившись клеевым пистолетом нужно скрепить корпус симистора с подложкой.
7. Уложить все прочие составляющие схемы, продолжая крепить их так, чтобы они не контактировали с подложкой.
8. Залить форму компаундом.

Изготовление твердотельного реле

Сначала намечаем размещение радиатора, макетной платы и прочих деталей в корпусе и закрепляем их на места.

Симистор нужно изолировать от радиатора охлаждения специальной теплопроводной пластиной с применением теплопроводной пасты. Паста должна слегка вылезти из-под симистора при закручивании крепёжного винта.

Далее размещаем следующие детали в соответствии со схемой и припаиваем их.

Припаиваем провода для подключения питания и нагрузки.

Помещаем устройство в корпус, предварительно испытав его при минимальной нагрузке.

Коммутационные разновидности твердотельного реле

По типу коммутации существую следующие разновидности твердотельного реле:

• приборы, осуществляющие нагрузки по ёмкостному и редуктивному типу, обладающие слабой индукцией;
• приборы, оснащённые функцией случайного, либо мгновенного выключения, применяются для механизмов и систем, где возникает необходимость мгновенного срабатывания;
• приборы с фазовым управлением, помогают настраивать нагревательные элементы и лампы накаливания.

Смотрите видео

Смотрите видео испытания устройства совместно с цифровым регулятором температуры.

Защита твердотельного реле

Для того, чтобы обеспечить бесперебойную работу реле применяется специальная цепь защиты. Она может быть внутренней или внешней.

Для внутренней защиты можно воспользоваться разнообразными предохранителями:

• g R –обеспечивает высокий уровень быстродействия, подходят для работы с широким спектром мощностей;
• g S –применяются для работы с токами разной силы и помогают защищать полупроводники при излишне высоких нагрузках питающей сети;
• a R –применяются как страховка от потерь, наносимых коротким замыканием.

К сожалению, покупка такого предохранителя обычно немногим уступает цене, за которую приобретают само реле. Если на такую роскошь тратиться жалко, то можно воспользоваться предохранителями класса В, С и D, которые не столь качественны, но и стоят гораздо меньше.

Простое полупроводниковое реле своими руками

Как мы видим, полупроводниковая технология является основой для любого полупроводникового реле.

Основные параметры CPC1035:

• Напряжение переключения (напряжение блокировки) — 0 … 350 В;
• Максимальная токовая нагрузка (ток нагрузки) составляет 100 мА;
• Макс. Сопротивление по сопротивлению — 35 Ом;
• Размер управляющего тока 2 … 50 мА (постоянный ток управления).

Такие низкоэнергетические и миниатюрные реле активно используются в датчиках безопасности.

Здесь, например, реле COSMO тип CPC1008 на панели датчика движения «Фотон-Ш», Он подключен к петле безопасности приемных и контрольных устройств (например, PPKOP «гранит») или к линии, которая подключена к центральной станции управления (CMS).

Серия твердотельных реле CPC10xx также в датчике безопасности «Астра-621»,

Это многофункциональный датчик. Он контролирует движение в защищенном пространстве из-за пироэлектрического датчика и управление прерыванием окон из-за чувствительного микрофона. На печатной плате имеется два полупроводниковых реле CPC1016N.

Один срабатывает, когда движение обнаружено в области защиты, а другое срабатывает, когда окна прерываются.

Если вы посмотрите внимательно, вы увидите, что полупроводниковое реле на печатной плате определено как DA4 и DA5.

Как известно, аббревиатура DA Обычно они показывают аналоговые схемы на схемах. Поэтому разумно понимать, что полупроводниковое реле не является отдельным электронным компонентом, а по существу специальным микрочипом, подобным ИК-приемнику.

Твердотельные реле имеют основное предназначение — обеспечение изоляции между цепями, имеющими разное напряжение; работать они могут в самых разных приборах — от домашней техники до крупных производственных систем.

Твердотельные реле, в зависимости от своей конструкции, обеспечивают бесконтактную коммутацию цепей переменного или постоянного тока различного напряжения.

Реле производства «CAHO», Тайвань

Твердотельные реле (SSR — Solid State Relays) этого производителя подходят для коммутации силовых цепей под управлением сигналов слабого тока.

Сигнал слабого тока управляется за счет применения силового ключа, действующего через гальваническую развязку. В цепях с постоянным током применяют IGBT транзисторы, а с переменным током — симисторные и тиристорные ключи. Немаловажное преимущество устройства компактные размеры, за что их и называют малогабаритными твердотельными реле переменного тока. Впрочем, малые размеры вовсе не означают низкую функциональность.

Классификация твердотельных реле

Твердотельные реле различаются по своим конструктивным и техническим характеристикам.

• постоянного тока,
• переменного тока,
• одно- и трехфазные,
• с фазовой регулировкой за счет изменения угла открытия ключа,
• регулирующие соединение за счет пропуска тока через нулевую фазу,
• в стандартных корпусах,
• в модульных корпусах.

Преимущества твердотельных реле

• Точность и стабильность регулирования температуры в цепях,
• отсутствие дребезжащих контактов, возможных источников возникновения искры,
• низкий уровень потребления энергии,
• отличная изоляция соединений,
• длительный срок бесперебойной работы,
• надежность эксплуатации,
• максимально низкий уровень шума.

Купить твердотельное реле постоянного тока и малогабаритные реле переменного тока вы можете через наш сайт или обратившись к менеджерам компании по телефону: +7 (495) 979-99-45.

Модель
Тип	(DC-AC)	( AC-AC )	(DC-AC ) ( AC-AC )	( VR-AC )
Управляющее напряжение	DC 3 VR B500KΩ
Коммутируемое напряжение	AC 24 440V
Ток нагрузки	10А / 25А / 40А / 60А	10А / 25А / 40А	10А / 25А / 40А	10А /25А /40А
Время реакции	1/2 cycle + 1 msec.	3/2 cycle + 1 msec.	3/2 cycle + 1 msec.

Наличие на складе:

Твердотельное реле постоянного тока. Производство «CAHO» Тайвань. Рабочее напряжение 24-380V AC Управляющее напряжение 3-32V DC Рабочий ток 25А	Цена 20USD/шт
Твердотельное реле постоянного тока. Модель SR-D3840. Производство «CAHO» Тайвань. Рабочее напряжение 24-380V AC Управляющее напряжение 3-32V DC Рабочий ток 40А	Цена 20USD/шт
Твердотельное реле постоянного тока. Производство «CAHO» Тайвань. Рабочее напряжение 24-380V AC Управляющее напряжение 3-32V DC Рабочий ток 60А	Цена 25USD/шт Нет в наличии
Твердотельное реле переменного тока. Твердотельное реле своими руками: инструкция по сборке и советы по подключению Производство «CAНO» Тайвань. Рабочее напряжение 24-380V AC Управляющее напряжение 90-250V АC Рабочий ток 25А	Цена 20USD/шт
Твердотельное реле переменного тока. Производство «CAНO» Тайвань. Рабочее напряжение 24-380V AC Управляющее напряжение 90-250V АC Рабочий ток 40А	Цена 20USD/шт Нет в наличии
Твердотельное реле постоянного/переменного тока. Производство «CAНO» Тайвань. Рабочее напряжение 250V AC Управляющее напряжение 3-32V АC/DC Рабочий ток 25А	Цена 20USD/шт
Твердотельное реле постоянного/переменного тока. Производство «CAНO» Тайвань. Рабочее напряжение 250V AC Управляющее напряжение 3-32V АC/DC Рабочий ток 40А	Цена 25USD/шт
Твердотельное реле переменного тока. Производство «CAHO» Тайвань. Рабочее напряжение 480V AC Управляющее напряжение 90-480V АC Рабочий ток 40А	Цена 20USD/шт

Предлагаемая серия позволяет радиолюбителю составлять простой и надежный оптоэлектрон. Преимущества Optorel очевидны.

Это небольшой управляющий ток, отсутствие подавления электромагнитных помех, высокое напряжение изоляции, широкая рабочая температура. Кроме того, небольшие размеры и большая надежность (время между ошибками) очень подходят в различных приложениях.

Ориентировочная розничная цена: 0 руб.

Управляющее напряжение: 5 — 15 В.

Ток нагрузки, не более: 10 A.

Напряжение переключения: 220 В.

Размеры печатной платы: 52×38 мм.

Принцип полупроводникового реле заключается в следующем: входной сигнал (управляющий ток) подается через диод D1 на светодиод.

Излучение, пройдя определенное расстояние в корпусе реле (МОС3041), попадает в фотодиодную решетку (фотоэлектрический генератор).

Рекомендации по выбору и особенности эксплуатации:

Способы коммутации твердотельных реле:

1. Управление с коммутаций при переходе тока через ноль

Преимущество этого метода коммутации заключается в отсутствии помех создающихся при включении. Недостатками являются прерывание выходного сигнала и невозможность использования на высокоиндуктивные нагрузки. Основное применение данного вида коммутации подходит для резистивной нагрузки (системы контроля и управления нагревом).

Также применяют на емкостные и слабоиндуктивные нагрузки.

Преимущество фазового метода регулирования заключается в непрерывности и плавности регулирования. Этот метод позволяет регулировать величину напряжения на выходе путем изменения формы (регулятор мощности). Недостатком является наличие помех при переключении. Применяется для резистивных (системы управления нагревом), переменных резистивных (инфракрасные излучатели), индуктивных нагрузок (транcформаторы) и управление освещением (лампы накаливания).

Одним из важнейших параметров для выбора ТР является ток нагрузки. Для надежной и длительной эксплуатации необходимо выбирать реле с запасом по току, но при этом надо учитывать и пусковые токи, т.к. ТР способно выдерживать 10-ти кратную перегрузку по току только в течение короткого времени (10мс). Так при работе на активную нагрузку (нагреватель) номинальный ток должен быть на 30-40% больше номинального тока нагрузки, а при работе на индуктивную нагрузку (электродвигатель) необходимо учитывать пусковой ток, и запас по току должен быть увеличен в 6-10 раз.

Примеры запаса по току для различных типов нагрузки:

• активная нагрузка (ТЭНы) – запас 30-40%
• асинхронные электродвигатели – 6…10 кратный запас по току
• лампы накаливания – 8…12 кратный запас по току
• катушки электромагнитных реле – 4…10 кратный запас по току

Расчет тока реле при активной нагрузке:

Iреле = Pнагр / U
Pнагр = 5кВт, U = 220В
Iреле = 5000 / 220 = 22,7А
Учитывая необходимый запас
по току выбираем ТР на 40А.

Iреле = Pнагр /(U x 1,732)
Pнагр = 27кВт, U = 380В
Iреле = 27000 /(380 x 1,732) = 41,02А
С учетом запаса по току выбираем
ТР на 60А.
Охлаждение

Еще одним немаловажным фактором для надежной работы твердотельных реле является его рабочая температура.

При работе SSR из-за потерь на силовых элементах выделяется большое количество тепла, которое необходимо отводить с помощью радиаторов охлаждения. Заявленный номинальный ток реле способны коммутировать при его температуре не более 40°С.

При увеличении температуры ТР снижается его пропускная способность из расчета 20-25% на каждые 10°С. При температуре примерно 80°С его пропускная способность по току сводится к нулю, и как следствие реле выходит из строя.

Твердотельное реле – устройство и особенности конструкции

На температурный режим могут влиять многие факторы: место установки, температура окружающей среды, циркуляция воздуха, нагрузка на твердотельном реле и др. При использовании на «тяжелые» нагрузки (пуск асинхронного двигателя) необходимо применять дополнительные меры по усилению отвода тепла: устанавливать на радиатор большего размера, сделать принудительное охлаждение (установить вентилятор).

• Твердотельные реле имеют встроенную RC-цепь для защиты от ложного включения при использовании на индуктивной нагрузке.
• Для защиты от кратковременного перенапряжения со стороны нагрузки необходимо использовать варисторы.Они подбираются исходя из величины коммутируемого напряжения Uвар=1,6-2Uком. Следует отметить, что современные ТР выдерживают значительные перенапряжения и без применения варисторов. Гораздо опаснее для ТР перегрузка по току.

• Для защиты от перегрузки по току необходимо использовать специальные быстродействующие полупроводниковые предохранители. Они подбираются с учетом величины номинального тока реле Iпр=1 — 1,3Iном., причем само ТР должно быть с гораздо большим запасом по току, в т.ч.учитывая пусковые токи нагрузки. Это самый эффективный способ защитить ТР от перегрузки по току. Поскольку реле способно выдерживать только кратковременную (10мс) перегрузку, то использование автоматов защиты не спасет их от выхода из строя.
• Для корректной работы твердотельного реле при маленьких токах нагрузки (соизмеримых с током утечки) необходимо устанавливать шунтирующее сопротивление параллельно нагрузке.

Основное применение ТР находят в системах управления нагревом.

Твердотельные реле ZD3, VD, LA чаще всего применяют в технологических процессах, где требуется поддержание температуры с большой точностью (ПИД, Fuzzy режим).

При этом реле VD, LA будут обеспечивать плавную регулировку за счет фазового метода управления.

Твердотельные реле ZA2 чаще применяют в системах, где не требуется высокая точность поддержания температуры (двухпозиционный режим).

Твердотельные реле VA (управление переменным резистором) применяют для ручной регулировки мощности на нагрузке.

Таким устройством можно отрегулировать мощность ТЭНа или ИК-излучателя, изменять яркость свечения лампы накаливания.

Соблюдая определенный ряд условий, твердотельные реле можно использовать для пуска асинхронных двигателей. Необходимо учитывать пусковые токи двигателя и ТР подбирать с многократным запасом по току.

Применять меры по дополнительному отводу тепла. Для защиты ТР от кратковременных перенапряжений использовать варисторы, а для защиты от перегрузки по току быстродействующие предохранители.

Можно организовать управление группой реле от одного источника питания.

В данном случае необходимо подобрать источник с мощностью достаточной для включения всей группы реле. При этом можно оставить возможность включения – выключения отдельного реле для управления требуемой зоной.

Кол-во блоков: 21 | Общее кол-во символов: 22543
Количество использованных доноров: 4
Информация по каждому донору:

Источник