Термины «емкостная нагрузка» и «индуктивная нагрузка», применительно к цепям переменного тока, подразумевают определенный характер взаимодействия потребителя с источником переменного напряжения.

Грубо это можно проиллюстрировать следующим примером: подключив к розетке полностью разряженный конденсатор, в первый момент времени мы будем наблюдать практически короткое замыкание, тогда как подключив к той же самой розетке катушку индуктивности, в первый момент времени ток через такую нагрузку окажется почти нулевым.

Так происходит потому, что катушка и конденсатор взаимодействуют с переменным током принципиально по разному, в чем и заключается ключевое различие между индуктивной и емкостной нагрузками.

Емкостная нагрузка

Говоря о емкостной нагрузке, имеют ввиду, что она ведет себя в цепи переменного тока подобно конденсатору.

Это значит, что синусоидальный переменный ток будет периодически (с удвоенной частотой источника) перезаряжать емкость нагрузки, при этом в первую четверть периода энергия источника будет расходоваться на создание электрического поля между пластинами конденсатора. Во вторую четверть периода энергия электрического поля между пластинами конденсатора будет возвращаться к источнику.

В третью четверть периода емкость будет заряжаться от источника противоположной полярностью (по сравнению с тем что было в первую четверть периода). В четвертую четверть периода емкость снова вернет энергию электрического поля обратно в сеть. В течение следующего периода данный цикл повторится. Так ведет себя чисто емкостная нагрузка в цепи синусоидального переменного тока.

Практически получается, что при емкостной нагрузке ток опережает по фазе на четверть периода переменное напряжение, приложенное к данной нагрузке, потому что когда емкость заряжается, ток оказывается максимальным уже в первый момент, когда приложенное напряжение источника только начинает нарастать, энергия тока преобразуется в энергию увеличивающегося электрического поля накапливаемого в нагрузке заряда, как в конденсаторе.

Но с ростом приложенного напряжения, емкость уже имеет достаточно много накопленного заряда, поэтому с приближением напряжения источника к своему максимуму, скорость накопления заряда в емкостной нагрузке становится меньше, и потребляемый ток при этом уменьшается вплоть до нуля.

Примеры емкостных нагрузок: конденсаторные батареи, корректоры коэффициента мощности, синхронные двигатели, ЛЭП сверхвысокого напряжения.

Индуктивная нагрузка

Если теперь обратить внимание на индуктивную нагрузку, то она ведет себя в цепи переменного тока подобно катушке индуктивности.

Это значит, что синусоидальное переменное напряжение будет периодически (с удвоенной частотой источника) порождать ток через индуктивность нагрузки, при этом в первую четверть периода энергия источника будет расходоваться на создание магнитного поля тока через катушку.

Во вторую четверть периода энергия магнитного поля катушки будет возвращаться к источнику. В третью четверть периода катушка будет намагничиваться противоположной полярностью (по сравнению с тем что было в первую четверть периода), и в четвертую четверть периода индуктивность снова вернет энергию магнитного поля обратно в сеть.

В течение следующего периода данный цикл повторится. Так ведет себя чисто индуктивная нагрузка в цепи синусоидального переменного тока.

На деле получается, что при индуктивной нагрузке ток отстает по фазе на четверть периода от переменного напряжения, приложенного к данной нагрузке, потому что когда индуктивность начинает намагничивается, в первый момент времени ток через нее оказывается минимальным, хотя приложенное напряжение источника и находится уже в максимальной точке.

Энергия источника преобразуется здесь в энергию увеличивающегося магнитного поля тока, протекающего через индуктивность нагрузки. При уменьшении напряжения, ток через индуктивность уже имеет достаточно большую величину, поэтому с приближением напряжения источника к своему минимуму, скорость роста тока в индуктивной нагрузке замедляется, но сам ток в индуктивности при этом максимален.

Примеры индуктивных нагрузок: асинхронные двигатели, электромагниты, дроссели, реакторы, трансформаторы, выпрямители, тиристорные преобразователи.

Источник

Твердотельное реле (ТТР)

Перейти к каталогу Твердотельных реле KIPPRIBOR

Перейти к Помощнику подбора твердотельных реле KIPPRIBOR

Перейти к каталогу Радиаторы для твердотельных реле KIPPRIBOR

Роль твердотельных реле (SSR) в современных системах автоматики высока. В последние годы в различных областях техники (в автомобильной электронике, системах связи, бытовой электронике и промышленной автоматике) идет переход от построения систем коммутации на обычных электромагнитных реле, пускателях и контакторах к удобным, надежным способам коммутации с помощью твердотельных полупроводниковых реле.

Что нужно знать о твердотельных реле? Где применяется и как оно устроено? Ответы на эти вопросы Вы найдете на страницах нашего портала.

Твердотельное реле (ТТР) – это класс современных модульных полупроводниковых приборов, выполненных по гибридной технологии, содержащих в своем составе мощные силовые ключи на симисторных, тиристорных либо транзисторных структурах. Они с успехом используются для замены традиционных электромагнитных реле, контакторов и пускателей. Обеспечивают наиболее надежный методо коммутации цепей.

Токи

Классификация ТТР KIPPRIBOR по типу коммутируемой сети

ТТР для коммутации однофазной сети:

могут использоваться для коммутации трехфазной сети при использщовании одного однофазного ТТР на каждую фазу; позволяют осуществлять коммутацию нагрузки с любой схемой включения («Звезда», «Звезда с нейтралью» и «Треугольник»). Применение отдельного ТТР для каждой из 3-х фаз повышает надежность коммутации, а, следовательно, и всей системы управления в целом; позволяют коммутировать нагрузку резистивного и индуктивного типа;

ТТР для коммутации трехфазной сети:

Позволяют осуществлять коммутацию нагрузки с любой схемой включения («Звезда», «Звезда с нейтралью» и «Треугольник») позволяют коммутировать нагрузку только резистивного типа.

В общем случае ток утечки – это ток, который протекает в землю или на сторонние проводящие части в электрической неповрежденной цепи.

Применительно к твердотельным реле ток утечки — это ток присутствующий в цепи нагрузки даже при отсутствии на твердотельном реле управляющего напряжения. Ток утечки в твердотельном реле обусловлен наличием встроенной RC-цепочки параллельно цепи нагрузки, через которую протекает ток, даже когда коммутационный элемент твердотельного реле находится в «выключенном состоянии».

RC-цепочка (снабберная RC цепь)

RC-цепочка (снабберная RC цепь) – электрическая цепь из последовательно включенных емкости (конденсатора) и сопротивления (применительно к твердотельным реле). RC — цепочка повышает надежность работы ТТР в условиях действия импульсных помех (перенапряжений) и ограничивает скорость нарастания напряжения на коммутационном элементе, что особо важно при коммутации индуктивной нагрузки.

Типы нагрузок твердотельных реле. Общая классификация

Резистивная нагрузка – электрическая нагрузка в виде сопротивления (резистора), на котором происходит преобразование электрической энергии в тепловую.

К такой нагрузке относится большинство типов нагревателей (ТЭНов). Нагрузка этого типа характеризуется относительно низкими пусковыми токами, что позволяет использовать для их коммутации ТТР с минимальным запасом по току (как правило с запасом в 25%). Но есть исключения, яркий пример — лампы накаливания, хоть и являются по сути резистивной нагрузкой, имеют достаточно высокие пусковые токи (до 12*Iном), что обусловлено очень большим разбросом сопротивления нихромовой спирали при разных температурах.

ТЭН – нагреватель в виде металлической трубы, заполненный теплопроводящим электрическим изолятором в центре которого установлена нагревательный элемент определенного сопротивления. В качестве нагревательного элемента обычно используется нихромовая нить. ТЭН относится к нагрузке резистивного типа с малыми пусковыми токами.

Индуктивная нагрузка – электрическая нагрузка с большой индуктивной составляющей.

К такой нагрузке относятся электрические аппараты в составе которых имеются электрические катушки либо обмотки: соленоиды клапанов, трансформаторы, электродвигатели, дроссели и пр.

Особенностью индуктивной нагрузки являются высокие потребляемые токи при её включении (пусковые токи), вызванные переходными электрическими процессами. Пусковые токи высоко-индуктивной нагрузки могут превышать номинальный ток в несколько десятков раз и быть достаточно длительными, поэтому при применении ТТР для коммутации индуктивной нагрузки необходимо выбирать номинал ТТР с учетом пусковых токов нагрузки.

Классификация ТТР KIPPRIBOR по диапазону коммутируемого напряжения

Стандартный диапазон коммутации:

40…440 VAC — этот широкий диапазон коммутируемого напряжения (в сети переменного тока) позволяет использовать твердотельные реле для управления нагрузками в различных областях промышленности;

Диапазон коммутации постоянной нагрузки:

в серии HDxx25DD3 используется диапазон коммутируемого напряжения 20…250 VDC для коммутации нагрузки постоянного тока;

Диапазоны регулирования напряжения при управлении нагрузкой:

— в серии HDxx44VA используется​ диапазон регулирования нагрузки 10…440 VAC для регулирования напряжения с помощью внешнего переменного резистора ;

— в серии HDxx2210U используется диапазон регулирования напряжения 10…220 VAC.

Класс по напряжению – применительно к полупроводниковым приборам (тиристорам) обозначает максимально допустимое значение повторяющегося импульсного напряжения в закрытом состоянии и максимально допустимое значение обратного напряжения приложенного к полупроводниковому элементу. Класс по напряжению обычно маркируется цифрами в виде количества сотен вольт, например 9-й класс по напряжению будет означать, что данный полупроводниковый элемент выдерживает максимальное пиковое напряжение 900 Вольт. Для сети питания с номинальным напряжением 220В, рекомендательно использовать полупроводниковые элементы не ниже 9-го класса по напряжения.

ТТР KIPPRIBOR для коммутации больших можностей серий BDH и SBDH имеют 11 и 12 класс напряжения, что позволяет им выдерживать очень значительные перегрузки.

Классификация твердотельных реле KIPPRIBOR по типу управляющего сигнала

управление напряжением постоянного тока (3…32 В); управление напряжением переменного тока (90…250 В); ручное управление выходным напряжением с помощью переменного резистора (470-560 кОм, 0,25-0,5 Вт); аналоговое управление выходным напряженим с помощью унифицированного сигнала напряжения 0…10В

Различные варианты управляющих сигналов позволяют применять твердотельные реле в качестве коммутационных элементов в разнотипных системах автоматического управления.

Классификация твердотельных реле по способу коммутации

Твердотельные реле с контролем перехода через ноль применяются для коммутации:

резистивных (электрические нагревательные элементы, лампы накаливания), емкостных (помехоподавляющие сглаживающие фильтры, имеющие в своем составе конденсаторы) и слабоиндуктивных (катушки соленоидов, клапанов) нагрузок.

При подаче управляющего сигнала, напряжение на выходе такого реле появляется в момент первого пересечения линейным напряжением нулевого уровня. Это позволяет уменьшить начальный бросок тока, снизить уровень создаваемых электромагнитных помех и, как следствие, увеличить срок службы коммутируемых нагрузок.

Недостатком реле данного типа является невозможность коммутации высокоиндуктивной нагрузки, когда cos φ >

Серии KIPPRIBOR HDхх44ZD3 и HDхх44ZA2 общепромышленные ТТР в стандартном корпусе. Однофазные универсальные твердотельные реле для коммутации в наиболее распространенных в промышленности диапазонах токов нагрузки (резистивной до 30 А, индуктивной до 4 А) для коммутации однофазной или трехфазной нагрузки с любой схемой включения («Звезда», «Звезда с нейтралью» и «Треугольник»). >>

Серия KIPPRIBOR HDхх25DD3 ТТР для коммутации цепей постоянного тока. Однофазные тердотельные реле (ТТР) для коммутации цепей нагрузки постоянного тока (резистивной до 30 А, индуктивной до 4 А), а также для усиления сигнала при подключении нескольких ТТР к одному регулирующему прибору с небольшой нагрузочной способностью его выхода. >>

Серии KIPPRIBOR HDxx44VA и HDxx2210U ТТР для непрерывного регулирования напряжения. Однофазные тердотельные реле (ТТР) для непрерывного регулирования напряжения питания резистивной нагрузки до 30 А в диапазоне от 10 В до номинального значения пропорционально входному сигналу.

Типы управляющих сигналов:
• переменный резистор 470 кОм, 0,5 Вт для HDxx44VA;
• унифицированный сигнал напряжения 0…10В для HDxx2210U. >>

Серии KIPPRIBOR SBDHxx44ZD3 (малогабаритные) и BDHxx44ZD3 для коммутации мощной нагрузки в корпусе промышленного стандарта. Однофазные тердотельные реле (ТТР) для коммутации цепей питания мощных нагрузок резистивного и индуктивного типа в однофазной или трехфазной сети. Перекрывают самый большой на сегодняшний день в России диапазон токов нагрузки. >>

Серия KIPPRIBOR HDHxx44ZD3 для коммутации мощной нагрузки в стандартном корпусе. Однофазные общепромышленные тердотельные реле (ТТР) для коммутации цепей питания мощных нагрузок в однофазной или трехфазной сети (резистивной до 90 А, индуктивной до 12 А). >>

Серии KIPPRIBOR HTхх44ZD3 и HTхх44ZA2 трехфазные ТТР для коммутации резистивной нагрузки. Трехфазные общепромышленные тердотельные реле (ТТР) для коммутации резистивной нагрузки (до 90 А) трехфазной либо трех однофазных цепей питания нагрузки. Обеспечивают одновременную коммутацию по каждой из 3-х фаз. >>

Рекомендации по выбору твердотельных реле

Нагрев реле при коммутации нагрузки обусловлен электрическими потерями на силовых полупроводниковых элементах. Но увеличение температуры накладывает ограничение на величину коммутируемого тока. Чем выше температура реле, тем меньший ток оно способно коммутировать. Достижение температуры в 40 0С не вызывает ухудшения рабочих параметров устройства. При нагреве реле выше 60 0С допускаемая величина коммутируемого тока сильно снижается. Нагрузка в этом случае может отключаться не полностью, а реле перейти в неуправляемый режим работы и выйти из строя.

Следовательно, при длительной работе реле в номинальных, и особенно, «тяжелых» режимах (при длительной коммутации токов свыше 5 А) требуется применение радиаторов или воздушного охлаждения для рассеивания тепла. При повышенных нагрузках, например, в случае нагрузки «индуктивного» характера (соленоиды, электромагниты и т. п.), рекомендуется выбирать реле с большим запасом по току — в 2-4 раза, а в случае применения твердотельных реле для управления асинхронным электродвигателем необходим 6-10 кратный запас по току.

При работе с большинством типов нагрузок включение реле сопровождается скачком тока различной длительности и амплитуды, величину которого необходимо учитывать при выборе реле.

Для более широкого класса нагрузок можно отметить следующие величины пусковых перегрузок:

чисто активные (нагреватели) нагрузки дают минимально возможные скачки тока, которые практически устраняются при использовании реле с переключением в «0»; лампы накаливания, галогенные лампы при включении пропускают ток в 7…12 раз больше номинального; флуоресцентные лампы в течение первых секунд (до 10 с) дают кратковременные скачки тока, в 5…10 раз превышающие номинальный ток; ртутные лампы дают тройную перегрузку по току в течение первых 3-5 мин.; обмотки электромагнитных реле переменного тока: ток в 3…10 раз больше номинального в течение 1-2 периодов; обмотки соленоидов: ток в 10…20 раз больше номинального в течение 0,05 0,1 с; электродвигатели: ток в 5…10 раз больше номинального в течение 0,2 0,5 с; высокоиндуктивные нагрузки с насыщающимися сердечниками (трансформаторы на холостом ходу) при включении в фазе нуля напряжения: ток в 20…40 раз больше номинального в течение 0,05 0,2 с; емкостные нагрузки при включении в фазе, близкой к 90°: ток в 20…40 раз больше номинального в течение времени от десятков микросекунд до десятков миллисекунд.

Способность твердотельных реле выдерживать токовые перегрузки характеризуются величиной «ударного тока». Это амплитуда одиночного импульса заданной длительности (обычно 10 мс). Для реле постоянного тока эта величина обычно в 2 – 3 раза превосходит значение максимально допустимого постоянного тока, для тиристорных реле это соотношение около 10.

Для токовых перегрузок произвольной длительности можно исходить из эмпирической зависимости: увеличение длительности перегрузки на порядок ведет к уменьшению допустимой амплитуды тока.

Выбор номинального тока твердотельного реле для конкретной нагрузки должен заключаться в соотношении между запасом по номинальному току реле и введением дополнительных мер по уменьшению пусковых токов (токоограничивающие резисторы, реакторы и т. д.).

Для повышения устойчивости твердотельного реле к импульсным помехам параллельно коммутирующим контактам ТТР имеется внешняя цепь, состоящая из последовательно включенных резистора и емкости (RC-цепь). Для более полной защиты от источника перегрузки по напряжению со стороны нагрузки необходимо включить защитные варисторы параллельно каждой фазе твердотельного реле.

При коммутации индуктивной нагрузки использование защитных варисторов обязательно. Выбор необходимого наминала варистора зависит от величины напряжения питающего нагрузку, и осуществляется исходя из условия:

Тип используемого варистора определяется на основе конкретных характеристик работы реле. Наиболее распространенными сериями отечественных варисторов являются: СН2-1, СН2-2, ВР-1, ВР-2.

Твердотельное реле обеспечивает надежную гальваническую изоляцию входных и выходных электрических цепей друг от друга, а также токоведущих цепей от элементов конструкции прибора, поэтому применение дополнительных мер изоляции цепей не требуется.

Таблица помощи в подборе твердотельного реле KIPPRIBOR. >>

Радиаторы для твердотельных реле KIPPRIBOR

Выбор радиаторов KIPPRIBOR РТР

Радиаторы охлаждения KIPPRIBOR РТР представлены несколькими моделями, отличающимися между собой габаритно-техническими характеристиками. Точный расчет требуемого радиатора охлаждения для конкретного случая применения ТТР — процесс непростой и связан с большим количеством математических вычислений.

Однако, большинство применений твердотельных реле – типовое (установка в вертикальный шкаф, нагрузка – нагревательные элементы). В этом случае можно упростить выбор радиатора, используя Таблицу «Выбор радиатора для ТТР».

ГЛАВНОЕ ПРАВИЛО ВЫБОРА РАДИАТОРА

При выборе радиатора охлаждения необходимо руководствоваться:

— в первую очередь, способностью радиатора рассеивать тепло;

— и только потом уделять внимание габаритным характеристикам.

ГЛАВНОЕ ПРАВИЛО МОНТАЖА РАДИАТОРА

Расположение ребер охлаждения радиатора всегда должно соответствовать направлению потоков движения воздуха – т. е. радиатор всегда должен быть расположен таким образом, чтобы его ребра охлаждения были параллельны потокам воздуха (естественным – снизу вверх или в соответствии с расположенным радом искусственным источником образования потоков воздуха).

Монтаж радиаторов РТР осуществляется на плоскость.

Источник