Твердотельные реле –это полупроводниковые устройства, которые позволяют управлять мощными нагрузками при помощи слабого сигнала, и могут применяться вместо привычных электромеханических реле, магнитных пускателей и электрических контакторов.
Что такое твердотельное реле
Твердотельные реле используют для коммутации силовых цепей исполнительных механизмов в цепях постоянного и переменного тока (однофазных и трехфазных) или в цепях, где требуется непрерывная регулировка напряжения нагрузки:
• в системах управления нагревательными элементами (ТЭНах);
• для непрерывной регулировки систем освещения;
• для управления маломощными двигателями, электромагнитами, соленоидными клапанами;
• для коммутации оборудования с частыми переключениями.
Конструктивно твердотельное реле (ТТР, SSR) представляет собой заключенную в цельнолитой корпус электронную плату с узлом для приема и обработки управляющего сигнала, оптическим модулем, обеспечивающим гальваническую развязку входной и выходной цепей, узлом для управления выходным ключом. При подаче напряжения на клеммы реле управляющий сигнал через оптопару достигает электронного силового ключа, который включает/отключает питание нагрузки.
На внешней части корпуса реле попарно расположены промаркированные винтовые клеммы:
1. Для подключения управляющего сигнала – 3 и 4.
2. Маркировка и количество клемм подключения нагрузки зависит от типа реле:
• однофазное → 1 и 2;
• трехфазное → А1, В1, С1 – для фаз питания, А2, В2, С2 – для нагрузки;
• реверсивное → R, S, T – для трех фаз питающего напряжения, U, V, W – для обмоток двигателя.
По сравнению с электромеханическими реле у твердотельных реле есть ряд преимуществ, обусловленных заменой подвижной электромеханической части (якоря и механически связанных с ним контактов) на полупроводниковые элементы:
1. Компактные размеры, позволяющие монтировать ТТР при недостатке места для монтажа.
2. Высокая скорость срабатывания и отключения.
3. Отсутствие электромагнитных помех при срабатывании.
4. Надежная изоляция между цепями управления и коммутации.
5. Возможность регулирования нагрузки.
6. Длительный срок службы без технического обслуживания за счет отсутствия подвижных частей.
7. Стойкость к вибрации и ударным нагрузкам.
8. Малое потребления электроэнергии.
9. Широкая область применения благодаря устойчивой работе при перепадах напряжения и тока.
Варианты подключения
Твердотельное реле, схема подключения которого зависит от типа подключаемой нагрузки, подбирается по нескольким параметрам:
1. Характеристикам управляющего сигнала (переменный или постоянный).
2. Току нагрузки (индуктивный, резистивный, емкостный).
3. По количеству фаз нагрузки (одна или три).
4. По способу управления выходным сигналом:
• с коммутацией через ноль используется для уменьшения влияния помех и импульсных бросков тока в схемах с резистивной (ТЭНы, лампы накаливания), индуктивной (клапаны, катушки соленоидов), емкостной (синхронные двигатели) нагрузками – реле включает питание нагрузки в том случае, когда величина напряжения на выходе равна нулю;
• фазовое, предусматривающее ручную регулировку параметров управляющего тока, используется для плавного изменения мощности нагрева ТЭНов или яркости осветительных приборов;
• мгновенное, при котором реле без задержек срабатывает при подаче управляющего сигнала.
Подключение твердотельного реле имеет разнообразные схемные решения с включением дополнительных элементов, таких, как управляющие транзисторы, предохранители, варисторы, контроллеры, переменные резисторы:
1. Для подключения однофазной нагрузки, например, оборудования с аккумуляторным питанием, предназначена схема нормально-разомкнутого "контакта", включающая питание нагрузки при подаче постоянного напряжения на вход ТТР.
2. Для подключения систем освещения, нагревательных приборов и другого оборудования с питающим напряжением 220 В используется два варианта включения ТТР (с управляющим транзистором на входе):
• схема с нормально-разомкнутым "контактом", в которой питание на нагрузку поступает при подаче напряжения на входные клеммы управляющей цепи;
• схема с нормально-замкнутым "контактом", в которой подача напряжения на входные клеммы управляющей цепи отключает питание нагрузки.
3. Для управления однофазной нагрузкой двумя кнопками "Пуск" и "Стоп" существует схема с самоблокировкой. Особенность данной схемы в том, что управляющее напряжение подбирают равным нагрузочному.
4. Для коммутации трехфазной нагрузки применяют трехфазную схему с вариантами подключения "звезда", "треугольник", "звезда с нейтралью" в зависимости от особенностей работы оборудования, подключенному в качестве нагрузки. Возможно использование одного трехфазного твердотельного реле для подключения трех однофазных нагрузок одновременно.
5. Для изменения направления вращения электродвигателя используют реверсивную схему включения трехфазного ТТР с двумя контурами управления.
Подключение твердотельного реле к ТЭНу
Для примера рассмотрим, как подключить твердотельное реле к ТЭНуэлектрокотла или бойлера.Для этого нам понадобится ТЭН с номинальным напряжением 220В, однофазное твердотельное реле постоянного тока с фазовым управлением, переменный резистор 470 ОМ, предохранитель, провода для подключения устройств:
1. На управляющий вход ТТР подключаем питание от любого источника постоянного тока 12–24 В (блок питания, аккумуляторная батарея) через переменный резистор (потенциометр) → плюс на клемму 3, минус на клемму 4.
2. Подключаем ТЭН к домашней сети 220 В через силовые клеммы твердотельного реле:
• "ноль" → к клемме 1;
• "фазу" → через предохранитель и ТЭН к клемме 2.
3. В цепь управления реле подает постоянное напряжение, достаточное для срабатывания электронного ключа (от 3 до 32 В), после чего через выходные силовые клеммы 1 и 2 замкнется цепь питания ТЭНа, который начнет нагреваться. Вращая ручку потенциометра, регулируем напряжение входного сигнала на клеммах 3 и 4 и отслеживаем степень нагрева ТЭН в зависимости от величины напряжения на входе твердотельного реле.
Проверка корректности подключения твердотельного реле
Проверить правильность сборки схемы с твердотельным реле, как и работоспособность одиночного реле, обычными методами тестирования, применяемыми для электромеханических реле, например, мультиметром,не получится: между входом и выходом ТТР отсутствует электрическая связь. Многие модели твердотельных реле оснащены светодиодным индикатором, который сигнализирует о наличии управляющего напряжения, однако корректную работу проверяемой схемы подача напряжения на вход твердотельного реле не гарантирует.
Для проверки собранной схемы на силовые клеммы твердотельного реле 1 и 2 подключают обычную лампу накаливания, подают на управляющие клеммы 3 и 4 напряжение и визуально по загоранию лампочки убеждаются в правильности подключения элементов схемы.
Для проверки исправности одиночного твердотельного реле собирают простую электрическую схему, состоящую из двух источников питания (подающего управляющее напряжение на вход реле и нагрузки), выключателя, лампочки.
