Рис. 1. ТТР для коммутации цепей 240 В и тока до 2,5 А.
Твердотельное реле (далее – ТТР) или в английском варианте – SolidState Relay (SSR)– это новое поколение реле, которое выполняет аналогичную функцию, как и электромагнитное реле, но отличается технологией исполнения.Свое название "твердотельное" реле получило по причине полного отсутствия в конструкции каких-либо подвижных элементов. Контактную группу в нём заменяет электронный ключ, собираемыйиз полупроводниковых элементов, которые непосредственно и выполняют коммутацию цепи.Выполняются ключина транзисторах большой мощности (для коммутации цепей постоянного тока), либотиристорах илисимисторах (для коммутации цепей переменного тока). Отсутствие контактной группы исключает саму возможность возникновения искры (дуги) в моменткоммутации и позволяет применять ТТР (SSR) во взрыво- и пожароопасных средах и помещениях (установках).
ТТР (SSR) изготавливаются как в однофазном, так и в трехфазном исполнении, а применяются в схемах переменного и постоянного тока. На рисунке 1 показано ТТР (SSR) относительно малой мощности, которое предназначено для коммутации в цепях переменного тока напряжением до 240 В и величинойтока до 2,5 А. На рисунках 2 и 3 изображены ТТР (SSR) для коммутации переменного токаоднофазной нагрузки до 40 А и трехфазной нагрузки до 60 А соответственно.По типу оперативного управления (питания) ТТР (SSR) может выполняться как на переменном, так и на постоянном токе.Учитывая то, что для полупроводниковых элементов важно и обязательно должен соблюдаться диапазон допустимой рабочей температуры, ТТР (SSR) c номинальным током 10 А и более размещают на радиаторах, которые отводят тепло в окружающую среду (воздух).
Рассмотрим подробнее устройство и работу современного ТТР (SSR).
Рис. 2. ТТР для коммутации однофазной цепипеременного тока до 40 А.
Внутренняя часть ТТР (SSR) – электронная плата, состоящая из управляющегоэлемента, развязки, а также силового ключа.
Управляющий элемент реализован в виде схемы стабилизации напряжения и тока для светоизлучающего элемента.
В конструкции развязки используется оптоэлектронное устройство, например, оптрон – элемент, состоящий из светоизлучающего элемента и приемника, которые отделены друг от друга прозрачным диэлектрическим материалом.
Классифицируют ТТР (SSR) по методу управления переключением:
— с коммутацией перехода тока через ноль;
— мгновенного включения;
— с фазовым управлением.
Рис. 3. ТТР для коммутации трехфазных цепей и тока нагрузки до 60 А.
Возможность применения того либо иного типа управления определяется индивидуально на стадии выбора ТТР (SSR) в каждом конкретном случае. Учитывая то, что ТТР (SSR) выпускаются различных типоразмеров и на разное напряжение, а каждый метод управления имеет свои преимущества и недостатки, все это позволяет подобрать нужное релепрактически для любых целей.
Рассмотрим кратко принцип работы реле с симисторным ключом на примере рисунка 4. В основе принципа действия ТТР (SSR) заложено взаимодействие двух сигналов — управляющего и управляемого, которые гальванически развязаны. Эту функцию выполняет оптоэлектронное устройство: оптрон, опто- или фототиристор. На светодиод подается управляющее напряжение, его свечение воздействует на фотодиод, что приводит к появлению тока управлениясимисторомс последующей коммутациейрабочего тока подключенной нагрузки.
В заключение данного обзора следует отметить, что в целом ТТР (SSR) имеет следующие достоинства:
— отсутствие электромагнитных помех при коммутации цепей;
— отсутствие переходных процессов при коммутации цепей;
— быстродействие;
— отсутствие дребезга контактов и шума;
— значительный коммутационный ресурс (практически не лимитируется);
— возможность работы во взрыво- и пожароопасной среде;
— низкое энергопотребление, по сравнению с электромагнитными реле;
— надёжная развязка между входными и коммутируемыми цепями;
— компактная и герметичная конструкция, стойкая к загрязнениям, вибрации и ударным нагрузкам;
— небольшие габариты,
и недостатки:
— дороговизна;
— чувствительность к предельно-допустимому току коммутации;
— чувствительность к перегреву, что компенсируется использованием радиатора в сочетании с хорошей термопастой.
Рис. 4. Пример электронной схемы ТТР (SSR) с коммутацией контроля перехода тока через ноль.
Вывод.
Твердотельные реле – это отличное и востребованное техническое решение, имеющее гораздо больше плюсов, чем минусов.
И конечно, всем следует помнить, что соблюдение требований электробезопасности носит первостепенное значение, а электромонтажные работы должны проводиться с соблюдением всех мер безопасности и только квалифицированным и подготовленным персоналом!
