Polovodičové relé vlastníma rukama: návod k montáži a tipy na připojení

Darlingtonův tranzistor

Pokud je zátěž velmi silná, může jí protékající proud dosáhnout až
několik ampérů. U výkonných tranzistorů může být faktor $\beta$ následující.
může být nedostatečná. (Zejména, jak vidíte v tabulce, pro výkonné tranzistory.
(Jak vidíte v tabulce, u výkonných tranzistorů je faktor $\beta$ již malý.)

V tomto případě lze použít kaskádu dvou tranzistorů. První
První tranzistor řídí proud, který otevírá druhý tranzistor. Tento
se nazývá Darlingtonův obvod.

V tomto zapojení se násobí faktory $\beta$ obou tranzistorů, což znamená, že
což vede k velmi vysokému poměru přenosu proudu.

Chcete-li zvýšit rychlost vypínání tranzistorů, můžete propojit emitor a bázi každého tranzistoru rezistorem.
emitoru a báze s rezistorem.

Odpory musí být dostatečně velké, aby neovlivňovaly proud.
základna - zářič. Typické hodnoty jsou 5...10kΩ pro napětí 5...12V.

Darlingtonovy tranzistory jsou k dispozici jako samostatné zařízení. Příklady
těchto tranzistorů jsou uvedeny v následující tabulce.

Model	$\beta$	$\max\ I_{k}$	$\max\ V_{ke}$
KT829B	750	8 А	60 В
BDX54C	750	8 А	100 В

V opačném případě zůstává funkce klíče stejná.

Výhody a nevýhody

Na rozdíl od jiných typů relé nemá polovodičové relé žádné pohyblivé kontakty. Spínání elektrických obvodů v tomto zařízení je založeno na principu polovodičového elektronického spínače. Pro bezproblémové vytvoření polovodičového relé je nutné pochopit princip a konstrukci relé.

Na začátek je však vhodné popsat jeho hlavní výhody:

• Možnost přepínání výkonných zátěží.
• Přepínání probíhá vysokou rychlostí.
• Vysoce kvalitní galvanické oddělení.
• Schopnost odolat silnému přetížení v krátkých časových intervalech.

Žádné jiné mechanické relé nenabízí stejný výkon. Rozsah použití polovodičového relé (SSR) je prakticky neomezený. Absence pohyblivých částí v konstrukci výrazně zvyšuje životnost jednotky. Je však třeba mít na paměti, že zařízení má více než jen výhody. Některé vlastnosti TTR jsou nevýhody. Například při provozu vysoce výkonných zařízení je nutné použít další prvek pro odvod tepla.

Velikost chladiče je často mnohem větší než samotné relé. V takové situaci je instalace zařízení poněkud komplikovaná. Když je zařízení zavřené, dochází k úniku proudu, což vede k nelineární voltampérové charakteristice.

Při použití CTD je proto nutné věnovat pozornost charakteristikám spínaného napětí. Některé typy jsou schopné pracovat pouze se stejnosměrným napětím.

Při připojování polovodičového relé k obvodu je třeba přijmout opatření na ochranu proti falešným poplachům.

Polovodičová relé - mají se používat?

Pro začátek zvažte také proveditelnost takových relé. Například reálný případ:

Další případ, kdy tato relé nejsou nutná:

O přetížení a ochraně polovodičových relé bude podrobně pojednáno níže, ale v tomto případě je vhodné použít běžný stykač, který přetížení zvládá dokonale a je desetkrát levnější.

Proto je lepší střízlivě počítat než se honit za módou. Výpočet běžných a finančních prostředků.

Pokud o tom někdo přemýšlí, můžete spustit 10kW motor zvonkovým tlačítkem nebo jazýčkovým spínačem! Ale není to tak jednoduché, podrobnosti budou následovat.

Účel a typy

Proudové hlídací relé je zařízení, které reaguje na náhlé změny hodnoty vstupujícího elektrického proudu a v případě potřeby vypne napájení určitého spotřebiče nebo celého napájecího systému. Jeho princip činnosti je založen na porovnávání vnějších elektrických signálů a okamžité reakci, pokud neodpovídají provozním parametrům zařízení. Používá se k pohonu generátoru, čerpadla, motoru automobilu, obráběcích strojů, domácích spotřebičů atd.

Existují takové typy stejnosměrných a střídavých spotřebičů:

1. Středně pokročilý;
2. Ochranný;
3. Měření;
4. Tlak;
5. Čas.

Mezipřístroj nebo nadproudové relé (RTM, PST 11M, PC-80M, REO-401) se používá k otevření nebo uzavření obvodů v určité elektrické síti při dosažení určité hodnoty proudu. Nejčastěji se používá v bytech nebo rodinných domech ke zvýšení ochrany domácího vybavení před přepětím a proudovými rázy.

Princip činnosti tepelného nebo bezpečnostního zařízení je založen na regulaci kontaktní teploty určitého spotřebiče. Slouží k ochraně spotřebičů před přehřátím. Pokud se například žehlička přehřeje, takový senzor automaticky vypne napájení a po vychladnutí spotřebiče jej opět zapne.

Statické nebo měřicí relé (RET) pomáhá sepnout kontakty obvodu při výskytu určité hodnoty elektrického proudu. Jeho hlavním účelem je porovnávat dostupné parametry sítě s požadovanými a rychle reagovat na jejich změnu.

Tlakový spínač (RPI-15, 20, RPZ-1M, FQS-U, FLU atd.) je potřebný pro kontrolu kapaliny (voda, olej, olej), vzduchu atd. Slouží k vypnutí čerpadla nebo jiného zařízení při dosažení nastaveného tlaku. Často se používá ve vodovodních systémech a autoservisech.

Časová zpožděná relé (výrobce EPL, Danfoss i modely PTB) jsou potřebná k ovládání a zpomalení reakce některých spotřebičů při detekci úniku proudu nebo jiné poruchy v síti. Tato ochranná relé se používají v domácích i průmyslových aplikacích. Zabraňují předčasnému vzniku poruchy, vypnutí proudových chráničů (tzv. diferenčních relé) a jističů. Jejich instalační schéma je často kombinováno s principem začlenění ochranných zařízení a difuzorů do sítě.

Kromě toho existují také elektromagnetická napěťová a proudová relé, mechanická relé, polovodičová relé atd.

Polovodičové relé je jednofázové zařízení pro spínání vysokých proudů (od 250 A) a zajišťuje galvanickou ochranu a izolaci elektrických obvodů. Ve většině případů se jedná o elektronické zařízení určené k rychlé a přesné reakci na problémy v síti. Další výhodou je, že takové proudové relé lze vyrobit ručně.

Relé se podle konstrukce dělí na mechanická a elektromagnetická a nyní, jak bylo uvedeno výše, na elektronická. Mechanické relé lze použít v různých provozních podmínkách, nevyžaduje složité obvody, je odolné a spolehlivé. Zároveň však není dostatečně přesný. Z tohoto důvodu se nyní ve velké míře používají jeho modernější elektronické protějšky.

Pokyny pro výběr

Vzhledem k elektrickým ztrátám ve výkonových polovodičových prvcích se polovodičová relé při spínání zátěže zahřívají. Tím je omezeno množství spínaného proudu. Teplota 40 stupňů Celsia nesnižuje výkon zařízení. Zahřívání nad 60 °C však výrazně snižuje přípustný spínací proud. V takovém případě může relé přejít do nekontrolovaného provozu a selhat.

Z tohoto důvodu je nutné použít chladiče, pokud jsou relé trvale provozována při svých jmenovitých proudech, a to zejména v aplikacích "heavy duty" (trvalé proudy přesahující 5 A). Pro vyšší zátěže, např. "indukční" zátěže (solenoidy, elektromagnety atd.), je vhodné volit zařízení s 2-4násobnou proudovou rezervou, v případě řízení indukčních motorů je nutná 6-10násobná proudová rezerva.

U většiny typů zátěží je sepnutí relé doprovázeno proudovým rázem s různou dobou trvání a amplitudou, jehož velikost je třeba zohlednit při výběru:

• Čistě aktivní zátěže (ohřívače) dávají nejmenší možné proudové špičky, které jsou při použití relé se spínáním "0" prakticky eliminovány;
• Žárovky, halogenové žárovky a výbojky mají při zapnutí proud 7...12násobek jmenovitého proudu;
• Zářivky dávají během prvních sekund (do 10 s) krátkodobé proudové špičky 5...10násobku jmenovitého proudu;
• rtuťové výbojky dávají během prvních 3-5 minut trojnásobné proudové přetížení..;
• Vinutí elektromagnetického relé na střídavý proud: proud 3...10násobek jmenovitého proudu po dobu 1-2 period;
• vinutí elektromagnetu: proud 10...20násobek jmenovitého proudu po dobu 0,05 - 0,1 s
• elektromotory: proud 5...10násobek jmenovitého proudu po dobu 0,2 - 0,5 s.
• vysoké induktivní zátěže s nasycenými jádry (transformátory bez zátěže) při spínání ve fázi nulového napětí: proud 20...40násobek jmenovitého proudu po dobu 0,05 - 0,2 s;
• Kapacitní zátěže při spínání ve fázi blízké 90°: proud 20...40násobek jmenovitého proudu po dobu desítek mikrosekund až desítek milisekund.

Jak se fotobuňka používá pro pouliční osvětlení?

Schopnost odolat proudovému přetížení je charakterizována hodnotou "rázového proudu". Jedná se o amplitudu jednoho impulzu o dané délce trvání (obvykle 10 ms). Pro Stejnosměrná relé Tato hodnota je obvykle 2 až 3násobkem hodnoty maximálního přípustného stejnosměrného proudu, u tyristorových relé je tento poměr přibližně 10. Pro proudová přetížení s libovolnou dobou trvání lze předpokládat empirický vztah: zvyšování doby trvání přetížení o řád snižuje přípustnou amplitudu proudu. Výpočet maximálního zatížení je uveden v následující tabulce.

Tabulka pro výpočet maximální zátěže polovodičového relé.

Volba jmenovitého proudu pro konkrétní zátěž musí být rovnováhou mezi rezervou nad jmenovitým proudem relé a zavedením dalších opatření ke snížení rozběhových proudů (proudové omezovací odpory, tlumivky atd.).

Pro zvýšení odolnosti proti impulsnímu šumu je paralelně ke spínacím kontaktům umístěn vnější obvod tvořený sériově zapojeným rezistorem a kapacitou (RC-řetězec). Aby se zvýšila ochrana proti přepětí na straně zátěže, musí být ke každé fázi polovodičového relé paralelně připojeny varistory.

Schematické schéma schéma zapojení polovodičového relé.

Při spínání induktivních zátěží je použití varistorů povinné. Volba požadované hodnoty varistoru závisí na napájecím napětí zátěže a vypočítá se podle vzorce: U varistor = (1,6...1,9)xUload.

Typ varistoru se určuje na základě specifických výkonnostních charakteristik zařízení. Nejoblíbenější domácí varistory jsou sériové: СН2-1, СН2-2, ВР-1, ВР-2. Polovodičové relé zajišťuje dobré galvanické oddělení vstupních a výstupních obvodů i proudových obvodů od prvků konstrukce zařízení, takže nejsou nutná žádná další opatření k oddělení obvodů.

Zvláštnosti výrobního procesu

Zatížení topného tělesa je W.
Vstupem je primární obvod, ve kterém je nastaven konstantní odpor.
U běžných se používají kontakty, které se periodicky sepínají a rozepínají, aby uvedly do chodu nějaký elektrický mechanismus.
Výstupní výkon se pohybuje v řádu wattů. Zde má obvod dva vstupy: řídicí vstup přímo na diodu optočlenu a vstupní signál přiváděný přes tranzistor. Spínání elektrických obvodů v tomto zařízení je založeno na principu elektronického spínače vyrobeného z polovodičů.
Rady pro výběr chladičů jsou uvedeny v technické dokumentaci konkrétního polovodičového relé, takže nelze poskytnout univerzální radu. Za určitých podmínek lze polovodičová relé použít pro spouštění asynchronních motorů.

Proto je maximální možné zpoždění vypnutí mezi odstraněním vstupního signálu a vypnutím proudu zátěže v jedné půlperiodě. Mezi řídicími obvody a zátěží je dobrá izolace. Tato relé, která pracují tiše, jsou vhodnou náhradou stykačů a spouštěčů. Stejný princip ovládání se používá u stmívačů osvětlení v domácnostech. Po odpojení stejnosměrného vstupního napěťového signálu nedojde k náhlému vypnutí výstupu, protože jakmile dojde k vypnutí vodivosti, zůstane tyristor nebo triak použitý jako spínací zařízení zapnutý po zbytek půlperiody, dokud proudy v zátěži neklesnou pod hodnotu proudových udržovacích zařízení, a v tomto okamžiku se vypne.

Video: Testování polovodičového relé. Je třeba zdůraznit následující vlastnosti polovodičových relé: Optická izolace se používá k oddělení různých obvodů elektronického zařízení. V polovodičových modelech plní tuto úlohu tyristory, tranzistory a triaky.

Slouží k přilákání kontaktů. Ochrana může být umístěna uvnitř krytu relé nebo samostatně.

Všimněte si, že u triaků jsou svorky obvykle nejednoznačné, takže je třeba je předem vyzkoušet. K přivedení napětí do zátěže se používá spínací obvod, který se skládá z tranzistoru, křemíkové diody a triaku.

V tomto příkladu postačí jakákoli preferovaná hodnota rezistoru mezi Ohm a Ohm.
Polovodičové relé místo stykače.

Možnosti řízení výkonu zátěže

V současné době jsou k dispozici dvě hlavní varianty řízení výkonu. Prozkoumejme každý z nich podrobněji:

1. FÁZOVÁ KONTROLA. Zde má výstupní signál I v zátěži tvar sinusovky. Výstupní napětí je nastaveno na 10, 50 a 90 %. Výhody tohoto zapojení jsou zřejmé - plynulý výstupní signál, možnost připojení různých typů zátěže. Nevýhodou je přítomnost šumu při přepínání.
2. ŘÍZENÍ SE SPÍNÁNÍM (PŘI PRŮCHODU NULOU). Výhodou této metody řízení je, že polovodičové relé nevytváří během spínání žádné rušivé vlivy, které by rušily třetí harmonickou v procesu spínání. Nevýhody jsou omezené v použití. Toto řídicí schéma je vhodné pro kapacitní i odporové zátěže. Její použití s vysokou indukční zátěží se nedoporučuje.

Polovodičová relé budou i přes svou vyšší cenu postupně nahrazovat standardní kontaktní zařízení. Důvodem je jejich spolehlivost, nehlučnost, snadná údržba a dlouhá životnost.

Nevýhody nemají negativní vliv, pokud je správně proveden výběr a instalace zařízení.

Výhody a nevýhody

K sestavení polovodičového relé lze použít obvod složený z řídicího obvodu a triaku. Pro zlepšení odvodu tepla by se měla použít tepelná pasta, která se nanese na celou styčnou plochu hliníkové základny a polovodičového prvku. Je tomu tak proto, že polovodičová střídavá spínací relé používají jako výstupní spínací zařízení SCR a triak, který po odpojení vstupního signálu pokračuje v činnosti, dokud střídavý proud protékající zařízením neklesne pod prahovou hodnotu nebo si udrží svou aktuální hodnotu. Vhodné pro řízení odporových, kapacitních a induktivních zátěží.
V tomto případě zvolte zdroj s dostatečným výkonem pro spínání celé skupiny relé.
Pokud jsou však proudy vysoké, dochází k vysokému zahřívání prvků.
Než se sami pokusíte sestrojit polovodičové relé, je logické seznámit se se základní konstrukcí těchto zařízení a pochopit, jak fungují. Schéma zapojení relé Všechna polovodičová zařízení tohoto druhu jsou rozdělena do sekcí, které zahrnují: vstupní část, optickou izolaci, spouštěcí a spínací a ochranné obvody.
V tomto případě mohou krátkodobé špičkové proudy dosahovat až A.
Přepínání probíhá vysokou rychlostí. Výhody a nevýhody Na rozdíl od jiných typů relé nemá polovodičové relé žádné pohyblivé kontakty.
Výstupní obvod většiny standardních polovodičových relé je nakonfigurován tak, aby prováděl pouze jeden typ spínání, což odpovídá normálně otevřenému jednopólovému SPST-NO provozu elektromechanického relé. Opto-triakový izolátor MOC má stejné vlastnosti, ale má zabudovanou detekci nulového kříže, což umožňuje, aby zátěž dostávala plný výkon bez velkých rozběhových proudů při spínání indukčních zátěží.
přednáška 357 Polovodičové relé

Jak si vlastnoručně vyrobit polovodičové relé?

Vzhledem ke konstrukčním vlastnostem zařízení (monolitický) není obvod montován na textolitovou desku, jak je obvyklé, ale pomocí kloubové montáže.

V tomto směru lze nalézt mnoho schematických řešení. Konkrétní varianta závisí na požadovaném spínacím výkonu a dalších parametrech.

Elektronické součástky pro montáž obvodů

Seznam prvků jednoduchého obvodu pro praktické učení a sestavení polovodičového relé vlastníma rukama je následující:

1. Optočlen typu MOS3083.
2. Triaktor typu BT139-800.
3. Tranzistor typu KT209.
4. Rezistory, pozlacená cívka, LED dioda.

Všechny tyto elektronické součástky jsou k sobě připájeny podle následujícího schématu:

Díky použití optočlenu MOS3083 v obvodu pro úpravu řídicího signálu lze vstupní napětí měnit v rozsahu 5 až 24 V.

Obvod sestávající ze stabilizátoru a omezovacího rezistoru snižuje proud protékající řídicí LED na minimum. Tím je zajištěna dlouhá životnost kontrolních LED diod.

Kontrola správné funkce obvodu

Sestavený obvod by měl být otestován na správnou funkci. Zátěžové napětí 220 V není nutné připojovat ke spínacímu obvodu přes triak. Stačí paralelně ke spínacímu vedení triaku připojit měřicí zařízení (tester).

Nastavte měřicí režim testeru na "mOhm" a napájejte obvod pro generování řídicího napětí (5-24 V). Pokud vše funguje správně, měl by tester ukázat rozdíl odporů "mOhm" až "kOhm".

Konstrukce monolitického krytu

Pod základnu budoucího krytu polovodičového relé bude zapotřebí hliníková deska o tloušťce 3-5 mm. Velikost desky není rozhodující, ale musí být vhodná pro účinný odvod tepla z triaku při zahřívání elektronického prvku.

Povrch hliníkové desky musí být rovný. Obě strany by navíc měly být opracovány - obroušeny jemným smirkovým papírem a vyleštěny.

V dalším kroku se připravená deska opatří "bedněním" - po obvodu se nalepí okraj ze silné lepenky nebo plastu. Měla by tvořit jakousi krabičku, která bude později vyplněna epoxidovou pryskyřicí.

Elektronický obvod polovodičového relé je umístěn uvnitř krabice. Na povrchu hliníkové desky je umístěn pouze triak.

Žádné jiné části obvodu ani vodiče se nesmí dotýkat hliníkového substrátu. Triak je připevněn k hliníkové části pouzdra, která je určena k montáži na chladič.

Na kontaktní plochu těla triaku a hliníkového substrátu je třeba použít teplovodivou pastu. Některé značky triaků s neizolovanou anodou musí být namontovány přes slídové těsnění.

Triak musí být na podklad pevně přitlačen závažím a po obvodu musí být utěsněn epoxidovým lepidlem nebo upevněn tak, aby nenarušoval hladkost podkladu (např. nýtem).

Příprava směsi a odlití těla

Pro výrobu pevného těla elektronického zařízení bude třeba připravit směsnou hmotu. Směs se skládá ze dvou složek:

1. Epoxidová pryskyřice bez tužidla.
2. Alabastrový prášek.

Přidáním alabastru dosáhne řemeslník dvou věcí najednou - získá plné množství licí hmoty při jmenovité spotřebě epoxidové pryskyřice a vytvoří optimální konzistenci lití.

Směs je třeba důkladně promíchat, poté lze přidat tužidlo a znovu důkladně promíchat. "Kloubová" sestava uvnitř kartonové krabice se poté opatrně zalije vytvořenou směsí.

Nalévání se provádí až do horní úrovně, přičemž na povrchu zůstane pouze část hlavy zkušební LED. Zpočátku nemusí povrch směsi vypadat zcela hladce, ale po chvíli se obraz změní. Stačí počkat, až odlitek zcela vytvrdne.

V podstatě lze použít jakoukoli vhodnou licí směs. Hlavním kritériem je, že licí směs nesmí být elektricky vodivá a po vytvrzení se musí vytvořit dobrý stupeň tuhosti odlitku. Tlakově lité pouzdro polovodičového relé je jakousi ochranou elektronických obvodů před náhodným fyzickým poškozením.

Klasifikace polovodičových relé

Oblasti použití relé jsou rozmanité, a proto se konstrukce relé značně liší v závislosti na potřebách konkrétního automatického obvodu. Polovodičová relé se dělí podle počtu připojených fází, typu pracovního proudu, konstrukčních vlastností a typu řídicího obvodu.

Podle počtu připojených fází

Polovodičová relé se používají v domácí i průmyslové automatizaci s provozním napětím 380 V.

Proto se tyto polovodičové součástky v závislosti na počtu fází dělí na:

• jednofázové;
• třífázové.

Jednofázové odporové teploměry umožňují proudy 10-100 nebo 100-500 A. Jsou ovládány analogovým signálem.

Doporučuje se připojit k třífázovému relé různé barvy, aby bylo možné vodiče při instalaci zařízení správně zapojit.

Třífázová polovodičová relé jsou schopna přenášet proudy v rozsahu 10-120 A. Jejich konstrukce předpokládá reverzibilní princip činnosti, který zajišťuje spolehlivou regulaci několika elektrických obvodů současně.

K pohonu asynchronních motorů se často používají třífázové odporové snímače. Vzhledem k vysokým rozběhovým proudům jsou v řídicím obvodu motoru zabudovány vysokorychlostní pojistky.

Podle typu provozního proudu

Polovodičová relé nejsou nastavitelná ani přeprogramovatelná, a proto jsou vhodná pouze pro určitý rozsah síťového napětí.

V závislosti na požadavcích lze SSR ovládat dvěma typy proudu:

• DC;
• AC.

Podobně lze odporové teploměry klasifikovat podle typu činného napětí zátěže. Většina relé v domácích spotřebičích pracuje se střídavými parametry.

Stejnosměrný proud se nepoužívá jako hlavní zdroj elektrické energie v žádné zemi na světě, takže relé tohoto typu mají úzkou oblast použití.

Přístroje se stejnosměrným řídicím proudem jsou vysoce spolehlivé a k regulaci používají napětí 3-32 V. Odolávají širokému rozsahu teplot (-30...+70 °C), aniž by se výrazně změnily jejich vlastnosti.

Střídavá relé mají řídicí napětí 3-32 V nebo 70-280 V. Vyznačují se nízkým elektromagnetickým rušením a vysokou rychlostí odezvy.

Podle konstrukčních prvků

Polovodičová relé se často montují do společného plochého panelu, takže mnoho modelů je vybaveno zásuvkou pro montáž na lištu DIN.

Kromě toho jsou mezi odporovým teploměrem a montážním povrchem umístěny speciální chladiče. Umožňují chladit zařízení při vysokém zatížení a zároveň zachovat jeho výkon.

Relé se montuje na lištu DIN především pomocí speciálního držáku, který má navíc funkci odvádění přebytečného tepla, když je zařízení v provozu.

Mezi relé a chladič se doporučuje nanést tepelnou pastu, aby se zvýšila kontaktní plocha a odvod tepla. Existují také odporové teploměry, které jsou určeny k upevnění na stěnu pomocí běžných šroubů.

Podle typu řídicího obvodu

Princip činnosti nastavitelného relé nevyžaduje vždy jeho okamžitou činnost.

Výrobci proto vyvinuli několik schémat řízení odporových teploměrů, která se používají v různých aplikacích:

1. kontrola "přes nulu". Tento typ polovodičového řízení relé předpokládá sepnutí pouze při hodnotě napětí 0. Používá se v zařízeních s kapacitní, odporovou (topná tělesa) a slabě induktivní (transformátory) zátěží.
2. Okamžité. Používá se v případě, kdy je třeba relé aktivovat náhle po přivedení řídicího signálu.
3. Řízení fáze. Slouží k regulaci výstupního napětí změnou parametrů regulačního proudu. Lze jím plynule měnit stupeň vytápění nebo osvětlení.

Další drobné rozdíly v polovodičových relé jsou následující

Při nákupu TDR je proto důležité znát schéma zapojení připojeného spotřebiče, abyste získali nejlepší regulační zařízení pro konkrétní aplikaci.

Je nutné zajistit výkonovou rezervu, protože relé má provozní životnost, která se při častém přetěžování rychle vyčerpá.