Твердотельное реле: принцип работы

19.09.2022

Твердотельное реле — это класс электронных приборов, работа которых построена на взаимодействии силовых ключей и полупроводниковых элементов. Конструкция устройства не включает в себя подвижных частей, что обеспечивает надежную коммутацию цепей.

Виды твердотельных реле

В промышленной и технической документации можно встретить термин «тиристорный переключатель», который считается «научным» названием твердотельных реле. Также возможно столкнуться с аббревиатурами и сокращениями, которые тоже указывают на данный вид устройств — ТТР, ТППТ, SSR.

Эти общие обозначения указывают на разновидность электронного оборудования в целом, которое подразделяется на виды на основании одного из следующих признаков:

Количество фаз;
Вид коммутируемого напряжения;
Метод управления;
Конструктивные особенности.

По количеству фаз оборудование делится на однофазное и трехфазное. Принцип работы для однофазных твердотельных реле заключается в управлении при помощи переменного резистора и аналогового сигнала. При этом они могут быть использованы и на трехфазной сети. Процесс действия трехфазных коммутационных аппаратов строится на реверсивном регулировании электрических цепей.

Коммутируемое напряжение в работе твердотельного реле также играет немаловажную роль. Приборы могут быть предназначены как для постоянного, так и для переменного тока. Принцип работы при этом у ТТР зависит от показателей диапазона тока.

Для постоянного тока коммутатор подбирается на диапазон 3-32В, а для переменного — 90-250В. Вторая разновидность характеризуется высокой скоростью срабатывания и экономичностью. Кроме этого, она может применяться для коммутации в сетевом напряжении в 220В.

Метод управления отражается и на скорости срабатывания:

Мгновенный. Применяется на цепях, где необходимо резкое включение;
Фазовый. Коммутационные аппараты с таким методом управления используются для управления уровнем освещения, температуры и пр.
«Через ноль». Срабатывание происходит на нулевом напряжении. Данный тип приборов можно устанавливать на устройствах с небольшими нагрузками.

Принцип работы твердотельного реле

Работа ТТР обусловлена взаимодействием двух сигналов:

Управляющего,
Коммутирующего.

То есть между электрическими цепями отсутствует непосредственный контакт, но трансфер информации и энергии между ними производится благодаря гальванической или оптической развязке.

Оптоизолятор — один из ключевых элементов в принципе работы прибора. В качестве оптоизолятора теплового реле выступают светодиод и фотоприемник, называемые также оптопарой. Такая оптическая развязка применима и для постоянного, и для переменного тока. Основная ее функция — изоляция входа от выхода. Для гальванической развязки используется оптрон.

Когда через светодиод, расположенный у входной секции, проходит электричество, он загорается. Далее через зазор свет поступает на фотоприемник, в роли которого выступают симистор или фоточувствительный транзистор

Принцип работы ТТР.png — ^{Принцип работы ТТР}

Таким образом, в твердотельном реле, рассчитанном на разное напряжение (220В в том числе), действует следующий принцип работы: происходит замыкание или размыкание контактных клемм.

Отличие от электромагнитных реле

Помимо монолитной конструкции, твердотельные реле отличаются от электромагнитных принципом работы. Вторая разновидность имеет катушку и подвижную контактную группу.

Такая комплектация позволяет замыкать контакты за счет протекания тока через катушку и притягивание якоря с контактной группой. В конструкции твердотельного реле подобных элементов нет. В зависимости от разновидности устройства и сферы применения замыкание контактных клемм происходит за счет полупроводниковых ключей.

Еще одной особенностью, отличающей твердотельные реле от электромагнитных, можно обозначить отсутствие в конструкции подвижных деталей. Благодаря этому приборы не подвергаются механическому износу, что продлевает срок их эксплуатации.

Применение

Модификация и схема коммутаторов подбирается на основании потребностей той электрической сети, для которой они необходимы. Сфера применения ТТР обширна — устройство может быть установлено для:

Управления электродвигателями;
Регулирования температурных показателей в нагревательных элементах;
Контроля работы трансформаторов;
Управления уровнем освещенности;
Контроля включения осветительных приборов;
Автоматизации промышленных процессов;
Регулировки датчиков движения;
Установки в электронике автомобилей.

Помимо этого, твердотельные реле разных типов благодаря принципу их работы и подходящей схеме управления часто выступают в роли электронных ключей. Особенно это актуально для силовых, слаботочных установок, коммутаторов станков, в работе которых большое значение имеет мгновенное срабатывание.

Также ТТР можно встретить в комплектации бытовой техники: холодильники, стиральные машины, нагреватели, чайники и т.д.

Как выбрать твердотельное реле

При покупке твердотельного аппарата необходимо принимать во внимание следующие характеристики:

Вид и модификация: нужно учитывать тип напряжения, сигнала управления;
Потребность объекта: следует подбирать такое количество реле для электрических цепей, чтобы ток ТТР превышал ток нагрузки, независимо от режима работы. Примечательно, что перегрузочные свойства коммутаторов переменного тока выше, чем у приборов, предназначенных для работы с постоянным током;
Требуемое значение тока: выбор производят не по номинальному току нагрузки, а по пусковому. То есть показатель тока в устройстве должен быть больше, чем показатель тока при любом режиме работы;
Способ коммутации: наиболее часто встречающийся тип — управление при переходе «через ноль», т.к. он практически исключает помехи, которые образуются при включении;
Потребность в дополнительных приборах: если ведется установка твердотельного реле на поверхности в плохо вентилируемом пространстве, то возможно нагревание полупроводников. Чтобы избежать этого, рекомендуется устанавливать радиатор охлаждения.

Стабильная рабочая температура обеспечивает надежную работу коммутатора. Нормальная работа прибора возможна при температуре окружающей среды, не превышающей 60˚C.

Как вам статья?

8 0