Что же из себя представляет твердотельное реле (ТТР или в английском варианте SSR)? Это маленькое на вид устройство, способно коммутировать (включать и выключать) высокомощные цепи с током нагрузки до 600А с помощью маломощных сигналов управления. Как осуществляется его работа? Зачем нужно ТТР? В чем его преимущество и какие недостатки?
Из чего состоит ТТР?
· входная цепь – главной функцией входной цепи является принятие сигнала и передача команды устройству реле, коммутирующему нагрузку;
· оптическая развязка – используется для изоляции входной и выходной сети переменного тока;
· схема перехода через ноль – схема управления ТТР, предполагающая срабатывание только при значении напряжения, равном 0.
· триггерная цепь – отдельный элемент, обрабатывающий входной сигнал и переключающий выход;
· цепь переключателя – подает силу напряжения, включает в себя транзистор, симистор и кремниевый диод;
· цепь защиты – может быть внешней или внутренней, защищает устройство от сбоев или появления ошибок.
Как работает ТТР?
Принцип действия твердотельного реле заключается в том, что управляющий сигнал взаимодействует с управляемым посредством создания гальванической развязки, то есть передача энергии и информации между электрическими цепями происходит при отсутствии непосредственного электрического контакта между ними. Сигнал передается с помощью оптического излучения. В ТТР гальваническая развязка осуществляется оптроном или ещё его называют оптопарой (электронный прибор, состоящий из излучателя света и фотоприёмника).
Управляющее напряжение питает светодиод, который освещает фотодиод, ток на котором включает тиристор, чтобы управлять нашей нагрузкой. Принцип работы такого оптрона заключается в преобразовании электрического сигнала в свет, его передаче по оптическому каналу и последующем преобразовании обратно в электрический сигнал.
Чем же ТТР лучше своих предшественников?
Самым большим преимуществом твердотельных реле над электромагнитными и электромеханическими реле является отсутствие подвижных механических контактов, что позволяет выделить такие качества как:
· высокая надежность и длительный срок службы;
· высокое быстродействие (высокая скорость переключения);
· отсутствие дребезга контактов, что снижает уровень помех и обеспечивает стабильность работы аппарата;
· отсутствие индуктивности (отсутствие скачка напряжения при переключении);
· устойчивость к воздействию внешних электромагнитных полей;
· малое энергопотребление;
· меньшие габариты и вес;
· отсутствие искры, что позволяет использовать устройство на взрыво- и пожароопасных объектах;
· отсутствие акустического шума от работы механических контактов.
Имеются ли у ТТР недостатки?
Ничто не идеально, поэтому даже при таком большом количестве достойных качеств, у ТТР есть недостатки, которые не позволяют им полностью вытеснить электромеханические и электромагнитные реле.
Для стабильной работы мощных ТТР важен эффективный отвод тепла, потому что, если температура будет превышать допустимую, это приведет к искажению напряжения нагрузки.
Так же к минусам ТТР можно отнести:
· более высокая стоимость по сравнению с электромеханическими реле;
· критическое снижение рабочих характеристик при температурах ниже 30°С мороза и выше 70°С тепла;
· компактный корпус приводит к избыточному нагреву устройства при стабильно высоких нагрузках, что требует применения специальных устройств охлаждения;
· возможность расплавления устройства от нагрева при коротком замыкании;
· чувствительность к высоким токам, особенно в пусковых цепях электродвигателей.
Делаем вывод, что не все так просто и твердотельные реле имеют определенные сферы применения. В цепях высоковольтного промышленного оборудования их использование резко ограничено из-за несовершенных физических свойств полупроводниковых материалов. Однако в бытовой технике и автомобильной промышленности ТТР уверенно занимают широкую нишу за счет своих положительных свойств.
Где применяются ТТР?
Сферы применения реле разнообразны, поэтому и их конструктивные особенности могут сильно отличаться. ТТР классифицируют по:
· количеству подключенных фаз
Однофазные ТТР обеспечивают работу с токами 4-600 А. Их управление производится с помощью аналогового сигнала. Трёхфазные ТТР способны пропускать ток в 4-100 А. Часто используется для обеспечения работы асинхронного двигателя.
· виду рабочего тока и напряжения
Большинство ТТР работает с переменным напряжением и током. Устройства с постоянным управляющим током выдерживают высокий диапазон температур без значительного изменения характеристик.
· конструктивным особенностям
Многие модели ТТР имеют монтажную колодку для крепления на DIN-рейку. Кроме того, существуют специальные радиаторы, которые располагаются между ТТР и поверхностью рейки. Нагрев твердотельных реле при коммутации нагрузки обусловлен электрическими потерями на силовых полупроводниковых элементах, в связи с этим работа таких ТТР требует отвода тепла, поэтому важно выбрать правильный охладитель.
Корпуса ТТР выполняют из специального пластика, обладающего высокой термостойкостью. Данный материал аналогичен по своим свойствам карболиту, но не обладает хрупкостью. Прочные свойства корпуса обеспечивают его целостность даже при возникновении короткого замыкания. А медное основание позволяет отводить избыточное тепло от силового элемента с максимальной эффективностью.
· типу схемы управления
Самая распространенная схема управления ТТР - контроль «через ноль». Такой вариант управления твердотельным реле предполагает срабатывание только при значении напряжения, равном 0.
Твердотельные реле нашли свое применение в телекоммуникационных устройствах, таких как факс, модем, многофункциональные телефоны, беспроводные телефоны, автоответчики, аппаратура систем безопасности.
Часто используются в приборостроении и системах промышленной автоматики, например, в качестве выходных реле программируемых контроллеров, драйверов контакторов, электродвигателей, обмоток, индикаторов и дисплеев.
Могут быть использованы для поддержания температуры в технологических процессах. ТТР коммутируют цепи управления трубчатых электронагревателей (ТЭН), контролируют работу трансформаторов, осуществляют регулировку освещения, используются в схемах датчиков движения, освещения, фотодатчиков для уличного освещения.
