Что такое твердотельное реле
Твердотельное реле - это такой тип реле, который полностью состоит из полупроводниковых радиоэлементов и не имеет в своем составе механических переключателей.
Многие из этих полупроводниковых радиоэлементов, думаю, вам уже знакомы. Это диод, транзистор, тиристор и симистор.
На английский манер твердотельное реле звучит как SSR (Solid State Relay). В промышленности твердотельные реле выглядят примерно так:
Их легко спутать с электромагнитным реле, но почти на каждом таком реле вы увидите надпись SSR или Solid State Relay.
Плюсы твердотельных реле
Допустим, вы проектируете электрошкаф для управления каким-либо станком ЧПУ. Для управления различной периферией такого станка требуется множество реле.
В данном примере у нас простые электромагнитные реле. Посмотрите, сколько места они занимают!
Твердотельные реле имеют малую толщину и габариты, по сравнению с электромагнитным реле.
В результате этого у нас освободится пространство в шкафу, что позволит сделать электрошкаф компактнее и освободить место для других средств автоматики.
Твердотельное реле применяются в основном как промежуточное звено для управления мощной нагрузкой между ПЛК (программируемым логическим контроллером) и, собственно, самой нагрузкой.
PLC - программируемый логический контроллер
Relays - реле
Valves - электромагнитные клапана
Heat Tracings - греющий кабель
Heaters - нагревательные элементы
Alarms - сигнальные устройства предупреждения (лампы, сирены)
Для мощных нагрузок, таких как нагревательные элементы, используют твердотельные реле, состоящие из тиристоров и симисторов.
Вот еще некоторые плюсы твердотельных реле:
1) Высокая, почти мгновенная скорость переключения, что не скажешь об электромеханическом реле
2) При переключении не генерируют электромагнитные помехи
3) Можно использовать во взрывоопасных средах
4) Надежны в суровых условиях эксплуатации
Как работает реле
Давайте рассмотрим самый распространенный тип реле:
Это реле может коммутировать переменный ток до 480 Вольт и выдать в нагрузку до 90 Ампер.
Он имеет нормально-открытый контакт, выводы которого соединяются с клеммами 1 и 2.
А что означает эта надпись?
Это управляющий вход реле.
Для того, чтобы замкнулись контакты 1 и 2, нам нужно подать постоянное напряжение на контакты 3 и 4. Давайте так и сделаем.
Пока напряжение с блока питания 0 Вольт, контакты 1 и 2 у нас не будут замыкаться.
На контакты 3 и 4 мы должны подать постоянное напряжение в диапазоне от 3 и до 32 Вольт, чтобы реле сработало.
Здесь в примере мы подаем напряжение 3,2 Вольта, и как вы видите,после срабатывания реле контакты 1 и 2 замкнутся между собой.
Вот простая схема управления водонагревательным баком с использованием твердотельного реле и с датчиком обратной связи по температуре. Как только вода нагреется до установленной температуры, PLC подаст сигнал на выключение реле.
PLC - программируемый логический контроллер
Load - нагрузка
Water Tank - емкость под воду
AC Power Supply - сетевое напряжение 220 Вольт
Как вы уже, наверное знаете, сигналы с низкой амплитудой напряжения, такие как, например, сигналы с термопары, могут быть искажены электромагнитными и электрическими помехами.
Электромеханические реле при коммутации генерируют электромагнитные помехи в окружающее пространство и в сеть. И чем больше таких "щелкающих" электромеханических реле, тем больше шанс, что сигнал на информационных проводах будет "ловить" эти помехи, что приведет к неправильной интерпретации данных, поступающих с какого-либо датчика.
Используя твердотельные реле можно свести этот фактор до нуля, так как в них нет клацающих и искрящих контактов. Также во взрывоопасных средах применение твердотельного реле обязательно, так как электромеханические реле будут искрить, что может привести к взрыву.
Типы твердотельных реле
Существуют три типа твердотельных реле.
Реле мгновенного включения ( Random Turn-on SSR)
На вход такого реле подаем сигнал логической единицы. Пусть это будет 5 Вольт. И как только мы подали сигнал на вход (на клеммы 3 и 4) на выходе в тот же миг контакты 1 и 2 замкнутся.
С коммутацией перехода через ноль (Zero-Crossing SSR)
Самый наиболее распространенный тип твердотельного реле.
В этом случае переключение выходных контактов происходит не сразу, а только после того, как синусоида переменного тока пройдет через ноль.
Как же происходит выключение?
У обоих типов реле выключение происходит, когда снят управляющий сигнал и синусоида переменного коммутирующего сигнала пересекает ноль.
Твердотельное реле с пропорциональным управлением (Proportional Control SSR)
Можно сказать, что это реле близкий родственник диммеру. Только управление нагрузкой происходит не вращением ручки переменного резистора, а напряжением на входе такого реле.
Меньше напряжение на входе, меньше ток на выходе
Больше напряжение на входе, больше ток на выходе. Все просто!
Управление таким реле может осуществляться с помощью напряжения 0-5 Вольт, другие типы могут управляться напряжением 0-10 Вольт, а также есть такие, которые на входе управляются силой тока 4-20мА.
Например, у нас есть реле с входным управляющим напряжением от 0 до 10 Вольт. Подавая 0 Вольт у нас на выходе также будет ноль вольт. Подавая 5 Вольт на вход, мы будем срезать 50% волны, следовательно, мощность в нагрузке упадет в два раза.
Если же будем подавать 10 Вольт на вход, то такое реле откроется полностью.