Комутація потужних навантажень. Клацаємо реле правильно. Електрична дуга Комутація індуктивного навантаження на постійному струмі

Управління потужними навантаженнями - досить популярна тема серед людей, що так чи інакше стосуються автоматизації будинку, причому незалежно від платформи: будь то Arduino, Rapsberry Pi, Unwired One або інша платформа, включати-вимикати їй який-небудь обігрівач, котел або канальний вентилятор рано чи пізно доводиться.

Традиційна дилема тут – чим, власне, комутувати. Як переконалися багато хто на своєму сумному досвіді, китайські реле не мають належної надійності - при комутації потужного індуктивного навантаження контакти сильно іскорять, і одного разу можуть просто залипнути. Доводиться ставити два реле – друге для підстрахування на розмикання.

Замість реле можна поставити симистор або реле твердотільне (по суті, той же тиристор або полівик зі схемою управління логічним сигналом і опторозв'язкою в одному корпусі), але у них інший мінус - вони гріються. Відповідно, потрібний радіатор, що підвищує габарити конструкції.

Я ж хочу розповісти про просту і досить очевидну, але при цьому схему, що рідко зустрічається, вміє ось таке:

Гальванічна розв'язка входу та навантаження

Комутація індуктивних навантажень без викидів струму та напруги

Відсутність значного тепловиділення навіть на максимальній потужності

Але спочатку – трохи ілюстрацій. У всіх випадках використовувалися реле TTI серій TRJ і TRIL, а як навантаження - пилосос потужністю 650 Вт.

Класична схема – підключаємо пилосос через звичайне реле. Потім підключаємо до пилососу осцилограф (Обережно! Або осцилограф, або пилосос - а краще обидва - повинні бути гальванічно розв'язані від землі! Пальцями та яйцями в сільничку не лазити! З 220 В не жартують!) І дивимося.

Включаємо:

Довелося майже на максимум мережевої напруги (намагатися прив'язати електромагнітне реле до переходу через нуль - завдання згубне: воно надто повільне). В обидва боки бабахнуло коротким викидом із майже вертикальними фронтами, на всі боки полетіли перешкоди. Очікувано.

Вимикаємо:

Різке пропадання напруги на індуктивному навантаженні не обіцяє нічого хорошого - вгору полетів викид. Крім того, бачите ці перешкоди на синусоїді за мілісекунди до власне відключення? Це іскріння контактів реле, що почали розмикатися, через яке вони якось і прикиплять.

Отже, "голим" реле комутувати індуктивне навантаження погано. Що зробимо? Спробуємо додати снаббер - RC-ланцюжок з резистора 120 Ом та конденсатора 0,15 мкФ.

Включаємо:

Найкраще, але не сильно. Викид зменшив у висоті, але в цілому зберігся.

Вимикаємо:

Та сама картина. Сміття залишилося, більше того, залишилося іскріння контактів реле, що хоч і сильно зменшилося.

Висновок: зі снаббером краще, ніж без снаббера, але глобально проблеми не вирішує. Тим не менш, якщо ви бажаєте комутувати індуктивні навантаження звичайним реле – ставте снаббер. Номінали треба підбирати за конкретним навантаженням, але 1-Вт резистор на 100-120 Ом та конденсатор на 0,1 мкФ виглядають розумним варіантом для даного випадку.

Література на тему: Agilent - Application Note 1399, «Maximizing the Life Span of Your Relays». При роботі реле на найгірший тип навантаження – мотор, який, крім індуктивності, при старті має ще й дуже низький опір – добрі автори рекомендують зменшити паспортний ресурс реле у п'ять разів.

А тепер зробимо хід конем – об'єднаємо симистор, симисторний драйвер із детектуванням нуля та реле в одну схему.

Що таке на цій схемі? Зліва – вхід. При подачі нього «1» конденсатор C2 практично миттєво заряджається через R1 і нижню половину D1; оптореле VO1 включається, чекає найближчого переходу через нуль (MOC3063 - із вбудованою схемою детектора нуля) і включає симістор D4. Навантаження запускається.

Конденсатор C1 заряджається через ланцюжок R1 і R2, на що йде приблизно t = RC ~ 100 мс. Це кілька періодів напруги, тобто, за цей час симистор встигне включитися гарантовано. Далі відкривається Q1 - і включається реле K1 (а також світлодіод D2, що світить приємним смарагдовим світлом). Контакти реле шунтують симистор, тому далі - до виключення - він у роботі участі не бере. І не гріється.

Вимкнення - у зворотному порядку. Як тільки на вході з'являється "0", C1 швидко розряджається через верхнє плече D1 та R1, реле вимикається. А ось симистор залишається ввімкненим приблизно 100 мс, так як C2 розряджається через 100-кілоомний R3. Більше того, оскільки симистор утримується у відкритому стані струмом, навіть після відключення VO1 він залишиться відкритим, поки струм навантаження не впаде в черговому напівперіоді нижче струму утримання симістора.

Увімкнення:

Виняток:

Красиво, чи не так? Причому при використанні сучасних симісторів, стійких до швидким змінамструму та напруги (такі моделі є у всіх основних виробників - NXP, ST, Onsemi, etc., найменування починаються з «BTA»), снаббер не потрібен взагалі, ні в якому вигляді.

Більше того, якщо згадати розумних людей з Agilent і подивитися, як змінюється струм, що споживається мотором, вийде ось така картинка:

Стартовий струм перевищує робітник більш ніж чотири рази. За перші п'ять періодів – той час, на який симистор випереджає реле у нашій схемі – струм падає приблизно вдвічі, що також суттєво пом'якшує вимоги до реле та продовжує його життя.

Так, схема складніша і дорожча, ніж звичайне реле або звичайний симистор. Але часто вона того варта.

Поява напівпровідників вплинула на розвиток електроніки: габаритні розміри, як і вартість компонентів, зменшилися в рази. Діоди та транзистори стали впроваджуватися повсюдно. Однією із таких галузей стала релейна техніка, яка завдяки напівпровідникам значно розширила діапазон застосування.

Використання напівпровідників призвело до появи нового класу релейної техніки — твердотілого реле (ТТР). Так, якщо в електромеханічних реле для розмикання (замикання) ланцюга використовувався механічний контакт, то в новому класі пристроїв цю функцію взяли на себе транзистори та тиристори (симістори). Дана заміна дозволила уникнути ряду істотних недоліків електромеханічних реле, таких як: брязкіт контактів, виникнення дугового розряду при перемиканні, високий час перемикання і низька надійність. До того ж застосування ланцюга обв'язки дозволило додати «інтелект» реле, тобто. реалізувати ряд сервісних функцій: контроль переходу через нуль, наявність статусного сигналу тощо. Причому це має досить компактний розмір. Застосування напівпровідників також дозволило уникнути електромагнітної розв'язки, замінивши її оптоелектронною, що дозволило збільшити помехозащищенность.

Наявність всіх цих переваг дозволило застосувати ТТР у різних галузях виробництва. Так можливість організації спрацьовування реле при переході управляючого сигналу через нуль, а його максимальному (амплітудному) значенні зміцнило роль ТТР для комутації індуктивної навантаження. Цей процес відрізняється від комутації активного навантаження тим, що в момент подачі сигналу починається перехідний процес встановлення стаціонарного режимуелектричного ланцюга, у якому середнє значення струму у період дорівнює нулю. У цьому випадку в ланцюзі на час перехідного процесу, який залежить від індуктивності та опору ланцюга (постійного часу ланцюга τ=L/R), з'являється постійна складова електричного струму(Ланцюг на час перехідного процесу працює з підмагнічуванням). Найнебажаніший момент включення це момент переходу напруги фази через нуль. В цьому випадку струм підмагнічування і, відповідно, амплітуда струму в ланцюзі має максимальне значення. Такий режим може призвести до насичення осердя (трансформатор, автотрансформатор, обмотка контактора тощо). І як наслідок, різкого зменшення індуктивності і, відповідно, різкого збільшення струму (рис.1).

Малюнок 1 - перехідний процес при включенні реле під час переходу напруги фази через нуль. τ - постійна часу електричного кола.

Цього можна уникнути, якщо увімкнути реле при максимальному амплітудному Um) значенні змінної напруги (рис. 2). Як видно з графіка, це досягається за допомогою зсуву фаз струму щодо напруги на 90?.

Малюнок 2 – перехідний процес при включенні реле під час переходу напруги фази через максимальне значення Um.

Одним із варіантів вирішення даного завдання є використання напівпровідникового оптоелектронного однофазного реле. змінного струмуРПТ-90 з включенням при максимальному (амплітудному Um) значенні змінної напруги, що випускається вітчизняною фірмою ЗАТ «Протон-Імпульс» (рис. 3). Реле виконано у монолітному корпусі з габаритами 58,4х45,7х23.

Малюнок 3 – Габаритні та приєднувальні розміри модуля

Реле призначене для підключення активного та активно-індуктивного навантаження (трансформатор. автотрансформатор, електромагнітний контактор і т.д.) до мережі змінного струму частотою f=50-60Гц, напругою Uд=100-400В. Як управляючого може бути змінна напруга від 7 до 278 В. Схема включення зображена малюнку 4.

Рисунок 4 – Схема включення реле РПТ-90

Дане реле є універсальним, має захист IP 54 і дозволяє комутувати як активне, так і індуктивне навантаження струм до 63 А. Технічні характеристикиреле представлені у таблиці 1.

Таблиця 1. Основні параметри РПТ-90

Висновки:

Крім перерахованих переваг ТТР володіють підвищеною надійністю і часом роботи, що робить представлене реле універсальним рішенням для завдання комутації ланцюга на активне та індуктивне навантаження.

KIPPRIBOR – російський виробник твердотільних реле (ТТР). Твердотільні реле KIPPRIBOR забезпечують надійну комутацію в найбільшому на сьогодні в Росії діапазоні струмів навантаження (до 800 А), конструктивно високонадійні (повна заливка елементів компаундом, мідна основа ефективного тепловідведення, автоматизоване виробництво, спеціальна методика тестування готових виробів). Ви можете придбати ТТР KIPPRIBOR у дилерів компанії ОВЕН.

Роль твердотільних реле (ТТР або в англійському варіанті SSR або прийнятому в науковому світі ТППТ) в сучасних системах комутації електричних навантажень істотна. В останні роки в різних технологічних галузях (від автомобільної електроніки, систем зв'язку та побутової електроніки до промислової автоматики) йде перехід від побудови систем комутації на звичайних пускачах та контакторах до зручних, надійних способів комутації за допомогою напівпровідникових перемикачів.

Що потрібно знати про твердотільне реле? Де застосовується і як воно влаштоване? Відповіді на ці запитання Ви знайдете у цьому розділі нашого порталу.

Твердотельне реле (ТТР)- Це клас сучасних модульних напівпровідникових приладів, виконаних за гібридною технологією, що містять у своєму складі потужні силові ключі на систорних, тиристорних або транзисторних структурах. З точки зору кінцевого користувача, тиристори і симістори є швидше комплектуючими виробами, а твердотільне реле є завершеним і готовим до використання пристроєм. Мало хто знає, що у науковому світі твердотільні реле називаються – тиристорні перемикачі. Найбільшого поширення в промисловості набули тиристорні перемикачі змінного струму (ТППТ). У якийсь момент часу маркетологи придумали найменування "Твердотельне реле", яке з одного боку об'єднало два терміни перемикачі змінного струму і перемикачі постійного струму в один загальний, а з іншого боку такий термін став ближчим і доступнішим широкому споживачеві. Зрештою, цей термін прижився і був прийнятий фахівцями, а тиристорні перемикачі отримали широке застосування як силові комутаційні елементи. По суті, твердотільне реле – це комутаційний елемент на базі напівпровідникового елемента, але додатково має у своєму складі схему перетворення сигналів управління напівпровідниковим елементом на зручний для використання та застосування сигнал. До того ж, твердотільне реле містить низку конструктивних рішень, що забезпечують надійність та зручність застосування. Вони з успіхом використовуються для заміни традиційних, контакторів та пускачів. Твердотілі реле забезпечують найбільш надійний метод комутації ланцюгів. Виконуючи ті ж функції, ТТР мають ряд переваг:

Відсутність рухомих елементів;
Висока надійність та тривалий ресурс;
Стабільність показників протягом усього терміну служби;
Відсутність брязкоту контактів та акустичного шуму;
Низьке енергоспоживання та висока швидкодія;
Малі габарити при високих значеннях номінального струму;
Зручний для монтажу корпус на радіатор;
Більше низький рівеньгенерованих при комутації перешкод.

Стандартизований тип корпусу реле та асортимент спеціалізованих радіаторів охолодження позбавляє користувача конструкторських турбот при розміщенні обладнання за місцем експлуатації.

Поряд з перевагами, є й деякі незручності при використанні ТТР: виділення тепла в робочому режимі, яке властиве будь-якому напівпровідниковому пристрої, і дещо більша вартість, порівняно з еквівалентними моделями електромеханічних реле та контакторів. Однак, завдяки практично нескінченному ресурсу роботи та виключенню простої обладнання, ТТР окупають себе за відносно короткий проміжок часу. Крім того, існують спеціальні серії твердотільних реле з технологією нанесення напівпровідникового ключа безпосередньо на підкладку реле (вихід SCR-типу), що дає безпрецедентне поліпшення показників тепловідведення та надійності експлуатації в цілому.

Твердотельне реле KIPPRIBOR представляють широкий діапазон модифікацій для комутації як малих, і великих струмів навантаження, і навіть спецсерії до виконання специфічних завдань комутації. ТТР KIPPRIBOR забезпечує надійну гальванічну ізоляцію вхідних та вихідних електричних ланцюгів один від одного, а також струмопровідних ланцюгів від елементів конструкції приладу, тому застосування додаткових заходів ізоляції ланцюгів не потрібне. Гальванічна ізоляція передбачає повну відсутність електричних зв'язківміж вхідним та вихідним ланцюгом і здійснюється за рахунок застосування «оптопар», що дозволяють передавати сигнал управління оптичним методом.

Винятком є модифікація реле HD-xx44.VA, Здійснює регулювання вихідної напруги за рахунок управління змінним резистором. Це зумовлено схемотехнічною особливістю реле.

Модифікації твердотільних реле (ТТР) KIPPRIBOR

Однофазні ТТР KIPPRIBOR

Серія KIPPRIBOR MD-xx44.ZD3- однофазні реле твердотільні в мініатюрному корпусі спеціально для комутації малопотужного резистивного або слабоіндуктивного навантаження. На сьогодні це найбюджетніший у Росії варіант однофазних ТТР. Можливе використання в однофазній або трифазної мережі.
Серії KIPPRIBOR HD-xx44.ZD3 та HD-хх44.ZA2- однофазні загальнопромислові реле твердотільні в стандартному корпусі для комутації найпоширеніших в промисловості діапазонів струмів резистивного або індуктивного навантаження. Можливе використання в однофазній або трифазній мережі.
Серія KIPPRIBOR HD-xx25.DD3- однофазні реле твердотільні для комутації ланцюгів постійного струму резистивного або індуктивного навантаження. Також ТТР цієї серії застосовується для посилення вихідного сигналу регулюючого приладу (з невеликою здатністю навантаження виходу) при підключенні до нього декількох ТТР. Можливе використання в однофазній або трифазній мережі.
Серії KIPPRIBOR HD-xx44.VA, HD-xx25.LA та HD-xx22.10U- одофазні твердотільні реле для безперервного регулювання напруги в діапазоні від 10 до номінального значення, пропорційно вхідному сигналу. Рекомендуються лише для комутації резистивного навантаження. Можливе використання в однофазній або трифазній мережі.
Типи сигналів, що управляють:
- змінний резистор 470 кОм, 0,5 Вт HD-xx.44VA;
- уніфікований струмовий сигнал 4-20 мА для HD-xx25.LA;
- уніфікований сигнал напруги 0…10 для HD-xx.2210U.
Серія KIPPRIBOR HDH-xx44.ZD3- однофазні реле твердотільні для комутації потужного навантаження, виконані в стандартному корпусі ТТР. Дозволяють комутувати резистивне або індуктивне навантаження в однофазній або трифазній мережі.
Серії KIPPRIBOR SBDH-xx44.ZD3 та BDH-xx44.ZD3- однофазні реле твердотільні для комутації потужного навантаження, виконані в корпусах промислового стандарту. Використовуються для комутації ланцюгів живлення потужних резистивних чи індуктивних навантажень у однофазній чи трифазній мережі. Корпус має великі клеми для зручного підключення дротів великого перерізу. ТТР серії SBDH виконаний більш компактному корпусі.
Серії KIPPRIBOR GaDH-xxx120.ZD3- з посиленим тепловідведенням GwDH-xxx120.ZD3з водяним охолодженням – однофазні ТТР. Перекривають найбільший на сьогоднішній день у Росії діапазон струмів навантаження. Використовуються для комутації ланцюгів живлення потужних резистивних чи індуктивних навантажень в однофазній чи трифазній мережі, забезпечуючи гарантований запас потоку.

Трифазні ТТР KIPPRIBOR

Серії KIPPRIBOR HT-xx44.ZD3 та HT-xx44.ZA2трифазні реле твердотільні для комутації резистивного навантаження. Забезпечують одночасну комутацію по кожній із 3-х фаз. Можливе використання для групової комутації навантаження у трьох однофазних ланцюгах.

Нагрів твердотільних реле при комутації навантаження обумовлений електричними втратами на силових напівпровідникових елементах. Збільшення температури ТТР накладає обмеження на величину комутованого струму, оскільки чим вище температура твердотільного реле, тим менший струм воно здатне комутувати. Досягнення температури в 40 ° C не викликає суттєвого погіршення робочих параметрів, а нагрівання твердотільного реле в 70 ° С істотно знижує допустиму величину комутованого струму: навантаження може відключатися не повністю, а саме ТТР перейти в некерований режим роботи і навіть вийти з ладу.

Отже, при тривалій роботі твердотільного реле в номінальних, і особливо «важких» режимах (при тривалій комутації при струмах навантаження понад 5 А) потрібне застосування радіаторів або повітряного охолодження для розсіювання тепла. При підвищених навантаженнях, наприклад, у разі навантаження індуктивного характеру (соленоїди, електромагніти тощо), рекомендується вибирати твердотільне реле з великим запасом струму (у 2-4 рази), а у разі застосування твердотільних реле для керування асинхронним електродвигуном необхідний 6-10 кратний запас струму.

При роботі з більшістю типів навантажень включення твердотільного реле супроводжується стрибком струму (пусковим навантаженням) різної тривалості та амплітуди, і це необхідно враховувати при виборі твердотільного реле.

Для різних типівнавантажень можна вказати такі величини пускових навантажень:

чисто активні навантаження (нагрівачі типу ТЕН) дають мінімально можливі стрибки струму (до 25% від номінального), які практично усуваються при використанні реле твердотільного з перемиканням в нулі;
лампи розжарювання, галогенні лампи при включенні пропускають струм у 7...12 разів більше від номінального;
флуоресцентні лампи протягом перших секунд (до 10 сек) дають короткочасні стрибки струму, що в 5-10 разів перевищують номінальний струм;
ртутні лампи дають потрійне навантаження струмом протягом перших 3-5 хв;
обмотки електромагнітних реле змінного струму: струм у 3...10 разів більший за номінальний протягом 1-2 періодів;
обмотки соленоїдів: струм у 10...20 разів більший за номінальний протягом 0,05 - 0,1 сек;
електродвигуни: струм у 5…10 разів більший за номінальний протягом 0,2 - 0,5 сек;
високоіндуктивні навантаження з серцевиками, що насичуються (трансформатори на холостому ходу) при включенні у фазі нуля напруги: струм у 20-40 разів більше номінального протягом 0,05 - 0,2 сек;
ємнісні навантаження при включенні у фазі, близької до 90°: струм у 20-40 разів більший за номінальний протягом часу від десятків мікросекунд до десятків мілісекунд.

Здатність твердотільних реле витримувати струмові навантаження характеризуються величиною ударного струму, тобто. амплітудою одиночного імпульсу заданої тривалості (зазвичай 10 мс). Для реле постійного струму ця величина зазвичай у 2 – 3 рази перевищує значення максимально допустимого постійного струму, для тиристорних реле це співвідношення близько десяти.

Вибір номінального струму твердотільного реле для конкретного навантаження полягає в підборі запасу по номінальному струму реле і введенням додаткових заходів для зменшення пускових струмів (резистори, що струмообмежують, реактори і т.д.).

Алгоритм вибору твердотільного реле можна звести до виконання трьох основних кроків:

Визначаємо необхідну модифікацію реле, виходячи з типу напруги живлення (одно-або трифазне, постійного або змінного струму), необхідного типу сигналу управління (дискретний постійного або змінного струму, або аналоговий).
Вибираємо необхідне значення струму реле, виходячи з умови, що струм твердотільного реле повинен перевищувати значення струму навантаження в будь-якому режимі роботи, тобто при виборі струму реле керуємося не номінальним струмом навантаження, а пусковим, стартовим і т. п. Наприклад, для нагрівача стартовий струм вище на 10%, значить і при виборі керуємося на 30 - 40% більшим від номінального значенням (10%-пусковий струм нагрівача, 20% - коливання напруги в мережі). А ось для лампи розжарювання стартовий струм, як уже казали, вище в 10-12 разів, значить і реле вибираємо зі струмом у 12 разів більшим, ніж номінальний.
Вибираємо необхідний радіатор охолодження для підібраного реле твердотільного, виходячи з номінального робочого струму навантаження, підключеного до реле. При виборі радіатора краще скористатися таблицею підбору радіатора, наведеною на нашому сайті. Прохання враховувати фактори, що погіршують тепловідведення, і свідомо вибирати радіатор із запасом по потужності, що розсіюється.

Для підвищення стійкості твердотільного реле до імпульсних перешкод паралельно комутуючим контактам ТТР є ланцюг, що складається з послідовно включених резистора і ємності (RC-ланцюжок).

Для повнішого захисту від джерела навантаження за напругою з боку навантаження необхідно включити захисні варистори паралельно кожній фазі твердотільного реле, а у випадку з ТТР, що комутують постійний струм - захисний діод.

Докладніше про RC-ланцюжок, правила підбору варистора та діода див. нижче.

Радіатори серії РТР для твердотільних реле KIPPRIBOR

Твердотельне реле при протіканні через нього струму ланцюга навантаження нагрівається, це зумовлено електричними втратами на силових напівпровідникових елементах. При цьому збільшення температури реле накладає обмеження на величину комутованого струму навантаження. З метою охолодження ТТР комутаційний елемент у всіх твердотільних реле KIPPRIBOR змонтований на металеву основу корпусу, на яку розсіюється тепло, що виділяється в процесі роботи. Однак металева основа твердотільного реле через малу свою площу здатна успішно розсіювати лише невелику кількість тепла, коли струм навантаження не перевищує 5А. Отже, при тривалій роботі реле зі струмами навантаження понад 5А потрібне застосування додаткових заходів охолодження. Найбільш очевидний спосіб покращити тепловідведення реле – збільшити площу розсіювання тепла від металевої основи реле. Домогтися цього можна встановленням реле твердотільного на радіатор охолодження.

Значення струму навантаження, позначене на шильдику твердотільного реле, вказується з умови нагрівання основи реле не вище 40°C. Чим вище температура розігріву реле, тим менший струм здатне комутувати. При нагріванні реле понад 40°С допустима величина комутованого струму знижується і буде менше заявленого на шильдику значення реле. При 70 ° С комутаційна здатність реле падає вдвічі. А при нагріванні до 80°С виникає тепловий перегрів комутаційного ключа з переходом реле в некерований режим, коли навантаження включається за допомогою ТТР, але відключитися вже не може. У результаті це призводить до теплового пробою комутаційного елемента і, відповідно, виходу з ладу реле. Очевидно, що для нормальної експлуатації твердотільного реле необхідно забезпечувати відведення тепла від комутаційного елемента, щоб уникнути перегріву реле з наступним виходом його з ладу.

Крім того, робота реле при підвищених температурах (понад 60 градусів) скорочує ресурс експлуатації та підвищує ймовірність виходу реле з інших причин.

У разі підвищеної температури навколишнього середовища (понад 40°С) ТТР не зможе нормально охолоджуватися навіть при використанні радіатора з примусовим обдуванням. У такій ситуації ТТР перегріватиметься і може вийти з ладу. У цьому випадку можливі два варіанти вирішення:

передбачати силові шафи із зовнішнім охолодженням (кондиціонери);
використовувати ТТР із водяним охолодженням серії GwDH.

Використання стандартної серії ТТР при підвищених температурах та без зовнішнього кондиціонування повітря можливе за умови вибору номінального струму реле з урахуванням його підвищеної температури експлуатації.

ГОЛОВНЕ ПРАВИЛО ВИБОРУ РАДІАТОРА

При виборі радіатора для охолодження реле твердотільного слід керуватися:

насамперед, здатністю радіатора розсіювати тепло (!);
і лише потім приділяти увагу габаритним характеристикам.

ГОЛОВНЕ ПРАВИЛО МОНТАЖУ РАДІАТОРА

Установку радіатора охолодження за місцем застосування необхідно проводити таким чином, щоб його ребра охолодження були паралельні потокам повітря: за відсутності примусової вентиляції – вертикально, по потоку природної циркуляції повітря (знизу вгору), або в будь-якому положенні за наявності примусового обдування за допомогою вентилятора охолодження . Монтаж всіх моделей радіаторів РТР складає площину гвинтами.

Особливу увагу слід приділити встановленню твердотільного реле на радіатор та проводити її з використанням теплопровідної пасти.

Монтаж твердотільного реле на радіатор

Для різних серій реле твердотілих на радіаторах серії РТР є різні посадкові отвори. Типи допустимих для встановлення на конкретний радіатор реле вказані в характеристиках радіатора.

Під час встановлення ТТР на радіатор необхідно використовувати теплопровідну пасту. Теплопровідна паста – це, як правило, паста на силіконовій основі, що має гарну теплопровідність. Використовується в електронних пристроях для поліпшення процесу відведення тепла від компонентів, змонтованих на радіаторі. Застосування теплопровідної пасти при монтажі реле твердотільного на радіатор охолодження значно покращує теплопередачу від реле до радіатора. Підвищення ефективності тепловіддачі відбувається за рахунок заповнення дрібних порожнин між поверхнями реле і радіатора, тобто за рахунок компенсації шорсткостей і дефектів поверхонь, що стикаються. Найбільш поширеною маркою теплопровідної пасти на ринку є паста марки КПТ-8 з робочою температурою від –60 до +180 °С. Альтернативним варіантом може бути теплопровідна пластина, застосовувана деякими виробниками ТТР. Однак не варто забувати, що теплопровідна паста сприяє покращенню показників тепловідведення тільки при правильному її нанесенні.

При нанесенні теплопровідної пасти на твердотільне реле увагу варто приділяти питанню дотримання оптимальної товщини та рівномірності нанесеного шару. Занадто товстий шар теплопровідного матеріалу збільшує тепловий опір переходу «радіатор – реле» та перешкоджає нормальному відводу тепла від твердотільного реле. Нерівномірний шар призводить до утворення між поверхнями реле та радіатора ще більшої кількості повітряних порожнин і різко підвищує тепловий опір переходу. Оптимальним вважається шар теплопровідної пасти до 40 мкм, коли через шар термопасти видно структуру поверхні радіатора, оскільки цього цілком достатньо для покриття шорсткості поверхонь. Доцільно наносити пасту на радіатор з використанням рівного металевого шпателя, домагаючись розподілу пасти пропорційно до дефектів поверхні. Нанесення пасти на радіатор ефективніше через більшу нерівність його поверхні в порівнянні з основою реле. Після встановлення реле на радіатор з нанесеною термопастою необхідно здійснити «притирання» поверхонь. Притирання відбувається невеликими коливальними рухами (до 5 мм, але без взаємного відриву поверхонь!) з одночасним притиском реле крадіатору. Тільки після цього можна зробити фіксацію реле на радіаторі гвинтами.

ПІДБІР радіаторів для конкретної серії ТТР

Точний розрахунок необхідного радіатора охолодження для конкретного випадку застосування ТТР потребує великої кількості математичних обчислень. Однак, більшість застосувань твердотільних реле – типове (установка у вертикальну шафу, навантаження – нагрівальні елементи). У цьому випадку можна спростити вибір радіатора, використовуючи Таблиця підбору радіатора для твердотільних реле KIPPRIBOR, яку ви знайдете на нашому сайті в розділі Радіатори для Твердотільних Реле.

Однак варто враховувати, що таблиці підбору радіаторів розроблені виходячи з нормальних умов експлуатації ТТР, коли температура експлуатації не перевищує 25 °С, а радіатор встановлений у місці, де добре природна циркуляція повітря ніщо не перешкоджає. Тому при виборі по таблицях підбору варто обов'язково враховувати фактори, що погіршують тепловіддачу (розміщення в шафі, підвищену зовнішню температуру в місці установки і т. п.), і вибирати радіатор свідомо із запасом по потужності, що розсіюється. При цьому слід пам'ятати, що, щоб уникнути зайвих витрат, радіатор вибирається виходячи з номінального тривалого струму навантаження, а не струму, на який розраховано ТТР. Радіатори охолодження KIPPRIBOR РТР представлені декількома моделями, що відрізняються між собою габаритно-технічними характеристиками і величиною потужності, що розсіюється. У разі якщо стоїть завдання застосування твердотільного реле KIPPRIBOR c радіатором охолодження стороннього виробника, то необхідно буде провести тепловий розрахунок для вибору необхідного типу радіатора. Вихідні дані та методику розрахунку в цьому випадку необхідно запросити у виробника радіатора охолодження

Див. докладний опиствердотільних реле KIPPRIBOR серій:

спецсерії однофазних ТТР: HD-xx25.DD3 | HD-xx44.VA, HD-xx22.10U та HD-XX25.LA

ТТР із посиленим тепловідведенням: GaDH-xxx120.ZD3 та GwDH-xxx120.ZD3

Загальна класифікація твердотільних реле (ТТР) KIPPRIBOR за типом комутованої мережі

Реле для комутації однофазної мережі:

можуть використовуватися для комутації трифазної мережі при використанні одного твердотільного однофазного реле на кожну фазу;
дозволяють здійснювати комутацію трифазного навантаження з будь-якою схемою включення (Зірка, Зірка з нейтраллю і Трикутник). Застосування окремого твердотільного реле для комутації кожної з трьох фаз істотно підвищує надійність комутації за рахунок більш оптимального охолодження реле кожної фази, а, отже, і надійність усієї системи управління в цілому;
дозволяють комутувати навантаження резистивного та індуктивного типу;

	Трифазне навантаження
«зірка»	«зірка з нейтраллю»	«трикутник»

У твердотільних реле для комутації трифазної мережі всі три комутаційні елементи є керованими. Ці реле дозволяють:

здійснювати комутацію навантаження з будь-якою схемою включення («Зірка», «Зірка з нейтраллю» та «Трикутник») або керувати трьома групами однофазних навантажень;
комутувати навантаження лише резистивного типу

Трифазне навантаження
«зірка»	«зірка з нейтраллю»	«трикутник»

Струми витоку в ланцюгу стосовно твердотільних реле

У загальному випадку струм витоку– це струм, який протікає в землю або на сторонні провідні частини у неушкодженому електричному ланцюзі.

Щодо твердотільних реле струм витоку- це струм, присутній у ланцюзі навантаження, навіть за відсутності на твердотільному реле напруги, що управляє. Струм витоку в твердотільному релі обумовлений наявністю вбудованого паралельно ланцюга навантаження RC-ланцюжки, через яку при підведеному до ТТР напрузі завжди протікає струм, навіть коли комутаційний елемент твердотільного реле знаходиться в «вимкненому стані». Наявність постійного, хоч і малого, струму витоку накладає деякі обмеження на експлуатацію твердотільних реле, зокрема, необхідно дотримуватись заходів безпеки на час проведення налагоджувальних робіт та відключати живлення ланцюга навантаження.

RC-ланцюжок (снабберний RC ланцюг)

RC-ланцюжок(Снабберний RC ланцюг) - електричний ланцюг з послідовно включених ємності (конденсатора) і опору (стосовно твердотільних реле). Номінали елементів ланцюгово зазвичай становлять C=0.1мкФ, R=50 Ом. RC-ланцюжок підвищує надійність роботи ТТР в умовах дії імпульсних перешкод (перенапруг) та обмежує швидкість наростання напруги на комутаційному елементі, що особливо важливо при комутації індуктивного навантаження. Досить часто RC-ланцюжок називають фільтром, що згладжує, або снабберним ланцюгом.

Як вже згадувалося вище, вбудована в реле RC-ланцюжок призводить до появи струму витоків ланцюга навантаження. Величина цього струму дуже мала і не надає на потужне навантаження ніякого впливу, проте цього струму цілком достатньо для того, щоб мультиметр показав наявність напруги на навантаженні, підключеної до реле.

Типи навантажень твердотільних реле. Загальна класифікація

Твердотільні реле різних виробників орієнтовані переважно управління навантаженням резистивного чи слабоіндуктивного типу, коефіцієнт потужності якої (cos φ) не нижче 0.7. Зазвичай це нагрівальні елементи різної конструкції та лампи розжарювання. У лінійці твердотільних реле KIPPRIBOR до таких відносяться серії MD, HD, HT. З метою зниження рівня створюваних перешкод при комутації навантаження, ці типи реле зазвичай мають схему контролю переходу через нуль, тобто здійснюють перемикання (включення та вимкнення) в нулі синусоїди напруги, коли комутовані струми малі.

Поряд зі стандартними серіями, у лінійці KIPPRIBOR є спеціальні серії твердотільних реле. HDH, BDH, SBDH, GaDH, GwDHвиконані із SCR-типом виходу. ТТР цих серій можна використовувати для керування навантаженням індуктивного типу, коефіцієнт потужності якої (cos φ) більше 0,5, наприклад малопотужними електродвигунами під навантаженням, соленоїдами, котушками клапанів тощо. Ці серії реле підходять і для керування резистивним навантаженням. Реле цього типу також мають схему контролю перемикання в нулі синусоїди напруги та створюють мінімальний рівень перешкод. Для навантаження високоіндуктивного типу, коефіцієнт потужності якої (cos φ) менше 0.5 (наприклад, трансформатори на холостому ході та деякі типи електродвигунів), застосування твердотільних реле пов'язане з багатьма нюансами. Зокрема, необхідно застосовувати реле зі схемою випадкового (миттєвого) перемикання. У лінійці KIPPRIBOR таких реле на Наразіне передбачено і комутація високоіндуктивного навантаження з використанням існуючих ТТР не рекомендується.

- Електричне навантаження у вигляді опору (резистора), на якому відбувається перетворення електричної енергії в теплову. Для такого навантаження характерна практично повна відсутність реактивної потужності, а коефіцієнт потужності (cos φ) зазвичай близький до 1.0.

До резистивного навантаження відноситься більшість нагрівачів (ТЕНів). Навантаження резистивного типу характеризується відносно низькими пусковими струмами, що дозволяє використовувати для комутації резистивного навантаження твердотільні реле з мінімальним запасом по струму (як правило із запасом в 30…40%) який покриває похибки номінальної потужності самого нагрівача (±10 %), збільшення потужності холодному стані (±10 %) та можливі коливання напруги живлення (±15 %). Але є винятки, яскравий приклад – лампи розжарювання. Вони мають нитку розжарення, яка є опір і в процесі роботи розігрівається до високої температури, викликаючи свічення. Однак алгоритм вибору реле для ламп розжарювання відрізняється від такого для нагрівачів. Справа в тому, що хоча нитка лампи розжарювання є по суті резистивним навантаженням, вона має досить високі стартові струми – до 12-кратних номінального значення. Це зумовлено дуже великим розкидом опорів хромової спіралі лампи в холодному і розжареному стані. Тому, вибираючи твердотільне реле для лампи розжарювання, необхідно вибирати з розрахунку: струм реле = струм лампи × 12.

ТЕН– нагрівач у вигляді металевої трубки, заповнений теплопровідним електричним ізолятором, у центрі якого встановлено нагрівальний елемент певного опору. Як нагрівальний елемент зазвичай використовується ніхромова нитка. ТЕН відноситься до навантаження резистивного типу з малими пусковими струмами.

– електричне навантаження з великою індуктивною складовою.

До індуктивного навантаження відносяться всі споживачі, де є активне та реактивна потужністьа коефіцієнт потужності (cos φ) менше 1.0, або, простими словами, будь-яка навантаження, у складі якої є електричні котушки чи обмотки: соленоїди клапанів, трансформатори, електродвигуни, дроселі і т. п. Характерною особливістю індуктивного навантаження є високі споживані струми при її включенні (пускові струми), викликані перехідними електричними процесами в котушках і обмотування . Значення пускових струмів індуктивного навантаження можуть перевищувати номінальний струм у кілька десятків разів і бути досить тривалими за часом, тому при застосуванні реле твердотільного для комутації індуктивного навантаження необхідно вибирати номінал ТТР з урахуванням пускових струмів навантаження. Дізнатися точне значення пускового струму застосовуваного навантаження можна виробника виробника або оцінити з відкритих джерел для аналогічного обладнання.

Класифікація твердотільних реле (ТТР) KIPPRIBOR за діапазоном і типом напруги, що комутується.

У лінійці твердотільних реле KIPPRIBOR представлені модифікації для застосування в ланцюгах постійного та змінного струму.

Стандартний діапазон комутації для ТТР KIPPRIBOR з дискретним керуванням

Тип комутованої мережі	Модифікації	Діапазон комутації
змінний струм	MD-xx44.ZD3	24…440 VAC
	HD-xx44.ZD3/ZA2 HDH-44.ZD3 SBDH / BDH-xx44.ZD3 HT-xx44.ZD3	40…440 VAC
	GaDH / GwDH-xxx120.ZD3	60…1000 VAC
постійний струм	HD-xx25.DD3	12…250 VDC

Стандартний діапазон комутації напруги спеціалізованих модифікацій реле:

Варто відзначити, що реле, призначене для роботи в ланцюгах змінного струму (усі модифікації ТТР KIPPRIBOR, крім модифікації HD-xx25.DD3), не зможе керувати навантаженням у ланцюзі постійного струму. Реле в даному випадку включить навантаження спочатку, але відключити вже не зможе, оскільки для закриття напівпровідникового ключа необхідне зниження напруги/струму до нульової позначки, а в ланцюзі постійного струму цього не станеться.

Так само, як і навпаки: Твердотільні реле KIPPRIBOR для управління навантаженням у ланцюги постійного струму (модифікація HD-xx25.DD3) неприпустимо застосовувати для управління ланцюгами змінного струму, оскільки як комутуючий елемент у них використовуються транзистори, і підключення їх до ланцюга змінного струму до виходу реле з ладу.

Клас з напруги- стосовно до напівпровідникових приладів(тиристорам) означає: максимально допустиме значення імпульсної напруги в закритому стані і максимально допустиме значення зворотної напруги, прикладеного до напівпровідникового елемента. Клас напруги зазвичай маркується цифрами у вигляді кількості сотень вольт, наприклад, 9-й клас напруги означатиме, що даний напівпровідниковий елемент витримує максимальну пікову напругу 900 Вольт, проте номінальна робоча напруга при цьому не повинна перевищувати 440В (мережа живлення 380В).

Для мережі живлення з номінальною напругою 220 Вольт рекомендується використовувати напівпровідникові елементи не нижче 9-го класу напруги, тобто. вони повинні мати здатність витримувати максимальну пікову напругу в 900 Вольт.

Більшість модифікацій твердотільних реле KIPPRIBOR (серії HD, HDH) має діапазон допустимої напруги комутації до 440 В, що досягається застосуванням напівпровідникових комутаційних елементів з класом за напругою не нижче 9-го (900 Вольт). Для мережі живлення з номінальною напругою 380 В за умови застосування варисторів для захисту від перенапруги допускається використовувати напівпровідникові елементи не нижче 9-го класу за напругою.

Для комутації великих потужностей навантаження існують серії реле BDH, SBDH, GaDH та GwDH, які мають комутаційні ключі ще більшого класу за напругою – 11 та 12 та 16 класи, що дозволяє застосовувати їх у складних промислових умовах з напругою живлення до 1000 Вольт.

Спеціалізовані модифікації ТТР (з індексами в позначенні ... 10U, ... LA), розраховані на максимально допустиму робочу напругу 220 ... 250 В, мають у своєму складі напівпровідникові ключі 6 ... 9 класу за напругою і не призначені для використання в ланцюгах навантаження з живленням 380 В Загальнопромислові серії твердотільних реле KIPPRIBOR мають 9 клас напруги.

Класифікація твердотільних реле KIPPRIBOR на кшталт керуючого сигналу

Залежно від модифікації твердотільні реле KIPPRIBOR можуть мати такі типи сигналів, що управляють:

керуюча напруга постійного струму 3…32 – модифікації з індексом …ZD3;
керуюча напруга змінного струму 90…250 – модифікації з індексом …ZA2;
керуюча напруга постійного струму струму 5…32 – модифікації з індексом …DD3;
ручне керування вихідною напругою за допомогою змінного резистора (470-560 кОм, 0,25-0,5 Вт) – модифікації з індексом …VA;
аналогове управління вихідною напругою за допомогою уніфікованого сигналу напруги 0…10 В – модифікації з індексом …10U;
аналогове керування вихідною напругою за допомогою уніфікованого сигналу струму 4…20 мА – модифікації з індексом …LA.

Різні варіанти керуючих сигналів дозволяють застосовувати твердотільні реле KIPPRIBOR як комутаційні елементи в різнотипних системах автоматичного управління.

Докладніше про застосування твердотільних реле див. у розділі Застосування твердотільних реле.

Класифікація твердотільних реле KIPPRIBOR за способом комутації

Твердотільні реле з контролем переходу через нуль

Даний тип реле, як правило, має у своєму позначенні букву Z, це скорочення від англійського слова Zero (у перекладі "нульовий"). Всі серії твердотільних реле KIPPRIBOR (MD, HD, HDH, HT, BDH, SBDH, GaDH, GwDH), за винятком спеціалізованих модифікацій, відносяться до цього типу ТТР.

При подачі керуючого сигналу на реле такого типу напруга ланцюга навантаження з'являється тільки в момент першого перетину синусоїдою напруги «нульового» рівня. Наочно це представлено малюнку.

Перевагами реле даного типує менший початковий кидок струму в ланцюзі навантаження при включенні, низький рівень електромагнітних перешкод і, як наслідок, збільшений термін служби комутованих навантажень.

Недоліком реле даного типу є обмеженість їх застосування для комутації індуктивного навантаження, якщо cosφ

Твердотільні реле з контролем переходу через нульзастосовуються для комутації:

резистивних навантажень: електричних нагрівальних елементів (ТЕНів), ламп розжарювання тощо.
ємнісних навантажень: наприклад, помехоподавляючих фільтрів, що згладжують, що мають у своєму складі конденсатори;
слабоіндуктивних навантажень: котушок соленоїдів, клапанів тощо.

Твердотільні реле миттєвого (випадкового) включення

Даний тип реле, як правило, має у своєму позначенні букву R, це скорочення від англійського слова Random (у перекладі «випадковий»). У лінійці продукції KIPPRIBOR реле цього типу на сьогоднішній день не передбачено.

Напруга в ланцюзі навантаження реле даного типу з'являється одночасно з подачею сигналу, що управляє (час затримки включення не більше 1 мс), і включення реле можливе на будь-якій ділянці синусоїдальної напруги. Наочно це представлено малюнку.

Твердотільні реле миттєвого (випадкового) включеннязастосовуються для комутації:

резистивні (електричні нагрівальні елементи, лампи розжарювання);
та індуктивних (малопотужні двигуни, трансформатори) навантажень за потреби миттєвого спрацьовування.

Твердотільні реле з фазовим керуванням

Твердотільні реле з фазовим керуваннямдозволяють змінювати величину вихідної напруги на навантаженні та застосовуються для наступних завдань:

регулювання потужності нагрівальних елементів,
регулювати рівень освітленості у лампи розжарювання тощо.

До цього типу відносяться реле KIPPRIBOR, керовані за допомогою змінного резистора (модифікація HD-xx44.VA), уніфікованого сигналу струму 4...20 мА (модифікація HD-xx25.LA) та уніфікованого сигналу напруги 0...10 В (модифікація HD- xx22.10U).

Величина напруги в ланцюзі навантаження реле цього типу залежить від значення сигналу в керуючому ланцюзі і пропорційна його величині. Наочно це представлено малюнку.

Типи вихідних силових елементів твердотільних реле KIPPRIBOR

Твердотільні реле KIPPRIBOR, залежно від модифікації, можуть мати як вихідний ключ один з чотирьох силових елементів:

симісторний вихід (TRIAC)- Застосовується в реле серій MD, HD, HT всіх модифікацій зі струмом до 40А (крім модифікацій з індексом DD3);
транзисторний вихід (Transistor)– застосовується у реле серії HD модифікації DD3;
SCR-вихід (SCR)- застосовується в реле серій HDH, BDH, SBDH, GaDH, GwDH всіх модифікацій та реле серії HT-xx44.ZD3 зі струмом 100А і більше;
тиристорний вихід (Thyristor)– застосовується в реле серій HD та HT всіх модифікацій із струмом понад 40А.

Симисторнівиходи використовуються в твердотільних реле на номінальні струми до 40 А включно. Розумна межа струму в 40А обумовлена тим, що при двосторонньому перебігу більшого значення струму ефективного відведення тепла від кристала симістора досягти неможливо. Симисторний вихід мають реле серій MD, HD та HT з номінальними струмами до 40А.

Тиристорнівихідні елементи застосовуються в твердотільних реле на струми від 60А. Окремо встановлені на охолоджувальній підкладці, вони значно знижують коефіцієнт теплового опору реле в цілому, що дає можливість забезпечити необхідне відведення тепла.

SCR-типвиходу застосовується в однофазних серіях реле KIPPRIBOR зі струмами навантаження понад 60-80А. Умовне позначення SCR – це загальноприйняте міжнародне найменування напівпровідникового ключа з урахуванням триодного тиристора (чи навіть тиристора). SCR-вихід стосовно твердотільного реле KIPPRIBOR позначає тип виконання напівпровідникового ключа, коли на металевій підставі реле розміщується ізолююча керамічна підкладка з безпосередньо нанесеними на неї монокристалами напівпровідникової структури.

SCR - вихід дозволяє значно знизити тепловий опір підкладки реле і підвищити характеристики тепловідведення. Тому реле цього типу мають підвищені експлуатаційні характеристики порівняно з твердотілими реле, виконаними з використанням звичайних корпусних елементів (тиристорів та симісторів).

Реле цього типу орієнтовані працювати у складніших експлуатаційних умовах за наявності швидких перехідних процесів у мережі живлення: робота у мережі з великим рівнем перешкод, робота на індуктивне навантаження, робота у умовах високих стрибків струму навантаження.

Однак це не виключає вимоги застосування радіаторів і вентиляторів охолодження для роботи з великими струмами комутації.

У модифікаціях твердотільних реле KIPPRIBOR, розрахованих на тривалу комутацію великих струмів або роботу з індуктивним навантаженням, застосовуються тиристорні SCR-виходи.

Захист ланцюгів ТТР.

Варістор. Правило підбору варистора для твердотільного реле

Варістор- Напівпровідниковий елемент, опір якого залежить від прикладеного до нього напруги. Завдяки різкому зниженню свого опору при перевищенні певного рівня напруги, такий елемент може використовуватися як обмежувач напруги в електричних ланцюгах. Стосовно твердотільного реле, варистор використовується для захисту твердотільного реле від перевищення допустимого для нього рівня перенапруг. Високі рівні перенапруг властиві мережам живлення з навантаженнями індуктивного і ємнісного типу, які генерують у мережу перешкоди від електричних перехідних процесів, що відбуваються в них. Найбільш поширені метало-оксидні варистори (MOV).

Один з основних параметрів, за яким здійснюється вибір варистора, - класифікаційна напруга варистора, це умовна величина напруги, після якої відбувається різка зміна опору варистора. Отже, для вибору варистора необхідно визначитися з номінальною напругою живлення навантаження (допустимою напругою реле) та розрахувати класифікаційну напругу варистора за спрощеною формулою:

U варистор = U робоче × (1.6 ... 1.9).

Наприклад, якщо робоча напруга живлення навантаження 230 В, а допустима робоча напруга реле 440 В, рекомендується варистор на напругу:

U варистора = 230 × (1.6 ... 1.9) = 368 ... 437В.

Оскільки варистори виготовляються зі строго певним рядом класифікаційних напруг, слід вибирати найближче відповідне напруга з низки, у разі 390 У.

В особливо складних промислових умовах експлуатації, з великою кількістю перехідних процесів у мережі та високим рівнем перенапруг при виборі варистора потрібно виходити з правила:

U варистора

Оскільки енергія, що виділяється на варисторі при коротких пікових навантаженнях, зазвичай мала, то в більшості випадків можна використовувати будь-який тип варистора для промислового призначення. Найбільш поширеними серіями вітчизняних варисторів є СН2-1, СН2-2, ВР-1, ВР-2.

Однак, завжди рекомендується вибирати варистор з можливо великим значенням допустимої енергії, що розсіюється. Зазвичай чим більше діаметр корпусу варистора, тим більшу величину енергії, що розсіюється, він забезпечує. Більшість варисторів виготовляється в невеликому круглому корпусі з дротяними висновками, що дозволяє успішно його монтувати безпосередньо на клеми ТТР.

Правило підбору захисного діода для ТТР HD-xx25.

При використанні ТТР HD-xx25.DD3 для комутації індуктивного навантаження вихід ТТР необхідно захищати від напруги самоіндукції. Найдешевшим і найпоширенішим способом такого захисту є встановлення шунтуючого діода паралельно індуктивному навантаженню. У режимі діод не надає ніякого впливу на роботу схеми. При відключенні навантаження, коли виникає напруга самоіндукції, зворотне по полярності робочої напруги, діод відкривається і шунтує індуктивне навантаження.

Правило вибору діода:

Робочий струм та зворотна напруга діода повинні бути порівняні з номінальною напругою та струмом навантаження. Для ТТР HD-xx25.DD3 цілком підійде кремнієвий діод 1N5399 з максимальним. зворотною напругою 1000 VDC та максимальним імпульсним струмом до 50 А;
Висновки діода мають бути якомога коротшими;
Висновки діода слід підключати безпосередньо до навантаження;
При підключенні діода до навантаження не використовуйте довгі проводи.

Конструктивні особливості твердотільних реле (ТТР) KIPPRIBOR

Основа твердотільного реле- це теплопровідна металева основа реле твердотільного, необхідна для відведення тепла від комутаційного елемента ТТР до радіатора охолодження. Може бути виготовлено з алюмінієвого або мідного сплаву.

Матеріал основи твердотільного реле можна відрізнити візуально: основа виготовлена з алюмінієвого сплаву, має блідо-сірий матовий колір, а основа з мідного сплаву нагадує вид матової сталі, а іноді може мати практично дзеркальну шліфовану поверхню. Мідна основа має невластивий йому дзеркально-сталевий вигляд внаслідок покриття його додатковим шаром нікелю, що унеможливлює окислення міді при тривалому чи неправильному зберіганні.

Основа ТТР із мідного сплаву- Найефективніше для твердотільного реле з точки зору тепловіддачі. Оскільки теплопровідність міді значно вища ніж у алюмінію, процес відведення тепла від комутаційного елемента ТТР відбувається значно швидше та ефективніше. Отже ТТР з мідною основою (на відміну від реле з алюмінієвою основою), більш ефективно витримує пікові навантаження та ефективніше працює в складних умовах експлуатації, проте мідь має трохи вищу вартість щодо алюмінію.

Основа з алюмінієвого сплаву- Дешевше. Оскільки алюмінієва основа твердотільного реле менш ефективна в порівнянні з мідним, його застосовують у бюджетних серіях продукції та виключно для комутації малих навантажень.

Методи діагностики та характерні нюанси роботи ТТР

Можливість перевірки силових ланцюгів ТТР мультиметром

Комутаційний напівпровідниковий ключ у ТТР забезпечений додатковими ланцюжками, що шунтують, у тому числі і RC-ланцюгом, тому перевірити його справність за допомогою вимірювань мультиметром не вийде. У жодному разі не намагайтеся перевіряти справність реле мегаомметром або приладом контролю ізоляції, оскільки такі прилади генерують вимірювальну напругу високого рівня та призведуть до пробою напівпровідникового ключа ТТР. Перевіряти справність твердотільного реле найкраще безпосереднім підключенням до нього навантаження, наприклад малопотужної лампи розжарювання. Якщо ТТРсправно, то після подачі сигналу керування лампа горітиме в повний розжар, а при знятті сигналу, що управляє, повністю гаснути.

Можливість перевірки ланцюгів керування ТТР

Всі твердотільні реле марки KIPPRIBOR мають вбудовану світлодіодну індикацію наявності сигналу, що управляє, за допомогою якої можна швидко оцінити справність роботи ланцюга управління. Вдаватися до додаткових заходів діагностики ланцюга управління ТТР не потрібно.

Тепловий перегрів та тепловий пробій ТТР

Перевірити, чи має місце перегрів реле або тепловий пробій, можна наступним чином: відключити реле від навантаження, почекати повного остигання реле, потім, не подаючи сигналу керування на реле, підключити до нього лампу розжарювання і подати живлення в ланцюг навантаження. Якщо лампа горітиме в пів-напруження або в повну потужність, то це буде свідчити про наявність пробою по одному або двох комутаційних елементів реле.

Як перевірити достатність вжитих заходів щодо охолодження ТТР?

Перевірити правильність режиму охолодження ТТР можна виміряти температуру основи реле (металевої пластини корпусу) у місцях кріплення до радіатора. Якщо температура близька до 60 °С або перевищує це значення, то охолодження для реле недостатньо і необхідно вжити додаткових заходів для поліпшення тепловідведення. Проводити діагностику реле найкраще, використовуючи безконтактний термометр (пірометр).

Реле твердильного включає, але не вимикає навантаження, в чому причина?

У більшості випадків причиною є спроба використання ТТР призначеного для напруги змінного струму з джерелом живлення постійного струму (див. розділ Класифікація твердотільних реле (ТТР) KIPPRIBOR за діапазоном і типом напруги, що комутується). В іншому випадку має місце пробій комутаційного ключа ТТР, при цьому на навантаженні зазвичай спостерігається наявність однієї напівхвилі напруги, тобто напруга на навантаженні присутня, але воно наполовину менше номінального значення. Така ситуація є наслідком пробою одного з комутаційних елементів ТТР. Ситуація, коли пробиті відразу обидва комутаційні ключі, зустрічається рідше. Найбільш ймовірними причинами пробою реле є:

великі кидки струму в ланцюзі навантаження, що перевищують допустимі межі здатності навантаження ТТР, наприклад, коли при виборі реле не були враховані стартові струми і реле було обрано, тільки виходячи з номінального струму навантаження;
наявність великого рівня перешкод (перенапруг) мережі живлення в результаті перехідних процесів, що відбуваються, наприклад, при комутації інших потужних навантажень індуктивного типу на цій же лінії мережевого живлення;
тепловий пробій виникає у разі, коли перегрів реле призводить до зниження допустимого струму комутації та подальшого пробою комутаційного елемента через перевантаження; або за перевищення критичної для ТТР температури ~80°С. Рідше буває ситуація, коли реле ще пошкоджено і має місце тепловий перегрів ТТР. В цьому випадку працездатність реле може відновитися після остигання реле до прийнятних значень температури. Така ситуація має місце при недостатності вжитих заходів щодо охолодження реле у процесі роботи;
недостатня вентиляція повітря в місці встановлення ТТР внаслідок наявності перешкод вільному руху повітря (надто маленька шафа, перекриті вентиляційні отвори тощо);

Ви можете придбати ТТР KIPPRIBOR у дилерів компанії ОВЕН. Зі списком дилерів ОВЕН ви можете ознайомитись

Перейти до каталогу твердотільних реле KIPPRIBOR каталог ТТР...>>

Задати питання, що вас цікавлять, ви можете на форумі компанії ОВЕН форум...>>

Офіційний партнер KIPPRIBOR у Росії -

Що станеться, якщо розімкнути перемикач, який керує струмом через індуктивність? Індуктивність, як відомо, характеризується наступною властивістю: U = L(dI/dt), а з цього випливає, що струм не можна вимкнути моментально, тому що при цьому на індуктивності з'явилося б нескінченну напругу. Насправді напруга на індуктивності різко зростає і продовжує збільшуватися доти, доки з'явиться струм. Електронні пристрої, які керують індуктивними навантаженнями, можуть не витримати такого зростання напруги, особливо це стосується компонентів, в яких при деяких значеннях напруги настає "пробою". Розглянемо схему, подану

Мал. 1.94. Індуктивний "кидок".

на рис. 1.94. У вихідний станперемикач замкнутий і через індуктивність (якою може виступати, наприклад, обмотка реле) протікає струм. Коли перемикач розімкнуто, індуктивність «прагне» забезпечити струм між точками А і В, що протікає в тому ж напрямку, що і при замкнутому перемикачі. Це означає, що потенціал точки стає більш позитивним, ніж потенціал точки А. У нашому випадку різниця потенціалів може досягти 1000 В, перш ніж в перемикачі виникне електрична дуга, яка і замкне ланцюг. При цьому коротшає термін служби перемикача і виникають імпульсні наведення, які можуть впливати на роботу прилеглих схем. Якщо уявити, що як перемикач використовується транзистор, то термін служби такого перемикача не коротшає, а просто стає рівним нулю!

Щоб уникнути подібних неприємностей, найкраще підключити до індуктивності діод, як показано на рис. 1.95. Коли перемикач замкнутий, діод зміщений у зворотному напрямку (за рахунок падіння напруги постійного струму на обмотці котушки індуктивності). При розмиканні перемикача діод відкривається і потенціал контакту перемикача стає вище потенціалу позитивної напруги живлення на величину падіння напруги на діоді. Діод потрібно підібрати так, щоб він витримував початковий струм, рівний струму, що протікає в режимі, що встановився через індуктивність; підійде, наприклад, діод типу 1N4004.

Мал. 1.95. Блокування індуктивного кидка.

Єдиним недоліком описаної схеми є те, що вона затягує згасання струму, що протікає через котушку, оскільки швидкість зміни цього струму пропорційна напрузі на індуктивності. У тих випадках, коли струм повинен загасати швидко (наприклад, швидкодіючі контактні принтери, швидкодіючі реле і т.д.), кращий результат можна отримати, якщо до котушки індуктивності підключити резистор, підібравши його так, щоб величина U і + IR не перевищувала максимальної допустимої напруги на перемикачі. (Найшвидше загасання для даної максимальної напруги можна отримати, якщо підключити до індуктивності зенерівський діод, який забезпечує загасання за лінійним, а не за експонентним законом.)

Рис. 1.96. RС-«демпфер» для придушення індуктивного кидка.

Діодний захист не можна використовувати для схем змінного струму, що містять індуктивності (трансформатори, реле змінного струму), так як діод буде відкритий на тих напівперіод сигналу, коли перемикач замкнутий. У подібних випадках рекомендується використовувати так званий RC-демпфуючий ланцюжок (рис. 1.96). Наведені на схемі значення R і є типовими для невеликих індуктивних навантажень, що підключаються до силових ліній змінного струму. Демпфер такого типу слід передбачати у всіх приладах, що працюють від напруги силових лінійзмінного струму, оскільки трансформатор є індуктивним навантаженням. Для захисту можна використовувати такий елемент, як металоксидний варистор. Він являє собою недорогий елемент, схожий на зовнішній вигляд на керамічний конденсатор, а за електричними характеристиками - на двоспрямований зенерівський діод. Його можна використовувати в діапазоні напруг від 10 до 1000 для значень струмів, що досягають тисяч ампер (див.

Використовуються як успішна альтернатива традиційним електромагнітним реле або контакторам. Пристрої поширені у сфері комутації однофазних та 3-фазних ліній. Вони застосовуються для безконтактної комутації опалювальних пристроїв, освітлення та іншого обладнання з резистивним навантаженням з напругою від 24 до 380 для змінного струму для управління трансформаторами. Використовуються для індуктивного навантаження, наприклад, слабкострумові двигуни або електромагніти.

Мал. №1. Зовнішній виглядтвердотільного реле та габаритні розміри.

Твердотільні реле поділяються за типом управління, це реле змінного або постійного струму з використанням змінного резистора та за допомогою аналогового сигналу струму 4 – 20 мА. Реле для керування рівня напруги включають або відключають навантаження за допомогою подачі або зняття з повного навантаження сигналу.

Переваги

Тривалий період експлуатації.
Відсутність стороннього шуму, нестійких контактних з'єднань, іскрінь та електродуги при перемиканні.
Надійний опір ізоляції в ланцюгах навантаження та ланцюгах управління комутаційними апаратами.
Відсутність акустичних перешкод.
Високий рівень енергозбереження.
Швидкодія ( висока швидкістькомутації).
Невеликі розміри.
Відсутність профілактики та технічного обслуговування.

Високі якісні електротехнічні показники уможливлюють перехід з електромагнітних реле та контакторів на твердотільні реле.

Мал. №2. Приклад твердотільного реле з використанням SCR управління.

Недоліки та заходи щодо захисту релейного пристрою

Існує кілька локальних факторів, за яких можливий вихід пристрою з ладу – це:

Перенапруження.
Струмова перевантаження та коротке замикання.
Перегрів через погане тепловідведення (максимальна температура нагрівання основи пристрою не повинна перевищувати 80 0 С).

Для навантаження понад 5 А на основу реле наноситься спеціальна теплопровідна паста. При I = 25А застосовують вентилятор. Деякі моделі обладнані захистом від перегріву, вона відключає реле при перевищенні температури тиристора – 120 0 С. Для захисту реле від перевантаження за навантаженням використовуються запобіжники на напівпровідниках (спрацьовують надзвичайно швидко (2 мс) не дозволяють розвинутися струму к.з.).

Принцип роботи твердотільного реле

Мал. №3. Схема роботи з використанням твердотільного реле. У положенні вимкнено, коли на вході спостерігається 0, твердотільне реле не дає пройти струму через навантаження. У положення ввімкнено, на вході є напруга, струм йде через навантаження.

Основні елементи регульованого вхідного ланцюга змінної напруги.

Регулятор струму служить підтримки постійного значення струму.
Двонапівперіодний міст і конденсатори на вході в пристрій служать для перетворення сигналу змінного струму в постійний.
Вбудований оптрон оптичної розв'язки, на нього подається напруга живлення і через нього протікає вхідний струм.
Тригерна ланцюг служить керувати емісією світла вбудованого оптрона, у разі припинення подачі вхідного сигналу струм припинить протікання через вихід.
Резистори, розташовані у схемі послідовно.

У твердотільних реле використовують два поширені типи оптичних розв'язок - семистор і транзистор.

Симистор має такі переваги: включення до складу розв'язки тригерного ланцюга і його захищеність від перешкод. До недоліків слід віднести дорожнечу та необхідність великих величин струму на вході у пристрій, необхідного для перемикання виходу.

Мал. №4. Схема реле із семистором.

— не потребує великого значення струму для перемикання виходу. Недолік – знаходження тригерного ланцюга поза розв'язкою, а отже більша кількістьелементів та слабкий захист від перешкод.

Мал. №5. Схема реле з тиристором.

Мал. №6. Зовнішній вигляд та розташування елементів у конструкції твердотільного реле з транзисторним керуванням.

Принцип роботи твердотільного реле типуSCRнапівперіодного управління

При проходженні струму через реле виключно одному напрямку величина потужності знижується майже 50%. Для запобігання цьому явищу використовують два паралельно підключені SCR, розташовані на виході (катод з'єднується анодом іншого).

Мал. №7. Схема принципу роботи напівперіодного керування SCR

Типи комутування твердотільних реле

Управління комутаційними діями під час переходу струму через нуль.

Мал. №8. Комутація реле під час переходу струму через нуль.

Перевага методу – відсутність перешкод при включенні.

Недоліки – переривання вихідного сигналу, відсутність можливості застосування з навантаженнями, що мають високу індуктивність.

Використовується для резистивного навантаження в системах керування та контролю нагрівальних пристроїв. Використання в слабоіндуктивних та ємнісних навантаженнях.

Фазове керування твердотілим реле

рис.№9. Схема фазного керування.

Перевага: безперервність та плавне регулювання, можливість змінювати значення вихідної напруги.

Недоліки: перешкоди при виробництві перемикань. Область використання: управління систем нагріву, індуктивні навантаження (трансформатори), інфрачервоні вимикачі (резистивне навантаження).

Основні показники для вибору твердотільних реле

Струм: навантаження, пусковий, номінальний.
Тип навантаження: індуктивність, ємність чи резистивне навантаження.
Тип напруги ланцюга: змінна або постійна.
Тип сигналу керування.

Орієнтовні приклади вибору реле при перевищенні струму

Навантаження активної потужності, наприклад, ТЕН - запас 30-40%.
Електродвигун асинхронного типу, 10 кратний запас струму.
Освітлення з лампами розжарювання – 12-кратний запас.
Електромагнітні реле, котушки – від 4 до 10 разів.

Мал. №10. Приклади вибору реле при активному навантаженні струму.

Такий електронний компонент електричних ланцюгів, як твердотільне реле, стає обов'язковим інтерфейсом у сучасних схемах і забезпечує надійну електричну ізоляцію між усіма задіяними електроланцюжками.

Пишіть коментарі, доповнення до статті, може, я щось пропустив. Загляньте на , буду радий якщо ви знайдете на моєму ще щось корисне.