Твердотельные реле. Принцип работы, классификация и их преимущества.
Твердотельные электронные реле являются обособленным видом модульных полупроводниковых устройств. Основной задачей твердотельных или как их еще называют полупроводниковых реле, является – включение цепи управления токами большой нагрузочной величины с помощью симисторов, транзисторов и тиристоров. Принцип работы твердотельных реле следующий: управляющий сигнал подается на светодиод, который при этом передает сигнал далее – на фотодиодную матрицу, при этом обеспечивается гальваническая развязка коммутируемых и управляющих цепей. Напряжение, которое при этом создается, управляется силовым ключом.
Классификация твердотельных реле:
По нагрузке полупроводниковые твердотельные реле разделяются на:
- Однофазные;
- Трехфазные.
При этом диапазон регулируемого напряжения варьируется в пределах от 40 до 440 вольт.
По типу управления реле:
- Управление напряжением постоянного тока (диапазон 3 – 32 В);
- Управление напряжением переменного тока (диапазон 90 – 250 В);
- Ручное управление при помощи реостата.
По методу применяемой коммутации в реле:
- Контроль перехода через ноль – применяется для коммутации резистивных (электронагреватели), слабоиндуктивных (катушки соленоидов) и емкостных (фильтры, подавляющие и сглаживающие помехи, в которых имеются конденсаторы) нагрузок;
- Мгновенное (случайное) включение – коммутация резистивных и индуктивных нагрузок, в случае, когда возникает необходимость в мгновенном срабатывании;
- Фазовое управление – изменяет значение выходного напряжения на нагрузке и занимаются регулированием нагревательных элементов и ламп накаливания.
Преимущества твердотельных реле:
- Отсутствие электромагнитных помех при включении цепи;
- Высокий уровень быстродействия;
- Контакты не шумят и не дребезжат;
- Гарантированность срабатываний на протяжении большого промежутка времени;
- Возможность применения во взрывоопасных условиях, по причине отсутствия дугового разряда;
- Экономность электропотребления;
- Входные и коммутируемые цепи надежно заизолированы друг от друга;
- Стойкость к нагрузкам ударного и вибрационного характера;
- Компактность герметичного корпуса.
Выбирая для своих нужд твердотельное реле, не стоит никогда забывать о том, что при коммутации происходит нагревание корпуса реле, ввиду потерь электрической энергии на силовых элементах управления. При этом величина температуры, на которую нагревается корпус твердотельного реле, обратно пропорциональна величине тока, подлежащего регулированию (чем выше температура нагрева корпуса, тем ниже значение тока, который подлежит коммутации). При температуре корпуса твердотельного реле примерно 40 градусов Цельсия - все в порядке, но если температура перешагнет показатель в 60 градусов Цельсия, то величина тока, который можно регулировать будет заметно ниже. При этом может случиться, что нагрузка будет отключена не полностью, а само реле перейдет в режим «неуправления» и может попросту сгореть. Поэтому, если вам необходимо обеспечить нормальную работу твердотельного реле в условиях, в которых коммутации подлежат токи более 5 ампер, то необходимо предусмотреть возможность установки системы охлаждения, а запас номинального тока для нормального функционирования реле должен быть как минимум двух или четырехкратным. При регулировании асинхронных двигателей, запас по току необходимо увеличить до 10-кратного значения. Стоит также обратить внимание на такой нюанс, что уровень ударного тока определяет перегрузку, которую способно выдержать твердотельное реле. К примеру, твердотельное реле постоянного тока могут выдерживать трехкратное увеличение максимальной нагрузки, а тиристорные твердотельные реле – десятикратное.
Ну и в заключение стоит отметить основные сферы применения твердотельных реле:
- Термоконтроль промышленного нагрева;
- Управление электродвигателями и трансформаторами;
- Бесперебойность электропитания;
- Освещение различных объектов.