КАК РАБОТАЕТ ТВЕРДОТЕЛЬНОЕ РЕЛЕ

Твердотельное реле, равно как любое другое, предназначено для коммутирования значительных токов и напряжений управляющим сигналом небольшой мощности.

С точки зрения схемотехнической – это устройство, имеющее в составе мощный полупроводниковый ключ, выполненный, как правило, на базе симистора и слаботочную цепь управления с гальванической развязкой от силовой части.

Принцип действия твердотельного реле можно пояснить на следующем примере (рис.1):

Здесь:

• R – токоограничивающий резистор;
• VS – симистор;
• VU – оптопара;
• Uупр – управляющее напряжение;
• Uком – коммутируемое напряжение.

Естественно, это не принципиальная схема твердотельного реле, но для иллюстрации принципа действия подходит.

Итак, как работает твердотельное реле в данном исполнении:

1. При подаче управляющего напряжения через светодиод начинает течь ток и он включается.

2. Излучение светодиода отпирает транзистор.

3. На управляющем электроде симистора появляется напряжение, он открывается, на нагрузке появляется напряжение Uком.

Что касается конструктивного исполнения, то встречаются как корпусные (таких больше) так и модульные реле.

Описанное устройство и принцип действия определяют плюсы и минусы твердотельных коммутирующих устройств.

Достоинства твердотельного реле:

• практически мгновенная скорость переключения;
• длительный срок (ресурс) эксплуатации;
• отсутствие искрений при переключении, как следствие не наводятся электромагнитные помехи;
• бесшумность.

Можно, конечно, обеспечить большой запас по мощности, использовать автоматический выключатель с правильно выбранными время токовыми характеристиками, но 100% гарантии это не даст. При всем том следует помнить про высокую стоимость таких приборов.

Таким образом, следует использовать твердотельные реле там, где это действительно необходимо, например, в цепях с большим количеством (частотой) коммутаций.

Основными пользовательскими характеристиками являются:

• способ управления (напряжение или ток постоянных или переменных величин);
• коммутируемая мощность (выходные ток и напряжение).

По способу исполнения твердотельные реле могут быть однофазными и трехфазными.

УПРАВЛЕНИЕ И СХЕМА ПОДКЛЮЧЕНИЯ

По- хорошему, способ управления реле должен быть указан в его паспорте, но на корпусе прибора, в большинстве случаев, тоже имеется необходимая информация.

Рассмотрим несколько вариантов на примере однофазного исполнения. В этом случае твердотельное реле можно рассматривать как четырехполюсник.

Практически во всех случаях контакты 3-4 являются управляющими, а 1-2 – силовыми.

Для реле на рисунке 2 управление осуществляется постоянным напряжением от 3 до 32 Вольт. Берется оно от отдельного источника или преобразователя и может подаваться как через сухие контакты любого управляющего устройства (УУ) (маломощное реле, выключатель), так и с электронной схемы управления, формирующей требуемый уровень напряжения.

При наличии управляющего напряжения реле открыто – на нагрузку подается напряжение, при его отсутствии – закрыто. Если использовать для управления устройство с нормально замкнутыми контактами, то реле будет работать в инверсном режиме.

Токовое управление твердотельным реле.

На рис. 3 показана схема подключения для случая, когда коммутатор управляется постоянным током.

В этом случае используется токоограничивающий резистор, величина которого определяется по формуле R=Uупр-Up/Iупр., где

• Iупр. – значение тока управления;
• Uупр. – внешнее напряжение;
• Up – падение напряжения на управляющем входе.

Поскольку в нашем случае высокая точность не нужна, последним значением можно пренебречь (если используется светодиод – см. про принцип работы в начале статьи, то его величина составит около 2 Вольт.

Таким образом, для тока 10мА и Uупр.= 12 Вольт R=12/10=1,2 кОм. С учетом же падения на входе сопротивление нужно брать 1кОм.

К слову, такие исполнения реле встречаются редко.

В завершение приведу еще один тип твердотельного реле, в котором управление можно осуществлять сетевым напряжением (рис.4).

Это удобно с нескольких позиций:

• не требуется применение отдельного блока питания или преобразователя;
• возможна простая реализация работы в режиме пускателя (с двумя кнопками "пуск" и "стоп").