Как работает твердотельное реле

Как работает твердотельное реле


 

Твердотельные реле (принятая условная аббревиатура - SSR от англ. "Solid State Relay") - коммутационные устройства, как и их электромагнитные аналоги позволяют управлять электрическими цепями с большим током или напряжением с помощью слабого управляющего сигнала.

Принцип работы твердотельных реле

Для понимания работы этих реле рассмотрим их устройство. Своим названием твердотельные реле (далее - ТТР) обязаны монолитностью структуры конструкции. В отличие от электромеханических реле и электромагнитных пускателей, в конструкции ТТР отсутствуют втягивающая катушка и якорь (сердечник) с подвижными силовыми контактами.

Твердотельные реле

Использование вместо них электронных силовых ключей - транзисторов, симисторов или тиристоров является принципиальным отличием твердотельных от традиционных электромагнитных реле.

Базовая схема ТТР может быть представлена совокупностью следующих компонентов:

- узел входа, осуществляющий прием и передачу сигнала отвечающему за коммутацию устройству;
- оптическая развязка, необходимая для обеспечения изоляции между входной, промежуточными и выходной цепями ТТР;
- триггерная цепь, обрабатывающая входной сигнал и формирующая переключение на выходе ТТР;
- переключающая цепь - силовой электронный ключ, передающий напряжение нагрузке;
- цепь защиты - обеспечивает надежность и бесперебойность работы ТТР и может быть реализована как внешним так и внутренним исполнением.

Взаимодействие управляющего и управляемого сигналов осуществляется посредством гальванической развязки с помощью оптрона. Сигнал управления - напряжение, поступающее на светодиод, который включаясь освещает светоприемник - фотодиод. Ток последнего приводит в действие силовой электронный ключ управления нагрузкой - тиристор (или симистор), используемый для коммутирования электрических цепей переменного тока или транзистор - для цепей постоянного тока. 

Виды полупроводниковых реле. Все ТТР принято различать по приведенным ниже техническим характеристикам.

- род рабочего тока: устройство может быть как постоянного, так и переменного тока;
- количество фаз (для коммутирования однофазных и трехфазных электрических цепей);
- мощность (существуют силовые и маломощные устройства;
- напряжение;
- тип управляющего сигнала: постоянный (переменный) ток,  аналоговый сигнал управления переменным сопротивлением, в цепь 4-20 мА и т.д.).
- тип переключения - при переходе напряжения через ноль (в электрических цепях переменного тока) или срабатывание по управляющему сигналу.

Преимущества и недостатки ТТР. Безусловно, главные их преимущества это:

- быстродействие (скорость срабатывания может достигать единиц и даже долей мс);

- длительный срок службы, высокая коммутационная стойкость (ресурс качественных изделий составляет десятки миллиардов коммутаций);
- бесшумность работы - обеспечивается отсутствием подвижных механических частей;
- компактные размеры;
- отсутствие дребезга, искрения контактов при срабатывании и отключении реле и, соответственно - коммутационных помех;
- большое сопротивление между входом и выходом коммутируемой цепи;
- низкое энергопотребление.

В качестве менее многочисленных недостатков можно привести:

- высокое тепловыделение в работе, характерное полупроводниковым приборам,способное вывести ТТР из строя - что делает обязательным применение радиаторов для отвода тепла;
- некоторые виды реле требуют соблюдения полярности при подключении вторичных цепей;
- нелинейность ВАХ;
- высокую стоимость в настоящее время.

Применение ТТР. Надежность твердотельных реле, отсутствие необходимости в регулярных технических обслуживаниях, хорошие рабочие характеристики и длительный срок службы позволяет их использовать в местах с затрудненным доступом.

Типичными примерами применения ТТР можно назвать системы управления освещением, электроприводом, контроля работы трансформаторов, терморегуляции, поддержании заданной температуры окружающей среды с использованием ТЭНов.