В статье рассматривается устройство твердотельного реле, его принцип работы и область применения. Представлена типичная функциональная схема твердотельного реле.
Ключевые слова: реле, твердотельное реле, ТТР, коммутация, системы автоматизации, релейная защита и автоматика.
На сегодняшний день существует огромное количество всевозможных реле и коммутирующих устройств. Реле служат для соединения или разъединения электронных цепей, при этом управление коммутатором происходит малыми токами. В основном различия между ними представлены в схемотехническом исполнении и принципе действия. Реле условно можно разделить на несколько видов:
- Электронные;
- Герконовые;
- Электротепловые;
- Реле времени;
- Твердотельные реле;
- Фотореле;
- Электромагнитные.
Каждый тип реле обладает как своими плюсами, так и минусами. ТТР не имеют многих недочетов механических реле, например, низкой скорости переключения, ограниченному сроку службы электронных и механических контактов.
Твердотельные реле (ТТР) — это электронное устройство, предназначенное для коммутации мощных цепей при помощи низкого напряжения, подаваемого на блок управления. В ТТР не используются движущиеся механические части. В этом и заключается главная особенность твердотельного реле — в отсутствии механических движущихся частей в своей конструкции, в то время как контакты реле заменены электронным ключом.
Аналогично электромеханическому реле, твердотельные реле способны одновременно переключать постоянный и переменный ток. В ТТР используются полупроводниковые компоненты, которые заменяют традиционные механические контакты реле. Твердотельные реле могут выполнять разные роли в устройстве: от банальной коммутации цепей до устройств, управляющих мощной нагрузкой, например, различных механизмами.
Отсутствие дуги и искры в виде переходного процесса значительно увеличивает время работы. Контакт обычного реле, рассчитан не более чем на 50 тысяч переключений, в случае же твердотельного реле ограничений на количество переключений нет. Даже при более высокой цене электронные реле более выгодны с экономической точки зрения, потому что коммутация таких реле требует меньше электроэнергии, чем обычные электромагнитные реле, а также управление нагрузкой происходит при помощи микросхем [1].
Твердотельное реле в отличии от механических реле состоит из электронной платы, которая состоит из электронного ключа, развязывающей оптопары и управляющего блока.
Оптопара, установленная в качестве изолирующего устройства, состоящая из излучателя и оптического приемника, которые отделены прозрачным диэлектриком. Блок управления представляет собой систему преобразования напряжения питания и ограничения тока для излучателя оптопары. Функциональная схема твердотельного реле показана на рис. 1.
Рис. 1. Функциональная схема ТТР
На рисунке 1 номерами 3 и 4 обозначены входы управления, а клеммы 1 и 2 обозначают выход. На вход подается сигнал, который затем попадает в светодиодную оптическую развязку. Оптическая развязка позволяет изолировать входную цепь от промежуточной цепи и выходной цепи. После этого срабатывает цепь триггера, обеспечивающая управление выходом твердотельного реле переключателя. Схема переключения обеспечивает напряжение на нагрузке, представленной транзистором или симистором. Схема защиты необходима для надежности реле при различных нагрузках. В этой схеме входной сигнал может быть от 70 вольт до 280 вольт переменного напряжения, и напряжение нагрузки может достигать 480 вольт. Расположение реле в схеме коммутации не имеет значения [1].
Среди достоинств ТТР можно выделить:
- Быструю реакцию на входной сигнал;
- Отсутствие гистерезиса;
- Большой диапазон рабочих температур;
- Бесшумная коммутация цепи;
- Малые размеры устройства.
Учитывая преимущества ТТР, они наиболее актуальны в случае коммутации схемы в течение небольшого времени, когда необходимо кратковременно подавать и снимать напряжение с нагрузки. Электромеханические устройства не предназначены для этого, поэтому они быстро выходят из строя. Электромеханические реле часто нуждаются в чистке контактов, и даже при правильном обслуживании риск выгорания или прилипания контактов по-прежнему велик.
Однако ТТР, помимо весомых преимуществ, также имеют некоторые недостатки. Главным минусом ТТР является чувствительность электронных ключей к току нагрузки, при превышении которой элементы ТТР могут испытывать трудности при коммутации, а при превышении тока нагрузки в несколько раз, ТТР может полностью выйти из строя. Существует необходимость защищать электронный ключ предохранительным устройством. Также необходимо выбрать ток в несколько раза выше от переключаемой нагрузки и установить вставки плавких предохранителей в цепи питания. Кроме того, к недостаткам можно отнести высокую стоимость ТТР.
В наше время ТТР широко используются в современных устройствах. ТТР переключат нагрузку в устройствах промышленной автоматизации, в точных приборах, на удаленных объектах, а также в военно-промышленном комплексе и других областях. Из-за отсутствия необходимости регулярного технического обслуживания, а также высокой надежности ТТР часто устанавливаются в труднодоступных местах.
Литература:
- Александр Мясоедов. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://samelectrik.ru/chto-takoe-tverdotelnoe-rele.html Что такое твердотельное реле и для чего оно нужно? [Текст] / Опубликовано: 17.11.2016 (Дата обращения: 08.05.2019).
