Solid State Relay (TTR) je naprava iz niza elektronskih komponent nemehanskega delovanja. Pomanjkanje mehanike odpira več priložnosti ljubiteljem elektronike, da naredijo solid-state rele z lastnimi rokami za osebno uporabo.
Upoštevajte to možnost podrobneje.
Zasnova in načelo delovanja TTR
Če večina takšne elektronike tradicionalno vsebuje gibljive dele kontaktnih skupin, polprevodniški rele sploh nima takšnih delov. Preklop vezja z vezjem naprave poteka po principu elektronskega ključa. In vlogo elektronskih ključev ponavadi igrajo polprevodniki, vgrajeni v telo releja - močnostni tranzistorji, triaki, tiristorji.
Preden poskusite sami narediti SSE, je logično, da se seznanite z osnovno zasnovo takšnih naprav, da razumete načelo njihovega delovanja.
Polprevodniške releje različnih konfiguracij izdeluje industrija, zasnovana za najrazličnejše praktične pogoje. Širok izbor modifikacij
V okviru natančne študije naprave je treba takoj izpostaviti glavne vidike TTR:
- stikalo z veliko obremenitvijo;
- visoka hitrost preklopa;
- popolna galvanska izolacija;
- sposobnost kratkega zadrževanja velikih preobremenitev.
Med mehanskimi konstrukcijami ni mogoče najti releja s podobnimi parametri. Na splošno so prednosti pred mehanskimi kolegi polprevodniških relejev izražene z impresivnim seznamom.
Dve elektronski napravi, ki funkcionalno zagotavljata preklapljanje vezja: na levi strani je narejen na podlagi polprevodniške zasnove, na desni je tradicionalni mehanski preklopni sistem
Obratovalni pogoji za TTR praktično ne omejujejo uporabe teh naprav. Poleg tega odsotnost gibljivih mehanskih delov ugodno vpliva na življenjsko dobo naprav. Torej obstaja vsak razlog, da se lotite releja SSD - za sestavljanje naprave z lastnimi rokami.
Pošteno pa je treba poleg pozitivnih vidikov upoštevati tudi lastnosti releja, označene kot pomanjkljivosti. Torej, za delovanje močnih naprav je praviloma potreben dodaten sestavni del strukture, ki je zasnovan za odstranjevanje toplote.
V primeru preklopa močne obremenitve se trdnostni releji skoraj vedno dopolnjujejo z močnimi hladilnimi radiatorji. Ta točka zaplete uporabo TTR.
Polprevodniški hladilni radiatorji imajo dimenzije večkrat večje od dimenzij TTR, kar zmanjšuje udobje in racionalnost namestitve.
TTR naprave med delovanjem (v zaprtem stanju) oddajajo povratni tok puščanja in kažejo nelinearno karakteristiko tokovne napetosti. Vseh polprevodniških relejev ni mogoče uporabiti brez omejitev v značilnostih preklopnih napetosti.
Zasnova za uporabo samo v tokokrogih, kjer se napaja z enosmernim tokom. Običajno te naprave odlikujejo majhne dimenzije in nizka preklopna moč
Nekatere vrste naprav so zasnovane za preklapljanje samo enosmernega toka. Izvedba polprevodniških relejev v vezju ponavadi zahteva dodatne ukrepe za preprečevanje lažnih alarmov.
Polprevodniške releje je pogosto mogoče najti na splošni električni plošči stanovanja.
Kako deluje polprevodniški rele?
Krmilni signal (ponavadi nizka napetost, ki izhaja na primer iz krmilnega regulatorja) se napaja na LED diode optoelektronskega para, ki je prisoten v vezju TTR. LED začne oddajati svetlobo proti fotodiodi, ki se nato odpre in začne prenašati tok.
Splošna shema TTR, ki jasno prikazuje delovanje elektronske naprave: 1 - krmilni napetostni vir; 2 - optoelektor znotraj ohišja releja; 3 - vir toka obremenitve; 4 - obremenitev
Tok, ki poteka skozi fotodiodo, pride na krmilno elektrodo ključnega tranzistorja ali tiristorja. Ključ se odpre, zapre tovorni tokokrog.
Tako deluje funkcija preklopa naprave. Vsa elektronika je tradicionalno zaprta v monolitno ohišje. Pravzaprav so zato napravo poimenovali polprevodniški rele.
In kako povezati polprevodniški rele, najdete v tem gradivu.
Trdna stikala
Celotno obstoječo paleto naprav lahko pogojno razdelimo v skupine glede na kategorijo priključene obremenitve, značilnosti krmiljenja napetosti in stikala.
Tako bodo sestavljene skupno tri skupine:
- Naprave, ki delujejo v enosmernih tokokrogih.
- Naprave, ki delujejo v izmeničnih tokokrogih.
- Univerzalni modeli.
Prvo skupino predstavljajo naprave s parametri delovnih krmilnih napetosti 3 - 32 voltov. To je razmeroma majhna elektronika, obdarjena z LED indikatorji, ki lahko deluje brez prekinitev pri temperaturah od -35 / +75 ºС.
Široka zasnova elektronske naprave za uporabo v enofaznem električnem omrežju. Najdemo tudi druge možnosti oblikovanja, vendar veliko manj pogosto.
Druga skupina - naprave, zasnovane za namestitev v omrežja AC. Tu so zasnova TTR za namestitev v omrežja izmeničnega toka, ki jih nadzira napetost 24 - 250 voltov. Obstajajo naprave, ki lahko preklopijo velike obremenitve moči.
Tretja skupina so univerzalne naprave. Vezje te vrste naprav podpira ročno nastavitev za uporabo v določenih pogojih.
Če izhajate iz narave priključene obremenitve, morate razlikovati dve vrsti polprevodniških izmeničnih relejev: enofazni in trifazni. Obe vrsti sta zasnovani za preklapljanje dovolj močne obremenitve pri tokovih 10 - 75 A. Hkrati lahko najvišje kratkoročne vrednosti toka dosežejo 500 A.
Razširjena različica za uporabo v trifaznem električnem omrežju. Pogosto se uporablja kot linearni regulator močnih električnih grelnikov (TEN)
Zmogljiva, uporovna, indukcijska vezja lahko delujejo kot obremenitev, ki jo preklopijo polprevodniški releji. Zasnova stikal vam omogoča nemoten nadzor, na primer grelnih elementov, žarnic, električnih motorjev brez nepotrebnega hrupa.
Zanesljivost je dovolj visoka. Toda na veliko načinov sta stabilnost in trajnost trdnostnih relejev odvisna od kakovosti proizvodnje. Tako so naprave, izdelane pod določeno blagovno znamko Impuls, pogosto označene s kratko življenjsko dobo.
Po drugi strani izdelki Schneider Electric ne puščajo prostora za kritike.
Kako narediti TTR z lastnimi rokami?
Glede na oblikovno značilnost naprave (monolit) vezje ni sestavljeno na tektolitni plošči, kot je običajno, temveč na stenski namestitvi.
Tako izgleda samonastavljena polprevodniška zasnova releja. Lahko naredite kaj takega. Potrebne so le osnovne veščine elektronskega inženirja in električarja. Materialni stroški so majhni
V tej smeri obstaja veliko rešitev vezja. Konkretna možnost je odvisna od potrebne preklopne moči in drugih parametrov.
Elektronske komponente za sestavljanje vezja
Seznam elementov preprostega vezja za praktični razvoj in izdelavo polprevodniškega releja »naredi sam« je naslednji:
- Optoelektor tipa MOS3083.
- Triac tip VT139-800.
- Tranzistor serije KT209
- Upori, zener dioda, LED.
Vse te elektronske komponente so spajkene s površinsko vgradnjo v skladu z naslednjim diagramom:
Shematski diagram polprevodniškega releja majhne moči za samostojno montažo. Majhno število delov in preprosta namestitev tečajev omogočata spajkanje vezja brez težav
Zaradi uporabe optoelektorja MOS3083 v vezju za generiranje krmilnega signala se lahko vhodna napetost spreminja od 5 do 24 voltov.
In zaradi verige, ki jo sestavljajo zener dioda in omejujoči upor, se tok, ki prehaja skozi krmilno LED, zmanjša na najmanjši možni del. Ta rešitev zagotavlja dolgo življenjsko dobo krmilne LED.
Preverjanje delovanja sestavljenega vezja
Sestavljeni tokokrog je treba preveriti, če deluje. Ni potrebno priključiti napetostne napetosti 220 voltov na stikalno vezje skozi triac. Dovolj je, da priključite merilno napravo - tester vzporedno s stikalno linijo triaca.
Preverjanje zmogljivosti polprevodniškega releja z merilno napravo. Če je na vhod naprave priključena krmilna napetost, mora biti triak prehod odprt
Način merjenja testerja mora biti nastavljen na "mOhm" in v vezju za ustvarjanje napetosti krmilne napetosti uporabi moč (5-24V). Če vse deluje pravilno, mora preizkuševalec pokazati razliko v odpornosti od "mOhm" do "kOhm."
Monolitno ohišje
Pod dnem prihodnjega ohišja polprevodniškega releja bo potrebna podlaga aluminijaste plošče debeline 3-5 mm. Dimenzije plošče so nekritične, vendar morajo izpolnjevati pogoje za učinkovito odvajanje toplote iz triaca, ko se ta elektronski element segreva.
Okvir za vlivanje ohišja bodoče naprave. Izdelana iz kartonskega traku ali drugih primernih materialov. Pritrdi se na aluminijasto podlago z univerzalnim lepilom.
Površina aluminijaste plošče mora biti ravna. Poleg tega je potrebno obdelati obe strani - olupiti s finim brusnim papirjem, polirati.
Na naslednji stopnji je pripravljena plošča opremljena z "opaž" - okoli oboda je prilepljena obroba debelega kartona ali plastike. To bi morala biti nekakšna škatla, ki se bo naknadno napolnila z epoksi.
Znotraj ustvarjene škatle je nameščen elektronski tokokrog polprevodniškega releja, sestavljenega s "krošnjami". Na površino aluminijaste plošče je položen le triac.
Pritrditev triaca na aluminijasto podlago. Glavni pogoj je, da je treba to elektronsko komponento trdno pritisniti na kovinsko podlago. To je edini način za zagotovitev kakovostnega odvajanja toplote in zanesljivega delovanja.
Noben drug del vezja ali vodnik se ne sme dotikati aluminijaste podlage. Triac na aluminij nanese tisti del ohišja, ki je zasnovan za vgradnjo na radiator.
Uporabite toplotno prevodno pasto na območju stika telesa triaka in aluminijaste podlage. Nekatere blagovne znamke triakov z neizolirano anodo morajo biti nameščene preko sljude blazinice.
Možnost pritrditve triaka na podlago z uporabo zakovice. Na hrbtni strani se koviček sploščeno prilega površini podlage
Triac je treba trdno pritisniti na podlago z nekakšno težo in ga napolniti z epoksidnim lepilom po obodu ali ga na nek način zavarovati, ne da bi pri tem motil površino zadnje strani podlage (na primer kovice).
Priprava spojine in polnjenje telesa
Za izdelavo trdnega telesa elektronske naprave bo potrebna sestavljena mešanica. Sestava sestavljene mešanice temelji na dveh komponentah:
- Epoksi brez trdilca.
- Alabaster v prahu.
Zahvaljujoč dodatku alabasterja mojster rešuje dve težavi naenkrat - dobi izčrpen volumen polnilne spojine pri nazivni porabi epoksidne smole in ustvari polnjenje optimalne konsistence.
Mešanico je treba temeljito premešati, po njej lahko dodate trdilec in ponovno dobro premešajte. Nato previdno namestite "stensko" namestitev v kartonsko škatlo z ustvarjeno spojino.
Tako izgleda zaključen primerek polprevodniškega releja, ki ga sami sestavite. Nekoliko nenavadno in ne zelo predstavljivo, vendar dovolj zanesljivo
Izpolnite se do zgornje ravni, na površini pa pustite le del glave kontrolne LED. Na začetku površina spojine morda ne bo videti popolnoma gladka, vendar se bo čez nekaj časa slika spremenila. Ostaja le še počakati, da se zasedba popolnoma strdi.
Pravzaprav lahko uporabite katere koli primerne rešitve za ulivanje. Glavno merilo je, da ulitki ne smejo biti električno prevodni, poleg tega pa je treba po strjevanju oblikovati dobro stopnjo vlivnosti. Oblikovan kovček polprevodniškega releja je nekakšna zaščita elektronskega vezja pred naključnimi fizičnimi poškodbami.
V tem videoposnetku je prikazano, kako in na podlagi katerih elektronskih komponent je mogoče izdelati polprevodniški rele. Avtor lucidno govori o vseh podrobnostih proizvodne prakse, s katerimi se je osebno srečal med izdelavo elektronskega stikala:
Video o težavi, s katero se lahko srečate po nakupu enofaznega TTR pri prodajalcih s Kitajske. Po poti opravi neke vrste pregled naprave za preklapljanje naprav:
Samo-izdelava SSD-relejev je možna rešitev, vendar glede izdelkov z nizkonapetostno obremenitvijo, ki porabijo relativno majhno moč.
Težje je narediti močnejše in visokonapetostne naprave z lastnimi rokami. In to finančno podjetje bo stalo enako, kot je ocenjeno tovarniško kopijo. Torej, če je potrebno, je lažje kupiti že pripravljeno industrijsko napravo.
Če imate kakršna koli vprašanja glede sestavljanja polprevodniškega releja, jih postavite v polje za komentarje in poskušali jim bomo dati izredno jasen odgovor. Tam lahko delite izkušnje s samoproizvajanjem relejev ali podate dragocene informacije o temi članka.