Напівпровідникові реле - види, пристрій і принцип роботи
Багато з Новомосковсктелей почувши слово «реле» напевно представлять собі котушку, до сердечника якої притягається рухливий контакт. І це зовсім не дивно, адже спочатку реле завжди були електромагнітними, і під словом «реле» взагалі-то прийнято розуміти електромагнітний пристрій для розмикання і замикання електричного кола.
Проте, вже давно для комутації електричних ланцюгів в різних областях техніки застосовують напівпровідникові ключі: транзистори, тиристори, сімістори. Не оминув напівпровідниковий прогрес і реле.
Незважаючи на те, що за допомогою електромагнітних реле традиційно коммутируют ланцюга з великими величинами струмів і напруг, сьогодні вже і на напівпровідниках можна реалізувати стійкі і потужні електричні комутатори. Такими комутаторами і є напівпровідникові реле або твердотільні реле (від англ. Solid-state relay, скорочено SSR).
Таким чином, напівпровідниковий реле являє собою вже повністю електронний пристрій, без рухомого механічного контакту, яке служить для включення / вимикання потужних навантажень в силових ланцюгах, шляхом подачі низького керуючого напруги на вхід управління електронного пристрою.
Усередині корпусу твердотільного (напівпровідникового) реле є схема датчика, що реагує на сигнал управління, а також силова частина - напівпровідникова електроніка на стороні комутованої ланцюга високої потужності.
Такі реле застосовують в ланцюгах постійного і змінного струму, де вони виконують ті ж функції, що раніше виконували механічні електромагнітні реле і контактори, тільки тепер завдання вирішується без рухомих частин в ланцюзі комутації. У підсумку, завдяки потужним тиристорам, сімісторов і транзисторів, інтегрованим в корпусу даних реле, з'явилася можливість комутувати струми до сотень ампер не вдаючись до механічних вузлів.
У порівнянні з електромеханічними реле, напівпровідникові реле мають більш високою швидкістю безпечного перемикання близько сотні мікросекунд, при цьому ланцюг управління і силова ланцюг повністю гальванічно ізольовані один від одного (як правило використовується оптронная розв'язка).
Твердотільні реле здатні короткочасно витримати перевантаження на стороні комутації і зберегти працездатність, чим не можуть похвалитися електромеханічні предки. При цьому твердотельное реле працює безшумно, має компактні габарити, контакти тут не окислюються (т. К. Контактів як таких немає), відсутній іскріння, влаштуванню не страшні ні пил, ні вібрація.
Звичайно, опір напівпровідникового переходу реле в провідному стані нелінійно, а при великих комутованих токах пристрою і зовсім потрібне охолоджування, однак плюси однозначно перекривають ці умовні мінуси. До того ж термін служби твердотільного реле вимірюється мільйонами циклів перемикань.
Напівпровідникові реле бувають однофазними або трифазними, для комутації постійного або змінного струму. Реле для комутації змінного струму мають вбудований датчик переходу через нуль, щоб комутація здійснювалася практично при нульовому струмі, без шкоди для напівпровідникового ключа, без небезпечних кидків струму від індуктивного навантаження.
Як ключі в реле змінного струму служать тиристори або сімістори, а в реле постійного струму - польові або IGBT-транзистори. Харчування до керуючої ланцюга подається безпосередньо від джерела сигналу, що управляє, причому струм управління не перевищує одиниць міліампер, а комутований струм може становити десятки і сотні ампер.
Трифазні твердотільні реле бувають без реверсу і з реверсом. Трифазні реле з реверсом мають два входячи управління, причому на виході одна з фаз може взагалі не міняти свого положення.
У порівнянні з громіздкими механічними магнітними пускателями, компактні напівпровідникові реле працюють безшумно і не зношуються, не потрібно періодично чистити контакти, а для потужних навантажень досить забезпечити корпусу реле гарне охолодження, в деяких випадках врятує радіатор, кріплення для нього передбачено.
Що стосується запорошених і вибухонебезпечних промислових виробництв, то тут твердотельное реле виявляється справжньою паличкою-виручалочкою, адже іскріння механічних контактів виключено через відсутність таких, а герметичний корпус реле не дасть електроніці забруднитися.
Для монтажу на друковану плату випускаються мініатюрні напівпровідникові реле в пластмасовому корпусі. Такі реле здатні комутувати струм до 2 ампер при мережевій напрузі 220-240 вольт, наприклад вентилятор або насос, лампу або навіть невеликий радіатор можна включати 5 вольтним цифровим сигналом з датчика, що зазвичай дуже актуально для любителів самостійного проектування систем домашньої автоматизації.