Схеми підключення та управління твердотільними реле змінного і постійного струму
Схеми підключення твердотільних реле
У цій статті обговоримо схеми підключення твердотільними реле (ТТР), і способи управління ними.
Нагадую, для тих хто не в курсі - що таке твердотельное реле і як воно працює - зверніться до старішої моєї статті Про засади роботи твердотільних реле.
Схеми включення подібних реле не дуже складні, але, як і скрізь, є свої особливості.
Твердотелкі - чи треба їх використовувати?
Для початку розглянемо також доцільність застосування таких реле. Наприклад, реальний випадок:
У нас на підприємстві на одному верстаті стоять соленоїдні клапани з харчуванням 24VDC 2А. Ці два клапана з'єднані паралельно, і включаються-вимикаються з частотою приблизно 1 раз в секунду. Харчування йде через реле. І, незважаючи на те, що номінальний струм реле 10А індуктивного навантаження, доводилося міняти його кожен місяць-два. Поставили ми твердотелку - і забули, працює без шуму і проблем вже два роки.
Інший випадок, коли такі реле не потрібні:
Найпростіший контролер температури, точність підтримки не суттєва. Навантаження - Тени, працюють у воді цілодобово. Частіше, ніж раз на рік, один з ТЕНів замикає або коротить на корпус. Тут велика ймовірність того, що ТТР вигорить, так як вони дуже чутливі до перевантажень.
Про перевантаженнях і захисту твердотільних реле буде детально сказано нижче, а в даному випадку доцільно застосувати звичайний контактор, який прекрасно справляється з перевантаженням і коштує в 10 разів дешевше.
Тому, за модою гнатися не варто, а краще застосувати тверезий розрахунок. Розрахунок по току і з фінансів.
Якщо комусь прийде в голову, можна кнопкою дзвінка або герконом запускати двигун потужністю 10 кВт! Але не так все просто, подробиці будуть нижче.
Відмінності схем включення реле
По управлінню (виду вхідного сигналу):
- постійна напруга (зустрічається найчастіше),
- змінна напруга,
- постійний струм 4-20 мА,
- змінний резистор.
По виду комутованого струму
- твердотільні реле змінного струму
- твердотільні реле постійного струму
За кількістю фаз
- одна фаза
- три фази (як правило, фактично це дві фази)
У будь-якому випадку, для вибору ТТР і його схеми включення потрібно керуватися мануалами на дане реле.
До речі, рекомендую мою статтю про трифазне і однофазну напругу. Термінологія і відмінності розжовані НЕ пальцях)))
Схеми підключення твердотільних реле
Тепер розглянемо підключення твердотільного реле докладніше.
Управління твердотільними реле схемотехнически таке ж, як і у звичайного реле. Нижче спрощено показана схема включення реле змінного струму з сигналом управління 24В постійного струму:
Схема включення твердотільного реле
Схема показана для реле, у якого керуюча напруга постійне, від 5 до 24 Вольт. Дане реле може комутувати змінну напругу до 240 Вольт, струм до 20 А.
З потоком не все так просто, але про це нижче.
Як працює схема. На вхід (контакти 3 і 4, дотримуватись полярності!) Подається керуюча напруга від джерела 24В. Подається воно через ланцюг управління, яка представлена як АЛЕ контакт. Цим контактом може бути і звичайне реле, і вихід контролера, і датчик з релейним виходом або транзисторним виходом типу PNP.
Про АЛЕ контакти і PNP виходи датчиків я докладно написав у цій статті. Дуже рекомендую!
Ще раз нагадую -
НЗ - це закриті (замкнуті) контакти, через які в нормальному положенні (без активації керуючим сигналом) тече струм.
АЛЕ - це відкриті (незамкнуті) контакти, через які в нормальному положенні (без активації керуючим сигналом) струм не тече.
Умовні вихідні контакти ТТР також будуть АЛЕ, тому що без активації ланцюга управління навантаження виключена.
Тепер докладніше по управлінню твердотелкамі.
Схеми з керуванням від транзистора
Тут транзистор може бути виходом будь-якого напівпровідникового приладу - датчика наближення, контролера, і т.п.
Управління транзистором PNP, АЛЕ реле
Скажу, що зі схемами управління, які я взяв з фірмових інструкцій, повна плутанина. Можете самі розібратися, а я розповім свою думку.
Управління транзистором PNP, АЛЕ реле
Під «нормально відкритим контактом» (читали, що це, посилання я давав вище?) Мається на увазі, що без напруги, що управляє (на базі транзистора) твердотельное реле не пропускає струм. Напруга між вхідними контактами 3 і 4 близько до нуля, реле вимкнено. При подачі вхідного керуючого напруги на базу транзистора (наприклад, + 5В), транзистор відкривається і плюс подається на вхід 3. Реле відкривається, навантаження отримує живлення.
Управління транзистором NPN, НЗ реле
Управління транзистором NPN, НЗ реле
Коли транзистор закритий (не активний), на керуючий вхід твердотільного реле подається напруга, навантаження під напругою.
Управління транзистором NPN, АЛЕ реле
Коли транзистор закритий (не активний), на керуючий вхід твердотільного реле подається напруга, близьке до нуля, і навантаження без напруги.
управління резистором
Плавно підходимо до змінного струму.
Управління змінним резистором
Не плутати змінний струм і змінний резистор! В даному випадку твердотельное реле фактично є диммером. який змінює шпаруватість вихідної напруги для навантаження, яка пристосована для цього. Такі реле - тільки з комутацією змінного струму, і включаються / вимикаються 100 раз в секунду.
Схема з фіксацією і управлінням кнопками (засувка)
Управління твердотілим реле з фіксацією включення
Схема включення цікава тим, що можна включати - вимикати навантаження, використовуючи тільки дві кнопки - Пуск і Стоп. Тобто, схема така ж, як і при використанні звичайного реле. Точніше, магнітного пускача. Важливо, що керуюча напруга дорівнює напрузі живлення навантаження.
Схема намальована тайванськими інженерами, спробуємо розібратися в ній.
До речі, її ж можна використовувати для комутації і змінного, і постійного струму.
Схема працює таким чином. Початково керуюча напруга надходить на клему 3 ТТР з джерела живлення через НЗ контакти кнопки Стоп. При натисканні кнопки Пуск (зліва на схемі) напруга з іншого полюса джерела надходить через АЛЕ контакти на клему 4 ТТР. Реле включається, напруга на клеми 1 з'являється, і подається через резистор (вгорі схеми) на клему 4. Пройшла частка секунди, кнопку Пуск можна відпускати, навантаження живиться до тих пір, поки не буде натиснута кнопка Стоп.
Схеми включення трифазних твердотільних реле
Трифазне твердотельное реле, схеми підключення.
Тут джерело трифазного напруги - справа за схемами, навантаження - зліва. Керуюча напруга може бути будь-яким (змінним або постійним).
Крім того, комутація може бути як по двох фаз, так і за трьома, це важливо! Детальніше нижче.
Реверсивні твердотільні реле
Існують також спеціальні трифазні твердотільні реле для реверсу двигунів, у яких два керуючих входу.
Приклад включення трифазного реле - на фото нижче:
Включення трифазного твердотільного реле
Як видно, реле не зовсім трифазне, одна фаза подається на двигун постійно, що може стати причиною небезпеки.
Та ж особливість буває в пристроях плавного пуску.
На корпусі реле надрукована його схема включення, де все зрозуміло. Реле реверсивний, і у нього два входи - Forward і Reverse (Вперед / Назад). Для реверсу фази L1 і L2 міняються місцями.
Важливо - всередині реле немає блокування від одночасного включення в обох напрямках, і її треба забезпечити апаратно (блокувальні контакти кнопок / реле) і програмно (якщо управління - від контролера). Якщо це не передбачити, то ймовірна ситуація, коли силові виходи 1, 2, 3, 4 будуть замкнені накоротко 🙁.
Вибір твердотільних реле, захист і особливості роботи
Звичайне реле і контактор без особливих проблем витримують короткочасні перевантаження до 150 і навіть 200% від номіналу. Особливо, якщо не коммутировать навантаження з таким струмом, а підвищувати ток після замикання, і знижувати перед розмиканням.
Звичайні контакти можуть витримати і короткочасний струм КЗ, якщо спрацює захист з правильною уставкой струму. Просто, можливо, доведеться потім контакти почистити.
Твердотільні реле від перевантажень страждають сильніше, за пів періоду псуються безповоротно, і контакти потім не почистити, через відсутність таких.
Це як в звукотехніці. Лампова техніка при перевантаженнях відчуває себе нормально, тільки злегка «потіє», а транзистори починають моторошно спотворювати сигнал і можуть вийти з ладу. За це до сих пір так цінуються лампові підсилювачі, за їх м'який, оксамитовий звук на граничних потужностях. Інша справа, що джерел якісного сигналу зараз практично немає, все заполонив mp3 128kbps, і то в кращому випадку. Але це тема окремої статті ...
Якщо при виборі контактора досить вибрати запас в 10-20% і захистити його звичайним автоматом, то з твердотільними пристроями все складніше.
Тому для твердотільних реле рекомендується для активного навантаження (лампи, ТЕНи) запас по номінальному струму в 2-4 рази. При пуску асинхронних двигунів через велику пускового струму запас по струму потрібно збільшити до 6-10 раз.
Тобто, трифазна твердотелка Fotek TSR-40AA-H на 40А. показана на фото трохи вище, на своїх 40 амперах працювати навряд чи буде. Потужність двигуна, яку можна комутувати в даному випадку - від 2,2 кВт до 5 кВт. Причому двигун 5 кВт (це близько 10А) повинен запускатися обов'язково на холостому ходу, з мінімальним пусковим моментом, а навантаження до нього прикладати можна після пуску і розгону.
До речі, з індуктивним навантаженням твердотільні реле можуть вести себе неадекватно, у мене бували проблеми. У разі високоіндуктівних навантажень (трансформатори, котушки з магнитопроводами, електричні дзвінки, і т.п.) потрібно паралельно навантаженні включати RC-ланцюг (снабберную ланцюг з послідовних резистора і конденсатора) для зменшення впливу протидії ЕРС. Крім того, цей ланцюг зменшує загальну індуктивність навантаження, тобто робить її більш активною. І ТТР легше працювати.
Наостанок - захист при КЗ
Виробники рекомендують використовувати спеціальні запобіжники для твердотільних приладів:
- gR - запобіжники для всього діапазону робочих струмів, для захисту напівпровідникових елементів (більш швидкодіючі. чим gS)
- gS - запобіжники для всього діапазону робочих струмів, для захисту напівпровідникових елементів, при підвищеній завантаженні лінії.
- aR - запобіжники для всього діапазону робочих струмів, для захисту напівпровідникових елементів від короткого замикання.
Такі запобіжники стоять дорого (можна порівняти з вартістю самого твердотільного реле), тому в більшості випадків можна використовувати захисні автомати класу В. Чим же вони гарні і як вони врятують наші твердотільні реле від вигорання при КЗ?
Нагадаю, в 99% всюди зустрічаються автомати класу С. Клас D ставлять в якості вступних рубильників і при великих пускових токах (потужні двигуни, трансформатори). А клас В - найчутливіший, спрацьовує раніше всіх.
Рекомендую почитати мою жарко-річну статтю за вибором і заміні захисних автоматів.
До речі, гуру електрики і електропроводки, cs-cs.net. пропонує будинки ставити автомати тільки В класу. І деякі виробники - рекомендують ставити В клас на електроплити, водонагрівачі - туди, де немає двигунів і пускових струмів.
Чому - поясню на графіку.
Криві відключення або токо-тимчасові характеристики
Детально про вибір захисного автомата розказано в іншій статті.
Але ми повернемося до нашого трифазного твердотельному реле Fotek TSR-40AA-H на 40А, про яке я писав вище. Щоб його гарантовано захистити від КЗ, треба обов'язково поставити ось такий автомат:
Автомат з характеристикою В6 (обведено червоним)
Він миттєво спрацює при струмі 20 ... 30 Ампер і врятує твердотелку. А від перевантаження треба буде поставити мотор-автомат на струм 4-6,3 А. І це все буде живити двигун на 2,2 кВт, краще менше. Або ТЕН, тоді мотор-автомат не потрібен.
Корисні файли, можливо, написано інформативніше, ніж у мене:
Де купити твердотільні реле
Якщо ви живете в великому місті, то краще звичайно поїхати в найближчий магазин - і через годину реле можна встановлювати. Але, наприклад, у мене в Марганець такі реле - тільки під замовлення, і купити їх можна тільки через фірми в Ростові.
Тому, на сьогоднішній день кращий варіант - купувати твердотільні реле в інтернеті, через АліЕкспресс. Ціни приблизно ті ж, але мінус в тому, що доставка може бути близько місяця.
Ось, наіскал для прикладу кілька посилань, які реле і почім можна купити:
DC / AC, 1 фаза, 25А. Fotek SSR-25DA. Як видно з назви, керуюча напруга - постійне (12 або 24 В), комутація до 25 А змінного струму.
DC / AC, 1 фаза, 40А. Fotek SSR-40DA. Як видно з назви, керуюча напруга - постійне, комутація змінного струму.
AC / AC, 1 фаза, 40А. SSR-40AA-H. Можна коммутировать 220В-220В перерви.
DC / AC, 3 фази, 40А. 40DA TSR-40DA-H. (Платна доставка, в інших пунктах доставка входить в ціну відразу). Чудовий варіант для віддаленої комутації навантаження 380В. За двожильному кабелю подаємо харчування 4 ... 32 Вольта постійного струму, а на видаленні варто цей девайс і включає наш двигун або ТЕН.
AC / AC, 3 фази, 25А. SSR3-A4825HK 25A AC-AC. Можна без проблем включати трифазний двигун потужністю до 3 кВт або ТЕН потужністю до 5 кВт. Уважно підходите до питання захисту! У випадку з двигуном реле треба захищати триполюсним автоматом 6 або 10 А із характеристикою З або D, при цьому двигун захищати тепловим реле, з уставкой відповідно току двигуна. З Теном - свободи трохи більше, оскільки пускових струмів немає. Автомат - до 16А, хар-ка В або С.
Відкрити і зберегти статтю в PDF