Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!
Polovodičové relé (TTR) je zariadenie zo série elektronických komponentov nemechanického pôsobenia. Nedostatok mechaniky otvára viac príležitostí pre milovníkov elektroniky, aby sa solid-state relé do-it-yourself pre osobné použitie.
Zvážte túto možnosť podrobnejšie.
Návrh a princíp prevádzky TTR
Ak väčšina tejto elektroniky tradične obsahuje pohyblivé časti kontaktných skupín, polovodičové relé nemá takéto časti vôbec. Obvodové spínacie zariadenie sa vykonáva na princípe elektronického kľúča. A úloha elektronických spínačov sa zvyčajne vykonáva polovodičmi zabudovanými v tele relé - výkonových tranzistorov, triakov a tyristorov.
Predtým, ako sa pokúšame urobiť relé polovodičovej ochrany nezávisle, je logické zoznámiť sa so základným dizajnom takýchto zariadení, pochopiť princíp ich fungovania.
Priemyselná výroba vyrába polovodičové relé rôznych konfigurácií, určené pre rôzne podmienky praktického použitia. Výber rozsiahlych úprav
V rámci dôkladného preštudovania zariadenia je okamžite potrebné vybrať výhodné strany TTR:
- spínanie silného zaťaženia;
- vysoká rýchlosť spínania;
- ideálne galvanické oddelenie;
- schopnosť krátko držať vysoké preťaženie.
Medzi mechanickými štruktúrami nájsť relé s podobnými parametrami naozaj nie je možné. Vo všeobecnosti sú výhody týkajúce sa mechanických náprotivkov v polovodičových relé vyjadrené v pôsobivom zozname.
Dve elektronické zariadenia, funkčne zabezpečujúce spínacie okruhy: vľavo je vyhotovená na báze polovodičovej konštrukcie, vpravo - tradičný mechanický spínací systém
Prevádzkové podmienky pre TTR prakticky neobmedzujú používanie týchto zariadení. Okrem toho neprítomnosť pohyblivých mechanických častí priaznivo ovplyvňuje životnosť zariadení. Takže je tu každý dôvod, aby sa polovodičové relé - pre montáž zariadenia vlastnými rukami.
Avšak, v spravodlivosti, spolu s pozitívnymi aspektmi, vlastnosti relé, charakterizované ako nevýhody, treba poznamenať. Pre prevádzku vysokovýkonných zariadení je spravidla potrebná ďalšia zložka konštrukcie, ktorá je určená na odvádzanie tepla.
V prípade spínania silného zaťaženia je relé polovodičovej verzie takmer vždy doplnené výkonnými chladičmi. Tento moment trochu komplikuje použitie TTP
Radiátory pre chladenie polovodičových relé majú celkové rozmery niekoľkokrát väčšie ako rozmery TTR, čo znižuje pohodlie a účinnosť inštalácie.
Počas prevádzky (v uzavretom stave) zariadenia TTR poskytujú spätný zvodový prúd a vykazujú nelineárnu charakteristiku prúdového napätia. Nie všetky polovodičové relé je dovolené používať bez obmedzenia vlastností spínaných napätí.
Dizajn pre použitie len v obvodoch, kde sa dodáva jednosmerný prúd. Zvyčajne sa tieto zariadenia vyznačujú malými rozmermi a malým spínacím výkonom.
Samostatné typy zariadení sú navrhnuté tak, aby prepínali iba jednosmerný prúd. Zavedenie polovodičových relé do obvodu zvyčajne vyžaduje použitie dodatočných opatrení zameraných na blokovanie falošných poplachov.
V generálnom elektrickom paneli bytu sa často nachádzajú pevné polovodičové relé.
Ako funguje polovodičové relé?
Riadiaci signál (zvyčajne nízke napätie, prichádzajúce napríklad z riadiaceho regulátora) je privádzaný do LED optoelektronického páru prítomného v TTP obvode. LED začne vydávať svetlo smerom k fotodióde, ktorá sa otvára a začína prechádzať prúdom.
Všeobecná schéma TTR, ktorá jasne ukazuje, ako funguje elektronické zariadenie: 1 - zdroj riadiaceho napätia; 2 - optočlen v kryte relé; 3 - prúdový zdroj zaťaženia; 4 - záťaž
Prúd prechádzajúci fotodiódou prichádza do riadiacej elektródy kľúčového tranzistora alebo tyristora. Tlačidlo sa otvorí, zatvára záťažový okruh.
Takto funguje funkcia spínania prístroja. Všetka elektronika je tradične uzavretá v monolitickom puzdre. V skutočnosti sa preto zariadenie nazýva polovodičové relé.
V tomto materiáli je možné čítať aj polovodičové relé.
Typy polovodičových prepínačov
Celú existujúcu škálu zariadení možno rozdeliť do skupín podľa kategórie zásuvného zaťaženia, vlastností ovládacích a spínacích napätí.
Celkovo teda existujú tri skupiny:
- Zariadenia pracujúce v jednosmerných obvodoch.
- Zariadenia pracujúce v AC obvodoch.
- Univerzálny dizajn.
Prvú skupinu predstavujú prístroje s parametrami prevádzkových riadiacich napätí 3–32 voltov. Jedná sa o relatívne malú elektroniku, vybavenú LED displejom, schopným pracovať bez prerušenia pri teplotách -35 / +75 ºС.
Široké prevedenie elektronického zariadenia pre aplikáciu v jednofázovej elektrickej sieti. Existujú aj iné návrhy, ale oveľa menej
Druhá skupina - zariadenia určené na inštaláciu v sieťach AC. Tu sú návrhy TTR pre inštaláciu v AC sieťach, riadené napätím 24 - 250 voltov. Existujú zariadenia schopné spínať vysokovýkonné záťaže.
Treťou skupinou sú univerzálne zariadenia. Obvody tohto typu zariadenia podporujú manuálnu konfiguráciu pre použitie za určitých podmienok.
Ak začnete z povahy pripojeného zaťaženia, mali by ste rozlišovať dva typy polovodičových AC relé: jednofázové a trojfázové. Oba typy sú určené na spínanie dostatočne silného zaťaženia pri prúdoch 10 - 75 A. Súčasne môžu špičkové krátkodobé hodnoty prúdu dosiahnuť 500 A.
Rozšírená verzia pre použitie v trojfázovej elektrickej sieti. Často sa používa ako lineárny regulátor výkonných elektrických ohrievačov (TEN)
Kapacitné, odporové a indukčné obvody môžu pôsobiť ako záťaž prepínané polovodičovými relé. Konštrukcie spínačov umožňujú bez nadmerného hluku plynulo regulovať napríklad vykurovacie telesá, žiarovky a elektrické motory.
Spoľahlivosť práce je dostatočne vysoká. V mnohých ohľadoch však stabilita a odolnosť polovodičových relé závisí od kvality výroby výrobkov. Z tohto dôvodu sú zariadenia vyrobené pod určitou značkou „Impuls“ často označené krátkou životnosťou.
Na druhej strane výrobky spoločnosti Schneider Electric neponechávajú žiadny dôvod na kritiku.
Ako to urobiť TTR sami?
Vzhľadom na konštrukčný prvok zariadenia (monolit) nie je obvod zostavený na doske textolitu, ako je obvyklé, ale montážou.
Vyzerá to ako domáca konštrukcia polovodičového relé. Urobiť niečo také je jednoduché. Potrebujeme len základné zručnosti elektrotechnika a elektrotechnika. Náklady na materiál sú malé
Riešenia obvodov v tomto smere možno nájsť mnoho. Špecifická možnosť závisí od požadovaného spínacieho výkonu a ďalších parametrov.
Elektronické súčiastky pre montáž obvodu
Zoznam prvkov jednoduchého systému pre praktický vývoj a výstavbu polovodičového relé do-it-yourself:
- Optočlen typu MOS3083.
- Triak typu VT139-800.
- Tranzistorová séria KT209.
- Rezistory, Zenerova dióda, LED.
Všetky uvedené elektronické komponenty sú spájkované montážou podľa nasledujúcej schémy:
Schematický diagram nízkonapäťového polovodičového relé pre montáž vlastných rúk. Malý počet dielov a jednoduchá montáž umožňujú ľahké spájkovanie obvodu.
Vďaka použitiu optočlenu MOS3083 v regulačnom obvode riadiaceho signálu sa vstupné napätie môže meniť od 5 do 24 voltov.
A pretože reťazec pozostáva zo Zenerovej diódy a obmedzovacieho odporu, prúd prechádzajúci cez kontrolnú LED sa redukuje na minimum. Takéto riešenie zabezpečuje dlhú životnosť kontrolnej LED.
Kontrola zozbieranej schémy výkonnosti
Je potrebné skontrolovať funkčnosť zostaveného obvodu. Pripojenie, zatiaľ čo zaťažovacie napätie 220 voltov v spínacom obvode cez triak je voliteľné. Stačí pripojiť merací prístroj - tester paralelne k spínacej línii triaku.
Overenie polovodičového relé meracím prístrojom. Ak sa na vstup zariadenia aplikuje riadiace napätie, musí sa otvoriť triakový prechod
Režim merania testera by mal byť nastavený na “MOhm” a napájací výkon (5-24V) na obvod generovania riadiaceho napätia. Ak všetko funguje správne, tester by mal ukázať rozdiel odporu od “MΩ” do “KΩ”.
Zariadenie monolitického puzdra
Pod základom telesa budúceho polovodičového relé bude potrebné plech z hliníka s hrúbkou 3-5 mm. Rozmery dosky nie sú kritické, ale musia spĺňať podmienky pre účinné odstránenie tepla z triaku, keď sa tento elektronický prvok zahrieva.
Rám pre naplnenie telesa budúceho zariadenia. Vyrobené z lepenkového pásu alebo iných vhodných materiálov. Na hliníkový podklad je upevnený univerzálnym lepidlom
Povrch hliníkovej platne musí byť rovný. Okrem toho je potrebné spracovať obe strany - čistý jemným brúsnym papierom, leštiť.
V ďalšom stupni je pripravená doska vybavená „debnením“ - po obvode je prilepená hranica lepenky alebo plastu. Mal by vytvoriť druh krabice, ktorá sa neskôr naplní epoxidovou živicou.
Vo vnútri boxu je umiestnený elektronický obvod polovodičového relé, ktorý je zložený z „vrchlíka“. Na povrchu hliníkovej platne zapadá len triak.
Upevnenie triak na hliníkovom substráte. Hlavný stav - tento elektronický komponent musí byť pevne pritlačený k kovovej základni. To je jediný spôsob, ako zabezpečiť vysoko kvalitný chladič a spoľahlivú prevádzku.
Žiadne iné časti a vodiče obvodu by sa nemali dotýkať hliníkového substrátu. Triak sa aplikuje na hliník takou časťou telesa, ktorá je určená na montáž na chladič.
Tepelne vodivá pasta by sa mala používať v kontaktnom priestore medzi triakovým krytom a hliníkovým substrátom. Niektoré značky triakov s neizolovanou anódou musia byť inštalované cez sľudové tesnenie.
Možnosť uchytenia triaku na podklad pomocou nitov. Na zadnej strane sa nity vyrovnajú s povrchom podkladu
Triak musí byť pevne pritlačený k základni nejakým druhom zaťaženia a naliaty okolo obvodu epoxidovým lepidlom alebo nejakým spôsobom zaistený bez porušenia povrchu zadnej strany podkladu (napríklad nitom).
Príprava zlúčeniny a naliatie tela
Pri výrobe pevného telesa elektronického zariadenia budete musieť vyrobiť zmes zlúčenín. Zloženie zmesi zlúčenín sa uskutočňuje na základe dvoch zložiek:
- Epoxid bez tvrdidla.
- Alabaster prášok.
Vďaka prídavku alabastru rieši kapitán dva problémy naraz - pri menovitej spotrebe epoxidovej živice získa vyčerpávajúci objem plniacej zmesi a vytvára optimálnu konzistenciu.
Zmes sa musí dôkladne premiešať, potom sa môže pridať tužidlo a dôkladne premiešať. Potom jemne nalejte "namontovanú" inštaláciu do kartónovej krabice vytvorenej zlúčeniny.
Vyzerá to ako hotová kópia polovodičového relé zostaveného ručne. Trochu nezvyčajné a nie veľmi reprezentatívne, ale dostatočne spoľahlivé
Vyplňte na najvyššiu úroveň a nechajte na povrchu len časť hlavy kontrolky LED. Na začiatku nemusí povrch zlúčeniny vyzerať celkom hladko, ale po chvíli sa obraz zmení. Zostáva len čakať na úplné stuhnutie odliatku.
V skutočnosti môžete použiť akékoľvek vhodné riešenie pre odlievanie. Hlavným kritériom je, že odlievacia kompozícia by nemala byť elektricky vodivá a po stuhnutí by sa mal vytvoriť dobrý stupeň tuhosti odliatku. Odlievaný prípad polovodičového relé je druhom ochrany elektronického obvodu pred náhodným fyzickým poškodením.
Závery a užitočné video na túto tému
Toto video ukazuje, ako a na základe akýchkoľvek elektronických komponentov môže vytvoriť polovodičové relé. Autorka prehľadne rozpráva o všetkých podrobnostiach výrobnej praxe, s ktorými sa osobne stretol pri výrobe elektronického spínača:
Video o probléme, s ktorým sa môžete stretnúť po akvizícii jednofázového TTP od predajcov z Číny. Cestou vedie zvláštnu revíziu zariadenia spínacieho zariadenia:
Nezávislá výroba polovodičových relé je pomerne možným riešením, ale s ohľadom na výrobky pre nízkonapäťové záťaže, ktoré spotrebujú relatívne nízky výkon.
Silnejšie a vysokonapäťové spotrebiče to robia sami. A tento podnik na financovanie bude stáť rovnakú sumu ako továrenská kópia. Takže, ak je to potrebné, je ľahšie kúpiť hotové priemyselné zariadenie.
Ak máte akékoľvek otázky týkajúce sa montáže polovodičového relé, opýtajte sa ich v bloku s poznámkami a my sa pokúsime dať im veľmi jasnú odpoveď. Môžete sa tiež podeliť o skúsenosti z vlastnej výroby, alebo poskytnúť cenné informácie k téme článku.