Для обеспечения бесконтактной коммуникации самых разнообразных устройств без использования электромагнитов пользуются твердотельными реле тока. В этой статье мы расскажем об особенностях таких приборов, принципе их работы, а также рассмотрим схему подключения.

Твердотельное реле - принцип работы

Твердотельные реле тока - это приборы, которые обеспечивают контакт между низковольтными и высоковольтными электрическими цепями.
При детальном рассмотрении структуры этого устройства, можно заметить, что большая часть моделей очень похожи между собой. Конечно, имеются определенные отличия, однако они совершенно не влияют на принцип их работы.
В конструкции твердотельного реле присутствует:

• вход
• оптическая развязка
• триггерная цепь
• цепь переключателя
• цепь защиты.

Фактически вход – это первичная цепь, характеризующаяся присутствием резистора на постоянном изоляторе, в условиях последовательного подключения. Главная задача цепи входа заключается в принятии сигнала и передаче команды прибору твердотельного реле, коммутирующего нагрузку.
Изоляцией входной и выходной сети с переменным током является прибор оптической развязки. От вида данного компонента зависит и тип реле, и принцип его функционирования.
Чтобы осуществить обработку входного сигнала и переключить выход необходимо наличие в конструкции триггерной цепи. Эта цепь является отдельным элементом, а в ряде моделей она находится в составе оптической развязки.
Для подачи силы напряжения на нагрузку применяют цепь переключающего типа, включающая транзистор, кремниевый диод, а также симистор.
В качестве защиты твердотельного реле от сбоев при функционировании или возникновении ошибок, применяют отдельную защитную цепь. Данный прибор бывает двух типов: внутреннего и внешнего.
Принцип работы твердотельного реле заключается в замыкании или размыкании контактов, передающих напряжение прямо на реле. Для приведения контактов в действие требуется наличие активатора. Активатором в схеме твердотельного реле выступает полупроводник или твердотельный прибор. В устройствах, функционирующих в условиях переменного тока, активатором является тиристор или симистор, а в условиях постоянного тока - транзистор.
Устройство, в котором присутствует ключевой транзистор, является твердотельным реле. К примеру, это может быть датчик движения или света, передающий напряжение при помощи транзистора.
Между напряжением в катушке и в силовых контактах формируется гальваническая развязка, исчезающая в результате присутствия оптической цепи.

Плюсы использования реле

Твердотельными реле довольно часто заменяют стандартные контактеры вследствие большого числа достоинств перед ними. Перечислим главные плюсы:

• потребляет мало энергии. В результате отсутствия электромагнитного разнесения, электромагнитному полю необходимо большое количество электроэнергии, а поскольку в твердотельном реле применяется полупроводник, количество электроэнергии для его работы меньше на 90%
• небольшие размеры. Благодаря компактным размерам реле без проблем транспортируется и устанавливается
• этот прибор отличается высоким коэффициентом быстродействия, ему не нужно ожидание для запуска
• низкий уровень шумопроизводительности, чем твердотельное реле выгодно отличается от контактеров
• твердотельное реле характеризуется довольно длительным пеиродом эксплуатации и не нуждается в дополнительном техническом обслуживании
• широко применяются в разных сферах жизнедеятельности, поскольку их можно использовать в разных приборах и механизмах
• благодаря наличию твердотельного реле включение цепи не сопровождается помехами электромагнитного характера
• повышенный уровень быстродействия предотвращается дребезжание контактов в процессе работы устройства
• число срабатываний превышает миллиард
• уровень производительности прибора повышается за счет присутствия надежной изоляции между цепями входа и коммутации
• реле имеет компактную герметичную конструкцию и стойкую вибрацию перед ударами.

Область использования

Твердотельные реле тока достаточно широко применяются в различных сферах жизнедеятельности. Они применяются при необходимости коммутировать индуктивную нагрузку. К основным сферам применения таких реле можно отнести:

• систему, в которой осуществляется регулировка температуры с помощью тэна
• для поддержки постоянной температуры в технологическом процессе
• для коммутирования цепи управления
• в процессе смены пускателей бесконтактного реверсного типа
• управление электродвигателями
• контроль за нагревом, трансформаторами и другими техническими приборами
• регулировка освещения.

Виды твердотельных реле

Существует несколько видов твердотельных реле, отличающихся особенностями контролирующего и коммутируемого напряжения:

• реле постоянного тока – применяется в условиях действия постоянного электричества в диапазоне от 3 до 32-х Вт. Такие реле отличаются высокими удельными показателями, светодиодной индикацией, а также высоким уровнем надежности. Большая часть моделей обладают широким спектром рабочих температур от -30 до +70 градусов
• реле переменного тока имеет низкий уровень электромагнитных помех, и не создает шума в процессе работы. Такие реле потребляют мало электроэнергии и работают с высокой скоростью. Рабочий интервал – от 90 до 250 Вт
• реле с ручным управлением дают возможность настраивать тип работы.

Согласно типу нагрузки существуют такие виды:

• однофазное твердотельное реле
• трехфазное твердотельное реле.

Наличие однофазного реле дает возможность коммутировать электричество в диапазоне от 10 до 120 А, или в диапазоне от 100 до 500 А. Фазовое управление происходит с помощью аналогового сигнала и переменного резистора.
Трехфазные реле используют для коммутации тока одновременно на трех фазах. Они работают в интервале от 10 до 120 А. Среди трехфазных реле стоит выделить механизмы реверсивного типа, отличающиеся маркировкой и бесконтактной коммутацией. Их функция заключается в надежной коммутации каждой цепи по отдельности. Особые устройства могут надежно защищать реле от ложных включений.
Их применяют в процессе запуска и работы асинхронного силового агрегата, который производит их реверс. Во время выбора этого прибора нужно соблюдать большой запас мощности тока, который безопасно и эффективно использует устройство.
Во избежание формирования перенапряжений во время использования реле, нужно обязательно купить варистор или предохранитель быстрого действия.
Трехфазные реле имеют более длительный период эксплуатации, чем однофазные. Коммутация осуществляется в результате перехода тока через ноль и светодиодную индикацию.
По методу коммутации существуют:

• механизмы, которые выполняют нагрузки емкостного типа, редуктивного типа, слабой индукции
• реле со случайным или моментальным срабатыванием. Они необходимы лишь тогда, когда нужно мгновенное срабатывание
• реле с наличием фазового управления дает возможность настраивать нагревательные элементы, лампы накаливания.

Как выбрать твердотельное реле

Для покупки твердотельного реле вам нужно отправиться в специализированный магазин электроники, где опытные консультанты помогут выбрать устройство, согласно вашим требованиям.
Стоимость твердотельного реле определяется следующими параметрами:

• вид устройства
• присутствуют или нет крепежные элементы
• из какого материала создан корпус
• тип включения – мгновенный или постепенный
• есть ли дополнительные функции
• страна производитель
• показатель мощности
• количество потребляемой электроэнергии
• размеры устройства. 

Также помните, что такие приборы работают исключительно с запасом мощности, который должен быть больше мощности устройства в несколько раз. Если не соблюдать данное правило, то даже при незначительном повышении мощности, прибор моментально сломается.
Существует несколько разновидностей предохранителей, которые вы можете использовать:

• g R – применяются в обширном диапазоне мощностей, характеризуются быстрым действием
• g S – можно применять во всем диапазоне тока. Такие предохранители способны защитить элементы полупроводников от повышенных нагрузок электросети
• a R – выступают защитниками элементов полупроводникового типа от возникновения коротких замыканий.

Стоимость предохранителей практически равна стоимости самого реле, однако они гарантируют надежную защиту устройства от поломки.
На прилавках магазина вы можете встретить и предохранители классов В, С и D. Но они обладают меньшим спектром защиты и более низкой ценой.
В процессе использования твердотельного реле, нужно учитывать, что такое устройство довольно быстро греется. Когда корпус устройства сильно нагревается, то оно уже не может коммутировать ток в обычном режиме, и количество тока сильно падает. Когда температура нагрева составляет 65 градусов, то прибор сгорает.
По этой причине в обязательном порядке нужен монтаж охлаждающего радиатора.

Как подключить твердотельное реле?

Теперь рассмотрим, как подключить твердотельное реле своими руками. Подключение твердотельного реле вы должны выполнять, придерживаясь следующих правил:

• для формирования соединений вам не потребуется ничего паять. Все соединения осуществляются винтовым способом
• во избежание повреждения прибора, не допускайте проникновения в него пыли или металлических предметов
• нельзя прилагать недопустимые внешние действия к корпусу прибора 
• не стоит размещать твердотельное реле рядом с легко воспламеняющимися предметами
• нельзя прикасаться к прибору, во время его работы. Вы можете получить ожог
• прежде чем включать реле, убедитесь в правильной коммутации соединений
• во избежание повреждения прибора не допускайте формирования короткого замыкания на выходе.