Ρελέ στερεάς κατάστασης μόνοι σας: οδηγίες συναρμολόγησης και συμβουλές σύνδεσης

Το ρελέ στερεάς κατάστασης (ΤΤΡ) είναι μια συσκευή από τη σειρά ηλεκτρονικών εξαρτημάτων μη μηχανικής δράσης. Η απουσία μηχανισμών ανοίγει περισσότερες δυνατότητες στους λάτρεις της ηλεκτρονικής να κατασκευάσουν ένα ρελέ στερεάς κατάστασης με τα χέρια τους για προσωπική χρήση.

Ας εξετάσουμε αυτήν τη δυνατότητα λεπτομερέστερα.

Κατασκευή και αρχή λειτουργίας του ΤΤΡ

Ενώ το μεγαλύτερο μέρος τέτοιων ηλεκτρονικών συστημάτων παραδοσιακά περιέχει κινούμενα μέρη ομάδων επαφών, το ρελέ στερεάς κατάστασης δεν έχει καθόλου τέτοια εξαρτήματα. Η μεταγωγή του κυκλώματος από τη διάταξη της συσκευής πραγματοποιείται με βάση την αρχή του ηλεκτρονικού διακόπτη. Και τον ρόλο των ηλεκτρονικών διακοπτών συνήθως τον εκτελούν ενσωματωμένοι στο σώμα του ρελέ ημιαγωγοί – τρανζίστορ ισχύος, τρίακ, θυρίστορ.

Πριν επιχειρήσετε να κατασκευάσετε ένα ρελέ στερεάς κατάστασης μόνοι σας, είναι λογικό να εξοικειωθείτε με τη βασική δομή τέτοιων συσκευών, να κατανοήσετε την αρχή λειτουργίας τους.

Από τη βιομηχανική παραγωγή παράγονται ρελέ στερεάς κατάστασης διαφόρων διαμορφώσεων, σχεδιασμένα για πολύ διαφορετικές συνθήκες πρακτικής εφαρμογής. Η επιλογή τροποποιήσεων είναι εκτεταμένη.

Στο πλαίσιο της ενδελεχούς μελέτης της συσκευής, θα πρέπει αμέσως να επισημανθούν τα πλεονεκτήματα του ΤΤΡ:

• μεταγωγή ισχυρού φορτίου;
• υψηλή ταχύτητα μεταγωγής;
• ιδανική γαλβανική απομόνωση;
• ικανότητα βραχυπρόθεσμης αντοχής σε υψηλές υπερφορτώσεις.

Ανάμεσα στις μηχανικές κατασκευές, δεν είναι δυνατόν να βρεθεί ένα ρελέ με παρόμοιες παραμέτρους. Γενικά, τα πλεονεκτήματα έναντι των μηχανικών αδελφών τους για τα ρελέ στερεάς κατάστασης εκφράζονται με μια εντυπωσιακή λίστα.

Δύο ηλεκτρονικές συσκευές που λειτουργικά παρέχουν μεταγωγή κυκλωμάτων: στα αριστερά είναι κατασκευασμένη με βάση τη δομή στερεάς κατάστασης, στα δεξιά – ένα παραδοσιακό μηχανικό σύστημα μεταγωγής

Οι συνθήκες λειτουργίας για το ΤΤΡ πρακτικά δεν περιορίζουν την εφαρμογή αυτών των συσκευών. Επιπλέον, η απουσία κινούμενων μηχανικών μερών επηρεάζει θετικά τη διάρκεια ζωής των συσκευών. Έτσι, υπάρχουν όλοι οι λόγοι για να ασχοληθείτε με ένα ρελέ στερεάς κατάστασης – να συναρμολογήσετε τη συσκευή με τα χέρια σας.

Ωστόσο, για λόγους δικαιοσύνης, παράλληλα με τα θετικά στοιχεία, θα πρέπει να σημειωθούν ιδιότητες του ρελέ που χαρακτηρίζονται ως μειονεκτήματα. Έτσι, για τη λειτουργία ισχυρών συσκευών, συνήθως απαιτείται ένα πρόσθετο δομικό στοιχεío που προορíζεται για την απαγωγή θερμότητας.

Για την περίπτωση μεταγωγής ισχυρού φορτίου, τα ρελέ στερεάς κατάστασης σχεδόν πάντα συμπληρώνοντα με ισχυρές ψύκτρες. Αυτό το γεγονός περίπλεκει κάπως την εφαρμογή των ΣΚΡ.

Οι ψύκτρες των ρελέ στερεάς κατάστασης έχουν διαστάσες αρκετές φορές μεγαλύτερες από τις διαστάσες των ΣΚΡ, γεγονός που μειώνε την ευκολία κα την ορθολογικότητα της εγκατάστασης.

Οι συσκευές ΣΚΡ κατά τη λειτουργία (σε κλειστή κατάσταση) παρέχουν αντίστροφο ρεύμα διαρροής κα εμφανίζουν μη γραμμικό χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης. Δεν είνα επτρεπτή η χρήση όλων των ρελέ στερεάς κατάστασης χωρίς περίορίσμούς στα χαρακτηριστικά των μεταγωγέων τάσεων.

Κατασκευή για χρήσή μόν σε κύκλματα όπου η τροφοδοσία γίνετα με συνεχές ρεύμα. Συνήθως αυτές οι συσκευές χαρακτηρίζοντα από μκρές διαστάσες κα χαμήλή σχύ μεταγωγής.

Ορισμένο τύπο συσκευών προορίζοντα για μεταγωγή μόν συνεχούς ρεύματος. Η ενσωμάτωση ρελέ στερεάς κατάστασης σε ένα κύκλωμα συνήθως απαιτεί τη λήψη πρόσθετων μέτρων για τον αποκλεισμό ψευδών ενεργοποιήσεων.

Τα ρελέ στερεάς κατάστασης συναντώντα συχνά στον γενικό ηλεκτρικό πίνακα του διαμερίσματος.

Πώς λειτουργεί το ρελέ στερεάς κατάστασης;

Το σήμα ελέγχου (συνήθως χαμήλής τάσης, που προέρχετα π.χ. από έναν ελεγκτή) εφαρμόζετα στο LED ενός οπτοηλεκτρονικού ζεύγους που υπάρχε στο κύκλμα του ΣΚΡ. Το LED αρχίζε να εκπέμπε φως προς τη φωτοδίοδο, η οποία με τη σερά της ανοίγε κα αρχίζε να διαβιβάζε ρεύμα.

Γενκευμένο διάγραμμα ΣΚΡ που δείχνε με σαφήνεα πώς λειτουργεί η ηλεκτρονική συσκευή: 1 – πηγή τάσης ελέγχου, 2 – οπτοζεύκτης εντός του περίβλήματος του ρελέ, 3 – πηγή ρεύματος φορτίου, 4 – φορτίο

Το ρεύμα που διέρχετα από τη φωτοδίοδο φτάνει στο ηλεκτρόδιο ελέγχου του τρανζίστορ μεταγωγής ή του θυρίστορ. Ο διακόπτης ανοίγε κα κλείνε το κύκλμα του φορτίου.

ΈτΣ λειτουργεί η λειτουργία μεταγωγής της συσκευής. Όα ό τα ηλεκτρονικά είνα παραδσικά τοποθετημένα σε ένα μονολιθικό περίβλημα. Γ'ατό άλστε η συσκευή ονομάζετα ρελέ στερεάς κατάστασης.

Κα για το πώς να συνδέσετε ένα ρελέ στερεάς κατάστασης μπορείτε να διαβάσετε στο συγκεκρίμεν άρθρο.

Ποικιλίες των διακοπτών στερεάς κατάστασης

Όα η υπάρχουσα γκάμα συσκευών μπορεί να χωριστεί υπό όρούς σε ομάδς, με βάση την κατγορία του συδεδεμένου φορτίου, τα χαρακτηριστικά ελέγχου κα μεταγωγής τάσεων.

Έτσι, συνολικά, υπάρχουν τρεις ομάδες:

1. Συσκευές που λειτουργούν σε κύκλματα συνεχούς ρεύματος.
2. Συσκευές που λειτουργούν σε κύκλματα εναλλασσόμενού ρεύματος.
3. Καθολικές κατασκευές.

Η πρώτη ομάδα αποτελείται από συσκευές με παραμέτρους τάσεων λειτουργίας ελέγχου 3 – 32 βολτ. Πρόκειται για σχετικά μικρού μεγέθους ηλεκτρονικά, εξοπλισμένα με ενδείξεις LED, ικανά να λειτουργούν χωρίς διακοπές σε θερμοκρασίες -35 / +75 ºC.

Ευρέως διαδεδομένη έκδοση ηλεκτρονικής συσκευής για χρήση σε μονοφασικό ηλεκτρικό δίκτυο. Υπάρχουν και άλλες παραλλαγές σχεδίασης, αλλά πολύ πιο σπάνια.

Η δεύτερη ομάδα – συσκευές που προορίζονται για εγκατάσταση σε δίκτυα εναλλασσόμενης τάσης. Εδώ παρουσιάζονται κατασκευές TTR για εγκατάσταση σε δίκτυα εναλλασσόμενου ρεύματος, που ελέγχονται με τάση 24 – 250 βολτ. Υπάρχουν συσκευές ικανές να μεταβιβάζουν φορτίο υψηλής ισχύος.

Η τρίτη ομάδα – συσκευές γενικής χρήσης. Η κυκλωματική σχεδίαση αυτού του τύπου συσκευών υποστηρίζει χειροκίνητη ρύθμιση για χρήση σε διάφορες συνθήκες.

Αν λάβουμε υπόψη τη φύση του συνδεδεμένου φορτίου, θα πρέπει να διακρίνουμε δύο τύπους ρελέ στερεάς κατάστασης εναλλασσόμενου ρεύματος: μονοφασικά και τριφασικά. Και οι δύο τύποι είναι σχεδιασμένοι για μεταγωγή αρκετά ισχυρών φορτίων με ρεύματα 10 – 75 A. Οι στιγμιαίες κορυφαίες τιμές ρεύματος μπορεί να φτάσουν τα 500 A.

Ευρέως διαδεδομένη έκδοση για χρήση σε τριφασικό ηλεκτρικό δίκτυο. Χρησιμοποιείται συχνά ως γραμμικός ρυθμιστής ισχυρών ηλεκτρικών θερμαντικών στοιχείων (ΤΕΝ).

Ως φορτίο που μεταβιβάζεται από ρελέ στερεάς κατάστασης μπορούν να λειτουργήσουν χωρητικά, αντιστατικά και επαγωγικά κυκλώματα. Οι δομές των διακοπτών επιτρέπουν, χωρίς θόρυβο, την ομαλή ρύθμιση, για παράδειγμα, θερμαντικών στοιχείων, λαμπτήρων πυράκτωσης, ηλεκτροκινητήρων.

Η αξιοπιστία λειτουργίας είναι αρκετά υψηλή. Ωστόσο, η σταθερότητα και η μακροζωία των ρελέ στερεάς κατάστασης εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από την ποιότητα κατασκευής. Έτσι, οι συσκευές που παράγονται με την εμπορική ονομασία «Impuls», συχνά σημειώνονται με μικρή διάρκεια ζωής.

Από την άλλη πλευρά, τα προϊόντα της εταιρείας «Schneider Electric» δεν αφήνουν περιθώρια κριτικής.

Πώς να φτιάξετε ένα ΤΤΡ με τα χέρια σας;

Λαμβάνοντας υπόψη τη δομική ιδιαιτερότητα της συσκευής (μονόλιθος), το κύκλωμα συναρμολογείται όχι σε πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος, όπως είναι συνήθως, αλλά με απευθείας καλωδίωση.

Έτσι μοιάζει μια χειροποίητη κατασκευή ρελέ στερεάς κατάστασης. Δεν είναι δύσκολο να φτιάξετε κάτι παρόμοιο. Χρειάζονται μόνο βασικές δεξιότητες ηλεκτρονικού και ηλεκτρολόγου. Το κόστος υλικών είναι μικρό.

Σχεδιαστικές λύσεις κυκλωμάτων προς αυτή την κατεύθυνση μπορούν να βρεθούν πολλές. Η συγκεκριμένη επιλογή εξαρτάται από την απαιτούμενη ισχύ μεταγωγής και άλλες παραμέτρους.

Ηλεκτρονικά εξαρτήματα για τη συναρμολόγηση του κυκλώματος

Η λίστα των στοιχείων ενός απλού κυκλώματος για πρακτική εκμάθηση και κατασκευή ρελέ στερεάς κατάστασης με τα χέρια σας είναι η εξής:

1. Οπτικόζεύγος τύπου MOC3083.
2. Διακόπτης TRIAC τύπου BT139-800.
3. Τρανζίστορ σειράς KT209.
4. Αντιστάσεις, δίοδος Zener, LED.

Όλα τα αναφερόμενα ηλεκτρονικά εξαρτήματα συγκολλούνται με την τεχνική της ανάρτησης σύμφωνα με το παρακάτω διάγραμμα:

Σχηματικό διάγραμμα ενός ρελέ στερεάς κατάστασης χαμηλής ισχύος για συναρμολόγηση DIY. Ο μικρός αριθμός εξαρτημάτων και η απλή συγκόλληση με ανάρτηση επιτρέπουν τη συγκόλληση του κυκλώματος χωρίς δυσκολία.

Χάρη στη χρήση του οπτοζεύκτη ΜΟΣ3083 στο κύκλωμα διαμόρφωσης του σήματος ελέγχου, η τιμή της τάσης εισόδου μπορεί να κυμαίνεται από 5 έως 24 βολτ.

Χάρη στο κύκλωμα που αποτελείται από μια δίοδο Zener και μια περιοριστική αντίσταση, το ρεύμα που διέρχεται από την ενδεικτική LED μειώνεται στο ελάχιστο δυνατό. Αυτή η λύση εξασφαλίζει μεγάλη διάρκεια ζωής της ενδεικτικής LED.

Έλεγχος του συναρμολογημένου κυκλώματος για λειτουργικότητα

Το συναρμολογημένο κύκλωμα πρέπει να ελεγχθεί για τη λειτουργικότητά του. Δεν είναι απαραίτητο να συνδεθεί τάση φορτίου 220 βολτ στο κύκλωμα μεταγωγής μέσω του τριάκ. Αρκεί να συνδεθεί ένα όργανο μέτρησης (ελεγκτής) παράλληλα στη γραμμή μεταγωγής του τριάκ.

Έλεγχος λειτουργίας του ρελέ στερεάς κατάστασης με τη βοήθεια οργάνου μέτρησης. Εάν εφαρμόζεται τάση ελέγχου στην είσοδο της συσκευής, η επαφή του τριάκ πρέπει να είναι ανοιχτή.

Η λειτουργία μέτρησης του ελεγκτή πρέπει να ρυθμιστεί στα «ΜΩ» και να εφαρμοστεί τροφοδοσία (5-24V) στο κύκλωμα παραγωγής της τάσης ελέγχου. Εάν όλα λειτουργούν σωστά, ο ελεγκτής θα πρέπει να δείχνει διαφορά αντίστασης από «ΜΩ» έως «κΩ».

Διάταξη του μονολιθικού περιβλήματος

Για τη βάση του περιβλήματος του μελλοντικού ρελέ στερεάς κατάστασης θα χρειαστεί μια πλάκα αλουμινίου πάχους 3-5 mm. Οι διαστάσεις της πλάκας δεν είναι κρίσιμες, αλλά πρέπει να αντιστοιχούν στις συνθήκες αποτελεσματικής απαγωγής θερμότητας από το τριάκ κατά τη θέρμανση αυτού του ηλεκτρονικού στοιχείου.

Πλαίσιο για τη χύτευση του περιβλήματος της μελλοντικής συσκευής. Κατασκευάζεται από χαρτόνι ή άλλα κατάλληλα υλικά. Στερεώνεται στο υπόστρωμα αλουμινίου με γενική κόλλα.

Η επιφάνεια της πλάκας αλουμινίου πρέπει να είναι επίπεδη. Επιπλέον, πρέπει να υποβληθούν σε επεξεργασία και οι δύο πλευρές – καθαρισμός με λεπτό γυαλόχαρτο και στίλβωση.

Στο επόμενο στάδιο, η προετοιμασμένη πλάκα εξοπλίζεται με «καλούπι» – περιμετρικά κολλάται ένα πλαίσιο από χοντρό χαρτόνι ή πλαστικό. Πρέπει να σχηματιστεί ένα είδος κουτιού, το οποίο στη συνέχεια θα γεμιστεί με εποξειδική ρητίνη.

Μέσα στο δημιουργημένο κουτί τοποθετείται το συναρμολογημένο ηλεκτρονικό κύκλωμα του ρελέ στερεάς κατάστασης (με ανάρτηση). Στην επιφάνεια της πλάκας αλουμινίου τοποθετείται μόνο το τριάκ.

Στερέωση του τριάκ στο υπόστρωμα αλουμινίου. Βασική προϋπόθεση – αυτό το ηλεκτρονικό εξάρτημα πρέπει να πιεστεί σφιχτά πάνω στη μεταλλική βάση. Μόνο έτσι εξασφαλίζεται αποτελεσματική απαγωγή θερμότητας και αξιόπιστη λειτουργία.

Κανένα άλλο εξάρτημα ή αγωγός του κυκλώματος δεν πρέπει να αγγίζει το αλουμινένιο υπόστρωμα. Το τριάκ εφαρμόζεται στο αλουμίνιο με εκείνο το τμήμα του περιβλήματος που είναι σχεδιασμένο για τοποθέτηση σε ψύκτρα.

Θα πρέπει να χρησιμοποιείται θερμοαγώγιμη πάστα στην επιφάνεια επαφής μεταξύ του περιβλήματος του τριάκ και του αλουμινένιου υποστρώματος. Ορισμένες μάρκες τριάκ με μη μονωμένη άνοδο πρέπει υποχρεωτικά να τοποθετούνται μέσω μίκα.

Επιλογή στερέωσης του τριάκ στο υπόστρωμα μέσω πριτσινιού. Από την πίσω πλευρά, το πριτσίνι ισοπεδώνεται στο ίδιο επίπεδο με την επιφάνεια του υποστρώματος.

Το τριάκ πρέπει να πιεστεί σφιχτά στη βάση με κάποιο βάρος και να χυθεί περιμετρικά με εποξειδική κόλλα ή να στερεωθεί με κάποιο τρόπο χωρίς να διαταραχθεί η ομαλότητα της πίσω πλευράς του υποστρώματος (π.χ. με πριτσίνι).

Παρασκευή του compound και χύτευση του περιβλήματος

Για την κατασκευή του στερεού σώματος της ηλεκτρονικής συσκευής, θα χρειαστεί να παρασκευαστεί ένα μίγμα σύνθετου υλικού. Η σύνθεση του μίγματος βασίζεται σε δύο συστατικά:

1. Εποξειδική ρητίνη χωρίς σκληρυντή.
2. Σκόνη αλάβαστρου.

Χάρη στην προσθήκη αλάβαστρου, ο τεχνίτης λύνει ταυτόχρονα δύο προβλήματα – αποκτά επαρκή όγκο μίγματος πλήρωσης με ονομαστική κατανάλωση εποξειδικής ρητίνης και δημιουργεί ένα γέμισμα βέλτιστης σύστασης.

Το μίγμα πρέπει να αναμειχθεί καλά, στη συνέχεια μπορεί να προστεθεί ο σκληρυντής και να αναμειχθεί ξανά καλά. Στη συνέχεια, η ανάρτητη συναρμολόγηση καλύπτεται προσεκτικά με το παρασκευασμένο σύνθετο υλικό μέσα σε χαρτόκουτο.

Έτσι μοιάζει ένα έτοιμο δείγμα ρελέ στερεάς κατάστασης, συναρμολογημένο μόνος σας. Κάπως ασυνήθιστο και όχι πολύ εμφανίσιμο, αλλά αρκετά αξιόπιστο.

Η πλήρωση γίνεται μέχρι το ανώτερο επίπεδο, αφήνοντας στην επιφάνεια μόνο ένα μέρος της κεφαλής του LED ελέγχου. Αρχικά, η επιφάνεια του σύνθετου υλικού μπορεί να μην φαίνεται εντελώς λεία, αλλά μετά από λίγο η εικόνα θα αλλάξει. Το μόνο που απομένει είναι να περιμένετε την πλήρη σκλήρυνση της χύτευσης.

Στην ουσία, μπορούν να χρησιμοποιηθούν οποιαδήποτε κατάλληλα διαλύματα για χύτευση. Το κύριο κριτήριο είναι ότι η σύνθεση πλήρωσης δεν πρέπει να είναι ηλεκτρικά αγώγιμη, και επιπλέον πρέπει να σχηματίζεται ένας καλός βαθμός σκληρότητας της χύτευσης μετά τη σκλήρυνση. Το χυτό περίβλημα του ρελέ στερεάς κατάστασης αποτελεί ένα είδος προστασίας του ηλεκτρονικού κυκλώματος από τυχαίες φυσικές βλάβες.

Συμπεράσματα και χρήσιμο βίντεο για το θέμα

Αυτό το βίντεο δείχνει πώς και με βάση ποια ηλεκτρονικά εξαρτήματα μπορείτε να φτιάξετε ένα ρελέ στερεάς κατάστασης. Ο δημιουργός εξηγεί κατανοητά όλες τις λεπτομέρειες της πρακτικής κατασκευής, με τις οποίες αντιμετώπισε προσωπικά κατά τη διαδικασία παραγωγής του ηλεκτρονικού διακόπτη:

Βίντεο σχετικά με ένα πρόβλημα που μπορεί να αντιμετωπίσετε μετά την αγορά ενός μονοφασικού SSR από πωλητές από την Κίνα. Παράλληλα, πραγματοποιεί μια ιδιότυπη ανασκόπηση της συσκευής μεταγωγής:

Η αυτοκατασκευή ρελέ στερεάς κατάστασης – είναι μια απολύτως εφικτή λύση, αλλά σε σχέση με προϊόντα για φορτία χαμηλής τάσης που καταναλώνουν σχετικά μικρή ισχύ.

Είναι δύσκολο να κατασκευάσετε μόνοι σας πιο ισχυρές και υψηλότερης τάσης συσκευές. Εξάλλου, αυτό το εγχείρημα θα κοστίσει το ίδιο ποσό με ένα εργοστασιακό μοντέλο. Επομένως, αν χρειαστεί, είναι πιο εύκολο να αγοράσετε μια έτοιμη συσκευή βιομηχανικής κατασκευής.

Εάν έχετε ερωτήσεις σχετικά με τη συναρμολόγηση του ρελέ στερεάς κατάστασης, παρακαλούμε να τις υποβάλετε στο τμήμα σχολίων και θα προσπαθήσουμε να δώσουμε μια εξαιρετικά σαφή απάντηση. Εκεί μπορείτε επίσης να μοιραστείτε την εμπειρία σας από την κατασκευή του ρελέ μόνοι σας ή να αναφέρετε πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με το θέμα του άρθρου.