Cietvielu relejs: veidi, praktiskā pielietošana, pieslēguma shēmas

Klasiskie starteri un kontaktori pamazām kļūst par pagātni. To vietu autoelektronikā, sadzīves tehnikā un rūpnieciskajā automatizācijā ieņem cietvielu relejs – pusvadītāju ierīce, kurai nav nekādu kustīgu daļu.

Ierīcēm ir dažādas konstrukcijas un pieslēgšanas shēmas, no kurām ir atkarīgas to pielietošanas jomas. Pirms ierīces lietošanas ir jāsaprot tās darbības princips, jāuzzina par dažādu veidu releju funkcionēšanas un pieslēgšanas īpatnībām. Atbildes uz šiem jautājumiem ir detalizēti izklāstītas šajā rakstā.

Cietvielu releja uzbūve

Mūsdienu cietvielu releji (TTR) ir modulāras pusvadītāju ierīces, kas ir jaudas elektroslēdži.

Šo ierīču galvenie darba mezgli ir triaki, tiristori vai tranzistori. Cietvielu relejiem (TTR) nav kustīgu daļu, ar ko tie atšķiras no elektromehāniskajiem relejiem.

Cietvielu releja izmērs lielā mērā ir atkarīgs no maksimāli pieļaujamās slodzes un iespējas novadīt siltumu siltumpārneses un konvekcijas ceļā (+)

Šo ierīču iekšējā uzbūve var ievērojami atšķirties atkarībā no regulējamās slodzes veida un elektriskās shēmas.

Vienkāršākie cietvielu releji ietver šādus mezglus:

• ieejas mezgls ar drošinātājiem;
• trigera ķēde;
• optiskā (galvaniskā) atsaiste;
• pārslēgšanas mezgls;
• aizsardzības ķēdes;
• izejas mezgls uz slodzi.

Cietvielu releja ieejas mezgls ir primārā ķēde ar virknē pieslēgtu rezistoru. Drošinātājs šajā ķēdē tiek iebūvēts pēc izvēles. Ieejas mezgla uzdevums ir saņemt vadības signālu un nodot komandu slodzi komutējošajiem slēdžiem.

Pie maiņstrāvas, lai atdalītu kontrolējošo un galveno ķēdi, izmanto galvanisko atsaisti. No tās uzbūves lielā mērā ir atkarīgs releja darbības princips. Par ieejas signāla apstrādi atbildīgā trigera ķēde var tikt iekļauta optiskās atsaistes mezglā vai izvietota atsevišķi.

Aizsardzības mezgls novērš pārslodžu un kļūdu rašanos, jo ierīces bojājuma gadījumā var sabojāties arī pieslēgtā tehnika.

Cietvielu releju galvenā funkcija ir elektriskā tīkla ieslēgšana/izslēgšana, izmantojot vāju vadības signālu. Atšķirībā no elektromehāniskajiem analogiem, tiem ir kompaktāka forma un tie darbības laikā nerada raksturīgās klikšķu skaņas.

Cietvielu releja darbības princips

Cietvielu releja darbība ir diezgan vienkārša. Lielākā daļa cietvielu releju (TTR) ir paredzēti automātikas vadībai tīklos ar spriegumu 20-480 V.

Optiskā atsaite ļauj radīt minimālas jaudas vadības signālus, kas ir kritiski svarīgi sensoriem, kuri darbojas no autonomiem barošanas avotiem (+).

Klasiskajā izpildījumā ierīces korpusā ietilpst divi komutējamās ķēdes kontakti un divi vadošie vadi. To skaits var mainīties, palielinoties pieslēgto fāžu skaitam. Atkarībā no sprieguma esamības vadības ķēdē notiek galvenās slodzes ieslēgšana vai izslēgšana, izmantojot pusvadītāju elementus.

Cietvielu releju īpatnība ir nebeidzamas pretestības esamība. Ja elektromehāniskajās ierīcēs kontakti pilnībā atdalās, tad cietvielu relejos strāvas neesamību ķēdē nodrošina pusvadītāju materiālu īpašības.

Tāpēc pie paaugstinātiem spriegumiem var rasties nelielas noplūdes strāvas, kas var negatīvi ietekmēt pieslēgtās tehnikas darbību.

Cietvielu releju klasifikācija

Releju pielietojuma jomas ir dažādas, tāpēc arī to konstrukcijas īpatnības var stipri atšķirties atkarībā no konkrētās automātiskās shēmas vajadzībām. Cietvielu relejus (TTR) klasificē pēc pieslēgto fāžu skaita, darba strāvas veida, konstrukcijas īpatnībām un vadības shēmas veida.

Pēc pieslēgto fāžu skaita

Cietvielu relejus izmanto gan mājas ierīcēs, gan rūpnieciskajā automātikā ar darba spriegumu 380 V.

Tāpēc šie pusvadītāju elementi atkarībā no fāžu skaita tiek iedalīti:

• vienfāzes;
• trīsfāzes.

Vienfāzes cietvielu releji (TTR) ļauj strādāt ar strāvām 10-100 vai 100-500 A. To vadība tiek veikta, izmantojot analogo signālu.

Trīsfāzu relejam ieteicams pievienot dažādu krāsu vadus, lai, montējot iekārtu, tos varētu pareizi savienot.

Trīsfāzu cietvielu releji spēj izlaist strāvu diapazonā no 10 līdz 120 A. To uzbūve paredz reversīvu darbības principu, kas nodrošina vairāku elektrisko ķēžu vienlaicīgas regulēšanas uzticamību.

Bieži trīsfāzu cietvielu relejus (TTR) izmanto, lai nodrošinātu asinhronā motora darbību. Tā vadības elektroshemā obligāti tiek iekļauti ātrie drošinātāji augsto palaišanas strāvu dēļ.

Pēc darba strāvas veida

Cietvielu relejus nevar noregulēt vai pārprogrammēt, tāpēc tie var normāli darboties tikai noteiktā tīkla elektrisko parametru diapazonā.

Atkarībā no vajadzībām TTR var tikt vadīti ar elektroķēdēm, kas satur divu veidu strāvu:

• līdzstrāvu;
• maiņstrāvu;

Līdzīgi var klasificēt TTR arī pēc aktīvās slodzes sprieguma veida. Lielākā daļa releju sadzīves ierīcēs strādā ar mainīgiem parametriem.

Līdzstrāva netiek izmantota kā galvenais elektroenerģijas avots nevienā pasaules valstī, tāpēc šāda veida relejiem ir šaurs pielietojuma loks.

Ierīces ar pastāvīgu vadības strāvu raksturo augsta uzticamība, un tās izmanto regulēšanai spriegumu 3-32 V. Tās iztur plašu temperatūru diapazonu (-30..+70°C) bez būtiskām raksturlielumu izmaiņām.

Releji, kas tiek regulēti ar maiņstrāvu, ir ar vadības spriegumu 3-32 V vai 70-280 V. Tie izceļas ar zemiem elektromagnētiskajiem traucējumiem un augstu darbības ātrumu.

Pēc konstrukcijas īpatnībām

Cietvielu relejus bieži uzstāda dzīvokļa kopējā elektrosadalē, tāpēc daudziem modeļiem ir montāžas bloks stiprināšanai uz DIN sliedes.

Turklāt ir speciāli radiatori, kas atrodas starp TTR un atbalsta virsmu. Tie ļauj atdzesēt ierīci pie lielām slodzēm, saglabājot tās darba raksturlielumus.

Relejs tiek stiprināts uz DIN sliedes galvenokārt ar speciālu kronšteinu, kuram ir arī papildu funkcija – novadīt lieko siltumu ierīces darbības laikā.

Starp releju un radiatoru ieteicams uzklāt termopastas slāni, kas palielina saskares laukumu un uzlabo siltuma izkliedi. Ir arī TTR, kas paredzēti stiprināšanai pie sienas ar parastajām skrūvēm.

Pēc vadības shēmas tipa

Ne vienmēr regulējamo releju tehnikas darbības princips prasa tā momentānu iedarbināšanu.

Tāpēc ražotāji ir izstrādājuši vairākas TTR vadības shēmas, kuras tiek izmantotas dažādās jomās:

1. Kontrole caur nulli. Šāda cietvielu releja vadības opcija paredz iedarbināšanu tikai tad, kad sprieguma vērtība ir vienāda ar 0. To izmanto ierīcēs ar kapacitatīvo, rezistīvo (sildītāji) un vāju induktīvo (transformatori) slodzi.
2. Momentānā. To izmanto, ja nepieciešama strauja releja iedarbināšana, kad tiek pievadīts vadības signāls.
3. Fāzes. Tas paredz izejas sprieguma regulēšanu, mainot vadības strāvas parametrus. To izmanto pakāpeniskai sildīšanas pakāpes vai apgaismojuma maiņai.

Cietvielu releji atšķiras arī pēc daudziem citiem, mazāk svarīgiem parametriem. Tāpēc, iegādājoties TTR, ir svarīgi izprast pievienojamās tehnikas darbības shēmu, lai iegādātos pēc iespējas atbilstošāku regulēšanas ierīci.

Noteikti jāparedz jaudas rezerve, jo relejam ir darbības resurss, kas ātri izsīkst biežu pārslodžu gadījumā.

Cietvielu releju priekšrocības un trūkumi

Cietvielu releji ne velti izspiež no tirgus parastos palaidējus un kontaktorus. Šiem pusvadītāju ierīcēm ir daudzas priekšrocības salīdzinājumā ar elektromehāniskajiem analogiem, kas liek patērētājiem izvēlēties tieši tos.

Relejs mikroshēmām ir kompaktu izmēru un ir stipri ierobežots attiecībā uz maksimāli caurlaidīgo strāvu. Tie tiek stiprināti galvenokārt, pielodējot īpašās kājiņas.

Pie šādām priekšrocībām pieder:

1. Zems elektroenerģijas patēriņš (par 90% mazāks).
2. Kompakti izmēri, kas ļauj uzstādīt ierīces ierobežotā telpā.
3. Augsts ieslēgšanas un atslēgšanas ātrums.
4. Samazināts darba troksnis, nav raksturīgo elektromehāniskajam relejam klikšķu.
5. Nav paredzēta tehniskā apkalpošana.
6. Ilgs kalpošanas laiks, pateicoties resursam simtiem miljonu aktivizāciju.
7. Pateicoties plašām iespējām modificēt elektroniskos mezglus, TTR ir paplašinātas pielietojuma jomas.
8. Nav elektromagnētisko traucējumu aktivizācijas brīdī.
9. Tiek izslēgta kontaktu bojāšanās mehāniskā trieciena rezultātā.
10. Nav tieša fiziska kontakta starp vadības un komutācijas ķēdēm.
11. Iespēja regulēt slodzi.
12. Impulsa TTR ir automātiskās ķēdes, kas aizsargā pret pārslodzēm.
13. Iespēja izmantot sprādzienbīstamā vidē.

Minētās cietvielu releju priekšrocības ne vienmēr ir pietiekamas normālai iekārtas darbībai. Tieši tāpēc tie vēl nav pilnībā izspieduši elektromehāniskos kontaktorus.

Stabilai darbībai jaudīgiem cietvielu relejiem svarīga ir efektīva siltuma novadīšana, jo paaugstinātā temperatūrā krasi izkropļojas slodzes spriegums (+).

TTR ir arī trūkumi, kas neļauj tos izmantot daudzos gadījumos.

Pie trūkumiem pieder:

1. Lielākajai daļai ierīču nav iespējams strādāt ar spriegumu virs 0,5 kV.
2. Augstas izmaksas.
3. Jutīgums pret augstām strāvām, īpaši elektromotoru palaišanas ķēdēs.
4. Ierobežojumi izmantošanai paaugstināta mitruma apstākļos.
5. Kritisks darbības raksturlielumu samazinājums temperatūrā zem -30°C sala un virs +70°C karstuma.
6. Kompakts korpuss izraisa ierīces pārmērīgu uzkaršanu pie stabilām augstām slodzēm, kas prasa izmantot īpašas pasīvās vai aktīvās dzesēšanas ierīces.
7. Iespēja, ka ierīce izkūst no uzkaršanas īssavienojuma gadījumā.
8. Mikrostrāvas releja slēgtā stāvoklī var būt kritiskas iekārtas darbībai. Piemēram, tīklam pieslēgtās dienasgaismas spuldzes var periodiski uzliesmot.

Tādējādi cietvielu relejiem ir noteiktas pielietojuma jomas. Augstsprieguma rūpnieciskajās iekārtās to izmantošana ir krasi ierobežota nepilnīgo pusvadītāju materiālu fizikālo īpašību dēļ.

Tomēr sadzīves tehnikā un automobiļu rūpniecībā SSR ieņem stabilas pozīcijas, pateicoties savām pozitīvajām īpašībām.

Iespējamās pieslēgšanas shēmas

Cietvielu releju pieslēguma shēmas var būt ļoti dažādas. Katra elektriskā ķēde tiek veidota, ņemot vērā pieslēdzamās slodzes īpatnības. Shēmā var tikt pievienoti papildu drošinātāji, kontrolleri un regulējošās ierīces.

Pateicoties tam, ka ierīcē vadības un slodzes ķēdes nepārklājas, to elektriskās īpašības var atšķirties jebkuros parametros (+)

Tālāk tiks parādītas visvienkāršākās un izplatītākās SSR pieslēguma shēmas:

• normāli atvērta;
• ar saistītu kontūru;
• normāli slēgta;
• trīsfāžu;
• reversīva.

Normāli atvērta (izslēgta) shēma – relejs, kurā slodze atrodas zem sprieguma, ja ir vadības signāls. Proti, pievienotā iekārta ir izslēgtā stāvoklī, ja ieejas 3 un 4 ir bez sprieguma.

Pirms releja iegādes ir jānosaka nepieciešamais tā sākotnējā stāvokļa veids (slēgts vai atvērts), lai nodrošinātu pievienotās iekārtas pareizu darbību (+)

Normāli slēgta shēma – tiek domāts relejs, kurā slodze atrodas zem sprieguma, ja nav vadības signāla. Proti, pievienotā iekārta ir darba stāvoklī, ja ieejas 3 un 4 ir bez sprieguma.

Pastāv cietvielu releja pieslēguma shēma, kurā vadības un slodzes spriegums ir vienāds. Šādu veidu var izmantot vienlaicīgi darbam līdzstrāvas un maiņstrāvas tīklos.

Trīsfāžu releji tiek pieslēgti nedaudz citiem principiem. Kontakti var tikt savienoti variantos "Zvaigzne", "Trijstūris" vai "Zvaigzne ar neitrāli".

Trīsfāžu releja pieslēguma shēmas izvēle lielā mērā ir atkarīga no iekārtas darbības īpatnībām, kas tam pievienota kā slodze

Reversīvie cietvielu releji tiek izmantoti elektromotoros atbilstošajā režīmā. Tie tiek ražoti trīsfāžu variantā un ietver divus vadības kontūrus.

Ja relejam ir svarīga kontaktu pieslēguma polaritātes ievērošana, tad marķējumā vienmēr būs norādīts, kur pieslēgt fāzi un nulli

Elektriskās ķēdes ar TTR jāsamontē tikai pēc to iepriekšējas uzzīmēšanas uz papīra, jo nepareizi pieslēgtās ierīces var sabojāties īssavienojuma dēļ.

Ierīču praktiskā pielietošana

Cietvielu releju izmantošanas joma ir diezgan plaša. Pateicoties augstajai uzticamībai un regulāras apkopes neesamībai, tos bieži uzstāda grūti pieejamās iekārtu vietās.

Daudzos relejos vadības ķēdes vadu pieslēgšana prasa polaritātes ievērošanu, kas ir jāņem vērā montāžas procesā.

Galvenās TTR pielietošanas jomas ir:

• termoregulācijas sistēma, izmantojot sildelementus;
• stabilas temperatūras uzturēšana tehnoloģiskajos procesos;
• transformatoru darba kontrole;
• apgaismojuma regulēšana;
• kustības, apgaismojuma sensoru, fotosensoru āra apgaismojumam u.tml. shēmas;
• elektromotoru vadība;
• nepārtrauktas barošanas avoti.

Palielinoties sadzīves tehnikas automatizācijai, cietvielu releji kļūst arvien izplatītāki, un attīstošās pusvadītāju tehnoloģijas pastāvīgi atver jaunas to pielietošanas jomas.

Ja vēlaties, cietvielu releju var salikt pašrocīgi. Detalizēta instrukcija ir sniegta šajā rakstā.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Piedāvātie video palīdzēs labāk izprast cietvielu releju darbību un iepazīties ar to pieslēgšanas veidiem.

Praktiska vienkāršākā cietvielu releja darbības demonstrācija:

Cietvielu releju veidu un darbības īpatnību apskats:

TTR darbības un sildīšanās pakāpes pārbaude:

Samontēt elektrisko ķēdi no cietvielu releja un sensora var praktiski jebkurš cilvēks.

Tomēr darba shēmas plānošana prasa pamatzināšanas elektrotehnikā, jo nepareizs pieslēgums var izraisīt elektrošoku vai īssavienojumu. Savukārt pareizas darbības rezultātā var iegūt daudz sadzīvē noderīgu ierīču.

Vai jums ir ko piebilst, vai radušies jautājumi par cietvielu releju pieslēgšanas un izmantošanas tēmu? Varat atstāt komentārus pie publikācijas, piedalīties diskusijās un dalīties ar savu pieredzi šādu ierīču lietošanā. Saziņas forma atrodas apakšējā blokā.