Cietvielu relejs pašu rokām: montāžas instrukcija un padomi pieslēgšanai

Cietvielu relejs (TTR) – ierīce no elektronisko komponentu sērijas, kas nav mehāniskas darbības. Mehānikas trūkums paver vairāk iespēju elektronikas entuziastiem izgatavot cietvielu releju pašrocīgi personīgai lietošanai.

Apskatīsim šādu iespēju sīkāk.

TTR uzbūve un darbības princips

Ja lielākā daļa līdzīgas elektronikas tradicionāli satur kustīgas kontaktu grupu detaļas, tad cietvielu relejs šādu detaļu vispār nav. Ķēdes komutācija ar ierīces shēmu tiek veikta pēc elektroniskās atslēgas principa. Elektronisko atslēgu lomu parasti pilda releja korpusā iebūvētie pusvadītāji – jaudas tranzistori, simistori, tiristori.

Pirms mēģināt izgatavot cietvielu releju patstāvīgi, ir loģiski iepazīties ar šādu ierīču pamata uzbūvi, saprast to darbības principu.

Rūpnieciskā ražošanā tiek ražoti cietvielu releji dažādās konfigurācijās, kas paredzēti visdažādākajiem praktiskās lietošanas apstākļiem. Modifikāciju izvēle ir plaša.

Rūpīgas ierīces izpētes ietvaros nekavējoties jāizceļ TTR priekšrocības:

• jaudīgas slodzes komutācija;
• augsts pārslēgšanas ātrums;
• ideāla galvaniskā atdalīšana;
• spēja īslaicīgi izturēt augstas pārslodzes.

Starp mehāniskajām konstrukcijām atrast releju ar līdzīgiem parametriem reāli nav iespējams. Vispār cietvielu releju priekšrocības salīdzinājumā ar mehāniskajiem līdziniekiem izsaka iespaidīgs saraksts.

Divas elektroniskas ierīces, kas funkcionāli nodrošina ķēžu komutāciju: kreisā ir izgatavota uz cietvielu konstrukcijas pamata, labā – tradicionāla mehāniskā pārslēgšanas sistēma.

TTR ekspluatācijas apstākļi praktiski neierobežo šo ierīču pielietojumu. Turklāt kustīgu mehānisko detaļu trūkums labvēlīgi ietekmē ierīču kalpošanas ilgumu. Tātad ir visi pamati, lai nodarbotos ar cietvielu releju – saliktu ierīci pašrocīgi.

Tomēr, taisnības labad, līdzās pozitīvajiem aspektiem jāatzīmē releja īpašības, kas raksturotas kā trūkumi. Piemēram, jaudīgu ierīču ekspluatācijai parasti nepieciešams papildu konstrukcijas elements, kas paredzēts siltuma novadīšanai.

Gadījumā, ja tiek komutēta jaudīga slodze, cietvielu releji gandrīz vienmēr tiek papildināti ar jaudīgiem dzesēšanas radiatoriem. Šis apstāklis nedaudz sarežģī TTR pielietojumu.

Cietvielu releju dzesēšanas radiatoru izmēri vairākas reizes pārsniedz TTR gabarītus, kas samazina montāžas ērtumu un racionalitāti.

TTR ierīces ekspluatācijas laikā (slēgtā stāvoklī) rada pretēju noplūdes strāvu un uzrāda nelineāru voltampēru raksturlīkni. Ne visus cietvielu relejus ir atļauts izmantot bez ierobežojumiem attiecībā uz komutējamo spriegumu raksturlielumiem.

Konstrukcija paredzēta lietošanai tikai shēmās, kur barošana tiek veikta ar līdzstrāvu. Parasti šīs ierīces izceļas ar maziem gabarītiem un nelielu komutācijas jaudu.

Atsevišķi ierīču veidi ir paredzēti tikai līdzstrāvas komutācijai. Cietvielu releju ieviešana shēmā parasti prasa veikt papildu pasākumus, lai novērstu nepatiesas nostrādes.

Cietvielu relejus bieži var sastapt vispārējā dzīvokļa elektrosadalē.

Kā darbojas cietvielu relejs?

Vadības signāls (parasti zema līmeņa spriegums, kas nāk, piemēram, no vadības kontrollera) tiek padots uz optoelektroniskā pāra gaismas diodi, kas atrodas TTR shēmā. Gaismas diode sāk izstarot gaismu pret fotodiodi, kas savukārt atveras un sāk laist cauri strāvu.

Vispārināta TTR shēma, uzskatāmi parādot, kā darbojas elektroniskā ierīce: 1 – vadības sprieguma avots; 2 – optopāris releja korpusā; 3 – slodzes strāvas avots; 4 – slodze

Strāva, kas iet caur fotodiodi, nonāk uz atslēgas tranzistora vai tiristora vadības elektrodu. Atslēga atveras un noslēdz slodzes ķēdi.

Tā darbojas ierīces komutācijas funkcija. Visa elektronika tradicionāli ir ievietota monolītā korpusā. Patiesībā tāpēc ierīce ieguvusi nosaukumu 'cietvielu relejs'.

Bet par to, kā pieslēgt cietvielu releju, var lasīt šajā materiālā.

Cietvielu slēdžu veidi

Visu esošo ierīču sortimentu nosacīti var iedalīt grupās, pamatojoties uz pieslēdzamās slodzes kategoriju, spriegumu kontroles un komutācijas īpatnībām.

Tādējādi kopumā sanāk trīs grupas:

1. Ierīces, kas darbojas līdzstrāvas ķēdēs.
2. Ierīces, kas darbojas maiņstrāvas ķēdēs.
3. Universālas konstrukcijas.

Pirmā grupa ir ierīces ar darba vadības spriegumu parametriem 3–32 volti. Tā ir salīdzinoši maza izmēra elektronika, kas aprīkota ar LED indikāciju, spējīga darboties bez traucējumiem temperatūrā no –35 līdz +75 °C.

Plaši izplatīts elektroniskās ierīces izpildījums izmantošanai vienfāzes elektrotīklā. Ir arī citas konstrukcijas varianti, taču ievērojami retāk.

Otrā grupa – ierīces, kas paredzētas uzstādīšanai maiņsprieguma tīklos. Šeit ir attēlotas TTR konstrukcijas uzstādīšanai maiņstrāvas tīklos, kuras tiek vadītas ar spriegumu 24–250 volti. Ir ierīces, kas spēj komutēt lielas jaudas slodzi.

Trešā grupa – universālas nozīmes ierīces. Šāda veida ierīču shēmu tehnika atbalsta manuālu iestatīšanu izmantošanai dažādos apstākļos.

Ja ņem vērā pievienotās slodzes raksturu, jāizdala divu veidu maiņstrāvas cietvielu releji: vienfāzes un trīsfāžu. Abi veidi ir paredzēti pietiekami jaudīgas slodzes komutācijai pie strāvām 10 – 75 A. Turklāt maksimālās īslaicīgās strāvas vērtības var sasniegt 500 A.

Plaši izplatīts izpildījuma variants izmantošanai trīsfāžu elektrotīklā. Bieži tiek izmantots kā lineārais regulators jaudīgiem elektriskajiem sildītājiem (TEN).

Par slodzi, kuru komutē cietvielu releji, var būt kapacitatīvās, rezistīvās, induktīvās ķēdes. Slēdžu konstrukcijas ļauj bez lieka trokšņa, vienmērīgi vadīt, piemēram, sildīšanas elementus, kvēlspuldzes, elektromotorus.

Darba uzticamība ir pietiekami augsta. Bet lielā mērā cietvielu releju stabilitāte un ilgmūžība ir atkarīga no izstrādājumu ražošanas kvalitātes. Piemēram, ierīces, kas tiek ražotas ar kādu preču zīmi «Impuls», bieži vien raksturojas ar īsu kalpošanas laiku.

No otras puses, uzņēmuma «Schneider Electric» izstrādājumi neatstāj pamatu kritikai.

Kā izgatavot TTR pašrocīgi?

Ņemot vērā ierīces konstruktīvo īpatnību (monolīts), shēma tiek samontēta nevis uz tekstolīta plates, kā ierasts, bet gan ar bezplates montāžu.

Šādi izskatās paštaisīta cietvielu releja konstrukcija. Pagatavot ko līdzīgu nav grūti. Vajadzīgas tikai elektroniķa un elektriķa pamatprasmes. Materiālās izmaksas ir nelielas.

Šajā virzienā var atrast daudz shēmu tehnisko risinājumu. Konkrētais variants ir atkarīgs no nepieciešamās komutējamās jaudas un citiem parametriem.

Elektroniskie komponenti shēmas salikšanai

Vienkāršas shēmas elementu saraksts praktiskai apguvei un cietvielu releja izveidei pašu spēkiem ir šāds:

1. Optopāris tips MOC3083.
2. Triaks tips BT139-800.
3. Tranzistors sērijas KT209.
4. Rezistori, stabilitrons, gaismas diode.

Visi norādītie elektroniskie komponenti tiek lodēti ar piekarināmo montāžu atbilstoši sekojošai shēmai:

Mazjaudas cietvielu releja principiālā shēma, ko var samontēt pašrocīgi. Neliels detaļu daudzums un vienkārša piekarināmā montāža ļauj bez grūtībām pielodēt shēmu.

Pateicoties optopāra MOC3083 izmantošanai vadības signāla veidošanas shēmā, ieejas sprieguma vērtība var mainīties no 5 līdz 24 voltiem.

Bet, pateicoties ķēdei, kas sastāv no stabilitrona un ierobežojošā rezistora, strāva, kas iet caur kontroles gaismas diodi, ir samazināta līdz minimāli iespējamai. Šāds risinājums nodrošina ilgu kontroles gaismas diodes kalpošanas laiku.

Samontētās shēmas darbspējas pārbaude

Samontētā shēma ir jāpārbauda darbspējai. Nav obligāti pieslēgt 220 voltu slodzes spriegumu komutācijas ķēdei caur triaku. Pietiek paralēli triaka komutācijas līnijai pievienot mērierīci – testeri.

Cietvielu releja darbspējas pārbaude, izmantojot mērierīci. Ja ierīces ieejai ir pievadīts vadības spriegums, triaka pārejai jābūt atvērtai.

Testera mērījumu režīms ir jāiestata uz «mΩ» un jāpievada barošana (5-24V) vadības sprieguma ģenerēšanas shēmai. Ja viss darbojas pareizi, testerim ir jāuzrāda pretestību atšķirība no «mΩ» līdz «kΩ».

Monolīta korpusa uzbūve

Topošā cietvielu releja korpusa pamatnei būs nepieciešama alumīnija plāksne ar biezumu 3-5 mm. Plāksnes izmēri nav kritiski, bet tiem jāatbilst efektīvas siltuma atvadīšanas nosacījumiem no triaka, kad šis elektroniskais elements sakarst.

Rāmis topošās ierīces korpusa aizliešanai. Izgatavots no kartona sloksnes vai citiem piemērotiem materiāliem. Uz alumīnija pamatnes nostiprināts ar universālo līmi.

Alumīnija plāksnes virsmai jābūt līdzenai. Papildus ir jāapstrādā abas puses – jānoslīpē ar smalku smilšpapīru, jānopulē.

Nākamajā posmā sagatavotā plāksne tiek aprīkota ar «veidni» – pa perimetru tiek pielīmēta apmale no bieza kartona vai plastmasas. Jāizveidojas savdabīgai kastei, kas vēlāk tiks aizlieta ar epoksīda sveķiem.

Izveidotās kastes iekšpusē ievieto samontēto cietvielu releja elektronisko shēmu, kas ir izveidota ar «piekarināmo» montāžu. Uz alumīnija plāksnes virsmas novieto tikai triaku.

Triaka nostiprināšana uz alumīnija pamatnes. Galvenais nosacījums – šis elektroniskais komponents ir cieši jāpiespiež pie metāla pamatnes. Tikai tā tiek nodrošināta kvalitatīva siltuma atvade un darba uzticamība.

Nevienas citas detaļas un shēmas vadi nedrīkst pieskarties alumīnija pamatnei. Triacs jāpiespiež pie alumīnija ar to korpusa daļu, kas paredzēta radiatora montāžai.

Jāizmanto siltumvadošā pasta triaca korpusa un alumīnija pamatnes saskares laukumā. Dažiem triacu modeļiem ar neizolētu anodu obligāti jāuzstāda caur vizlas starpliku.

Triaca stiprinājuma variants pie pamatnes ar kniedes palīdzību. No otras puses kniede tiek saplacināta vienā līmenī ar pamatnes virsmu.

Triac ir cieši jāpiespiež pie pamatnes ar kādu svaru un pa perimetru jāaizlej ar epoksīda līmi vai jānostiprina kādā veidā, nebojājot pamatnes aizmugures gludumu (piemēram, ar kniedi).

Kompaunda sagatavošana un korpusa aizpildīšana

Lai izgatavotu elektroniskās ierīces cieto korpusu, būs jāsagatavo kompaunda maisījums. Kompaunda maisījuma sastāvs tiek veidots uz divu komponentu bāzes:

1. Epoksīda sveķi bez cietinātāja.
2. Alabastra pulveris.

Pateicoties alabastra pievienošanai, meistars atrisina divus uzdevumus vienlaikus – iegūst pietiekamu daudzumu liešanas kompaunda ar nominālo epoksīda sveķu patēriņu un rada optimālas konsistences aizliešanu.

Maisījums rūpīgi jāsamaisa, pēc tam var pievienot cietinātāju un atkal rūpīgi samaisīt. Pēc tam uzmanīgi aizlej «piekārtoto» montāžu kartona kastes iekšpusē ar izveidoto kompaundu.

Šādi izskatās gatavs paša rokām samontēts cietvielu releja eksemplārs. Nedaudz neparasti un ne pārāk reprezentabli, bet pietiekami uzticami.

Aizliešanu veic līdz augšējam līmenim, atstājot uz virsmas tikai daļu no kontrolējošā LED galviņas. Sākotnēji kompaunda virsma var izskatīties ne pārāk gluda, bet pēc kāda laika attēls mainīsies. Atliks tikai sagaidīt lējuma pilnīgu sacietēšanu.

Būtībā var izmantot jebkurus liešanai piemērotus šķīdumus. Galvenais kritērijs – aizliešanas sastāvs nedrīkst būt elektrovadošs, turklāt pēc sacietēšanas jāveidojas labai lējuma cietībai. Cietvielu releja lietais korpuss ir sava veida aizsardzība elektroniskajai shēmai pret nejaušiem fiziskiem bojājumiem.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Šis video parāda, kā un uz kādu elektronisko komponentu bāzes var izgatavot cietvielu releju. Autors saprotami stāsta par visām izgatavošanas prakses detaļām, ar kurām viņš personīgi saskārās elektroniskā komutatora ražošanas procesā:

Video par problēmu, ar kuru var saskarties pēc vienfāzes TTR iegādes no Ķīnas pārdevējiem. Vienlaikus tas veic sava veida komutācijas ierīces pārskatu:

Cietvielu releju pašrocīga izgatavošana – pilnīgi iespējams risinājums, bet attiecībā uz izstrādājumiem zemsprieguma slodzei, kas patērē salīdzinoši mazu jaudu.

Jaudīgākas un augstsprieguma ierīces ir grūti izgatavot pašam. Un šis pasākums izmaksās tikpat, cik rūpnīcā ražots eksemplārs. Tāpēc, ja nepieciešams, vieglāk ir nopirkt gatavu rūpnieciski ražotu ierīci.

Ja Jums ir radušies jautājumi par cietvielu releja salikšanu, lūdzu, uzdodiet tos komentāru blokā, un mēs centīsimies sniegt uz tiem pēc iespējas saprotamāku atbildi. Turpat var dalīties pieredzē par pašizgatavota releja izveidi vai sniegt vērtīgu informāciju par raksta tēmu.