Polovodičové relé Udělej si sám: montážní návod a tipy pro připojení

Polovodičové relé (SSR) je zařízení z řady nemechanických elektronických součástek.Absence mechaniky otevírá více příležitostí pro nadšence elektroniky vyrobit polovodičové relé vlastníma rukama pro osobní použití.

Zvažme tuto možnost podrobněji.

Konstrukce a princip činnosti TTR

Zatímco většina takové elektroniky tradičně obsahuje pohyblivé části kontaktních skupin, polovodičové relé takové části vůbec nemá. Spínání obvodů obvodem zařízení se provádí na principu elektronického klíče. A roli elektronických klíčů většinou plní polovodiče zabudované v těle relé – výkonové tranzistory, triaky, tyristory.

Než se pokusíte vyrobit polovodičové relé sami, je logické, abyste se seznámili se základní konstrukcí takových zařízení a pochopili princip jejich fungování.

Průmyslová výroba vyrábí polovodičová relé různých konfigurací, určená pro nejrůznější praktické podmínky. Výběr modifikací je široký

V rámci důkladné studie zařízení je třeba okamžitě zdůraznit výhodné aspekty TTP:

• spínání výkonné zátěže;
• vysoká rychlost spínání;
• ideální galvanické oddělení;
• schopnost udržet vysoká přetížení na krátkou dobu.

Mezi mechanickými konstrukcemi opravdu není možné najít relé s podobnými parametry. Obecně jsou výhody polovodičových relé ve srovnání s jejich mechanickými protějšky vyjádřeny působivým seznamem.

Dvě elektronická zařízení, která funkčně zajišťují přepínání obvodů: vlevo je založeno na polovodičovém provedení, vpravo je tradiční mechanický přepínací systém

Provozní podmínky pro TSR prakticky neomezují použití těchto zařízení. Absence pohyblivých mechanických částí má navíc příznivý vliv na životnost zařízení. Existuje tedy každý důvod, proč začít pracovat na polovodičovém relé - sestavit zařízení sami.

Nicméně, spravedlivě, spolu s pozitivními aspekty, stojí za zmínku vlastnosti relé, které jsou charakterizovány jako nevýhody. Pro provoz výkonných zařízení je tedy zpravidla vyžadována další konstrukční součást, která je určena k odvodu tepla.

V případě spínání výkonné zátěže jsou polovodičová relé téměř vždy doplněna výkonnými chladiči. Tento bod poněkud komplikuje použití TTP

Chladicí radiátory pro polovodičová relé mají celkové rozměry několikanásobně větší než rozměry polovodičových relé, což snižuje pohodlí a racionalitu instalace.

Zařízení TSR během provozu (v zavřeném stavu) dávají zpětný svodový proud a vykazují nelineární charakteristiku proud-napětí. Ne všechna polovodičová relé lze použít bez omezení ve vlastnostech spínaných napětí.

Konstrukce pro použití pouze v obvodech napájených stejnosměrným proudem. Typicky se tato zařízení vyznačují malými rozměry a nízkým spínacím výkonem.

Některé typy zařízení jsou navrženy tak, aby spínaly pouze stejnosměrný proud. Zavedení polovodičových relé do obvodu obvykle vyžaduje další opatření zaměřená na blokování falešných poplachů.

Polovodičová relé lze často nalézt obecně elektrický panel bytu.

Jak funguje polovodičové relé?

Řídicí signál (obvykle nízkoúrovňové napětí přicházející např. z řídicího regulátoru) je přiváděn do LED optoelektronického páru přítomného v obvodu SSR. LED začne vyzařovat světlo směrem k fotodiodě, která se zase otevře a začne procházet proud.

Zobecněné schéma SSR, které jasně ukazuje, jak elektronické zařízení funguje: 1 – zdroj řídicího napětí; 2 – optočlen uvnitř pouzdra relé; 3 – zdroj zátěžového proudu; 4 - zatížení

Proud procházející fotodiodou přichází na řídicí elektrodu klíčového tranzistoru nebo tyristoru. Klíč otevírá a zavírá obvod zátěže.

Takto funguje spínací funkce zařízení. Veškerá elektronika je tradičně uzavřena v monolitickém pouzdře. Ve skutečnosti se proto zařízení nazývalo polovodičové relé.

Můžete si přečíst o tom, jak připojit polovodičové relé tento materiál.

Typy polovodičových přepínačů

Celý stávající sortiment zařízení lze rozdělit do skupin podle kategorie připojené zátěže, vlastností řízení napětí a spínání.

Vzniknou tedy celkem tři skupiny:

1. Zařízení pracující ve stejnosměrných obvodech.
2. Zařízení pracující v obvodech střídavého proudu.
3. Univerzální vzory.

První skupinu představují zařízení s parametry provozního řídicího napětí 3 – 32 voltů. Jedná se o relativně malou elektroniku, vybavenou LED indikací, schopnou fungovat bez přerušení při teplotách -35 / +75 ºС.

Široce používaná konstrukce elektronického zařízení pro použití v jednofázové elektrické síti.Existují také další možnosti designu, ale mnohem méně často.

Druhou skupinou jsou zařízení určená pro instalaci do sítí střídavého napětí. Zde jsou návrhy TSR pro instalaci v sítích AC, řízených napětím 24 - 250 voltů. Existují zařízení schopná spínat vysoké výkonové zátěže.

Třetí skupinou jsou zařízení pro univerzální použití. Obvody tohoto typu zařízení podporují ruční konfiguraci pro použití za určitých podmínek.

Na základě povahy připojené zátěže je třeba rozlišovat dva typy střídavých polovodičových relé: jednofázové a třífázové. Oba typy jsou určeny pro spínání poměrně silných zátěží při proudech 10 - 75 A. V tomto případě mohou špičkové krátkodobé hodnoty proudu dosáhnout 500 A.

Hojně používaná verze pro použití v třífázové elektrické síti. Často se používá jako lineární regulátor výkonných elektrických ohřívačů (TEH)

Zátěž spínaná polovodičovými relé mohou být kapacitní, odporové nebo indukční obvody. Konstrukce spínačů umožňuje plynulé ovládání např. topných těles, žárovek a elektromotorů bez zbytečného hluku.

Spolehlivost provozu je poměrně vysoká. Ale v mnoha ohledech závisí stabilita a životnost polovodičových relé na kvalitě výroby produktu. Zařízení vyráběná pod určitou značkou „Impuls“ se tak často vyznačují krátkou životností.

Na druhou stranu produkty Schneider Electric nenechávají žádný prostor pro kritiku.

Jak si vyrobit TTP vlastníma rukama?

S ohledem na konstrukční vlastnost zařízení (monolit) není obvod sestavován na textolitové desce, jak je obvyklé, ale povrchovou montáží.

Takto vypadá design domácího polovodičového relé. Není těžké něco takového udělat. Vše, co potřebujete, jsou základní znalosti elektroniky a elektrikáře. Náklady na materiál jsou malé

V tomto směru existuje mnoho obvodových řešení, která lze nalézt. Konkrétní možnost závisí na požadovaném spínaném výkonu a dalších parametrech.

Elektronické součástky pro montáž obvodů

Seznam prvků jednoduchého obvodu pro praktický vývoj a konstrukci polovodičového relé s vlastními rukama je následující:

1. Optočlen typu MOS3083.
2. Triak typ VT139-800.
3. Tranzistorové řady KT209.
4. Rezistory, zenerova dioda, LED.

Všechny uvedené elektronické součástky jsou pájeny povrchovou montáží podle následujícího schématu:

Schematické schéma polovodičového relé s nízkým výkonem pro montáž vlastními rukama. Malý počet dílů a jednoduchá sklopná instalace umožňuje bez potíží pájet obvod

Díky použití optočlenu MOS3083 v obvodu generování řídicího signálu se může vstupní napětí měnit od 5 do 24 voltů.

A díky řetězu sestávajícímu ze zenerovy diody a omezovacího rezistoru je proud procházející řídicí LED redukován na možné minimum. Toto řešení zajišťuje dlouhou životnost ovládací LED.

Kontrola funkčnosti sestaveného obvodu

Sestavený obvod je nutné zkontrolovat z hlediska funkčnosti. V tomto případě není nutné připojovat zátěžové napětí 220 voltů ke spínacímu obvodu přes triak. K triakové komutační lince stačí připojit měřící zařízení – tester – paralelně.

Kontrola výkonu polovodičového relé pomocí měřicího zařízení.Pokud je na vstup zařízení přivedeno řídicí napětí, musí být triakový přechod otevřený

Měřicí režim testeru musí být nastaven na „mOhm“ a napájení (5-24V) musí být přivedeno do obvodu generování řídicího napětí. Pokud vše funguje správně, tester by měl vykazovat rozdíl v odporu od „mOhm“ do „kOhm“.

Konstrukce monolitického tělesa

Pod základnou pouzdra budoucího polovodičového relé budete potřebovat hliníkovou desku o tloušťce 3-5 mm. Rozměry desky nejsou kritické, ale musí odpovídat podmínkám pro efektivní odvod tepla z triaku při zahřívání tohoto elektronického prvku.

Rám pro nalévání těla budoucího zařízení. Vyrobeno z lepenky nebo jiných vhodných materiálů. Upevnění na hliníkovém podkladu s univerzálním lepidlem

Povrch hliníkové desky musí být rovný. Dodatečně je potřeba zpracovat obě strany – očistit jemným brusným papírem a vyleštit.

V další fázi je připravená deska vybavena „bedněním“ - po obvodu je nalepena hranice ze silné lepenky nebo plastu. Měli byste získat jakousi krabici, která bude později vyplněna epoxidovou pryskyřicí.

Uvnitř vytvořené krabice je umístěn elektronický polovodičový reléový obvod sestavený s „krytem“. Na povrchu hliníkové desky je umístěn pouze triak.

Upevnění triaku na hliníkový substrát. Hlavní podmínkou je, že tato elektronická součástka musí být pevně přitlačena ke kovové základně. Jen tak lze zajistit kvalitní odvod tepla a spolehlivý provoz.

Žádné jiné části obvodu nebo vodiče by se neměly dotýkat hliníkového substrátu. Triak je připevněn k hliníku tou částí pouzdra, která je určena pro instalaci na radiátor.

Na kontaktní plochu těla triaku a hliníkového substrátu by měla být použita teplovodivá pasta. Některé značky triaků s neizolovanou anodou musí být instalovány přes slídové těsnění.

Možnost uchycení triaku k podkladu pomocí nýtu. Na zadní straně je nýt zploštělý v rovině s povrchem substrátu

Triak se musí nějakým závažím pevně přitlačit k podkladu a po obvodu vyplnit epoxidovým lepidlem nebo nějakým způsobem zajistit, aniž by se narušil hladký povrch zadní strany podkladu (například nýtem).

Příprava směsi a nalití korpusu

Chcete-li vyrobit pevné tělo elektronického zařízení, budete muset vyrobit směsnou směs. Složení směsné směsi je vyrobeno na základě dvou složek:

1. Epoxidová pryskyřice bez tvrdidla.
2. Alabastrový prášek.

Díky přídavku alabastru řeší mistr dva problémy najednou - získá vyčerpávající objem zalévací hmoty při jmenovité spotřebě epoxidové pryskyřice a vytvoří výplň optimální konzistence.

Směs musí být důkladně promíchána, poté můžete přidat tužidlo a znovu důkladně promíchat. Dále je „sklopná“ instalace uvnitř kartonové krabice pečlivě vyplněna vytvořenou hmotou.

Takto vypadá hotová kopie polovodičového relé pro kutily. Poněkud neobvyklé a nepříliš reprezentativní, ale docela spolehlivé

Plnění se provádí po nejvyšší úroveň, na povrchu zůstává pouze část ovládací LED hlavy. Zpočátku povrch směsi nemusí vypadat úplně hladce, ale po nějaké době se obraz změní. Nezbývá než počkat, až odlitek zcela vytvrdne.

Ve skutečnosti můžete použít jakékoli řešení vhodné pro odlévání.Hlavním kritériem je, že licí kompozice by neměla být elektricky vodivá a navíc by se po ztuhnutí měl vytvořit dobrý stupeň tuhosti odlitku. Odlévané polovodičové reléové pouzdro je druh ochrany elektronického obvodu před náhodným fyzickým poškozením.

Závěry a užitečné video k tématu

Toto video ukazuje, jak a na základě jakých elektronických součástek lze vyrobit polovodičové relé. Autor jasně hovoří o všech detailech výrobních postupů, se kterými se osobně setkal při výrobě elektronického spínače:

Video o problému, se kterým se můžete setkat po zakoupení jednofázového SSR od prodejců z Číny. Po cestě provádí jakousi revizi konstrukce spínacího zařízení:

Vlastní výroba polovodičových relé je zcela možným řešením, avšak ve vztahu k výrobkům pro nízkonapěťové zátěže, které spotřebovávají relativně malý výkon.

Je obtížné vyrobit výkonnější a vysokonapěťová zařízení vlastníma rukama. A tento finanční podnik bude stát stejnou částku, jakou je oceněna tovární kopie. Takže v případě potřeby je jednodušší koupit hotové průmyslové zařízení.

Máte-li dotazy ohledně sestavení polovodičového relé, zeptejte se je prosím v sekci komentářů a pokusíme se jim dát velmi jasnou odpověď. Zde můžete sdílet své zkušenosti s vlastní výrobou relé nebo poskytnout cenné informace k tématu článku.