Твердотельное реле – это класс современных модульных полупроводниковых приборов, выполненных по гибридной технологии, содержащих в своем составе мощные силовые ключи на симисторных, тиристорных либо транзисторных структурах. Они с успехом используются для замены традиционных электромагнитных реле, контакторов и пускателей. Твердотельные реле обеспечивают наиболее надежный метод коммутации цепей.

Способы коммутации твердотельных реле:

1. Управление с коммутаций при переходе тока через ноль

Преимущества этого метода коммутации заключается в отсутствии помех создающихся при включении. Недостатками являются прерывание выходного сигнала и невозможность использования на высокоиндуктивные нагрузки. Основное применение данного вида коммутации подходит для резистивной нагрузки (системы контроля и управления нагревом). Так же применяют на емкостные и слабоиндуктивные нагрузки.

2. Фазовое управление

Преимущества фазового метода регулирования заключается в непрерывности и плавности регулирования. Этот метод позволяет регулировать величину напряжения на выходе (регулятор мощности). Недостатком является наличие помех при переключении. Применяется для резистивных (системы управления нагревом), переменная резистивная нагрузка (инфракрасные излучатели) и индуктивных нагрузок (транcформаторы).

Ток и характер нагрузки

Одним из важнейших параметров для выбора реле является ток нагрузки. Для надежной и длительной эксплуатации необходимо выбирать реле с запасом по току, но при этом надо учитывать и пусковые токи, т.к. реле способно выдерживать 10-ти кратную перегрузку по току только в течение короткого времени (10мс). Так при работе на активную нагрузку (нагреватель) номинальный ток реле должен быть на 30-40% больше номинального тока нагрузки, а при работе на индуктивную нагрузку(электродвигатель) необходимо учитывать пусковой ток и запас по току должен быть увеличен в 6-10раз.

Примеры запаса по току для различных типов нагрузки

• активная нагрузка (ТЭНы) – запас 30-40%
• асинхронные электродвигатели – 6…10 кратный запас по току
• лампы накаливания – 8…12 кратный запас по току
• катушки электромагнитных реле – 4…10кратный запас по току

Расчет тока реле при активной нагрузке:

Охлаждение

Еще одним немаловажным фактором для надежной работы твердотельных реле является его рабочая температура. При работе твердотельного реле на силовых элементахвыделяется большое количество тепла, которое необходимо отводить с помощью радиаторов охлаждения. Выделение тепла вызвано электрическими потерями на силовых элементах реле. Заявленный номинальный ток реле способны коммутировать при его температуре не более 40°С. При увеличении температуры реле снижается его пропускная способность из расчета 20-25% на каждые 10°С. При температуре примерно 80°С его пропускная способность по току сводится к нулю и как следствие реле выходит из строя. На температурный режим реле могут влиять многие факторы: место установки, температура окружающей среды, циркуляция воздуха, нагрузка на твердотельном реле и др. При использовании на «тяжелые» нагрузки (пуск асинхронного двигателя) необходимо применять дополнительные меры по усилению отвода тепла: устанавливать на радиатор большего размера, сделать принудительное охлаждение (установить вентилятор).

Защита

• Твердотельные реле имеют встроенную RC-цепь для защиты от ложного включения при использовании на индуктивной нагрузке.
• Для защиты от кратковременного перенапряжения со стороны нагрузки необходимо использовать варисторы. Они подбираются исходя из величины коммутируемого напряжения Uвар=1,6 - 2Uком.

• Для защиты от перегрузки по току необходимо использовать быстродействующие полупроводниковые предохранители. Подбираются с учетом величины номинального токареле Iпр=1 - 1,3Iном. реле. Это самый эффективный способ защитить реле от перегрузки по току. Т.к. реле способно выдерживать только кратковременную (10мс) перегрузку, то использование автоматов защиты их не спасет от выхода из строя.
• Для корректной работы твердотельного реле на маленькие токи нагрузки необходимо устанавливать шунтирующее сопротивление параллельно нагрузке.

Примеры применения

Основное применение твердотельные реле находят в системах управления нагревом. Твердотельные реле ZD3, VD, LA чаще всего применяют в технологических процессах где требуется поддержание температуры с большой точностью (ПИД, Fuzzy режим). При этом реле VD, LA будут обеспечивать плавную регулировку за счет фазового метода управления.

Твердотельные реле ZA2 чаще применяют в системах где не требуется высока точность поддержания температуры (двухпозиционный режим).

Твердотельные реле VA (управление потенциометром) применяют для ручной регулировки мощности на нагрузке. Таким реле можно отрегулировать мощность ТЭНа или ИК-излучателя, отрегулировать яркость свечения лампы накаливания.

Соблюдая определенный ряд условий твердотельные реле можно использовать для пуска асинхронных двигателей. Необходимо учитывать пусковые токи двигателя и реле подбирать с многократным запасом по току. Применять меры по дополнительному отводу тепла. Для защиты реле от кратковременных перенапряжений использовать варисторы, а для защиты от перегрузки по току быстродействующие предохранители.

Можно организовать управление группой реле от одного источника питания. В данном случае необходимо подобрать источник с мощностью достаточной для включения всей группы реле. При этом можно оставить возможность включения- выключения отдельного реле для управления требуемой зоной.