Твердотельные реле (SSR): Профессиональное руководство для инженеров-электронщиков

Что такое твердотельные реле (SSR)?

Твердотельное реле (SSR) — бесконтактный ключ, включающий/выключающий нагрузку при подаче малого управляющего напряжения на управляющие клеммы. Состоит из твердотельных элементов. Коммутирует без контактов и искры. Отсутствие движущихся частей обеспечивает высокую скорость коммутации, долговечность и малое обслуживание.

Преимущества SSR над электромагнитными реле:

Дольше служат, меньше обслуживания (нет движущихся частей, изнашивающихся). Высокая надежность, большой ресурс, высокая скорость коммутации, малые габариты.

Применение твердотельных реле:

Широко используются в станках с ЧПУ, дистанционно-управляемых системах, автоматизированных промышленных устройствах: химическая, медицинская, пищевая, пластмассовая, упаковочная, осветительная промышленность. Также в системах управления движением.

Принцип работы твердотельных реле:

Делим SSR на два типа по применению: AC SSR и DC SSR. Рассмотрим AC SSR. Основной блок: цепь связи, триггерная схема, схема управления переходом через ноль, коммутационная схема. На входе — два клеммы, на выходе — две.

Малое напряжение на входе управляет выходом. Цепь связи (оптопара) гальванически разделяет вход и выход, не дает выходу влиять на вход. Оптопары — высокая чувствительность, скорость, выдерживают высокие напряжения. На входе светодиод — можно подключить к выходу компьютера, управление логическими уровнями «1» и «0».

Триггерная схема формирует сигнал для управления ключевой схемой. Схема перехода через ноль подавляет радиочастотные помехи, высшие гармоники, загрязнение сети.

RC-цепь (гаситель) защищает симистор (ключевой элемент) от импульсов и скачков сети. В DC SSR нет схемы перехода через ноль и гасителя, ключевой элемент — мощный транзистор. Принцип работы аналогичен.

Как выбрать оптимальное SSR для вашего приложения:

1: Тип нагрузки

Определите тип нагрузки. Активная (нагреватели, лампы) — лучше с SSR перехода через ноль (включение на первом переходе синуса, <8,33 мс). Индуктивная (соленоиды, катушки, насосы) — мгновенные SSR (<0,35 мс). Тяжелые индуктивные (трансформаторы) — SSR с пиковым включением (на пике напряжения). Емкостные (вспышки) — редко.

2: Число полюсов

Число проводников, подключенных к нагрузке. DC — 1-полюсный VDC SSR. Однофазный AC — 1-полюсный VAC SSR. Трехфазный — 2- или 3-полюсный SSR.

3: Напряжение и ток нагрузки

Максимальное AC/DC напряжение и ток из спецификаций прибора. SSR коммутируют одну фазу 120/240 VAC или 208, 240, 480, 600 VAC для трехфазных.

4: Управляющее напряжение / Входной сигнал

Напряжение включения и напряжение отключения (drop-out). SSR не имеют фиксированного управляющего напряжения, а имеют диапазоны: VAC, VDC или комбинированные. Для пропорционального управления — сигнал 0–10 VDC или 4–20 мА. Определите оптимальный тип коммутации.

5: Температура окружения

Максимальный ток SSR зависит от температуры окружения при монтаже. Высокая температура снижает ток. Обыжен нужен радиатор. Для подбора радиатора нужны температура и ориентация монтажа.

6: Тип монтажа

SSR для печатных плат (ограниченная нагрузка, теплоотвод). На корпусные — нужен радиатор для номинального тока. Без радиатора — если ток <5А или <8А на металлической поверхности. DIN-рейка — удобно, щелкают на рельсу, готовы к подключению. Продвинутые модели в специальных исполнениях.