Симистор вместо реле на 220в: Симистор вместо реле на 220в

коммутация мощных нагрузок / Блог компании Unwired Devices LLC / Хабр

Привет, Geektimes!

Управление мощными нагрузками — достаточно популярная тема среди людей, так или иначе касающихся автоматизации дома, причём в общем-то независимо от платформы: будь то Arduino, Rapsberry Pi, Unwired One или иная платформа, включать-выключать ей какой-нибудь обогреватель, котёл или канальный вентилятор рано или поздно приходится.

Традиционная дилемма здесь — чем, собственно, коммутировать. Как убедились многие на своём печальном опыте, китайские реле не обладают должной надёжностью — при коммутации мощной индуктивной нагрузки контакты сильно искрят, и в один прекрасный момент могут попросту залипнуть. Приходится ставить два реле — второе для подстраховки на размыкание.

Вместо реле можно поставить симистор или твердотельное реле (по сути, тот же тиристор или полевик со схемой управления логическим сигналом и опторазвязкой в одном корпусе), но у них другой минус — они греются. Соответственно, нужен радиатор, что увеличивает габариты конструкции.

Я же хочу рассказать про простую и довольно очевидную, но при этом редко встречающуюся схему, умеющую вот такое:

• Гальваническая развязка входа и нагрузки
• Коммутация индуктивных нагрузок без выбросов тока и напряжения
• Отсутствие значимого тепловыделения даже на максимальной мощности

Но сначала — чуть-чуть иллюстраций. Во всех случаях использовались реле TTI серий TRJ и TRIL, а в качестве нагрузки — пылесос мощностью 650 Вт.

Классическая схема — подключаем пылесос через обычное реле. Потом подключаем к пылесосу осциллограф (Осторожно! Либо осциллограф, либо пылесос — а лучше оба — должны быть гальванически развязаны от земли! Пальцами и яйцами в солонку не лазить! С 220 В не шутят!) и смотрим.

Включаем:

Пришлось почти на максимум сетевого напряжения (пытаться привязать электромагнитное реле к переходу через ноль — задача гиблая: оно слишком медленное). В обе стороны бабахнуло коротким выбросом с почти вертикальными фронтами, во все стороны полетели помехи. Ожидаемо.

Выключаем:

Резкое пропадание напряжения на индуктивной нагрузке не сулит ничего хорошего — ввысь полетел выброс. Кроме того, видите вот эти помехи на синусоиде за миллисекунды до собственно отключения? Это искрение начавших размыкаться контактов реле, из-за которого они однажды и прикипят.

Итак, «голым» реле коммутировать индуктивную нагрузку плохо. Что сделаем? Попробуем добавить снаббер — RC-цепочку из резистора 120 Ом и конденсатора 0,15 мкФ.

Включаем:

Лучше, но не сильно. Выброс сбавил в высоте, но в целом сохранился.

Выключаем:

Та же картина. Мусор остался, более того, осталось искрение контактов реле, хоть и сильно уменьшившееся.

Вывод: со снаббером лучше, чем без снаббера, но глобально проблемы он не решает. Тем не менее, если вы желаете коммутировать индуктивные нагрузки обычным реле — ставьте снаббер. Номиналы надо подбирать по конкретной нагрузке, но 1-Вт резистор на 100-120 Ом и конденсатор на 0,1 мкФ выглядят разумным вариантом для данного случая.

Литература по теме: Agilent — Application Note 1399, «Maximizing the Life Span of Your Relays». При работе реле на худший тип нагрузки — мотор, который, помимо индуктивности, при старте имеет ещё и очень низкое сопротивление — добрые авторы рекомендуют уменьшить паспортный ресурс реле в пять раз.

А теперь сделаем ход конём — объединим симистор, симисторный драйвер с детектированием нуля и реле в одну схему.

Что есть на этой схеме? Слева — вход. При подаче на него «1» конденсатор C2 практически мгновенно заряжается через R1 и нижнюю половину D1; оптореле VO1 включается, дожидается ближайшего перехода через ноль (MOC3063 — со встроенной схемой детектора нуля) и включает симистор D4. Нагрузка запускается.

Конденсатор C1 заряжается через цепочку из R1 и R2, на что уходит примерно t=RC ~ 100 мс. Это несколько периодов сетевого напряжения, то есть, за это время симистор успеет включиться гарантированно. Далее открывается Q1 — и включается реле K1 (а также светодиод D2, светящий приятным изумрудным светом). Контакты реле шунтируют симистор, поэтому далее — до самого выключения — он в работе участия не принимает. И не греется.

Выключение — в обратном порядке. Как только на входе появляется «0», C1 быстро разряжается через верхнее плечо D1 и R1, реле выключается. А вот симистор остаётся включённым примерно 100 мс, так как C2 разряжается через 100-килоомный R3. Более того, так как симистор удерживается в открытом состоянии током, то даже после отключения VO1 он останется открытым, пока ток нагрузки не упадёт в очередном полупериоде ниже тока удержания симистора.

Включение:

Выключение:

Красиво, не правда ли? Причём при использовании современных симисторов, устойчивых к быстрым изменениям тока и напряжения (такие модели есть у всех основных производителей — NXP, ST, Onsemi, etc., наименования начинаются с «BTA»), снаббер не нужен вообще, ни в каком виде.

Более того, если вспомнить умных людей из Agilent и посмотреть, как меняется потребляемый мотором ток, получится вот такая картинка:

Стартовый ток превышает рабочий более чем в четыре раза. За первые пять периодов — то время, на которое симистор опережает реле в нашей схеме — ток падает примерно вдвое, что также существенно смягчает требования к реле и продлевает его жизнь.

Да, схема сложнее и дороже, чем обычное реле или обычный симистор. Но часто она того стоит.

Управление приборами 220В

Самый простой вариант — Реле

Электромагнитное
реле — самый простой вариант управления
микроконтроллером нагрузкой 220В. По
сути это обычный электромагнит. При
подаче постоянного тока на катушку
возникает магнитное поле, сердечник
втягивается и замыкает выводы. Для
управления самим реле применимы те же
методы, описанные в статье «Как
управлять мотором постоянного тока».
Важно обращать внимание на ток удержания
реле и максимальный ток и коммутируемое
напряжение. Как правило, ток удержания
довольно высокий, около 100 мА, а напряжение
5 или 12В. Поэтому управлять напрямую от
микроконтроллера не получится. Нужен
будет транзистор.

Примерная
схема подключения реле с использованием
MOSFET транзистора. Как видно на схеме,
обязательно наличие диода. Дополнительно
можно ограничить потребляемый ток самим
реле, включив его последовательно через
резистор. Обычно ток удержания сильно
меньше стартового тока при включении
реле. Также можно добавить конденсатор,
чтобы он давал стартовый ток. Примерно
так можно будет выглядеть полная схема:

Основным
минусом схемы с реле является наличие
механической части в реле. Именно эта
часть ограничивает частоту переключений
реле и позволяет использовать реле с
частотой 0.5 Гц или меньше. Таким образом
управлять реле нагрузкой можно только
в режиме включил-выключил, без возможности
регулирования мощности подаваемой на
нагрузку.

Управляем нагрузкой 220В с
регулировкой мощности

Хотелось бы иметь возможность
регулировать мощность, подаваемую на
управляемый прибор в диапазоне от 0 до
100%. Вот эту задачу и будем решать.

Как известно бытовая электросеть
имеет переменное напряжение 220В с
частотой 50 Гц. На осциллограмме это
выглядит так:

Напряжение меняется по синусоиде,
меняя полярность каждые 10 мс. Ограничить
полную мощность синусоиды можно двумя
методами:

В фазовом методе нагрузка отключается
от сети на часть времени каждого
полупериода, отключение производится
обычно после перехода через 0. Напряжение
подаваемое на нагрузку в этом случае
выглядит так:

Во
втором методе, полных периодов или
полупериодов, нагрузка отключается на
целое количество периодов:

Например
это может выглядеть так, в случае с
полупериодами. При таком управлении
важно следить за тем, чтобы средний ток
был равен нулю.

Рассмотрим подробнее как управлять
нагрузкой методом полных периодов. Он
обеспечивает меньшие помехи на сеть
220В, так как ток и напряжение в нагрузке
нарастают синхронно и дают меньшие
выбросы в сеть.

Симистор
— мощный ключ для сети 220 В

Самый простой способ управления
нагрузкой 220В — использовать реле. Оно
позволяет с помощью постоянного
напряжения управлять мощной нагрузкой.
В этой статье не будет рассматривать
этот метод, он достаточно простой.
Достаточно подать напряжение на магнит
реле и он замкнёт контакты. К сожалению,
реле не позволяет управлять нагрузкой
достаточно быстро. При большом количестве
включений\выключений оно быстро выходит
из строя. Также, в момент переключения
возникают большие импульсные помехи.
Использовать реле лучше при частоте
управления не больше одного раза в 2-3
секунды.

Как мы уже знаем по статье «Как
управлять мотором постоянного тока»
в цепях постоянного тока транзистор
является электронным ключом, устройством,
которое позволяет малым напряжением
или током управлять более мощной
нагрузкой.

Для переменного тока тоже существуют
такие электронные ключи — Симисторы.

Симистор проводит ток в обоих
направлениях, поэтому используется в
сетях переменного тока. Для управления
нагрузкой основные электроды симистора
включаются в цепь последовательно с
нагрузкой. В закрытом состоянии
проводимость симистора отсутствует,
нагрузка выключена. При подаче на
управляющий электрод отпирающего
сигнала между основными электродами
симистора возникает проводимость,
нагрузка оказывается включённой.

Для удержания симистора в открытом
состоянии нет необходимости постоянно
подавать сигнал на управляющий электрод
(в отличие от транзистора). Он остаётся
открытым, пока протекающий через основные
выводы ток превышает некоторую величину,
называемую током удержания. Отсюда
следует, что выключение нагрузки в цепи
переменного тока происходит вблизи
моментов времени, когда ток через
основные электроды симистора меняет
направление (обычно это совпадает по
времени со сменой полярности напряжения
в сети переменного тока). Эта точка на
синусоиде называется переходом через
ноль.

Симистором можно управлять напрямую
от микроконтроллера, но для этого нужен
довольно большой ток — 10-20 мА. Существуют
также логические симисторы. У них ток
управления составляет около 5 мА. В
схемах лучше использовать обычные
симисторы, они более защищены от
самопроизвольного открытия. Что это
такое и как можно управлять обычными
симисторами? Читаем дальше.

Для начала посмотрим насколько мощной
нагрузкой может управлять типичный
симистор. Возьмём для примера симистор
BT139-800. В datasheet
обычно приводят графики выделяемой
мощности на симисторе при управлении
нагрузкой. Вот пример такого графика.

Зная
выделяемую мощность, используем параметры
рассеивания тепла корпусом, чтобы
получить температуру нагрева симистора
и оценить его работоспособность.

Из всех этих параметров следует, что
без радиатора данный симистор может
рассеять около 2Вт тепла. При управлении
полными полупериодами нужно брать
график тока для a=180 градусам. График в
этой области практически линейный,
поэтому можно сказать, что средний ток
будет около 2А.

То есть без радиатора этот симистор
сможет управлять нагрузкой в 2А * 220В =
440 Вт. В остальных случаях нужен будет
радиатор.

Теперь разберёмся как микроконтроллер
может управлять мощным симистором?

Оптосимистор — удобный метод
управления мощным симистором
микроконтроллером

Так как симистор проводит ток в обоих
направлениях, то по отношению к его
основным терминалам, управляющий ток
может находится в четырёх квадратах.

Можно
это также представить в виде таблицы:

В datasheet приводят, в каких квадрантах
управляется конкретный симистор и какой
для этого нужен ток. Например, выбранный
симистор управляется во всех 4-х
квадрантах. Но при этом различается
управляющий ток и защитные свойства от
ложных срабатываний.

Видно, что 4-ый квадрант самый невыгодный.
Управляющий ток резко возрастает. Также
и защитные свойства при таком управлении
падают.

Отсюда
следует вывод, что при управлении
микроконтроллером лучше управлять в
1-3 квадранте.

Если управление прямое, то МК необходимо
уметь менять полярность вывода, что
сложно, или иметь общее с терминалом A1
плюсовое питание (управление будет во
втором и третьем квадранте). Второй
вариант не сложно реализовать при
конденсаторном источнике питания. В
этом appnote AN2986 подробно
рассматривается этот случай.

Второй вариант — управлять через
оптосимистор. Таких устройств довольно
много и они стоят недорого. Например —
MOC3041. Есть оптосимисторы со встроенной
схемой контроля перехода через ноль,
они могут выключаться только около
нуля. Такой нам и нужен для схемы
управления полными периодами. А есть
без этой схемы. С их помощью можно
управлять фазовым методом.

Схема управления с использование
оптосимистора получается такая:

само устройство внутри выглядит так:

Управление
в этом случае получается одной полярности
с терминалом A2, то есть в первом и третьем
квадранте.

Дополнительно оптосимистор изолирует
схему работы микроконтроллера от сети,
что уменьшает помехи, и повышает
надёжность прибора. Если нет требований
к компактности прибора, то рекомендуем
использовать оптосимисторы для управления
другими более мощными симисторами.

Цепь защиты симистора от
помех в сети

В случае слишком быстрого изменения
напряжения на основных выводах симистора
или тока он может самопроизвольно
открыться и начать проводить ток. Это
очень неприятно. В основном это может
произойти при управлении индуктивной
нагрузкой (индуктивность сопротивляется
изменению тока). Но также это может
происходить и при работе прибора с
индуктивностью рядом в сети (например,
когда через одну розетку работает мотор
и управляемый микроконтроллером паяльный
фен). В этом случае независимо от
микроконтроллера управляемая нагрузка
не будет отключаться от сети и ток будет
продолжать идти. Например, при управлении
паяльным феном эта ситуация может
привести даже к пожару.

Простой защитой от этого случая
является снабберная цепь (резистор плюс
конденсатор):

Но
она не гарантирует работу во всех
случаях. Параметры рассчитываются под
конкретную индуктивность. Appnote AN-3004
подробно рассматривает расчет снаббера.

Второй вариант — использование
симисторов работающих в 1-3 квадранте.
Например, T405. Производитель указывает,
что они могут использоваться для
управления даже индуктивной нагрузкой
без снаббера.

Фазовый метод

Для решения задачи фазового управления
нагрузкой микроконтроллеру необходимо
знать когда был совершён переход через
ноль. Тогда можно будет рассчитать время
задержки включения нагрузки.

Самый простой метод получения события
перехода через ноль в сети переменного
тока подробно описан в appnote AN521
от компании Microchip. Практически каждый
микроконтроллер имеет высоковольтные
защитные диоды на каждом цифровом входе.
Это можно использовать, чтобы получить
информацию о переходе через ноль.
Достаточно на входе поставить высокоомный
резистор, ограничивающий ток на выводе
МК, до значений указанных в datasheet на МК.
В этом случае вывод в обычном цифровом
режиме будет принимать значение 0 в
момент перехода через ноль. Временная
задержка от реального состояния до
реального будет минимальна и составляет
около 50 мкс.

Минусом такой схемы является отсутствие
гальванической развязки схемы управления
от сети 220В. Если это необходимо, то можно
использовать оптопару.

Ну а далее, уже можно управлять мощным
симистором как было описано ранее,
только если делать это через оптосимистр,
то без схемы перехода через ноль.

В этой статье разобраны основные
методы управления мощной нагрузкой
сети переменного тока 220В с помощью
симисторов. После прочтения теоретической
части перейдём к практике. Паяльная
станция — прибор, в котором
микроконтроллер управляет мощным
паяльным феном работающим от сети 220В.

Как управлять симистором

Симистор — полупроводниковый прибор, являющийся разновидностью тиристоров и используемый для коммутации в цепях переменного тока.

С целью коммутации нагрузок в цепях переменного тока удобно использовать симисторы, представляющие собой разновидность тиристора, однако отличающиеся от тиристора возможностью в открытом состоянии проводить ток обоих направлений.

Первые конструкции симисторов рассматривались уже в 1963 году, тогда например Мордовский научно-исследовательский электротехнический институт уже подал заявку на патент на симметричный тиристор (Патент SU 349356 A, Думаневич А.Н. и Евсеев Ю.А.), а General Electric занимались коммерческим внедрением того же изделия под названием «Triac» на западе.

Тогда как у тиристора имеются четко определенные катод, анод и управляющий электрод, у симистора катод и анод в процессе его работы меняются местами, в зависимости от направления тока в текущий момент.

Безусловно, сигнал на управляющий электрод (затвор) симистора подается всегда относительно конкретного условного катода, но ток через открытый симистор может течь в любом направлении, и в этом смысле симистор в открытом состоянии можно рассматривать как два диода, включенные встречно-параллельно.

Симистор отличается пятислойной структурой полупроводника. Эквивалентно более точно его можно представить в виде двух триодных тиристоров, включённых встречно-параллельно, причем управляющий электрод, в отличие от тиристора, здесь только один.

Чтобы управлять мощной нагрузкой, симистор, подобно выключателю, включают в цепь нагрузки последовательно. И тогда: в закрытом состоянии симистор будет закрыт, нагрузка окажется обесточена, а при подаче отпирающего напряжения на управляющий электрод симистора, между основными электродами симистора появится проводимость — через нагрузку потечет ток. Причем ток может течь через открытый симистор в любом направлении, не то что у тиристора.

Для удержания симистора в открытом состоянии нет необходимости удерживать сигнал управления на управляющем электроде, достаточно подать сигнал, после чего ток установится и будет продолжать течь — в этом отличие симистора от транзистора. Когда же ток через симистор (через цепь нагрузки) станет ниже тока удержания (для переменного тока — в момент перехода тока через ноль), симистор закроется, и для его отпирания потребуется снова подать отпирающий сигнал на управляющий электрод.

Полярность управляющего напряжения, подаваемого на управляющий электрод симистора, может либо быть отрицательной, либо совпадать с полярностью напряжения, приложенного к условному аноду. По этой причине популярно такое управление, когда сигнал управления подается прямо с условного анода через ограничительную цепь и выключатель, — просто задается ток достаточный для отпирания симистора.

Из-за глубокой положительной обратной связи, например при индуктивной нагрузке, высокие скорости изменения напряжения или тока симистора могут привести к несвоевременному отпиранию симистора, и к большой мгновенной мощности, которая будет быстро рассеяна на кристалле, и окажется способна разрушить его. Для защиты от вредных выбросов, параллельно симистору в некоторых схемах ставят варистор, а для защиты от высоких значений dU/dt – применяют RC-снабберы.

Применение симистора вместо реле:

Симисторные регуляторы мощности для управления различными мощными нагрузками в цепях переменного тока очень популярны сегодня. Такие регуляторы для ламп называются диммерами, а регуляторы для разных инструментов, для коллекторных двигателей — просто симисторными регуляторами. Схемы их довольно компактны и просты, ведь на управляющий электрод симистора достаточно периодически подавать 0,7 вольт при токе порядка 10 мА, что легко реализуется при помощи RC-цепочки, а в более сложном виде — на базе ШИМ-контроллера, на том же 555 таймере.

Ранее ЭлектроВести писали, что компании Enel Energía Mexico (EEM) и Heineken Mexico подписали соглашение, согласно которому в течение 10 лет пивоваренная компания будет получать электроэнергию, выработанную на ветряных и солнечных электростанциях Enel Green Power. Поставляемая электроэнергия будет использоваться для обеспечения работы пивоваренного завода, расположенного в городе Меоки (штат Чиуауа, Мексика).

По материалам: electrik.info.

Простое твердотельное реле своими руками

Твердотельное реле, представляющее собой мощный тиристорный (симисторный) электронный ключ удобнее, надежнее, имеет значительно больший ресурс и работает бесшумно, по сравнению с традиционными электромагнитными реле. Такой ключ-реле не имеет подвижных частей, искрящих-пригорающих-изнашивающихся контактов. Не трудно сделать (даже в кустарных условиях) такое электронное реле любой мыслимой степени защиты (пыль, влажность, агрессивные среды). В большинстве случаев электронные ключи-реле с успехом применяются для коммутации нагрузки на переменном токе в строящихся приборах и аппаратах, модернизируя или ремонтируя старые приборы (применяя мощные электронные ключи) улучшаем их характеристики. Например, выход из строя примененных в множестве бытовой техники механических термостатов с биметаллическими изгибающимися контактами – очень частая причина поломок. Применив подобный электронный ключ мы разгружаем контактную группу штатного механического термостата, колоссально повышая его ресурс.

Здесь, реле-электронный ключ предназначено для управления электрическими нагревателями-спиралями в специальной печи небольшой мощности. Твердотельное реле управляется температурным контроллером имеющим специальный выход. Для сопряжения с контроллером применен транзисторный каскад. В целом, схема исполнительной части повторяет [1], отличаясь исполнением. Здесь, в качестве ключей применены симисторы в корпусах ТОР-3, что позволило сделать сборку вполне компактной.

Принципиальная схема твердотельного реле на симисторе. Здесь применен симистор ВТА-41, транзистор КТ315. Симисторная оптопара – МОС3020 (ток включения светодиода 30 мА). Цепочка С1, R3 предназначена для улучшения динамических характеристик симистора, меньшее из диапазона сопротивлений соответствует резистивной нагрузке ключа, большее – индуктивной. Резистор греется, лучше подобрать керамический, мощностью не менее 5 Вт. При необходимости, ключ может быть применен и для ручного включения, подобно [2], в этом случае транзисторный каскад удаляется, а на светодиод подается питание от маломощного сетевого блока. Такую схему исполнительного устройства можно применить и для контроллеров, не оснащенных специальным (для твердотельных реле) выходом. Достаточно, чтобы устройство управления имело обычный релейный выход, пусть и слабый. Нормально разомкнутую группу контактов штатного реле, следует при этом включить в разрыв питания светодиода.

В качестве радиаторов для симисторного ключа применены алюминиевые корпуса от отслуживших свой срок жестких дисков персонального компьютера. Они оказались вполне удобны для такого применения – преотлично нашлось место для крепления симистора, хорошо поместились и все детали высоковольтной части. Размер корпуса у HDD стандартен, имеются отверстия с нарезкой для специальных коротких саморезов. В ряде случаев, очень удобно применять и металлический корпус от старого системного блока. Модули симисторных ключей при этом монтируются на штатные места в специальную «корзину». Узко-высокий корпус-башню лучше проектировать для ее горизонтального положения, при этом все радиаторы с ключами внутри будут расположены вертикально, для нормального естественного охлаждения (не забыть про вентиляционные отверстия). Либо применять обдув и контроль температуры.

Мой блок управления будет трехфазным, это усложнит схему и увеличит громоздкость блока управления, зато втрое снизит проходящие токи, равномерно распределит греющиеся элементы (симисторы, элементы снабберов) и позволит задействовать пусть и перекошенную, но трехфазную деревенскую сеть.

Что понадобилось для работы.

Набор инструмента для электромонтажа, паяльник средней мощности (40…60 Вт) с принадлежностями, мультиметр, фен строительный или специальный для работы с термотрубками.

Набор инструмента для некрупных слесарных работ, ножницы по металлу, электрическая дрель или шуруповерт, набор сверл.

Материалы – отслужившие HDD, потребные радиоэлементы, крепеж, провод, мелочи

В своем электрическом хламе подобрал три гарантированно ненужных жестких диска, удалил платы контроллеров и механическую часть, оставил только крашеный порошковой краской алюминиевый поддон. В одном из вариантов HDD мотор дисков оказался насмерть запрессованным, оставил как есть, он не помешает.

Разметил места креплений для крупных элементов. Керамический 10 Вт резистор снаббера закрепил жестяной обоймой вырезанной из банки от сгущенного молока (съесть, отмыть, высушить, отрезать торцы, выровнять). Обоймы с резисторами закрепил винтиками М3 (+гайки-шайбы-стопоры).

Симисторы в выбранном месте прижал планками из нетонкого текстолита. Те же винтики М3 со всем сопутствующим, симистор изолировал от радиатора пластинкой из тонкой слюды. Под пластинку и под симистор плюхнул немного теплопроводящей пасты.

Весь электромонтаж велся короткими жесткими проводами – толстой медной луженой проволокой изолированной термотрубкой. Схема несложная, хватило выводов механически закрепленных элементов. Для более удобного подключения нагрузки, сделал от ножек симистора короткие проволочные выводы, сигнал управления подключается к выводам торчащей оптопары. Чтобы не путаться, незадействованный вывод откусил.

Испытания нагрузкой показали, что железка при работе с 2 кВт нагрузкой нагревается незначительно. Вместо сигнала управления зажигал светодиод оптопары от регулируемого БП, установив ток защиты 10 мА.

После проверки работоспособности каждого ключа, собрал трехфазный макет. Все три светодиода оптопар ключей (МОС3022, ток включения светодиода 10 мА) включены параллельно к одному транзисторному каскаду. Такое включение не рекомендуется – сложно достичь полной синхронности работы из-за неравенства, неидентичности оптопар. Мне пришлось применить оптопары имеющиеся. Из их большого количества отобрал три с одинаковыми измеренными параметрами светодиодов. Кроме того, возможной несинхронностью включения нагревателей в печи вполне можно пренебречь. Собственно, даже отказ одного из нагревателей скомпенсирует термоконтроллер.

Согласующий транзисторный каскад собран на отдельной некрупной платке и снабжен специальными проволочными выводами для винтовых клемм контроллера. Для уменьшения возни с травлением платку спроектировал так, чтобы границы между широкими контактными площадками легко и удобно прорезать бормашиной.

Контроллер для испытаний применил из временного состава миниатюрной печи для фьюзинга.

В качестве нагрузки-индикатора включил три 60 Вт лампы накаливания. Чтобы ничего не замкнуло в самый неподходящий момент, смонтировал все крупные элементы на живую нитку на куске ДСП. Пришлось к рабочему столу протянуть и все три фазы. Все отлично, все три включаются синхронно и надежно.

Babay Mazay, март, 2020 г.

Литература

1. Самодельное твердотельное реле, блок управления муфельной печью.
2. Трехфазное твердотельное реле на 40 А.

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Тиристорные коммутаторы нагрузки (10 схем)

Для включения и отключения нагрузки (ламп накаливания, обмоток реле, электродвигателей и т.п.) зачастую используют тиристоры. Особенность этого вида полупроводниковых приборов и основное их отличие от транзисторов заключается в том, что они обладают двумя устойчивыми состояниями, без каких-либо промежуточных.

Это состояние «включено», когда сопротивление полупроводникового прибора минимально, и состояние «выключено», когда сопротивление тиристора максимально. В идеале эти сопротивления приближаются к нулю или бесконечности.

Для включения тиристора на его управляющий электрод достаточно хотя бы кратковременно подать управляющее напряжение. Отключить тиристор (запереть) можно кратковременным выключением питания тиристора, сменой полярности питающего напряжения либо уменьшением тока в нагрузке ниже тока удержания тиристора.

Обычно включают и отключают тиристорные коммутаторы двумя кнопками. Значительно меньшее распространение получили однокнопочные схемы управления тиристорами.

Здесь подробно рассмотрены методы однокнопочного управления тиристорными коммутаторами. Принцип работы тиристорных однокнопочных управляющих устройств основан на динамических зарядно-разрядных процессах в цепи управления тиристора [EW 4/01-299].

Схема однокнопочного управления тиристором

На рисунке 1 показана одна из простейших схем однокнопочного управления тиристорным коммутатором. В схеме (здесь и далее) используют кнопки без фиксации положения. В исходном состоянии нормально замкнутые контакты кнопки шунтируют цепь управления тиристором.

Сопротивление тиристора максимально, ток через нагрузку не протекает. Диаграммы основных процессов, протекающих в схеме на рис. 1, рассмотрены на рис. 2.

Для включения тиристора (ON) нажимают на кнопку SB1. При этом нагрузка оказывается подключенной к источнику питания через контакты кнопки SB1, а конденсатор С1 заряжается через резистор R1 от источника питания.

Скорость заряда конденсатора определяется постоянной времени цепи R1C1 (см. диаграмму). После того как кнопку отпустят, конденсатор С1 разряжается на управляющий электрод тиристора. Если напряжение на нем равно или превышает напряжение включения тиристора, тиристор отпирается.

Рис. 1. Принципиальная схема управления тиристором с помощью одной кнопки.

Рис. 2. Диаграммы основных процессов, протекающих в схеме с тиристором.

Отключить нагрузку (OFF) можно кратковременным нажатием на кнопку SB1. При этом конденсатор С1 не успевает зарядиться. Поскольку контакты кнопки шунтируют электроды тиристора (анод — катод), это равноценно отключению источника питания тиристора. В результате нагрузка будет отключена.

Следовательно, для включения нагрузки необходимо с большей продолжительностью нажать на управляющую кнопку, для отключения — еще раз кратковременно нажать ту же кнопку.

Простые силовые ключи на тиристорах

На рис. 3 и 4 показаны варианты схемной идеи, представленной на рис. 1. На рис. 3 использована цепочка последовательно соединенных диодов VD1 и VD2 для ограничения максимального напряжения заряда конденсатора.

Рис. 3. Вариант схемы управления тиристором одной кнопкой.

Это позволило заметно снизить рабочее напряжение (до 1,5…3 В) и емкость конденсатора С1. В следующей схеме (рис. 4) резистор R1 включен последовательно с нагрузкой, что позволяет создать двухполюсный коммутатор нагрузки. Сопротивление нагрузки должно быть намного ниже, чем сопротивление R1.

Рис. 4. Схема электронного ключа на тиристоре с последовательным подключением нагрузки.

Тиристорный коммутатор с двумя кнопками

Тиристорное устройство управления нагрузкой (рис. 5) может быть использовано для включения и выключения нагрузки любой из нескольких последовательно включенных кнопок, работающих на разрыв цепи. Принцип действия тиристорного коммутатора заключается в следующем.

При включении устройства напряжение, подаваемое на управляющий электрод тиристора, недостаточно для его включения. Тиристор, и, соответственно, нагрузка отключены. При нажатии на любую из кнопок SB1 — SBn (и удержании ее нажатой) конденсатор С1 заряжается через резистор R1 от источника питания. Цепь управления тиристора и сам тиристор при этом отключены.

Рис. 5. Схема простого тиристорного коммутатора нагрузки с двумя кнопками.

После отпускания кнопки и восстановления цепи питания тиристора накопленная конденсатором С1 энергия оказывается приложенной к управляющему электроду тиристора. В результате разряда конденсатора через управляющий электрод тиристор включается, подсоединяя тем самым нагрузку к цепи питания.

Для отключения тиристора (и нагрузки) кратковременно нажимают на любую из кнопок SB1 — SBn. При этом конденсатор С1 не успевает зарядиться. В то же время цепь питания тиристора размыкается, тиристор запирается.

Величина резистора R2 зависит от напряжения питания устройства: при напряжении 15 В его сопротивление — 10 кОм при 9 В — 3,3 кОм при 5 6-1,2 кОм.

Схема с эквивалентом тиристора на транзисторах

При использовании вместо тиристора его транзисторного аналога (рис. 6) величина этого резистора меняется, соответственно, от 240 кОм (15 В) до 16 кОм (9 В) и до 4,7 кОм (5 В).

Рис. 6. Схема электронного коммутатора нагрузки с транзисторным эквивалентом тиристора.

Аналог многокнопочного переключателя на тиристорах

Тиристорное устройство, позволяющее создать аналог многокнопочного переключателя с зависимой фиксацией положения и использующее для управления кнопочные элементы, работающие без фиксации, показано на рис. 7. В схеме может быть использовано несколько тиристоров, однако, для упрощения схемы, на рисунке показано лишь два канала. Другие каналы коммутации могут быть подключены аналогично предыдущим. 

Рис. 7. Принципиальная схема аналога многокнопочного переключателя с использованием тиристоров.

В исходном состоянии тиристоры заперты. При нажатии на кнопку управления, например, кнопку SB1, конденсатор С1 относительно большой емкости оказывается подключенным к источнику питания через диоды VD1 — VDm и сопротивления нагрузки всех каналов.

В результате заряда конденсатора возникает импульс тока, приводящий к кратковременному замыканию анодов всех тиристоров через соответствующие диоды VD1 — VDm на общую шину.

Любой из тиристоров, если он был включен, отключается. В то же время конденсатор накапливает энергию. После отпускания кнопки конденсатор разряжается на управляющий электрод тиристора, отпирая его.

Для включения любого другого канала нажимают соответствующую кнопку. Происходит отключение (сброс) ранее задействованной нагрузки и включение новой нагрузки. В схеме предусмотрена кнопка SB0 общего отключения всех нагрузок.

Многокнопочный переключатель с транзисторным аналогом тиристоров

Вариант схемы, выполненный на транзисторных аналогах тиристоров и диодно-емкостных зарядных цепочках с использованием малогабаритных конденсаторов, показан на рис. 8, 9.

Рис. 8. Схема эквивалентной замены тиристора транзисторами.

В схеме предусмотрена светодиодная индикация включенного канала. В этой связи максимальный ток нагрузки каждого из каналов ограничен значением 20 мА.

Рис. 9. Схема многокнопочного переключателя с транзисторным аналогом тиристоров.

Устройства, аналогичные представленным на рис. 7 — 9, а также на рис. 10 — 12, можно использовать для систем выбора программ радио- и телеприемников.

Недостатком схемных решений (рис. 7 — 9) является то, что в момент нажатия на любую из кнопок все нагрузки оказываются хотя бы на мгновение подключенными к источнику питания.

Схемы многопозиционных переключателей

На рис. 10 и 11 показан тиристорный коммутатор разрывного типа с неограниченным количеством последовательно включенных элементов.

При нажатии на одну из кнопок управления цепь питания аналогов тиристоров размыкается по постоянному току. Конденсатор С1 оказывается включенным последовательно с аналогом тиристора.

Рис. 10. Схема базового элемента для самодельного многопозиционного коммутатора нагрузки.

Рис. 11. Принципиальная схема самодельного многопозиционного коммутатора нагрузки.

Одновременно управляющее напряжение (нулевого уровня) через задействованную кнопку и резистор R2 (рис. 10) подается на управляющий электрод аналога тиристора.

Поскольку в первые мгновения при нажатии кнопки последовательно с аналогом тиристора оказывается включенным полностью разряженный конденсатор, такое включение равносильно короткому замыканию в цепи питания соответствующего тиристора. Следовательно, тиристор отпирается, включая тем самым соответствующую нагрузку.

При нажатии на любую другую кнопку ранее задействованный канал отключается, и включается другой канал. При длительном (порядка 2 сек) нажатии на любую из кнопок конденсатор С1 заряжается, что равнозначно размыканию цепи и приводит к запиранию всех тиристоров.

Схема усовершенствованного электронного переключателя

Рис. 12. Принципиальная схема тиристорного коммутатора для множества нагрузок.

В ряду тиристорных коммутаторов наиболее совершенной представляется схема, показанная на рис. 12. При нажатии кнопки управления возникает бросок тока, эквивалентный короткому замыканию.

Происходит отключение ранее задействованных тиристоров и включение тиристора, соответствующего нажатой кнопке. В схеме предусмотрена светодиодная индикация задействованного канала, а также кнопка общего сброса.

Вместо конденсаторов большой емкости могут быть использованы диодно-конденсаторные цепочки (рис. 12). Принцип действия схемы сохраняется. В качестве нагрузки можно использовать низковольтные реле, например, РМК 11105 сопротивлением 350 Ом на рабочее напряжение 5 В.

Резистор R1 ограничивает ток короткого замыкания и ток максимального потребления величиной 10… 12 мА. Количество каналов коммутации не ограничено.

Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год.

Умное твердотельное реле или питание грелки без потери ШИМ

Твердотельное реле может позволить плавно регулировать мощность нагрузки, если в её роли выступает нагревательный элемент, например грелка 220В.

В случае с твердотельным реле Random-Phase необходимо подавать импульсы управления с задержкой относительно моментов перехода напряжения через 0. Чем больше задержка, тем меньшую часть полупериода напряжения будет пропущено и тем меньше получится мощность на выходе.

В случае с твердотельным реле Zero-Cross придётся пропускать полупериоды напряжения целиком, но уменьшая количество этих полупериодов в единицу времени будет получена разная мощность на выходе. Например, при частоте питающего напряжения 50 Гц будет 100 полупериодов за одну секунду. Если за секунду пропустить только 30 из них мы, получим 30% мощности.

На практике при подключении любого твердотельного реле к плате управления, ШИМ сигнал управления НЕ будет синхронизирован с напряжением питания сети.

В результате твердотельное реле Random-Phase будет иметь плавающую мощность на выходе от 0 до максимального значения.

Твердотельное реле Zero-Cross будет иметь три состояния: закрыто, открыто и открыто для полупериода (т.е. с половиной мощности), причем это будет хаотично. Твердотельное реле пропустит только те полупериоды синусоидального напряжения питания, начало которых совпадёт с импульсами сигнала ШИМ от платы управления. Например, для плат Lerdge, у которых частота ШИМ сигнала управления равна частоте питающего напряжения, т.е. 50 Гц, и скважности сигнала управления отличной от 1, можно говорить лишь о вероятности одного из трех состояний твердотельного реле.

• Скважность = 1 — на грелке полная мощность
• Скважность ≥ 0.5 — на грелке половина или полная мощность
• Скважность  < 0. 5 — грелка выключена или половина мощности

Этот негативный эффект уменьшается при понижении частоты ШИМ сигнала управления.

Для эксперимента собрал пару вариантов схем управления грелкой без потери ШИМ.

Обе схемы проверены в работе с платой Lerdge-K и грелкой 600 Вт.

Сигнал ШИМ с платы управления (в моём случае Lerdge-K) поступает на вход платы микроконтроллера. В зависимости от скважности определяется количество полупериодов напряжения питания, которое будет подано на грелку. 

Димер подаёт на Arduino сигналы перехода синусоиды напряжения через 0. От этих временных меток определяется момент подачи сигнала для открытия симистора. Таким образом достигается синхронизация сигнала ШИМ от платы управления с синусоидальным напряжением питания.

Данная схема позволяет обеспечить более точное поддержание температуры и ограничить мощность, что может быть актуально для мощных грелок, если стол ведёт от быстрого нагрева.

Ссылка на файлы проекта

напряжение, которое должен выдавать стабилизатор! Схема, устройство и принцип работы.

Содержание (кликабельно):

1. Строение стабилизаторов.
2. Схема электромеханического стабилизатора.
3. Характеристики электромеханического стабилизатора.
4. Проблемные места и ремонт электромеханического стабилизатора.
5. Какой является схема релейного преобразователя?
6. Характерные особенности релейных стабилизаторов.
7. Какие слабые места релейных стабилизационных приборов.
8. Схема симисторного стабилизационного устройства.
9. Двухкаскадные симисторные устройства.

В современной жизни ни один человек не может обойтись без использования различных электроприборов. Они сумели стать нашими лучшими помощниками, ведь дают возможность развлекаться, готовить различные вкусные блюда, продолжат пригодность различных продуктов, облегчают уборку и различные ремонтные работы.

Большинство из таких приборов разрабатывается с учетом того, что напряжение в домашней электрической сети должно равняться 220-ти вольтам, или же оно не будет характеризоваться различными колебаниями.

Для самых электроприборов стабильность напряжения является нужной для того, чтобы каждый его элемент выполнял свои функции на том уровне, который определил сам производитель. Также стабильность в электросети является необходимой и для устранения возможности перегорания отдельных элементов электроприборов.

И для того чтобы каждый электроприбор и его комплектующие могли выполнять свои целевые функции, владельцам домов или квартир необходимо использовать стабилизационные устройства. Они могут обеспечить не только оптимальную работу любимого прибора, но и уберечь его от сгорания.

Стабилизатор Энергия

Стоит отметить, что в быту можно использовать стабилизационные приборы постоянного и переменного напряжения. В тех случаях, когда количество вольт в сети колеблется на величину, большую на 10 процентов от номинальной величины (220 В), на свое вооружение нужно брать или делать самому стабилизатор переменного напряжения.

Как правило, в современных электронных приборах для подачи электричества со стабильным уровнем применяют импульсные блоки питания.

Однако, если нужно стабилизировать электричество для холодильников, микроволновых печей, насосов и кондиционеров, то импульсные приборы стабилизации тока уже не подойдут.

Причина этого кроется в том, что существует потребность во внешней стабилизации переменного напряжения. Здесь на помощь придут бытовые стабилизаторы напряжения, которые на выходе способны обеспечить постоянные 220 вольт.

Учитывая тот факт, что такие устройства имеют много разновидностей, в дальнейшем будет рассмотрен каждая разновидность в отдельности. При этом вы сможете заглянуть и под корпус каждого вида стабилизационного устройства.

Общее строение стабилизационных устройств

Бытовые стабилизаторы могут быть электромеханическими, релейно-трансформаторными и электронными. Также на рынке еще можно встретить феррорезонансные стабилизационные приборы. Они пользовались большой популярностью в прошлом, однако их сегодня практически не используют.

Люди отказываются от них через большое количество недостатков.

Стоит отметить, что независимо от вида стабилизаторы работают по похожей схеме. Эта схема предусматривает наличие:

1. — трансформатора;
2. — регулирующего элемента;
3. — управляющего элемента.

Данную схему можно увидеть на рисунке, который приводится ниже.

рис.1 схема стабилизатора

На этой схеме трансформатор обозначен, как Т1. Регулирующий элемент обозначается РЭ, управляющий элемент — УЭ. Задачей трансформатора является либо повышение, либо понижение напряжения, если оно не является равным 220-ти вольтам.

Для того, чтобы он мог выполнять эту цель, производители монтируют регулирующий элемент. Именно он управляет работой трансформатора. Чтобы этот регулирующий компонент «знал», как управлять трансформатором, в стабилизатор монтируют управляющий элемент.

Он осуществляет измерение напряжения на входе, сравнивает его с оптимальным напряжением и дает необходимую команду регулирующему элементу.
Каждый стабилизационный прибор работает по такой схеме.
Разница между ними заключается в строении регулирующих элементов и особенностях трансформатора.

Схема электромеханического стабилизатора

Наиболее простым по своему строению является электромеханическое стабилизационное устройство. Оно предусматривает наличие:

1. Регулируемого автотрансформатора или ЛАТРа.
2. Сервопривода с редуктором и щеткой.
3. Электронной схемы.

Основным его элементом является лабораторный ЛАТР или бытовой регулирующий автоматический трансформатор. Благодаря применению последнего компонента этот прибор может похвастаться КПД высокого уровня. Сверху над этим трансформатором монтируется двигатель, который имеет малые размеры.

Схема стабилизатора

Этот двигатель имеет в себе редуктор. Двигатель имеет достаточную мощность, чтобы поворачивать бегунок в трансформаторе. Оптимальным условием работы этого двигателя является обеспечение одного полного оборота бегунка в течение десяти-двадцати секунд.

В конце бегунка находится щетка, которая в среднем превышает в 2,2 раза диаметр провода обмотки трансформатора. Собственно до этих проводов и прикасается сама щетка.
Конечно, работа двигателя зависит от команд электронной схемы. В тех случаях, когда происходят изменения в токе на входе, электронная схема обнаруживает их и дает указание двигателю сместить бегунок на определенную величину, в результате чего на выходе получаются желаемые 220 вольт.

Характеристики электромеханического преобразователя

Такая простая конструкция этого типа стабилизатора напряжения, который на выходе выдает 220 вольт и который часто выпускается под маркой «Ресанта», является его преимуществом. В список преимуществ входит и возможность обеспечения высокой точности уровня выходного напряжения.

Эта точность равняется ±3 процентам. Что касается диапазона входных вольт, то он довольно большой. Так для некоторых моделей он колеблется в пределах 130-260-ти вольт.

Простая конструкция является причиной и некоторых недостатков. Так при перемещении щетки (бегунка) слышно гул. При этом места контакта могут искриться.

Полезный совет: такая щетка довольно быстро изнашивается. Потому за ее состоянием нужно следить каждый год. Как показывает практика, каждые три года нужно осуществлять замену щетки.

Главная слабость и ремонт

Главной слабостью этого стабилизатора является сервопривод (он же двигатель). Во время работы устройства этот двигатель постоянно работает. Его ротор не перестает крутиться ни на минуту. Конечно, следствием этого является быстрый износ и преждевременный выход из строя.Выходом из этой ситуации будет замена изношенного двигателя.

Полезный совет: двигатель можно не заменять, а попробовать отреставрировать. Для этого его нужно провести его отключение от схемы устройства и подсоединить к мощному источнику питания. На выводы сервопривода подают 5 ватт, проводя смену полярности.

В конечном итоге весь «мусор», который накопился на щетке, отжигается. После этого двигатель может работать еще некоторое время.

Один из самых главных недостатков кроется в медленной реакции. Поэтому, сфера применения таких стабилизаторов с выходным напряжением 220 вольт является несколько ограниченной.
В частности, их не следует применять для электроприборов, которые могут быстро сгореть от высокого напряжения. В основном этими электроприборами являются различные электронные устройства и высокотехнологичные установки.

Схема релейных стабилизационных устройств

Что касается релейно-трансформаторных и электронных стабилизаторов напряжения, то они имеют одинаковую схему построения. Главная разница заключается в том, что в первых в качестве регулирующего элемента используется реле, в других — симисторы или тиристоры.

Эти типы стабилизационных устройств называются еще ступенчатыми. Это означает то, что выравнивание тока происходит ступенями.

Регулирующий элемент также называют еще ключом. Количество таких ключей зависит от модели. В наиболее дешевых моделях находится пять таких ключей. Каждый ключ может подключаться к определенной обмотке автоматического трансформатора.

В результате замыкания им определенной части обмотки происходит изменение выходного количества вольт.

Общая схема таких стабилизационных устройств подается на рис. 2:

Релейные стабилизаторы могут изменять количество выходных вольт в 3-6 ступеней. Главным коммутирующим элементом этих устройств являются электромагнитные реле, которые подключают определенные обмотки трансформатора.

Количество обмоток, которое является необходимым для выравнивания тока, определяется микропроцессором. Он передает команды преходящим ключам, которые и управляют электрическим реле.
Подытоживая, можно отметить, что схема релейного стабилизатора переменного напряжения, который на выходе выдает 220 вольт, также является простой.

Характерные особенности релейных приборов

Эти стабилизационные приборы характеризуются точностью напряжения на выходе, которая составляет ±8 процента. Конечно, этот показатель хуже, чем показатель выше описанного типа стабилизатора. Однако он находится в пределах требований, установленных государством.

Особенностью работы этих стабилизационных устройств является то, что когда в них входит 195 вольт, то на выходе будет 233 вольта. Когда количество входных вольт увеличится на 3 вольта. То на выходе уже будет 236.

Релейный стабилизатор разобранный

Однако, когда входное напряжение будет равно 200 вольтам, состоится переключение реле и на выходе уже будет 218 вольт. Таким образом устройство работает и при понижении количества вольт на входе.

Проблему с точностью отлично компенсирует скорость реакции на изменения в токе. По словам производителей на изменение тока нужно от 20 миллисекунд. Практика показывает, что это происходит в течение 100-150 миллисекунд.
Релейные стабилизационные приборы могут выравнивать входной ток, минимальное напряжение которого может равняться 140 вольтам, максимальное — 270 вольтам. Допустимой является и перегрузка на 10 процентов от нагрузки, которую рекомендует сам производитель.

Проблемные места и их ремонт

Во время процесса коммутации на контактах реле постоянно образуется дуга. Ее образование приводит к разрушению контактов. Именно контакты являются слабым местом этих стабилизационных устройств.

Контакты могут или обгорать, или залипать. Соответственно, главное внимание во время любого обслуживания должно направляться на состояние контактов.
В том случае, когда реле выходят из строя, ломаются и транзисторные ключи. В случае поломки реле проводят их полную замену.

Полезный совет: реле можно отреставрировать. Данный процесс заключается в снятии их крышки, освобождении их от пружины и очистке. Для очистки берут наждачную бумагу «нулевка». Очистить нужно как нижний, так и верхний, так и подвижный контакты. После этого проводят очистку бензином и собирают реле.

Во время ремонтных работ также следует провести проверку кварцевого резонатора и каждого электролитического конденсатора, который находится на плате контроллера.

Полезный совет: во время проверочных или диагностических работ входной ток нужно подавать сразу на ЛАТР. Благодаря этому входной ток можно будет изменять в больших величинах. Роль нагрузки должна выполнять 220-вольтная лампа накаливания.

Чтобы сохранить технический ресурс релейного стабилизатора и любого другого стабилизационного устройства, нужно раз в шесть месяцев проводить его техобслуживание.

Симисторные приборы

Кроме вышеупомянутых стабилизаторов, очень применяемым в быту является симисторный электронный стабилизатор. Схема такого стабилизатора напряжения, который способен быстро обеспечить на выходе 220 вольт, является почти такой, как и релейного.

Однако вместо реле уже используются симисторы. Симисторы являются достаточно сложными в управлении. Они должны всегда включаться, когда синусоида напряжения находится в нулевой точке. Это дает возможность избежать искажения самой синусоиды.

Симисторный стабилизатор. Внешний вид

Конечно, определением момента для их включения занимается сам процессор. Включение симистора осуществляется благодаря подаче на него сильного импульса. Кроме замера напряжения и определения момента включения симистора, процессор также проверяет состояние симистора, то есть является ли он включенным или выключенным.

После выполнения этих операций процессор дает команду на включение симистора. Выполнение этой совокупности действий длится не более одной микросекунды. Также очень быстро включается и симистор. В общем, время реакции не превышает десяти миллисекунд.

Благодаря таким особенностям изменение напряжения происходит очень быстро. Также электронные стабилизационные приборы вместо симистора могут иметь тиристоры. При этом тиристоры часто применяются в тех стабилизаторах напряжения, которые превращают 220 вольт в 110 вольт.

Большие скорости работы процессора и симисторов позволяют также создавать и двухкаскадные электронные стабилизационные устройства. Это означает, что выравнивание напряжения происходит в два этапа.
Во время первого этапа первый каскад делает грубое выравнивание тока. Во время второго этапа проводится идеальное выравнивание.

Двухкаскадные симисторные устройства

Преимуществом использования двух каскадов является то, что появляется возможность в использовании небольшого количества симисторов. Так, на каждом каскаде можно использовать по четыре симистора. В результате это дает возможность выбирать между 16-ю способами комбинации обмоток трансформатора.

Схема двухкаскадного стабилизатора

Если на обоих каскадах используется по шесть симисторов, то количество комбинаций подключения обмоток уже будет равняться 36-ти.
Использование каскадов несколько снижает скорость реакции трансформатора.

В общем, время реакции занимает 20 миллисекунд. Такая скорость выравнивания тока для бытовой техники является более чем приемлемой.

Такие стабилизаторы можно применять не только в быту, но и многих промышленных сферах. Они способны обеспечить выходные 220 вольт при условии, если на входе будет не менее 140 и не более 270 вольт.

Стабилизатор напряжения Энергия — общие характеристики марки. Видео.

Удобный, надежный, недорогой Штиль R600ST

Электромеханический стабилизатор напряжения пережиток прошлого или выгодное решение?

Стабилизаторы напряжения для дачи

компонентов — симистор против реле

Тиристоры (симисторы и их однонаправленные родственники, тиристоры) являются твердотельными устройствами, а реле — электромеханическими устройствами. Симисторы могут переключать как переменный, так и постоянный ток, но, как сказал XTL, они не остановят прохождение тока, если ток между MT1 и MT2 не упадет ниже порогового уровня или вы не отключите устройство принудительно.

(примечание: я проработал 13 лет в управлении промышленными двигателями, мы разработали оборудование, которое через тиристоры переключает до многих тысяч ампер и многих тысяч вольт.)

Реле

— довольно простые устройства; вы включаете катушку, и контакты входят в зацепление. Вы обесточиваете катушку и контакты размыкаются. Простой транзистор может управлять им, но вам понадобится некоторый демпфер (как минимум, диод с обратным смещением на катушке реле), чтобы предотвратить отказ вашего транзистора из-за индуктивной отдачи. Ваш управляющий сигнал и ваш управляемый сигнал полностью изолированы друг от друга.

Контакты реле не непобедимы; если вы разомкнете контакты под нагрузкой, вы можете заставить их «заморозиться» (то есть они не откроются).Кроме того, если вы используете реле, рассчитанное на мощность, и попытаетесь переключить слабые сигналы, контакты со временем могут испачкаться, и вы не получите хорошего соединения между контактами.

Симисторы, будучи твердотельными, в основном бесшумны. Если вы не используете импульсный трансформатор или оптоизолятор, ваша цепь управления будет иметь потенциал вашей управляемой цепи (обычно нейтраль для ваших цепей 120/220 В). Тиристоры могут использоваться для фазового управления нагрузкой, то есть вы можете приглушать свет или (примерно) управлять скоростью двигателя переменного тока.С реле это практически невозможно. Вы также можете проделать изящные трюки, например, пропустить полные циклы только с ‘x’, чтобы сделать управление фазой менее «шумным». SCR также хороши для сброса всей энергии конденсатора в нагрузку (приложения типа вспышки или рельсотрона). В некоторых источниках питания тиристоры также используются в качестве ломовых устройств; они включают и замыкают подачу питания (при этом перегорают предохранитель), защищая нагрузку от перенапряжения.

Тиристоры не испытывают резких скачков напряжения или тока в выключенном состоянии; это может привести к их случайному включению или разрушению устройств.Простое демпфирование помогает контролировать эти режимы отказа.

Тиристоры также не полностью изолируют нагрузку от источника; если вы измеряете напряжение на нагрузке с выключенным тиристором, вы измеряете полное напряжение. У них тиристор выключен, но выключен не означает «разомкнут» — это означает «высокое сопротивление». Это может вызвать проблемы с некоторыми приложениями.

Если вы переключаете сигнал переменного тока, тиристоры довольно безболезненны; они отключатся около следующего перехода через ноль. Если вы контролируете DC… снова … тебе есть о чем подумать. Постоянный ток также проблематичен для реле, потому что вы почти всегда будете размыкать контакты реле под нагрузкой, поэтому вы должны рассчитать свое реле для этого.

Короче говоря: да, симисторы могут заменить реле практически во всех сферах применения. Если вы не хотите возиться с демпфированием и изоляцией, вы всегда можете купить твердотельные реле; это симисторы с соответствующей схемой управления, чтобы они работали почти так же, как реле.

Реле

MOSFET как альтернатива реле TRIAC

Определенно возможно управлять мощностью переменного тока с помощью пары последовательно соединенных полевых МОП-транзисторов, совместно использующих общий терминал источника:

^{смоделировать эту схему — Схема создана с помощью CircuitLab}

Нижнюю часть цепи постоянного тока можно легко контролировать с помощью оптоизолятора.Однако вам нужно будет найти способ реализации гальванически изолированного источника питания постоянного тока (изображенного в нижней части схемы выше) для управления затвором полевых МОП-транзисторов. Это может быть небольшой модуль преобразователя постоянного тока в постоянный за 5 долларов.

Требуются только два полевых МОП-транзистора, и, если у вас отработана гальваническая развязка, управление затвором очень простое, поскольку полевые МОП-транзисторы имеют общий вывод истока и оба включаются вместе независимо от фазы цикла переменного тока. Обнаружение фазового угла или перехода через ноль также не обязательно, хотя вы можете захотеть сделать это в целях снижения напряжения устройства и электрического шума во время переключения.

В отличие от симисторов, полевые МОП-транзисторы можно легко подключить параллельно для снижения сопротивления, дополнительной обработки тока и меньшего тепловыделения.

Оказывается, современные МОП-транзисторы могут быть значительно эффективнее симисторов:

Типичный симистор на 650 В имеет относительно постоянное прямое падение 1,55 В. Это соответствует 15,5 Вт рассеивания тепла при нагрузке 10 А, что требует значительного теплоотвода (или, возможно, активного охлаждения). Симисторы нелегко соединить параллельно для лучшей производительности.

Хороший полевой МОП-транзистор на 650 В, такой как NTH027N65S3F компании ON Semiconductor, имеет типичное сопротивление в открытом состоянии 23 мОм. Поскольку требуется два последовательно подключенных устройства, это всего 46 мОм, что дает 4,3 Вт рассеивания тепла при нагрузке 10 А; менее 1/3 симистора. Пассивное охлаждение с относительно небольшим радиатором намного практичнее.

Обратной стороной является то, что стоимость использования полевых МОП-транзисторов примерно в 4 раза выше, чем стоимость простого симистора. Однако управление проще, схемотехника довольно проста, а стоимость может быть сопоставима с моноблочным «модулем твердотельного реле».

С любым твердотельным решением переменного тока я бы защитил устройство с помощью MOV и определенно включил отдельный предохранитель или прерыватель в целях безопасности.

Силовая электроника

— Как переключить 220 В переменного тока? (Магнитное реле, реле SSR или симистор)?

силовая электроника — Как переключить 220 В переменного тока? (Магнитное реле, реле SSR или симистор)? — Обмен электротехнического стека

Сеть обмена стеков

Сеть Stack Exchange состоит из 176 сообществ вопросов и ответов, включая Stack Overflow, крупнейшее и пользующееся наибольшим доверием онлайн-сообщество, где разработчики могут учиться, делиться своими знаниями и строить свою карьеру.

Посетить Stack Exchange

2. 0

3. +0

6. Авторизоваться
   Зарегистрироваться

Electrical Engineering Stack Exchange — это сайт вопросов и ответов для профессионалов в области электроники и электротехники, студентов и энтузиастов.Регистрация займет всего минуту.

Зарегистрируйтесь, чтобы присоединиться к этому сообществу

Кто угодно может задать вопрос

Кто угодно может ответить

Лучшие ответы голосуются и поднимаются наверх

Спросил
1 год, 8 мес назад

Просмотрено
247 раз

\ $ \ begingroup \ $

Закрыт .Этот вопрос должен быть более конкретным. В настоящее время он не принимает ответы.

Хотите улучшить этот вопрос? Обновите вопрос, чтобы он фокусировался только на одной проблеме, отредактировав это сообщение.

Закрыт 1 год назад.

Я хочу переключить 220 В переменного тока с помощью микроконтроллера.Раньше я использовал магнитные реле или реле SSR, но теперь я хочу использовать симистор для этой функции (как в этой схеме), и моей нагрузкой может быть любой объект 220 В переменного тока. Причина в том, что симисторы дешевле, меньше по размеру и обладают большей способностью выдерживать большие токи, чем магнитные реле или реле SSR.

1) Пожалуйста, помогите мне выбрать между магнитным реле, SSR и симистором.
2) Мне кто-то сказал, что симисторы для переключения переменного тока создают помехи. Это правильно? И какое решение?

Майк

1,9777 серебряных знаков2222 бронзовых знака

Создан 08 авг.

Алиали

3766 бронзовых знаков

\ $ \ endgroup \ $

2

\ $ \ begingroup \ $

Вам необходимо предоставить дополнительную информацию о вашем грузе:
он индуктивный или резистивный?
Сколько тока он потребляет?
Кроме того, за исключением особого случая (асинхронный двигатель, для которого эта схема в любом случае не подходит), вы можете использовать оптоизолированный диак с переходом через ноль (MOC308x), а не показанный здесь MOC3021 со случайной фазой.И последнее: симисторы хороши, но нагреваются, поэтому, если ваша нагрузка не очень мала, это тепло необходимо учитывать и должным образом рассеивать.

Создан 08 авг.

Оуэйл

2833 бронзовых знака

\ $ \ endgroup \ $

4

Электротехнический стек Exchange лучше всего работает с включенным JavaScript

Ваша конфиденциальность

Нажимая «Принять все файлы cookie», вы соглашаетесь с тем, что Stack Exchange может хранить файлы cookie на вашем устройстве и раскрывать информацию в соответствии с нашей Политикой в ​​отношении файлов cookie.

Принимать все файлы cookie

Настроить параметры

Симистор

против реле

Симистор против реле
Твитнуть

Симисторы
полупроводниковые устройства, предназначенные для управления уровнем распределения
Переменный ток, потому что в твердотельном корпусе он работает бесшумно. Тогда как
реле являются электромеханическими устройствами и могут работать как с переменным, так и с постоянным током.
текущие, но когда они работают, вы можете услышать щелчок.”Из-за тех
особенности, мы используем симисторы или реле для разных целей.

Реле
работают просто — при подаче питания на катушку контакты входят в зацепление.
Контакты размыкаются, когда вы обесточиваете катушку. Вам понадобится
простой транзистор для управления им. Одна вещь, которая может произойти, — это индукция.
отдача; если переключатель в цепи изначально замкнут, а затем
немедленно открывается, произойдет мгновенное падение тока. К
Чтобы предотвратить эту ситуацию, вам нужно будет добавить пренебрежение.

Другой
дело в том, что контакты реле не непобедимы; если вы откроете контакт
под нагрузкой его можно сломать, и он больше не откроется. На
с другой стороны, если используется реле, рассчитанное на мощность, и вы пытаетесь переключить
небольшие сигналы, контакты со временем могут испачкаться, и
хорошее соединение контактов.

Один
из самых больших особенностей симисторов молчание, благодаря их
твердое состояние. Симисторы могут использоваться как ШИМ (широтно-импульсная модуляция) для
приводы регулирующих клапанов в радиаторном отоплении.Потому что там
нет индуктивной связи, симисторы могут использоваться в опасных средах,
особенно во взрывоопасных средах, где искробезопасное реле
контакты абсолютно отсутствуют.

Симисторы
Выходы имеют гораздо больший срок службы, чем реле. Потому что они построены
полупроводников, они могут длиться миллионы циклов. Чтобы вставить это
в перспективе, давайте представим, что вам нужно управлять приводом PWM, чтобы
контроль нагрева; он будет работать с частотой 1 Гц (один раз в
второй).Реле обычно может длиться 100000 циклов, что дает
около 1 дня и 4 часов работы и постоянный щелчок. Симистор может
last / работают миллионы циклов, и это тихо.

Итак:
когда вам нужен тихий и часто работающий вывод, вы должны выбрать
симистор. Лучше всего использовать в гостиничных номерах или любом другом месте, где вам нужно
бесшумно управлять светом или обогревом и т. д. В остальных случаях нужно
рассчитайте, что лучше всего подходит для вашего приложения.

Global Control 5 предлагает два модуля ввода / вывода iSMA
с симисторными выходами: iSMA-B-4TO-H и iSMA-B-4TO-H-IP.

Если вам нужна дополнительная информация о iSMA I / O
модули обращайтесь: [email protected]

или посетите наш веб-сайт: https://gc5.pl/en/produkt/mini-4to-h/#product-header

О компании
Автор:

Моника
Мусиелак — менеджер по продукции, отвечающий за модули ввода / вывода iSMA и HMI.
панели в Global Control 5. Она сделала свои первые шаги в электронике.
world, работая менеджером по маркетингу продукции с дисплеями.Теперь она
расширяет свои знания в мире BMS.

нижний колонтитул

[Щелкните баннер, чтобы узнать больше]

[Домашняя страница] [The
Automator] [О нас] [Подписаться
] [Контакты
Нас]

Цепь твердотельного реле

с использованием симисторов и коммутации с переходом через нуль

Твердотельное реле сети переменного тока или SSR — это устройство, которое используется для переключения тяжелых нагрузок переменного тока на уровне сети через изолированные триггеры минимального напряжения постоянного тока без использования механических подвижных контактов.

В этом посте мы узнаем, как построить простое твердотельное реле или цепь SSR с использованием симистора, BJT, оптопары с переходом через нуль.

Преимущество твердотельных реле SSR перед механическими реле

Реле механического типа могут быть довольно неэффективными в приложениях, требующих очень плавного, очень быстрого и чистого переключения.

Предложенная схема SSR может быть построена дома и использоваться в местах, где требуется действительно сложное управление нагрузкой.

В данной статье описывается схема твердотельного реле со встроенным детектором перехода через ноль.

Схема очень проста в понимании и построении, но при этом имеет такие полезные функции, как чистое переключение, отсутствие радиочастотных помех и способность выдерживать нагрузки до 500 Вт. Мы много узнали о реле и о том, как они работают.

Мы знаем, что эти устройства используются для переключения тяжелых электрических нагрузок через внешнюю изолированную пару контактов в ответ на небольшой электрический импульс, полученный с выхода электронной схемы.

Обычно триггерный вход находится в непосредственной близости от напряжения катушки реле, которое может составлять 6, 12 или 24 В постоянного тока, в то время как нагрузка и ток, коммутируемые контактами реле, в основном находятся на уровнях потенциалов сети переменного тока.

В основном реле полезны, потому что они могут переключать тяжелые, подключенные к их контактам, не приводя опасные потенциалы в контакт с уязвимой электронной схемой, через которую они переключаются.

Однако преимущества сопровождаются несколькими критическими недостатками, которые нельзя игнорировать. Поскольку контакты связаны с механическими операциями, иногда они совершенно не подходят для сложных схем, требующих высокоточного, быстрого и эффективного переключения.

Механические реле также имеют плохую репутацию генерировать радиопомехи и шум во время переключения, что также приводит к ухудшению качества его контактов со временем.

Для SSR на основе MOSFET, пожалуйста, обратитесь к этому сообщению

Использование SCR или Triac для создания SSR

Симисторы

и SCR считаются хорошей заменой там, где вышеперечисленные реле оказываются неэффективными, однако это также может включать Проблемы генерации радиочастотных помех во время работы.

Также тиристоры и симисторы при интеграции непосредственно в электронные схемы требуют, чтобы линия заземления схемы была соединена с катодом, что означает, что секция схемы больше не изолирована от смертоносных напряжений переменного тока от устройства — серьезный недостаток с точки зрения безопасности. к пользователю обеспокоен.

Однако симистор может быть очень эффективно реализован, если полностью устранить вышеупомянутую пару недостатков. Следовательно, две вещи, которые должны быть устранены с помощью симисторов, если они должны быть эффективно заменены на реле, — это радиочастотные помехи при переключении и попадание опасной сети в цепь.

Твердотельные реле

спроектированы в точном соответствии с указанными выше спецификациями, что исключает влияние РЧ-сигнала, а также позволяет полностью отделить две ступени друг от друга.

Коммерческие SSR могут быть очень дорогими и не подлежат ремонту, если что-то пойдет не так. Однако изготовление твердотельного реле полностью вами и его использование для необходимого приложения может быть именно тем, что «доктор прописал». Поскольку он может быть построен с использованием дискретных электронных компонентов, он становится полностью ремонтируемым, модифицируемым и, более того, дает вам четкое представление о внутренних операциях системы.

Здесь мы изучим создание простого твердотельного реле.

Как это работает

Как обсуждалось в предыдущем разделе, в предлагаемой схеме SSR или твердотельного реле радиочастотные помехи проверяются путем принудительного переключения симистора только вокруг нулевой отметки синусоидальной фазы переменного тока и использования Оптопара гарантирует, что вход находится вдали от сетевых потенциалов переменного тока, присутствующих в цепи симистора.

Давайте попробуем понять, как работает схема:

Как показано на схеме, оптрон становится порталом между триггером и схемой переключения.Триггер входа применяется к светодиоду оптопара, который загорается и заставляет фототранзистор проводить.
Напряжение от фототранзистора проходит через коллектор к эмиттеру и, наконец, достигает затвора симистора, чтобы управлять им.

Вышеупомянутая операция довольно обычна и обычно связана с триггером всех симисторов и тиристоров. Однако этого может быть недостаточно для устранения радиочастотного шума.

Секция, состоящая из трех транзисторов и некоторых резисторов, специально введена с целью проверки генерации ВЧ, гарантируя, что симистор проводит только в окрестности нулевых пороговых значений синусоидального сигнала переменного тока.

Когда сеть переменного тока подключена к цепи, выпрямленный постоянный ток становится доступным на коллекторе оптранзистора, и он проводит, как объяснено выше, однако напряжение на переходе резисторов, подключенных к базе T1, регулируется так, чтобы оно сразу после того, как сигнал переменного тока поднимется выше отметки 7 вольт. Пока форма сигнала остается выше этого уровня, T1 остается включенным.

Это заземляет напряжение коллектора оптранзистора, препятствуя току симистора, но в тот момент, когда напряжение достигает 7 вольт и приближается к нулю, транзисторы перестают проводить, позволяя симистору переключаться.

Процесс повторяется в течение отрицательного полупериода, когда T2, T3 проводят в ответ на напряжения выше минус 7 вольт, снова заставляя симистор срабатывать только тогда, когда фазовый потенциал приближается к нулю, эффективно устраняя индукцию РЧ помех при переходе через нуль.

Принципиальная схема цепи твердотельного реле

Список деталей для предлагаемой схемы твердотельного реле

• R1 = 120 K,
• R2 = 680K,
• R3 = 1 K,
• R4 = 330 K,
• R5 = 1 M,
• R6 = 100 Ом 1 Вт,
• C1 = 220 мкФ / 25 В,
• C2 = 474/400 В Металлизированный полиэстер
• C3 = 0.22 мкФ / 400 В PPC
• Z1 = 30 В, 1 Вт,
• T1, T2 = BC547B,
• T3 = BC557B,
• TR1 = BT 36,
• OP1 = MCT2E или аналогичный.

Схема расположения печатной платы

Использование оптопары SCR 4N40

Сегодня, с появлением современных оптопар, создание высококачественного твердотельного реле (SSR) стало действительно простым. 4N40 — одно из таких устройств, в котором используется фотоэлектрический тиристор для требуемого изолированного запуска нагрузки переменного тока.

Этот оптрон можно легко настроить для создания высоконадежной и эффективной цепи SSR.Эту схему можно использовать для запуска нагрузки 220 В через полностью изолированное логическое управление 5 В, как показано ниже:

Изображение предоставлено: Farnel

О Swagatam

Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, схема / печатная плата дизайнер, производитель. Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными идеями и руководствами по схемам.
Если у вас есть какой-либо вопрос, связанный со схемой, вы можете взаимодействовать с ним через комментарии, я буду очень рад помочь!

Твердотельное реле

Как насчет подключения цифровой логики к мерзкому миру от 115 до 230 вольт или больше? Всегда есть решение использовать электромеханическое реле.Тем не менее, твердотельное состояние — это современная тенденция. Твердотельное реле может позволить источнику питания с батарейным питанием включать лампочки, электродвигатели, радио или почти все, что вы можете себе представить.

Твердотельные реле могут обеспечивать изоляцию от высокого напряжения и выдерживать десятки ампер. Они продаются в пластиковых корпусах с радиатором на дне и винтами для крепления проводов. Обычно они стоят дорого и в случае повреждения не подлежат ремонту. Большинство SSR (твердотельных реле) производятся в больших количествах и обычно рассчитаны на ток около 10 ампер или более.Обычно не стоит платить за реле на десять ампер, когда все, что вам нужно, — это реле на два ампера. Кроме того, чем больше SSR, тем больше токи утечки.

Однако, используя несколько деталей, вы можете построить твердотельное реле за небольшую часть цены, чем коммерческое реле. И самое лучшее, что это конкретное реле можно отремонтировать, если что-то пойдет не так.

Как это работает

Твердотельное реле очень похоже на переключатель, который управляется входным напряжением или током.Этот переключатель можно использовать только для переменного напряжения. Попытка переключить линию постоянного тока приведет к срабатыванию реле, которое замыкается, но никогда не размыкается. Это потому, что он использует симистор, который можно выключить, только если ток упадет до нуля.

Наша схема SSR показана ниже. Диод D1 используется для защиты от обратного напряжения. R1 ограничивает входной ток. Q1 используется как приемник тока, чтобы поддерживать ток через светодиод (светодиод внутри U1) на почти стабильном значении. Когда напряжение на R2 достигает примерно 0.65V, Q1 начинает проводить, шунтируя ток от светодиода. В результате, хотя ток R1 увеличивается по мере увеличения входного напряжения, ток через светодиод перестает увеличиваться до определенного значения; Минимальный ток светодиода, при котором будет работать TRIAC. Это значение устанавливается R2.

Схема твердотельного реле

Выбор TRIAC

Убедитесь, что ваш TRIAC сможет выдерживать необходимое напряжение. Для переключения линии переменного тока напряжением 115 В требуется симистор 250 В.Для линии 220 В требуется симистор на 400 В. Далее следует учитывать максимальный ток. Любой TRIAC выдержит свой номинальный ток, если он правильно охлаждается. Помните, что многие нагрузки (например, двигатели) потребляют намного больше тока при запуске, чем при нормальной работе.

Есть еще одно требование; Ток затвора. Использование оптоизолятора, обеспечивающего около 100 мА, должно быть достаточно для любого TRIAC, который вы можете найти в корпусе T-220. Помните также, что из соображений безопасности следует выбирать изолированный TRIAC.Изолированные TRIAC обеспечивают гальваническую развязку электрических соединений с корпусом. Это избавляет от необходимости использовать слюдяные шайбы для изоляции радиатора от корпуса. Однако, если вы не знаете, изолирован ли ваш TRIAC, просто измерьте сопротивление от каждого вывода к корпусу. Изолированный TRIAC будет измерять обрыв на всех трех выводах.

Выбор оптоизолятора

Многие компании производят оптоизоляторы. Убедитесь, что вы используете тот, который имеет выход TRIAC и совместимую распиновку для вашего дизайна.Например, MOC3010 будет достаточно. В таблице 1 показаны некоторые типичные оптоизоляторы с триакомным выходом, совместимые с нашей конструкцией.

Вместо простого оптоизолятора можно также использовать оптоизолятор с переходом через ноль (например, MOC3031). SSR с переходом через ноль допускает запуск в любое время, но откладывает включение нагрузки переменного тока до следующего раза, когда напряжение переменного тока пройдет через ноль вольт. Это полезно для устранения RFI (радиочастотных помех) и для предотвращения почти мгновенного протекания большого тока в нагрузку.

Таблица 1. Типовые оптоизоляторы TRIAC

Конструкция и безопасность

Хотя SSR, безусловно, можно построить без PCB (печатной платы), использование предоставленного нами шаблона PCB упростит задачу. Некоторые линии на печатной плате будут иметь напряжение 110 или 220 вольт. С точки зрения электричества это совершенно безопасно. Однако, вероятно, будет хорошей идеей покрыть все линии печатных схем силиконовым герметиком. Кроме того, лучше использовать изолирующие TRIACS и всегда заземлять их радиатор на предохранительный провод переменного тока (зеленый или желтый, или заземление).ТТР может срабатывать от 4 до 10 В (входное напряжение). Превышение 10 В может повредить светодиод оптоизолятора.

Список деталей

R1 = 100 Ом 1 Вт
R2 = 39 Ом, см. Таблицу 1
R3 = 180 Ом
R4 = 2K2
R5 = 10K
C1 = 10 нФ, 450 В
U1 = см. Таблицу 1
Q1 = 2N3904
D1 = 1N4002
TR1 = Q4006L4 или аналогичный

Все резисторы — 1/4 Вт, 5%, если не указано иное.

Вложения

Проект твердотельного реле — детали печатной платы

Меры предосторожности при использовании твердотельных реле | Средства автоматизации | Промышленные устройства

1.Конструкция со снижением номинальных характеристик

Снижение номинальных характеристик является важным фактором надежности конструкции и срока службы продукта.
Даже если условия использования (температура, ток, напряжение и т. Д.) Изделия находятся в пределах абсолютных максимальных номинальных значений, надежность может значительно снизиться при продолжительном использовании в условиях высокой нагрузки (высокая температура, высокая влажность, высокий ток, высокое напряжение. и т. д.) Поэтому, пожалуйста, снизьте номинальные характеристики до уровня ниже абсолютного максимума и оцените устройство в фактическом состоянии.
Более того, независимо от области применения, если можно ожидать, что неисправность будет представлять высокий риск для жизни человека или имущества, или если продукты используются в оборудовании, в противном случае требующем высокой эксплуатационной безопасности, в дополнение к проектированию двойных цепей, то есть с включением таких функций, как цепи защиты или резервной цепи, также должны быть проведены испытания на безопасность.

2. приложение напряжения, превышающего абсолютный максимум

Если значение напряжения или тока для любой из клемм превышает абсолютный максимальный номинал, внутренние элементы выйдут из строя из-за перенапряжения или перегрузки по току.В крайних случаях может расплавиться проводка или разрушиться кремниевые контакты P / N.
Следовательно, схема должна быть спроектирована таким образом, чтобы нагрузка никогда не превышала абсолютные максимальные значения, даже на мгновение.

3. фотоэлемент

Соединитель фототриака предназначен исключительно для управления симистором. Предварительно необходимо запитать симистор.

4. неиспользуемые клеммы

1) Фотоприемник

Клемма № 3 используется со схемой внутри устройства.
Поэтому не подключайте его к внешним цепям. (6 контактов)

2) AQ-H

Терминал № 5 подключен к воротам.
Не подключайте напрямую клеммы № 5 и 6.

5. Короткое замыкание на клеммах

Не допускайте короткого замыкания между клеммами, когда устройство находится под напряжением, так как существует возможность поломки внутренней ИС.

6.При использовании для нагрузки ниже номинальной

SSR может выйти из строя, если он используется ниже указанной нагрузки.В таком случае используйте фиктивный резистор параллельно нагрузке.

Характеристики нагрузки

7.Защита от шума и перенапряжения на входе

1) Фотоэлемент и AQ-H

Если на входных клеммах присутствуют обратные перенапряжения, подключите диод в обратной параллели к входным клеммам и поддерживайте обратные напряжения ниже обратного напряжения пробоя.
Ниже показаны типовые схемы.

2) ССР

Сильно шумовое импульсное напряжение, приложенное к входной цепи SSR, может вызвать неисправность или необратимое повреждение устройства.Если ожидается такой сильный выброс, используйте во входной цепи поглотитель шума C или R.
Ниже показаны типовые схемы

8.Рекомендуемый входной ток соединителя Phototriac и AQ-H

Дизайн в соответствии с рекомендованными условиями эксплуатации для каждого продукта.
Поскольку на эти условия влияет рабочая среда, убедитесь в соответствии со всеми соответствующими спецификациями.

9. Пульсация на входе источника питания

Если во входном источнике питания присутствует пульсация, обратите внимание на следующее:

1) Чувствительный к току тип (Phototriac Coupler, AQ-H)

(1) Для прямого тока светодиода при Emin поддерживайте значение, указанное в «Рекомендуемом входном токе».
(2) Убедитесь, что прямой ток светодиода для Emax. не превышает 50 мА.

2) Тип, чувствительный к напряжению (AQ-G, AQ1, AQ8, AQ-J, AQ-A)

(1) Эмин.должно превышать минимальное номинальное управляющее напряжение
(2) Emax. не должно превышать максимальное номинальное управляющее напряжение

10.Когда входные клеммы подключены с обратной полярностью

11.Защита от шума и перенапряжения на выходной стороне

1) Фотоэлемент и AQ-H

На рисунке ниже показана обычная схема управления симистором. Пожалуйста, добавьте демпферную цепь или варистор, так как шум / скачок напряжения на стороне нагрузки могут повредить устройство или вызвать сбои в работе.
Типовые схемы показаны ниже.

2) ССР

(1) Тип выхода переменного тока

Сильный импульсный импульс напряжения, приложенный к цепи нагрузки SSR, может вызвать неисправность или необратимое повреждение устройства. Если ожидается такой сильный выброс, используйте варистор на выходе SSR.

(2) Тип выхода постоянного тока

Если индуктивная нагрузка генерирует скачки напряжения, превышающие абсолютный максимум номинального значения, скачки напряжения должны быть ограничены.
Типовые схемы показаны ниже.

3) Ограничивающий диод и демпфирующая цепь могут ограничивать выбросы напряжения на
сторона нагрузки. Однако длинные провода могут вызвать скачки напряжения.
из-за индуктивности. Рекомендуется использовать провода как можно короче.
можно минимизировать индуктивность.

4) Выходные клеммы могут стать токопроводящими, хотя входная мощность не подается, когда на них подается внезапное повышение напряжения, даже когда реле выключено.Это может произойти, даже если повышение напряжения между клеммами меньше повторяющегося пикового напряжения в выключенном состоянии. Поэтому, пожалуйста, проведите достаточные испытания в реальных условиях.

5) При управлении нагрузками, в которых фазы напряжения и тока различаются, при выключении происходит резкое повышение напряжения, и симистор иногда не выключается. Пожалуйста, проведите достаточные испытания на реальном оборудовании.

6) При управлении нагрузками с использованием типов напряжения с переходом через нуль, в которых фазы напряжения и тока различаются, симистор иногда не включается независимо от состояния входа, поэтому, пожалуйста, проведите достаточные испытания с использованием реального оборудования.

12. Очистка (для монтажа на печатной плате)

Для очистки флюса припоя следует использовать погружную промывку с органическим растворителем. Если вам необходимо использовать ультразвуковую очистку, примите следующие условия и убедитесь, что при фактическом использовании нет проблем.

• Частота: от 27 до 29 кГц
• Ультразвуковая мощность: не более 0,25 Вт / см ² (Примечание)
• Время очистки: 30 с или менее
• Используемое очищающее средство: Асахиклин АК-225
• Другое: Поместите печатную плату и устройство в очищающий растворитель, чтобы предотвратить контакт с ультразвуковым вибратором.

Примечание: относится к ультразвуковой мощности на единицу площади для ультразвуковых ванн

13. Замечания по монтажу (для типа монтажа на печатной плате)

1) Когда на печатной плате установлены различные типы корпусов, превышение температуры на выводе пайки сильно зависит от размера корпуса. Поэтому, пожалуйста, установите более низкую температуру пайки, чем условия пункта «14. Пайка »и подтвердите фактический температурный режим использования перед пайкой.

2) Если условия монтажа превышают наши рекомендации, это может отрицательно повлиять на характеристики устройства. Это может произойти из-за несоответствия теплового расширения и снижения прочности смолы. Пожалуйста, свяжитесь с нашим офисом продаж, чтобы узнать о правильности условий.

3) Пожалуйста, подтвердите тепловую нагрузку, используя фактическую плату, потому что она может быть изменена в зависимости от состояния платы или условий производственного процесса.

4) Ползучесть припоя, смачиваемость или прочность пайки будут зависеть от условий монтажа или используемого типа пайки.

Пожалуйста, внимательно проверьте их в соответствии с фактическим состоянием производства.

5) Нанесите покрытие, когда устройство вернется к комнатной температуре.

14. Пайка

1) При пайке клемм для поверхностного монтажа рекомендуются следующие условия.

(1) Метод пайки инфракрасным оплавлением
(Рекомендуемые условия оплавления: макс.2 раза, точка измерения: паяльный провод)

(2) Другие способы пайки
Другие методы пайки (VPS, горячий воздух, горячая пластина, лазерный нагрев, импульсный нагреватель и т. Д.) по-разному влияют на характеристики реле, пожалуйста, оцените устройство в соответствии с фактическим использованием.

(3) Метод паяльника
Температура наконечника: от 350 до 400 ° C
Мощность: от 30 до 60 Вт
Время пайки: в пределах 3 с

2) При пайке стандартных клемм печатной платы рекомендуются следующие условия.

(1) Метод пайки DWS
(Рекомендуемое количество раз: макс. 1 раз, точка измерения: паяльный провод * 1)

(2) Другой метод пайки погружением (рекомендуемые условия: 1 раз)
Предварительный нагрев: Макс. 120 ° C, в течение 120 с, точка измерения: паяльный провод
Пайка: Макс. 260 ° C, в течение 5 с *, область измерения: температура пайки
* Фотоэлемент и AQ-H: в течение 10 с

(3) Метод ручной пайки
Температура наконечника: от 350 до 400 ° C
Мощность: от 30 до 60 Вт
Время пайки: в пределах 3 с

• Мы рекомендуем сплав со сплавом Sn3.0Ag0.5Cu.

15. прочие

1) Если SSR используется в непосредственной близости от другого SSR или тепловыделяющего устройства, его температура окружающей среды может превышать допустимый уровень. Тщательно спланируйте расположение SSR и вентиляцию.

2) Клеммные соединения должны выполняться в соответствии с соответствующей электрической схемой.

3) Для большей надежности проверьте качество устройства в реальных условиях эксплуатации.

4) Во избежание опасности поражения электрическим током отключайте источник питания при проведении технического обслуживания.Хотя AQ-A (тип выхода постоянного тока) сконструирован с изоляцией для входных / выходных клемм и задней алюминиевой пластины, изоляция между входом / выходом и задней алюминиевой пластиной не одобрена UL.

16. Транспортировка и хранение

1) Сильная вибрация во время транспортировки может деформировать кабель или повредить характеристики устройства. Пожалуйста, обращайтесь с внешней и внутренней коробкой осторожно.

2) Неправильные условия хранения могут ухудшить пайку, внешний вид и характеристики.Рекомендуются следующие условия хранения:

• Температура: от 0 до 45 ° C
• Влажность: Макс. 70% относительной влажности
• Атмосфера: Без вредных газов, таких как сернисто-кислый газ, минимальное количество пыли.

3) Хранение фотоэлемента (тип SOP)

В случае, если тепловая нагрузка при пайке применяется к устройству, которое поглощает влагу внутри своей упаковки, испарение влаги увеличивает давление внутри упаковки и может вызвать вздутие или трещину на упаковке.Устройство чувствительно к влаге и упаковано в герметичную влагонепроницаемую упаковку. После распечатывания убедитесь, что соблюдены следующие условия.

• Пожалуйста, используйте устройство сразу после распечатывания. (В течение 30 дней при температуре от 0 до 45 ° C и макс. Относительной влажности 70%)
• Если устройство будет храниться в течение длительного времени после вскрытия упаковки, храните его в другой влагонепроницаемой упаковке, содержащей силикагель. (Используйте в течение 90 дней.)

17. конденсация воды

Конденсация воды происходит, когда температура окружающей среды внезапно меняется с высокой температуры на низкую при высокой влажности, или когда устройство внезапно переключается с низкой температуры окружающей среды на высокую температуру и влажность.
Конденсация вызывает такие отказы, как ухудшение изоляции. Panasonic Corporation не гарантирует отказы, вызванные конденсацией воды.
Теплопроводность оборудования, на котором установлен SSR, может ускорить конденсацию воды. Пожалуйста, подтвердите, что в худших условиях фактического использования конденсата нет.
(Особое внимание следует уделять, когда детали, нагревающиеся при высоких температурах, находятся близко к твердотельному реле.)

18. Ниже показан формат упаковки

※ Если щелкнуть каждую фигуру, откроется увеличение.

1) Лента и катушка (соединитель Phototriac)

2) Лента и катушка (AQ-H)

3) Трубка

Соединитель

Phototriac и AQ-H SSR упакованы в трубку, так как штифт № 1 находится на стороне стопора B. Соблюдайте правильную ориентацию при установке их на печатные платы.

1.Уменьшить дв / дт

SSR, используемый с индуктивной нагрузкой, может случайно сработать из-за высокой скорости нарастания напряжения нагрузки (dv / dt), даже если напряжение нагрузки ниже допустимого уровня (срабатывание индуктивной нагрузки).
Наши SSR содержат демпферную цепь, предназначенную для уменьшения dv / dt (кроме AQ-H).

2. Выбор постоянных демпфера

1) Выбор C

Коэффициент зарядки тау для C цепи SSR показан в формуле (1)

τ ＝ (R _L ＋ R) × C ———— (1)

Установив формулу (1) так, чтобы она была ниже значения dv / dt, вы получите:

С = 0.632V _A / [(dv / dt) × (R _L + R)] —— (2)

Установив C = 0,1–0,2 мкФ, dv / dt можно регулировать в диапазоне от нВ / мкс до n + В / мкс или ниже. Для конденсатора используйте либо металлизированную полиэфирную пленку конденсатора MP. Для линии 100 В используйте напряжение от 250 до 400 В, а для линии 200 В используйте напряжение от 400 до 600 В.

2) Выбор R

Если сопротивление R отсутствует (сопротивление R управляет разрядным током конденсатора C), при включении SSR произойдет резкое повышение dv / dt и начнет течь разрядный ток с высоким пиковым значением.
Это может вызвать повреждение внутренних элементов SSR.
Следовательно, всегда необходимо вставлять сопротивление R. В обычных приложениях для линии 100 В необходимо иметь R = от 10 до 100 Ом, а для линии 200 В — R = от 20 до 100 Ом. (Допустимый ток разряда при включении будет отличаться в зависимости от внутренних элементов SSR.) Потери мощности от R, записанные как P, вызванные током разряда и током заряда от C, показаны в формуле (3) ниже. Для линии 100 В используйте мощность 1/2 Вт, а для линии 200 В используйте мощность выше 2 Вт.

f = Частота источника питания

Кроме того, при выключении SSR формируется цепь вызывного сигнала с конденсатором C и индуктивностью L цепи, и на обоих выводах SSR генерируется всплеск напряжения. Сопротивление R служит контрольным сопротивлением для предотвращения этого звона.Кроме того, требуется хорошее неиндуктивное сопротивление для R. Часто используются углеродные пленочные резисторы или металлопленочные резисторы.
Для общих приложений рекомендуемые значения: C = 0,1 мкФ и R = от 20 до 100 Ом. В индуктивной нагрузке бывают случаи резонанса, поэтому при выборе необходимо соблюдать соответствующие меры.

Высоконадежные цепи SSR требуют соответствующей схемы защиты, а также тщательного изучения характеристик и максимальных номиналов устройства.

1. Защита от перенапряжения

Источник питания нагрузки SSR требует соответствующей защиты от ошибок перенапряжения по разным причинам. К методам защиты от перенапряжения относятся следующие:

1) Используйте устройства с гарантированным выдерживаемым обратным перенапряжением

(лавинные управляемые устройства и др.)

2) Подавление переходных всплесков

Используйте переключающее устройство во вторичной цепи трансформатора или используйте переключатель с медленной скоростью размыкания.

3) Используйте схему поглощения скачков напряжения

Используйте поглотитель перенапряжения CR или варистор на источнике питания нагрузки или SSR.
Следует проявлять особую осторожность, чтобы скачки напряжения при включении / выключении или внешние скачки не превышали номинальное напряжение нагрузки устройства. Если ожидается скачок напряжения, превышающий номинальное напряжение устройства, используйте устройство и схему поглощения скачков напряжения (например, ZNR от Panasonic Corporation.).

Пример ЗНР (Panasonic)

2. защита от перегрузки по току

Цепь SSR, работающая без защиты от перегрузки по току, может привести к повреждению устройства.Спроектируйте схему таким образом, чтобы номинальная температура перехода устройства не превышалась при продолжительном токе перегрузки.
(например, импульсный ток в двигателе или лампочке)
Номинальный импульсный ток применяется к ошибкам перегрузки по току, которые возникают менее нескольких десятков раз в течение срока службы полупроводникового прибора. Для этого номинала требуется устройство координации защиты.
К методам защиты от перегрузки по току относятся следующие:

1) Защита от сверхтоков

Используйте токоограничивающий реактор последовательно с источником питания нагрузки.

2) Используйте устройство отключения тока

Используйте токоограничивающий предохранитель или автоматический выключатель последовательно с источником питания нагрузки.

1. Обогреватели (резистивная нагрузка)

SSR лучше всего подходит для резистивных нагрузок. Уровень шума можно значительно снизить с помощью переключения через нуль.

2. лампы

Вольфрамовые или галогенные лампы потребляют высокий пусковой ток при включении (примерно в 7-8 раз больше, чем ток в установившемся режиме для SSR с переходом через ноль; примерно в 9-12 раз, в худшем случае, для SSR произвольного типа). Выберите SSR так, чтобы пик пускового тока не превышал 50% от тока хирурга SSR.

3. соленоиды

Электромагнитные контакторы или электромагнитные клапаны с приводом от переменного тока

также потребляют пусковой ток, когда они активированы.Выберите SSR таким образом, чтобы пик пускового тока не превышал 50% тока SSR хирурга. Для небольших электромагнитных клапанов и, в частности, реле переменного тока, ток утечки может вызвать сбой в работе нагрузки после выключения SSR. В таком случае используйте фиктивный резистор параллельно нагрузке.

4.Моторы нагрузка

При запуске электродвигатель потребляет симметричный пусковой ток переменного тока, который в 5-8 раз превышает установившийся ток нагрузки, который накладывается на постоянный ток. Время пуска, в течение которого поддерживается этот высокий пусковой ток, зависит от мощности нагрузки и источника питания нагрузки. Измерьте пусковой ток и время в реальных условиях эксплуатации двигателя и выберите SSR, чтобы пик пускового тока не превышал 50% от пускового тока SSR.
Когда нагрузка двигателя отключена, на SSR подается напряжение, превышающее напряжение питания нагрузки, из-за противо-ЭДС.
Это напряжение примерно в 1,3 раза больше напряжения питания нагрузки для асинхронных двигателей и примерно в 2 раза больше напряжения для синхронных двигателей.

• Управление реверсивным двигателем

Когда направление вращения двигателя меняется на противоположное, переходный ток и время, необходимые для реверсирования, намного превышают те, которые требуются для простого запуска. Ток и время реверсирования также следует измерять в реальных условиях эксплуатации.
В однофазном асинхронном двигателе с конденсаторным пуском в процессе реверсирования возникает ток емкостного разряда.Обязательно используйте токоограничивающий резистор или дроссель последовательно с SSR.
Кроме того, SSR должен иметь высокое предельное значение напряжения, поскольку в процессе реверсирования на SSR возникает напряжение, вдвое превышающее напряжение питания нагрузки.
Для управления реверсивным двигателем тщательно спроектируйте схему драйвера, чтобы реле прямого и обратного хода не включались одновременно.

5. емкостная нагрузка

Емкостная нагрузка (импульсный стабилизатор и т. Д.) Потребляет пусковой ток для зарядки конденсатора нагрузки при включении SSR.
Выбирайте SSR так, чтобы пик пускового тока не превышал 50% пускового тока SSR. Ошибка синхронизации до одного цикла может произойти, когда переключатель, используемый последовательно с SSR, размыкается или замыкается. Если это проблема, используйте индуктивность (от 200 до 500 мкГн) последовательно к SSR, чтобы подавить ошибку dv / dt.

6. Прочее электронное оборудование

В основном электронное оборудование использует сетевые фильтры в первичной цепи питания.
Конденсаторы, используемые в сетевых фильтрах, могут вызвать неисправность SSR из-за включения dv / dt при включении или выключении оборудования.В таком случае используйте индуктивность (от 200 до 500 мкГн) последовательно с SSR, чтобы подавить включение du / dt.

Волна и время пускового тока нагрузки

.