Своими руками реле: Полезные конструкции из обычного реле – Реле времени своими руками: обзор 4 идей самоделок

Содержание

Полезные конструкции из обычного реле

Приветствую, Самоделкины!
Сегодня поговорим про обычное электромагнитное реле. Простое в исполнении не очень долговечное и с виду ничем не примечательное реле. Автор YouTube канала «AKA KASYAN» расскажет где и для каких целей его можно использовать и какие простые, но весьма полезные конструкции можно собрать на его базе. Кстати, данный материал заточен для начинающего радиолюбителя. Ну что же, давайте начнем.

Наша первая схема построена на основе реле и электролитического конденсатора.


Для того чтобы понять для чего она предназначена, сперва давайте поймем, как все это дело работает. Питание, например, 12В по силовым контактом реле поступает на плюсовую обкладку конденсатора и одновременно на катушку. Минус или масса питания поступает напрямую, минуя контакты.

Первоначально, до подачи питания, указанные контакты реле замкнуты.

Как только подается питание, реле срабатывает, контакты 1 и 2 размыкаются, взамен замыкаются контакты 1 и 3.
Но к тому моменту в нашем конденсаторе накопилось достаточно энергии, и питание на катушку подается именно запасенная в конденсаторе энергия. Пока напряжение на конденсаторе достаточно для питания обмотки реле, контакты будут находиться в этом состоянии.

Со временем из-за разряда конденсатора соленоид в составе реле становится неспособным удерживать контакты в таком состоянии. Реле выключается, а контакты снова возвращаются в исходное состояние. Опять происходит заряд конденсатора, срабатывание реле и процесс снова повторяется, то есть реле периодически меняет свое состояние, то включено, то выключено.

Интервалы вкл/выкл зависят исключительно от емкости конденсатора. Чем большая емкость, тем дольше соленоид будет удерживать контакты и наоборот. Подключать нагрузку к нашему прерывателю можно несколькими способами: 1) в разрыв одного из проводов питания;

2) использовать 3-ий контакт реле;

3) использовать реле с 2-мя контактными группами.

Первые 2 варианта имеют несколько недостатков. Во-первых, нельзя подключать нагрузки большой мощности и, во-вторых, эти решения повлияют на рабочую частоту схемы. Третий же вариант самый правильный, так как контакты, которые будут осуществлять коммутацию нагрузки, никак не связаны с контактами управления, что дает возможность подключать к схеме любые нагрузки, в том числе и сетевые. Мощность подключаемой нагрузки зависит исключительно от пропускной способности реле, то есть от тока допустимого через его контакты. Этот параметр указывается на корпусе реле, как и напряжение соленоида.

Эта схема, как и все последующие, настолько проста, что нет смысла делать ее на печатной плате. А так, если вы увлекаетесь электроникой и хотите чтобы ваши самоделки выглядели как заводской продукт, то можно заказать плату у китайцев.
Вторая схема чуть сложнее.

Тут помимо конденсатора добавлено еще 2 компонента – резистор и транзистор.

Транзистор практически любой, малой или средней мощности, обратной проводимости. Эта схема представляет из себя систему задержки при включении, что-то наподобие реле времени. При подаче питания на схему реле включается не сразу, а по истечению некоторого времени. В начальный момент через ограничительный резистор медленно заряжается конденсатор.

Как только напряжение на этом конденсаторе доходит до некоторого значения (где-то 0,6-0,7В), срабатывает транзистор. По его открытому переходу, питание поступает на обмотку реле. Реле срабатывает, коммутируя нагрузку.


Время задержки зависит от емкости конденсатора и сопротивления резистора. Чем больше емкость и сопротивление, тем большая задержка и наоборот.
Следующая схема:

Может показаться, что автор забыл нарисовать некоторые компоненты, но для сборки этой конструкции нам помимо реле ничего другого не нужно. Принцип работы тот же, что у первой схемы. Питание по замкнутым контактом поступает на соленоид, тот срабатывает, контакты размыкаются, подача питания прекращается, и так как соленоид обесточен, контакты опять возвращаются в исходное состояние.

Такой преобразователь практически неуправляемый. Срабатывание происходит с довольно высокой частотой и надо сказать, что штатные реле долго не протянут в таком режиме. Но смысл данной схемы все-таки есть. Дело в том, что для индуктивных нагрузок свойственно явление самоиндукции, а наш соленоид как раз таки является индуктивностью. В чем прикол? В тот момент, когда на соленоид поступает питание он как бы накапливает некоторую энергию. Когда питающая цепь размыкается, соленоид отдает накопленную энергию, при том ЭДС самоиндукции гораздо выше напряжения питания.



Даже с питанием от 9-вольтовой батарейки «крона» напряжение самоиндукции соленоида доходит до нескольких десятков, а то и сотен вольт.

Но не бойтесь, это не опасно, но получить неприятный удар током еще как возможно. Если добавить в нашу схему выпрямительный диод и накопительный конденсатор, то получим что-то похожее на электрошокер.

Тут все просто. Прерыватель обеспечивает периодическую подачу питания на соленоид, после отключения питания напряжения самоиндукции через выпрямитель накапливается в конденсаторе. Конденсатор обязательно нужен на 250 либо на 400В. Благодаря малой емкости, нескольких секунд работы схемы достаточно чтобы конденсатор зарядился.

Накопленная в конденсаторе энергия может совершать полезное действие, ну или не совсем полезное. Конечно же такую штуку нельзя использовать в качестве шокера, но бьёт довольно неприятно.
Интересный вариант фотореле можно построить всего на 2-ух компонентах: фоторезисторе и реле.

Фотореле, которые можно встретить в сети, даже самые простые варианты в своем составе имеют транзистор и пару резисторов.

Оно и правильно, такие схемы более практичны, но представленный вариант тоже имеет право на жизнь. Фоторезистор самый обычный, его сопротивление в темноте очень большое, при дневном освещении снижается до нескольких сотен Ом.

Принцип работы следующий. Днем, когда светло, сопротивление фоторезистора минимально и реле срабатывает, размыкая контакты 1 и 2. Нагрузка, например лампа, отключается.
С приходом темноты, сопротивление фоторезистора начинает увеличиваться, следовательно уменьшается и ток в катушке реле, и в какой-то момент тока будет недостаточно, и контакты реле отключатся. В таком случае контакты 1 и 2 замкнуться, и нагрузка (та же лампочка) сработает, осветив дворик или тропинку.


Недостатком данной схемы, в отличие от тех, которые имеют в своем составе хотя бы 1 управляющий транзистор, заключается в том, что этот вариант не имеет возможности регулировки.

Данный материал подготовлен исключительно для ознакомительных целей. На этом пора закругляться. Благодарю за внимание. До новых встреч!

Видео:


Источник Доставка новых самоделок на почту

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

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

Твердотельное реле своими руками

В последнее время набрали популярность твёрдотельные реле. Для очень многих устройств силовой электроники твёрдотельные реле стали просто необходимы. Их преимущество в несоизмеримо большем количестве срабатываний, по сравнению с электромагнитными реле и большой скоростью переключений. С возможностью подключения нагрузки в момент перехода напряжения через ноль, тем самым избегая тяжёлых пусковых токов. В некоторых случаях их герметичность тоже играет свою положительную роль, но одновременно лишая владельца такого реле преимущества в возможности ремонта с заменой некоторых деталей. Твёрдотельное реле, в случае выхода из строя, не ремонтируется и подлежит замене целиком, это его отрицательное качество. Цены на такие реле несколько кусаются, и получается расточительно.
Попробуем вместе сделать твёрдотельное реле своими руками с сохранением всех положительных качеств, но, не заливая схему смолой или герметиком, чтобы иметь возможность ремонта, в случае выхода из строя.
Твёрдотельное реле своими руками

Схема


Посмотрим схему этого очень полезного и нужного устройства.
Твёрдотельное реле своими руками
Основу схемы составляют силовой симистор Т1 — BT138-800 на 16 Ампер и управляющий им оптрон МОС3063. На схеме выделены чёрным цветом проводники, которые нужно проложить медным проводом повышенного сечения, в зависимости от планируемой нагрузки.
Управление светодиодом оптрона мне удобнее запитать от 220 Вольт, а можно от 12 или 5 Вольт, кому как нужно.
Твёрдотельное реле своими руками
Для управления от 5 Вольт, нужно гасящий резистор 630 Ом поменять на 360 Ом, остальное всё одинаково.
Номиналы деталей рассчитаны на МОС3063, если примените другой оптрон, то номиналы нужно пересчитать.
Варистор R7 защищает схему от бросков напряжения.
Цепочку индикаторного светодиода можно совсем убрать, но с ней получается нагляднее, что аппарат работает.
Резисторы R4, R5 и конденсаторы C3, C4 служат для предотвращения выхода из строя симистора, их номиналы рассчитаны на ток не выше 10 Ампер. Если потребуется реле на большую нагрузку, то номиналы нужно пересчитывать.
Радиатор охлаждения для симистора впрямую зависит от нагрузки на него. При мощности триста Ватт, радиатор не нужен вовсе, и соответственно – чем больше нагрузка, тем больше площадь радиатора. Чем меньше будет симистор перегреваться, тем дольше проработает и поэтому даже кулер охлаждения не будет лишним.
Если вы планируете управлять повышенной мощностью, то наилучшим выходом будет поставить симистор большей мощности, например, ВТА41, который рассчитан на 40 Ампер, или подобный ему. Номиналы деталей подойдут без пересчёта.

Детали и корпус


Твёрдотельное реле своими руками
Твёрдотельное реле своими руками
Нам потребуется:
  • F1 — предохранитель на 100 мА.
  • S1 — любой маломощный переключатель.
  • C1 – конденсатор 0.063 мкФ 630 Вольт.
  • C2 – 10 — 100 мкФ 25 Вольт.
  • C3 – 2.7 нФ 50 Вольт.
  • C4 – 0.047 мкФ 630 Вольт.
  • R1 – 470 кОм 0.25 Ватт.
  • R2 – 100 Ом 0.25 Ватт.
  • R3 – 330 Ом 0.5 Ватт.
  • R4 – 470 Ом 2 Ватта.
  • R5 – 47 Ом 5 Ватт.
  • R6 – 470 кОм 0.25 Ватт.
  • R7 – варистор TVR12471, или подобный.
  • R8 – нагрузка.
  • D1 – любой диодный мост на напряжение не менее 600 Вольт, или собрать из четырёх отдельных диодов, например — 1N4007.
  • D2 – стабилитрон на 6.2 Вольта.
  • D3 – диод 1N4007.
  • T1 – симистор ВТ138-800.
  • LED1 – любой сигнальный светодиод.

Изготовление твердотельного реле


Сначала намечаем размещение радиатора, макетной платы и прочих деталей в корпусе и закрепляем их на места.
Твердотельное реле своими руками
Твёрдотельное реле своими руками
Твёрдотельное реле своими руками
Симистор нужно изолировать от радиатора охлаждения специальной теплопроводной пластиной с применением теплопроводной пасты. Паста должна слегка вылезти из-под симистора при закручивании крепёжного винта.
Твёрдотельное реле своими руками
Далее размещаем следующие детали в соответствии со схемой и припаиваем их.
Твёрдотельное реле своими руками
Твёрдотельное реле своими руками
Твёрдотельное реле своими руками
Твёрдотельное реле своими руками
Твёрдотельное реле своими руками
Твёрдотельное реле своими руками
Припаиваем провода для подключения питания и нагрузки.
Твёрдотельное реле своими руками
Твёрдотельное реле своими руками
Помещаем устройство в корпус, предварительно испытав его при минимальной нагрузке.
Твёрдотельное реле своими руками
Твёрдотельное реле своими руками
Твёрдотельное реле своими руками
Твёрдотельное реле своими руками
Испытание прошло успешно.

Смотрите видео


Смотрите видео испытания устройства совместно с цифровым регулятором температуры.

Реле времени своими руками — как собрать самостоятельно

 

Основной составляющей технического оснащения современного дома может стать сделанное реле времени своими руками. Суть такого контроллера состоит в размыкании и замыкании электрической цепи по заданным параметрам с целью контроля наличия напряжения, например, в осветительной сети.

Блок: 1/6 | Кол-во символов: 307
Источник: https://VashUmnyiDom.ru/obshhaya-avtomatika/rele-vremeni-svoimi-rukami.html

Разделы статьи

Простейший вариант

Пример конструктора для самодельной сборки таймера задержки отключения:

При желании есть возможность самостоятельно собрать реле времени по следующей схеме:

Схема таймера

Время задающим элементом является конденсатор С1, в стандартной комплектации КИТ набора 1000 мкФ/16 В, время задержки составляет 10 минут. Регулировка времени осуществляется резистором R1. Питание платы 12 вольт. Управление нагрузкой осуществляется через контакты. Плату можно не делать, собрать на макете.

Монтажная схема

Для того, чтобы сделать реле времени, нам понадобятся такие детали:

Перечень элементов

Правильно собранное устройство не нуждается в настройке и готово к работе. Данное самодельное реле задержки времени было описано в журнале «Радиодело» 2005.07.

Блок: 2/4 | Кол-во символов: 716
Источник: https://samelectrik.ru/3-idei-sborki-rele-vremeni-svoimi-rukami.html

Предназначение и конструктивные особенности

Самое совершенное такое устройство — это таймер, состоящий с электронных элементов. Его момент срабатывания управляется электронной схемой по заданным параметрам, а само время отпускания реле исчисляется в секундах, минутах, часах или сутках.

01-пример-устройства-реле-времени

По общему классификатору таймеры выключения или включения электрической схемы подразделяются на следующие виды:

  • Устройство механического исполнения.
  • Таймер с электронным выключателем нагрузки, например, построенный на тиристоре.
  • Прибор принцип работы, которого построен на пневматическом приводе выключения и включения.

Конструктивно таймер срабатывания может изготавливаться для установки на ровной плоскости, с фиксатором на DIN рейку и для монтажа на передней панели щита автоматики и индикации.

Также такое устройство по способу подключения бывает переднее, заднее, боковое и втыкаемое через специальный разъемный элемент.  Программирование времени может выполняться с помощью переключателя, потенциометра или кнопок.

Как уже отмечалось, из всех перечисленных видов приборов срабатывания на заданное время, наибольшим спросом пользуется схема реле времени с электронным элементом выключения.

Это объясняется тем, что такой таймер, работающий от напряжения, к примеру, 12v, имеет следующие технические особенности:

  • компактные габариты;
  • минимальные энергетические затраты;
  • отсутствие подвижных механизмов за исключением контактов выключения и включения;
  • широко программируемое задание;
  • большой срок эксплуатации, независимый от циклов срабатывания.

Самое интересное, что таймер просто сделать своими руками в домашних условиях. На практике существуют многие виды схем, дающих исчерпывающий ответ на вопрос как сделать реле времени.

Блок: 2/6 | Кол-во символов: 1722
Источник: https://VashUmnyiDom.ru/obshhaya-avtomatika/rele-vremeni-svoimi-rukami.html

Пневматика и часовой тип

Схемы на основе пневматических систем — уникальные. Эти приборы содержат специальную систему замедления — демпферное устройство пневматического типа. Время выдержки «пневматики» можно настраивать путем расширения или сужения сечения трубы, откуда подается воздух. Для такой операции в конструкции предусмотрен специальный регулировочный винт.

Таймер своими рукамиВременная задержка здесь колеблется в районе 1–60 сек. Однако есть экземпляры, срабатывающие в два раза быстрее. В действительности существуют небольшие погрешности по указанному времени.

Устройства, именуемые часовыми реле, широко распространены в электрике. Такой тип активно используют для сооружения автоматических рубильников, которые защищают цепи напряжением 500−10000 вольт. Время срабатывания — 0,1−20 сек.

Основой часовых реле является пружина, которая взводится электромагнитным механическим приводом. Контактные группы часового механизма коммутируют после пройденного промежутка времени, заданного заранее на специальной шкале устройства.

Скорость хода прибора напрямую зависит от силы тока, проходящего в обмотке. Это помогает настроить устройство под защитные функции. Главной особенностью такой защиты является полная независимость от влияния внешних факторов.

Блок: 3/8 | Кол-во символов: 1253
Источник: https://220v.guru/elementy-elektriki/shemy/kak-sdelat-rele-vremeni-ili-taymer-svoimi-rukami.html

Схемы различных реле времени

Существуют разные варианты исполнения реле времени, схема каждого вида имеет свои особенности. Таймеры можно изготовить самостоятельно. Перед тем как сделать реле времени своими руками, необходимо изучить его устройство. Схемы простых реле времени:

  • на транзисторах;
  • на микросхемах;
  • для выходного питания 220 В.

Опишем каждую из них более подробно.

Схема на транзисторах

Необходимые радиодетали:

  1. Транзистор КТ 3102 (или КТ 315) – 2 шт.
  2. Конденсатор.
  3. Резистор номиналом 100 кОм (R1). Также понадобится еще 2 резистора (R2 и R3), сопротивление которых будет подбираться вместе с емкостью в зависимости от времени срабатывания таймера.
  4. Кнопка.

shema-rele-vremeni-na-tranzistorah

При подключении схемы к источнику питания начнет заряжаться конденсатор через резисторы R2 и R3 и эммитер транзистора. Последний откроется, поэтому на сопротивлении будет падать напряжение. В результате откроется второй транзистор, что приведет к срабатыванию электромагнитного реле.

При заряде емкости ток будет уменьшаться. Это вызовет снижение эммитерного тока и падения напряжения на сопротивлении до того уровня, которое приведет к закрытию транзисторов и отпускания реле. Чтобы запустить таймер заново, потребуется кратковременное нажатие кнопки, которое вызовет полную разрядку емкости.

Для увеличения временной задержки используют схему на полевом транзисторе с изолированным затвором.

На базе микросхем

Применение микросхем уберет необходимость разряжать конденсатор и подбирать номиналы радиодеталей для выставления необходимого времени срабатывания.

Необходимые электронные компоненты для реле времени на 12 вольт:

  • резисторы номиналом 100 Ом, 100 кОм, 510 кОм;
  • диод 1N4148;

схема на 12 и 220 вольт

В современном оборудовании часто необходим таймер, т. е. устройство, которое сработает не сразу, а через промежуток времени, поэтому его еще называют реле задержки. Прибор создает временные задержки включения или выключения других устройств. Его не обязательно приобретать в магазине, ведь грамотно сконструированное самодельное реле времени будет эффективно выполнять свои функции.

rele_vremeni_abb

rele_vremeni_abb

Сфера применения реле времени

Области использования таймера:

  • регуляторы;
  • датчики;
  • автоматика;
  • различные механизмы.

Все данные устройства делятся на 2 класса:

  1. Циклические.
  2. Промежуточные.

Первое считается самостоятельным прибором. Он подает сигнал через заданный временной промежуток. В автоматических системах циклическое устройство включает и отключает необходимые механизмы. С его помощью управляют освещением:

  • на улице;
  • в аквариуме;
  • в теплице.

Циклический таймер является неотъемлемым устройством в системе “Умный дом”. Его применяют для выполнения следующих задач:

  1. Включение и выключение отопления.
  2. Напоминание о событиях.
  3. В строго указанное время включает необходимые устройства: стиральную машинку, чайник, свет и др.

ciklicheskiy-taymer-rele-vremeni

ciklicheskiy-taymer-rele-vremeni

Кроме вышеуказанных, есть еще отрасли, в которых эксплуатируется циклическое реле задержки:

  • наука;
  • медицина;
  • робототехника.

Промежуточное реле используется для дискретных схем и служит вспомогательным устройством. Оно осуществляет автоматическое прерывание электрической цепи. Сфера применения промежуточного таймера реле времени начинается там, где необходимы усиление сигнала и гальваническая развязка электрической цепи. Промежуточные таймеры разделяются на виды в зависимости от конструктивного исполнения:

  1. Пневматические. Срабатывание реле после поступление сигнала не происходит мгновенно, максимальная время срабатывания — до одной минуты. Используется в цепях управления металлорежущих станков. Таймер управляет приводами для ступенчатой регулировки.
  2. Моторные. Диапазон установки временной задержки начинается с пары секунд и заканчивается десятками часов. Реле задержки являются частью цепей защиты воздушных линий электропередач.
  3. Электромагнитные. Предназначены для цепей постоянного тока. С их помощью происходят разгон и торможение электропривода.
  4. С часовым механизмом. Основной элемент — взведенная пружина. Время регулирования — от 0,1 до 20 секунд. Используются в релейной защите воздушных линий электропередач.
  5. Электронные. Принцип действия построен на физических процессах (периодические импульсы, заряд, разряд емкости).

Схемы различных реле времени

Существуют разные варианты исполнения реле времени, схема каждого вида имеет свои особенности. Таймеры можно изготовить самостоятельно. Перед тем как сделать реле времени своими руками, необходимо изучить его устройство. Схемы простых реле времени:

  • на транзисторах;
  • на микросхемах;
  • для выходного питания 220 В.

Опишем каждую из них более подробно.

Схема на транзисторах

Необходимые радиодетали:

  1. Транзистор КТ 3102 (или КТ 315) — 2 шт.
  2. Конденсатор.
  3. Резистор номиналом 100 кОм (R1). Также понадобится еще 2 резистора (R2 и R3), сопротивление которых будет подбираться вместе с емкостью в зависимости от времени срабатывания таймера.
  4. Кнопка.

shema-rele-vremeni-na-tranzistorah

shema-rele-vremeni-na-tranzistorah

При подключении схемы к источнику питания начнет заряжаться конденсатор через резисторы R2 и R3 и эммитер транзистора. Последний откроется, поэтому на сопротивлении будет падать напряжение. В результате откроется второй транзистор, что приведет к срабатыванию электромагнитного реле.

При заряде емкости ток будет уменьшаться. Это вызовет снижение эммитерного тока и падения напряжения на сопротивлении до того уровня, которое приведет к закрытию транзисторов и отпускания реле. Чтобы запустить таймер заново, потребуется кратковременное нажатие кнопки, которое вызовет полную разрядку емкости.

Для увеличения временной задержки используют схему на полевом транзисторе с изолированным затвором.

На базе микросхем

Применение микросхем уберет необходимость разряжать конденсатор и подбирать номиналы радиодеталей для выставления необходимого времени срабатывания.

Необходимые электронные компоненты для реле времени на 12 вольт:

  • резисторы номиналом 100 Ом, 100 кОм, 510 кОм;
  • диод 1N4148;
  • емкость на 4700 мкФ и 16 В;
  • кнопка;
  • микросхема TL 431.

rele-chasu-svoyimi-rukami-shema-nstrukcya_605

rele-chasu-svoyimi-rukami-shema-nstrukcya_605

Положительный полюс источника питания должен соединяться с кнопкой, параллельно к которой подключен один контакт реле. Последний также подключается к резистору 100 Ом. С другой стороны резистор соединен с сопротивлениями на 510 и на 100 кОм. Один из выводов последнего идет на микросхему. Второй вывод микросхемы соединен с резистором на 510 кОм, а третий — с диодом. К полупроводниковому устройству подключается второй контакт реле, которое соединено с исполняющим устройством. Отрицательный полюс источника питания связан с сопротивлением на 510 кОм.

Под питание на выходе 220 В

Две вышеописанные схемы рассчитаны на напряжение 12 В, т. е. не подходят для мощных нагрузок. Устранить этот недостаток допустимо с помощью магнитного пускателя, установленного на выходе.

Если в качестве нагрузки выступает маломощное устройство (бытовое освещение, вентилятор, трубчатый электрический нагреватель), то можно обойтись без магнитного пускателя. Роль преобразователя напряжения выполнят диодный мост и тиристор. Необходимые детали:

  1. Диоды, рассчитанные на ток больше 1 А и обратное напряжение не выше 400 В, — 4 шт.
  2. Тиристор ВТ 151 — 1 шт.
  3. Емкость на 470 нФ — 1 шт.
  4. Резисторы: на 4300 кОм — 1шт, на 200 Ом — 1 шт., регулируемый на 1500 Ом — 1 шт.
  5. Выключатель.

rele-vremeni

rele-vremeni

К питанию 220 В подключается контакт диодного моста и выключатель. Второй контакт моста соединен с выключателем. Параллельно к диодному мосту подключается тиристор. Тиристор соединяется с диодом и сопротивлениями на 200, на 1500 Ом. Вторые выводы диода и резистора (200 Ом) идут на конденсатор. Параллельно последнему подключено сопротивление на 4300 кОм. Но необходимо помнить, что данное устройство не используется для мощных нагрузок.

Схема твердотельного реле — РАДИОСХЕМЫ

Современная электротехника и радиоэлектроника всё больше отказывается от механических узлов, имеющих значительные размеры и подверженных быстрому износу. Одной из областей, где это проявляется сильнее всего, являются электромагнитные реле. Все прекрасно понимают, что даже самое дорогое реле, с платиновыми контактами, рано или поздно выйдет из строя. Да и щелчки при переключении могут напрягать. Поэтому промышленность наладила активный выпуск специальных твердотельных реле.

 

Такие твердотельные реле могут использоваться практически везде, однако в настоящее время они пока ещё остаются очень дорогими. Поэтому имеет смысл собрать его самому. Тем более их схемы просты и понятны. Твердотельное реле работает как стандартное механическое реле — вы можете использовать низкое напряжение для переключения более высокого напряжения.

Схема твердотельного реле

Схема твердотельного реле

Пока на входе не присутствует напряжение постоянного тока (в левой части схемы), фототранзистор TIL111 открыт. Чтобы повысить защищённость от ложных срабатываний, база TIL111 подается эмиттер через 1М резистор. На базе транзистора BC547B будет высокий потенциал и, таким образом, он остается открытым. Коллектор замыкает управляющий электрод тиристора TIC106M на минус, и он остается в закрытом положении. Через выпрямительный диодный мост ток не проходит и нагрузка отключена.

При определенном входном напряжении, скажем, 5 вольт, диод внутри TIL111 загорается и активирует фототранзистор. Происходит закрытие транзистора BC547B и отпирание тиристора. Это создает достаточно большое падение напряжения на резисторе 330 Ом для переключения симистора TIC226 во включенное положение. Падение напряжение на симисторе в тот момент всего несколько вольт, так что практически всё напряжение переменного тока течёт через нагрузку. 

Симистор защищен от импульсов через 100 нФ конденсатор и 47 ом резистор. Чтобы создать возможность устойчивого переключения твердотельного реле с различными управляющими напряжениями, был добавлен полевой транзистор BF256A. Он действует как источник тока. Диод 1N4148 установлен, чтобы защитить цепь в случае неправильной полярности. Эта схема может быть использована в различных устройствах, с мощностью до 1,5 КВт, конечно если вы установите тиристор на большой радиатор.

принцип работы, управление и схемы

В данной статье поговорим про твердотельное реле, обозначим его преимущество перед механическим реле. Рассмотрим управление и подключение твердотельного реле, принцип его работы и конструкцию, а так же разберем различные схемы.

Описание

В отличие от электромеханических реле (EMR), которые используют катушки, магнитные поля, пружины и механические контакты для управления и переключения питания, твердотельное реле или SSR не имеет движущихся частей, но вместо этого использует электрические и оптические свойства полупроводниковых полупроводников, выполняет его вход в функции изоляции и переключения выхода.

Как и обычные электромеханические реле, твердотельные реле обеспечивают полную электрическую изоляцию между их входными и выходными контактами, а его выход действует как обычный электрический переключатель в том смысле, что он имеет очень высокое, почти бесконечное сопротивление в непроводящем (разомкнутом) и очень низком сопротивлении при проведении. Твердотельные реле могут быть предназначены для переключения как переменного, так и постоянного тока с помощью SCR, триак или переключающего транзисторного выхода вместо обычных механических нормально разомкнутых контактов. Купить твердотельное реле на Алиэкспресс:

В то время как твердотельное реле и электромеханическое реле в основном схожи в том, что их низковольтный вход электрически изолирован от выхода, который переключает и контролирует нагрузку, электромеханические реле имеют ограниченный жизненный цикл контакта, могут занимать много места и имеют более низкие скорости переключения, особенно большие силовые реле и контакторы. Твердотельные реле не имеют таких ограничений.

Таким образом, основные преимущества твердотельных реле по сравнению с обычными электромеханическими реле состоят в том, что у них нет движущихся частей, изнашиваемых, и, следовательно, нет проблем с отскоком контактов, они могут переключать «ВКЛ» и «ВЫКЛ» гораздо быстрее, чем механические реле может двигаться, а также включаться при нулевом напряжении и отключаться при нулевом токе, что устраняет электрические помехи и переходные процессы.

Полупроводниковые реле можно купить в стандартных готовых комплектах, от нескольких вольт или ампер до многих сотен вольт и ампер выходной коммутационной способности. Однако твердотельные реле с очень высоким номинальным током (плюс 150 А) все еще слишком дороги для покупки из-за их требований к силовым полупроводникам и теплоотдаче, и, как таковые, все еще используются более дешевые электромеханические контакторы.

Подобно электромеханическому реле, небольшое входное напряжение, обычно от 3 до 32 вольт постоянного тока, может использоваться для управления очень большим выходным напряжением или током, например 240В, 10А. Это делает их идеальными для взаимодействия микроконтроллеров, PIC и Arduino, так как слаботочный 5-вольтный сигнал, скажем, от микроконтроллера или логического вентиля, может использоваться для управления конкретной нагрузкой цепи, и это достигается с помощью опто-изолятора.

Принцип работы и конструкция твердотельного реле

Одним из основных компонентов твердотельного реле (SSR) является оптоизолятор (также называемый оптопарой), который содержит один (или более) инфракрасный светодиод или светодиодный источник света, а также фоточувствительное устройство в один случай. Оптоизолятор изолирует вход от выхода.

Светодиодный источник света подключен к входной секции SSR и обеспечивает оптическую связь через зазор с соседним фоточувствительным транзистором, парой Дарлингтона или симистором. Когда ток проходит через светодиод, он загорается, и его свет фокусируется через зазор на фототранзистор / фототриак.

Таким образом, выход оптронного SSR включается при включении этого светодиода, как правило, с помощью низковольтного сигнала. Поскольку единственным входом между входом и выходом является луч света, высоковольтная изоляция (обычно несколько тысяч вольт) достигается с помощью этой внутренней оптоизоляции.

Оптоизолятор не только обеспечивает более высокую степень изоляции входов / выходов, он также может передавать сигналы постоянного тока и низкочастотные сигналы. Кроме того, светодиод и фоточувствительное устройство могут быть полностью отделены друг от друга и оптически связаны с помощью оптического волокна.

Входная схема SSR может состоять только из одного ограничивающего ток резистора, включенного последовательно со светодиодом оптоизолятора, или из более сложной цепи с выпрямителем, регулированием тока, защитой от обратной полярности, фильтрацией и т.д.

Чтобы активировать или включить «ВКЛ» проданное реле состояния в проводимость, на его входные клеммы должно быть приложено напряжение, превышающее его минимальное значение (обычно 3 В постоянного тока) (эквивалентно катушке электромеханического реле). Этот сигнал постоянного тока может быть получен от механического переключателя, логического вентиля или микроконтроллера, как показано ниже.

Входная цепь постоянного тока твердотельного реле

При использовании в качестве сигнала активации механических контактов, переключателей, кнопок, других контактов реле и т.д., используемое напряжение питания может быть равно минимальному значению входного напряжения SSR, тогда как при использовании твердотельных устройств, таких как транзисторы, вентили и микро-контроллеры, минимальное напряжение питания должно быть на один или два вольт выше напряжения включения SSR для учета внутреннего падения напряжения коммутационных аппаратов.

Но помимо использования напряжения постоянного тока, либо ослабления, либо источника, для переключения твердотельного реле в проводящее состояние, мы также можем использовать синусоидальную форму волны, добавив мостовой выпрямитель для двухполупериодного выпрямления и схему фильтра на вход постоянного тока.

Входная цепь переменного тока твердотельного реле

Мостовые выпрямители преобразуют синусоидальное напряжение в двухполупериодные выпрямленные импульсы с удвоенной входной частотой. Проблема здесь заключается в том, что эти импульсы напряжения начинаются и заканчиваются с нуля вольт, что означает, что они упадут ниже минимальных требований к напряжению при включении порога входа SSR, в результате чего выход будет «включаться» и «выключаться» в каждом полупериоде.

Чтобы преодолеть это беспорядочное срабатывание на выходе, мы можем сгладить выпрямленную рябь, используя сглаживающий конденсатор (C1) на выходе мостового выпрямителя. Эффект зарядки и разрядки конденсатора повысит постоянную составляющую выпрямленного сигнала выше максимального значения напряжения включения на входе твердотельных реле. Тогда, даже если используется постоянно изменяющаяся синусоидальная форма волны напряжения, входной сигнал SSR видит постоянное напряжение постоянного тока.

Значения резистора падения напряжения R 1 и сглаживающего конденсатора C 1выбираются в соответствии с напряжением питания, 120 В переменного тока или 240 В переменного тока, а также входным сопротивлением твердотельного реле. Но что-то около 40 кОм и 10 мкФ подойдет.

Затем с добавлением этой мостовой выпрямителя и сглаживающей конденсаторной цепи можно управлять стандартным твердотельным реле постоянного тока, используя источник переменного или неполяризованного постоянного тока. Конечно, производители уже производят и продают входные твердотельные реле переменного тока (обычно от 90 до 280 В переменного тока).

Выход твердотельного реле

Возможности переключения выхода твердотельного реле могут быть как переменного, так и постоянного тока, аналогичными его требованиям к входному напряжению. Выходная цепь большинства стандартных твердотельных реле сконфигурирована для выполнения только одного типа переключающего действия, дающего эквивалент нормально разомкнутого однополюсного однополюсного (SPST-NO) режима работы электромеханического реле.

Для большинства твердотельных реле постоянного тока обычно используются твердотельные коммутационные устройства — силовые транзисторы, Дарлингтона и MOSFET, тогда как для твердотельного реле переменного тока, коммутационные устройства — это симисторные или двухсторонние тиристоры. Тиристоры предпочтительны из-за их высокого напряжения и тока. Один тиристор также может использоваться в схеме мостового выпрямителя, как показано на рисунке.

Наиболее распространенным применением твердотельных реле является переключение нагрузки переменного тока, будь то управление мощностью переменного тока для включения / выключения, затемнение света, управление скоростью двигателя или другие подобные приложения, где необходимо управление мощностью, эти нагрузки переменного тока может легко управляться с помощью постоянного тока низкого напряжения с помощью твердотельного реле, обеспечивающего длительный срок службы и высокие скорости переключения.

Одним из самых больших преимуществ твердотельных реле по сравнению с электромеханическим реле является его способность выключать «переменные» нагрузки переменного тока в точке нулевого тока нагрузки, тем самым полностью устраняя искрение, электрический шум и отскок контактов, связанные с обычными механическими реле и индуктивными нагрузками.

Это связано с тем, что твердотельные реле переключения переменного тока используют SCR и триак в качестве выходного переключающего устройства, которое продолжает проводить после удаления входного сигнала до тех пор, пока переменный ток, протекающий через устройство, не опустится ниже своего порогового значения или не сохранит значение тока. Тогда выход SSR никогда не сможет выключиться в середине пика синусоидальной волны.

Отключение при нулевом токе является основным преимуществом использования твердотельного реле, поскольку оно уменьшает электрические помехи и обратную эдс, связанные с переключением индуктивных нагрузок, которые видятся как искрение контактами электромеханического реле. Рассмотрим диаграмму формы выходного сигнала ниже типичного твердотельного реле переменного тока.

Форма выходного сигнала твердотельного реле

При отсутствии входного сигнала ток нагрузки не протекает через SSR, поскольку он фактически выключен (разомкнут), а выходные клеммы видят полное напряжение питания переменного тока. При применении входного сигнала постоянного тока, независимо от того, какую часть синусоидального сигнала, положительного или отрицательного, проходит цикл, из-за характеристик переключения SSR при нулевом напряжении, выход включается только тогда, когда сигнал пересекает нулевую точку.

Когда напряжение питания увеличивается в положительном или отрицательном направлении, оно достигает минимального значения, необходимого для полного включения выходных тиристоров или симистора (обычно менее чем около 15 вольт). Падение напряжения на выходных клеммах SSR соответствует падению напряжения переключающего устройства V T (обычно менее 2 вольт). Таким образом, любые высокие пусковые токи, связанные с реактивными или ламповыми нагрузками, значительно снижаются.

Когда сигнал входного напряжения постоянного тока удаляется, выход не отключается внезапно, так как после срабатывания проводимости тиристор или триак, используемый в качестве переключающего устройства, остается включенным в течение оставшейся части полупериода, пока токи нагрузки не упадут ниже удерживающих устройств тока, в этот момент он выключается. Таким образом, высокая обратная ЭДС dv / dt, связанная с переключением индуктивных нагрузок в середине синусоиды, значительно снижается.

Тогда основными преимуществами твердотельного реле переменного тока над электромеханическим реле является его функция пересечения нуля, которая включает SSR, когда напряжение нагрузки переменного тока близко к нулю вольт, таким образом подавляя любые высокие пусковые токи, поскольку ток нагрузки всегда будет запускаться от точки, близкой к 0 В, и присущей нулевой характеристике отключения тока тиристора или симистора. Поэтому существует максимально возможная задержка выключения (между удалением входного сигнала и отключением тока нагрузки) в один полупериод.

Фазорегулирующее твердотельное реле

Хотя твердотельные реле могут выполнять прямое переключение нагрузки при пересечении нуля, они также могут выполнять гораздо более сложные функции с помощью цифровых логических схем, микропроцессоров и модулей памяти. Другое превосходное применение твердотельного реле — в устройствах с диммером ламп, будь то дома, для шоу или концерта.

Твердотельные реле с ненулевым включением (мгновенное включение) включаются сразу после подачи входного управляющего сигнала, в отличие от SSR пересечения нуля, который выше, и ожидает следующей точки пересечения нуля синусоидальной волны переменного тока. Это случайное переключение при пожаре используется в резистивных устройствах, таких как диммер ламп, и в устройствах, в которых нагрузка должна подаваться только в течение небольшой части цикла переменного тока.

Форма сигнала с произвольным переключением

Хотя это позволяет контролировать фазу сигнала нагрузки, основная проблема случайного включения SSR заключается в том, что начальный скачок тока нагрузки в момент включения реле может быть высоким из-за переключающей мощности SSR, когда напряжение питания составляет близко к своему пиковому значению (90 o ). Когда входной сигнал удаляется, он перестает проводить, когда ток нагрузки падает ниже тока тиристоров или триаков, как показано на рисунке. Очевидно, что для твердотельного реле постоянного тока действие включения-выключения является мгновенным.

Твердотельное реле идеально подходит для широкого диапазона применений ВКЛ / ВЫКЛ переключения , поскольку они не имеют подвижных частей или контактов в отличие от электромеханического реле (ЭМР). Существует много различных коммерческих типов на выбор для входных сигналов управления переменного и постоянного тока, а также для переключения выходов переменного и постоянного тока, так как они используют полупроводниковые переключающие элементы, такие как тиристоры, триаки и транзисторы.

Но используя комбинацию хорошего оптоизолятора и симистора, мы можем сделать наше собственное недорогое и простое твердотельное реле для управления нагрузкой переменного тока, такой как нагреватель, лампа или соленоид. Поскольку для работы оптоизолятора требуется только небольшое количество входной / управляющей мощности, управляющий сигнал может поступать от PIC, Arduino, Raspberry PI или любого другого такого микроконтроллера.

Пример твердотельного реле

Предположим, нам нужен микроконтроллер с сигналом порта цифрового выхода всего лишь +5 В для управления нагревательным элементом 120 В переменного тока, 600 Вт. Для этого мы могли бы использовать опто-триационный изолятор MOC 3020, но внутренний триак может пропускать только максимальный ток (I TSM ) в пике 1 А на пике источника переменного тока 120 В, поэтому необходимо также использовать дополнительный переключающий триак.

Сначала давайте рассмотрим входные характеристики оптоизолятора MOC 3020 (доступны другие опто-триаки). Спецификация оптоизоляторов говорит нам, что прямое напряжение (V F ) падения входного светодиода составляет 1,2 В, а максимальный прямой ток (I F ) составляет 50 мА.

Светодиоду требуется около 10 мА, чтобы он мог достаточно ярко светиться до максимального значения 50 мА. Однако порт цифрового выхода микроконтроллера может выдавать максимум 30 мА. Тогда значение требуемого тока лежит где-то между 10 и 30 миллиампер. Следовательно:

Таким образом, можно использовать резистор для ограничения последовательного тока со значением от 126 до 380 Ом. Поскольку порт цифрового выхода всегда переключается на +5 В и для уменьшения рассеивания мощности через светодиод оптопары мы выберем предпочтительное значение сопротивления 240 Ом. Это дает светодиодный прямой ток менее 16 мА. В этом примере подойдет любое предпочтительное значение резистора между 150 Ом и 330 Ом.

Нагрузка нагревательного элемента составляет 600 Вт. Использование 120 В переменного тока даст нам ток нагрузки 5 ампер (I = P / V). Поскольку мы хотим управлять этим током нагрузки в обоих полупериодах (все 4 квадранта) формы сигнала переменного тока, нам потребуется триак переключения сети.

BTA06 — это симистор 600 В на 6 ампер (I T (RMS) ), подходящий для общего / двухпозиционного переключения нагрузок переменного тока, но подойдет любой аналогичный симистор с номинальным напряжением 6–8 ампер. Кроме того, для этого переключающего триака требуется только 50 мА привода затвора для запуска проводимости, что намного меньше максимального значения 1 А для оптоизолятора MOC 3020.

Учтите, что выходной триак оптоизолятора включился при пиковом значении (90 o ) среднеквадратичного напряжения питания 120 В переменного тока. Это пиковое напряжение имеет значение: 120 x 1,414 = 170Vpk. Если максимальный ток опто-триаков (I TSM ) составляет 1 А, то минимальное значение требуемого последовательного сопротивления составляет 170/1 = 170 Ом или 180 Ом до ближайшего предпочтительного значения. Это значение 180 Ом будет защищать выходной триак оптопары, а также затвор триака BTA06 при питании 120 В переменного тока.

Если симистор оптоизолятора включается при значении пересечения нуля (0 o ) среднеквадратичного переменного напряжения питания 120 В , то минимальное напряжение, необходимое для подачи требуемого тока возбуждения затвора 50 мА, заставляющего переключающий триак в проводимость, будет: 180 Ом х 50 мА = 9,0 вольт. Затем симистор срабатывает, когда синусоидальное напряжение Gate-to-MT1 превышает 9 вольт.

Таким образом, минимальное напряжение, требуемое после точки пересечения нуля формы сигнала переменного тока, должно составлять 9 вольт, при этом рассеяние мощности в этом последовательном затворном резисторе очень мало, поэтому можно безопасно использовать резистор номиналом 0,5 Ом с сопротивлением 0,5 Ом и номиналом 0,5 Вт. Рассмотрим схему ниже.

Схема реле переменного тока

Этот тип конфигурации оптопары формирует основу очень простого применения твердотельного реле, которое может использоваться для управления любой нагрузкой от сети переменного тока, такой как лампы и двигатели. Здесь мы использовали MOC 3020, который является изолятором со случайным переключением. Опто-триачный изолятор MOC 3041 имеет те же характеристики, но со встроенным обнаружением пересечения нуля, позволяющим нагрузке получать полную мощность без больших пусковых токов при переключении индуктивных нагрузок.

Диод D 1 предотвращает повреждение из-за обратного подключения входного напряжения, в то время как резистор 56 Ом (R 3 ) шунтирует любые токи di / dt при отключенном симисторе, устраняя ложные срабатывания. Он также связывает терминал затвора с MT1, обеспечивая полное отключение симистора.

Если используется входной сигнал ШИМ с широтно-импульсной модуляцией, частота переключения ВКЛ / ВЫКЛ должна быть установлена ​​не более 10 Гц для нагрузки переменного тока, иначе выходное переключение этой полупроводниковой релейной цепи может не выдержать.

Заменяем электромеханическое реле на электронное

Чем заменить электромеханические реле. Так вот, мы уже говорили, механические коммутаторы довольно ненадежны. Все по причине контактов, которые со временем изнашиваются и обгорают. Токи, которые протекают при коммутации, достигает десятков ампер.

В результате контакты изнашиваются, их срок службы значительно сокращается. К недостаткам следует отнести и сравнительно низкое быстродействие, которое может отличаться от электронных на несколько порядков. Из вышесказанного можно понять.

Поэтому, если у Вас стоят обычные реле, будет намного лучше, если Вы их замените электронными. Это все притом, что схема устройства проста и доступна для повторения даже начинающему радиолюбителю:

snimok16

Принципиальная электрическая схема электронного реле.

Если решили повторить схему, обратите внимание на следующие детали. Уточняем параметры устройства. На самом деле детали не занимают много места, устройство получится небольшим – смотрите рисунок 2.

Вот такое компактное устройство должно получиться у Вас в итоге. Коммутационный ток зависит от используемого Вами полевого транзистора. Указанный на схеме (с использованием IRFZ44) позволит нормально функционировать с нагрузкой до 150 Ватт.

Если его заменить ключевик на IRF3205, нагрузка можно увеличить до 200 Ватт. Но и это еще не все. При нагрузке более 80 Ватт лучше дополнить небольшим радиатором, так как он начнет греться. Частота переключения (мигания) зависит от емкости конденсатора С2.

Все просто, выше емкость – ниже частота. Наконец, корпус для данного устройства можно использовать как готовый, так и сделать самостоятельно. Повторяем, при больших нагрузках от силовых деталей необходимо отводить тепло. Говоря строго, особых требований нет.

Корпус не должен быть очень большим. В багажник должен поместиться. Шутка. Следовательно, он не должен быть полностью герметичным – отверстия устройству будут просто необходимы. Впрочем, можно сделать вообще без корпуса, но эстетический вид будет утерян.

А Вам то что? Вид его достаточно приличный:

snimok15

Самодельное электронное реле в сборе – отличная замена традиционному.

Подводя итоги, отметим. Механика и контакты в большинстве случаев — плохо. И чтобы увеличить надежность и значительно увеличить быстродействие устройства необходимо избавляться от контактов и от механических движущих частей.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о