Твердотельное реле, что это такое и для чего оно предназначено
Где применяются ТТР
На самом деле область применения таких реле очень широкая, их можно встретить в автоматизированных системах промышленных объектов, в химической промышленности, в металлургических агрегатах, медицинских аппаратах и т.д.
Под словом «твердотельное» подразумевается полное отсутствие в конструкции каких-либо подвижных элементов. В изделии группу контактов заменяет электронный силовой ключ. Это обеспечивает отсутствие самой возможности возникновения дуги в период переключения.
Слабые и сильные стороны
К несомненным плюсам таких изделий является отсутствие переходных процессов, что в значительной степени увеличивает ресурс изделия. И если у обычных (электромагнитных) реле коммутационный ресурс достигает 500 тысяч срабатываний, то у твердотельных реле этот показатель не лимитируется.
ТТР выпускаются различных типоразмеров и на разное напряжение, что позволяет подобрать реле для различных целей.
К явным недостаткам можно отнести высокую чувствительность электронных ключей к завышенному току. Если предельно допустимый ток буде превышен, то реле банально сломается.
Так же к недостатку можно отнести необходимость монтажа реле на радиатор охлаждения, так как во время работы протекающий ток нагревает внутреннюю плату и если лишнее тепло не отводить, то схема от перегрева выйдет из строя.
Конструкция реле
При этом в роли силовых элементов обычно применяются:
1. В цепях постоянного тока: транзисторы, полевые транзисторы, транзисторы MOSFET или модули IGBT.
2. Для коммутации цепей с переменным напряжением применяются симисторные ключи или тиристорные сборки.
В развязке используются оптроны. Оптрон – элемент, состоящий из светоизлучающего элемента и приемника, которые отделены друг от друга прозрачным диэлектрическим материалом.
В узле управления реализована схема стабилизирования напряжения и тока для светоизлучающего элемента.
На выше представленном изображении отображена внутренняя схема реле фирмы FOTEKSSR-10 DA, где к клеммам 3-4 подключается входное управляющее напряжение (в нашем случае) от 3 до 32 вольт постоянки. А к клеммам 1-2 подводится переменка от 24 до 380 Вольт.
Примеры подключения такого реле следующие
Варианты управления твердотельных реле
По методу управления подобные реле подразделяются на две подгруппы:
1. Управление с коммутацией через ноль. То есть включение и отключение реле происходит не сразу же, как поступает управляющий сигнал, а только тогда когда синусоида напряжения проходит через ноль. Из-за этого возникает задержка при коммутации, достигающая 10 мс.
2. Реле с фазовым управлением. Такое устройство позволяет изменять напряжение нагрузки на выходе. Это позволяет четко настраивать требуемую мощность.
Небольшой эксперимент с твердотельным реле
Давайте проведем небольшой эксперимент и подключим через твердотельное реле нагрузку, например, обычную лампочку. Итак, собрав простейшую схему, включаем вилку в розетку и вот что мы видим:
Заключение
Статья оказалась полезна и интересна, тогда оцените ее лайком. Спасибо за ваше внимание!
Всё, что нужно знать о твердотельных реле
Если нужны академические знания, с ними можно ознакомиться в книгах и учебниках, которые выложены для свободного скачивания у меня на блоге, на странице Скачать .
В этой статье обсудим схемы подключения твердотельными реле (ТТР), и способы управления ими.
Схемы включения подобных реле не очень сложны, но, как и везде, есть свои особенности.
Твердотелки – надо ли их использовать?
Для начала рассмотрим также целесообразность применения таких реле. Например, реальный случай:
У нас на предприятии на одном станке стоят соленоидные клапаны с питанием 24VDC 2А. Эти два клапана соединены параллельно, и включаются-выключаются с частотой примерно 1 раз в секунду. Питание идёт через реле. И, несмотря на то, что номинальный ток реле 10А индуктивной нагрузки, приходилось менять его каждый месяц-два. Поставили мы твердотелку – и забыли, работает без шума и проблем уже два года.
Другой случай, когда такие реле не нужны:
Простейший контроллер температуры, точность поддержания не существенна. Нагрузка – ТЭНы, работают в воде круглосуточно. Чаще, чем раз в год, один из ТЭНов замыкает или коротит на корпус. Здесь большая вероятность того, что ТТР выгорит, так как они очень чувствительны к перегрузкам.
О перегрузках и защите твердотельных реле будет подробно сказано ниже, а в данном случае целесообразно применить обычный контактор, который прекрасно справляется с перегрузкой и стоит в 10 раз дешевле.
Поэтому, за модой гнаться не стоит, а лучше применить трезвый расчет. Расчет по току и по финансам.
Если кому-то придёт в голову, можно кнопкой звонка или герконом запускать двигатель мощностью 10 кВт! Но не так всё просто, подробности будут ниже.
Различия схем включения реле
По виду подключения твердотельные реле можно разделить на следующие категории:
По управлению (виду входного управляющего сигнала):
По виду коммутируемого тока
По количеству фаз
В любом случае, для выбора ТТР и его схемы включения нужно руководствоваться мануалами на данное реле.
Схемы подключения твердотельных реле
Теперь рассмотрим подключение твердотельного реле подробнее.
Управление твердотельными реле схемотехнически такое же, как и у обычного реле. Ниже упрощенно показана схема включения реле переменного тока с сигналом управления 24В постоянного тока:
Схема включения твердотельного реле
Схема показана для реле, у которого управляющее напряжение постоянное, от 5 до 24 Вольт. Данное реле может коммутировать переменное напряжение до 240 Вольт, ток до 20 А.
С током не всё так просто, но об этом ниже.
Как работает схема. На вход (контакты 3 и 4, соблюдать полярность!) подается управляющее напряжение от источника 24В. Подается оно через цепь управления, которая представлена как НО контакт. Этим контактом может быть и обычное реле, и выход контроллера, и датчик с релейным выходом или транзисторным выходом типа PNP.
НЗ – это закрытые (замкнутые) контакты, через которые в нормальном положении (без активации управляющим сигналом) течёт ток.
НО – это открытые (незамкнутые) контакты, через которые в нормальном положении (без активации управляющим сигналом) ток не течёт.
Условные выходные контакты ТТР также будут НО, т.к. без активации цепи управления нагрузка выключена.
Теперь подробнее по управлению твердотелками.
Схемы с управлением от транзистора
Здесь транзистор может быть выходом любого полупроводникового прибора – датчика приближения, контроллера, и т.п.
Управление транзистором PNP, НО реле
Скажу, что со схемами управления, которые я взял из фирменных инструкций, полная путаница. Можете сами разобраться, а я расскажу своё мнение.
Под “нормально открытым контактом” (читали, что это, ссылку я давал выше?) подразумевается, что без управляющего напряжения (на базе транзистора) твердотельное реле не пропускает ток. Напряжение между входными контактами 3 и 4 близко к нулю, реле выключено. При подаче входного управляющего напряжения на базу транзистора (например, +5В), транзистор открывается и плюс подается на вход 3. Реле открывается, нагрузка получает питание.
Управление транзистором NPN, НЗ реле
Когда транзистор закрыт (не активен), на управляющий вход твердотельного реле подается напряжение, нагрузка под напряжением.
Управление транзистором NPN, НО реле
Когда транзистор закрыт (не активен), на управляющий вход твердотельного реле подается напряжение, близкое к нулю, и нагрузка без напряжения.
Управление резистором
Плавно подходим к переменному току.
Схема с фиксацией и управлением кнопками (защелка)
Схема включения интересна тем, что можно включать – выключать нагрузку, используя только две кнопки – Пуск и Стоп. То есть, схема такая же, как и при использовании обычного реле. Точнее, магнитного пускателя. Важно, что управляющее напряжение равно напряжению питания нагрузки.
Схема нарисована тайваньскими инженерами, попробуем разобраться в ней.
Кстати, её же можно использовать для коммутации и переменного, и постоянного тока.
Схема работает таким образом. Исходно управляющее напряжение поступает на клемму 3 ТТР с источника питания через НЗ контакты кнопки Стоп. При нажатии кнопки Пуск (слева на схеме) напряжение с другого полюса источника поступает через НО контакты на клемму 4 ТТР. Реле включается, напряжение на клемме 1 появляется, и подается через резистор (вверху схемы) на клемму 4. Прошла доля секунды, кнопку Пуск можно отпускать, нагрузка питается до тех пор, пока не будет нажата кнопка Стоп.
Схемы включения трехфазных твердотельных реле
Тут источник трехфазного напряжения – справа по схемам, нагрузка – слева. Управляющее напряжение может быть любым (переменным или постоянным).
Кроме того, коммутация может быть как по двум фазам, так и по трём, это важно! Подробнее ниже.
Реверсивные твердотельные реле
Существуют также специальные трехфазные твердотельные реле для реверса двигателей, у которых два управляющих входа.
Пример включения трехфазного реле – на фото ниже:
Как видно, реле не совсем трехфазное, одна фаза подается на двигатель постоянно, что может стать причиной опасности.
На корпусе реле напечатана его схема включения, где всё понятно. Реле реверсивное, и у него два входа – Forward и Reverse (Вперёд/Назад). Для реверса фазы L1 и L2 меняются местами.
Выбор твердотельных реле, защита и особенности работы
Обычное реле и контактор без особых проблем выдерживают кратковременные перегрузки до 150 и даже 200% от номинала. Особенно, если не коммутировать нагрузку с таким током, а повышать ток после замыкания, и понижать перед размыканием.
Обычные контакты могут выдержать и кратковременный ток КЗ, если сработает защита с правильной уставкой тока. Просто, возможно, придётся потом контакты почистить.
Твердотельные реле от перегрузок страдают сильнее, за пол периода портятся безвозвратно, и контакты потом не почистить, из-за отсутствия таковых.
Это как в звукотехнике. Ламповая техника при перегрузках чувствует себя нормально, только слегка “потеет”, а транзисторы начинают жутко искажать сигнал и могут выйти из строя. За это до сих пор так ценятся ламповые усилители, за их мягкий, бархатный звук на предельных мощностях. Другое дело, что источников качественного сигнала сейчас практически нет, всё заполонил mp3 128kbps, и то в лучшем случае. Но это тема отдельной статьи…
Если при выборе контактора достаточно выбрать запас в 10-20% и защитить его обычным автоматом, то с твердотельными устройствами всё сложнее.
Кстати, с индуктивной нагрузкой твердотельные реле могут вести себя неадекватно, у меня бывали проблемы. В случае высокоиндуктивных нагрузок (трансформаторы, катушки с магнитопроводами, электрические звонки, и т.п.) нужно параллельно нагрузке включать RC-цепь (снабберную цепь из последовательных резистора и конденсатора) для уменьшения влияния противо-ЭДС. Кроме того, эта цепь уменьшает общую индуктивность нагрузки, т.е. делает её более активной. И ТТР легче работать.
Интересно? Ставьте лайк, подписывайтесь, задавайте вопросы!
Обращение к читателям, которым есть, что сказать: Если Вы готовы стать Автором, я могу предоставить страницы своего сайта!
Проектирование котельных и энергоцентров
Мы выполняем весь комплекс проектных работ, начиная с проектирования и привязки стандартных котельных, и заканчивая генеральным проектированием районных тепловых станций. Применение современных технологий в проектировании и управлении проектами позволяет решать сложные и разнообразные задачи в минимальные сроки и с наилучшим результатом.
Разработка проектной документации (ПД) и рабочей документации (РД) включает в себя:
• Технико-экономическое обоснование инвестиций строительства автономного энергоцентра
• Пояснительная записка
• Схема планировочной организации земельного участка
• Архитектурно-строительная часть (строительные решения)
• Конструкции металлические (дымовая труба)
• Тепломеханическая часть (в т.ч. технологическое оборудование)
• Газооборудование
• Отопление и вентиляция
• Водопровод и канализация
• Силовое электрооборудование и электроосвещение
• Автоматизация и диспетчеризация, телефонизация
• Видеонаблюдение и охранно-пожарная сигнализация
• Внутриплощадочные наружные сети в границах территории котельной, в том числе по разделам:
>Внутриплощадочные сети электроснабжения
>Внутриплощадочные сети водоснабжения
>Внутриплощадочные сети хозяйственно-бытовой канализации
>Внутриплощадочные сети теплоснабжения
>Внутриплощадочные сети связи
• Проект организации строительства
• Инженерно-технические мероприятия по ГО и ЧС
• Охрана окружающей среды
• Сметная документация, ведомость объемов и видов работ, материалов и оборудования.
• Мероприятия по обеспечению пожарной безопасности (ППМ)
• Государственной экспертизы проектной документации
Технологии 3D проектирования.
б) Проектирование индивидуальных промышленных котельных.
Модульные котельные системы выполняют индивидуальное проектирование промышленных котельных общей производительностью до 85 Гкал/час по общей системе. Общая система предусматривает стадийность выполнения проектных работ. Стадия «Проект» — предполагает разработку основных схем котельной. Стадия «Рабочий проект» — предполагает разработку рабочей документации на каждый узел котельной, включая тома ТМ, ГСВ, АС, КИПиА, Э, тд. При этом сохраняются все основные принципы строительства модульных котельных, такие как 100%-я заводская готовность и поставка котельной транспортабельными блоками (или узлами).
Что такое ТТР
Теплотехнический расчет (ТТР) с целью определения мощности устанавливаемого газооборудования и суммарного годового потребления газа в тыс.тонн условного топлива (куб.м/час) представляет собой документ, составленный организацией (имеющей соответствующую лицензию на данный тип работ), в котором описан и непосредственно приведен (в том числе, виде формул) расчет необходимого количества тепла, а также топлива, потребляемого оборудованием для обеспечения выработки этого тепла.
Необходимость ТТР
ТТР является обязательным в перечне документов, предоставляемых в ГУП МО «Мособлгаз», ГУП «Мосгаз», ООО «Мосрегионгаз» для получения Технических Условий на газификацию объектов. Теплотехнический расчет (ТТР) проводится как с целью определения количества тепла, необходимого для нужд потребления объекта, так и с целью определения объемов топлива, потребляемого оборудованием, установленным на объекте.
Для выполнения расчета, нам необходимо предоставить следующую информацию:
Наименование организации.
Реквизиты организации.
Адрес объекта.
Назначение объекта и помещений (производственные помещения, служебные помещения, жилой фонд и т.п.).
Режимы работы объекта (сезонность, периодичность, график отопления (часы работы), выходные дни).
Тип, марка, газопотребляющего оборудования.
Размеры объекта, в т.ч. внутренние, план объекта с размерами.
Категория пожаробезопасности объекта.
Перечень зданий и помещений, требующих отопления.
Желаемая внутренняя температура в помещениях.
Наличие и технические характеристики вентиляции: естественной или искусственной (принудительной), характеристики воздухообмена в помещениях.
Наличие и характеристики (предпроектные решения) остекления стен и кровли, а также характеристики межэтажных (в т.ч. чердачных и подвальных) перекрытий.
Количество и расположение наружных ворот и дверей.
Наличие дополнительных источников отопления (инфракрасные излучатели, тепловые насосы, энергия, полученная из нетрадиционных источников (солнечная, ветровая, геотермальная)).
После выполнения расчета Заказчик получает:
Три комплекта документации (теплотехнического расчета) на бумажном носителе, заверенные печатями компании и подписанные ответственным лицом, проводившим расчет, с приложением копии лицензии на данный вид деятельности.
Как пример, приводим некоторые параметры, охватываемые расчетом:
— Среднечасовой расход тепла за отопительный период на нужды отопления объекта;
— Годовой расход тепла на нужды отопления объекта;
— Среднечасовой расход тепла за отопительный период на нужды вентиляции объекта;
— Годовой расход тепла на нужды вентиляции объекта;
— Среднечасовой расход тепла на нужды горячего водоснабжения объекта в отопительный период;
— Среднечасовой расход тепла на нужды горячего водоснабжения объекта в летний период;
— Годовой расход тепла на нужды горячего водоснабжения объекта;
— Общий годовой расход тепла на нужды отопления, вентиляции и горячего водоснабжения;
— Годовой расход топлива водогрейными котлами и т.д.
Переданный Вам документ будет являться официальным основанием для обоснования в соответствующих органах потребности Вашей организации в тепле и топливе. Также, при необходимости, специалисты нашей компании окажут помощь в получении необходимых разрешений и технических условий в надзорных органах.
Проектный Департамент «МКС-Проект» разрабатывает проекты систем дымоудаления для котельных и ТЭС промышленного и социального сектора.
При этом, с Заказчиком заключается договор на проектирование, приложением к которому выступает Техническое Задание на проектирование. Техническое Задание составляется нашими специалистами совместно с представителями Заказчика, и утверждается непосредственно Заказчиком.
Для разработки проекта системы дымоудаления нам необходимо предоставить следующую информацию:
Техническое задание (или заполненный опросный лист), в котором будет содержаться информация:
— об установленном в котельной оборудовании;
— о типе конструкции дымовой трубы и требованиях к минимальной высоте дымовой трубы (согласно проекта обоснования санитарно-защитной зоны);
После выполнения работ Заказчик получает:
— Выполненный в четырех экземплярах на бумажном носителе проект системы дымоудаления «Конструкции металлические», разработанный в соответствии с действующими нормативными документами и СНИП. Приложением к проекту будут являться копия лицензии на данный вид деятельности.
Аэродинамический расчет газового тракта проводится специалистами Проектного Департамента «МКС-Проект» с целью определения, какая минимальная пропускная способность дымовой трубы достаточна для обеспечения беспрепятственного прохождения и удаления дымовых газов в атмосферу при работе котельной на максимальной нагрузке.
Необходимость аэродинамического расчета
Многие, наверно считают систему дымоудаления котельной самодостаточной и простой, не требующей сколь-нибудь значимого предварительного расчета. На самом же деле это очень серьезная вещь, которой не стоит пренебрегать при проектировании паровых котельных. Еще с давних времен в России мастера печного дела ценились на вес золота. Ведь правильно рассчитанная печная труба – залог того, что зимой в избе будет тепло, а дым от печи будет полностью удален в атмосферу.
Неправильно же рассчитанная пропускная способность газового тракта котельной, в случае её работы на максимальной нагрузке, может не позволить дымовым газам выйти в атмосферу. При этом возможны следующие варианты развития событий:
Дымовые газы, выйдя из котла, но не найдя выхода в атмосферу, будут скапливаться в газовом тракте, что приведет к срабатыванию взрывного клапана (и остановке котельной). Данная ситуация осложняется тем, что для пуска котельной необходимо будет заменить взрывной клапан с целью создания необходимой тяги.
Дымовые газы, имея затруднения при выходе из котла, будут скапливаться в котле, что приведет к повышению давления и температуры внутри котла. Правильно подобранная и отрегулированная система автоматики, скорее всего не позволит ситуации развиваться дальше, и отключит подачу газа в горелку. Но при этом, котельная не будет работать в режиме максимальной нагрузки, постоянно уходя в аварию, что очень критично в суровом Российском климате.
Выполнение аэродинамического расчета
Специалисты Проектного департамента «МКС-Проект» проводят аэродинамический расчет систем дымоудаления для любых котельных, будь это сложные комплексы ТЭЦ, или же индивидуальные мини-котельные для коттеджей. При этом, с Заказчиком заключается соответствующий договор на выполнение расчета, к которому прикладывается копия лицензии на выполнение соответствующих работ.
Для выполнения расчета, нам необходимо предоставить следующую информацию:
— Эскиз газо-воздушного тракта;
— Аэродинамические характеристики котельного оборудования;
— Требования к минимальной высоте дымовой трубы (согласно проекта обоснования санитарно-защитной зоны).
После выполнения расчета Заказчик получает:
— Расчет газо-воздушного тракта на бумажном носителе, рекомендации по диаметру дымовой трубы и оптимизации газо-воздушного тракта.
Расчет на прочность конструкции дымовой трубы проводится специалистами проектного департамента «МКС-Проект» с целью определения прочности заявленной конструкции дымовой трубы для его внесения в Проект.
Необходимость расчета на прочность:
При проектировании дымовой трубы встает вопрос о надежности её конструкции, т.е. определении её прочностных характеристик – способности выдерживать нагрузки, присущие данной местности.
При расчете нами учитывается много факторов. Значение каждого из них немаловажно:
Факторы технического характера:
— количество дымоотводящих стволов и их характеристики;
— количество и характеристики несущих элементов конструкции (мачты);
— частота, правильность использования и характеристики связей конструкции (мачты);
— характеристика основания (нижней царги) дымовой трубы;
— количество и характеристики ребер жесткости;
— характеристики фланцевых соединений конструкции;
— общие габаритные размеры всей конструкции, её масса.
Факторы местного характера, зависящие от климатической характеристики района установки:
— характеристики основы (грунта).
Специалисты Проектного департамента «МКС-Проект» проводят расчет на прочность систем для любых типов дымовых труб. При этом, с Заказчиком заключается соответствующий договор на выполнение расчета, к которому прикладывается копия лицензии на выполнение соответствующих работ.
Для выполнения расчета, нам необходимо предоставить следующую информацию:
— выполненный на любом (в т.ч. бумажном носителе) предварительный эскиз конструкции дымовой трубы, в котором будет содержаться информация:
— конструкция дымовой трубы и её характеристики;
— общие габаритные размеры всей конструкции, её масса.
— характеристики основы (грунта).
После выполнения расчета Заказчик получает:
— Расчет на прочность с указанием необходимых сечений несущих конструкций.
— Рекомендации по рационализации конструкции.
Проект узла коммерческого учета газа является обязательным в перечне документов, предоставляемых в ГУП МО «Мособлгаз», ГУП «Мосгаз», ООО «Мосрегионгаз» для подачи газа на объект газопотребления.
Специалисты проектного департамента «МКС-Проект» разрабатывают проект узла учета газа в соответствии с утвержденными нормами и требованиями, действующими на территории РФ, и в соответствии с лицензией на данный вид деятельности.
Необходимость разработки проекта узла КУГ:
Для подачи на объект газопотребления природного газа, в компанию, предоставляющую газ (ГУП МО «Мособлгаз», ГУП «Мосгаз», ООО «Мосрегионгаз», т.д.) необходимо предоставить разработанный и согласованный проект узла коммерческого учета газа. Таким образом, газовая компания застраховывает себя от непреднамеренного сверхлимитированного потребления объемов газа, оговоренных в ТУ.
Для выполнения расчета, нам необходимо предоставить следующую информацию:
— Технические условия на газификацию объекта.
После выполнения расчета Заказчик получает:
— Проект узла коммерческого узла учета газа в трех экземплярах на бумажном носителе.
— Сопровождение разработанного проекта У КУГ в согласовывающих органах (ЦСМ, ГУП МО «Мособлгаз», ГУП «Мосгаз», ООО «Мосрегионгаз»)