Relé d'estat sòlid DIY: instruccions de muntatge i consells sobre connexió

El relé d’estat sòlid (TTR) és un dispositiu d’una sèrie de components electrònics d’acció no mecànica. La manca de mecànica obre més oportunitats als amants de l’electrònica de fer un relé d’estat sòlid amb les seves pròpies mans per a un ús personal.

Considereu aquesta possibilitat amb més detall.

Disseny i principi de funcionament del TTR

Si la majoria de l'electrònica conté tradicionalment parts mòbils dels grups de contacte, un relé d'estat sòlid no té aquestes parts en absolut. La commutació del circuit per un circuit de dispositiu es realitza segons el principi d’una clau electrònica. I el paper de les claus electròniques el sol tenir els semiconductors incorporats al cos del relé: transistors de potència, triacs, tiristors.

Abans d’intentar fer un relleu d’estat sòlid, és lògic familiaritzar-se amb el disseny bàsic d’aquests dispositius, per comprendre el principi del seu funcionament.

La indústria fabrica fabricant relés d’estats sòlids de diverses configuracions, dissenyats per a les més diverses condicions d’aplicació pràctica. Una àmplia selecció de modificacions

En el marc d'un estudi ajustat del dispositiu, cal destacar immediatament els avantatges del TTR:

• commutació d'alta càrrega;
• alta velocitat de commutació;
• perfecte aïllament galvànic;
• capacitat de realitzar breus sobrecàrregues.

Entre les estructures mecàniques, realment no és possible trobar relés amb paràmetres similars. En general, els avantatges respecte als homòlegs mecànics dels relés d’estat sòlid s’expressen amb una llista impressionant.

Dos dispositius electrònics que ofereixen la commutació de circuit de manera funcional: a l'esquerra es fa sobre la base d'un disseny d'estat sòlid, a la dreta hi ha un sistema de commutació mecànic tradicional

Les condicions de funcionament del TTR pràcticament no limiten l’ús d’aquests dispositius. A més, l’absència de peces mecàniques mòbils afecta de forma favorable la vida útil dels dispositius.Així que hi ha totes les raons per afrontar un relé d’estat sòlid: per muntar el dispositiu amb les teves pròpies mans.

Tanmateix, en l’equitat, juntament amb els aspectes positius, cal destacar les propietats del relé, caracteritzades com a defectes. Així doncs, per al funcionament d’aparells potents, per regla general, cal un component addicional de l’estructura, dissenyat per eliminar calor.

En cas de canviar una càrrega potent, els relés d’estat sòlid gairebé sempre es complementen amb potents radiadors de refrigeració. Aquest punt complica l’ús de TTR.

Els radiadors de refrigeració de relé d’estat sòlid tenen unes dimensions generals diverses vegades superiors a les de TTR, cosa que redueix la comoditat i la racionalitat de la instal·lació.

Els dispositius TTR durant el funcionament (en estat tancat) donen un corrent de fuita inversa i mostren una característica de tensió de corrent no lineal. No es poden utilitzar tots els relés d’estat sòlid sense restriccions en les característiques de les tensions commutades.

Disseny per a ús exclusiu en circuits en què es subministra energia per corrent directe. Normalment, aquests dispositius es distingeixen per dimensions reduïdes i baixa potència de commutació

Alguns tipus de dispositius estan dissenyats per canviar només la corrent directa. La introducció de relés d’estat sòlid al circuit requereix normalment mesures addicionals destinades a bloquejar falses alarmes.

Els relés d’estat sòlid sovint es poden trobar en comú quadre elèctric de l’apartament.

Com funciona un relé d’estat sòlid?

El senyal de control (normalment una tensió de baix nivell, emanada, per exemple, del controlador de control) es subministra al LED del parell optoelectrònic present al circuit TTR. El LED comença a emetre llum cap al fotodiode, que al seu torn s’obre i comença a passar corrent.

Un esquema TTR generalitzat, que mostra clarament com funciona el dispositiu electrònic: 1 - font de tensió de control; 2 - optocupador dins de la caixa del relé; 3: carrega la font de corrent; 4 - càrrega

El corrent que passa pel fotodiode arriba a l'elèctrode de control del transistor o tiristor de clau. La tecla s’obre, tanca el circuit de càrrega.

Així funciona la funció de commutació del dispositiu. Tota l’electrònica es tanca tradicionalment en un recinte monolític. En realitat, per tant, el dispositiu es va anomenar relé d'estat sòlid.

I com connectar un relé d'estat sòlid es troba a aquestes coses.

Interruptors d’estat sòlid

Tota la gamma existent de dispositius es pot dividir condicionalment en grups segons la categoria de la càrrega connectada, les característiques del control de tensió i la commutació.

Així, es dissenyaran un total de tres grups:

1. Dispositius que operen en circuits de corrent continu.
2. Dispositius que operen en circuits de corrent alterna.
3. Dissenys universals.

El primer grup està representat per dispositius amb paràmetres de tensions de control de treball de 3 - 32 volts. Es tracta d’una electrònica de mida relativament petita, dotada d’indicadors LED, capaç de funcionar sense interrupcions a temperatures de -35 / +75 ºС.

Disseny generalitzat d'un dispositiu electrònic per al seu ús en una xarxa elèctrica monofàsica. També es troben altres opcions de disseny, però amb molta menor freqüència.

El segon grup: dispositius dissenyats per a la instal·lació en xarxes de corrent alterna. A continuació es presenten els dissenys de TTR per a la instal·lació en xarxes de corrent altern controlades per una tensió de 24 - 250 volts. Hi ha dispositius capaços de canviar càrregues d'alta potència.

El tercer grup són els dispositius universals. El circuit d'aquest tipus de dispositiu admet la sintonia manual per a l'ús en determinades condicions.

Si tenim en compte la naturalesa de la càrrega connectada, hauríem de distingir dos tipus de relés alternatius d’estat sòlid: monofàsics i trifàsics. Els dos tipus estan dissenyats per canviar una càrrega prou potent a corrents de 10 - 75 A.En aquest cas, els valors actuals màxims a curt termini poden arribar als 500 A.

Una versió generalitzada per a ús en una xarxa elèctrica trifàsica. Sovint s'utilitza com a regulador lineal de potents escalfadors elèctrics (TEN)

Els circuits d’inducció capacitius, resistents, poden actuar com a càrrega commutada per relés d’estat sòlid. El disseny dels interruptors permet controlar sense problemes, per exemple, elements de calefacció, llums incandescents, motors elèctrics sense sorolls innecessaris.

La fiabilitat és prou alta. Però, de moltes maneres, l’estabilitat i la durabilitat dels relés d’estat sòlid depèn de la qualitat de la producció. Així, els dispositius fabricats amb una certa marca comercial Impuls sovint estan marcats amb una vida útil curta.

D'altra banda, els productes de Schneider Electric no deixen lloc a la crítica.

Com fer un TTR amb les teves pròpies mans?

Tenint en compte la característica de disseny del dispositiu (monòlit), el circuit no es monta en una placa de textolita, com és habitual, sinó en una instal·lació de paret.

És el que sembla el disseny del relé d’estat sòlid elaborat per si mateix. És fàcil fer una cosa així. Només calen les habilitats bàsiques d’un enginyer electrònic i d’un electricista. Els costos dels materials són reduïts

Hi ha moltes solucions en aquest sentit. L’opció específica depèn de l’alimentació de commutació necessària i d’altres paràmetres.

Components electrònics per a muntatge de circuits

La llista d’elements d’un circuit senzill per al desenvolupament pràctic i la construcció d’un relé d’estat sòlid amb les vostres mans és la següent:

1. Optocopiador tipus MOS3083.
2. Triac tipus VT139-800.
3. Transistor de la sèrie KT209.
4. Resistores, díode Zener, LED.

Tots aquests components electrònics es poden soldar mitjançant muntatge en superfície segons el següent diagrama:

Esquema esquemàtic d’un relé d’estat sòlid de baixa potència per al muntatge de bricolatge. Un nombre reduït de peces i una instal·lació simple amb frontissa permeten soldar el circuit sense dificultats

Degut a l’ús de l’optouplou MOS3083 al circuit de generació de senyal de control, la tensió d’entrada pot variar de 5 a 24 volts.

I a causa de la cadena, formada per un díode zener i una resistència limitant, el corrent que passa pel LED de control es redueix al mínim possible. Aquesta solució proporciona una llarga vida útil del LED de control.

Comprovació de la operativitat del circuit muntat

Cal comprovar el funcionament del circuit muntat. No és necessari connectar una tensió de càrrega de 220 volts al circuit de commutació mitjançant un triac. N’hi ha prou de connectar un dispositiu de mesura: un provador paral·lel a la línia de commutació del triac.

Comprovació del rendiment d’un relé d’estat sòlid mitjançant un dispositiu de mesura. Si s'aplica una tensió de control a l'entrada del dispositiu, la transició de triac ha d'estar oberta

El mode de mesura del provador s’ha d’establir en "mOhm" i aplicar la potència (5-24V) al circuit de generació de tensió de control. Si tot funciona correctament, el provador hauria de mostrar la diferència de resistència de "mOhm" a "kOhm".

Habitatge monolític

Es requerirà una placa d'alumini de 3-5 mm de gruix a la base del futur relé d'estat sòlid. Les dimensions de la placa no són crítiques, però han de complir les condicions per a l'eliminació eficient del calor del triac quan s'escalfa aquest element electrònic.

Marc per abocar la caixa del futur dispositiu. Fabricat en tira de cartró o altres materials adequats. Es fixa en un substrat d'alumini amb cola universal.

La superfície de la placa d'alumini ha de ser plana. A més, cal processar les dues cares: pelar-les amb una fina pasta de polir.

A la següent fase, la placa preparada està equipada amb un "encofrat": una vora feta de cartró o plàstic està enganxada al voltant del perímetre. Hauria de ser una mena de caixa, que posteriorment s’omplirà amb epoxi.

A la caixa creada es col·loca un circuit electrònic d’un relé d’estat sòlid muntat per una “marquesina”. Només es col·loca un triac a la superfície de la placa d'alumini.

Fixació del triac sobre un substrat d'alumini. La principal condició és que aquest component electrònic s’hagi de prémer fermament sobre la base metàl·lica. Aquesta és l’única manera d’assegurar la dissipació de calor d’alta qualitat i un funcionament fiable.

Cap altra peça de circuit ni conductors no ha de tocar el substrat d'alumini. El triac és aplicat a l'alumini per la part del cos, que està dissenyat per a la seva instal·lació en un radiador.

Heu d'utilitzar una pasta tèrmica a la zona de contacte del cos triac i del substrat d'alumini. Algunes marques de triacs amb un ànode no aïllat s’han de situar a través d’un coixinet de mica.

L’opció de muntar el triac al substrat mitjançant reblons. Al revers, els reblons aplanen amb la superfície del substrat

El trícac s'ha de prémer fermament a la base amb algun tipus de pes i omplir-se amb cola epoxi al voltant del perímetre o fixar-lo d'alguna manera sense pertorbar la superfície de la part posterior del substrat (per exemple, els reblons).

Preparació de compost i farcit del cos

Per a la fabricació d’un cos sòlid d’un dispositiu electrònic, caldrà una barreja composta. La composició de la barreja composta es basa en dos components:

1. Resina epoxi sense enduridor.
2. Pols d’alabastre.

Gràcies a l’addició d’alabastre, el mestre resol dos problemes alhora: rep un volum exhaustiu del compost de farcit a un consum nominal de resina epoxi i crea un farciment de consistència òptima.

S’ha de barrejar bé la barreja, després s’ha d’afegir l’enduridor i barrejar de nou. A continuació, mireu amb cura la instal·lació "muntada a la paret" dins de la caixa de cartró amb el compost creat.

Així és com sembla una instància final d'un relé d'estat sòlid muntat per tu mateix. Una mica inusual i poc presentable, però prou fiable

El farciment es realitza fins al nivell superior, deixant només una part del cap del LED de control a la superfície. Inicialment, la superfície del compost pot no semblar totalment llisa, però al cap d'un temps la imatge canviarà. Només queda esperar que el repartiment es solidifiqui completament.

De fet, podeu utilitzar qualsevol solució de colat adequada. El principal criteri és que la composició de colada no ha de ser conductora elèctricament, a més de formar-se un bon grau de rigidesa de fosa després de la solidificació. El cas modelat del relé d’estat sòlid és una mena de protecció del circuit electrònic contra danys físics accidentals.

Conclusions i vídeo útil sobre el tema

Aquest vídeo mostra com i sobre la base de quins components electrònics es pot fer un relé d'estat sòlid. L’autor parla lucidament de tots els detalls de la pràctica de fabricació que va trobar personalment durant la producció de l’interruptor electrònic:

Vídeo sobre el problema que us podeu trobar després d’adquirir un TTR monofàsic de venedors de la Xina. Al llarg del camí, realitza una mena de revisió del dispositiu de commutació del dispositiu:

L’autoproducció de relés d’estat sòlid és una possible solució, però pel que fa a productes sota càrrega de baixa tensió, que consumeixen potència relativament baixa.

És difícil fer dispositius més potents i d’alta tensió amb les teves pròpies mans. I aquesta empresa financera costarà la mateixa quantitat que s’estima la còpia de fàbrica. Així que si cal, és més fàcil comprar un dispositiu industrial ja preparat.

Si teniu dubtes sobre com muntar un relé d’estat sòlid, pregunteu-los al quadre de comentaris i intentarem donar-vos una resposta extremadament clara. Allà podeu compartir l'experiència de relés d'autoproducció o proporcionar informació valuosa sobre el tema de l'article.