Relè a stato solido fai-da-te: istruzioni di montaggio e suggerimenti per il collegamento

Il relè a stato solido (TTR) è un dispositivo di una serie di componenti elettronici ad azione non meccanica. La mancanza di meccanica offre maggiori opportunità agli amanti dell'elettronica di realizzare un relè a stato solido con le proprie mani per uso personale.

Considera questa possibilità in modo più dettagliato.

Progettazione e principio di funzionamento del TTR

Se la maggior parte di tali componenti elettronici contiene tradizionalmente parti mobili di gruppi di contatti, un relè a stato solido non ha tali parti. La commutazione del circuito con un circuito del dispositivo viene eseguita secondo il principio di una chiave elettronica. E il ruolo delle chiavi elettroniche è di solito svolto dai semiconduttori integrati nel corpo del relè: transistor di potenza, triac, tiristori.

Prima di provare a realizzare un relè a stato solido, è logico familiarizzare con il design di base di tali dispositivi, per capire il principio del loro funzionamento.

I relè a stato solido di varie configurazioni sono prodotti dall'industria, progettati per le più diverse condizioni di applicazione pratica. Un'ampia selezione di modifiche

Nell'ambito di uno studio approfondito del dispositivo, è immediatamente necessario evidenziare i vantaggi del TTR:

• commutazione ad alto carico;
• alta velocità di commutazione;
• perfetto isolamento galvanico;
• capacità di trattenere brevemente sovraccarichi elevati.

Tra le strutture meccaniche, non è davvero possibile trovare relè con parametri simili. In generale, i vantaggi rispetto alle controparti meccaniche dei relè a stato solido sono espressi da un elenco impressionante.

Due dispositivi elettronici che forniscono funzionalmente la commutazione del circuito: a sinistra è realizzato sulla base di un design a stato solido, a destra è un sistema di commutazione meccanico tradizionale

Le condizioni operative per TTR praticamente non limitano l'uso di questi dispositivi. Inoltre, l'assenza di parti meccaniche in movimento influisce favorevolmente sulla durata dei dispositivi.Esistono quindi tutte le ragioni per affrontare un relè a stato solido: assemblare il dispositivo con le proprie mani.

Tuttavia, in tutta onestà, insieme agli aspetti positivi, si dovrebbero notare le proprietà del relè, caratterizzato da difetti. Pertanto, per il funzionamento di potenti dispositivi, di norma è necessario un componente aggiuntivo della struttura, progettato per rimuovere il calore.

In caso di commutazione di un carico potente, i relè a stato solido sono quasi sempre integrati con potenti radiatori di raffreddamento. Questo punto complica l'uso del TTR.

I radiatori di raffreddamento a relè a stato solido hanno dimensioni complessive parecchie volte superiori alle dimensioni del TTR, il che riduce la praticità e la razionalità dell'installazione.

I dispositivi TTR durante il funzionamento (nello stato chiuso) forniscono una corrente di dispersione inversa e mostrano una caratteristica di corrente-tensione non lineare. Non tutti i relè a stato solido possono essere utilizzati senza restrizioni nelle caratteristiche delle tensioni commutate.

Progettato per l'uso solo in circuiti in cui l'alimentazione è fornita da corrente continua. In genere, questi dispositivi si distinguono per le piccole dimensioni e la bassa potenza di commutazione

Alcuni tipi di dispositivi sono progettati per commutare solo corrente continua. L'introduzione di relè a stato solido nel circuito richiede in genere misure aggiuntive volte a bloccare i falsi allarmi.

I relè a stato solido si trovano spesso in comune quadro elettrico dell'appartamento.

Come funziona un relè a stato solido?

Il segnale di controllo (di solito una tensione di basso livello, proveniente ad esempio dal controller di controllo) viene fornito al LED della coppia optoelettronica presente nel circuito TTR. Il LED inizia a emettere luce verso il fotodiodo, che a sua volta si apre e inizia a passare corrente.

Uno schema TTR generalizzato, che mostra chiaramente come funziona il dispositivo elettronico: 1 - controllo della sorgente di tensione; 2 - fotoaccoppiatore all'interno della custodia del relè; 3 - carica la sorgente di corrente; 4 - caricare

La corrente che passa attraverso il fotodiodo arriva all'elettrodo di controllo del transistor chiave o tiristore. La chiave si apre, chiude il circuito di carico.

Ecco come funziona la funzione di commutazione del dispositivo. Tutta l'elettronica è tradizionalmente racchiusa in un involucro monolitico. In realtà, quindi, il dispositivo era chiamato relè a stato solido.

E come collegare un relè a stato solido può essere trovato in questa roba.

Interruttori a stato solido

L'intera gamma esistente di dispositivi può essere suddivisa in modo condizionale in gruppi in base alla categoria del carico collegato, alle caratteristiche del controllo della tensione e alla commutazione.

Pertanto, verranno estratti in totale tre gruppi:

1. Dispositivi che operano in circuiti CC.
2. Dispositivi che operano in circuiti CA.
3. Disegni universali.

Il primo gruppo è rappresentato da dispositivi con parametri di tensione di controllo operativa di 3 - 32 volt. Si tratta di un'elettronica di dimensioni relativamente ridotte, dotata di indicatori a LED, in grado di funzionare senza interruzioni a temperature di -35 / +75 ºС.

Una progettazione diffusa di un dispositivo elettronico da utilizzare in una rete elettrica monofase. Si trovano anche altre opzioni di design, ma molto meno frequentemente.

Il secondo gruppo: dispositivi progettati per l'installazione in reti CA. Ecco i progetti di TTR per l'installazione in reti CA, controllati da una tensione di 24 - 250 volt. Esistono dispositivi in ​​grado di commutare carichi ad alta potenza.

Il terzo gruppo è dispositivi universali. I circuiti di questo tipo di dispositivo supportano la sintonizzazione manuale per l'uso in determinate condizioni.

Se prendiamo in considerazione la natura del carico collegato, dovremmo distinguere due tipi di relè CA a stato solido: monofase e trifase. Entrambi i tipi sono progettati per commutare un carico sufficientemente potente a correnti da 10 a 75 A.In questo caso, i valori di picco della corrente a breve termine possono raggiungere 500 A.

Una versione diffusa per l'uso in una rete elettrica trifase. Spesso usato come regolatore lineare di potenti riscaldatori elettrici (TEN)

I circuiti capacitivi, resistivi, a induzione possono agire come un carico commutato da relè a stato solido. Il design degli interruttori consente di controllare senza problemi, ad esempio, elementi riscaldanti, lampade a incandescenza, motori elettrici senza rumore inutile.

L'affidabilità è sufficientemente elevata. Ma in molti modi, la stabilità e la durata dei relè a stato solido dipendono dalla qualità della produzione. Pertanto, i dispositivi fabbricati con un determinato marchio Impuls sono spesso contrassegnati con una breve durata.

D'altra parte, i prodotti Schneider Electric non lasciano spazio alle critiche.

Come creare un TTR con le tue mani?

Data la caratteristica di progettazione del dispositivo (monolito), il circuito non è assemblato su una scheda di textolite, come è consuetudine, ma su una parete.

Questo è l'aspetto del relè a stato solido fatto da sé. È facile fare qualcosa del genere. Sono necessarie solo le competenze di base di un ingegnere elettronico e di un elettricista. I costi del materiale sono piccoli

Esistono molte soluzioni circuitali in questa direzione. L'opzione specifica dipende dalla potenza di commutazione richiesta e da altri parametri.

Componenti elettronici per assemblaggio di circuiti

L'elenco degli elementi di un semplice circuito per lo sviluppo pratico e la costruzione di un relè a stato solido con le proprie mani è il seguente:

1. Accoppiatore ottico tipo MOS3083.
2. Triac tipo VT139-800.
3. Transistor serie KT209.
4. Resistori, diodo Zener, LED.

Tutti questi componenti elettronici sono saldati per montaggio superficiale secondo il seguente diagramma:

Schema schematico di un relè a stato solido a bassa potenza per assemblaggio fai-da-te. Un numero ridotto di parti e una semplice installazione a cerniera consentono di saldare il circuito senza difficoltà

A causa dell'utilizzo dell'accoppiatore ottico MOS3083 nel circuito di generazione del segnale di controllo, la tensione di ingresso può variare da 5 a 24 volt.

E a causa della catena, costituita da un diodo zener e un resistore limitatore, la corrente che passa attraverso il LED di controllo è ridotta al minimo possibile. Questa soluzione offre una lunga durata del LED di controllo.

Verifica del funzionamento del circuito assemblato

Il circuito assemblato deve essere controllato per la funzionalità. Non è necessario collegare una tensione di carico di 220 volt al circuito di commutazione attraverso un triac. È sufficiente collegare un dispositivo di misurazione - un tester parallelo alla linea di commutazione del triac.

Verifica delle prestazioni di un relè a stato solido mediante un dispositivo di misurazione. Se viene applicata una tensione di controllo all'ingresso del dispositivo, la transizione triac deve essere aperta

La modalità di misurazione del tester deve essere impostata su "mOhm" e applicare potenza (5-24 V) al circuito di generazione della tensione di controllo. Se tutto funziona correttamente, il tester dovrebbe mostrare la differenza di resistenza da "mOhm" a "kOhm".

Custodia monolitica

Sarà necessaria una piastra in alluminio di 3-5 mm sotto la base della futura custodia a relè a stato solido. Le dimensioni della piastra non sono critiche, ma devono soddisfare le condizioni per un'efficace rimozione del calore dal triac quando questo elemento elettronico viene riscaldato.

Cornice per versare la custodia del dispositivo futuro. Realizzato con una striscia di cartone o altri materiali adatti. È fissato su un substrato di alluminio con colla universale.

La superficie della piastra di alluminio deve essere piatta. Inoltre, è necessario elaborare entrambi i lati: sbucciare con una carta vetrata fine, lucidare.

Nella fase successiva, la piastra preparata è dotata di una "cassaforma" - un bordo in cartone o plastica è incollato attorno al perimetro. Dovrebbe essere una specie di scatola, che verrà successivamente riempita di resina epossidica.

Un circuito elettronico di un relè a stato solido assemblato da un "baldacchino" è posto all'interno della scatola creata. Sulla superficie della lastra di alluminio viene posato solo un triac.

Riparazione del triac su un substrato di alluminio. La condizione principale è che questo componente elettronico deve essere premuto saldamente sulla base metallica. Questo è l'unico modo per garantire una dissipazione del calore di alta qualità e un funzionamento affidabile.

Nessun'altra parte del circuito o conduttore deve toccare il substrato di alluminio. Il triac viene applicato all'alluminio da quella parte del corpo, progettata per l'installazione su un radiatore.

È necessario utilizzare una pasta termoconduttiva sull'area di contatto del corpo del triac e sul substrato di alluminio. Alcune marche di triac con un anodo non isolato devono essere posizionate attraverso un cuscinetto di mica.

L'opzione di montare il triac sul substrato usando rivetti. Sul retro, il rivetto si appiattisce a filo con la superficie del substrato

Il triac deve essere premuto saldamente alla base con un qualche tipo di peso e riempito con colla epossidica attorno al perimetro o fissato in qualche modo senza disturbare la superficie della parte posteriore del substrato (ad esempio rivetti).

Preparazione del composto e riempimento del corpo

Per la fabbricazione di un corpo solido di un dispositivo elettronico, sarà richiesta una miscela composta. La composizione della miscela composta si basa su due componenti:

1. Resina epossidica senza indurente.
2. Polvere di alabastro.

Grazie all'aggiunta di alabastro, il maestro risolve due problemi contemporaneamente: riceve un volume esaustivo del composto riempitivo ad un consumo nominale di resina epossidica e crea un riempimento di consistenza ottimale.

La miscela deve essere accuratamente miscelata, dopo di che è possibile aggiungere l'indurente e mescolare di nuovo accuratamente. Quindi, montare con attenzione l'installazione “a parete” all'interno della scatola di cartone con il composto creato.

Ecco come appare un'istanza finita di un relè a stato solido assemblato da te. Un po 'insolito e poco presentabile, ma abbastanza affidabile

Il riempimento viene eseguito al livello superiore, lasciando solo una parte della testa del LED di controllo sulla superficie. Inizialmente, la superficie del composto potrebbe non sembrare completamente liscia, ma dopo un po 'l'immagine cambierà. Resta solo da aspettare che il cast si solidifichi completamente.

In effetti, è possibile utilizzare qualsiasi soluzione di fusione adatta. Il criterio principale è che la composizione di colata non dovrebbe essere elettricamente conduttiva, oltre a un buon grado di rigidità di colata dovrebbe essere formata dopo la solidificazione. La custodia stampata del relè a stato solido è una sorta di protezione del circuito elettronico da danni fisici accidentali.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Questo video mostra come e sulla base di quali componenti elettronici può essere realizzato un relè a stato solido. L'autore parla lucidamente di tutti i dettagli della pratica di fabbricazione che ha incontrato personalmente durante la produzione del commutatore elettronico:

Video sul problema che potresti riscontrare dopo aver acquisito un TTR monofase da venditori cinesi. Lungo la strada, conduce una sorta di revisione del dispositivo di commutazione del dispositivo:

L'autoproduzione di relè a stato solido è una possibile soluzione, ma per quanto riguarda i prodotti sotto carico a bassa tensione, consumando energia relativamente bassa.

È difficile realizzare dispositivi più potenti e ad alta tensione con le proprie mani. E questo impegno finanziario costerà lo stesso importo stimato per la copia di fabbrica. Quindi, se necessario, è più facile acquistare un dispositivo industriale già pronto.

Se hai domande sull'assemblaggio di un relè a stato solido, chiedi loro nella casella dei commenti e proveremo a darti una risposta estremamente chiara. Lì puoi condividere l'esperienza dei relè di autoproduzione o fornire informazioni preziose sull'argomento dell'articolo.