DIY Solid State Relay: montage-instructies en verbindingstips

Solid State Relay (TTR) is een apparaat uit een reeks elektronische componenten met niet-mechanische werking. Het gebrek aan mechanica biedt meer mogelijkheden voor elektronicaliefhebbers om met eigen handen een solid-state relais te maken voor persoonlijk gebruik.

Beschouw deze mogelijkheid in meer detail.

Ontwerp en werkingsprincipe van de TTR

Als de meeste van dergelijke elektronica traditioneel bewegende delen van contactgroepen bevat, heeft een halfgeleiderrelais dergelijke onderdelen helemaal niet. Het schakelen van het circuit met een apparaatcircuit wordt uitgevoerd volgens het principe van een elektronische sleutel. En de rol van elektronische sleutels wordt meestal gespeeld door halfgeleiders die in het lichaam van het relais zijn ingebouwd - vermogenstransistors, triacs, thyristors.

Voordat u zelf een halfgeleiderrelais probeert te maken, is het logisch om vertrouwd te raken met het basisontwerp van dergelijke apparaten, om het principe van hun werking te begrijpen.

Halfgeleiderrelais met verschillende configuraties worden door de industrie vervaardigd, ontworpen voor de meest uiteenlopende omstandigheden van praktische toepassing. Een brede selectie aan aanpassingen

In het kader van een nauwgezette studie van het apparaat, moeten de voordelen van de TTR onmiddellijk worden benadrukt:

• schakelen met hoge belasting;
• hoge schakelsnelheid;
• perfecte galvanische isolatie;
• vermogen om korte tijd hoge overbelastingen vast te houden.

Onder mechanische constructies is het niet echt mogelijk om relais met vergelijkbare parameters te vinden. Over het algemeen worden de voordelen ten opzichte van de mechanische tegenhangers van halfgeleiderrelais uitgedrukt door een indrukwekkende lijst.

Twee elektronische apparaten die functioneel circuitschakeling bieden: links is gemaakt op basis van een solid-state ontwerp, rechts is een traditioneel mechanisch schakelsysteem

Bedrijfsomstandigheden voor TTR beperken praktisch het gebruik van deze apparaten niet. Bovendien heeft het ontbreken van bewegende mechanische onderdelen een gunstige invloed op de levensduur van de apparaten.Er is dus alle reden om een ​​solid-state relais aan te pakken - om het apparaat met uw eigen handen in elkaar te zetten.

In alle eerlijkheid, samen met de positieve aspecten, moeten echter de eigenschappen van het relais worden opgemerkt, gekenmerkt als gebreken. Dus voor de werking van krachtige apparaten is in de regel een extra onderdeel van de structuur vereist, dat is ontworpen om warmte te verwijderen.

Bij het schakelen van een krachtige belasting worden solid-state relais bijna altijd aangevuld met krachtige koelradiatoren. Dit punt bemoeilijkt het gebruik van TTR.

Solid-state relaiskoelingradiatoren hebben algemene afmetingen die vele malen groter zijn dan de afmetingen van de TTR, wat het gemak en de rationaliteit van de installatie vermindert.

TTR-apparaten tijdens bedrijf (in gesloten toestand) geven een omgekeerde lekstroom en vertonen een niet-lineaire stroomspanningskarakteristiek. Niet alle halfgeleiderrelais kunnen zonder beperkingen in de kenmerken van de geschakelde spanningen worden gebruikt.

Ontwerp alleen voor gebruik in circuits waar stroom wordt geleverd door gelijkstroom. Deze apparaten onderscheiden zich doorgaans door kleine afmetingen en een laag schakelvermogen

Bepaalde soorten apparaten zijn ontworpen om alleen gelijkstroom te schakelen. De introductie van halfgeleiderrelais in het circuit vereist meestal aanvullende maatregelen om valse alarmen te blokkeren.

Halfgeleiderrelais zijn vaak gemeenschappelijk elektrisch paneel van het appartement.

Hoe werkt een halfgeleiderrelais?

Het stuursignaal (meestal een lage spanning, bijvoorbeeld afkomstig van de stuurregelaar) wordt geleverd aan de LED van het opto-elektronische paar dat aanwezig is in het TTR-circuit. De LED begint licht uit te stralen naar de fotodiode, die op zijn beurt weer opengaat en stroom begint te passeren.

Een algemeen TTR-schema, dat duidelijk laat zien hoe het elektronische apparaat functioneert: 1 - stuurspanningsbron; 2 - optocoupler in de relaisbehuizing; 3 - laad de huidige bron; 4 - laden

De stroom die door de fotodiode gaat, komt naar de stuurelektrode van de sleuteltransistor of thyristor. De sleutel opent, sluit het laadcircuit.

Zo werkt de apparaatwisselfunctie. Alle elektronica zit traditioneel in een monolithische behuizing. Het apparaat heette daarom eigenlijk een solid-state relais.

En hoe u een solid-state relais kunt aansluiten, vindt u in dit spul.

Solid State-schakelaars

Het gehele bestaande assortiment apparaten kan voorwaardelijk worden onderverdeeld in groepen op basis van de categorie van de aangesloten belasting, de kenmerken van spanningsregeling en schakelen.

Er worden dus in totaal drie groepen getrokken:

1. Apparaten die werken in gelijkstroomcircuits.
2. Apparaten die werken in AC-circuits.
3. Universele ontwerpen.

De eerste groep wordt vertegenwoordigd door apparaten met parameters van werkende stuurspanningen van 3 - 32 volt. Dit is een relatief kleine elektronica, voorzien van LED-indicatoren, die zonder onderbreking kan functioneren bij temperaturen van -35 / +75 ºС.

Een wijdverbreid ontwerp van een elektronisch apparaat voor gebruik in een enkelfasig elektrisch netwerk. Er zijn ook andere ontwerpopties, maar veel minder vaak.

De tweede groep - apparaten die zijn ontworpen voor installatie in AC-netwerken. Hier zijn de ontwerpen van TTR voor installatie in AC-netwerken, bestuurd door een spanning van 24 - 250 volt. Er zijn apparaten die hoge belastingen kunnen schakelen.

De derde groep is universele apparaten. De circuits van dit type apparaat ondersteunen handmatige afstemming voor gebruik onder bepaalde omstandigheden.

Als we rekening houden met de aard van de aangesloten belasting, moeten we twee soorten halfgeleider AC-relais onderscheiden: eenfasig en driefasig. Beide typen zijn ontworpen voor het schakelen van een voldoende krachtige belasting bij stromen van 10 - 75 A.In dit geval kunnen piekstroomwaarden op korte termijn 500 A bereiken.

Een wijdverspreide versie voor gebruik in een driefasig elektrisch netwerk. Vaak gebruikt als lineaire regelaar van krachtige elektrische kachels (TEN)

Capacitieve, resistieve inductiecircuits kunnen werken als een belasting die wordt geschakeld door halfgeleiderrelais. Door het ontwerp van de schakelaars kunt u bijvoorbeeld verwarmingselementen, gloeilampen, elektromotoren soepel regelen zonder onnodig geluid.

Betrouwbaarheid is voldoende hoog. Maar in veel opzichten hangt de stabiliteit en duurzaamheid van halfgeleiderrelais af van de kwaliteit van de productie. Apparaten die onder een bepaald Impuls-handelsmerk zijn vervaardigd, worden daarom vaak gekenmerkt met een korte levensduur.

Aan de andere kant laten de producten van Schneider Electric geen ruimte voor kritiek.

Hoe maak je TTR met je eigen handen?

Gezien het ontwerpkenmerk van het apparaat (monoliet), wordt het circuit niet op een textolietbord gemonteerd, zoals gebruikelijk, maar op een muurgemonteerde installatie.

Zo ziet het zelfgemaakte solid-state relaisontwerp eruit. Zoiets is eenvoudig te doen. Alleen de basisvaardigheden van een elektrotechnisch ingenieur en een elektricien zijn nodig. Materiële kosten zijn klein

Er zijn veel circuitoplossingen in deze richting. De specifieke optie is afhankelijk van het benodigde schakelvermogen en andere parameters.

Elektronische componenten voor circuitmontage

De lijst met elementen van een eenvoudig circuit voor de praktische ontwikkeling en constructie van een halfgeleiderrelais met uw eigen handen is als volgt:

1. Optocoupler type MOS3083.
2. Triac type VT139-800.
3. KT209-serie transistor.
4. Weerstanden, zenerdiode, led.

Al deze elektronische componenten worden door opbouwmontage gesoldeerd volgens onderstaand schema:

Schematisch diagram van een low-power solid-state relais voor DIY-montage. Een klein aantal onderdelen en een eenvoudige scharnierende installatie maken het mogelijk het circuit zonder problemen te solderen

Door het gebruik van de MOS3083 optocoupler in het stuursignaal generatie circuit, kan de ingangsspanning variëren van 5 tot 24 volt.

En dankzij de ketting, bestaande uit een zenerdiode en een begrenzingsweerstand, wordt de stroom die door de controle-led gaat tot een minimum beperkt. Deze oplossing zorgt voor een lange levensduur van de controle-LED.

Het geassembleerde circuit controleren op bruikbaarheid

Het geassembleerde circuit moet worden gecontroleerd op bruikbaarheid. Het is niet nodig om via een triac een laadspanning van 220 volt op het schakelcircuit aan te sluiten. Het volstaat om een ​​meetinstrument aan te sluiten - een tester parallel aan de schakellijn van de triac.

De prestaties van een halfgeleiderrelais controleren met behulp van een meetinstrument. Als er een stuurspanning wordt aangelegd op de ingang van het apparaat, moet de triac-overgang open zijn

De meetmodus van de tester moet worden ingesteld op "mOhm" en stroom (5-24V) leveren aan het circuit voor het genereren van stuurspanning. Als alles correct werkt, moet de tester het verschil in weerstand van "mOhm" tot "kOhm" laten zien.

Monolithische behuizing

Een aluminium plaat met een dikte van 3-5 mm is vereist onder de basis van de toekomstige solid-state relaiskast. De afmetingen van de plaat zijn niet kritisch, maar moeten voldoen aan de voorwaarden voor efficiënte warmteafvoer van de triac wanneer dit elektronische element wordt verwarmd.

Frame voor het gieten van de behuizing van het toekomstige apparaat. Gemaakt van kartonnen strip of andere geschikte materialen. Het wordt op een aluminium ondergrond bevestigd met universele lijm

Het oppervlak van de aluminium plaat moet vlak zijn. Bovendien is het nodig om beide kanten te verwerken - om te schillen met een fijn schuurpapier, polijsten.

In de volgende fase is de voorbereide plaat uitgerust met een "bekisting" - een rand van karton of plastic wordt rond de omtrek gelijmd. Het moet een soort doos zijn, die vervolgens gevuld wordt met epoxy.

Een elektronische schakeling van een halfgeleiderrelais samengesteld door een "luifel" wordt in de gecreëerde kast geplaatst. Alleen een triac wordt op het oppervlak van de aluminium plaat gelegd.

Bevestiging van de triac op een aluminium ondergrond. De belangrijkste voorwaarde is dat dit elektronische onderdeel stevig tegen de metalen voet moet worden gedrukt. Dit is de enige manier om een ​​warmteafvoer van hoge kwaliteit en een betrouwbare werking te garanderen.

Andere circuitonderdelen of geleiders mogen het aluminium substraat niet raken. De triac wordt op aluminium aangebracht door dat deel van de carrosserie, dat is ontworpen voor installatie op een radiator.

Gebruik een warmtegeleidende pasta op het contactgebied van de triacbody en de aluminium ondergrond. Sommige merken triacs met een niet-geïsoleerde anode moeten door een micapad worden geplaatst.

De mogelijkheid om de triac met klinknagels op de ondergrond te monteren. Aan de andere kant vlakt de klinknagel gelijk met het oppervlak van het substraat

De triac moet stevig met een soort gewicht op de basis worden gedrukt en met epoxylijm rond de omtrek worden gevuld of op een of andere manier worden vastgezet zonder het oppervlak van de achterkant van het substraat (bijvoorbeeld klinknagels) te verstoren.

Bereiding van verbinding en vulling van het lichaam

Voor de vervaardiging van een massief lichaam van een elektronisch apparaat is een samengesteld mengsel vereist. De samenstelling van het samengestelde mengsel is gebaseerd op twee componenten:

1. Epoxyhars zonder verharder.
2. Albast poeder.

Dankzij de toevoeging van albast lost de meester twee problemen tegelijk op - hij ontvangt een uitputtend volume van de vulstof bij een nominaal verbruik van epoxyhars en creëert een vulling met een optimale consistentie.

Het mengsel moet goed gemengd worden, waarna je de verharder kunt toevoegen en opnieuw goed kunt mengen. Monteer vervolgens voorzichtig de "muurgemonteerde" installatie in de kartonnen doos met de gecreëerde verbinding.

Zo ziet een voltooide instantie van een door u zelf samengesteld halfgeleiderrelais eruit. Enigszins ongebruikelijk en niet erg representatief, maar betrouwbaar genoeg

Het vullen gebeurt op het bovenste niveau, waardoor slechts een deel van de kop van de controle-LED op het oppervlak achterblijft. In eerste instantie ziet het oppervlak van de verbinding er misschien niet helemaal glad uit, maar na een tijdje zal het beeld veranderen. Het blijft alleen wachten tot de cast volledig is gestold.

U kunt zelfs alle geschikte gietoplossingen gebruiken. Het belangrijkste criterium is dat de gietsamenstelling niet elektrisch geleidend moet zijn en dat er na stolling een goede mate van gietstijfheid moet worden gevormd. De gegoten behuizing van het halfgeleiderrelais is een soort bescherming van het elektronische circuit tegen onbedoelde fysieke schade.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Deze video laat zien hoe en op basis van welke elektronische componenten een solid-state relais gemaakt kan worden. De auteur vertelt helder over alle details van de fabricagepraktijk die hij persoonlijk tegenkwam tijdens de productie van de elektronische schakelaar:

Video over het probleem dat u kunt tegenkomen na aanschaf van een eenfase-TTR van verkopers uit China. Onderweg voert het een soort beoordeling uit van het apparaatschakelapparaat:

Zelfproductie van halfgeleiderrelais is een mogelijke oplossing, maar met betrekking tot producten onder laagspanningsbelasting, die relatief weinig stroom verbruiken.

Het is moeilijk om met uw eigen handen krachtigere en hoogspanningsapparaten te maken. En deze financiële onderneming kost hetzelfde bedrag als de fabriekskopie wordt geschat. Dus indien nodig is het gemakkelijker om een ​​kant-en-klaar industrieel apparaat te kopen.

Als u vragen heeft over het samenstellen van een solid-state relais, stel deze dan in het opmerkingenveld en we zullen proberen u een uiterst duidelijk antwoord te geven. Daar kunt u de ervaring van zelffabricerende relais delen of waardevolle informatie geven over het onderwerp van het artikel.