Przekaźnik półprzewodnikowy DIY: instrukcje montażu i wskazówki dotyczące połączenia

Przekaźnik półprzewodnikowy (TTR) to urządzenie z szeregu elementów elektronicznych o działaniu niemechanicznym. Brak mechaniki otwiera miłośnikom elektroniki więcej możliwości wykonania przekaźnika półprzewodnikowego własnymi rękami do użytku osobistego.

Rozważ tę możliwość bardziej szczegółowo.

Projekt i zasada działania TTR

Jeżeli większość takiej elektroniki tradycyjnie zawiera ruchome części grup styków, przekaźnik półprzewodnikowy w ogóle nie ma takich części. Przełączanie obwodu za pomocą obwodu urządzenia odbywa się zgodnie z zasadą klucza elektronicznego. Rolę kluczy elektronicznych pełnią zwykle półprzewodniki wbudowane w korpus przekaźnika - tranzystory mocy, triaki, tyrystory.

Zanim spróbujesz samodzielnie wykonać przekaźnik półprzewodnikowy, logiczne jest zapoznanie się z podstawową konstrukcją takich urządzeń, aby zrozumieć zasadę ich działania.

Przekaźniki półprzewodnikowe w różnych konfiguracjach są wytwarzane przez przemysł, zaprojektowane do najbardziej różnorodnych warunków praktycznego zastosowania. Szeroki wybór modyfikacji

W ramach dokładnego badania urządzenia należy natychmiast podkreślić zalety TTR:

• przełączanie wysokiego obciążenia;
• wysoka prędkość przełączania;
• idealna izolacja galwaniczna;
• umiejętność krótkotrwałego utrzymywania dużych przeciążeń.

Spośród konstrukcji mechanicznych tak naprawdę nie można znaleźć przekaźników o podobnych parametrach. Ogólnie rzecz biorąc, przewagę nad mechanicznymi odpowiednikami przekaźników półprzewodnikowych wyraża imponująca lista.

Dwa urządzenia elektroniczne, które funkcjonalnie zapewniają przełączanie obwodów: po lewej stronie wykonano na bazie półprzewodnikowej, po prawej tradycyjny mechaniczny układ przełączania

Warunki pracy dla TTR praktycznie nie ograniczają użycia tych urządzeń. Ponadto brak ruchomych części mechanicznych korzystnie wpływa na żywotność urządzeń.Istnieją zatem wszelkie powody, aby zmierzyć się z przekaźnikiem półprzewodnikowym - złożyć urządzenie własnymi rękami.

Jednak uczciwie, wraz z pozytywnymi aspektami, należy zauważyć właściwości przekaźnika, scharakteryzowane jako wady. Tak więc do działania potężnych urządzeń z reguły wymagany jest dodatkowy element konstrukcji, który jest przeznaczony do usuwania ciepła.

W przypadku przełączania dużego obciążenia przekaźniki półprzewodnikowe są prawie zawsze uzupełniane potężnymi grzejnikami chłodzącymi. Ten punkt komplikuje użycie TTR.

Półprzewodnikowe przekaźniki chłodnicze mają gabaryty kilkakrotnie większe niż wymiary TTR, co zmniejsza wygodę i racjonalność instalacji.

Urządzenia TTR podczas pracy (w stanie zamkniętym) dają odwrotny prąd upływowy i wykazują nieliniową charakterystykę prąd-napięcie. Nie wszystkie przekaźniki półprzewodnikowe mogą być używane bez ograniczeń w charakterystyce przełączanych napięć.

Zaprojektowany do użytku wyłącznie w obwodach, w których energia jest dostarczana przez prąd stały. Zazwyczaj urządzenia te wyróżniają się małymi wymiarami i niską mocą przełączania

Niektóre typy urządzeń są zaprojektowane do przełączania tylko prądu stałego. Wprowadzenie przekaźników półprzewodnikowych w obwodzie zwykle wymaga dodatkowych działań mających na celu zablokowanie fałszywych alarmów.

Przekaźniki półprzewodnikowe często można znaleźć wspólne panel elektryczny mieszkania.

Jak działa przekaźnik półprzewodnikowy?

Sygnał sterujący (zwykle o niskim napięciu, emitowany na przykład ze sterownika kontrolnego) jest dostarczany do diody LED pary optoelektronicznej znajdującej się w obwodzie TTR. Dioda LED zaczyna emitować światło do fotodiody, która z kolei otwiera się i zaczyna przepuszczać prąd.

Uogólniony schemat TTR, wyraźnie pokazujący działanie urządzenia elektronicznego: 1 - źródło napięcia sterującego; 2 - transoptor w obudowie przekaźnika; 3 - źródło prądu obciążenia; 4 - obciążenie

Prąd przepływający przez fotodiodę dociera do elektrody kontrolnej tranzystora-klucza lub tyrystora. Klucz otwiera się, zamyka obwód obciążenia.

Tak działa funkcja przełączania urządzeń. Cała elektronika jest tradycyjnie zamknięta w obudowie monolitycznej. W rzeczywistości urządzenie nazwano przekaźnikiem półprzewodnikowym.

I jak podłączyć przekaźnik półprzewodnikowy można znaleźć w te rzeczy.

Przełączniki półprzewodnikowe

Cały istniejący asortyment urządzeń można warunkowo podzielić na grupy na podstawie kategorii podłączonego obciążenia, cech kontroli napięcia i przełączania.

W ten sposób zostaną wylosowane trzy grupy:

1. Urządzenia działające w obwodach prądu stałego.
2. Urządzenia działające w obwodach prądu przemiennego.
3. Uniwersalne wzory.

Pierwszą grupę reprezentują urządzenia o parametrach roboczych napięć kontrolnych 3–32 woltów. Jest to stosunkowo niewielka elektronika, wyposażona w wskaźniki LED, zdolna do działania bez zakłóceń w temperaturach -35 / +75 ºС.

Rozpowszechniona konstrukcja urządzenia elektronicznego do stosowania w jednofazowej sieci elektrycznej. Można również znaleźć inne opcje projektowania, ale znacznie rzadziej.

Druga grupa - urządzenia przeznaczone do instalacji w sieciach prądu przemiennego. Oto projekty TTR do instalacji w sieciach prądu przemiennego, kontrolowanych napięciem 24 - 250 woltów. Istnieją urządzenia zdolne do przełączania dużych obciążeń mocy.

Trzecia grupa to urządzenia uniwersalne. Obwody tego typu urządzeń obsługują strojenie ręczne do użytku w określonych warunkach.

Jeśli weźmiemy pod uwagę charakter podłączonego obciążenia, powinniśmy rozróżnić dwa rodzaje półprzewodnikowych przekaźników AC: jednofazowe i trójfazowe. Oba typy są zaprojektowane do przełączania wystarczająco silnego obciążenia przy prądach 10 - 75 A.W takim przypadku szczytowe wartości krótkoterminowego prądu mogą osiągnąć 500 A.

Rozpowszechniona wersja do użytku w trójfazowej sieci elektrycznej. Często stosowany jako liniowy regulator wydajnych grzejników elektrycznych (TEN)

Obwody pojemnościowe, rezystancyjne i indukcyjne mogą działać jako obciążenie przełączane przez przekaźniki półprzewodnikowe. Konstrukcja przełączników pozwala na płynne sterowanie, na przykład, elementami grzewczymi, lampami żarowymi, silnikami elektrycznymi bez zbędnego hałasu.

Niezawodność jest wystarczająco wysoka. Ale pod wieloma względami stabilność i trwałość przekaźników półprzewodnikowych zależy od jakości produkcji. W związku z tym urządzenia wytwarzane pod określonym znakiem towarowym Impuls często mają krótką żywotność.

Z drugiej strony produkty Schneider Electric nie pozostawiają miejsca na krytykę.

Jak zrobić TTR własnymi rękami?

Biorąc pod uwagę cechę konstrukcyjną urządzenia (monolit), obwód nie jest montowany na płycie textolite, jak zwykle, ale na instalacji na ścianie.

Tak wygląda własna konstrukcja przekaźnika półprzewodnikowego. Robienie czegoś takiego jest łatwe. Potrzebne są tylko podstawowe umiejętności inżyniera elektronika i elektryka. Koszty materiałów są niewielkie

W tym kierunku istnieje wiele rozwiązań obwodów. Konkretna opcja zależy od wymaganej mocy przełączania i innych parametrów.

Komponenty elektroniczne do montażu obwodu

Lista elementów prostego obwodu do praktycznego opracowania i budowy przekaźnika półprzewodnikowego własnymi rękami jest następująca:

1. Transoptor typu MOS3083.
2. Typ triaka VT139-800.
3. Tranzystor z serii KT209.
4. Rezystory, dioda Zenera, LED.

Wszystkie te elementy elektroniczne są lutowane przez montaż powierzchniowy zgodnie z poniższym schematem:

Schemat przekaźnika półprzewodnikowego niskiej mocy do samodzielnego montażu. Niewielka liczba części i prosta instalacja na zawiasach umożliwiają lutowanie obwodu bez trudności

Ze względu na zastosowanie transoptora MOS3083 w obwodzie generowania sygnału sterującego napięcie wejściowe może wynosić od 5 do 24 woltów.

A dzięki łańcuchowi, składającemu się z diody Zenera i opornika ograniczającego, prąd przepływający przez kontrolną diodę LED jest zredukowany do minimum. To rozwiązanie zapewnia długą żywotność kontrolnej diody LED.

Sprawdzanie zmontowanego obwodu pod kątem operacyjności

Zmontowany obwód należy sprawdzić pod kątem działania. Triak nie musi podłączać napięcia obciążenia 220 woltów do obwodu przełączającego. Wystarczy podłączyć urządzenie pomiarowe - tester równoległy do ​​linii przełączania triaka.

Sprawdzanie działania przekaźnika półprzewodnikowego za pomocą urządzenia pomiarowego. Jeżeli napięcie wejściowe zostanie przyłożone do urządzenia, przejście triaka musi być otwarte

Tryb pomiaru testera należy ustawić na „mOhm” i przyłożyć moc (5-24 V) do obwodu generowania napięcia sterującego. Jeśli wszystko działa poprawnie, tester powinien pokazać różnicę w oporności z „mOhm” na „kOhm”.

Obudowa monolityczna

Pod podstawą przyszłej skrzynki przekaźnika półprzewodnikowego wymagana będzie aluminiowa płytka o grubości 3-5 mm. Wymiary płyty nie są krytyczne, ale muszą być zgodne z warunkami skutecznego usuwania ciepła z triaka, gdy ten element elektroniczny jest ogrzewany.

Ramka do wylewania obudowy przyszłego urządzenia. Wykonane z tekturowego paska lub innych odpowiednich materiałów. Jest przymocowany do aluminiowego podłoża uniwersalnym klejem.

Powierzchnia aluminiowej płyty powinna być płaska. Ponadto konieczne jest przetworzenie obu stron - obieranie drobnym papierem ściernym, polerowanie.

W kolejnym etapie przygotowana płyta jest wyposażona w „szalunek” - na obwodzie przykleja się ramkę z kartonu lub plastiku. Powinien to być rodzaj pudełka, które następnie zostanie wypełnione żywicą epoksydową.

Obwód elektroniczny przekaźnika półprzewodnikowego zmontowanego przez „baldachim” jest umieszczony w utworzonej skrzynce. Na powierzchni aluminiowej płyty układany jest tylko triak.

Mocowanie triaka na aluminiowym podłożu. Głównym warunkiem jest ścisłe dociśnięcie tego elementu elektronicznego do metalowej podstawy. Jest to jedyny sposób na zapewnienie wysokiej jakości odprowadzania ciepła i niezawodnego działania.

Żadne inne części obwodu lub przewodniki nie powinny dotykać aluminiowego podłoża. Triak jest nakładany na aluminium przez tę część ciała, która jest przeznaczona do montażu na grzejniku.

Powinieneś użyć pasty przewodzącej ciepło na powierzchni styku korpusu triaka i aluminiowego podłoża. Niektóre marki triaków z nieizolowaną anodą należy przełożyć przez podkładkę mikową.

Możliwość montażu triaka do podłoża za pomocą nitów. Z drugiej strony nit spłaszcza się z powierzchnią podłoża

Triak musi być mocno dociśnięty do podstawy z pewnym ciężarem i wypełniony klejem epoksydowym na obwodzie lub przymocowany w jakikolwiek sposób bez naruszania powierzchni tylnej części podłoża (na przykład nitów).

Przygotowanie związku i wypełnienie ciała

Do wytworzenia ciała stałego urządzenia elektronicznego wymagana będzie mieszanina złożona. Skład mieszanki złożonej opiera się na dwóch składnikach:

1. Żywica epoksydowa bez utwardzacza.
2. Proszek alabastrowy.

Dzięki dodaniu alabastru mistrz rozwiązuje jednocześnie dwa problemy - otrzymuje wyczerpującą objętość masy wypełniacza przy nominalnym zużyciu żywicy epoksydowej i tworzy wypełnienie o optymalnej konsystencji.

Mieszankę należy dokładnie wymieszać, po czym można dodać utwardzacz i ponownie dokładnie wymieszać. Następnie ostrożnie zamontuj instalację „naścienną” w tekturowym pudełku z utworzonym związkiem.

Tak wygląda gotowa instancja przekaźnika półprzewodnikowego zmontowanego przez ciebie. Nieco niezwykłe i niezbyt reprezentatywne, ale wystarczająco niezawodne

Wypełnianie odbywa się na wyższym poziomie, pozostawiając tylko część główki kontrolnej diody LED na powierzchni. Początkowo powierzchnia związku może nie wyglądać całkowicie gładko, ale po pewnym czasie obraz się zmieni. Pozostaje tylko czekać, aż obsada całkowicie się zestali.

W rzeczywistości możesz użyć dowolnych odpowiednich rozwiązań odlewniczych. Głównym kryterium jest to, że kompozycja do odlewania nie powinna przewodzić elektryczności, a po zestaleniu powinna powstać dobry stopień sztywności odlewania. Formowana obudowa przekaźnika półprzewodnikowego stanowi rodzaj ochrony obwodu elektronicznego przed przypadkowym uszkodzeniem fizycznym.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Ten film pokazuje, w jaki sposób i na podstawie jakich elementów elektronicznych można wykonać przekaźnik półprzewodnikowy. Autor jasno mówi o wszystkich szczegółach praktyki produkcyjnej, które osobiście spotkał podczas produkcji przełącznika elektronicznego:

Film o problemie, który możesz napotkać po zakupie jednofazowego TTR od sprzedawców z Chin. Po drodze prowadzi rodzaj przeglądu urządzenia przełączającego urządzenie:

Samodzielna produkcja przekaźników półprzewodnikowych jest możliwym rozwiązaniem, ale w odniesieniu do produktów pod obciążeniem niskiego napięcia, zużywających stosunkowo małą moc.

Trudno jest tworzyć mocniejsze i wysokonapięciowe urządzenia własnymi rękami. To przedsięwzięcie finansowe będzie kosztowało tyle samo, co szacowana kopia fabryczna. W razie potrzeby łatwiej jest kupić gotowe urządzenie przemysłowe.

Jeśli masz jakieś pytania dotyczące montażu przekaźnika półprzewodnikowego, zadaj je w polu komentarzy, a my postaramy się udzielić niezwykle jasnej odpowiedzi. Tam możesz podzielić się doświadczeniami związanymi z wytwarzaniem przekaźników lub dostarczyć cennych informacji na temat artykułu.