Relé de estado sólido DIY: Instruções de montagem e dicas de conexão

O Solid State Relay (TTR) é um dispositivo de uma série de componentes eletrônicos de ação não mecânica. A falta de mecânica abre mais oportunidades para os amantes da eletrônica fazerem um relé de estado sólido com suas próprias mãos para uso pessoal.

Considere essa possibilidade em mais detalhes.

Projeto e princípio de operação do TTR

Se a maioria desses componentes eletrônicos tradicionalmente contém partes móveis de grupos de contatos, um relé de estado sólido não possui essas partes. A comutação do circuito por um circuito de dispositivo é realizada de acordo com o princípio de uma chave eletrônica. E o papel das teclas eletrônicas é geralmente desempenhado por semicondutores embutidos no corpo do relé - transistores de potência, triacs, tiristores.

Antes de tentar fazer uma retransmissão de estado sólido, é lógico familiarizar-se com o design básico desses dispositivos, para entender o princípio de sua operação.

Os relés de estado sólido de várias configurações são fabricados pela indústria, projetados para as mais diversas condições de aplicação prática. Uma ampla seleção de modificações

No âmbito de um estudo rigoroso do dispositivo, é imediatamente necessário destacar as vantagens do TTR:

• comutação de alta carga;
• alta velocidade de comutação;
• isolamento galvânico perfeito;
• capacidade de conter brevemente sobrecargas elevadas.

Entre estruturas mecânicas, não é realmente possível encontrar relés com parâmetros semelhantes. Em geral, as vantagens sobre as contrapartes mecânicas dos relés de estado sólido são expressas por uma lista impressionante.

Dois dispositivos eletrônicos que fornecem funcionalmente a comutação de circuitos: à esquerda, com base em um projeto de estado sólido, à direita, um sistema tradicional de comutação mecânica

As condições de operação do TTR praticamente não limitam o uso desses dispositivos. Além disso, a ausência de partes mecânicas em movimento afeta favoravelmente a vida útil dos dispositivos.Portanto, há todos os motivos para lidar com um relé de estado sólido - para montar o dispositivo com suas próprias mãos.

No entanto, para ser justo, além dos aspectos positivos, deve-se notar as propriedades do relé, caracterizadas como falhas. Assim, para a operação de dispositivos poderosos, como regra, é necessário um componente adicional da estrutura, projetado para remover o calor.

No caso de comutação de uma carga poderosa, os relés de estado sólido quase sempre são complementados com radiadores de refrigeração poderosos. Este ponto complica o uso de TTR.

Os radiadores de resfriamento de relé de estado sólido têm dimensões gerais várias vezes maiores que as dimensões do TTR, o que reduz a conveniência e a racionalidade da instalação.

Os dispositivos TTR durante a operação (no estado fechado) fornecem uma corrente de fuga reversa e mostram uma característica de tensão de corrente não linear. Nem todos os relés de estado sólido podem ser utilizados sem restrições nas características das tensões comutadas.

Projete para uso somente em circuitos em que a energia é fornecida por corrente contínua. Normalmente, esses dispositivos se distinguem por pequenas dimensões e baixa potência de comutação

Certos tipos de dispositivos são projetados para alternar apenas a corrente contínua. A introdução de relés de estado sólido no circuito geralmente requer medidas adicionais destinadas a bloquear alarmes falsos.

Relés de estado sólido geralmente podem ser encontrados em comum painel elétrico do apartamento.

Como um relé de estado sólido funciona?

O sinal de controle (normalmente uma tensão de baixo nível, proveniente, por exemplo, do controlador de controle) é fornecido ao LED do par optoeletrônico presente no circuito TTR. O LED começa a emitir luz em direção ao fotodiodo, que por sua vez se abre e começa a passar a corrente.

Um esquema TTR generalizado, mostrando claramente como o dispositivo eletrônico funciona: 1 - fonte de tensão de controle; 2 - acoplador óptico dentro da caixa do relé; 3 - fonte de corrente de carga; 4 - carga

A corrente que passa pelo fotodiodo chega ao eletrodo de controle do transistor chave ou tiristor. A tecla abre, fecha o circuito de carga.

É assim que a função de comutação do dispositivo funciona. Todos os eletrônicos são tradicionalmente fechados em um gabinete monolítico. Na verdade, portanto, o dispositivo foi chamado de relé de estado sólido.

E como conectar um relé de estado sólido pode ser encontrado em essas coisas.

Switches de estado sólido

Toda a gama de dispositivos existente pode ser dividida condicionalmente em grupos com base na categoria da carga conectada, nos recursos de controle de tensão e comutação.

Assim, serão sorteados três grupos:

1. Dispositivos que operam em circuitos de corrente contínua.
2. Dispositivos operando em circuitos CA.
3. Projetos universais.

O primeiro grupo é representado por dispositivos com parâmetros de tensão de controle de trabalho de 3 - 32 volts. Trata-se de um sistema eletrônico de tamanho relativamente pequeno, dotado de indicadores LED, capaz de funcionar sem interrupção a temperaturas de -35 / +75 ºС.

Um design amplo de um dispositivo eletrônico para uso em uma rede elétrica monofásica. Outras opções de design também são encontradas, mas com muito menos frequência.

O segundo grupo - dispositivos projetados para instalação em redes CA. Aqui estão os projetos do TTR para instalação em redes CA, controladas por uma tensão de 24 - 250 volts. Existem dispositivos capazes de alternar cargas de alta potência.

O terceiro grupo é de dispositivos universais. O circuito deste tipo de dispositivo suporta o ajuste manual para uso em determinadas condições.

Se você começar pela natureza da carga conectada, deverá distinguir dois tipos de relés CA de estado sólido: monofásico e trifásico. Ambos os tipos são projetados para alternar uma carga suficientemente potente em correntes de 10 a 75 A.Nesse caso, os valores atuais de pico de curto prazo podem atingir 500 A.

Uma versão ampla para uso em uma rede elétrica trifásica. Freqüentemente usado como regulador linear de aquecedores elétricos potentes (RTE)

Os circuitos de indução capacitivos, resistivos podem atuar como uma carga comutada por relés de estado sólido. O design dos interruptores permite controlar sem problemas, por exemplo, elementos de aquecimento, lâmpadas incandescentes, motores elétricos sem ruídos desnecessários.

A confiabilidade é suficientemente alta. Mas, de várias maneiras, a estabilidade e a durabilidade dos relés de estado sólido dependem da qualidade da produção. Assim, os dispositivos fabricados sob uma determinada marca comercial da Impuls são frequentemente marcados com uma vida útil curta.

Por outro lado, os produtos da Schneider Electric não deixam espaço para críticas.

Como fazer um TTR com suas próprias mãos?

Dado o recurso de design do dispositivo (monólito), o circuito não é montado em uma placa de textolite, como é habitual, mas em uma instalação na parede.

É assim que o design do relé de estado sólido produzido por você é. É fácil fazer algo assim. Somente as habilidades básicas de um engenheiro eletrônico e um eletricista são necessárias. Os custos de material são pequenos

Existem muitas soluções de circuito nessa direção. A opção específica depende da potência de comutação necessária e de outros parâmetros.

Componentes eletrônicos para montagem de circuitos

A lista de elementos de um circuito simples para o desenvolvimento prático e a construção de um relé de estado sólido com suas próprias mãos é a seguinte:

1. Acoplador óptico tipo MOS3083.
2. Tipo Triac VT139-800.
3. Transistor da série KT209.
4. Resistores, diodo Zener, LED.

Todos esses componentes eletrônicos são soldados por montagem em superfície, de acordo com o seguinte diagrama:

Diagrama esquemático de um relé de estado sólido de baixa potência para montagem de bricolage. Um pequeno número de peças e instalação simples com dobradiças permitem soldar o circuito sem dificuldade

Devido ao uso do acoplador óptico MOS3083 no circuito de geração de sinal de controle, a tensão de entrada pode variar de 5 a 24 volts.

E devido à corrente, composta por um diodo zener e um resistor limitador, a corrente que passa pelo LED de controle é reduzida ao mínimo possível. Esta solução fornece uma longa vida útil do LED de controle.

Verificando a operacionalidade do circuito montado

O circuito montado deve ser verificado quanto à operacionalidade. Não é necessário conectar uma tensão de carga de 220 volts ao circuito de comutação através de um triac. Basta conectar um dispositivo de medição - um testador paralelo à linha de comutação do triac.

Verificando o desempenho de um relé de estado sólido usando um dispositivo de medição. Se uma tensão de controle for aplicada à entrada do dispositivo, a transição triac deve estar aberta

O modo de medição do testador deve ser definido como "mOhm" e aplicar energia (5-24V) ao circuito de geração de tensão de controle. Se tudo funcionar corretamente, o testador deve mostrar a diferença na resistência de "mOhm" para "kOhm".

Caixa monolítica

Uma placa de alumínio com 3-5 mm de espessura será necessária sob a base da futura caixa de relé de estado sólido. As dimensões da placa não são críticas, mas devem obedecer às condições para remoção eficiente do calor do triac quando esse elemento eletrônico é aquecido.

Moldura para colocar o estojo do futuro dispositivo. Feito de tira de papelão ou outros materiais adequados. É fixado em um substrato de alumínio com cola universal.

A superfície da placa de alumínio deve ser plana. Além disso, é necessário processar os dois lados - para descascar com uma lixa fina, polir.

No estágio seguinte, o prato preparado é equipado com uma "cofragem" - uma borda feita de papelão ou plástico é colada ao redor do perímetro. Deve ser um tipo de caixa, que será posteriormente preenchida com epóxi.

Um circuito eletrônico de um relé de estado sólido montado por um "dossel" é colocado dentro da caixa criada. Apenas um triac é colocado na superfície da chapa de alumínio.

Fixando o triac em um substrato de alumínio. A principal condição é que esse componente eletrônico seja pressionado firmemente contra a base de metal. Essa é a única maneira de garantir dissipação de calor de alta qualidade e operação confiável

Nenhuma outra parte do circuito ou condutor deve tocar o substrato de alumínio. O triac é aplicado ao alumínio por essa parte do corpo, projetada para instalação em um radiador.

Você deve usar uma pasta condutora de calor na área de contato do corpo triac e no substrato de alumínio. Algumas marcas de triacs com um ânodo não isolado devem ser colocadas através de um bloco de mica.

A opção de montar o triac no substrato usando rebites. No verso, o rebite aplana nivelado com a superfície do substrato

O triac deve ser pressionado firmemente à base com algum tipo de peso e preenchido com cola epóxi ao redor do perímetro ou fixado de alguma forma sem perturbar a superfície da parte de trás do substrato (por exemplo, rebites).

Preparação do composto e enchimento do corpo

Para a fabricação de um corpo sólido de um dispositivo eletrônico, será necessária uma mistura composta. A composição da mistura composta é baseada em dois componentes:

1. Resina epóxi sem endurecedor.
2. Pó de alabastro.

Graças à adição de alabastro, o mestre resolve dois problemas ao mesmo tempo - ele recebe um volume exaustivo do composto de carga com um consumo nominal de resina epóxi e cria um preenchimento com a consistência ideal.

A mistura deve ser bem misturada, após o que você pode adicionar o endurecedor e misturar bem novamente. Em seguida, monte cuidadosamente a instalação “montada na parede” dentro da caixa de papelão com o composto criado.

É assim que parece uma instância finalizada de um relé de estado sólido montado por você. Um tanto incomum e pouco apresentável, mas confiável o suficiente

O preenchimento é feito no nível superior, deixando apenas uma parte da cabeça do LED de controle na superfície. Inicialmente, a superfície do composto pode não parecer completamente lisa, mas depois de um tempo a imagem mudará. Resta apenas esperar que o elenco se solidifique completamente.

De fato, você pode usar qualquer solução de fundição adequada. O principal critério é que a composição de vazamento não seja eletricamente condutora, além de um bom grau de rigidez do vazamento após a solidificação. A caixa moldada do relé de estado sólido é um tipo de proteção do circuito eletrônico contra danos físicos acidentais.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Este vídeo mostra como e com base em quais componentes eletrônicos um relé de estado sólido pode ser feito. O autor fala lucidamente sobre todos os detalhes da prática de fabricação que ele encontrou pessoalmente durante a produção do comutador eletrônico:

Vídeo sobre o problema que você pode encontrar após adquirir um TTR monofásico de vendedores da China. Ao longo do caminho, realiza uma espécie de revisão do dispositivo de comutação de dispositivos:

A fabricação própria de relés de estado sólido é uma solução possível, mas com relação a produtos sob carga de baixa tensão, consumindo energia relativamente baixa.

É difícil fabricar dispositivos mais potentes e de alta tensão com suas próprias mãos. E esse compromisso financeiro custará o mesmo valor que a cópia de fábrica é estimada. Portanto, se necessário, é mais fácil comprar um dispositivo industrial pronto.

Se você tiver alguma dúvida sobre a montagem de um relé de estado sólido, faça uma pergunta na caixa de comentários e tentaremos fornecer uma resposta extremamente clara. Lá, você pode compartilhar a experiência de relés de fabricação própria ou fornecer informações valiosas sobre o tópico do artigo.