Przekaźnik półprzewodnikowy „zrób to sam”: instrukcja montażu i wskazówki dotyczące podłączenia

Przekaźnik półprzewodnikowy (SSR) to urządzenie z szeregu niemechanicznych elementów elektronicznych.Brak mechaniki otwiera entuzjastom elektroniki więcej możliwości wykonania przekaźnika półprzewodnikowego własnymi rękami do użytku osobistego.

Rozważmy tę możliwość bardziej szczegółowo.

Budowa i zasada działania TTR

Podczas gdy większość takiej elektroniki tradycyjnie zawiera ruchome części grup styków, przekaźnik półprzewodnikowy w ogóle nie ma takich części. Przełączanie obwodów przez obwód urządzenia odbywa się na zasadzie 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 i zrozumienie zasady ich działania.

Produkcja przemysłowa produkuje przekaźniki półprzewodnikowe o różnych konfiguracjach, zaprojektowane do różnych praktycznych warunków. Wybór modyfikacji jest szeroki

W ramach dokładnego przestudiowania urządzenia należy od razu podkreślić korzystne aspekty TTP:

• przełączanie potężnego obciążenia;
• wysoka prędkość przełączania;
• idealna izolacja galwaniczna;
• zdolność do wytrzymywania dużych przeciążeń przez krótki czas.

Wśród konstrukcji mechanicznych naprawdę nie można znaleźć przekaźnika o podobnych parametrach. Ogólnie rzecz biorąc, zalety przekaźników półprzewodnikowych w porównaniu z ich mechanicznymi odpowiednikami są wyrażone na imponującej liście.

Dwa urządzenia elektroniczne funkcjonalnie zapewniające przełączanie obwodów: po lewej stronie oparte na konstrukcji półprzewodnikowej, po prawej tradycyjny mechaniczny układ przełączający

Warunki pracy TSR praktycznie nie ograniczają zastosowania tych urządzeń. Ponadto brak ruchomych części mechanicznych korzystnie wpływa na żywotność urządzeń. Jest więc powód, aby rozpocząć pracę nad przekaźnikiem półprzewodnikowym - samodzielnie zmontować urządzenie.

Jednak uczciwie, wraz z pozytywnymi aspektami, warto zwrócić uwagę na właściwości przekaźnika, które charakteryzują się wadami. Zatem do działania wydajnych urządzeń z reguły wymagany jest dodatkowy element konstrukcyjny, który ma za zadanie odprowadzać ciepło.

W przypadku przełączania dużego obciążenia przekaźniki półprzewodnikowe są prawie zawsze uzupełniane mocnymi grzejnikami chłodzącymi. Ten punkt nieco komplikuje użycie TTP

Chłodnice do przekaźników półprzewodnikowych mają gabaryty kilkukrotnie większe od wymiarów przekaźników półprzewodnikowych, co zmniejsza wygodę i racjonalność montażu.

Urządzenia TSR podczas pracy (w stanie zamkniętym) dają wsteczny prąd upływowy i wykazują nieliniową charakterystykę prądowo-napięciową. Nie wszystkie przekaźniki półprzewodnikowe można stosować bez ograniczeń w charakterystyce przełączanych napięć.

Konstrukcja do stosowania wyłącznie w obwodach zasilanych prądem stałym. Zazwyczaj urządzenia te wyróżniają się małymi wymiarami i małą mocą przełączania.

Niektóre typy urządzeń są przeznaczone do przełączania tylko prądu stałego. Wprowadzenie do obwodu przekaźników półprzewodnikowych zwykle wymaga dodatkowych działań mających na celu blokowanie fałszywych alarmów.

Ogólnie rzecz biorąc, często można znaleźć przekaźniki półprzewodnikowe panel elektryczny mieszkania.

Jak działa przekaźnik półprzewodnikowy?

Sygnał sterujący (zwykle napięcie o niskim poziomie, pochodzące np. ze sterownika sterującego) doprowadzany jest do diody LED pary optoelektronicznej znajdującej się w obwodzie SSR. Dioda LED zaczyna emitować światło w kierunku fotodiody, która z kolei otwiera się i zaczyna przepuszczać prąd.

Uogólniony schemat SSR, który wyraźnie pokazuje, jak działa urządzenie elektroniczne: 1 – źródło napięcia sterującego; 2 – transoptor wewnątrz obudowy przekaźnika; 3 – źródło prądu obciążenia; 4 - obciążenie

Prąd przepływający przez fotodiodę dociera do elektrody sterującej kluczowego tranzystora lub tyrystora. Klucz otwiera i zamyka obwód obciążenia.

Tak działa funkcja przełączania urządzenia. Cała elektronika tradycyjnie zamknięta jest w monolitycznej obudowie. Właściwie dlatego urządzenie nazwano przekaźnikiem półprzewodnikowym.

Możesz przeczytać o tym, jak podłączyć przekaźnik półprzewodnikowy ten materiał.

Rodzaje przełączników półprzewodnikowych

Całą istniejącą gamę urządzeń można podzielić na grupy ze względu na kategorię podłączonego obciążenia, cechy kontroli napięcia i przełączania.

Zatem w sumie będą trzy grupy:

1. Urządzenia pracujące w obwodach prądu stałego.
2. Urządzenia pracujące w obwodach prądu przemiennego.
3. Uniwersalne projekty.

Pierwszą grupę reprezentują urządzenia o parametrach roboczego napięcia sterującego w zakresie 3 – 32 woltów. Są to stosunkowo niewielkie rozmiary elektroniki, wyposażone w sygnalizację LED, zdolne do pracy bez przerwy w temperaturach -35 / +75 ºС.

Szeroko stosowana konstrukcja urządzenia elektronicznego do stosowania w jednofazowej sieci elektrycznej.Istnieją również inne opcje projektowania, ale znacznie rzadziej.

Drugą grupę stanowią urządzenia przeznaczone do montażu w sieciach napięcia przemiennego. Oto projekty TSR do instalacji w sieciach prądu przemiennego, sterowanych napięciem 24–250 woltów. Istnieją urządzenia zdolne do przełączania obciążeń o dużej mocy.

Trzecia grupa to urządzenia o uniwersalnym zastosowaniu. Obwód tego typu urządzenia umożliwia ręczną konfigurację do użytku w określonych warunkach.

Ze względu na charakter podłączonego obciążenia należy rozróżnić dwa typy przekaźników półprzewodnikowych prądu przemiennego: jednofazowe i trójfazowe. Oba typy są przeznaczone do przełączania dość dużych obciążeń przy prądach 10–75 A. W tym przypadku szczytowe wartości prądu krótkotrwałego mogą osiągnąć 500 A.

Szeroko stosowana wersja do stosowania w trójfazowej sieci elektrycznej. Często używany jako regulator liniowy mocnych grzejników elektrycznych (TEH)

Obciążenie przełączane przez przekaźniki półprzewodnikowe może być obwodem pojemnościowym, rezystancyjnym lub indukcyjnym. Konstrukcje przełączników umożliwiają płynne sterowanie np. elementami grzejnymi, żarówkami i silnikami elektrycznymi, bez niepotrzebnego hałasu.

Niezawodność działania jest dość wysoka. Jednak pod wieloma względami stabilność i trwałość przekaźników półprzewodnikowych zależy od jakości wytwarzania produktu. Dlatego też urządzenia produkowane pod pewną marką „Impuls” często słyną z krótkiej żywotności.

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

Jak zrobić TTP własnymi rękami?

Biorąc pod uwagę cechę konstrukcyjną urządzenia (monolit), obwód jest montowany nie na płycie tekstolitowej, jak to zwykle bywa, ale poprzez montaż powierzchniowy.

Tak wygląda domowy projekt przekaźnika półprzewodnikowego. Zrobienie czegoś takiego nie jest trudne. Wystarczy podstawowa wiedza z zakresu elektroniki i elektryka. Koszty materiałów są niewielkie

Można znaleźć wiele rozwiązań obwodów w tym kierunku. Konkretna opcja zależy od wymaganej mocy przełączania i innych parametrów.

Elementy elektroniczne do montażu obwodów

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

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

Wszystkie określone elementy elektroniczne są lutowane poprzez montaż powierzchniowy zgodnie z poniższym schematem:

Schemat ideowy przekaźnika półprzewodnikowego małej mocy do samodzielnego montażu. Niewielka liczba części i prosty montaż na zawiasach pozwalają na bezproblemowe lutowanie obwodu

Dzięki zastosowaniu transoptora MOS3083 w obwodzie generowania sygnału sterującego napięcie wejściowe może zmieniać się od 5 do 24 woltów.

A dzięki łańcuchowi składającemu się z diody Zenera i rezystora ograniczającego prąd przepływający przez sterującą diodę LED jest redukowany do minimum. Rozwiązanie to zapewnia długą żywotność diody sterującej.

Sprawdzanie zmontowanego obwodu pod kątem funkcjonalności

Zmontowany obwód należy sprawdzić pod kątem funkcjonalności. W takim przypadku nie jest konieczne podłączanie napięcia obciążenia 220 woltów do obwodu przełączającego przez triak. Wystarczy podłączyć urządzenie pomiarowe – tester – równolegle do linii komutacyjnej triaka.

Sprawdzanie działania przekaźnika półprzewodnikowego za pomocą urządzenia pomiarowego.Jeżeli na wejście urządzenia zostanie przyłożone napięcie sterujące, złącze triaka musi być otwarte

Tryb pomiarowy testera musi być ustawiony na „mOhm”, a do obwodu wytwarzania napięcia sterującego musi być doprowadzone zasilanie (5-24V). Jeżeli wszystko działa poprawnie, tester powinien wykazać różnicę rezystancji od „mOhm” do „kOhm”.

Budowa korpusu monolitycznego

Pod podstawą obudowy przyszłego przekaźnika półprzewodnikowego potrzebna będzie aluminiowa płyta o grubości 3-5 mm. Wymiary płytki nie są krytyczne, ale muszą odpowiadać warunkom skutecznego usuwania ciepła z triaka podczas ogrzewania tego elementu elektronicznego.

Rama do zalewania korpusu przyszłego urządzenia. Wykonane z paska tektury lub innych odpowiednich materiałów. Mocowana do podłoża aluminiowego za pomocą kleju uniwersalnego

Powierzchnia płyty aluminiowej musi być płaska. Dodatkowo obie strony wymagają obróbki - oczyszczenia drobnym papierem ściernym i wypolerowania.

W kolejnym etapie przygotowaną płytę wyposaża się w „szalunek” - na obwodzie przykleja się obramowanie z grubej tektury lub tworzywa sztucznego. Powinieneś otrzymać coś w rodzaju pudełka, które później zostanie wypełnione żywicą epoksydową.

Wewnątrz utworzonej skrzynki umieszczony jest elektroniczny obwód przekaźnika półprzewodnikowego zmontowany z „daszkiem”. Jedynie triak jest umieszczony na powierzchni aluminiowej płytki.

Mocowanie triaka na podłożu aluminiowym. Głównym warunkiem jest ścisłe dociśnięcie tego elementu elektronicznego do metalowej podstawy. Tylko w ten sposób można zapewnić wysokiej jakości odprowadzanie ciepła i niezawodne działanie.

Żadne inne części obwodu ani przewody nie powinny dotykać aluminiowego podłoża. Triak mocuje się do aluminium tą częścią obudowy, która jest przeznaczona do montażu na grzejniku.

Na powierzchnię styku korpusu triaka z podłożem aluminiowym należy zastosować pastę przewodzącą ciepło. Niektóre marki triaków z nieizolowaną anodą muszą być instalowane przez uszczelkę mikową.

Możliwość mocowania triaka do podłoża za pomocą nitu. Z drugiej strony nit jest spłaszczony na równi z powierzchnią podłoża

Triak należy mocno docisnąć do podłoża jakimś ciężarkiem i wypełnić na obwodzie klejem epoksydowym lub zabezpieczyć w jakiś sposób nie naruszając gładkiej powierzchni tylnej strony podłoża (np. nitem).

Przygotowanie masy i wylanie korpusu

Aby wyprodukować ciało stałe urządzenia elektronicznego, konieczne będzie wykonanie złożonej mieszaniny. Skład mieszaniny złożonej opiera się na dwóch składnikach:

1. Żywica epoksydowa bez utwardzacza.
2. Alabastrowy proszek.

Dzięki dodatkowi alabastru mistrz rozwiązuje dwa problemy na raz - uzyskuje wyczerpującą objętość masy zalewowej 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 „zawiasową” instalację wewnątrz kartonowego pudełka starannie wypełnia się powstałą masą.

Tak wygląda gotowa kopia przekaźnika półprzewodnikowego zrób to sam. Nieco nietypowy i niezbyt reprezentacyjny, ale całkiem niezawodny

Napełnianie odbywa się do najwyższego poziomu, pozostawiając na powierzchni jedynie część sterującej głowicy LED. Początkowo powierzchnia masy może nie wyglądać całkowicie gładko, ale po pewnym czasie obraz się zmieni. Pozostaje tylko poczekać, aż odlew całkowicie stwardnieje.

W rzeczywistości możesz zastosować dowolne rozwiązanie odpowiednie do odlewania.Głównym kryterium jest to, że masa odlewnicza nie powinna przewodzić prądu elektrycznego, a po zestaleniu odlew powinien uzyskać dobry stopień sztywności. Odlewana obudowa przekaźnika półprzewodnikowego stanowi swego rodzaju zabezpieczenie obwodu elektronicznego przed przypadkowym uszkodzeniem fizycznym.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Ten film pokazuje, jak i na podstawie jakich elementów elektronicznych można wykonać przekaźnik półprzewodnikowy. Autor wyraźnie mówi o wszystkich szczegółach praktyk produkcyjnych, z którymi osobiście się zetknął podczas produkcji przełącznika elektronicznego:

Film o problemie, który możesz napotkać po zakupie jednofazowego SSR od sprzedawców z Chin. Po drodze przeprowadza swego rodzaju przegląd projektu urządzenia przełączającego:

Własna produkcja przekaźników półprzewodnikowych jest rozwiązaniem całkowicie możliwym, ale w odniesieniu do produktów do obciążeń niskonapięciowych, które pobierają stosunkowo niewielką moc.

Trudno jest wyprodukować mocniejsze i wysokonapięciowe urządzenia własnymi rękami. A to finansowe przedsięwzięcie będzie kosztować tyle samo, na ile wyceniana jest kopia fabryczna. W razie potrzeby łatwiej jest więc kupić gotowe urządzenie przemysłowe.

Jeśli masz pytania dotyczące montażu przekaźnika półprzewodnikowego, zadaj je w komentarzach, a my postaramy się udzielić bardzo jasnej odpowiedzi. Tam możesz podzielić się swoimi doświadczeniami w samodzielnym wykonywaniu przekaźników lub przekazać cenne informacje na temat artykułu.