Releu solid-state confecționat manual: instrucțiuni de asamblare și sfaturi pentru conectare

Releul în stare solidă (RSS) – un dispozitiv din seria componentelor electronice cu acțiune non-mecanică. Absența mecanicii deschide mai multe posibilități pasionaților de electronică de a face un releu în stare solidă de către dumneavoastră pentru uz personal.

Să examinăm această posibilitate mai detaliat.

Construcția și principiul de funcționare al RSS

Dacă majoritatea acestei electronice conține în mod tradițional piese mobile ale grupurilor de contact, releul în stare solidă nu are deloc astfel de piese. Comutarea circuitului prin schema dispozitivului se realizează după principiul unui comutator electronic. Iar rolul comutatoarelor electronice este de obicei îndeplinit de semiconductori încorporați în corpul releului – tranzistoare de putere, triacuri, tiristoare.

Înainte de a încerca să fabricați un releu în stare solidă de unul singur, este logic să vă familiarizați cu construcția de bază a unor astfel de dispozitive, să înțelegeți principiul lor de funcționare.

Producția industrială fabrică relee în stare solidă de diverse configurații, destinate celor mai diferite condiții de aplicare practică. Selecția de modificări este vastă.

În cadrul unui studiu aprofundat al dispozitivului, trebuie evidențiate imediat aspectele avantajoase ale RSS:

• comutarea sarcinii puternice;
• viteză mare de comutare;
• izolare galvanică ideală;
• capacitatea de a suporta suprasarcini mari pe termen scurt.

Printre construcțiile mecanice, nu este posibil să găsiți un releu cu parametri similari. În general, avantajele releelor în stare solidă față de omologii mecanice sunt exprimate printr-o listă impresionantă.

Două dispozitive electronice care asigură funcțional comutarea circuitelor: în stânga este realizat pe baza unei construcții în stare solidă, în dreapta – un sistem mecanic tradițional de comutare

Condițiile de exploatare pentru RSS nu limitează practic aplicarea acestor dispozitive. În plus, absența pieselor mecanice mobile afectează favorabil durata de viață a aparatelor. Așadar, există toate motivele pentru a vă ocupa de un releu în stare solidă – să asamblați dispozitivul de către dumneavoastră.

Cu toate acestea, pentru a fi corect, alături de aspectele pozitive, trebuie menționate proprietățile releului care sunt caracterizate ca dezavantaje. De exemplu, pentru funcționarea dispozitivelor de putere, de obicei, este necesară o componentă suplimentară a construcției, destinată disipării căldurii.

Pentru comutarea sarcinilor de mare putere, releele în stare solidă sunt aproape întotdeauna completate cu radiatoare puternice de răcire. Acest aspect complică oarecum utilizarea SSR-urilor.

Radiatoarele de răcire ale releelor în stare solidă au dimensiuni de câteva ori mai mari decât cele ale SSR-urilor, ceea ce reduce confortul și raționalitatea montajului.

Dispozitivele SSR, în timpul funcționării (în stare de repaus), produc un curent invers de scurgere și prezintă o caracteristică neliniară tensiune-curent. Nu toate releele în stare solidă pot fi utilizate fără restricții în ceea ce privește caracteristicile tensiunilor comutate.

Construcție destinată utilizării numai în circuitele în care alimentarea se realizează cu curent continuu. De obicei, aceste dispozitive se caracterizează prin dimensiuni reduse și putere de comutare mică.

Anumite tipuri de dispozitive sunt destinate să comute doar curentul continuu. Introducerea releelor în stare solidă în circuit necesită de obicei măsuri suplimentare pentru a bloca declanșările false.

Releele în stare solidă pot fi întâlnite adesea în tabloul electric general al apartamentului.

Cum funcționează un releu în stare solidă?

Semnalul de comandă (de obicei o tensiune de nivel scăzut, provenind, de exemplu, de la controlerul de comandă) este aplicat la dioda emițătoare de lumină (LED) a unei perechi optoelectronice prezente în circuitul SSR. LED-ul începe să emită lumină către fotodiodă, care, la rândul său, se deschide și începe să conducă curentul.

Schema generală a unui SSR, care ilustrează modul de funcționare a dispozitivului electronic: 1 – sursa tensiunii de comandă; 2 – optocuplorul din interiorul carcasei releului; 3 – sursa curentului de sarcină; 4 – sarcina

Curentul care trece prin fotodiodă ajunge la electrodul de comandă al tranzistorului de comutație sau al tiristorului. Comutatorul se deschide, închizând circuitul sarcinii.

Astfel funcționează funcția de comutare a dispozitivului. Întreaga electronică este în mod tradițional închisă într-o carcasă monolitică. De fapt, de aceea dispozitivul a primit denumirea de releu în stare solidă.

Iar despre cum se conectează un releu în stare solidă puteți citi în acest material.

Varietăți de comutatoare în stare solidă

Întregul sortiment existent de dispozitive poate fi împărțit condiționat în grupuri, în funcție de categoria sarcinii conectate, de particularitățile de control și de comutare a tensiunilor.

Astfel, în total, se disting trei grupuri:

1. Dispozitive care funcționează în circuite de curent continuu.
2. Dispozitive care funcționează în circuite de curent alternativ.
3. Construcții universale.

Primul grup este reprezentat de dispozitive cu parametri ai tensiunilor de comandă de lucru de 3 – 32 volți. Acestea sunt electronice relativ compacte, dotate cu indicare LED, capabile să funcționeze fără întreruperi la temperaturi de -35 / +75 °C.

O execuție larg răspândită a unui dispozitiv electronic pentru utilizare în rețeaua electrică monofazată. De asemenea, există și alte variante de construcție, dar mult mai rar.

Al doilea grup – dispozitive destinate instalării în rețele de tensiune alternativă. Aici sunt prezentate construcții de TTR pentru instalare în rețele de curent alternativ, comandate cu tensiunea de 24 – 250 volți. Există dispozitive capabile să comute sarcini de putere mare.

Al treilea grup – aparate cu destinație universală. Tehnica de circuit a acestui tip de dispozitive suportă reglarea manuală pentru utilizare în diferite condiții.

Dacă pornim de la natura sarcinii conectate, trebuie să evidențiem două tipuri de relee în stare solidă pentru curent alternativ: monofazate și trifazate. Ambele tipuri sunt destinate comutării sarcinilor suficient de puternice la curenți de 10 – 75 A. În același timp, valorile de vârf de scurtă durată ale curentului pot atinge 500 A.

O variantă de execuție larg răspândită pentru utilizare în rețeaua electrică trifazată. Este adesea folosită ca regulator liniar pentru încălzitoare electrice puternice (TEN).

Ca sarcină comutată de releele în stare solidă pot fi circuite capacitive, rezistive, inductive. Construcțiile comutatoarelor permit, fără zgomot inutil, o comandă lină, de exemplu, a elementelor de încălzire, a becurilor cu incandescență, a motoarelor electrice.

Fiabilitatea funcționării este suficient de ridicată. Dar, în mare măsură, stabilitatea și durabilitatea releelor în stare solidă depind de calitatea producției. Astfel, dispozitivele fabricate sub o anumită marcă comercială «Impuls» se remarcă adesea printr-o durată de viață scurtă.

Pe de altă parte, produsele firmei «Schneider Electric» nu lasă loc de critici.

Cum să faceți un RSS de către dumneavoastră?

Având în vedere particularitatea constructivă a dispozitivului (monolit), schema se montează nu pe o placă de textolit, așa cum este obișnuit, ci prin montaj suspendat.

Așa arată o construcție de casă a unui releu în stare solidă. A face ceva asemănător nu este dificil. Sunt necesare doar abilități de bază de electronist și electrician. Costurile materiale sunt mici.

Se pot găsi numeroase soluții de circuite în această direcție. Varianta concretă depinde de puterea comutată necesară și de alți parametri.

Componente electronice pentru asamblarea schemei

Lista elementelor unei scheme simple pentru învățarea practică și construirea unui releu în stare solidă cu propriile mâini este următoarea:

1. Optocuplor tip MOC3083.
2. Triac tip BT139-800.
3. Tranzistor din seria KT209.
4. Rezistoare, diodă Zener, LED.

Toate componentele electronice menționate se lipesc prin montaj suspendat conform următoarei scheme:

Schema electrică a unui releu în stare solidă de putere mică pentru asamblare manuală. Un număr mic de componente și montajul suspendat simplu permit lipirea schemei fără efort.

Datorită utilizării optocuplorului MOC3083 în schema de generare a semnalului de comandă, valoarea tensiunii de intrare poate varia de la 5 la 24 de volți.

Iar datorită lanțului format dintr-o diodă Zener și un rezistor limitator, curentul care trece prin LED-ul de control este redus la minimul posibil. O astfel de soluție asigură o durată lungă de viață a LED-ului de control.

Verificarea schemei asamblate pentru funcționalitate

Schema asamblată trebuie verificată pentru funcționalitate. Nu este necesar să conectați tensiunea de sarcină de 220 volți la circuitul de comutare prin triac. Este suficient să conectați un aparat de măsură – un tester – în paralel cu linia de comutare a triacului.

Verificarea funcționalității releului în stare solidă cu ajutorul unui aparat de măsură. Dacă la intrarea dispozitivului este aplicată o tensiune de comandă, joncțiunea triacului trebuie să fie deschisă.

Trebuie să setați modul de măsurare al testerului pe „MΩ” și să alimentați (5-24V) schema de generare a tensiunii de comandă. Dacă totul funcționează corect, testerul ar trebui să arate o diferență de rezistență de la MΩ la kΩ.

Construcția carcasei monolitice

Pentru baza carcasei viitorului releu în stare solidă va fi necesară o placă de aluminiu cu grosimea de 3-5 mm. Dimensiunile plăcii nu sunt critice, dar trebuie să corespundă condițiilor de evacuare eficientă a căldurii de la triac la încălzirea acestui element electronic.

Rama pentru turnarea carcasei viitorului dispozitiv. Se realizează dintr-o bandă de carton sau alte materiale potrivite. Se fixează pe substratul de aluminiu cu lipici universal.

Suprafața plăcii de aluminiu trebuie să fie netedă. În plus, este necesar să prelucrați ambele părți – să curățați cu hârtie abrazivă fină și să lustruiți.

În următoarea etapă, placa pregătită este echipată cu o „cofraj” – de-a lungul perimetrului se lipește o bordură din carton sau plastic gros. Trebuie să rezulte un fel de cutie care va fi turnată ulterior cu rășină epoxidică.

În interiorul cutiei create se plasează schema electronică a releului în stare solidă asamblată „suspendat”. Pe suprafața plăcii de aluminiu se așează doar triacul.

Fixarea triacului pe substratul de aluminiu. Condiția principală – acest component electronic trebuie presat ferm pe baza metalică. Numai astfel se asigură o evacuare a căldurii de calitate și fiabilitatea funcționării.

Nicio altă piesă sau conductor al schemei nu trebuie să atingă substratul din aluminiu. Triacul se aplică pe aluminiu cu acea parte a carcasei care este proiectată pentru montarea pe radiator.

Trebuie folosită pastă termoconductoare pe suprafața de contact dintre carcasa triacului și substratul din aluminiu. Unele mărci de triacuri cu anod neizolat trebuie neapărat montate printr-o garnitură de mică.

Varianta de fixare a triacului de substrat cu ajutorul unei nituri. Pe partea din spate, nituirea se aplatizează la nivel cu suprafața substratului.

Triacul trebuie presat ferm pe bază cu o greutate și turnat în jurul perimetrului cu lipici epoxidic, sau fixat într-un mod care să nu perturbe netezimea părții din spate a substratului (de exemplu, cu o nitură).

Pregătirea compusului și turnarea carcasei

Pentru fabricarea corpului solid al dispozitivului electronic, va fi necesar să se prepare un amestec de compus. Compoziția amestecului de compus se face pe baza a două componente:

1. Rășină epoxidică fără întăritor.
2. Pudră de alabastru.

Datorită adăugării de alabastru, meșterul rezolvă două probleme deodată – obține un volum suficient de compus de turnare cu un consum nominal de rășină epoxidică și creează o turnare cu consistența optimă.

Amestecul trebuie amestecat bine, după care se poate adăuga întăritorul și se amestecă din nou bine. Apoi, se toarnă cu grijă montajul „suspendat” din interiorul cutiei de carton cu compusul creat.

Așa arată un exemplar finit de releu în stare solidă, asamblat manual. Puțin neobișnuit și nu foarte prezentabil, dar suficient de fiabil.

Turnarea se face până la nivelul superior, lăsând la suprafață doar o parte din capul LED-ului de control. Inițial, suprafața compusului poate părea nu foarte netedă, dar după un timp imaginea se va schimba. Rămâne doar să așteptați întărirea completă a turnării.

În esență, se pot folosi orice soluții potrivite pentru turnare. Criteriul principal – compoziția de turnare nu trebuie să fie conductoare electric, plus trebuie să se formeze un grad bun de rigiditate după întărire. Carcasa turnată a releului în stare solidă este un fel de protecție a schemei electronice împotriva deteriorărilor fizice accidentale.

Concluzii și material video util pe această temă

Acest videoclip arată cum și pe baza căror componente electronice se poate face un releu în stare solidă. Autorul explică pe înțeles toate detaliile practicii de fabricație cu care s-a confruntat personal în procesul de producție a comutatorului electronic:

Videoclip despre problema cu care se poate confrunta după achiziționarea unui SSR monofazat de la vânzători din China. În același timp, face un fel de prezentare a dispozitivului de comutație:

Fabricarea independentă a releelor în stare solidă – o soluție perfect posibilă, dar aplicabilă produselor pentru sarcină de joasă tensiune, care consumă o putere relativ mică.

Aparatele mai puternice și de înaltă tensiune sunt dificil de realizat manual. De altfel, această idee va costa aproximativ aceeași sumă ca un model fabricat industrial. Așadar, dacă este necesar, este mai simplu să cumpărați un dispozitiv gata fabricat industrial.

Dacă aveți întrebări despre asamblarea releului cu stare solidă, vă rugăm să le adresați în secțiunea de comentarii, iar noi vom încerca să vă oferim un răspuns cât mai clar. De asemenea, puteți împărtăși experiența dumneavoastră în construirea unui releu sau furniza informații valoroase despre subiectul articolului.