Твердотельные реле. Обзор

Модификации твердотельных реле (ТТР) KIPPRIBOR

	GaDH-xxx120.ZD3с воздушным охлаждением GwDH-xxx120.ZD3с водяным охлаждением	Однофазные ТТР специально разработаны для коммутации мощной нагрузки, индуктивной нагрузки, а также нагрузки, пусковые токи которой сложно прогнозировать (нагрузка индуктивная большой мощности, трансформаторы, сварочное оборудование). ТТР данных серий охватывают наиболее широкий диапазон коммутируемых токов.
	HD-xx44.VA HD-xx25.LA HD-xx22.10U	Однофазные твердотельные реле используются в тех случаях, когда необходимо отрегулировать уровень напряжения питания резистивной нагрузки в диапазоне от ≈10 VAC до номинального значения. Оптимально подходят для решения таких задач, как регулировка мощности электрических ТЭНов или управление напряжением ламп накаливания для корректировки уровня освещенности и других аналогичных задач. Возможно использование в однофазной или трехфазной сети. Типы управляющих сигналов: переменный резистор 470 кОм, 0,5 Вт – для HD-xx.44VA; унифицированный токовый сигнал 4…20 мА – для HD-xx25.LA; унифицированный сигнал напряжения 0…10 В – для HD-xx.2210U.
	MD-xx44.ZD3	Однофазные твердотельные реле в миниатюрном корпусе специально для коммутации маломощной резистивной или слабоиндуктивной нагрузки. На сегодня это самый бюджетный в России вариант однофазных ТТР. Возможно использование в однофазной или трехфазной сети.
	HD-xx25.DD3	Однофазные твердотельные реле для коммутации цепей постоянного тока резистивной или индуктивной нагрузки. Также ТТР этой серии применяется для усиления выходного сигнала регулирующего прибора (с небольшой нагрузочной способностью выхода) при подключении к нему нескольких ТТР. Возможно использование в однофазной или трехфазной сети.
	SBDH-xx44.ZD3 BDH-xx44.ZD3	Однофазные твердотельные реле для коммутации мощной нагрузки, выполненные в корпусах промышленного стандарта. Используются для коммутации цепей питания мощных резистивных или индуктивных нагрузок в однофазной или трехфазной сети. Корпус имеет большие клеммы для удобного подключения проводов большого сечения. ТТР серии SBDH выполнен в более компактном корпусе.
	HDH-xx44.ZD3	Однофазные твердотельные реле для коммутации мощной нагрузки, выполненные в стандартном корпусе ТТР. Позволяют коммутировать резистивную или индуктивную нагрузку в однофазной или трехфазной сети.
	HD-xx44.ZD3 HD-хх44.ZA2	Однофазные общепромышленные твердотельные реле в стандартном корпусе для коммутации самых распространенных в промышленности диапазонов токов резистивной или индуктивной нагрузки. Возможно использование в однофазной или трехфазной сети.
	HDH-xx44.ZA2	Однофазные твердотельные реле, специально разработанные для коммутации нагрузок большой мощности. Обладают высокой коммутационной способностью, при этом имеют компактные размеры. Благодаря своим конструктивным особенностям и широкому диапазону коммутируемых токов реле этих серий позволяют успешно решать различные задачи по управлению индуктивной и резистивной нагрузкой. Возможно использование в однофазной или трехфазной сети.
	HT-xx44.ZD3 и HT-xx44.ZA2	Трехфазные твердотельные реле для коммутации резистивной нагрузки. Обеспечивают одновременную коммутацию по каждой из 3-х фаз. Возможно использование для групповой коммутации нагрузки в трех однофазных цепях.

Алгоритм выбора твердотельного реле

• Определяем необходимую модификацию реле, исходя из типа напряжения питания (одно- либо трехфазное, постоянного либо переменного тока), требуемого типа сигнала управления (дискретный постоянного или переменного тока, либо аналоговый).
• Выбираем требуемое значение тока реле, исходя из условия, что ток твердотельного реле должен превышать значение тока нагрузки в любом режиме работы, другими словами, при выборе тока реле руководствуемся не номинальным током нагрузки, а пусковым, стартовым и т.п.
• Выбираем необходимый радиатор охлаждения для подобранного твердотельного реле, исходя из номинального рабочего тока нагрузки, подключенной к реле. Стоит учитывать факторы, ухудшающие теплоотвод, и заведомо выбирать радиатор с запасом по рассеиваемой мощности.

Таблица подбора для трехфазных реле

Таблица подбора для однофазных реле

* Для трехфазной нагрузки – по каждой из 3-х фаз.
** Серии [M01] отличаются габаритными размерами на 0,5-3 мм, точные параметры указаны в разделе «схемы подключения и габаритные размеры».

Радиаторы серии РТР для твердотельных реле KIPPRIBOR

Твердотельное реле при протекании через него тока в цепи нагрузки нагревается, это обусловлено электрическими потерями на силовых полупроводниковых элементах. Увеличение температуры реле накладывает ограничение на величину коммутируемого им тока нагрузки. С целью охлаждения ТТР коммутационный элемент во всех твердотельных реле KIPPRIBOR смонтирован на металлическое основание корпуса, на которое рассеивается выделяемое в процессе работы тепло. Однако металлическое основание твердотельного реле ввиду малой своей площади способно успешно рассеивать лишь небольшое количество тепла, когда ток нагрузки не превышает 5А. Следовательно, при длительной работе реле с токами нагрузки свыше 5 А требуется применение радиатора охлаждения, с помощью которого будет увеличена площадь рассеивания тепла.

Значение тока нагрузки, обозначенное на шильдике твердотельного реле, указывается из условия нагрева основания реле не выше 40 °C. При нагреве реле свыше 40 °С допустимая величина коммутируемого тока снижается и будет меньше заявленного значения. При 70 °С коммутационная способность реле падает вдвое. А при нагреве до 80 °С уже возникает тепловой перегрев коммутационного ключа с переходом реле в неуправляемый режим, когда нагрузка включается с помощью ТТР, но отключиться уже не может. В итоге это приводит к тепловому пробою коммутационного элемента и, соответственно, выходу реле из строя. Очевидно, что для нормальной эксплуатации твердотельного реле необходимо обеспечивать отвод тепла от коммутационного элемента, дабы избежать перегрева реле с последующим выходом его из строя.

Зависимость тока реле от температуры окружающей среды (основания ТТР).

Кроме того, работа реле при повышенных температурах (свыше 60 °С) сокращает ресурс эксплуатации и повышает вероятность выхода реле по другим причинам. В случае повышенной температуры окружающей среды (свыше 40 °С) ТТР не сможет нормально охлаждаться, даже при использовании радиатора с принудительным обдувом. В такой ситуации ТТР будет перегреваться и может выйти из строя.

В этом случае возможны два варианта решения:

• предусматривать силовые шкафы с внешним охлаждением (кондиционеры);
• использовать ТТР с водяным охлаждением серии GwDH.

Главное правило выбора радиатора

При выборе радиатора для охлаждения твердотельного реле следует руководствоваться:

• в первую очередь, способностью радиатора рассеивать тепло;
• и только потом уделять внимание габаритным характеристикам.

Стоит учитывать, что таблицы подбора радиаторов разработаны, исходя из нормальных условий эксплуатации ТТР, когда температура эксплуатации не превышает 25 °С, а радиатор установлен в хорошо проветриваемом месте, где естественной циркуляции воздуха ничто не препятствует. Поэтому при выборе по таблицам подбора стоит обязательно учитывать факторы, ухудшающие теплоотдачу (размещение в шкафу, повышенная внешняя температура в месте установки и т. п.), и выбирать радиатор заведомо с запасом по рассеиваемой мощности.

Таблица подбора радиатора для ТТР

Цветом выделены ячейки с рекомендованными моделями радиаторов.
(1) – при недостаточной естественной циркуляции воздуха через радиатор используйте рекомендуемый тип вентилятора.
(2) – значение тока нагрузки при обязательном использовании рекомендуемого типа вентилятора.

Главное правило монтажа радиатора

Установку радиатора охлаждения по месту применения необходимо проводить таким образом, чтобы его ребра охлаждения были параллельны потокам воздуха: при отсутствии принудительной вентиляции – вертикально, по потоку естественной циркуляции воздуха (снизу-вверх), либо в любом положении при наличии принудительного обдува с помощью вентилятора охлаждения.

Монтаж твердотельного реле на радиатор

При установке ТТР на радиатор необходимо использовать теплопроводящую пасту. Теплопроводящая паста – это, как правило, паста на силиконовой основе, обладающая хорошей теплопроводностью. Используется она в электронных устройствах для улучшения процесса отвода тепла от компонентов, смонтированных на радиаторе. Повышение эффективности теплоотдачи происходит за счет заполнения мелких пустот между поверхностями реле и радиатора, т. е. за счет компенсации шероховатостей и дефектов соприкасающихся поверхностей. Однако не стоит забывать, что теплопроводная паста способствует улучшению показателей теплоотвода только при правильном её нанесении.

При нанесении теплопроводной пасты на твердотельное реле внимание стоит уделять вопросу соблюдения оптимальной толщины и равномерности нанесенного слоя. Слишком толстый слой теплопроводного материала увеличивает тепловое сопротивление перехода «радиатор – реле» и препятствует нормальному отводу тепла от твердотельного реле. Неравномерный слой приводит к образованию между поверхностями реле и радиатора ещё большего количества воздушных пустот и резко повышает тепловое сопротивление перехода.

Оптимальным считается слой теплопроводной пасты до 40 мкм, когда через слой термопасты видна структура поверхности радиатора, поскольку этого вполне достаточно для покрытия шероховатости поверхностей. Целесообразно наносить пасту на радиатор с использованием ровного металлического шпателя, добиваясь распределения пасты пропорционально дефектам поверхности. После установки реле на радиатор с нанесенной термопастой необходимо осуществить «притирку» поверхностей. Притирка совершается небольшими колебательными движениями (до 5 мм, но без взаимного отрыва поверхностей) с одновременным прижимом реле к радиатору. Только после этого можно произвести фиксацию реле на радиаторе винтами.