Рекомендации по выбору твердотельных реле и особенности эксплуатации:

Твердотельное реле – это класс современных модульных полупроводниковых приборов, выполненных по гибридной технологии, содержащих в своем составе мощные силовые ключи на симисторных, тиристорных либо транзисторных структурах. Они с успехом используются для замены традиционных электромагнитных реле, контакторов и пускателей. Твердотельные реле обеспечивают наиболее надежный метод коммутации цепей.

Способы коммутации твердотельных реле:

1. Управление с коммутаций при переходе тока через ноль

Преимущества этого метода коммутации заключается в отсутствии помех создающихся при включении. Недостаткамиявляются прерывание выходного сигнала и невозможность использования на высокоиндуктивные нагрузки. Основное применение данного вида коммутации подходит для резистивной нагрузки (системы контроля и управления нагревом). Так же применяют на емкостные и слабоиндуктивные нагрузки.

2. Фазовое управление

Преимущества фазового метода регулирования заключается в непрерывности и плавности регулирования. Этот метод позволяет регулировать величину напряжения на выходе (регулятор мощности). Недостатком является наличие помех при переключении. Применяется для резистивных (системы управления нагревом), переменная резистивная нагрузка (инфракрасные излучатели) и индуктивных нагрузок (транcформаторы).

Ток и характер нагрузки

Одним из важнейших параметров для выбора реле является ток нагрузки. Для надежной и длительной эксплуатации необходимо выбирать реле с запасом по току, но при этом надо учитывать и пусковые токи, т.к. реле способно выдерживать 10-ти кратную перегрузку по току только в течение короткого времени (10мс). Так при работе на активную нагрузку (нагреватель) номинальный ток реле должен быть на 30-40% больше номинального тока нагрузки, а при работе на индуктивную нагрузку(электродвигатель) необходимо учитывать пусковой ток и запас по току должен быть увеличен в 6-10раз.

Примеры запаса по току для различных типов нагрузки

активная нагрузка (ТЭНы) – запас 30-40%
асинхронные электродвигатели – 6…10 кратный запас по току
лампы накаливания – 8…12 кратный запас по току
катушки электромагнитных реле – 4…10кратный запас по току

Расчет тока реле при активной нагрузке:

Однофазная нагрузка

Трехфазная нагрузка

Iреле=Pнагр/UPнагр=5кВт, U=220В

Iреле=5000/220=22,7А

Учитывая необходимый запас по току

выбираем реле на 40А.

Iреле=Pнагр/(U x 1,732)Pнагр=27кВт, U=380В

Iреле=27000/(380 x 1,732)=41,02А

С учетом запаса по току выбираем

реле на 60А.

Охлаждение

Еще одним немаловажным фактором для надежной работы твердотельных реле является его рабочая температура. При работе твердотельного реле на силовых элементахвыделяется большое количество тепла, которое необходимо отводить с помощью радиаторов охлаждения.

Выделение тепла вызвано электрическими потерями на силовых элементах реле. Заявленный номинальный ток реле способны коммутировать при его температуре не более 40°С. При увеличении температуры реле снижается его пропускная способность из расчета 20-25% на каждые 10°С. При температуре примерно 80°С его пропускная способность по току сводится к нулю и как следствие реле выходит из строя.

На температурный режим реле могут влиять многие факторы: место установки, температура окружающей среды, циркуляция воздуха, нагрузка на твердотельном реле и др. При использовании на «тяжелые» нагрузки (пуск асинхронного двигателя) необходимо применять дополнительные меры по усилению отвода тепла: устанавливать на радиатор большего размера, сделать принудительное охлаждение (установить вентилятор).

Защита

Твердотельные реле имеют встроенную RC-цепь для защиты от ложного включения при использовании на индуктивной нагрузке.
Для защиты от кратковременного перенапряжения со стороны нагрузки необходимо использовать варисторы. Они подбираются исходя из величины коммутируемого напряжения Uвар=1,6 – 2Uком.

Для защиты от перегрузки по току необходимо использовать быстродействующие полупроводниковые предохранители. Подбираются с учетом величины номинального токареле Iпр=1 – 1,3Iном. реле. Это самый эффективный способ защитить реле от перегрузки по току. Т.к. реле способно выдерживать только кратковременную (10мс) перегрузку, то использование автоматов защиты их не спасет от выхода из строя.
Для корректной работы твердотельного реле на маленькие токи нагрузки необходимо устанавливать шунтирующее сопротивление параллельно нагрузке.

Примеры применения

Основное применение твердотельные реле находят в системах управления нагревом. Твердотельные реле ZD3, VD, LA чаще всего применяют в технологических процессах где требуется поддержание температуры с большой точностью (ПИД, Fuzzy режим). При этом реле VD, LA будут обеспечивать плавную регулировку за счет фазового метода управления.

Твердотельные реле ZA2 чаще применяют в системах где не требуется высока точность поддержания температуры (двухпозиционный режим).

Твердотельные реле VA (управление потенциометром) применяют для ручной регулировки мощности на нагрузке. Таким реле можно отрегулировать мощность ТЭНа или ИК-излучателя, отрегулировать яркость свечения лампы накаливания.

Соблюдая определенный ряд условий твердотельные реле можно использовать для пуска асинхронных двигателей. Необходимо учитывать пусковые токи двигателя и реле подбирать с многократным запасом по току. Применять меры по дополнительному отводу тепла. Для защиты реле от кратковременных перенапряжений использовать варисторы, а для защиты от перегрузки по току быстродействующие предохранители.

Можно организовать управление группой реле от одного источника питания. В данном случае необходимо подобрать источник с мощностью достаточной для включения всей группы реле. При этом можно оставить возможность включения- выключения отдельного реле для управления требуемой зоной.