Рекомендации по выбору и особенности эксплуатации
Способы коммутации твердотельных реле:
1. Управление с коммутаций при переходе тока через ноль
Преимущество этого метода коммутации заключается в отсутствии помех создающихся при включении. Недостатками являются прерывание выходного сигнала и невозможность использования на высокоиндуктивные нагрузки. Основное применение данного вида коммутации подходит для резистивной нагрузки (системы контроля и управления нагревом). Также применяют на емкостные и слабоиндуктивные нагрузки.
2. Фазовое управление
Преимущество фазового метода регулирования заключается в непрерывности и плавности регулирования. Этот метод позволяет регулировать величину напряжения на выходе путем изменения формы (регулятор мощности). Недостатком является наличие помех при переключении. Применяется для резистивных (системы управления нагревом), переменных резистивных (инфракрасные излучатели), индуктивных нагрузок (транcформаторы) и управление освещением (лампы накаливания).
Ток и характер нагрузки
Одним из важнейших параметров для выбора ТР 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. ТР способно выдерживать 10-ти кратную перегрузку по току только в течение короткого времени (10мс). Так при работе на активную нагрузку (нагреватель) номинальный ток 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 6-10 раз.
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…10 кратный запас по току
Расчет тока реле при активной нагрузке:
 |
 |
| Iреле = Pнагр / U Pнагр = 5кВт, U = 220В Iреле = 5000 / 220 = 22,7А Учитывая необходимый запас по току выбираем ТР 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 ТР на 60А. |
Охлаждение
Еще одним немаловажным фактором для надежной работы твердотельных реле является его рабочая температура. При работе SSR из-за потерь на силовых элементах выделяется большое количество тепла, которое необходимо отводить с помощью радиаторов охлаждения. Заявленный номинальный ток реле способны коммутировать при его температуре не более 40°С. При увеличении температуры ТР 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 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. Следует отметить, что современные ТР выдерживают значительные перенапряжения и без применения варисторов. Гораздо опаснее для ТР перегрузка по току.
- Для защиты от перегрузки по току необходимо использовать специальные быстродействующие полупроводниковые предохранители. Они подбираются с учетом величины номинального тока реле Iпр=1 - 1,3Iном., причем само ТР должно быть с гораздо большим запасом по току, в т.ч. учитывая пусковые токи нагрузки. Это самый эффективный способ защитить ТР от перегрузки по току. Поскольку реле способно выдерживать только кратковременную (10мс) перегрузку, то использование автоматов защиты не спасет их от выхода из строя.
- Для корректной работы твердотельного реле при маленьких токах нагрузки (соизмеримых с током утечки) необходимо устанавливать шунтирующее сопротивление параллельно нагрузке.
Примеры применения
Основное применение ТР 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 высокая точность поддержания температуры (двухпозиционный режим).
Твердотельные реле VA (управление переменным резистором) применяют для ручной регулировки мощности на нагрузке. Таким устройством можно отрегулировать мощность ТЭНа или ИК-излучателя, изменять яркость свечения лампы накаливания.
Соблюдая определенный ряд условий, твердотельные реле можно использовать для пуска асинхронных двигателей. Необходимо учитывать пусковые токи двигателя и ТР подбирать с многократным запасом по току. Применять меры по дополнительному отводу тепла. Для защиты ТР 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.
