Doe-het-zelf solid-state relais: montage-instructies en aansluittips

Een solid-state relais (SSR) is een apparaat uit een reeks niet-mechanische elektronische componenten.De afwezigheid van mechanica biedt meer mogelijkheden voor elektronicaliefhebbers om met hun eigen handen een solid-state relais te maken voor persoonlijk gebruik.

Laten we deze mogelijkheid in meer detail bekijken.

Ontwerp en werkingsprincipe van TTR

Hoewel de meeste van dergelijke elektronica traditioneel bewegende delen van contactgroepen bevatten, heeft een solid-state relais dergelijke delen helemaal niet. Het schakelen van circuits door het apparaatcircuit wordt uitgevoerd volgens het principe van een elektronische sleutel. En de rol van elektronische sleutels wordt meestal gespeeld door halfgeleiders die in het relaislichaam zijn ingebouwd - vermogenstransistors, triacs, thyristoren.

Voordat u zelf een solid-state relais probeert te maken, is het logisch om vertrouwd te raken met het basisontwerp van dergelijke apparaten en het principe van hun werking te begrijpen.

Industriële productie produceert solid-state relais met verschillende configuraties, ontworpen voor verschillende praktische omstandigheden. De keuze aan aanpassingen is uitgebreid

Als onderdeel van een grondige studie van het apparaat moeten onmiddellijk de voordelige aspecten van TTP worden benadrukt:

• schakelen van krachtige belasting;
• hoge schakelsnelheid;
• ideale galvanische isolatie;
• vermogen om gedurende korte tijd hoge overbelastingen vast te houden.

Onder mechanische constructies is het echt niet mogelijk om een ​​relais met vergelijkbare parameters te vinden. Over het algemeen worden de voordelen van solid-state relais ten opzichte van hun mechanische tegenhangers uitgedrukt in een indrukwekkende lijst.

Twee elektronische apparaten die functioneel zorgen voor circuitschakeling: links is gebaseerd op een solid-state ontwerp, rechts is een traditioneel mechanisch schakelsysteem

De bedrijfsomstandigheden voor TSR beperken het gebruik van deze apparaten praktisch niet. Bovendien heeft de afwezigheid van bewegende mechanische onderdelen een gunstig effect op de levensduur van de apparaten. Er is dus alle reden om aan een solid-state relais te gaan werken - om het apparaat zelf in elkaar te zetten.

In alle eerlijkheid is het echter, naast de positieve aspecten, de moeite waard om de eigenschappen van het relais op te merken, die als nadelen worden gekenmerkt. Voor de werking van krachtige apparaten is dus in de regel een extra ontwerpcomponent vereist, die is ontworpen om warmte af te voeren.

Bij het schakelen van een krachtige belasting worden solid-state relais vrijwel altijd aangevuld met krachtige koelradiatoren. Dit punt bemoeilijkt het gebruik van TTP enigszins

Koelradiatoren voor solid-state relais hebben totale afmetingen die meerdere malen groter zijn dan de afmetingen van solid-state relais, wat het gemak en de rationaliteit van de installatie vermindert.

TSR-apparaten geven tijdens bedrijf (in gesloten toestand) een tegengestelde lekstroom en vertonen een niet-lineaire stroom-spanningskarakteristiek. Niet alle solid-state relais kunnen zonder beperkingen worden gebruikt wat betreft de eigenschappen van de geschakelde spanningen.

Ontwerp uitsluitend voor gebruik in circuits die worden gevoed door gelijkstroom. Meestal onderscheiden deze apparaten zich door hun kleine afmetingen en een laag schakelvermogen.

Bepaalde soorten apparaten zijn ontworpen om alleen gelijkstroom te schakelen. De introductie van solid-state relais in een circuit vereist doorgaans aanvullende maatregelen gericht op het blokkeren van valse alarmen.

Solid-state relais zijn vaak in het algemeen te vinden elektrisch paneel van het appartement.

Hoe werkt een solid-state relais?

Het stuursignaal (meestal een lage spanning afkomstig van bijvoorbeeld een regelcontroller) wordt geleverd aan de LED van het opto-elektronische paar dat aanwezig is in het SSR-circuit. De LED begint licht uit te zenden naar de fotodiode, die op zijn beurt opent en stroom begint door te geven.

Een algemeen SSR-diagram dat duidelijk laat zien hoe een elektronisch apparaat functioneert: 1 – stuurspanningsbron; 2 – optocoupler in de relaisbehuizing; 3 – laadstroombron; 4 - laden

De stroom die door de fotodiode gaat, arriveert bij de stuurelektrode van de sleuteltransistor of thyristor. De sleutel opent en sluit het belastingscircuit.

Zo werkt de schakelfunctie van het apparaat. Alle elektronica zit traditioneel in een monolithische behuizing. Daarom werd het apparaat eigenlijk een solid-state relais genoemd.

U kunt lezen hoe u een solid-state relais aansluit dit materiaal.

Soorten solid-state schakelaars

Het volledige bestaande assortiment apparaten kan in groepen worden verdeeld op basis van de categorie van de aangesloten belasting, kenmerken van spanningsregeling en schakelen.

Er zullen dus in totaal drie groepen zijn:

1. Apparaten die werken in gelijkstroomcircuits.
2. Apparaten die werken in wisselstroomcircuits.
3. Universele ontwerpen.

De eerste groep wordt vertegenwoordigd door apparaten met stuurspanningsparameters van 3 - 32 volt. Dit zijn relatief kleine elektronica, uitgerust met LED-indicatie, die zonder onderbreking kunnen functioneren bij temperaturen van -35 / +75 ºC.

Een veelgebruikt ontwerp van een elektronisch apparaat voor gebruik in een enkelfasig elektrisch netwerk.Er zijn ook andere ontwerpopties, maar veel minder vaak.

De tweede groep bestaat uit apparaten die bedoeld zijn voor installatie in wisselspanningsnetwerken. Hier zijn de ontwerpen van TSR's voor installatie in AC-netwerken, bestuurd door een spanning van 24 - 250 volt. Er zijn apparaten die hoge stroombelastingen kunnen schakelen.

De derde groep bestaat uit apparaten voor universeel gebruik. De circuits van dit type apparaat ondersteunen handmatige configuratie voor gebruik onder bepaalde omstandigheden.

Op basis van de aard van de aangesloten belasting moeten twee soorten AC solid-state relais worden onderscheiden: eenfasig en driefasig. Beide typen zijn ontworpen voor het schakelen van redelijk krachtige belastingen bij stromen van 10 - 75 A. In dit geval kunnen piekstroomwaarden op korte termijn 500 A bereiken.

Een veelgebruikte versie voor gebruik in een driefasig elektrisch netwerk. Vaak gebruikt als lineaire regelaar van krachtige elektrische verwarmers (TEH)

De door solid-state relais geschakelde belasting kan capacitieve, resistieve of inductieve circuits zijn. De schakelaarontwerpen maken een soepele bediening van bijvoorbeeld verwarmingselementen, gloeilampen en elektromotoren mogelijk zonder onnodig geluid.

De bedrijfsbetrouwbaarheid is vrij hoog. Maar in veel opzichten hangt de stabiliteit en duurzaamheid van solid-state relais af van de kwaliteit van de productproductie. Apparaten geproduceerd onder een bepaalde merknaam “Impuls” staan ​​dus vaak bekend om hun korte levensduur.

Aan de andere kant laten de producten van Schneider Electric geen ruimte voor kritiek.

Hoe maak je een TTP met je eigen handen?

Gezien het ontwerpkenmerk van het apparaat (monoliet), wordt het circuit niet zoals gebruikelijk op een textolietbord gemonteerd, maar door opbouwmontage.

Dit is hoe een zelfgemaakt solid-state relaisontwerp eruit ziet. Het is niet moeilijk om zoiets te doen. Het enige wat je nodig hebt zijn basisvaardigheden op het gebied van elektronica en elektricien. De materiaalkosten zijn klein

Er zijn veel circuitoplossingen in deze richting te vinden. De specifieke optie is afhankelijk van het benodigde schakelvermogen en andere parameters.

Elektronische componenten voor circuitmontage

De lijst met elementen van een eenvoudig circuit voor praktische ontwikkeling en constructie van een solid-state relais met uw eigen handen is als volgt:

1. Optocoupler type MOS3083.
2. Triac-type VT139-800.
3. Transistorserie KT209.
4. Weerstanden, zenerdiode, LED.

Alle gespecificeerde elektronische componenten worden bij opbouwmontage gesoldeerd volgens het volgende schema:

Schematisch diagram van een solid-state relais met laag vermogen voor doe-het-zelf-montage. Dankzij een klein aantal onderdelen en een eenvoudige scharnierende installatie kunt u het circuit zonder problemen solderen

Dankzij het gebruik van de MOS3083 optocoupler in het stuursignaalgeneratiecircuit kan de ingangsspanning variëren van 5 tot 24 volt.

En dankzij een keten bestaande uit een zenerdiode en een begrenzingsweerstand wordt de stroom die door de controle-LED gaat tot een minimum beperkt. Deze oplossing garandeert een lange levensduur van de controle-LED.

Controleren van de samengestelde schakeling op functionaliteit

Het samengestelde circuit moet worden gecontroleerd op functionaliteit. In dit geval is het niet nodig om via een triac een belastingsspanning van 220 volt op het schakelcircuit aan te sluiten. Het volstaat om een ​​meetapparaat – tester – parallel aan de triac-commutatielijn aan te sluiten.

Controle van de prestaties van een solid-state relais met behulp van een meetapparaat.Als er een stuurspanning op de apparaatingang wordt gezet, moet de triac-overgang open zijn

De meetmodus van de tester moet worden ingesteld op “mOhm” en er moet stroom (5-24V) worden geleverd aan het circuit voor het genereren van stuurspanning. Als alles correct werkt, zou de tester een verschil in weerstand moeten laten zien van “mOhm” tot “kOhm”.

Constructie van een monolithisch lichaam

Onder de basis van de behuizing van het toekomstige solid-state relais heb je een aluminium plaat van 3-5 mm dik nodig. De afmetingen van de plaat zijn niet kritisch, maar moeten overeenkomen met de voorwaarden voor effectieve warmteafvoer uit de triac bij het verwarmen van dit elektronische element.

Frame voor het gieten van de behuizing van het toekomstige apparaat. Gemaakt van kartonnen strippen of andere geschikte materialen. Bevestigd op een aluminium ondergrond met universele lijm

Het oppervlak van de aluminiumplaat moet vlak zijn. Bovendien moeten beide zijden worden verwerkt - gereinigd met fijn schuurpapier en gepolijst.

In de volgende fase wordt de voorbereide plaat uitgerust met "bekisting" - een rand van dik karton of plastic wordt rond de omtrek gelijmd. Je zou een soort doos moeten krijgen, die later wordt gevuld met epoxyhars.

Een elektronisch solid-state relaiscircuit, samengesteld met een "luifel", wordt in de gemaakte doos geplaatst. Alleen de triac wordt op het oppervlak van de aluminiumplaat geplaatst.

Bevestiging van de triac op een aluminium ondergrond. De belangrijkste voorwaarde is dat dit elektronische onderdeel stevig op de metalen basis moet worden gedrukt. Dit is de enige manier om een ​​hoogwaardige warmteafvoer en een betrouwbare werking te garanderen.

Er mogen geen andere circuitonderdelen of geleiders in aanraking komen met het aluminiumsubstraat. De triac wordt aan het aluminium bevestigd met dat deel van de behuizing dat is ontworpen voor installatie op een radiator.

Op het contactgebied van het triaclichaam en het aluminiumsubstraat moet warmtegeleidende pasta worden gebruikt. Sommige merken triacs met een niet-geïsoleerde anode moeten via een mica-pakking worden geïnstalleerd.

Een mogelijkheid om een ​​triac met een klinknagel aan de ondergrond te bevestigen. Aan de achterkant wordt de klinknagel vlak met het oppervlak van het substraat afgevlakt

De triac moet met een soort gewicht stevig op de basis worden gedrukt en rond de omtrek worden gevuld met epoxylijm of op een of andere manier worden vastgezet zonder het gladde oppervlak van de achterkant van het substraat te verstoren (bijvoorbeeld met een klinknagel).

Het mengsel voorbereiden en het lichaam gieten

Om het vaste lichaam van een elektronisch apparaat te vervaardigen, moet u een samengesteld mengsel maken. De samenstelling van het samengestelde mengsel is gemaakt op basis van twee componenten:

1. Epoxyhars zonder verharder.
2. Albast poeder.

Dankzij de toevoeging van albast lost de meester twee problemen tegelijk op: hij verkrijgt een uitputtend volume van de gietmassa bij het nominale verbruik van epoxyhars en creëert een vulling met optimale consistentie.

Het mengsel moet goed gemengd worden, waarna je de verharder kunt toevoegen en opnieuw goed kunt mengen. Vervolgens wordt de "scharnierende" installatie in de kartonnen doos zorgvuldig gevuld met de gecreëerde verbinding.

Zo ziet een voltooide kopie van een doe-het-zelf solid-state relais eruit. Enigszins ongebruikelijk en niet erg presentabel, maar redelijk betrouwbaar

Het vullen gebeurt tot het hoogste niveau, waardoor slechts een deel van de controle-LED-kop op het oppervlak achterblijft. In eerste instantie ziet het oppervlak van de compound er misschien niet helemaal glad uit, maar na enige tijd zal het beeld veranderen. Het enige dat overblijft is wachten tot het gietstuk volledig is uitgehard.

In feite kunt u elke oplossing gebruiken die geschikt is voor gieten.Het belangrijkste criterium is dat de gietsamenstelling niet elektrisch geleidend mag zijn, en dat er na het stollen een goede mate van gietstijfheid moet worden gevormd. De gegoten solid-state relaisbehuizing is een soort bescherming voor het elektronische circuit tegen onbedoelde fysieke schade.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Deze video laat zien hoe en op basis van welke elektronische componenten een solid-state relais kan worden gemaakt. De auteur vertelt duidelijk over alle details van de productiepraktijken die hij persoonlijk tegenkwam tijdens de productie van een elektronische schakelaar:

Video over een probleem dat u kunt tegenkomen na aankoop van een enkelfasige SSR bij verkopers uit China. Onderweg voert hij een soort beoordeling uit van het ontwerp van het schakelapparaat:

Zelfproductie van solid-state relais is een heel mogelijke oplossing, maar dan met betrekking tot producten voor laagspanningsbelastingen die relatief weinig stroom verbruiken.

Het is moeilijk om krachtigere en hoogspanningsapparaten met uw eigen handen te maken. En deze financiële onderneming zal hetzelfde bedrag kosten als de fabriekskopie wordt gewaardeerd. Dus, indien nodig, is het gemakkelijker om een ​​kant-en-klaar industrieel apparaat te kopen.

Als je vragen hebt over het monteren van een solid-state relais, stel ze dan in het opmerkingenveld. We zullen proberen ze een heel duidelijk antwoord te geven. Daar kunt u uw ervaringen met het zelf maken van relais delen of waardevolle informatie geven over het onderwerp van het artikel.