Твердотельные реле Crydom

Твердотельные реле представляют собой устройства для коммутации электрических цепей, в которых переключающим элементом являются полупроводниковые элементы, а цепи управления имеют гальваническую развязку от силовых цепей (как правило, при помощи оптопар). Впервые разработанные в начале 70-х, они с тех пор прошли значительный путь в сторону улучшения характеристик и на сегодня по праву занимают важное место среди коммутационной техники. Современные твердотельные реле, производимые компанией Crydom (Франция), строятся на основе тиристоров или симисторов (реле переменного тока) и биполярных или КМОП-транзисторов (реле постоянного тока). Благодаря использованию этих элементов они существенно отличаются от традиционно используемых электромеханических реле по своим параметрам и эксплуатационным характеристикам.

В качестве основного отличия твердотельных реле можно назвать отсутствие движущихся частей и механической коммутации. Благодаря этому они имеют существенно больший срок службы (отсутствуют дугообразование и эрозия контактов, нет механического износа движущихся частей) и повышенную стойкость к ударам и вибрации. Отсутствие искрения и дребезга при переключении приводит к снижению уровня помех. Отличают твердотельные реле также низкий ток цепей управления и отсутствие акустического шума при переключении. Высокое быстродействие обеспечивает существенно более высокие допустимые частоты переключения, чем у электромагнитных реле. Кроме того, твердотельные реле обладают значительно большей стойкостью к импульсным токам, чем электромагнитные. Также следует отметить более широкий диапазон напряжения управления, что делает их менее чувствительными к провалам и всплескам напряжения управления.

Все реле, производимые в настоящее время компанией Crydom, можно разделить по функциональному назначению на коммутирующие и реле управления.

Коммутирующие реле обеспечивают переключение цепей, подключенных к силовым контактам, в соответствии с сигналом, поданным на цепь управления. По конфигурации контактов большинство твердотельных реле Crydom являются замыкающими (нормально открытые) с одним контактом. Размыкающие реле (нормально закрытые) доступны в качестве опции в отдельных сериях, например Series 1, DC60, MP. Реле с двумя и тремя контактами также доступны в отдельных сериях (Series One DR, UPD).

Реле управления являются более сложными устройствами и обеспечивают коммутацию подключенной нагрузки по определенному алгоритму. В настоящее время Crydom выпускает следующие основные их типы:

• Пропорциональный контроллер — реле, обеспечивающее регулирование напряжения, подаваемого на нагрузку, путем изменения угла открывания тиристоров, в зависимости от сигнала управления.
• Реле, регулирующее напряжение на нагрузке методом burst-fire («стрельба очередями»). В зависимости от сигнала управления на нагрузку с постоянным периодом пропускается несколько периодов сетевого напряжения (рис. 1). По сравнению с регулированием по углу открывания тиристора этот способ позволяет несколько снизить уровень помех, выдаваемых в питающую сеть.
  

  Рис. 1. Регулирование переменного напряжения способом burst-fire («стрельба очередями»)

• Реле контроля температуры. Эта разновидность имеет специальные входы для подключения термопары и регулирует напряжение на подключенной нагрузке, поддерживая постоянную температуру.
• Контроллер плавного пуска/останова. Это устройство позволяет плавно увеличивать напряжение на нагрузке при ее включении и выключении. Такое управление позволяет исключить выбросы при включении нагрузок и импульсные помехи при их отключении.

По способу монтажа твердотельные реле Crydom можно разделить на несколько семейств: для установки на радиатор, на печатную плату, в специальные панели и на DIN-рейку (рис. 2–5). Наиболее мощными являются реле для установки на радиатор. Они собираются на металлическом основании, благодаря которому можно обеспечить хороший тепловой контакт полупроводниковых приборов внутри реле и радиатора, что позволяет использовать их во всем диапазоне мощностей и температур. В таблице приводится информация по коммутируемым токам и напряжениям в зависимости от способа установки для выпускаемых в настоящее время твердотельных реле Crydom.

Рис. 2. Реле для установки на радиатор

Рис. 3. Реле для установки на DIN-рейку

Рис. 4. Реле для установки на плату

Рис. 5. Реле для установки в панель

Каталог Crydom предлагает широкий выбор твердотельных реле не только по номиналу, но и по управляющему сигналу. Доступны варианты как с низковольтным переменным напряжением 18–36 В, так и с управлением от сетевого переменного напряжения 90–265 В. Имеются различные варианты и с управлением по постоянному току, обеспечивающие диапазон управляющих напряжений 3–72 В. В некоторых сериях реле доступны варианты с управлением по току 10–35 мА. Использование управления по току повышает устойчивость реле к помехам по цепи управления.

Важной особенностью твердотельных реле переменного тока является возможность различного выбора момента коммутации нагрузки относительно периода сетевого напряжения. Crydom выпускает несколько исполнений, отличающихся по этому параметру. Реле в исполнении с произвольным выбором момента включения (random-fire) производит включение немедленно после подачи управляющего сигнала. Это исполнение рекомендуется для применения с индуктивными нагрузками или в тех случаях, когда необходимо включение реле в точно определенные моменты времени. В случае исполнения с включением по нулю напряжения (zero-crossing) включение производится в ближайший после подачи управляющего сигнала момент времени, когда коммутируемое напряжение достигает нуля. Данный тип переключения целесообразно использовать при коммутации емкостных и резистивных нагрузок, в тех случаях, когда некритично точное время переключения реле в пределах одного периода сетевого напряжения.

Большой опыт работы в области твердотельных реле позволяет компании регулярно выпускать новые серии.

Одна из последних новинок — твердотельное реле переменного тока серии H1, которое способно выдерживать импульсное напряжение до 1600 В. Повышенное импульсное напряжение позволяет применять их для работы в тяжелых промышленных условиях, где высокие номинальные значения сетевого напряжения дополняются значительными коммутационными перенапряжениями. Реле выпускается в корпусе для монтажа на радиатор с номинальным напряжением 660 В и номинальными токами 25–90 А.