Szilárdtest relé házilag: összeszerelési útmutató és csatlakoztatási tanácsok

A szilárdtestrelé (SSR) a nem mechanikus működésű elektronikus alkatrészek sorozatába tartozó készülék. A mechanika hiánya több lehetőséget nyújt az elektronika rajongóinak, hogy saját kezűleg készítsenek szilárdtestrelét személyes használatra.

Vizsgáljuk meg ezt a lehetőséget részletesebben.

Az SSR felépítése és működési elve

Míg a hasonló elektronikák nagy része hagyományosan mozgó érintkezőcsoportokat tartalmaz, addig a szilárdtestrelé egyáltalán nem rendelkezik ilyen alkatrészekkel. Az áramkör kapcsolását a készülék áramköre elektronikus kapcsoló elvén végzi. Az elektronikus kapcsolók szerepét pedig általában a relé testébe épített félvezetők – teljesítménytranzisztorok, triakok, tirisztorok – töltik be.

Mielőtt megpróbálna saját kezűleg szilárdtestrelét készíteni, logikus, hogy megismerkedjen az ilyen eszközök alaapvető felépítésével, és megértse működésük elvét.

Az ipari gyártás különböző konfigurációjú szilárdtestreléket állít elő, amelyeket a legkülönfélébb gyakorlati alkalmazási feltételekhez terveztek. A módosítások választéka széles.

A készülék alapos tanulmányozása során azonnal ki kell emelni az SSR előnyös tulajdonságait:

• nagy terhelés kapcsolása;
• magas kapcsolási sebesség;
• tökéletes galvanikus leválasztás;
• rövid ideig tartó nagy túlterhelések elviselésének képességé.

A mechanikus konstrukciók között valójában lehétetlen ilyen paraméterekkel rendelkező relét találni. Összességében a szilárdtestrelék előnyei a mechanikus társaikkal szemben lenyűgöző listát alkotnak.

Két elektronikus készülék, amelyek funkcionálisan biztosítják az áramkörök kapcsolását: bal oldalon szilárdtest konstrukcióra épül, jobb oldalon – hagyományos mechanikus kapcsolórendszer.

Az SSR-ek üzemeltetési feltételei gyakorlatilag nem korlátozzák ezen eszközök alkalmazását. Ráadásul a mozgó mechanikus alkatrészek hiánya kedvezően hat a készülékek élettartamára. Tehát minden ok megvan arra, hogy szilárdtestrelével foglalkozzon – saját kezűleg összeállítsa a készüléket.

Az igazság kedvéért azonban a pozitívumok mellett meg kell említeni a relé olyan tulajdonságait is, amelyek hátrányként jellemezhetők. Így nagy teljesítményű készülékek üzemeltetéséhez általában egy további szerkezeti elemre van szükség, amely a hő elvezetésére szolgál.

Nagy terhelés kapcsolása esetén a szilárdtest kivitelű relék szinte mindig erős hűtőradiátorokkal vannak kiegészítve. Ez a tény némileg megnehezíti a TTR-ek alkalmazását.

A szilárdtest-relék hűtőradiátorainak méretei többszörösen meghaladják a TTR-ek méreteit, ami csökkenti a beszerelés kényelmét és ésszerűségét.

A TTR készülékek üzemeltetés közben (zárt állapotban) fordított szivárgási áramot produkálnak, és nemlineáris feszültség-áram jelleggörbét mutatnak. Nem minden szilárdtest-relé használható korlátozások nélkül a kapcsolt feszültségek jellemzői tekintetében.

Olyan kivitel, amely csak egyenárammal táplált áramkörökben használható. Ezeket a készülékeket általában kis méret és alacsony kapcsolási teljesítmény jellemzi.

Egyes típusú készülékek csak egyenáram kapcsolására szolgálnak. A szilárdtest-relék áramkörbe történő beépítése általában további intézkedéseket igényel a téves működések blokkolása érdekében.

Szilárdtest-relékkel gyakran találkozhatunk a lakás általános elosztószekrényében.

Hogyan működik a szilárdtestrelé?

A vezérlőjel (általában alacsony szintű feszültség, amely például a vezérlő kontrollertől érkezik) a TTR áramkörében található optoelektronikus pár LED-jére kerül. A LED fényt kezd kibocsátani a fotodióda felé, amely ennek hatására kinyit, és elkézdi átengedni az áramot.

A TTR általános kapcsolási rajza, amely szémléletesen mutatja, hogyan működik az elektronikus eszköz: 1 – vezérlőfeszültség forrása; 2 – optopár a relé házában; 3 – terhelőáram forrása; 4 – terhelés

A fotodiódan áthaladó áram a kapcsoló tranzisztor vagy tirisztor vezérlőelektródájára jut. A kapcsoló kinyit, és zárja a terhelés áramkörét.

Így működik a készülék kapcsolási funkciója. Az összes elektronika hagyományosan egy monolitikus házba van zárva. Valójában ezért kapta a készülék a szilárdtest-relé nevet.

Arról pedig, hogy hogyan kell csatlakoztatni a szilárdtest-relét, ebben a cikkben olvashat.

A szilárdtest kapcsolók fajtái

A meglévő készülékválaszték feltételesen csoportokra osztható a csatlakoztatott terhelés kategóriája, a vezérlés sajátosságai és a feszültségek kapcsolása alapján.

Így összesen három csoportot különböztethetünk meg:

1. Egyenáramú áramkörökben működő készülékek.
2. Váltakozó áramú áramkörökben működő készülékek.
3. Univerzális kivitelek.

Az első csoportot olyan készülékek alkotják, amelyek üzemi vezérlőfeszültség paraméterei 3–32 volt. Ez egy viszonylag kis méretű elektronika, LED-es kijelzővel, amely -35 / +75 °C hőmérsékleten is zavartalanul működik.

Széles körben elterjedt kivitelű elektronikus készülék egyfázisú elektromos hálózatban való használatra. Más kivitelek is előfordulnak, de lényegesen ritkábban.

A második csoportba a váltakozó feszültségű hálózatokba való beépítésre szánt eszközök tartoznak. Itt olyan SSR (szilárdtest relé) kivitelek szerepelnek, amelyek 24–250 voltos feszültséggel vezérelhetők, és váltakozó áramú hálózatokba építhetők. Vannak olyan eszközök, amelyek nagy teljesítményű terhelést is képesek kapcsolni.

A harmadik csoportba az univerzális rendeltetésű készülékek tartoznak. Az ilyen típusú eszközök áramköri kialakítása lehetővé teszi a kézi beállítást a különböző körülmények közötti használatra.

Ha a csatlakoztatott terhelés jellegéből indulunk ki, akkor kétféle váltakozó áramú szilárdtest relét különböztethetünk meg: egyfázisú és háromfázisú. Mindkét típus 10 – 75 A áramerősség mellett képes kellően nagy teljesítményű terhelés kapcsolására. A csúcs rövid idejű áramértékek elérhetik az 500 A-t is.

Széles körben elterjedt kivitel háromfázisú elektromos hálózatban való használatra. Gyakran alkalmazzák nagy teljesítményű elektromos fűtőtestek (fűtőbetétek) lineáris szabályozójaként.

A szilárdtest relék által kapcsolt terhelés lehet kapacitív, rezisztív vagy induktív áramkör. A kapcsolók kialakítása lehetővé teszi a zajmentes, folyamatos szabályozást, például fűtőelemek, izzólámpák, villanymotorok esetében.

A működés megbízhatósága kellően magas. Azonban a szilárdtest relék stabilitása és élettartama nagymértékben függ a gyártás minőségétől. Például az „Impuls” védjegy alatt gyártott eszközök gyakran rövid élettartamúak.

Másrészt a Schneider Electric cég termékei nem adnak okot a kritikára.

Hogyan készítsünk SSR-t saját kezűleg?

Figyelembe véve a készülék szerkezeti sajátosságát (monolit), az áramkört nem a szokásos textolitlapra, hanem szabad vezetékezéssel szerelik össze.

Így néz ki a házi készítésű szilárdtest relé. Nem nehéz hasonlót készíteni. Csak alapvető elektronikai és villanyszerelői ismeretekre van szükség. Az anyagköltség csekély.

Ezen a téren számos áramköri megoldás található. A konkrét változat a kívánt kapcsolási teljesítménytől és egyéb paraméterektől függ.

Elektronikus alkatrészek az áramkör összeszereléséhez

Az egyszerű áramkör elemeinek listája a szilárdtest relé gyakorlati elsajátításához és saját kezű megépítéséhez a következő:

1. MOC3083 típusú optocsatoló.
2. BT139-800 típusú triac.
3. KT209 sorozatú tranzisztor.
4. Ellenállások, zener-dióda, LED.

Az összes említett elektronikus alkatrész szabad szereléssel forrasztandó a következő kapcsolási rajz szerint:

Alacsony fogyasztású szilárdtest relé elvi kapcsolási rajza barkácsoláshoz. A kevés alkatrész és az egyszerű szabad szerelés lehetővé teszi a kapcsolás könnyű összeforrasztását.

A MOC3083 optocsatoló használatának köszönhetően a vezérlőjel-generáló áramkörben a bemeneti feszültség 5 és 24 volt között változhat.

A zener-diódából és határoló ellenállásból álló láncnak köszönhetően az ellenőrző LED-en átfolyó áram a lehető legkisebbre csökken. Ez a megoldás biztosítja az ellenőrző LED hosszú élettartamát.

Az összeállított áramkör működőképességének ellenőrzése

Az összeszerelt áramkört meg kell vizsgálni a működőképesség szempontjából. Nem szükséges a 220 voltos terhelőfeszültséget a triakon keresztül a kapcsoló áramkörbe kapcsolni. Elég, ha a triak kapcsolóvonalával párhuzamosan csatlakoztatunk egy mérőműszert – egy tesztet.

A szilárdtest relé működőképességének ellenőrzése mérőműszer segítségével. Ha a készülék bemenetére vezérlőfeszültséget kapcsolunk, a triak átmenetének nyitva kell lennie.

A teszter mérési üzemmódját „MΩ”-ra kell állítani, és tápfeszültséget (5-24 V) kell kapcsolni a vezérlőfeszültség-generáló áramkörre. Ha minden megfelelően működik, a teszternek az ellenállás változását kell mutatnia MΩ-tól kΩ-ig.

A monolit ház kialakítása

A jövőbeli szilárdtest relé házának alapjához egy 3-5 mm vastagságú alumíniumlemezre lesz szükség. A lemez méretei nem kritikusak, de meg kell felelniük a triak hatékony hőelvezetésének ezen elektronikus alkatrész felmelegedésekor.

A jövőbeli készülék házának öntéséhez szükséges váz. Kartoncsíkból vagy más megfelelő anyagokból készül. Az alumínium alaplapra univerzális ragasztóval rögzítve.

Az alumíniumlemez felületének síknak kell lennie. Ezenkívül mindkét oldalt meg kell munkálni – finom csiszolópapírral letisztítani, fényesíteni.

A következő lépésben az előkészített lemezt „zsaluzattal” látjuk el – a kerület mentén vastag kartonból vagy műanyagból készült szegélyt ragasztunk. Egyfajta doboznak kell kialakulnia, amelyet később epoxigyantával öntenek ki.

A létrehozott doboz belsejébe helyezzük a „szabadon szerelt” elektronikus áramkört a szilárdtest reléből. Az alumíniumlemez felületére csak a triak kerül.

A triak rögzítése az alumínium alaplapon. A fő feltétel – ezt az elektronikus alkatrészt szorosan hozzá kell nyomni a fém alaphoz. Csak így biztosítható a minőségi hőelvezetés és a megbízható működés.

Semmilyen más alkatrész és áramköri vezeték nem érintheti az alumínium hordozót. A triakot az alumíniumhoz a ház azon részével kell illeszteni, amely radiátorra szerelésre van tervezve.

Hővezető pasztát kell használni a triak házának és az alumínium hordozónak az érntkezési felületén. Néhány, nem szigetelt anódos triak márkát feltétlenül csillámalátéten keresztül kell felszerelni.

A triak rögzítésének lehetősége a hordozóhoz szegecseléssel. A szegecs a másik oldalon a hordozó felületével egy síkba lapítva kerül kialakításra.

A triakot szorosan hozzá kell nyomni az alaphoz valamilyen súllyal, és a kerület mentén epoxi ragasztóval ki kell tölteni, vagy valamilyen módon rögzíteni kell anélkül, hogy megsértené a hordozó hátoldalának simaságát (például szegeccsel).

A kompaund elkészítése és a ház kiöntése

Az elektronikus eszköz szilárd testének elkészítéséhez kompaund keveréket kell előállítani. A kompaund keverék összetétele két komponensen alapul:

1. Epoxigyanta keményítő nélkül.
2. Alabástrompor.

Az alabástrom hozzáadásának köszönhetően a mester két feladatot old meg egyszerre – elegendő mennyiségű öntőkompaundot kap a névleges epoxigyanta-felhasználás mellett, és optimális állagú öntvényt hoz létre.

A keveréket alaposan össze kell keverni, majd hozzáadható a keményítő, és újra alaposan össze kell keverni. Ezután óvatosan kiöntik a „függő” szerelést a kartondoboz belsejében az elkészített kompaunddal.

Így néz ki egy házilag összeszerelt szilárdtestrelé kész példánya. Kicsit szokatlan és nem túl reprezentatív, de elég megbízható.

Az öntést a felső szintig végzik, a felületen csak az ellenőrző LED fejének egy részét hagyva. Kezdetben a kompaund felülete nem tűnhet teljesen simának, de egy idő után a kép megváltozik. Már csak várni kell az öntvény teljes megszilárdulására.

Lényegében bármilyen, öntésre alkalmas oldat alkalmazható. A fő kritérium, hogy az öntőanyag ne legyen elektromosan vezető, és a megszilárdulás után jó merevségi fokot kell elérnie. A szilárdtestrelé öntött háza egyfajta védelmet nyújt az elektronikus áramkör számára a véletlen fizikai sérülésekkel szemben.

Következtetések és hasznos vidéó a témából

Ez a videó bemutatja, hogyan és milyen elektronikus alkatrészek alapján lehet szilárdtestrelét készíteni. A szerző érthetően elmagyarázza a gyakorlati gyártás minden részletét, amellyel személyesen találkozott az elektronikus kapcsoló gyártása során:

Videó arról a problémáról, amellyel a kínai eladóktól vásárolt egyfázisú SSR után találkozhat. Eközben egyfajta áttekintést ad a kapcsolóeszköz felépítéséről:

A szilárdtestrelék saját kezű elkészítése teljesen lehetséges megoldás, de alacsony feszültségű, viszonylag kis teljesítményt fogyasztó terhelésekhez készült termékek esetén alkalmazható.

Erősebb és nagyfeszültségű készülékeket nehéz otthon elkészíteni. Ráadásul ez a vállalkozás anyagilag ugyanannyiba kerülne, mint amennyibe a gyári példány. Így ha szükséges, egyszerűbb készen megvásárolni egy ipari gyártású készüléket.

Ha kérdései merülnek fel a szilárdtestrelé összeszerelésével kapcsolatban, kérjük, tegye fel őket a megjegyzés rovatban, mi pedig igyekszünk a lehető legérthetőbb választ adni rájuk. Ugyanitt megoszthatja tapasztalatait a relé saját kezű elkészítéséről, vagy értékes információkat közölhet a cikk témájával kapcsolatban.