Rơle trạng thái rắn tự làm: hướng dẫn lắp ráp và mẹo kết nối
Rơle trạng thái rắn (SSR) là một thiết bị từ một loạt các linh kiện điện tử phi cơ khí.Sự vắng mặt của cơ khí mở ra nhiều cơ hội hơn cho những người đam mê điện tử có thể tự tay chế tạo một rơle trạng thái rắn để sử dụng cho mục đích cá nhân.
Hãy xem xét khả năng này chi tiết hơn.
Nội dung của bài viết:
Thiết kế và nguyên lý hoạt động của TTR
Trong khi hầu hết các thiết bị điện tử như vậy thường chứa các bộ phận chuyển động của các nhóm tiếp điểm thì rơle trạng thái rắn hoàn toàn không có các bộ phận đó. Việc chuyển mạch bằng mạch thiết bị được thực hiện theo nguyên lý của chìa khóa điện tử. Và vai trò của chìa khóa điện tử thường được thực hiện bởi các chất bán dẫn được tích hợp trong thân rơle - bóng bán dẫn điện, triac, thyristor.
Trước khi thử tự mình chế tạo một rơle trạng thái rắn, điều hợp lý là bạn nên làm quen với thiết kế cơ bản của các thiết bị đó và hiểu nguyên lý hoạt động của chúng.
Là một phần của việc nghiên cứu kỹ lưỡng về thiết bị, người ta cần nêu bật ngay những khía cạnh thuận lợi của TTP:
- chuyển đổi tải mạnh mẽ;
- tốc độ chuyển mạch cao;
- cách ly điện lý tưởng;
- khả năng giữ quá tải cao trong một thời gian ngắn.
Trong số các kết cấu cơ khí, thực sự không thể tìm thấy một rơle có thông số tương tự. Nhìn chung, những ưu điểm của rơle trạng thái rắn so với các loại rơle cơ học được thể hiện trong một danh sách đầy ấn tượng.
Các điều kiện hoạt động của TSR thực tế không hạn chế việc sử dụng các thiết bị này. Ngoài ra, việc không có các bộ phận cơ khí chuyển động có ảnh hưởng có lợi đến tuổi thọ của thiết bị. Vì vậy, có mọi lý do để bắt đầu làm việc trên rơle trạng thái rắn - để tự lắp ráp thiết bị.
Tuy nhiên, công bằng mà nói, cùng với những mặt tích cực, cần lưu ý những đặc tính của rơle vốn được coi là nhược điểm. Do đó, để vận hành các thiết bị mạnh mẽ, theo quy luật, cần có một thành phần thiết kế bổ sung, được thiết kế để loại bỏ nhiệt.
Bộ tản nhiệt làm mát cho rơle trạng thái rắn có kích thước tổng thể lớn hơn nhiều lần so với kích thước của rơle trạng thái rắn, điều này làm giảm sự thuận tiện và hợp lý khi lắp đặt.
Các thiết bị TSR trong quá trình hoạt động (ở trạng thái đóng) tạo ra dòng rò ngược và thể hiện đặc tính dòng điện-điện áp phi tuyến. Không phải tất cả rơle trạng thái rắn đều có thể được sử dụng mà không bị hạn chế về đặc tính của điện áp chuyển mạch.
Một số loại thiết bị được thiết kế để chỉ chuyển đổi dòng điện một chiều. Việc đưa rơle trạng thái rắn vào mạch thường yêu cầu các biện pháp bổ sung nhằm ngăn chặn các cảnh báo sai.
Rơle trạng thái rắn thường có thể được tìm thấy nói chung bảng điện căn hộ.
Rơle trạng thái rắn hoạt động như thế nào?
Tín hiệu điều khiển (thường là điện áp mức thấp đến, chẳng hạn như từ bộ điều khiển điều khiển) được cung cấp cho đèn LED của cặp quang điện tử có trong mạch SSR. Đèn LED bắt đầu phát ra ánh sáng về phía điốt quang, từ đó mở ra và bắt đầu truyền dòng điện.
Dòng điện đi qua photodiode đến điện cực điều khiển của bóng bán dẫn chính hoặc thyristor. Chìa khóa mở và đóng mạch tải.
Đây là cách chức năng chuyển đổi của thiết bị hoạt động. Tất cả các thiết bị điện tử theo truyền thống được bao bọc trong một vỏ nguyên khối. Thực ra đó là lý do tại sao thiết bị này được gọi là rơle trạng thái rắn.
Bạn có thể đọc về cách kết nối rơle trạng thái rắn trong vật liệu này.
Các loại Switch trạng thái rắn
Toàn bộ phạm vi thiết bị hiện có có thể được chia thành các nhóm dựa trên loại tải được kết nối, tính năng điều khiển điện áp và chuyển mạch.
Như vậy sẽ có tổng cộng 3 nhóm:
- Các thiết bị hoạt động trong mạch DC.
- Các thiết bị làm việc trong mạch điện xoay chiều.
- Thiết kế phổ quát.
Nhóm đầu tiên được đại diện bởi các thiết bị có thông số điện áp điều khiển hoạt động từ 3 - 32 volt. Đây là những thiết bị điện tử có kích thước tương đối nhỏ, được trang bị đèn LED, có khả năng hoạt động không bị gián đoạn ở nhiệt độ -35 / +75 ºС.
Nhóm thứ hai là các thiết bị dùng để lắp đặt trong mạng điện áp xoay chiều. Dưới đây là các thiết kế TSR để lắp đặt trong mạng AC, được điều khiển bởi điện áp 24 - 250 volt. Có những thiết bị có khả năng chuyển đổi tải công suất cao.
Nhóm thứ ba là các thiết bị sử dụng phổ biến. Mạch của loại thiết bị này hỗ trợ cấu hình thủ công để sử dụng trong một số điều kiện nhất định.
Dựa trên tính chất của tải kết nối, cần phân biệt hai loại rơle trạng thái rắn AC: một pha và ba pha. Cả hai loại đều được thiết kế để chuyển đổi tải khá mạnh ở dòng điện 10 - 75 A. Trong trường hợp này, giá trị dòng điện ngắn hạn cực đại có thể đạt tới 500 A.
Tải được chuyển đổi bằng rơle trạng thái rắn có thể là mạch điện dung, điện trở hoặc cảm ứng. Thiết kế công tắc cho phép điều khiển trơn tru, chẳng hạn như các bộ phận làm nóng, đèn sợi đốt và động cơ điện mà không có tiếng ồn không cần thiết.
Độ tin cậy hoạt động khá cao. Nhưng xét về nhiều mặt, độ ổn định và độ bền của rơle thể rắn phụ thuộc vào chất lượng sản xuất sản phẩm. Vì vậy, các thiết bị được sản xuất dưới tên thương hiệu nhất định “Impuls” thường được chú ý vì tuổi thọ sử dụng ngắn.
Mặt khác, các sản phẩm của Schneider Electric không có chỗ cho những lời chỉ trích.
Làm thế nào để tạo TTP bằng tay của chính bạn?
Xem xét tính năng thiết kế của thiết bị (nguyên khối), mạch được lắp ráp không phải trên bảng textolite, như thông lệ, mà bằng cách gắn trên bề mặt.
Có thể tìm thấy nhiều giải pháp mạch theo hướng này. Tùy chọn cụ thể phụ thuộc vào công suất chuyển mạch cần thiết và các thông số khác.
Linh kiện điện tử để lắp ráp mạch
Danh sách các phần tử của một mạch đơn giản để phát triển và chế tạo thực tế rơle trạng thái rắn bằng chính đôi tay của bạn như sau:
- Bộ ghép quang loại MOS3083.
- Triac loại VT139-800.
- Dòng bán dẫn KT209.
- Điện trở, diode zener, đèn LED.
Tất cả các linh kiện điện tử được chỉ định đều được hàn bằng cách gắn trên bề mặt theo sơ đồ sau:
Nhờ sử dụng bộ ghép quang MOS3083 trong mạch tạo tín hiệu điều khiển, điện áp đầu vào có thể thay đổi từ 5 đến 24 volt.
Và nhờ một chuỗi bao gồm một diode zener và một điện trở giới hạn nên dòng điện đi qua đèn LED điều khiển được giảm đến mức tối thiểu có thể. Giải pháp này đảm bảo tuổi thọ lâu dài của đèn LED điều khiển.
Kiểm tra chức năng của mạch đã lắp ráp
Mạch lắp ráp phải được kiểm tra chức năng. Trong trường hợp này, không cần thiết phải kết nối điện áp tải 220 volt với mạch chuyển mạch thông qua triac. Chỉ cần kết nối một thiết bị đo – máy kiểm tra – song song với đường chuyển mạch triac là đủ.
Chế độ đo của máy kiểm tra phải được đặt thành “mOhm” và phải cấp nguồn (5-24V) cho mạch tạo điện áp điều khiển. Nếu mọi thứ đều hoạt động chính xác, người kiểm tra sẽ hiển thị sự khác biệt về điện trở từ “mOhm” đến “kOhm”.
Xây dựng một cơ thể nguyên khối
Dưới đế của vỏ rơle trạng thái rắn trong tương lai, bạn sẽ cần một tấm nhôm dày 3-5 mm. Kích thước của tấm không quan trọng nhưng phải tương ứng với các điều kiện để loại bỏ nhiệt hiệu quả khỏi triac khi làm nóng phần tử điện tử này.
Bề mặt của tấm nhôm phải phẳng. Ngoài ra, cả hai mặt cần được xử lý - làm sạch bằng giấy nhám mịn và đánh bóng.
Ở giai đoạn tiếp theo, tấm đã chuẩn bị được trang bị "ván khuôn" - một đường viền làm bằng bìa cứng hoặc nhựa dày được dán xung quanh chu vi. Bạn sẽ nhận được một loại hộp, sau này sẽ chứa đầy nhựa epoxy.
Một mạch rơle trạng thái rắn điện tử được lắp ráp có “tán” được đặt bên trong hộp đã tạo. Chỉ có triac được đặt trên bề mặt của tấm nhôm.
Không có bộ phận mạch hoặc dây dẫn nào khác được chạm vào đế nhôm. Triac được gắn vào nhôm với phần vỏ được thiết kế để lắp đặt trên bộ tản nhiệt.
Nên sử dụng keo dẫn nhiệt trên vùng tiếp xúc của thân triac và nền nhôm. Một số nhãn hiệu triac có cực dương không cách điện phải được lắp qua miếng đệm mica.
Triac phải được ép chặt vào đế bằng một trọng lượng nào đó và đổ đầy keo epoxy xung quanh chu vi hoặc cố định theo cách nào đó mà không làm ảnh hưởng đến bề mặt nhẵn của mặt sau của đế (ví dụ: bằng đinh tán).
Chuẩn bị hỗn hợp và đổ thân
Để chế tạo phần thân rắn của một thiết bị điện tử, bạn sẽ cần tạo ra một hỗn hợp phức hợp. Thành phần của hỗn hợp hợp chất được thực hiện trên cơ sở hai thành phần:
- Nhựa Epoxy không có chất làm cứng.
- Bột thạch cao.
Nhờ bổ sung thạch cao, bậc thầy đã giải quyết được hai vấn đề cùng một lúc - anh ta thu được một lượng đầy đủ hợp chất đổ với mức tiêu thụ nhựa epoxy danh nghĩa và tạo ra độ đặc tối ưu.
Hỗn hợp phải được trộn kỹ, sau đó bạn có thể thêm chất làm cứng và trộn kỹ lại. Tiếp theo, việc lắp đặt “bản lề” bên trong hộp các tông được lấp đầy cẩn thận bằng hợp chất đã tạo.
Việc lấp đầy được thực hiện đến mức cao nhất, chỉ để lại một phần của đầu đèn LED điều khiển trên bề mặt. Ban đầu, bề mặt của hợp chất có thể trông không hoàn toàn nhẵn, nhưng sau một thời gian, hình ảnh sẽ thay đổi. Tất cả những gì còn lại là đợi vật đúc cứng lại hoàn toàn.
Trên thực tế, bạn có thể sử dụng bất kỳ giải pháp nào phù hợp để đúc.Tiêu chí chính là thành phần đúc không được dẫn điện, cộng với độ cứng đúc tốt phải được hình thành sau khi hóa rắn. Vỏ rơle trạng thái rắn đúc là một loại bảo vệ mạch điện tử khỏi hư hỏng vật lý do tai nạn.
Kết luận và video hữu ích về chủ đề này
Video này cho thấy cách thức và trên cơ sở những thành phần điện tử nào có thể tạo ra rơle trạng thái rắn. Tác giả nói rõ ràng về tất cả các chi tiết về thực hành sản xuất mà cá nhân ông gặp phải trong quá trình sản xuất công tắc điện tử:
Video về sự cố bạn có thể gặp phải sau khi mua SSR một pha từ người bán từ Trung Quốc. Trên đường đi, anh ấy tiến hành xem xét lại thiết kế của thiết bị chuyển mạch:
Tự sản xuất rơle trạng thái rắn là một giải pháp hoàn toàn khả thi, nhưng liên quan đến các sản phẩm dành cho tải điện áp thấp tiêu thụ điện năng tương đối thấp.
Thật khó để chế tạo các thiết bị mạnh hơn và điện áp cao hơn bằng chính đôi tay của bạn. Và liên doanh tài chính này sẽ có giá tương đương với giá trị của bản sao xuất xưởng. Vì vậy, nếu cần thiết, việc mua một thiết bị công nghiệp làm sẵn sẽ dễ dàng hơn.
Nếu bạn có thắc mắc về việc lắp ráp rơle trạng thái rắn, vui lòng hỏi họ trong phần bình luận và chúng tôi sẽ cố gắng đưa ra câu trả lời thật rõ ràng cho họ. Ở đó bạn có thể chia sẻ kinh nghiệm tự làm rơle hoặc cung cấp thông tin có giá trị về chủ đề của bài viết.
