Tvrdotijelni relej vlastitim rukama: upute za sastavljanje i savjeti za povezivanje

Poluvodički relej (TTR) – uređaj iz serije elektroničkih komponenata nemehaničkog djelovanja. Odsutnost mehanike otvara više mogućnosti ljubiteljima elektronike da izrade poluvodički relej vlastitim rukama za osobnu uporabu.

Pogledajmo tu mogućnost detaljnije.

Konstrukcija i princip rada TTR-a

Ako većina slične elektronike tradicionalno sadrži pokretne dijelove kontaktnih grupa, poluvodički relej uopće nema takvih dijelova. Komutacija kruga shemom uređaja ostvaruje se po principu elektroničke sklopke. A ulogu elektroničkih sklopki obično obavljaju ugrađeni poluvodiči u tijelo releja – snagovni tranzistori, trijaci, tiristori.

Prije nego što pokušate izraditi poluvodički relej samostalno, logično je upoznati se s osnovnom konstrukcijom sličnih uređaja, razumjeti način njihova funkcioniranja.

Industrijskom proizvodnjom proizvode se poluvodički releji različitih konfiguracija, namijenjeni za najrazličitije uvjete praktične primjene. Izbor modifikacija je opsežan.

U okviru detaljnog proučavanja uređaja odmah treba istaknuti prednosti TTR-a:

• komutacija snažnog opterećenja;
• visoka brzina prebacivanja;
• idealna galvanska izolacija;
• sposobnost kratkotrajnog podnošenja visokih preopterećenja.

Među mehaničkim konstrukcijama zapravo nije moguće pronaći relej sa sličnim parametrima. Općenito, prednosti poluvodičkih releja u odnosu na mehaničke kolege izražene su impresivnim popisom.

Dva elektronička uređaja koja funkcionalno osiguravaju komutaciju krugova: lijevo je izrađen na temelju poluvodičke konstrukcije, desno – tradicionalni mehanički sustav prebacivanja

Uvjeti rada za TTR praktički ne ograničavaju primjenu ovih uređaja. Osim toga, odsutnost pokretnih mehaničkih dijelova povoljno utječe na vijek trajanja uređaja. Dakle, postoje svi razlozi da se pozabavite poluvodičkim relejem – sastavite uređaj vlastitim rukama.

Međutim, radi pravednosti, uz pozitivne strane treba istaknuti svojstva releja koja se smatraju nedostacima. Naime, za rad snažnih uređaja obično je potreban dodatni konstrukcijski element namijenjen odvođenju topline.

Za slučaj sklapanja velikog opterećenja, poluvodički releji gotovo su uvijek dopunjeni snažnim rashladnim radijatorima. To donekle otežava primjenu SSR-a.

Rashladni radijatori poluvodičkih releja imaju dimenzije nekoliko puta veće od dimenzija SSR-a, što smanjuje praktičnost i racionalnost montaže.

SSR uređaji tijekom rada (u zatvorenom stanju) daju obrnutu struju curenja i pokazuju nelinearnu volt-ampersku karakteristiku. Nije dopušteno koristiti sve poluvodičke releje bez ograničenja u karakteristikama sklopljenih napona.

Konstrukcija namijenjena samo za primjenu u krugovima koji se napajaju istosmjernom strujom. Ove uređaje obično odlikuju male dimenzije i mala sklopna snaga.

Pojedine vrste uređaja namijenjene su sklapanju samo istosmjerne struje. Ugradnja poluvodičkih releja u krug obično zahtijeva dodatne mjere usmjerene na sprječavanje lažnih uključivanja.

Poluvodički releji često se mogu naći u glavnom električnom ormariću stana.

Kako radi poluvodički relej?

Upravljački signal (obično niskonaponski, npr. iz upravljačkog kontrolera) dovodi se na LED optoelektroničkog para prisutnog u krugu SSR-a. LED počinje emitirati svjetlost prema fotodiodi, koja se zatim otvara i počinje propuštati struju.

Opća shema SSR-a koja jasno prikazuje kako elektronički uređaj funkcionira: 1 – izvor upravljačkog napona; 2 – optopar unutar kućišta releja; 3 – izvor struje opterećenja; 4 – opterećenje

Struja koja prolazi kroz fotodiodu dolazi do upravljačke elektrode ključnog tranzistora ili tiristora. Ključ se otvara i zatvara krug opterećenja.

Tako radi sklopna funkcija uređaja. Sva elektronika tradicionalno je smještena u monolitno kućište. Upravo zato je uređaj i dobio naziv poluvodičkog releja.

A o tome kako spojiti poluvodički relej možete pročitati u ovom članku.

Vrste poluvodičkih prekidača

Cjelokupni postojeći asortiman uređaja može se uvjetno podijeliti u skupine, na temelju kategorije priključenog opterećenja, značajki nadzora i sklapanja napona.

Dakle, ukupno ćemo imati tri skupine:

1. Uređaji koji djeluju u krugovima istosmjerne struje.
2. Uređaji koji djeluju u krugovima izmjenične struje.
3. Univerzalne izvedbe.

Prva grupa predstavljena je uređajima s parametrima radnih upravljačkih napona 3 – 32 volta. To je relativno malena elektronika, opremljena LED indikacijom, sposobna za nesmetani rad na temperaturama od -35 do +75 °C.

Široko rasprostranjena izvedba elektroničkog uređaja za primjenu u jednofaznoj električnoj mreži. Također se susreću i druge varijante konstrukcija, ali znatno rjeđe.

Druga grupa – uređaji namijenjeni za ugradnju u mreže izmjeničnog napona. Ovdje su predstavljene konstrukcije SSR-a za ugradnju u mreže izmjenične struje, upravljane naponom od 24 do 250 volti. Postoje uređaji sposobni za komutiranje opterećenja velike snage.

Treća grupa – uređaji univerzalne namjene. Shematska tehnika ove vrste uređaja podržava ručno podešavanje za korištenje u različitim uvjetima.

Ako se polazi od karaktera priključenog opterećenja, treba izdvojiti dvije vrste poluvodičkih releja izmjenične struje: jednofazne i trofazne. Obje vrste predviđene su za komutaciju dovoljno snažnog opterećenja pri strujama od 10 do 75 A. Pritom vršne kratkotrajne vrijednosti struje mogu dosezati iznos od 500 A.

Široko rasprostranjena varijanta izvedbe za primjenu u trofaznoj električnoj mreži. Često se koristi kao linearni regulator snažnih električnih grijača (grijaći elementi).

Kao opterećenje koje komutiraju poluvodički releji mogu poslužiti kapacitivni, otpornički i indukcijski krugovi. Konstrukcije sklopki omogućuju bez suvišne buke, glatko upravljanje, primjerice, grijaćim elementima, žaruljama sa žarnom niti, elektromotorima.

Pouzdanost rada je u dovoljnoj mjeri visoka. No uvelike stabilnost i trajnost poluvodičkih releja ovise o kvaliteti proizvodnje uređaja. Tako se uređaji proizvedeni pod nekom trgovačkom markom «Impuls» često ističu kratkim vijekom trajanja.

S druge strane, proizvodi tvrtke «Schneider Electric» ne ostavljaju povoda za kritiku.

Kako napraviti TTR vlastitim rukama?

Uzimajući u obzir konstrukcijsku posebnost uređaja (monolit), shema se ne sastavlja na tekstolitnoj pločici, kako je uobičajeno, već zračnim montažom.

Ovako izgleda domaća konstrukcija poluvodičkog releja. Napraviti nešto slično nije teško. Potrebne su samo osnovne vještine elektroničara i električara. Materijalni troškovi su mali.

Shematskih rješenja u ovom smjeru može se pronaći mnogo. Konkretna varijanta ovisi o potrebnoj komutacijskoj snazi i drugim parametrima.

Elektroničke komponente za sastavljanje sheme

Popis elemenata jednostavne sheme za praktično svladavanje i izgradnju poluvodičkog releja vlastitim rukama je sljedeći:

1. Optospojnik tipa MOC3083.
2. Trijak tipa BT139-800.
3. Tranzistor serije KT209.
4. Otpornici, zener dioda, LED.

Sve navedene elektroničke komponente leme se slobodnim lemljenjem prema sljedećoj shemi:

Principijelna shema čvrstog releja male snage za samostalnu izradu. Mali broj dijelova i jednostavno slobodno lemljenje omogućuju jednostavno lemljenje sheme bez poteškoća.

Zahvaljujući upotrebi opto-spojnice MOC3083 u shemi formiranja upravljačkog signala, vrijednost ulaznog napona može varirati od 5 do 24 volta.

A zahvaljujući lancu koji se sastoji od zener diode i ograničavajućeg otpornika, struja koja prolazi kroz kontrolnu LED diodu smanjena je na najmanju moguću mjeru. Takvo rješenje osigurava dug vijek trajanja kontrolne LED diode.

Provjera sastavljene sheme na ispravnost

Sastavljenu shemu potrebno je provjeriti na ispravnost. Pritom nije nužno priključiti napon opterećenja od 220 volti u sklopni krug preko trijaka. Dovoljno je paralelno na sklopnu liniju trijaka priključiti mjerni instrument – tester.

Provjera ispravnosti čvrstog releja pomoću mjernog instrumenta. Ako je na ulaz uređaja doveden upravljački napon, trijak treba biti otvoren (provodljiv).

Režim mjerenja testera treba postaviti na "MΩ" i dovesti napajanje (5-24 V) na shemu generiranja upravljačkog napona. Ako sve radi ispravno, tester bi trebao pokazati razliku otpora od "MΩ" do "kΩ".

Uređaj monolitnog kućišta

Za podlogu kućišta budućeg čvrstog releja bit će potrebna aluminijska ploča debljine 3-5 mm. Dimenzije ploče nisu kritične, ali moraju odgovarati uvjetima učinkovitog odvođenja topline od trijaka pri zagrijavanju ovog elektroničkog elementa.

Okvir za lijevanje kućišta budućeg uređaja. Izrađuje se od kartonske trake ili drugih prikladnih materijala. Na aluminijsku podlogu pričvršćuje se univerzalnim ljepilom.

Površina aluminijske ploče mora biti ravna. Dodatno je potrebno obraditi obje strane – očistiti finim brusnim papirom, polirati.

U sljedećoj fazi pripremljena ploča oprema se "oplatom" – po obodu se lijepi obrub od debelog kartona ili plastike. Treba dobiti neku vrstu kutije koja će se kasnije ispuniti epoksidnom smolom.

Unutar stvorene kutije smješta se sastavljena "slobodno lemljena" elektronička shema čvrstog releja. Na površinu aluminijske ploče postavlja se samo trijak.

Prikvršćivanje trijaka na aluminijsku podlogu. Glavni uvjet – ovaj elektronički komponent potrebno je čvrsto pritisnuti na metalnu podlogu. Samo se tako osigurava kvalitetno odvođenje topline i pouzdan rad.

Nijedan drugi dio i vodiči sklopa ne smiju dodirivati aluminijsku podlogu. Trijak se prisloni na aluminij onim dijelom kućišta koji je predviđen za montažu na hladnjak.

Treba koristiti toplinski provodljivu pastu na površini dodira između kućišta trijaka i aluminijske podloge. Neke marke trijaka s neizoliranom anodom obavezno je potrebno postaviti uz pomoć tinjčane podloške.

Inačica pričvršćivanja trijaka na podlogu pomoću zakovice. Sa stražnje strane zakovica se spljošti u ravnini s površinom podloge.

Trijak treba čvrsto pritisnuti na podlogu nekim teretom i zaliti po obodu epoksidnim ljepilom ili pričvrstiti na neki način bez narušavanja glatkoće stražnje strane podloge (npr. zakovicom).

Priprema smjese i zalijevanje kućišta

Za izradu krutog tijela elektroničkog uređaja bit će potrebno pripremiti smjesu za zalijevanje. Smjesa se sastoji od dvije komponente:

1. Epoksidna smola bez učvršćivača.
2. Prah alabastera.

Zahvaljujući dodavanju alabastera, majstor rješava dva problema odjednom – dobiva dovoljnu količinu smjese za zalijevanje uz nominalnu potrošnju epoksidne smole i stvara zalijevanje optimalne konzistencije.

Smjesu treba temeljito promiješati, nakon čega se može dodati učvršćivač i ponovno temeljito promiješati. Zatim se pažljivo zalijeva „nadgradni“ sklop unutar kartonske kutije pripremljenom smjesom.

Ovako izgleda gotov primjerak poluvodičkog releja (SSR) sastavljenog vlastitim rukama. Pomalo neobično i ne baš reprezentativno, ali dovoljno pouzdano.

Zalijevanje se vrši do gornje razine, ostavljajući na površini samo dio glave kontrolne LED diode. U početku površina smjese može izgledati nedovoljno glatko, ali nakon nekog vremena slika će se promijeniti. Preostaje samo pričekati potpuno stvrdnjavanje odljevka.

U osnovi, mogu se koristiti bilo koje otopine prikladne za livenje. Glavni kriterij – sastav zalijevanja ne smije biti električki vodljiv, a nakon stvrdnjavanja treba formirati dobar stupanj krutosti odljevka. Lijevano kućište poluvodičkog releja predstavlja svojevrsnu zaštitu elektroničkog sklopa od slučajnih fizičkih oštećenja.

Zaključci i koristan video na temu

Ovaj video prikazuje kako i na temelju kojih elektroničkih komponenata se može napraviti poluvodički relej. Autor na razumljiv način govori o svim pojedinostima prakse izrade s kojima se osobno susreo u procesu proizvodnje elektroničkog sklopnika:

Video o problemu s kojim se može susresti nakon kupnje jednofaznog SSR-a od prodavača iz Kine. Usput daje svojevrstan pregled uređaja sklopnog aparata:

Samostalna izrada poluvodičkih releja – sasvim moguće rješenje, ali u odnosu na proizvode za niskonaponsko opterećenje koje troši relativno malu snagu.

Snažnije i visokonaponske uređaje teško je napraviti sam. Osim toga, ovaj pothvat financijski će vas koštati otprilike isto koliko i tvornički primjerak. Stoga je, ako je potrebno, lakše kupiti gotov industrijski uređaj.

Ako imate pitanja o sastavljanju poluvodičkog releja, postavite ih u blok za komentare, a mi ćemo se potruditi dati vam što jasniji odgovor. Tu također možete podijeliti iskustvo samostalne izrade releja ili dati korisne informacije o temi članka.