Преобладающее большинство электродвигателей требует специальных устройств для подключения и отключения их от источника питания. В случае возникновения нестандартных ситуаций (перегрев электрической машины, превышен допустимый ток и другие) машина должна быть отключена от сети для предотвращения ее повреждения. В большинстве случаев подключение / отключения электрической машины от сети производится с помощью реле. Существует два основных типа реле: электромеханическое (ЭМР или англ. EMR) и твердотельное реле (ТТР или англ. SSR). Электромеханические реле это старый и проверенный годами способ управления силовыми цепями. Однако за последние 30 лет твердотельные реле заняли солидную часть рынка.
Твердотельные и электромеханические реле
Одним из главных отличий твердотельных и электромеханических реле является количество циклов включения / отключения. ЭМР является электромеханическим устройством, что делает его восприимчивым к электромагнитным помехам, вибрациям, ударам или другим внешним воздействиям, которые могут существенно сократить количество рабочих циклов. ТТР имеет прочную конструкцию без движущихся частей, что положительно сказывается на сроке службе устройства. Средний срок службы электромеханических реле находится в диапазоне от сотен тысяч циклов по сравнению с 5 миллионами циклов трехфазных твердотельных реле.
Преимущества технологии полупроводникового переключения
В дополнение к более длительному сроку службы, твердотельные реле обеспечивают более быстрое переключение, чем электромеханические, что делает их пригодными для использования в более широком диапазоне приложений с большей нагрузкой. Они работают бесшумно с низким потреблением энергии и создают небольшие электрические помехи. Устойчивы к ударам и вибрациям, ТТР могут выдерживать тяжелые условия окружающей среды и продолжать работать точно и надежно, тогда как ЭМР могут нуждаться в частой замене в тяжелых условиях.
Твердотельные реле совместимы с электронными системами управления, защищенными от магнитного шума и инкапсулированными для защиты важных компонентов. Их твердотельный дизайн делает их менее чувствительными и предоставляет инженерам-конструкторам большую гибкость для монтирования в любом месте приложения — будь то вертикальное или горизонтальное положение. ТТР также могут устанавливаться в местах, с сильной вибрацией без каких-либо помех в работе, в то время как ЭМИ очень чувствительны к монтажу, ударам и вибрациям, тем самым ограничивая возможности их применения.
Но у твердотельной технологии есть и один существенный минус – цена. Электромеханические реле стоят дешевле. Таким образом, при выборе между твердотельными и электромеханическими реле необходимо учитывать условия, в которых они будут использоваться. Для ситуаций, которые не требуют серьезной защиты от тяжелых условий эксплуатации, ударов или вибраций, может быть целесообразней установка ЭМР. ТТР продемонстрировали свою выгоду и, в конечном счете, из-за их более продолжительной «жизни», обеспечат возврат инвестиций, особенно в тяжелых условиях эксплуатации.
Проблемы отслеживания температуры
Современные твердотельные реле имеют проблемы с теплоотдачей, поскольку электронные компоненты выделяют тепло при пропускании тока. Как и для электродвигателей, которыми они управляют, им необходим компонент для отслеживания температуры и защиты от перегрева. В случае перегрева, диагностика и замена ТТР потребует некоторого времени, на которое будет остановлен производственный процесс, что приведет к дополнительным затратам.
Для иллюстрации работы ТТР давайте рассмотрим небольшой пример. Для поддержания постоянной температуры промышленного рефрижератора используется твердотельное реле, которое включает и отключает компрессор в зависимости от температуры внутри рефрижератора. Когда через ТТР проходит ток нагрузки (работает электропривод компрессора) в полупроводниках выделяется тепло. Неправильно сконфигурированная тепловая защита внутри реле может привести не только к повреждении самого ТТР, но и электродвигателя компрессора.
Твердотельные реле следующего поколения
Чтобы решить проблему перегрева, новые ТТР имеют интегрированный термостат, гарантируя, что реле всегда работает в безопасном или защищенном режиме. Это предотвращает перегрев, тем самым защищая компоненты и всю систему в целом от возможных повреждений или отключений.
Новые твердотельные реле отключают питание входной цепи, когда внутренняя температура выходит за пределы указанного максимума, что определяется требованиями приложения с помощью встроенного термостата. Термостат определяет внутреннюю температуру механического интерфейса с помощью металлической пластины, на которой установлено внутреннее устройство переключения питания. Если температура превышает нормальный диапазон, он посылает сигнал в ТТР для выключения питания.
Встроенная тепловая защита полностью предотвращает перегрев, обеспечивая отключение питания до повреждения оборудования, что может помочь снизить затраты на техническое обслуживание и простои в производстве. Питание автоматически включается, когда температура снижается до нормального рабочего диапазона.
В дополнение к предотвращению перегрева встроенная функция тепловой защиты может устранить проблемы с архитектурой системы. Это может помочь выявить некорректную теплоотдачу непосредственно в самом твердотельном реле или системе управления, некачественный монтаж, приводящий к недостаточно хорошей теплоотдачи, эффективность тепловыделения системы, и другие вопросы, обеспечивающие функцию профилактического обслуживания для инженера.
Новая разработка ТТР может быть адаптирована к другим промышленным и производственным приложениям. Например, рассмотрим применение конвейерной ленты, в которой двигатель может остановиться, что вызовет перегрузку и потенциальный ущерб. В этом случае ТТР с интегрированной тепловой защитой предотвратит перегрев, если конвейерную ленту заклинит, сработает предварительно установленный термостат в твердотельном реле и произойдет отключение электродвигателя.
В случаях литьевого формования, когда ограниченное пространство может привести к повышению температуры в корпусе, тепловая защита предотвращает перегрев ТТР, если теплоотвод не способен полностью устранить перегрев, что позволяет избежать дорогостоящего ремонта. Для систем отопления термически защищенная ТТР может помочь отключить нагревательный элемент, если есть проблема с регулятором температуры, который вызывает перегрев, тем самым защищая всю систему.
Новые «интеллектуальные ТТР» оснащены термической защитой. Она включает микроконтроллер с прошивкой, специфичной для желаемой внутренней температуры отключения, которая управляет внутренними процессами устройства. Это обеспечивает твердотельному реле автоматическую возможность принятия решений внутри пакета ТТР, защищая двигатели и системы от перегрева и пробоя.
