Зачем нужны твердотельные реле. Принцип их работы и схемы подключения.

Для того, чтобы управлять и поддерживать оптимальную температуру в системе вентиляции с электрическим калорифером, в щиты автоматики устанавливаются твердотельные реле (см. рисунок ниже), которые включают и отключают нагреватель.

Его принцип действия схож с обыкновенным реле, за исключением того, что у него нет механического контакта, т.е. это реле полупроводниковое, тем самым у него нет определенного количества циклов срабатывания, после которого оно выйдет из строя, в отличие от реле с механическим контактом.

Подавая на 3 и 4 контакты твердотельного реле напряжение от 3 до 30 В, замыкаются или размыкаются контакты 1 и 2 (рисунок ниже).

Поддержание температуры твердотельным реле (SSR1) осуществляется по следующему принципу: так как у ТЭНов большая инертность (долго нагреваются и остывают), то программный регулятор подбирает определенное время включения и выключения. Например, ток подается на ТЭН и через секунду выключается, далее, через секунду снова включается и цикл повторяется. Примерно как на графике ниже, это называется широтно-импульсная модуляция (ШИМ). Скважность, это время, которое подбирает автоматика.

Однофазный нагреватель:

Принцип работы схемы с однофазным нагревателем (см. рисунок) заключается в следующем.

Автоматический выключатель (QF2) защищает от токов короткого замыкания. Контактор (КМ2) - выполняет защитную функцию, если твердотельное реле «пробьет», то автоматика узнает это по перегреву (термоконтакту – описан ниже) и отключит контактором нагреватель от сети.

Термоконтакт (термостат защиты электрического калорифера): у каждого электрического нагревателя есть защитные термоконтакты, они работают по принципу биметаллической пластины. Первый термоконтакт информационный, он размыкается при превышении температуры более 80 градусов (после опускания температуры ниже самостоятельно замыкается). При размыкании он дает сигнал автоматике о том, что нагреватель превысил температуру. При срабатывании первого термоконтакта, отключаем нагреватель размыкая контактор и выдаем сигнал аварии. Второй термоконтакт настроен на температуру выше 100 градусов, при превышении он самостоятельно отключает нагреватель от сети (возврат в сходное положение осуществляется вручную).

Твердотельное реле (SSR1) осуществляет регулировку температуры (включает/отключает нагреватель) как описано выше.

Как управляет автоматика:

контроллер включает защитный контактор и периодично (ШИМ сигналом, как было рассмотрено выше) подает на твердотельное реле напряжение 10В, включая/выключая его, тем самым подавая напряжение на нагреватель.

Важно! Ступень ОДНОФАЗНОГО нагревателя не может превышать более 3кВт, это обусловлено большими токами и сложностью отвода тепла от твердотельного реле.

Если в системе все же сделали нагреватель более 3кВт, то узнаем у заказчика как нагреватель разбит по ступеням и делаем первую ступень плавной, 3кВт, а вторую дискретной.

Плавная ступень (ШИМ) – управляем мощностью твердотельным реле Дискретная ступень – мы просто замыкаем контактор, тем самым подключаем ступень нагревателя на полную мощность, без возможности регулировки (подробнее будет описано далее).

Трехфазный нагреватель:

Принцип работы схемы с трехфазным нагревателем (см. рисунок) аналогичен однофазному, отличие заключается только в том, что в трехфазной системе ток течет по всем трем фазам, если разомкнуть две из них, то току некуда будет течь. Соответственно, размыкая твердотельными реле первую и третью фазы, мы фактически отключаем нагреватель от сети

Если мощность нагревателя более 18кВт, то тогда нужно «разбиваем» на несколько ступеней нагрева.

Первую ступень всегда делается с плавным управлением мощностью, последующие дискретно (включается на полную мощность).

Например: У клиента установлен нагреватель 32кВт, мы уточняем у клиента, что нагреватель разделен на 2 ступени 18кВт и 15кВт.

Важно: необходимо, чтобы мощность первой ступени (плавной) была больше, чем мощность остальных. Почему важно чтоб мощность первой ступени была больше: первая ступень для обеспечения нужной температуры управляется от 0 до 100%, если первая ступень доросла до 100%, а уставка температуры не достигнута, то включается вторая ступень, а мощность первой ступени опускается до 0 и плавно начинает нарастать до того момента, пока температура не достигнет заданную.

Если перепутать ступени и сделать плавную 15, а дискретную 18, то возникнет следующая ситуация. Плавная, по достижении 100% (а это 15кВт) опускается до 0, и включается дискретная (а это 18кВт), тем самым 18кВт может быть много и она отключится, включив, плавную ступень на 100%, тем самым процесс, переключения будет постоянно повторяться, уменьшая ресурс контактора (т.к он будет постоянно включаться/отключаться).