Relé de estado sólido faça você mesmo: instruções de montagem e dicas de conexão

Um relé de estado sólido (SSR) é um dispositivo composto por uma série de componentes eletrônicos não mecânicos.A ausência de mecânica abre mais oportunidades para os entusiastas da eletrônica fazerem um relé de estado sólido com as próprias mãos para uso pessoal.

Vamos considerar essa possibilidade com mais detalhes.

Projeto e princípio de operação do TTR

Embora a maioria desses componentes eletrônicos contenha tradicionalmente partes móveis de grupos de contato, um relé de estado sólido não possui tais peças. A comutação do circuito pelo circuito do dispositivo é realizada de acordo com o princípio de uma chave eletrônica. E o papel das chaves eletrônicas geralmente é desempenhado por semicondutores embutidos no corpo do relé - transistores de potência, triacs, tiristores.

Antes de tentar fazer você mesmo um relé de estado sólido, é lógico se familiarizar com o projeto básico de tais dispositivos e compreender o princípio de seu funcionamento.

A produção industrial produz relés de estado sólido de diversas configurações, projetados para diversas condições práticas. A escolha de modificações é extensa

Como parte de um estudo aprofundado do dispositivo, deve-se destacar imediatamente os aspectos vantajosos do TTP:

• comutação de carga poderosa;
• alta velocidade de comutação;
• isolamento galvânico ideal;
• capacidade de suportar altas sobrecargas por um curto período de tempo.

Entre as estruturas mecânicas, realmente não é possível encontrar um relé com parâmetros semelhantes. Em geral, as vantagens dos relés de estado sólido em relação aos seus equivalentes mecânicos são expressas em uma lista impressionante.

Dois dispositivos eletrônicos que fornecem funcionalidade de comutação de circuitos: à esquerda é baseado em um design de estado sólido, à direita está um sistema de comutação mecânica tradicional

As condições de operação do TSR praticamente não limitam o uso desses dispositivos. Além disso, a ausência de peças mecânicas móveis tem um efeito benéfico na vida útil dos dispositivos. Portanto, há todos os motivos para começar a trabalhar em um relé de estado sólido - para montar você mesmo o dispositivo.

Porém, para ser justo, junto com os aspectos positivos, vale destacar as propriedades do relé, que se caracterizam como desvantagens. Assim, para a operação de dispositivos potentes, como regra, é necessário um componente estrutural adicional, projetado para remover calor.

No caso de comutação de uma carga potente, os relés de estado sólido são quase sempre complementados com potentes radiadores de resfriamento. Este ponto complica um pouco o uso do TTP

Os radiadores de resfriamento para relés de estado sólido possuem dimensões gerais várias vezes maiores que as dimensões dos relés de estado sólido, o que reduz a comodidade e racionalidade da instalação.

Os dispositivos TSR durante a operação (no estado fechado) fornecem uma corrente de fuga reversa e mostram uma característica corrente-tensão não linear. Nem todos os relés de estado sólido podem ser usados ​​sem restrições nas características das tensões comutadas.

Projetado para uso somente em circuitos alimentados por corrente contínua. Normalmente, esses dispositivos se distinguem por suas pequenas dimensões e baixa potência de comutação.

Certos tipos de dispositivos são projetados para comutar apenas corrente contínua. A introdução de relés de estado sólido em um circuito geralmente requer medidas adicionais destinadas a bloquear alarmes falsos.

Relés de estado sólido muitas vezes podem ser encontrados em geral painel elétrico do apartamento.

Como funciona um relé de estado sólido?

O sinal de controle (geralmente uma tensão de baixo nível proveniente, por exemplo, de um controlador de controle) é fornecido ao LED do par optoeletrônico presente no circuito SSR. O LED começa a emitir luz em direção ao fotodiodo, que por sua vez se abre e começa a passar corrente.

Um diagrama SSR generalizado que mostra claramente como funciona um dispositivo eletrônico: 1 – fonte de tensão de controle; 2 – optoacoplador dentro da carcaça do relé; 3 – fonte de corrente de carga; 4 - carregar

A corrente que passa pelo fotodiodo chega ao eletrodo de controle do transistor chave ou tiristor. A chave abre e fecha o circuito de carga.

É assim que funciona a função de comutação do dispositivo. Todos os componentes eletrônicos são tradicionalmente fechados em uma caixa monolítica. Na verdade, é por isso que o dispositivo foi chamado de relé de estado sólido.

Você pode ler sobre como conectar um relé de estado sólido em este material.

Tipos de interruptores de estado sólido

Toda a gama de dispositivos existente pode ser dividida em grupos com base na categoria da carga conectada, características de controle de tensão e comutação.

Assim, haverá um total de três grupos:

1. Dispositivos operando em circuitos DC.
2. Dispositivos operando em circuitos de corrente alternada.
3. Projetos universais.

O primeiro grupo é representado por dispositivos com parâmetros de tensão de controle operacional de 3 a 32 volts. São eletrônicos de tamanho relativamente pequeno, equipados com indicação LED, capazes de funcionar sem interrupção em temperaturas de -35 / +75 ºС.

Um projeto amplamente utilizado de um dispositivo eletrônico para uso em uma rede elétrica monofásica.Existem também outras opções de design, mas com muito menos frequência.

O segundo grupo são dispositivos destinados à instalação em redes de tensão alternada. Aqui estão os projetos de TSRs para instalação em redes AC controladas por uma tensão de 24 a 250 volts. Existem dispositivos capazes de comutar cargas de alta potência.

O terceiro grupo são dispositivos de uso universal. O circuito deste tipo de dispositivo suporta configuração manual para uso em determinadas condições.

Com base na natureza da carga conectada, dois tipos de relés de estado sólido CA devem ser distinguidos: monofásicos e trifásicos. Ambos os tipos são projetados para comutar cargas bastante potentes em correntes de 10 a 75 A. Nesse caso, os valores de pico de corrente de curto prazo podem chegar a 500 A.

Uma versão amplamente utilizada para uso em rede elétrica trifásica. Frequentemente usado como regulador linear de aquecedores elétricos potentes (TEH)

A carga comutada por relés de estado sólido pode ser circuitos capacitivos, resistivos ou indutivos. Os designs dos interruptores permitem um controle suave, por exemplo, de elementos de aquecimento, lâmpadas incandescentes e motores elétricos, sem ruídos desnecessários.

A confiabilidade da operação é bastante alta. Mas, em muitos aspectos, a estabilidade e a durabilidade dos relés de estado sólido dependem da qualidade da fabricação do produto. Assim, os dispositivos produzidos sob uma determinada marca “Impuls” são frequentemente conhecidos pela sua curta vida útil.

Por outro lado, os produtos da Schneider Electric não deixam espaço para críticas.

Como fazer um TTP com as próprias mãos?

Dadas as características de design do dispositivo (monólito), o circuito não é montado em uma placa textolite, como é habitual, mas por montagem em superfície.

Esta é a aparência de um projeto de relé de estado sólido caseiro. Não é difícil fazer algo assim. Tudo que você precisa são conhecimentos básicos de eletrônica e eletricista. Os custos de material são pequenos

Existem muitas soluções de circuito nesta direção que podem ser encontradas. A opção específica depende da potência de comutação necessária e de outros parâmetros.

Componentes eletrônicos para montagem de circuitos

A lista de elementos de um circuito simples para desenvolvimento prático e construção de um relé de estado sólido com suas próprias mãos é a seguinte:

1. Optoacoplador tipo MOS3083.
2. Triac tipo VT139-800.
3. Série de transistores KT209.
4. Resistores, diodo zener, LED.

Todos os componentes eletrônicos especificados são soldados por montagem em superfície de acordo com o seguinte diagrama:

Diagrama esquemático de um relé de estado sólido de baixa potência para montagem DIY. Um pequeno número de peças e uma instalação articulada simples permitem soldar o circuito sem dificuldade

Graças ao uso do optoacoplador MOS3083 no circuito de geração do sinal de controle, a tensão de entrada pode variar de 5 a 24 volts.

E devido ao circuito composto por um diodo zener e um resistor limitador, a corrente que passa pelo LED de controle é reduzida ao mínimo possível. Esta solução garante uma longa vida útil do LED de controle.

Verificando a funcionalidade do circuito montado

O circuito montado deve ser verificado quanto à funcionalidade. Neste caso, não é necessário conectar uma tensão de carga de 220 volts ao circuito de comutação através de um triac. Basta conectar um dispositivo de medição – testador – paralelo à linha de comutação do triac.

Verificação do desempenho de um relé de estado sólido usando um dispositivo de medição.Se uma tensão de controle for aplicada à entrada do dispositivo, a junção triac deverá estar aberta

O modo de medição do testador deve ser definido como “mOhm” e a alimentação (5-24V) deve ser fornecida ao circuito de geração de tensão de controle. Se tudo estiver funcionando corretamente, o testador deverá mostrar uma diferença na resistência de “mOhm” a “kOhm”.

Construção de um corpo monolítico

Sob a base da caixa do futuro relé de estado sólido, você precisará de uma placa de alumínio com espessura de 3 a 5 mm. As dimensões da placa não são críticas, mas devem atender às condições para a efetiva remoção de calor do triac durante o aquecimento deste elemento eletrônico.

Moldura para vazar o corpo do futuro dispositivo. Feito de tira de papelão ou outro material adequado. Fixado em substrato de alumínio com adesivo universal

A superfície da placa de alumínio deve ser plana. Além disso, ambos os lados precisam ser processados ​​- limpos com lixa fina e polidos.

Na etapa seguinte, a laje preparada é equipada com “cofragem” - uma borda de papelão grosso ou plástico é colada em todo o perímetro. Você deverá pegar uma espécie de caixa, que posteriormente será preenchida com resina epóxi.

Um circuito eletrônico de relé de estado sólido montado com uma “cobertura” é colocado dentro da caixa criada. Apenas o triac é colocado na superfície da placa de alumínio.

Fixação do triac em substrato de alumínio. A principal condição é que este componente eletrônico seja firmemente pressionado contra a base metálica. Esta é a única maneira de garantir uma remoção de calor de alta qualidade e uma operação confiável.

Nenhuma outra parte do circuito ou condutor deve tocar o substrato de alumínio. O triac é fixado ao alumínio com aquela parte da caixa projetada para instalação em um radiador.

Pasta condutora de calor deve ser usada na área de contato do corpo do triac e no substrato de alumínio. Algumas marcas de triacs com ânodo não isolado devem ser instalados através de uma junta de mica.

Opção de fixação do triac ao substrato por meio de rebite. No verso, o rebite é achatado rente à superfície do substrato

O triac deve ser pressionado firmemente contra a base com algum tipo de peso e preenchido com cola epóxi em todo o perímetro ou fixado de alguma forma sem perturbar a superfície lisa do verso do substrato (por exemplo, com um rebite).

Preparando o composto e despejando o corpo

Para fabricar o corpo sólido de um dispositivo eletrônico, você precisará fazer uma mistura composta. A composição da mistura composta é feita com base em dois componentes:

1. Resina epóxi sem endurecedor.
2. Alabastro em pó.

Graças à adição de alabastro, o mestre resolve dois problemas ao mesmo tempo - obtém um volume exaustivo do composto de vazamento com o consumo nominal de resina epóxi e cria um preenchimento de consistência ideal.

A mistura deve ser bem misturada, após o que você pode adicionar o endurecedor e misturar bem novamente. A seguir, a instalação “articulada” dentro da caixa de papelão é cuidadosamente preenchida com o composto criado.

Esta é a aparência de uma cópia finalizada de um relé de estado sólido faça você mesmo. Um tanto incomum e não muito apresentável, mas bastante confiável

O preenchimento é feito até o nível superior, deixando apenas parte da cabeça do LED de controle na superfície. Inicialmente, a superfície do composto pode não parecer totalmente lisa, mas depois de algum tempo a imagem mudará. Resta esperar que a peça fundida endureça completamente.

Na verdade, você pode usar qualquer solução adequada para fundição.O principal critério é que a composição de fundição não seja eletricamente condutora, além de um bom grau de rigidez de fundição ser formado após a solidificação. A caixa fundida do relé de estado sólido é uma espécie de proteção para o circuito eletrônico contra danos físicos acidentais.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Este vídeo mostra como e com base em quais componentes eletrônicos um relé de estado sólido pode ser fabricado. O autor fala claramente sobre todos os detalhes das práticas de fabricação que encontrou pessoalmente durante a produção de uma chave eletrônica:

Vídeo sobre um problema que você pode encontrar após comprar um SSR monofásico de vendedores da China. Ao longo do caminho, ele realiza uma espécie de revisão do projeto do dispositivo de comutação:

A autofabricação de relés de estado sólido é uma solução totalmente possível, mas em relação a produtos para cargas de baixa tensão que consomem energia relativamente baixa.

É difícil fabricar dispositivos mais potentes e de alta tensão com as próprias mãos. E esse empreendimento financeiro custará o mesmo valor que a cópia de fábrica está avaliada. Assim, se necessário, é mais fácil comprar um dispositivo industrial pronto.

Se você tiver dúvidas sobre a montagem de um relé de estado sólido, pergunte na seção de comentários e tentaremos dar uma resposta muito clara. Lá você pode compartilhar sua experiência em fazer relés sozinho ou fornecer informações valiosas sobre o tema do artigo.