Принципиальная схема твердотельного реле на 12В

Простое твердотельное реле своими руками

Твердотельное реле, представляющее собой мощный тиристорный (симисторный) электронный ключ удобнее, надежнее, имеет значительно больший ресурс и работает бесшумно, по сравнению с традиционными электромагнитными реле. Такой ключ-реле не имеет подвижных частей, искрящих-пригорающих-изнашивающихся контактов. Не трудно сделать (даже в кустарных условиях) такое электронное реле любой мыслимой степени защиты (пыль, влажность, агрессивные среды). В большинстве случаев электронные ключи-реле с успехом применяются для коммутации нагрузки на переменном токе в строящихся приборах и аппаратах, модернизируя или ремонтируя старые приборы (применяя мощные электронные ключи) улучшаем их характеристики. Например, выход из строя примененных в множестве бытовой техники механических термостатов с биметаллическими изгибающимися контактами – очень частая причина поломок. Применив подобный электронный ключ мы разгружаем контактную группу штатного механического термостата, колоссально повышая его ресурс.

Здесь, реле-электронный ключ предназначено для управления электрическими нагревателями-спиралями в специальной печи небольшой мощности. Твердотельное реле управляется температурным контроллером имеющим специальный выход. Для сопряжения с контроллером применен транзисторный каскад. В целом, схема исполнительной части повторяет [1], отличаясь исполнением. Здесь, в качестве ключей применены симисторы в корпусах ТОР-3, что позволило сделать сборку вполне компактной.

Принципиальная схема твердотельного реле на симисторе. Здесь применен симистор ВТА-41, транзистор КТ315. Симисторная оптопара – МОС3020 (ток включения светодиода 30 мА). Цепочка С1, R3 предназначена для улучшения динамических характеристик симистора, меньшее из диапазона сопротивлений соответствует резистивной нагрузке ключа, большее – индуктивной. Резистор греется, лучше подобрать керамический, мощностью не менее 5 Вт. При необходимости, ключ может быть применен и для ручного включения, подобно [2], в этом случае транзисторный каскад удаляется, а на светодиод подается питание от маломощного сетевого блока. Такую схему исполнительного устройства можно применить и для контроллеров, не оснащенных специальным (для твердотельных реле) выходом. Достаточно, чтобы устройство управления имело обычный релейный выход, пусть и слабый. Нормально разомкнутую группу контактов штатного реле, следует при этом включить в разрыв питания светодиода.

В качестве радиаторов для симисторного ключа применены алюминиевые корпуса от отслуживших свой срок жестких дисков персонального компьютера. Они оказались вполне удобны для такого применения – преотлично нашлось место для крепления симистора, хорошо поместились и все детали высоковольтной части. Размер корпуса у HDD стандартен, имеются отверстия с нарезкой для специальных коротких саморезов. В ряде случаев, очень удобно применять и металлический корпус от старого системного блока. Модули симисторных ключей при этом монтируются на штатные места в специальную «корзину». Узко-высокий корпус-башню лучше проектировать для ее горизонтального положения, при этом все радиаторы с ключами внутри будут расположены вертикально, для нормального естественного охлаждения (не забыть про вентиляционные отверстия). Либо применять обдув и контроль температуры.

Мой блок управления будет трехфазным, это усложнит схему и увеличит громоздкость блока управления, зато втрое снизит проходящие токи, равномерно распределит греющиеся элементы (симисторы, элементы снабберов) и позволит задействовать пусть и перекошенную, но трехфазную деревенскую сеть.

Что понадобилось для работы.

Набор инструмента для электромонтажа, паяльник средней мощности (40…60 Вт) с принадлежностями, мультиметр, фен строительный или специальный для работы с термотрубками.

Набор инструмента для некрупных слесарных работ, ножницы по металлу, электрическая дрель или шуруповерт, набор сверл.

Материалы – отслужившие HDD, потребные радиоэлементы, крепеж, провод, мелочи

В своем электрическом хламе подобрал три гарантированно ненужных жестких диска, удалил платы контроллеров и механическую часть, оставил только крашеный порошковой краской алюминиевый поддон. В одном из вариантов HDD мотор дисков оказался насмерть запрессованным, оставил как есть, он не помешает.

Разметил места креплений для крупных элементов. Керамический 10 Вт резистор снаббера закрепил жестяной обоймой вырезанной из банки от сгущенного молока (съесть, отмыть, высушить, отрезать торцы, выровнять). Обоймы с резисторами закрепил винтиками М3 (+гайки-шайбы-стопоры).

Симисторы в выбранном месте прижал планками из нетонкого текстолита. Те же винтики М3 со всем сопутствующим, симистор изолировал от радиатора пластинкой из тонкой слюды. Под пластинку и под симистор плюхнул немного теплопроводящей пасты.

Читайте также:
Оригинальный дизайн винного погреба в подвале

Весь электромонтаж велся короткими жесткими проводами – толстой медной луженой проволокой изолированной термотрубкой. Схема несложная, хватило выводов механически закрепленных элементов. Для более удобного подключения нагрузки, сделал от ножек симистора короткие проволочные выводы, сигнал управления подключается к выводам торчащей оптопары. Чтобы не путаться, незадействованный вывод откусил.

Испытания нагрузкой показали, что железка при работе с 2 кВт нагрузкой нагревается незначительно. Вместо сигнала управления зажигал светодиод оптопары от регулируемого БП, установив ток защиты 10 мА.

После проверки работоспособности каждого ключа, собрал трехфазный макет. Все три светодиода оптопар ключей (МОС3022, ток включения светодиода 10 мА) включены параллельно к одному транзисторному каскаду. Такое включение не рекомендуется – сложно достичь полной синхронности работы из-за неравенства, неидентичности оптопар. Мне пришлось применить оптопары имеющиеся. Из их большого количества отобрал три с одинаковыми измеренными параметрами светодиодов. Кроме того, возможной несинхронностью включения нагревателей в печи вполне можно пренебречь. Собственно, даже отказ одного из нагревателей скомпенсирует термоконтроллер.

Согласующий транзисторный каскад собран на отдельной некрупной платке и снабжен специальными проволочными выводами для винтовых клемм контроллера. Для уменьшения возни с травлением платку спроектировал так, чтобы границы между широкими контактными площадками легко и удобно прорезать бормашиной.

В качестве нагрузки-индикатора включил три 60 Вт лампы накаливания. Чтобы ничего не замкнуло в самый неподходящий момент, смонтировал все крупные элементы на живую нитку на куске ДСП. Пришлось к рабочему столу протянуть и все три фазы. Все отлично, все три включаются синхронно и надежно.

Твердотельное реле: устройство, принцип работы, схемы подключения

При организации логических схем управления оборудованием в качестве коммутаторов используются различные виды реле. В связи с развитием и совершенствованием полупроводниковых приборов на смену классическим логическим элементам пришло твердотельное реле (ТТР). Для чего используется, как устроен и как функционирует данный вид устройств, мы рассмотрим в данной статье.

Назначение

Сфера применения твердотельного реле достаточно обширна и охватывает самые разнообразные отрасли промышленности и народного хозяйства. Их используют в таких системах, где по условиям эксплуатации можно исключить периодический контроль состояния коммутатора. Твердотельные приборы устанавливаются в оборудовании с частыми коммутациями, где классические подвижные контакты не справляются с работой и перегорают. Или в таких электроустановках, где недопустимо искрообразование при разрывании или замыкании цепи контактной группой.

Помимо этого твердотельные реле характеризуются малыми габаритами, что делает их весьма привлекательной альтернативой для слаботочного оборудования. Они применяются в электронике и бытовых устройствах, а также труднодоступных местах, где после ввода прибора в работу отсутствует возможность технического обслуживания.

Основными направлениями, в которых вы часто встретите твердотельное реле, являются:

  • нагревательные электроприборы с ТЭНами, спиралями для контроля температуры нагревания;
  • контроль температурных режимов в технологических процессов;
  • отслеживание рабочих режимов силовых трансформаторов;
  • регулировка степени освещенности или включение освещения в зависимости от времени суток;
  • применение в качестве датчика движения;
  • включение и отключения электродвигателей, переключение различных режимов их работы;
  • в качестве электронных ключей силовых и слаботочных электроустановок;
  • как коммутаторы станочного оборудования, в котором нужна высокая частота срабатывания;
  • для переключения позиций в источниках бесперебойного питания.

Стоит отметить, что повсеместная автоматизация технологических процессов все чаще задействует твердотельное реле в качестве коммутационного устройства.

Устройство

Конструктивно твердотельное реле представляет собой расширенный вариант полупроводникового ключа. В состав устройства входят резисторы, транзисторы, симисторы или тиристоры, которые и лежат в основе их работы. За счет того, что вся конструкция имеет монолитную структуру – единый блок, реле и получило название твердотельного.

Рис. 1. Устройство твердотельного реле

Условно все устройство можно разделить на несколько блоков:

  • Входной узел – используется для подачи управляющего сигнала. В состав узла входит токоограничивающий резистор и устройство для передачи сигнала на коммутирующий элемент.
  • Триггерный узел – применяется для обработки получаемых сигналов. Как правило, является частью линии оптической развязки, но может устанавливаться и отдельно от нее.
  • Узел оптической развязки – осуществляет гальваническое разделение основного участка и контролирующего. Является неотъемлемой составляющей реле переменного тока. От конструктивных особенностей этого узла напрямую зависит принцип действия коммутатора.
  • Цепь коммутации – производит включение и отключение линии питания нагрузки. Функционирует по принципу запирания и отпирания p-n перехода, поэтому классического переключения в твердотельных реле не происходит.
  • Цепи защиты – осуществляют устранение помех, защищают твердотельное реле от перегрузок и токов коротких замыканий. По месту расположения бывают внутренней и внешней установки.
  • Выходной узел – используется для подключения нагрузки, как правило, представлен парой контактов или клемм.
Читайте также:
Освещение фасадов зданий архитектурная подсветка

Следует отметить, что в зависимости от типа твердотельного реле, состав основных блоков может существенно отличаться. Поэтому определенные модели могут обходиться без некоторых из вышеперечисленных узлов.

Принцип работы

В зависимости от вида твердотельного реле, может отличаться и принцип его действия. В основе работы лежит два сигнала – управляющий и управляемый, которые могут генерироваться и передаваться различным способом. Поэтому в качестве примера мы рассмотрим одну из разновидностей данного устройства, функционирующего посредством оптрона.

Рис. 2. Принцип действия твердотельного реле

Оптрон, в соответствии с п.1.1 ГОСТ 29283-92 осуществляет генерацию электромагнитных или световых импульсов с определенными параметрами. В соответствии с которым и происходит взаимодействие его компонентов. Конструктивно оптрон представляет собой оптическую пару – светодиод и фотодиод, установленные в разных блоках твердотельного реле.

При подаче питания на входной узел твердотельного реле начнется протекание тока через цепь светодиода. В результате чего световое излучение попадет на фотодиод. При достижении световым потоком заданной интенсивности, фотодиод установит рабочие параметры для цепи нагрузки и произведет коммутацию нагрузки.

Отличия от электромеханических реле

Если рассматривать основные отличия, то они заключаются в принципе реализации логических операций. Так, в соответствии с п. 3.1.1 ГОСТ IEC 61810-7-2013 под электромеханическим реле следует понимать такое устройство, в котором операции производятся за счет движения механических элементов. В частности, на катушку индуктивности подается управляющий импульс, который создает достаточный электромагнитный поток для перемещения сердечника. Механически сердечник соединяется с контактной группой, которая замыкается и размыкается в зависимости от управляющего сигнала.

Твердотельное реле, в свою очередь, не имеет подвижных частей, а изменение логического состояния производится путем перевода полупроводникового элемента из открытого состояния в закрытое, и, наоборот. Поэтому основным отличием от электромеханических моделей является отсутствие подвижных контактов.

Технические характеристики

При выборе конкретной модели для замены вышедшего со строя твердотельного реле или для установки в новом оборудовании необходимо руководствоваться основными характеристиками прибора.

К основным параметрам относятся:

  • Класс и величина напряжения на входе и выходе устройства;
  • Сопротивление твердотельного элемента или потребляемая мощность;
  • Ток срабатывания – определяет рабочие параметры перехода из одного логического состояния в другое;
  • Перегрузочная способность – кратная величина номинальному току;
  • Электрическая прочность изоляции;
  • Тип монтажа – наличие крепежных деталей или пайка на выводы;
  • Материал, из которого изготовлено реле;
  • Габаритные размеры;
  • Наличие дополнительных функций.

Все характеристики твердотельных реле будут отличаться в зависимости от вида конкретного устройства.

Разделение по видам обуславливается как рабочими параметрами некоторых устройств, так и сферой их применения. Поэтому, классификация твердотельных реле осуществляется по нескольким факторам, определяющим тот или иной параметр.

Так, все логические элементы, в зависимости от рода тока, подразделяются на две группы – реле постоянного и переменного тока. Первые отличаются высокой надежностью и отлично справляются с поставленными задачами, как при низких, так и при высоких температурах. Второй вид обладает высокой скоростью срабатывания.

Читайте также:
Расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления и зависимость от нее температуры теплоносителя

В зависимости от количества подключаемых фаз все твердотельные реле подразделяются на однофазные и трехфазные. Первый вид обеспечивает питание однофазной нагрузки или устройств постоянного тока. Трехфазные, в большинстве случаев, используются для питания электродвигателей, но встречаются коммутаторы и для других типов оборудования.

Рис. 4. Трехфазные и однофазные твердотельные реле

По типу управления различают следующие виды:

  • Фазовое – плавно изменяет напряжение на выходе в процентном соотношении;
  • Мгновенное – производит переключение мгновенно;
  • При переходе через 0 – переключение осуществляется только при достижении синусоидой нулевого значения.

В зависимости от пропускаемой нагрузки, все устройства могут подразделяться на слаботочные и силовые. Первые устанавливаются в цепи управления, вторые используются для питания мощного бытового и промышленного оборудования.

Схемы подключения

На практике существует несколько вариантов подключения твердотельного реле к цепи питания и управления. Так, в зависимости от величины и рода питающего напряжения выделяют схему постоянного и переменного тока:

Рис. 5. Схема подключения твердотельного реле на 230 В

Как видите, здесь от фазного и нейтрального проводника напряжение подается и на цепь управления (выводы 3 и 4), и к нагрузке. Через выводы 1 и 2 фазный проводник устанавливается в коммутацию твердотельного реле для питания потребителя. Включение и отключение производится путем замыкания контактной группы К1 в цепи управления.

Еще один вариант схемы – управление нагрузкой посредством низковольтного сигнала:

Рис. 6. Питание твердотельного реле низким напряжением

В таком случае напряжение сети изначально подается на блок питание, где оно преобразуется и понижается. А затем через контакты К1 поступает в цепь управления твердотельного реле на выводы 3 и 4. Питание нагрузки происходит по тому же принципу, что и в предыдущем случае.

Помимо этого схемы подключения твердотельных реле подразделяются на две категории – нормально открытые и нормально закрытые. Первый вариант подразумевает такой принцип действия, когда подача напряжения на цепь управления подает напряжение к нагрузке.

Рис. 7. Нормально открытая схема твердотельного реле

Второй вариант схемы при подаче напряжения в цепь управления отключает питание нагрузки.

Рис. 8. Нормально закрытая схема твердотельного реле

Помимо этого существует трехфазная схема питания для соответствующего типа нагрузки:

Рис. 9. Трехфазная схема подключения твердотельного реле

Как видите на схеме, здесь используется трехфазное твердотельное реле. Для цепи управления используется пониженное напряжение, подаваемое от преобразователя. Линия трехфазного питания подключается к выводам A1, B1, C1, а трехфазный электродвигатель к выводам A2, B2, C2.

Достоинства и недостатки

Данный вид логических элементов характеризуется рядом плюсов и минусов в эксплуатации. К основным преимуществам твердотельных реле относятся:

  • Длительный срок эксплуатации в сравнении с электромеханическими моделями;
  • Может выполнять значительно больше коммутаций до наработки на отказ;
  • Бесшумность в работе;
  • Небольшой размер и вес;
  • Отсутствует механический износ контактной группы из-за их отсутствия;
  • Возможность установки в пожароопасных и взрывоопасных зонах за счет отсутствия искр в процессе коммутации;
  • Может работать без скачков напряжения и тока, чем в значительной мере нивелирует переходные процессы;
  • Внутреннее сопротивление практически не меняется в процессе эксплуатации;
  • Практически невосприимчивы к воздействию вибрации, оседанию пыли, электромагнитным полям.

Но, вместе с тем, твердотельные реле обладают и некоторыми недостатками. Существенной проблемой является нелинейная вольтамперная характеристика. В отключенном состоянии сопротивление p-n хоть и большое, но не бесконечное, чем обуславливаются токи утечки. Во включенном состоянии сопротивление полупроводника обуславливает нагрев твердотельного элемента и необходимость его принудительного охлаждения в силовых реле.

Также к недостаткам относят необходимость принятия мер против ошибочного срабатывания. При пробое твердотельные реле часто остаются во включенном состоянии, что создает опасность для оборудования и эксплуатационного персонала. За счет наличия p-n перехода пропускание тока в обратном направлении происходит не мгновенно. Одной из наибольших проблем является перегрузка, из-за которой реле мгновенно выходит со строя.

Читайте также:
Свойства и применение гибкого кирпича

Твердотельное реле

Что такое твердотельное реле

Твердотельное реле (ТТР) или в буржуйском варианте Solid State Relay (SSR) – это особый вид реле, которые выполняют те же самые функции, что и электромагнитное реле, н о имеет другую начинку, состоящую из полупроводниковых радиоэлементов, которые имеют своем составе силовые ключи на тиристорах, симисторах или мощных транзисторах.

Виды твердотельных реле

Выглядеть ТТР могут по-разному. Ниже на фото слаботочные реле

Такие релe используются в печатных платах и предназначены для коммутации (переключения) малого тока и напряжения.

На ТТР строят также сразу готовые модули входов-выходов, которые используются в промышленной автоматике

А вот так выглядят реле, используемые в силовой электронике, то есть в электронике, которая коммутирует большую силу тока. Такие реле используется в промышленности в блоках управления станков ЧПУ и других промышленных установках

Слева однофазное реле, справа трехфазное.

Если через коммутируемые контакты силовых реле будет проходить приличный ток, то корпус реле будет очень сильно греться. Поэтому, чтобы реле не перегревались и не выходили из строя, их ставят на радиаторы, которые рассеивают тепло в окружающее пространство.

Твердотельные реле по типу управления

ТТР могут управляться с помощью:

1) Постоянного тока. Его диапазон составляет от 3 и до 32 Вольт.

2) Переменного тока. Диапазон переменного тока составляет от 90 и до 250 Вольт. То есть такими реле можно спокойно управлять с помощью сетевого напряжения 220 В.

3) С помощью переменного резистора. Значение переменного резистора может быть в диапазоне от 400 и до 600 Килоом.

Твердотельные реле по типу переключения

С коммутацией перехода через ноль

Посмотрите внимательно на диаграмму

Такие ТТР на выходе коммутируют переменный ток. Как вы здесь можете заметить, когда мы подаем на вход такого реле постоянное напряжение, у нас коммутация на выходе происходит не сразу, а только тогда, когда переменный ток достигнет нуля. Выключение происходит подобным образом.

Для чего это делается? Для того, чтобы уменьшить влияние помех на нагрузках и уменьшить импульсный бросок тока, который может привести к выходу нагрузки из строя, если тем более нагрузкой будет являться схема на полупроводниковых радиоэлементах.

Схема подключения и внутреннее строение такого ТТР выглядит примерно вот так:

управление постоянным током управление переменным током

Мгновенного включения

Здесь все намного проще. Такое реле сразу начинает коммутировать нагрузку при появлении на нем управляющего напряжения. На диаграмме видно, что выходное напряжение появилось сразу, как только мы подали управляющее напряжение на вход. Когда мы уже снимаем управляющее напряжение, реле выключается также, как и ТТР с контролем перехода через ноль.

В чем минус данного ТТР? При подаче на вход управляющего напряжения, у нас на выходе могут возникнуть броски тока, а в следствии и электромагнитные помехи. Поэтому, данный тип реле не рекомендуется использовать в радиоэлектронных устройствах, где есть шины передачи данных, так как в этом случае помехи могут существенно помешать передаче информационных сигналов.

Внутреннее строение ТТР и схема подключения нагрузки выглядят примерно вот так:

С фазовым управлением

Здесь все намного проще. Меняя значение сопротивления, мы тем самым меняем мощность на нагрузке.

Примерная схема подключения выглядит вот так:

Работа твердотельного реле

В гостях у нас ТТР фирмы FOTEK:

Давайте разберемся с его обозначениями. Вот небольшая табличка-подсказка для этих типов реле

Давайте еще раз взглянем на наше ТТР

SSR – это значит однофазное твердотельное реле.

40 – это на какую максимальную силу тока она рассчитана. Измеряется в Амперах и в данном случае составляет 40 Ампер.

D – тип управляющего сигнала. От значения Direct Current – что с буржуйского – постоянный ток. Управление ведется постоянным током от 3 и до 32 Вольт. Этого диапазона хватит самому заядлому разработчику радиоэлектронной аппаратуры. Для особо непонятливых даже написано Input, показан диапазон и фазировка напряжения. Как вы видите, на контакт №3 мы подаем “плюс”, а на №4 мы подаем “минус”.

Читайте также:
Планировка двухэтажного дома 7 на 7 м (38 фото): проект дома на 2 этажа размером 7х7 м

А – тип коммутируемого напряжения. Alternative current – переменный ток. Цепляемся в этом случае к выводам №1 и №2. Можем коммутировать диапазон от 24 и до 380 Вольт переменного напряжения.

Для опыта нам понадобится лампа накаливания на 220 Вольт и простая вилка со шнуром. Соединяем лампу со шнуром только в одном месте:

В разрыв вставляем наше твердотельное реле

Втыкаем вилку в розетку и…

Нет… не хочет… Чего-то не хватает…

Не хватает управляющего напряжения! Выводим напряжение от Блока питания от 3 и до 32 Вольт постоянного напряжения. В данном случае я взял 5 Вольт. Подаю на управляющие контакты и…

О чудо! Лампочка загорелась! Это значит, что контакт №1 замкнулся с контактом №2. О срабатывании реле нам также говорит и светодиод на корпусе самого реле.

Интересно, какую силу тока потребляют управляющие контакты реле? Итак, имеем на блоке 5 Вольт.

А сила тока получилась 11,7 миллиампер! Можно управлять хоть микроконтроллером!

Плюсы и минусы твердотельного реле

  • включение и выключение цепей без электромагнитных помех
  • высокое быстродействие
  • отсутствие шума и дребезга контактов
  • продолжительный период работы (свыше МИЛЛИАРДА срабатываний)
  • возможность работы во взрывоопасной среде, так как нет дугового разряда
  • низкое энергопотребление (на 95% (!) меньше, чем у обычных реле)
  • надёжная изоляция между входными и коммутируемыми цепями
  • компактная герметичная конструкция, стойкая к вибрации и ударным нагрузкам
  • небольшие размеры и хорошая теплоотдача (если конечно использовать термопасту и хороший радиатор)

Твердотельное реле своими руками

Твердотельное реле (ТТР) или Solid State Relay (SSR) — это электронные устройства, которые выполняют те же самые функции, что и электромеханическое реле, но не содержит движущихся частей. Серийные твердотельные реле используют технологии полупроводниковых устройств, таких как тиристоры и транзисторы.

То есть вместо подвижных контактов в ТТР используются электронные полупроводниковые ключи, в которых цепи управления имеют гальваническую развязку с силовыми, коммутируемыми цепями. Благо сейчас переключательных полевых транзисторов приобрести нет никаких проблем. Таким образом, для построения твердотельного реле нам потребуется MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) транзистор, русский эквивалент термина — МОП-транзистор или полевой транзистор с изолированным затвором, и оптрон. На страницах сайта есть статьи, посвященные транзисторным ключам с оптической изоляцией – «Транзисторный ключ переменного тока»

В данной статье рассмотрен ключ для коммутации переменного тока. Используя SMD компоненты по этой схеме можно изготовить ТТР переменного тока. Часть деталей монтируется на печатной плате, которая крепится к алюминиевой положке. Транзисторы устанавливаются на подложку через слюдяные прокладки. Конденсатор С1 лучше брать или танталовый или керамический. Его емкость можно уменьшить.
Еще одна статья – «Транзисторный ключ с оптической развязкой»

В этой схеме к качестве коммутирующих транзисторов используются биполярные транзисторы разных структур.

Есть еще одна схема гальванически развязанного ключа на моп-транзисторе с защитой от предельного тока нагрузки. О нем шла речь в статье «Mощный ключ постоянного тока на полевом транзисторе»

Все это хорошо, если напряжения, с которыми работают ТТР реализованные на MOSFET, позволяют управлять этими полевыми транзисторами. А как быть с коммутацией напряжения, например 3,3 вольта. Для открывания полевого транзистора этого напряжения явно не достаточно. Нужен какой-то преобразователь, способный поднять напряжение управления хотя бы до пяти вольт. Классический импульсный преобразователь использовать для реле – слишком громоздко. Но есть другие преобразователи – оптические, например — TLP590B.

TLP590B Datasheet Pdf

Такие преобразователи на выходе обеспечивают напряжение порядка 9 вольт, что вполне достаточно для управления моп-транзисторами. Из документации на эти преобразователи видно, что они очень маломощные и способные отдать на выходе ток всего лишь порядка 12мкА. У моп-транзисторов есть такой параметр – Заряд затвора – Qg. Пока затвор данного транзистора не получит необходимый заряд – транзистор не начнет открываться. Скорость заряда зависит от тока, который может обеспечить цепь управления, чем больше ток управления, тем быстрее затвор получает необходимый заряд, тем быстрее открывается транзистор. Тем меньше будет время, когда коммутирующий транзистор будет находиться в активной зоне выходной характеристики – тем меньше на нем будет выделяться тепла. Но в нашем случае, когда транзистор работает не в преобразователе, на относительно высоких частотах, а в качестве реле, вкл – выкл, ток в 12 мкА будет достаточен. Правда лучше конечно выбирать ключевые транзисторы с малым зарядом затвора. Например.

Читайте также:
Прогрев бетона в зимнее время: технологическая карта

AOT7S60 Datasheet Pdf

Этот транзистор способен коммутировать напряжение 600В при токе стока 7А. Мощность стока при температуре +25 С — 100Вт. При этом заряд затвора Qg всего 8,2 нанокулона = 8,2nC. Для сравнения популярный транзистор IRF840 имеет Qg = 63nC.

IRF840 Datasheet Pdf

Для управления низковольтными нагрузками можно применить транзистор irlr024zpbf. При данных режимах измерения ток стока – 5А, напряжение сток – исток – 44В, напряжение затвор – исток -5В, имеет типовое значение заряд затвора Qg = 6,6nC.

irlr024zpbf Datasheet Pdf

Но у меня таких транзисторов нет и я для реле использовал транзисторы IRL2505 с каналом типа n. У данного транзистора Qg = 130nC !

IRF2505 Datasheet Pdf

Другой транзистор с каналом типа р — IRF4905, у этого транзистора максимальный Qg = 180nC .

IRF4905 Datasheet Pdf

Схему собрал самую простую, ту что на рисунке 4

В качестве коммутирующего транзистора в этой схеме использован транзистор IRF4905 с каналом – р. Транзистор не был снабжен теплоотводом и в открытом состоянии нагревался до +60˚С при токе 2А. Напряжение 3,3В коммутировал нормально. Теперь, имея в своем распоряжении такой преобразователь, что нам мешает использовать в положительном проводе питания и транзистор с каналом n?

Результат превзошел мои ожидания. Транзистор IRF2505 без радиатора практически не грелся при токе нагрузки 4А. при напряжении на нагрузке 12,6 В В обоих экспериментах ток управления я выставил примерно 10 мА. Максимальный ток светодиода по документам – 50 мА. Больше 10 мА не стоит увеличивать ток – практически ни чего не меняется. Я очень доволен таким реле. Если описать параметры этой релюхи, применительно к электромагнитному реле, то они были бы такими. Напряжение срабатывания – какое хочешь ! Только подбирай R2. Ток срабатывания – 10 мА. Ток и напряжение коммутации – какое хочешь . (В разумных пределах конечно)Только подбирай транзисторы. Не слабо. Хотелось бы проверить данные устройства с коммутацией емкостных и индуктивных нагрузок. Это позже. Пока искал буквы на клавиатуре, пришла еще одна мысль. Если транзистор поставить в диагональ диодного моста, то можно коммутировать переменные напряжения. Таким реле можно коммутировать обмотки трансформаторов. Пока все. Всем удачи. К.В.Ю.

Какой принцип работы септика Топас, схема устройства септика

Септик Топас – это локальное очистное сооружение, в котором происходит глубокое очищение хозяйственно-бытовых сточных вод. Основной принцип работы септика топас, это очищение канализационной воды, которое происходит в несколько этапов, что дает высочайшее качество. На выходе из септика вытекает вода, освобожденная от загрязнений на 98%.

Данный показатель позволяет использовать очищенную воду на технические нужды или полив, а это весьма актуально для дач, коттеджей и прочей загородной недвижимости с земельными наделами. Септик Топас – компактная очистная установка, которая монтируется в непосредственной близости с домом, при этом, не нарушая общего вида территории. При работе септик Топас не издает шума и не источает запаха. На поверхности земли остается только крышка установки, что облегчает сервисное обслуживание.

Читайте также:
Раздвижные решетки на окна: как выбрать и сделать своими руками

Схема устройства септика Топас

В настоящее время септики Топас вытесняют выгребные ямы и септики с почвенной доочисткой, так как гарантируют безопасность и качество очищения сточных вод, что очень важно для сохранения санитарной и экологической безопасности. Для владельцев и будущих обладателей данного очистного сооружения не лишним будет знать принцип работы септика топас.

  1. Принцип работы септика топас
  2. Септик Топас производит очистку стоков в две фазы.
  3. Видео принцип работы септика топас

Принцип работы септика топас

Септик Топас производит поэтапную очистку канализационной воды, последовательно и тщательно освобождая ее от всевозможных загрязнений. В процессе очищения принимает участие особая биомасса – активный ил. В его состав входят различные бактерии и микроорганизмы, которые разлагают органические соединения. Основная часть данных микроорганизмов живет и размножается только при наличии кислорода, поэтому в септике Топас создаются особые условия, а именно, при помощи компрессоров периодически нагнетается кислород.

Аэробные микроорганизмы попадают в септик Топас вместе со сточной водой и при благоприятных условиях начинают образовывать целые колонии, которые для питания как раз используют органические соединения. В очистке сточной воды также принимают участие и анаэробные бактерии, которые частично разлагают органику сразу же в приемной камере, куда поступают сточные воды, а также в камере, где происходит заключительная стадия очищения стока и выпадение в осадок отработанного ила.

В любом септике нужно поддерживать определенный объем активного ила, иначе снизится качество очищения сточной воды, начнет образовываться неприятный запах. А вот излишки активного ила следует раз в квартал откачивать из септика.

Септик Топас производит очистку стоков в две фазы.

Первая фаза запускает септик в работу по очищению сточной воды, которая попадает из жилища по подводящей канализационной трубе в приемную камеру (1), где они накапливаются до определенного уровня. За это время происходит выпадение в осадок крупных фракций и их первоначальное разложение анаэробными бактериями.

принцип работы септика топас

Как только сточная вода в приемной камере (1) достигнет установленной отметки, срабатывает поплавковый датчик, запускающий в работу первый компрессор второй камеры (2) септика Топас, куда начинают при помощи эрлифта перекачиваться сточные воды из камеры приемной. Компрессор нагнетает кислород и буквально обогащает им загрязненную воду.

Подобная мелкопузырчатая аэрация измельчает органические загрязнения, окисляет их, а аэробные бактерии начинают ими питаться. В результате образуется активный ил. Из второй камеры (2) очищенная вода с активным илом перекачивается в отстойник, где происходит осаждение отработанного ила на дно, а чистая отстоявшаяся вода уходит из септика самотеком или откачивается принудительно при помощи насоса.

Первая фаза очистки продолжается до тех пор, пока в приемной камере сточная вода вновь не понизится до определенного уровня, тогда вновь срабатывает датчик, который запустит в работу второй компрессор и начнется вторая фаза.

Вторая фаза очистки – это, прежде всего, обогащение кислородом сточной воды в приемной камере, и перемещение туда активного ила для нового цикла очищения стоков. Данная фаза продолжается до тех пор, пока в приемной камере вновь не поднимется уровень поступающих стоков и не сработает датчик.

Таким образом, срабатывание датчика позволяет переключать компрессоры и чередовать первую и вторую фазу очищения стоков. По сути, сточные воды проходят двойную глубокую очистку при помощи аэробных бактерий, которым также помогают анаэробные бактерии на последней стадии очищения воды, когда наблюдается выпадение отработанного ила.

Септик Топас и принцип работы септика топас позволяет очищать канализационные воды от самых сложных и опасных органических соединений, поэтому он незаменим при создании локальной канализации в современной загородной недвижимости.

Видео принцип работы септика топас

Сравнение канализации “ТОПАС” и септика: принцип работы, монтаж и сервис

В этом материале постараемся разобраться в следующих вопросах: что такое септик и локальное очистное сооружение, об их отличии, обслуживание и, главное, стоимость. Итак, обо всем по порядку.

Читайте также:
Пароизоляция Тайвек: технический обзор пленок и мембран серии AirGuard

Принцип работы септика

Септик представляет собой многокамерную емкость, которая закапывается в непосредственной близости от Вашего дома. Это отстойник, через который последовательно протекают сточные воды. Септик, как таковой, не является законченным очистным сооружением, т.к. при его работе необходимо использование методов почвенной доочистки.

В септикеиспользуется анаэробный принцип очистки сточных вод, т.е. гниение стоков без участия кислорода. Осветленная вода после септика имеет очень низкую степень очистки – всего 55-60%. Поэтому необходим еще один этап – доочистка. Для этого нужно обустроить поле фильтрации: на участке располагаются несколько траншей, которые занимают площадь 20-25 кв.м.

В траншеи слоями укладывают щебень, гравийно-песчаный слой, общая толщина – не менее 1 м. Но у поля фильтрации есть много недостатков:

– самое главное – это, конечно, увеличение стоимости и сложности монтажа очистного оборудования;

– поле фильтрации занимает большую площадь участка, на которой Вы уже ничего не сможете посадить;

– поле фильтрации заиливается, через 5-6 лет его необходимо полностью менять.

Принцип работы «ТОПАС»

Автономная канализация «ТОПАС» – это персональное очистное сооружение, которое устанавливается на участке, занимает 1 кв.м. (для семьи из 3-5 человек). ТОПАСработает по принципу городских очистных сооружений – принципу аэрации: аэробные бактерии окисляют сток, превращая, его в ил и очищенную на 98% техническую воду. Очищенная вода не имеет цвета и запаха, может использоваться для полива не плодовоовощных культур, либо сбрасываться на грунт в ливневую канализацию, дренажную систему участка или накопительный колодец.

Монтаж септика и поля фильтрации

Монтаж септика – это самая затратная часть при обустройстве канализации в загородном доме. Казалось бы, начальная стоимость самого септика невелика – но она составляет лишь 30% от стоимости монтажа септика под ключ. Это потому, что для нормальной работы любого септика на участке необходима установка поля фильтрации.

Работы начинаются с рытья котлована, на дно укладывают бетонную плиту или заливают бетонную стяжку, соответственно к монтажу необходимо привлекать тяжелую технику. Затем септик привязывают к этой плите железными тросами (якорят). Это делается для того, чтобы септик не выдавило весной грунтовыми водами, а так же для того, чтобы он не всплыл после откачки на поверхность.

После укрепления и фиксации септика на бетонном основании приступают организации поля фильтрации. На площади в 25 кв. м. с привлечением спецтехники вынимают грунт.

Нужно учитывать, что поле фильтрации необходимо располагать ниже глубины промерзания грунта (иначе септик в зимнее время работать не будет) – а это увеличение объема работ. Кроме того, нужно знать впитываемость грунта – в глинистых грунтах осветленная вода фильтроваться не будет, соответственно нужно делать насыпные поля.

Итак, на дно котлована фильтрационной площадки укладываются по слоям щебень и песчано-гравийная подушка толщиной по 20 сантиметров. Под слоем песка располагаются дренажные трубы, они служат для вывода очищенной воды в сточный колодец или канаву. От дома до септика, в заранее выкопанную траншею, под углом 2 сантиметра на метр прокладываю трубу, затем герметизируют и закапывают. Работы по монтажу займут от 3 дней до 1 недели, в зависимости от типа грунта.

– монтаж септика – это очень затратное дело, т.к. необходимо привлечение крупногабаритной техники и покупка материалов для обустройства поля фильтрации;

– при обустройстве полей фильтрации необходимо предусмотреть много нюансов, иначе септик попросту работать не будет;

– поля фильтрации заиливаются, через 5-6 лет необходимо полностью откапывать всю фильтрующую систему, промывать или менять щебень, обновлять слой грунта, менять гравийно-песчаный слой. А это опять проведение больших земляных работ на Вашем участке, расход больших денежных средств и трата Вашего личного времени!

Читайте также:
Ремонт с поправкой на животных

Теперь посчитаем, во сколько обойдется септик на 3-5 человек и монтажные работы по установке:

Продолжение статьи читайте 23 сентября 2013 г.

Как устроен Топас. Схемы и принцип работы

ОГЛАВЛЕНИЕ

Это продолжение полного обзора, посвящённый конструкции Топас и принципу работы. При выборе системы канализации многие покупатели либо не читают подобный материал, либо читают его между строк. А очень зря. Знание устройства очень помогает, при возникновении проблем, разговаривать с сервисной службой на одном языке. Также вы можете самостоятельно разобраться в причине неисправности и восстановить работу очистного сооружения.

Схема Топас

Рассмотрим устройство Топас, рассчитанного на 5 проживающих.

Обозначения
  • А. Приёмная камера
  • Б. Аэротенк
  • В. Вторичный отстойник
  • Г. Стабилизатор ила
  • Д. Компрессорный отсек
  1. Ввод стоков
  2. Фильтр грубой очистки
  3. Главный насос
  4. Насос откачки ила
  5. Насос аэротенка
  6. Компрессоры
  7. Устройство сбора не перерабатываемых волокнистых веществ (волосоуловитель)
  8. Выход очищенной воды
  9. Поплавковый датчик
  10. Распаечная коробка для подключения подводящего электрокабеля
  11. Кнопка включения и выключения станции
  12. Блок управления
  13. Фильтр плавающих веществ (фильтр тонкой очистки)
  14. Успокоитель вторичного отстойника
  15. Циркуляционный насос
  16. Аэраторы

Принцип работы Топас

Хозяйственно-бытовые стоки из дома по трубе (1) попадают в приёмный отсек (А) септика Топас. Под интенсивным воздействием воздуха (аэрацией), стоки проходят фазу измельчения и предварительной очистки. Аэрация в приёмном отсеке осуществляется с помощью аэратора (16), расположенного на дне станции и воздушного компрессора (6).

Подготовленные стоки проходят через фильтр крупных фракций (2). Суть которого – задержать крупные не переработанные частицы внутри приемной камеры до полного растворения. Затем с помощью главного насоса (3) перекачиваются в отсек-аэротенк (Б). В процессе перекачивания, стоки проходят через волосоуловитель (7), на котором собираются не перерабатываемые волокнистые вещества.

В аэротенке сточные воды проходят доочистку с помощью активного ила – колониями бактерий и микроорганизмов «живущими» в септике, которые в процессе жизнедеятельности перерабатывают загрязнённые стоки. Как и в приёмной камере, на дне аэротенка тоже находится аэратор, который насыщая стоки кислородом, поддерживает работоспособность активного ила.

Пройдя переработку в аэротенке, очищенные стоки вместе с активным илом поступают в следующий отсек – вторичный отстойник. Назначение этого отсека – отделить очищенную воду от активного ила. Под действием силы тяжести ил в этой камере опускается на дно, а очищенная вода через фильтр тонкой очистки (13) самотёком отводится в дренаж. Либо, откачивается принудительно с помощью дренажного насоса (в модификациях ПР).

Активный ил оседает на дно, а затем перекачивается насосом аэротенка в камеру – стабилизатор (Г). Откуда он откачивается, когда проводится техническое обслуживание.

В работе Топас предусмотрено 2 фазы (цикла) работы, которые переключаются с помощью поплавочного переключателя (9) внутри приёмного отсека. Прямой цикл (фаза очистки) и обратный цикл (фаза регенерации). Фаза очистки работает, когда поступают канализационные стоки. Фаза регенерации нужна для поддержания жизнедеятельности активного ила во время отсутствия стоков.

Принцип работы топас в развёрнутом виде хорошо представлен на видео ниже. Сразу оговоримся – это схема работы европейского септика TOPAS+. Более технологичного, нежели устройство российского производства. Главное отличие в том, что за переключение фаз работы отвечает микропроцессорный блок управления совместно с датчиком давления. Плюс, европейский вариант комплектуется песчаным фильтром, который осуществляет дополнительную доочистку стоков. В остальном, принцип действия остался неизменным.

Для интерактивного просмотра необходим Adobe Flash Player, если у вас на устройстве он не установлен – будет показан видеоролик.

В заключение стоит ещё раз отметить, что вся очистка стоков происходит автоматически и не требует вашего вмешательства. Никакие добавки, бактерии и прочую химию заливать не требуется – все бактерии и микроорганизмы появляются естественным путём – вам необходимо только пользоваться канализацией. От вас требуется только время от времени открывать крышку для контроля работы и осуществлять плановое техническое обслуживание септика.

Читайте также:
Оригинальный дизайн винного погреба в подвале

Как вы заметили, внутри отсеков вся перекачка стоков осуществляется с помощью мамут-насосов. Это очень простое и эффективное решение. Анимированная схема работы мамут-насоса приведена ниже.

Устройство Топас

Корпус

Корпус септика изготовлен из листового полипропилена. Толщина полипропилена может отличаться у разных моделей и модификаций. Внешние стенки выполняются из листа толщиной от 18мм и более, внутренние перегородки тоньше и электрический отсек из более тонкого. Полипропиленовые листы скрепляются друг с другом методом сварки. Если раньше сварка осуществлялась исключительно с помощью фена ручным способом, то сейчас применяются полуавтоматические процессы, позволяющие минимизировать процент брака производства корпуса. Также активно используется оборудование для гибки полипропилена, что даёт готовой продукции меньшее количество сварных швов.

Полипропилен – великолепный материал для изготовления корпуса. Он обладает низкой теплопроводностью и отлично сохраняет тепло зимой. Очень гибок и отлично восстанавливает свою первоначальную форму. Отлично переносит агрессивную среду, преобладающую в септике, и не подвержен коррозии.

Посмотрите на фото, какие нагрузки он может выдерживать. На фотографиях листовой полипропилен размером 1000х1000мм толщиной 18мм. Именно из листов такой толщины изготавливается самая популярная модель Топас-5.

Электрооборудование

Как мы уже упоминали, для осуществления процесса очистки, его управления используется различное электрооборудование оборудование: воздушные компрессоры Airmac, поплавочные переключатели, блок управления, немецкие дренажные насосы Wilo (в модификациях с принудительным отводом воды). Все комплектующие тщательно подобраны и отлично зарекомендовали себя на протяжении многих лет работы.

Вся прелесть Топас, за счет чего он стал так популярен – это простота конструкции, взаимозаменяемость комплектующих и возможность ремонта своими силами. Все детали, разве что кроме компрессоров и аэраторов, можно починить или изготовить самостоятельно. Это как с УАЗом в российской глубинке – всегда найдется местный «кулибин», способный его завести.

Кроме того, можно даже самостоятельно сделать некоторые полезные опции, как, например «Инструкция: как сделать аварийную сигнализацию для Топас своими руками».

Электрическая схема Топас

Подвод питающего кабеля производится в компрессорном отсеке. Вам необходимо только подсоединить его к блоку управления. Схема подключения Топас немного отличается от модели к модели. Нижеприведенные принципиальные электрические схемы используются в септиках от Топас-4 до Топас-30.

Так же можете посмотреть электрическую схему аналога Топас. Она более понятна для обычного пользователя.

Как подключить септик к электросети

Как видите, схема подключения Топас очень проста и в ней разберется любой электрик.

Качество очистки

Обратите внимание, что Топас может очищать только хозяйственно-бытовые стоки. Если вы планируете очищать стоки от кафе, различных предприятий и производств, где характер стоков отличается от среднестатистических, то при принятии решения о выборе септика, вам следует опираться на следующую таблицу.

Состав и свойства бытовых сточных вод по основным нормируемым показателям до и после очистки должны соответствовать требованиям, приведенным в таблице.

Наименование показателя Единица
измерения
Концентрация, не более
До
очистки
После очистки
(не более)
После доочистки биореакторои
ТОПЛОС-ЦИКЛОН (не более)
рН 6-9 6-9 6-9
Взвешенные вещества мг/л до мг/л 300 10,0 3,0
БПК5 мг/л до 300 4,0 2,0
ХПК мг/л до 500 30,0 15,0
Азот аммонийный мг/л 25 1,5 0,39
Нитраты мг/л 45 40
Нитриты мг/л 3,3 0,08
Растворенный кислород мг 4 4
СПАВ мг/л 20 0,5 0,1
Нефтепродукты мг/л 0,5 0,05 0,05
Фосфаты (РО4) мг/л 5 3,5 0,05 (по Р)*

* – при добавлении реагента.

Продолжаем изучать проблему канализации для загородного дома со следующей статьей.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: