Kietojo kūno relė savo rankomis: surinkimo instrukcija ir prijungimo patarimai

Kietojo kūno relė (KKR) – prietaisas iš elektroninių komponentų serijos, veikiančių nemechaniniu būdu. Mechanikos nebuvimas atveria daugiau galimybių elektronikos mėgėjams pasigaminti kietojo kūno relę savo rankomis asmeniniam naudojimui.

Išsamiau panagrinėkime šią galimybę.

KKR konstrukcija ir veikimo principas

Jei didžioji dalis panašios elektronikos tradiciškai turi judančias kontaktų grupių dalis, kietojo kūno relė tokių dalių visai neturi. Grandinės perjungimas įrenginio schema atliekamas elektroninio rakto principu. O elektroninių raktų vaidmenį paprastai atlieka į relės korpusą įmontuoti puslaidininkiai – galios tranzistoriai, simistoriai, tiristoriai.

Prieš bandant savarankiškai pagaminti kietojo kūno relę, logiška susipažinti su pagrindine tokių įrenginių konstrukcija, suprasti jų veikimo principą.

Pramoninėje gamyboje gaminamos įvairios kietojo kūno relės, skirtos pačioms įvairiausioms praktinio naudojimo sąlygoms. Modifikacijų pasirinkimas platus.

Atidžiai nagrinėjant prietaisą, iškart reikėtų išskirti KKR privalumus:

• galingos apkrovos perjungimas;
• didelis perjungimo greitis;
• ideali galvaninė izoliacija;
• gebėjimas trumpai atlaikyti dideles perkrovas.

Tarp mechaninių konstrukcijų rasti relę su tokiomis savybėmis iš tiesų neįmanoma. Apskritai, kietojo kūno relių pranašumai, palyginti su mechaninėmis, sudaro įspūdingą sąrašą.

Du elektroniniai prietaisai, funkcionaliai užtikrinantys grandinių perjungimą: kairėje - pagamintas kietojo kūno konstrukcijos pagrindu, dešinėje – tradicinė mechaninė perjungimo sistema

KKR eksploatavimo sąlygos praktiškai neriboja šių įrenginių naudojimo. Be to, judančių mechaninių dalių nebuvimas teigiamai veikia prietaisų tarnavimo laiką. Taigi yra visos priežastys imtis kietojo kūno relės – surinkti įrenginį savo rankomis.

Tačiau, teisingumo dėlei, kartu su teigiamais aspektais reikėtų pažymėti relės savybes, kurios apibūdinamos kaip trūkumai. Pavyzdžiui, norint eksploatuoti galingus prietaisus, paprastai reikalingas papildomas konstrukcinis komponentas, skirtas šilumai išsklaidyti.

Komutuojant galingą apkrovą, kietojo kūno relės beveik visada yra papildomos galingais aušinimo radiatoriais. Šis momentas šiek tiek apsunkina KKR naudojimą.

Kietojo kūno relių aušinimo radiatoriai yra kelis kartus didesni už KKR matmenis, o tai mažina montavimo patogumą ir racionalumą.

KKR prietaisai eksploatacijos metu (uždarytoje būsenoje) sukuria atvirkštinę nuotėkio srovę ir rodo netiesinę voltamperinę charakteristiką. Ne visas kietojo kūno reles galima naudoti be komutuojamų įtampų charakteristikų apribojimų.

Konstrukcija, skirta naudoti tik grandinėse, kuriose maitinimas atliekamas nuolatine srove. Paprastai šie prietaisai išsiskiria mažais matmenimis ir maža komutavimo galia.

Atskiros įrenginių rūšys yra skirtos komutuoti tik nuolatinę srovę. Kietojo kūno relių įdiegimas į grandinę paprastai reikalauja papildomų priemonių, skirtų klaidingų suveikimų blokavimui.

Kietojo kūno relės dažnai randamos bendrame buto elektros skydelyje.

Kaip veikia kietojo kūno relė?

Valdymo signalas (paprastai žemo lygio įtampa, gaunama, pavyzdžiui, iš valdymo valdiklio) yra tiekiamas į optoelektroninės poros šviesos diodą, esantį KKR grandinėje. Šviesos diodas pradeda skleisti šviesą fotodiodo link, kuris savo ruožtu atsidaro ir pradeda praleisti srovę.

Apibendrinta KKR schema, vaizdžiai parodanti, kaip veikia elektroninis prietaisas: 1 – valdymo įtampos šaltinis; 2 – optopora relės korpuso viduje; 3 – apkrovos srovės šaltinis; 4 – apkrova

Per fotodiodą einanti srovė pasiekia rakto tranzistoriaus arba tiristoriaus valdymo elektrodą. Raktas atsidaro ir uždaro apkrovos grandinę.

Taip veikia prietaiso komutavimo funkcija. Visa elektronika tradiciškai yra uždaryta monolitiniame korpuse. Iš tiesų, dėl to prietaisas ir gavo kietojo kūno relės pavadinimą.

O apie tai, kaip prijungti kietojo kūno relę, galite paskaityti šioje medžiagoje.

Kietojo kūno perjungiklių rūšys

Visą esamą prietaisų asortimentą sąlyginai galima suskirstyti į grupes, atsižvelgiant į prijungiamos apkrovos kategoriją, įtampų valdymo ir komutavimo ypatybes.

Taigi, iš viso susidaro trys grupės:

1. Įrenginiai, veikiantys nuolatinės srovės grandinėse.
2. Įrenginiai, veikiantys kintamosios srovės grandinėse.
3. Universalių konstrukcijų.

Pirmoji grupė sudaryta iš prietaisų, kurių darbinių valdymo įtampų parametrai yra 3–32 voltai. Tai palyginti mažo dydžio elektronika su LED indikacija, galinti nepertraukiamai veikti esant –35 / +75 °C temperatūrai.

Plačiai paplitęs elektroninio prietaiso variantas, skirtas naudoti vienfazėje elektros tinkle. Taip pat pasitaiko ir kitų konstrukcijų variantų, tačiau gerokai rečiau.

Antroji grupė – įrenginiai, skirti montuoti kintamosios įtampos tinkluose. Čia pateikiamos TTR konstrukcijos, skirtos montuoti kintamosios srovės tinkluose, valdomos 24–250 voltų įtampa. Yra įrenginių, galinčių perjungti didelės galios apkrovą.

Trečioji grupė – universalios paskirties prietaisai. Šio tipo įrenginių schemotechnika palaiko rankinį nustatymą naudoti tam tikromis sąlygomis.

Jei remiamės prijungiamos apkrovos pobūdžiu, reikėtų išskirti du kintamosios srovės kietojo kūno relių tipus: vienfazius ir trifazius. Abu tipai yra skirti perjungti pakankamai galingą apkrovą, esant 10 – 75 A srovėms. Tuo tarpu didžiausios trumpalaikės srovės vertės gali siekti 500 A.

Plačiai paplitęs variantas, skirtas naudoti trifazėje elektros tinkle. Dažnai naudojamas kaip galingų elektrinių šildytuvų (kaitinimo elementų) linijinis reguliatorius.

Kaip apkrova, perjungiama kietojo kūno relių, gali veikti talpinės, varžinės, indukcinės grandinės. Jungiklių konstrukcijos leidžia be triukšmo sklandžiai valdyti, pavyzdžiui, šildymo elementus, kaitrines lempas, elektros variklius.

Darbo patikimumas yra pakankamai aukštas. Tačiau kietojo kūno relių stabilumas ir ilgaamžiškumas daugiausia priklauso nuo gaminių gamybos kokybės. Pavyzdžiui, prietaisai, gaminami su prekės ženklu „Impuls“, dažnai pasižymi trumpu tarnavimo laiku.

Kita vertus, bendrovės „Schneider Electric“ gaminiai nepalieka pagrindo kritikai.

Kaip pasigaminti KKR savo rankomis?

Atsižvelgiant į prietaiso konstrukcinį ypatumą (monolitas), schema surenkama ne ant tekstolitinės plokštės, kaip įprasta, o pavėsimu montavimu.

Štai kaip atrodo naminė kietojo kūno relės konstrukcija. Padaryti kažką panašaus nėra sudėtinga. Reikalingi tik pagrindiniai elektroniko ir elektriko įgūdžiai. Materialinės išlaidos nedidelės.

Šioje srityje galima rasti daug schemotechninių sprendimų. Konkretus variantas priklauso nuo reikalingos perjungiamos galios ir kitų parametrų.

Elektroniniai komponentai schemos surinkimui

Toliau pateikiamas paprastos schemos, skirtos praktiškai išmokti ir susikurti kietojo kūno relę savo rankomis, elementų sąrašas:

1. Optopora tipo MOS3083.
2. Simistorius tipo VT139-800.
3. Tranzistorius serijos KT209.
4. Rezistoriai, zenerio diodas, šviesos diodas.

Visi nurodyti elektroniniai komponentai yra lituojami paviršiniu montavimu pagal šią schemą:

Principinė mažos galios kietojo kūno relės schema, skirta surinkti savo rankomis. Nedidelis dalių kiekis ir paprastas paviršinis montavimas leidžia be vargo sulituoti schemą.

Dėl optoporos MOC3083 naudojimo valdymo signalo formavimo schemoje, įėjimo įtampos vertė gali kisti nuo 5 iki 24 voltų.

O dėl grandinės, sudarytos iš zenerio diodo ir ribojančio rezistoriaus, srovė, einanti per kontrolinį šviesos diodą, yra sumažinta iki minimaliai įmanomo. Toks sprendimas užtikrina ilgą kontrolinio šviesos diodo tarnavimo laiką.

Surinktos schemos veikimo patikrinimas

Surinktą schemą reikia patikrinti dėl veikimo. Tuo metu nebūtina prijungti 220 voltų apkrovos įtampos prie komutacijos grandinės per simistorių. Pakanka lygiagrečiai su simistoriaus komutacijos linija prijungti matavimo prietaisą – testerį.

Kietojo kūno relės veikimo patikrinimas naudojant matavimo prietaisą. Jei į įrenginio įėjimą paduota valdymo įtampa, simistoriaus perėjimas turi būti atidarytas.

Testerio matavimo režimą reikia nustatyti į «mΩ» ir paduoti maitinimą (5-24V) į valdymo įtampos generavimo schemą. Jei viskas veikia teisingai, testeris turi parodyti varžų skirtumą nuo «mΩ» iki «kΩ».

Monolitinio korpuso įrenginys

Būsimo kietojo kūno relės korpuso pagrindui reikės 3-5 mm storio aliuminio plokštelės. Plokštelės matmenys nėra kritiški, tačiau turi atitikti efektyvaus šilumos atvedimo nuo simistoriaus sąlygas, kai šis elektroninis elementas įkaista.

Karkasas būsimo prietaiso korpuso užliejimui. Gaminamas iš kartono juostos ar kitų tinkamų medžiagų. Ant aliuminio pagrindo tvirtinamas universaliu klijais.

Aliumininės plokštelės paviršius turi būti lygus. Papildomai reikia apdirbti abi puses – nuvalyti smulkiu švitriniu popieriumi, nupoliruoti.

Kitame etape paruošta plokštelė aprūpinama «klojiniais» – perimetru priklijuojamas bordiūras iš storo kartono ar plastiko. Turi gautis savotiška dėžė, kuri vėliau bus užpilta epoksidine derva.

Į sukurtos dėžės vidų patalpinama surinkta «paviršinio montavimo» kietojo kūno relės elektroninė schema. Ant aliumininės plokštelės paviršiaus dedamas tik simistorius.

Simistoriaus pritvirtinimas prie aliuminio pagrindo. Pagrindinė sąlyga – šį elektroninį komponentą reikia tvirtai prispausti prie metalinio pagrindo. Tik taip užtikrinamas kokybiškas šilumos atvedimas ir darbo patikimumas.

Jokios kitos detalės ir grandinės laidininkai neturi liesti aliuminio pagrindo. Triakas prie aliuminio pridedamas ta korpuso dalimi, kuri skirta montuoti ant radiatoriaus.

Reikia naudoti šilumai laidžią pastą ant triako korpuso ir aliuminio pagrindo sąlyčio ploto. Kai kurias triakų markes su neizoliuotu anodu būtina montuoti per žėručio tarpinę.

Triako tvirtinimo prie pagrindo variantas naudojant kniedę. Iš priešingos pusės kniedė išlyginama lygiai su pagrindo paviršiumi.

Triaką reikia tvirtai prispausti prie pagrindo kokiu nors svoriu ir užpilti perimetrą epoksidiniais klijais arba pritvirtinti kokiu nors būdu nepažeidžiant pagrindo galinės pusės lygumo (pavyzdžiui, kniede).

Kompaundo paruošimas ir korpuso užpildymas

Norint pagaminti kietą elektroninio įrenginio korpusą, reikės paruošti kompaundo mišinį. Kompaundo mišinio sudėtis gaminama iš dviejų komponentų:

1. Epoksidinė derva be kietiklio.
2. Alebastro milteliai.

Dėl alebastro pridėjimo meistras iš karto išsprendžia dvi užduotis – gauna pakankamą užliejamo kompaundo kiekį, esant nominaliam epoksidinės dervos sunaudojimui, ir sukuria optimalios konsistencijos užliejimą.

Mišinį reikia kruopščiai išmaišyti, po to galima įdėti kietiklį ir vėl kruopščiai išmaišyti. Toliau atsargiai užliejamas „pakabinamas“ montažas kartoninės dėžutės viduje paruoštu kompaundu.

Taip atrodo paruoštas savo rankomis surinkto kietojo kūno relės egzempliorius. Šiek tiek neįprasta ir nelabai reprezentatyvu, tačiau pakankamai patikima.

Užliejama iki viršutinio lygio, paliekant paviršiuje tik dalį kontrolinio šviesos diodo galvutės. Iš pradžių kompaundo paviršius gali atrodyti nelabai lygus, tačiau po kurio laiko vaizdas pasikeis. Belieka tik palaukti, kol liejinys visiškai sukietės.

Iš esmės galima naudoti bet kokius tinkamus liejimui tirpalus. Pagrindinis kriterijus – užliejimo sudėtis neturi būti elektrai laidžia, be to, po sukietėjimo turi susidaryti geras liejinio kietumo laipsnis. Liejamas kietojo kūno relės korpusas yra savotiška elektroninės grandinės apsauga nuo atsitiktinių fizinių pažeidimų.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Šis vaizdo įrašas parodo, kaip ir kokių elektroninių komponentų pagrindu galima pagaminti kietojo kūno relę. Autorius aiškiai papasakoja apie visas gamybos praktikos detales, su kuriomis jis asmeniškai susidūrė elektroninio komutatoriaus gamybos procese:

Vaizdo įrašas apie problemą, su kuria galima susidurti įsigijus vienfazį KKR iš pardavėjų iš Kinijos. Kartu pateikiama savotiška komutavimo įrenginio prietaiso apžvalga:

Savarankiškas kietojo kūno relių gaminimas – visiškai galimas sprendimas, tačiau taikant gaminiams, skirtiems žemos įtampos apkrovai, kuri sunaudoja palyginti mažą galią.

Galingesnius ir aukštesnės įtampos prietaisus pačiam pasidaryti sunku. Be to, šis sumanymas kainuos tiek pat, kiek ir gamyklinis pavyzdys. Taigi prireikus paprasčiau nusipirkti jau pagamintą pramoninį prietaisą.

Jeigu jums kilo klausimų dėl kietojo kūno relės surinkimo, prašome užduoti juos komentarų skiltyje, o mes pasistengsime pateikti kuo aiškesnį atsakymą. Ten taip pat galite pasidalinti savo patirtimi, kaip pačiam pasigaminti relę, arba pateikti vertingos informacijos straipsnio tema.