Tahkisrelee ise tegemine: kokkupanemise juhend ja ühendamise nõuanded

Tahkisrelee (TR) on seade mittemehaaniliste elektrooniliste komponentide seeriast. Mehaanika puudumine avab elektroonikahuvilistele rohkem võimalusi teha tahkisrelee oma kätega isiklikuks kasutamiseks.

Vaatleme seda võimalust lähemalt.

Tahkisrelee (TR) ehitus ja tööpõhimõte

Kui suurem osa sarnasest elektroonikast sisaldab traditsiooniliselt liikuvaid kontaktrühmade detaile, siis tahkisreleel neid detaile üldse pole. Ahela lülitamine seadme skeemi poolt toimub elektroonilise lüliti põhimõttel. Elektrooniliste lülitite rolli täidavad tavaliselt relee korpusesse sisse ehitatud pooljuhid – võimsustransistorid, triakid, türistorid.

Enne tahkisrelee ise valmistamisele asumist on mõistlik tutvuda sarnaste seadmete põhikonstruktsiooniga ja mõista nende tööpõhimõtet.

Tööstuslik tootmine valmistab erineva konfiguratsiooniga tahkisreleesid, mis on ette nähtud väga erinevateks praktilisteks kasutustingimusteks. Valik on lai.

Seadme põhjalikul uurimisel tuleb kohe esile tõsta tahkisrelee eelised:

• võimsa koormuse lülitamine;
• kõrge lülituskiirus;
• ideaalne galvaaniline isolatsioon;
• võime lühiajaliselt taluda suuri ülekoormusi.

Mehaaniliste konstruktsioonide seas ei ole võimalik leida sarnaste parameetritega releed. Tahkisreleede eelised mehaaniliste analoogide ees on ulatuslik loetelu.

Kaks elektroonilist seadet, mis funktsionaalselt tagavad ahelate lülitamise: vasakul tahkiskonstruktsioonil põhinev, paremal – traditsiooniline mehaaniline lülitussüsteem.

Tahkisrelee kasutustingimused praktiliselt ei piira nende seadmete rakendamist. Lisaks mõjub liikuvate mehaaniliste detailide puudumine soodsalt seadmete tööeale. Seega on kõik põhjused, et tegeleda tahkisreleega – panna seade kokku oma kätega.

Ausalt öeldes tuleb koos positiivsete külgedega märkida ka relee omadusi, mida iseloomustatakse puudustena. Nii vajab võimsate seadmete käitamine tavaliselt täiendavat konstruktsioonielementi, mis on mõeldud soojuse hajutamiseks.

Suure koormuse lülitamiseks täiendatakse pooljuhtreleed praktiliselt alati võimsate jahutusradiaatoritega. See asjaolu muudab pooljuhtreleede (TTR) kasutamise mõnevõrra keerulisemaks.

Pooljuhtreleede jahutusradiaatorite mõõtmed on mitu korda suuremad kui TTR-i mõõtmed, mis vähendab paigalduse mugavust ja otstarbekust.

TTR-seadmed tekitavad töötamise ajal (suletud olekus) vastupidist lekkevoolu ja neil on mittelineaarne voolu-pinge karakteristik. Kõiki pooljuhtreleid ei ole lubatud kasutada piiranguteta lülitatavate pingete omaduste osas.

Konstruktsioon, mis on ette nähtud kasutamiseks ainult alalisvooluga toidetavates ahelates. Tavaliselt eristuvad need seadmed väikeste mõõtmete ja väikese lülitusvõimsuse poolest.

Teatud tüüpi seadmed on mõeldud lülitama ainult alalisvoolu. Pooljuhtreleede lülitamine ahelasse nõuab tavaliselt täiendavaid meetmeid, mis on suunatud valepäästikute blokeerimisele.

Pooljuhtreleid võib sageli kohata üldises korteri elektrikilbis.

Kuidas tahkisrelee töötab?

Juhtsignaal (tavaliselt madalpinge, mis tuleb näiteks juhtkontrollerilt) suunatakse TTR-skeemis oleva optoelektroonilise paari LED-ile. LED hakkab kiirgama valgust fotodioodi suunas, mis omakorda avaneb ja hakkab voolu läbi laskma.

TTR-i üldistatud skeem, mis näitab selgelt, kuidas elektrooniline seade toimib: 1 – juhtpinge allikas; 2 – optopaar relee korpuses; 3 – koormusvoolu allikas; 4 – koormus

Fotodioodi läbiv vool jõuab lülitustransistori või türistori juhtelektroodile. Lüliti avaneb ja sulgeb koormusahela.

Nii töötab seadme lülitusfunktsioon. Kogu elektroonika on traditsiooniliselt paigutatud monoliitsesse korpusesse. Seetõttu saigi seade nimeks pooljuhtrelee.

Selle kohta, kuidas pooljuhtreleed ühendada, saab lugeda selles materjalis.

Tahkislülitite liigid

Kogu olemasoleva seadmevaliku võib tinglikult jagada rühmadesse lähtuvalt ühendatava koormuse kategooriast ning pingete juhtimise ja lülitamise iseärasustest.

Seega on kokku kolm rühma:

1. Seadmed, mis toimivad alalisvoolu ahelates.
2. Seadmed, mis toimivad vahelduvvoolu ahelates.
3. Universaalsed konstruktsioonid.

Esimene rühm koosneb seadmetest, mille tööjuhtpinge parameetrid on 3–32 volti. Tegemist on suhteliselt väikesemõõtmelise elektroonikaga, mis on varustatud LED-indikaatoriga ja suudab katkestusteta töötada temperatuuridel -35 / +75 ºC.

Laialt levinud elektroonilise seadme variant kasutamiseks ühefaasilises elektrivõrgus. Esineb ka teisi konstruktsioonivariante, kuid need on oluliselt harvemad.

Teine rühm – seadmed, mis on ette nähtud paigaldamiseks vahelduvpinge võrkudesse. Siin on esitatud TTR konstruktsioonid paigaldamiseks vahelduvvooluvõrkudesse, mida juhitakse pingega 24–250 volti. Leidub seadmeid, mis on võimelised lülitama suure võimsusega koormust.

Kolmas rühm – universaalse otstarbega seadmed. Seda tüüpi seadmete skeemitehnika toetab käsitsi seadistamist kasutamiseks erinevates tingimustes.

Kui lähtuda ühendatava koormuse iseloomust, tuleb eristada kahte tüüpi vahelduvvoolu tahkisrelesid: ühefaasilised ja kolmefaasilised. Mõlemad tüübid on ette nähtud piisavalt võimsa koormuse lülitamiseks vooludel 10 – 75 A. Samal ajal võivad lühiajalised tippvooluväärtused ulatuda 500 A-ni.

Laialt levinud teostusvariant kasutamiseks kolmefaasilises elektrivõrgus. Seda kasutatakse sageli võimsate elektriküttekehade (TEN) lineaarse regulaatorina.

Tahkisreleedega lülitatava koormusena võivad toimida mahtuvuslikud, takistuslikud ja induktiivsed ahelad. Lülitite konstruktsioonid võimaldavad ilma liigse mürata sujuvalt juhtida näiteks kütteelemente, hõõglampe, elektrimootoreid.

Töökindlus on piisavalt kõrge. Kuid stabiilsus ja vastupidavus sõltub suurel määral toodete tootmiskvaliteedist. Näiteks teatud kaubamärgi «Impuls» all toodetud seadmetel on sageli lühike kasutusiga.

Teisest küljest, ettevõtte «Schneider Electric» tooted ei anna põhjust kriitikaks.

Kuidas teha tahkisrelee (TR) oma kätega?

Arvestades seadme konstruktsioonilist eripära (monoliit), monteeritakse skeem mitte tekstoliitplaadile, nagu tavaks, vaid õhumontaažiga.

Niimoodi näeb välja isetehtud tahkisrelee konstruktsioon. Midagi sellist teha on lihtne. Vaja on vaid elektrooniku ja elektriku põhioskusi. Materiaalsed kulud on väikesed.

Selles valdkonnas võib leida palju skeemitehnilisi lahendusi. Konkreetne variant sõltub nõutavast lülitusvõimsusest ja muudest parameetritest.

Elektroonilised komponendid skeemi kokkupanekuks

Lihtsa skeemi elementide loetelu praktiliseks omandamiseks ja tahkisrelee ise ehitamiseks on järgmine:

1. MOS3083 tüüpi optron.
2. VT139-800 tüüpi triac.
3. KT209 seeria transistor.
4. Takistid, stabilitron, valgusdiood.

Kõik nimetatud elektroonilised komponendid joodetakse vabakäelise montaažiga vastavalt järgmisele skeemile:

Madalavõimsusliku tahkisrelee põhimõtteskeem ise kokkupanekuks. Väike osade arv ja lihtne vabakäeline paigaldus võimaldavad skeemi hõlpsalt kokku jootma.

Tänu optopaari MOC3083 kasutamisele juhtsignaali genereerimise skeemis võib sisendpinge suurus varieeruda 5 kuni 24 volti.

Tänu stabilitronist ja piiravast takistist koosnevale ahelale on kontrollvalgusdioodi läbiv vool vähendatud minimaalselt võimalikule. Selline lahendus tagab kontrollvalgusdioodi pika kasutusea.

Kokkupandud skeemi töövõime kontrollimine

Kokkupandud skeemi tuleb kontrollida töövõime suhtes. Seejuures ei ole kohustuslik ühendada koormuspinget 220 volti triaki lülitusahelasse. Piisab, kui ühendada triaki lülitusliiniga paralleelselt mõõteseade – tester.

Tahkisrelee töövõime kontrollimine mõõteseadme abil. Kui seadme sisendile on antud juhtpinge, peab triaki üleminek olema avatud.

Testeri mõõterežiim tuleb seada asendisse «MΩ» ja anda toide (5-24 V) juhtpinge genereerimise skeemile. Kui kõik töötab õigesti, peaks tester näitama takistuse erinevust «MΩ»-st «kΩ»-ni.

Monoliitse korpuse ehitus

Tulevase tahkisrelee korpuse aluseks on vaja alumiiniumplaati paksusega 3-5 mm. Plaadi mõõtmed pole kriitilised, kuid peavad vastama tingimustele, et tagada tõhus soojuse ärajuhtimine triakilt selle elektroonilise elemendi kuumenemisel.

Tulevase seadme korpuse valamiseks mõeldud karkass. Tehakse papiribast või muudest sobivatest materjalidest. Alumiiniumsubstraadile kinnitatakse universaalse liimiga.

Alumiiniumplaadi pind peab olema sile. Lisaks tuleb töödelda mõlemat külge – puhastada peene liivapaberiga, poleerida.

Järgmisel etapil varustatakse ettevalmistatud plaat «raketisega» – perimeetri ulatuses liimitakse kokku tihedast papist või plastist ääris. Peab tekkima omamoodi kast, mis hiljem täidetakse epoksiidvaiguga.

Loodud kasti sisse asetatakse kokkupandud «vabakäeline» tahkisrelee elektrooniline skeem. Alumiiniumplaadi pinnale paigaldatakse ainult triak.

Triaki kinnitamine alumiiniumsubstraadile. Peamine tingimus – see elektrooniline komponent tuleb tihedalt suruda vastu metallalust. Ainult nii tagatakse kvaliteetne soojuse ärajuhtimine ja töökindlus.

Ükski teine detail ega skeemi juhtmed ei tohi puudutada alumiiniumist aluspinda. Triac kinnitatakse alumiiniumi külge selle korpuse osaga, mis on ette nähtud radiaatorile paigaldamiseks.

Kontaktpind triaci korpuse ja alumiiniumist aluspinna vahel tuleb katta soojusjuhtiva pastaga. Mõned triacide mudelid, mille anood on isoleerimata, tuleb paigaldada vilgukivitihendi kaudu.

Triaci kinnitamise variant aluspinnale needi abil. Tagaküljel on neet lapikuks pressitud aluspinna pinnaga ühetasaseks.

Triac tuleb tihedalt vastu alust suruda mingi raskusega ja ümber perimeetri valada epoksüliimiga või kinnitada moel, mis ei riku aluspinna tagakülje siledust (näiteks neediga).

Kompaundi valmistamine ja korpuse täitmine

Elektroonilise seadme tahke keha valmistamiseks tuleb valmistada kompaundisegu. Kompaundisegu koosneb kahest komponendist:

1. Epoksüvaik ilma kõvendita.
2. Alabastripulber.

Tänu alabastri lisamisele lahendab meister korraga kaks ülesannet – saab piisava koguse täitekompaundi nominaalse epoksüvaigu kuluga ning loob optimaalse konsistentsiga täite.

Segu tuleb põhjalikult segada, seejärel võib lisada kõvendi ja uuesti põhjalikult segada. Seejärel valatakse ettevaatlikult "ripppaigaldus" pappkarbi sees loodud kompaundiga.

Selline näeb välja valmis ise kokkupandud tahkerelee eksemplar. Veidi ebatavaline ja mitte väga esinduslik, kuid piisavalt töökindel.

Täitmine tehakse ülemise tasemeni, jättes pinnale ainult osa kontroll-LEDi peast. Alguses võib kompaundi pind tunduda ebatasane, kuid mõne aja pärast pilt muutub. Jääb vaid oodata valandi täielikku kõvenemist.

Põhimõtteliselt võib kasutada kõiki valamiseks sobivaid lahuseid. Peamine kriteerium on, et täitekoostis ei tohi olla elektrit juhtiv, lisaks peab pärast kõvenemist moodustuma hea kõvadusaste. Tahkerelee valatud korpus on omamoodi kaitse elektroonilisele skeemile juhuslike füüsiliste kahjustuste eest.

Järeldused ja kasulik video teemal

See video näitab, kuidas ja millistel elektroonilistel komponentidel põhinevat tahkereleet saab valmistada. Autor selgitab arusaadavalt kõiki valmistamispraktika detaile, millega ta isiklikult kokku puutus elektroonilise lüliti tootmisprotsessis:

Video probleemist, millega võib kokku puutuda pärast ühefaasilise tahkerelee ostmist Hiina müüjatelt. Samas teeb ta omamoodi ülevaate lülitusseadme ehitusest:

Tahkereleede ise valmistamine – täiesti võimalik lahendus, kuid madalpingekoormusele mõeldud toodete puhul, mis tarbivad suhteliselt väikest võimsust.

Võimsamate ja kõrgepingeliste seadmete ise valmistamine on keeruline. Pealegi maksab see ettevõtmine rahaliselt sama palju kui tehase originaal. Nii et vajaduse korral on lihtsam osta valmistööstuslik seade.

Kui Teil tekkis küsimusi tahkisrelee kokkupaneku kohta, palun esitage need kommentaaride plokis ning me püüame neile anda äärmiselt arusaadava vastuse. Samas saate jagada kogemusi ise relee valmistamisel või edastada väärtuslikku teavet artikli teema kohta.