Современная электроника №3/2020

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 58 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2020 Линейка твердотельных реле ЗАО «Протон-Импульс» с контролем функционирования для ответственных применений Рис. 1. Обобщённая схема включения ТТР В статье рассматривается новая линейка твердотельных реле повышенной надёжности «Эрудит» производства ЗАО «Протон- Импульс», обеспечивающая контроль функционирования посредством обратной связи. Предполагаемые области применения реле: управление удалёнными объектами, системы, требующие повышенной надёжности (железнодорожный транспорт, электростанции, системы бесперебойного энергообеспечения) и системы управления производством. Сергей Верижников (s_verignikov@proton-impuls.ru ) В настоящее время широкое распро- странение получили твердотельные реле (ТТР) на основе силовых полу- проводниковых ключей. К их основ- ным преимуществам перед электро- магнитными реле можно отнести: ● отсутствие дребезга и механическо- го износа контактов; ● высокая скорость работы; ● высокая надёжность. Основной функцией ТТР является коммутация нагрузки по сигналу управ- ления. Функционал большинства при- сутствующих на рынке изделий этим и ограничивается. Однако ряд примене- ний ТТР требует удалённого контроля работоспособности, например при раз- мещении реле в местах, доступ к кото- рым затруднён. Указанные требования привели к появлению на рынке ТТР с контролем функционирования (КФ). Такие ТТР предоставляют пользователю обрат- ную связь в виде статусного сигнала (называемого часто сигналом «ошиб- ка»), сообщающего о состоянии реле и нагрузки. Рассмотрим типичные неисправно- сти, которые могут произойти в ходе эксплуатации ТТР, включённого по схе- ме, представленной на рисунке 1. В таблице 1 представлены возмож- ные состояния реле в зависимости от приложенных к нему воздействий. Как видно из таблицы, только состояния 1 и 2 являются нормаль- ными режимами функционирова- ния реле, все остальные аварийные. Реле с КФ обязано корректно обра- батывать все аварийные состояния, выставляя соответствующий сигнал статуса. Анализ ряда ТТР переменного тока с КФ, представленных на рынке, выявил ряд недостатков, присущих большин- ству из них, а именно: ● неполный контроль состояния реле в соответствии с таблицей 1: часть про- тестированных реле была неспособна определить отказ схемы управления; ● не детектируется неисправность си- лового выхода в одной полярности (при выходе из строя одного сило- вого ключа); ● невозможность определения обрыва цепи питания: при обрыве питания выход ошибки переводился в состо- яние «отсутствие ошибки»; ● отсутствие раздельной индикации наличия питания и входного сигна- ла, что может ввести пользователя в заблуждение относительно причины отказа ТТР. В ходе научно-исследовательской работы «Эрудит» на предприятии ЗАО «Протон-Импульс» была разработа- на и освоена в промышленном произ- водстве линейка ТТР переменного тока с КФ, лишённая указанных недостатков. В таблице 2 представлены основные электрические параметры представлен- ной линейки. Функциональная схема и габаритный чертёж данных реле при- ведены на рисунке 2. Можно отметить следующие особен- ности разработанной линейки, повы- шающие надёжность и удобство экс- плуатации ТТР: ● коммутация напряжения в нуле фа- зы в произвольный момент времени (по выбору); ● раздельная светодиодная индикация наличия питания, сигнала управле- ния, ошибки функционирования; Таблица 1. Возможные состояния ТТР при эксплуатации № Напряжение управления (U упр ) Напряжение на выходе реле (U вых ) Ток нагрузки Описание состояния 1 L H L Норма – ТТР выключено 2 H L H Норма – ТТР включено 3 L Х H Пробой силового элемента 4 L L L Обрыв силовой цепи 5 H H Х Нет включения 6 H Х L Нет включения Обозначение уровней: H – высокий уровень напряжения (тока); L – низкий уровень или отсутствие напряжения (тока); Х – уровень напряжения (тока) не имеет значения. Таблица 2. Основные электрические параметры линейки ТТР «Эрудит» Наименование параметра Ед. изм. Значение Пиковое напряжение на выходе в закрытом состоянии В ± 900* Коммутируемый ток, среднеквадратичное значение А 10 / 25 / 40 / 63 / 100 / 125 Коммутируемое напряжение, среднеквадратичное значение В 48...600 Напряжение управления во включённом состоянии В 3...32 Напряжение управления в выключенном состоянии В –5...0,8 Входной ток управления мА < 1 Напряжение питания В 4,2...32 * Ограничено схемой защиты, используются тиристоры класса 1200 В. Нагрузка ~U сил ~U вых U упр Упр. Общ. TTP Вх. Вых.