Твердотельное реле выходит из строя по иным физическим причинам, чем механическое реле, которое оно заменило. Если проверять его, руководствуясь подходами, применимыми к механическим реле, это может ввести вас в заблуждение. Его полупроводниковый выход дает утечку тока в выключенном состоянии, может выглядеть неисправным на одном мультиметре и исправным на другом, а также чаще всего выходит из строя именно в том направлении, которого вы меньше всего ожидаете. В данном руководстве описана последовательность диагностики в полевых условиях: связи между характерными симптомами и лежащими в их основе внутренними механизмами, условия в цепи, при которых реле не является причиной неисправности, а также требования к замене, которые вы сможете обосновать.
Может, это SSR? Три шага диагностики, прежде чем что-либо заменять
Проведите три проверки по порядку. Каждая из них позволяет исключить один тип ошибочного диагноза.
Проверка 1. Действительно ли поступает управляющий сигнал? Измерьте входные клеммы, когда контроллер находится в режиме “включено”. Типовые SSR с входом постоянного тока обычно рассчитаны на напряжение примерно 3–32 В постоянного тока, а модели с входом переменного тока — примерно 90–280 В переменного тока; точный диапазон указан на этикетке. Наличие входного напряжения при отсутствии переключения указывает на возможную неисправность SSR. Отсутствие напряжения означает, что неисправность находится выше по цепи: на выходе контроллера, в проводке или в ослабленной клемме.
Пункт 2. Измеряйте ток нагрузки, а не только напряжение. Наиболее распространённой ошибкой при диагностике в цепях с реле SSR является неверное считывание значения напряжения. Реле SSR в выключённом состоянии по-прежнему пропускает небольшой ток утечки (это связано с конструкцией устройства, а не с дефектом), и при отсутствии нагрузки или при нагрузке с высоким импедансом этот ток утечки приводит к тому, что напряжение на выходных клеммах поднимается почти до полного сетевого напряжения (призрачное напряжение). Токоизмерительные клещи показывают достоверные данные: при выключенном устройстве ток близок к нулю, а при включенном — близок к номинальному значению. По возможности используйте режим LoZ (низкое сопротивление), так как он создает нагрузку в цепи и позволяет выявить паразитные напряжения. Также подойдет лампа накаливания мощностью 60–100 Вт.
Пункт 3. Будьте готовы к тому, что сбой произойдет в неожиданном направлении. И вот что может показаться неожиданным, и в этом руководстве мы ещё вернёмся к этому моменту: когда SSR выходит из строя, он, как правило, переходит в «замкнутое» состояние. Выход остаётся включённым. Если реле не включается, чаще всего это связано с неисправностью цепи или входа, а не с выходом из строя самого выхода. Если реле не выключается, чаще всего проблема заключается в самом реле.
Последовательность полей
Убедитесь, что входное напряжение на клеммах соответствует диапазону, указанному на этикетке.
Сравните ток нагрузки, который в выключенном состоянии близок к нулю, а в включенном — близок к номинальному, и не учитывайте показания напряжения в режиме «плавающего» напряжения.
Если реле SSR не замыкается, проверьте его; если не размыкается, проверьте цепь.
Прежде чем открыть панель, обратите внимание на следующее:
Расшифровка симптомов SSR: что означает каждый из них и что следует проверить в первую очередь
Каждая неисправность SSR проявляется в виде одного из нескольких повторяющихся шаблонов. Найдите соответствующий ваш случай, выполните действия из столбца «Первая проверка», и таблица укажет на внутреннюю структуру, объясняющую данную неисправность.
Краткое руководство по симптомам ССР
| Симптом | Сначала проверьте | Основная причина заключается в том, что |
|---|---|---|
| Входной сигнал присутствует, но реле не включается (светодиод не горит или светится тускло) | Проверьте полярность входного сигнала и диапазон напряжения, указанные на этикетке; убедитесь, что драйвер способен обеспечить достаточный ток | Раздел: структура входных данных |
| Входные данные удалены, но нагрузка остаётся | Отключите нагрузку и повторите проверку: если выход по-прежнему проводит ток, это означает, что выходное устройство вышло из строя из-за короткого замыкания | Раздел: структура вывода |
| Прерывистое или нестабильное переключение | Проверить наличие индуцированных помех на длинных входных проводах; проверить синхронизацию переключения относительно нагрузки | Раздел: схема коммутации |
| Выходной клеммный разъем отображает состояние “под напряжением” в выключенном состоянии | Прежде чем признать реле неисправным, проведите повторное измерение в режиме LoZ или с помощью тестовой лампы; вероятно, это «фантомное» напряжение | Раздел: структура вывода |
| Корпус горячий на ощупь или чувствуется запах гари | Измерить фактический ток нагрузки и сравнить его с номинальным значением; проверить радиатор, термопасту и температуру окружающей среды | Раздел: тепловая структура |
| Одна и та же должность постоянно «выгорает» | Оцените тип нагрузки и её пусковой ток; проверьте наличие защиты от перегрузки по току | Раздел: структура коммутации + границы нагрузки |
В двух из этих случаев — “не выключается” и “непрерывный вывод данных” — исправные SSR заменяются бесплатно, поскольку в обоих случаях диагноз ставится на основании показаний напряжения, которые из-за утечки в полупроводниках являются недостоверными.
Почему SSR выходят из строя именно таким образом: четыре внутренние структуры, лежащие в основе симптомов
Каждая из четырёх структур внутри каждого SSR (входная, выходная, коммутационная и тепловая) объясняет по одному семейству симптомов. Поймите этот механизм — и диагностика перестанет быть делом догадок.
Входной каскад: почему “отсутствие отклика” обычно является проблемой измерения
На входе расположен светодиод, подключенный через ограничитель постоянного тока, который, как правило, поддерживает ток на уровне около 20 мА независимо от входного напряжения (control.com). Такая конструкция обеспечивает широкий диапазон входного напряжения на одном из входов, что меняет порядок тестирования: в режиме проверки диодов на реле SSR с постоянным входом напряжение в прямом направлении на входе должно составлять примерно 1,2–2,0 В. Далее следует два «подводных камня».
- “OL” не означает, что реле вышло из строя. Многие измерительные приборы не могут повысить напряжение при проверке диодов настолько, чтобы зажегся светодиод, а тиристоры с входом переменного тока (или с входом постоянного тока напряжением выше примерно 5 В) вообще не поддаются проверке на диоды. Одно и то же реле показывает разные значения на разных измерительных приборах. Показания зависят от измерительного прибора, а не отражают реальные характеристики реле.
- Входы чувствительны к полярности и имеют низкую прочность. Обратная полярность или скачок напряжения на входе — классическая причина выхода из строя самодельных устройств. Прежде чем подозревать неисправность реле, проверьте полярность на клеммах.
Выходной каскад: почему SSR выходят из строя в замкнутом состоянии, дают утечку и выдают неверные показания на приборе
На выходе находится полупроводниковый переключатель (триак или пара тиристоров, соединенных «спина к спине», для нагрузок переменного тока; MOSFET — для постоянного тока) без механических контактов. Три следствия этой особенности являются основной причиной путаницы в реальной практике.
Его нельзя проверить так же, как контакт. Работоспособность механического реле оценивается по сопротивлению. Сопротивление полупроводникового реле зависит от напряжения и тока, подаваемых измерительным прибором, поэтому показания при пассивном измерении носят лишь ориентировочный характер. Окончательная проверка проводится в реальных условиях эксплуатации: подайте питание на вход и наблюдайте за состоянием выхода под нагрузкой.
Когда он выходит из строя, то, как правило, происходит короткое замыкание. В учебниках по технике сказано однозначно: твердотельные реле, как правило, выходят из строя из-за короткого замыкания на выходах, тогда как электромеханические контакты — из-за размыкания (Всё о схемах). Вероятность того, что вышедший из строя SSR оставит нагрузку под постоянным напряжением, гораздо выше, чем вероятность того, что он отключит её.
В нём есть утечка, и эта утечка выглядит как ложь. Утечка вне рабочего состояния незначительна (безопасна для большинства нагрузок, измерима с помощью приборов) и является характерной особенностью твердотельных устройств: электромеханические контакты обеспечивают чисто механическое размыкание без утечки тока (Texas Instruments, Основы работы твердотельных реле, 2024). Если умножить эту утечку на нагрузку при размыкании цепи, напряжение на выходе поднимется почти до уровня сетевого напряжения. Именно это и является показанием «фантомного напряжения» в проверке № 2. Реле исправно. Цепь размыкается. Измерительный прибор показывает ложные данные.
Направление разрушения
Неисправный SSR обычно переходит в закрытое состояние.
Выход остается включенным, а не выключенным.
Проводите диагностику соответствующим образом и проектируйте схемы безопасности так, как будто это произойдет — ведь это обязательно произойдет.
Этап переключения: переключение по пересечению нуля и случайное включение
Выходы тиристоров остаются в состоянии проводимости до тех пор, пока ток нагрузки не упадет ниже порога удержания, поэтому SSR с переменным током на выходе размыкает цепь вблизи нулевого значения тока, а не в середине цикла, что позволяет избежать возникновения импульсов прерывания, возникающих при размыкании механических контактов, в индуктивных нагрузках (Всё о схемах). Реле с включением по нулю расширяют эту схему на момент замыкания: они срабатывают в момент нуля напряжения, благодаря чему резистивная нагрузка испытывает минимальный коммутационный скачок напряжения. Реле с произвольным включением (мгновенные) срабатывают по требованию. Они необходимы для управления по фазовому углу или в случаях, когда переключение должно происходить мгновенно.
Неправильное применение этих двух факторов — скрытая угроза. Включение в неблагоприятной точке формы сигнала или подключение нагрузки, пусковой ток которой превышает номинальный импульсный ток реле, создает нагрузку на выходной кристалл и в конечном итоге приводит к короткому замыканию на выходе. Если в одной и той же точке происходит повторяющийся сбой, прежде чем проверять реле, проверьте совместимость типа переключения с нагрузкой.
Термическая стадия: математика снижения номинальной мощности, лежащая в основе “перегрева”
SSR в режиме проводимости имеет падение напряжения в прямом направлении. Для моделей с выходом переменного тока типичное падение составляет около одного вольта при номинальном токе (см. значение в техническом паспорте), а у моделей с выходом постоянного тока падение меньше. Произведение падения напряжения на ток — это тепло, генерируемое в каждом цикле, при этом контакты не размыкаются для охлаждения, и тепло должно отводиться через опорную пластину, теплопроводный интерфейс и радиатор. Опубликованные данные по снижению номинальных характеристик показывают всю серьезность проблемы: например, один производитель указывает номинальный ток устройства 25 А при температуре базовой пластины 25 °C, но только около 15 А при температуре 60 °C. Нагрузка, которая зимой не вызывала проблем, к лету может превысить номинальное значение, при этом компоненты остаются без изменений.
Поэтому, когда корпус сильно нагревается, измерьте фактический ток (а не номинальный), а затем проверьте все четыре звена тепловой цепи: соединение опорной пластины с прокладкой, соединение прокладки с радиатором, соединение радиатора с воздухом и температуру окружающей среды. Покупка более мощного тиристорного реле (SSR) зачастую является неверным решением проблемы нарушенной тепловой цепи.
Подозреваете, что неисправно реле, но не уверены, что именно привело к его выходу из строя? Пришлите нам технические характеристики, указанные на этикетке, и тип нагрузки — мы укажем на несоответствие ещё до того, как вы закажете запасную часть.
Пришлите нам технические характеристики вашей релеКогда меняются правила: нагрузки, безопасность и экология
Эти четыре типа конструкций объясняют большинство случаев отказа. В данном разделе рассматриваются исключения: нагрузки, требования безопасности и условия эксплуатации, при которых обычные правила перестают действовать.
Типы нагрузок: требования каждого из них к SSR
Не все нагрузки одинаковы для SSR, и эти различия проявляются в виде отказов в полевых условиях:
Границы типов нагрузки для выбора SSR
| Тип нагрузки | Типичные примеры | Что это требует от SSR | Граница отказа, подлежащая проверке |
|---|---|---|---|
| Резистивный нагрев | Нагреватели, печи, формовочные машины | Незначительный пусковой ток; подходящий тип с нулевым пересечением; стабильный ток, близкий к номинальному | Элементы с разомкнутой цепью создают «фантомное» напряжение, имитирующее отказ тиристорного реле; термоциклирование приводит к износу кристалла |
| Лампы накаливания / галогенные лампы | Световые панели, вывески | Пусковой ток холодной нити значительно превышает установившийся ток | Проверьте указанную номинальную импульсную нагрузку реле, а не только номинальный постоянный ток: устройства с заниженными номинальными характеристиками выходят из строя при коротком замыкании |
| Двигатели и индуктивные нагрузки | Вентиляторы, насосы | Пусковой ток в несколько раз превышает рабочий ток; скачки напряжения при переключении | Выберите увеличенный размер с учетом пускового тока; убедитесь в наличии защиты от обратной ЭДС с помощью сглаживающего конденсатора/MOV |
| Катушки соленоидов и контакторов | Клапаны, магнитные пускатели | Небольшой постоянный ток; индуктивный откат; ток утечки может удерживать катушку в включенном состоянии | Катушка, которая “не отсоединяется”, может удерживаться за счет утечки; установите клапан сброса давления или переключитесь на режим EMR |
| Импульсные / ёмкостные нагрузки | Драйверы светодиодов, частотно-регулируемые приводы, источники питания | Высокий пусковой ток заряда в первых циклах | Проверьте пусковой ток на соответствие номинальному значению импульсного тока реле; при возможности предусмотрите плавный пуск |
| Нагрузки постоянного тока | Нагреватели постоянного тока, двигатели постоянного тока, соленоиды | SSR с выходом постоянного тока (MOSFET); соблюдение полярности | SSR переменного тока, подключенный к нагрузке постоянного тока, никогда не отключается: в цепи постоянного тока отсутствует нулевая точка, при которой триак мог бы отключиться. |
| Трехфазный нагрев | Промышленные печи, сушильные установки | Часто — две SSR плюс одна постоянно подключенная ветвь, что предусмотрено конструкцией | “Фаза под напряжением при выключенном SSR” может свидетельствовать о правильной проводке; прежде чем делать выводы о неисправности реле, составьте схему цепи |
Пределы безопасности: реле, которое при отказе остается в замкнутом состоянии, никого не защитит
Поскольку в случае отказа устройство по умолчанию переходит в закрытое состояние, SSR является исполнительным механизмом, а не устройством безопасности. Три практических приема позволяют обеспечить надежность системы. Во-первых, всё, что должно работать в режиме «безопасного отключения» (нагреватели, которые могут перегреться, приводы, которые должны остановиться), требует установки электромеханического реле или контактора, включенного последовательно, чтобы при намеренной остановке или потере питания системы управления происходило реальное механическое отключение. Практикующие инженеры дают тот же совет по той же причине: SSR чаще всего выходят из строя в закрытом состоянии, поэтому следует учитывать это (electronics.stackexchange). Во-вторых, необходимо защитить тиристорный реле (SSR) с помощью быстродействующего полупроводникового предохранителя на выходе. Согласно классификации IEC 60269, предохранители класса aR защищают полупроводники от короткого замыкания, а класса gR — также от перегрузки. Обычные предохранители срабатывают слишком медленно, чтобы спасти перегоревший кристалл, поэтому производители SSR предписывают использовать быстродействующую защиту (Littelfuse). В-третьих, если застрявший выход может привести к выходу процесса из строя, установите независимый контроль температуры или уровня, который отключает устройство, включенное последовательно. Никогда не полагайтесь на то, что SSR отключится самостоятельно.
Условия эксплуатации и износ: изнашиваются ли твердотельные реле?
В них нет движущихся частей, поэтому они не изнашиваются так, как контакты. Но они не вечны. Компания Texas Instruments перечисляет реальные пути износа: светоотдача внутреннего светодиода снижается при длительном превышении допустимой температуры или перегрузке по току, а изоляция со временем теряет свои свойства (Texas Instruments, Основы работы твердотельных реле, 2024). На практике срок службы тиристорного реле (SSR) зависит от его тепловой истории (насколько сильно нагревался чип и как долго), а не от счетчика циклов. Если учитывать понижение номинальных характеристик с учетом температуры окружающей среды и поддерживать корпус в чистоте и обеспечить его вентиляцию, то SSR прослужит дольше, чем контакторы оборудования. Если же эксплуатировать его на пределе кривой понижения номинальных характеристик в жарком шкафу, оно, как и следовало ожидать, выйдет из строя преждевременно.
Выбор замены: ознакомьтесь со старой этикеткой, пересчитайте нагрузку
Если в результате диагностики выяснилось, что SSR действительно вышел из строя, закажите замену, скопировав параметры, а затем повторно проверьте те три параметра, которые скопировать невозможно.
Скопируйте эти пять цифр со старой этикетки. Эти данные указаны на каждой этикетке SSR и составляют всю техническую спецификацию: (1) диапазон входного напряжения и тип входа (постоянный или переменный ток); (2) тип выхода: переменный ток (TRIAC/SCR) или постоянный ток (MOSFET); (3) номинальное напряжение нагрузки на выходе; (4) номинальный выходной ток; (5) способ монтажа и форм-фактор (панельный монтаж типа “хоккейная шайба”, монтаж на DIN-рейку или монтаж на печатную плату).
Затем пересчитайте эти три значения, а не копируйте их:
- Ток нагрузки. Старый номинальный показатель был выбран для нагрузки, которая, возможно, изменилась. Измерьте фактический рабочий ток. В случае резистивных нагрузок в отраслевой практике принято оставлять запас по отношению к непрерывному току (обычно примерно 1,2–1,5×), а нагрузки, подверженные скачкам напряжения, следует проверять на соответствие пиковому номинальному значению реле в соответствии с приведенной выше таблицей нагрузок.
- Тип нагрузки. Если после установки кто-либо внес изменения в электрическую схему (например, добавил двигатель в цепь нагревателя или заменил лампы накаливания на светодиодные драйверы), то исходные предположения о номинальных параметрах старого реле теряют силу.
- Тип переключения. Переключение по нулевому переходу для резистивных нагрузок, случайное включение — когда требуется мгновенное или фазорегулируемое переключение. Покупка детали с “тем же артикулом” сохраняет ошибку, если первоначальный выбор был неверным.
И ни в коем случае не устанавливайте новое реле, если причиной выхода из строя стало старое. Если это уже третий случай выхода из строя в одном и том же месте, сначала устраните неисправность тепловой цепи, скачок нагрузки или отсутствие предохранительного элемента, а уже потом установите новое реле.
Контрольный список для оформления заказа
Скопируйте пять параметров ярлыка (тип и диапазон входного сигнала, выходной сигнал переменного или постоянного тока, напряжение нагрузки, ток нагрузки, способ монтажа).
Прежде чем полагаться на старые номинальные значения, измерьте фактический ток нагрузки.
В случае внесения изменений в цепь необходимо повторно подтвердить тип нагрузки и тип переключателя.
Закажите одновременно полупроводниковый предохранитель на стороне выхода.
Хранение и продажа запасных частей SSR: что говорят дистрибьюторам типы неисправностей
Для всех, кто занимается складированием или поставкой запасных частей для SSR, эти схемы являются ориентиром для закупок, а не просто инструкциями по ремонту. Поскольку вышедший из строя SSR замыкается, спрос на рынке ремонта остается постоянным. Каждый застрявший выход и неработающий нагреватель приводит к заказу на замену, и первый вопрос покупателя почти никогда не касается бренда. Он звучит так: “Что мне нужно, чтобы заменить?” Пять указанных выше параметров являются реальными критериями для ведения складского учёта: тип и диапазон входного сигнала, тип выхода, класс тока, способ монтажа. На этом рынке полка, организованная по параметрам, превосходит полку, организованную по брендам. А поскольку основные причины неисправностей лежат за пределами реле (тепловая цепь, скачок нагрузки, отсутствующая защита), поставщик, который спрашивает: “На какой нагрузке оно работает и каким предохранителем защищено?”, продаёт решение для цепи, а не отдельный компонент.
Если вы не хотите подбирать замену по памяти, пришлите нам этикетку со старого реле и информацию о вашей нагрузке. OMCH’s поддержка выбора продуктов на основе технических характеристик Мы подбираем компоненты в соответствии с техническими характеристиками и чертежами из нашего каталога, включающего более 30 категорий и свыше 3 000 стандартных моделей, а наши инженеры проверяют технические характеристики перед тем, как вы подтвердите заказ. На каждое поставляемое нами твердотельное реле предоставляется годовая гарантия, а служба технической поддержки круглосуточно готова помочь в случае нестандартных неисправностей, которые не всегда поддаются описанию в учебниках.
Укажите спецификацию замены, а не только артикул — условия дистрибьюторов по SSR и средствам защиты
Твердотельные реле JGX входят в нашу линейку реле, состоящую из семи семейств, и мы подбираем замену в комплекте с предохранителем или контактором для той же цепи — технические паспорта предоставляются по запросу, а также предлагается помощь в поиске взаимозаменяемых деталей и поддержка по применению, когда клиент приносит вам вышедшее из строя реле.
Запросить цены у дистрибьютораСсылки
- Texas Instruments (Хосе Рохо). “Основы твердотельных реле”. Июль 2024 г. https://www.ti.com/lit/pdf/slvafu8
- «Всё о схемах», Уроки по электрическим цепям — “Твердотельные реле”.” https://www.allaboutcircuits.com/textbook/digital/chpt-5/solid-state-relays/
- Технические статьи control.com. “Устранение неисправностей твердотельных реле”. 2020 г. https://control.com/technical-articles/troubleshooting-solid-state-relays/
- Fluke. “Цифровые мультиметры с двойным импедансом”.” https://www.fluke.com/en-gb/learn/blog/digital-multimeters/dual-impedance-digital-multimeters
- Littelfuse. “Твердотельные реле — защита от короткого замыкания с помощью предохранителя” (техническое описание серии SRP1 CB). https://www.littelfuse.com/assetdocs/srp1-cb-datasheet?assetguid=99127494-71ef-4479-ab9d-0a4a4d9894e0
- electronics.stackexchange. “Защита от замыкания твердотельного реле”. 2019 г. https://electronics.stackexchange.com/questions/417585/protecting-against-a-ssr-failing-closed
- OMCH. “Твердотельное реле — принцип действия” (пример снижения номинальной мощности, приведенный в данном руководстве). https://www.omch.com/solid-state-relay/
- OMCH. “Служба подбора продукции”.” https://www.omch.com/product-selection/
- OMCH. Домашняя страница компании. https://www.omch.com/
English 
Arabic 
Turkish 
Russian 
Spanish 
French 
Indonesian 
Portuguese 
Thai 
Vietnamese