RU2757214C1

RU2757214C1 - Modular solid-state relay with closing and opening contacts

Info

Publication number: RU2757214C1
Application number: RU2020132525A
Authority: RU
Inventors: Иван Максимович Казымов; Борис Сергеевич Компанеец
Priority date: 2020-09-30
Filing date: 2020-09-30
Publication date: 2021-10-12

Abstract

FIELD: cross connect equipment.

SUBSTANCE: modular solid-state relay with closing and opening contacts is intended for use in switching equipment. The device has a modular design, as switching elements, an “x” number of modules of the closing contact based on power triacs are used, which are connected in parallel to one output of the control module through the corresponding bus, and an “y” number of modules of the opening contact based on power triacs, which are connected in parallel to another output of the control module through the corresponding bus. To perform these connections, the modules are installed in series and contact jumpers are used in the amount of three pieces for each pair of modules that are installed between the buses. This solid-state relay is capable of switching an arbitrary number of connected and unrelated power, control, signal and other AC electrical circuits in a given operating mode, and is also implemented with an arbitrary number of contacts, including on a single cooler.

EFFECT: provided is ability to simultaneously switch a given number of connected and unrelated AC circuits of industrial frequency with the number of switched circuits equal to the number of contact modules used, and to create a flexibly configurable device in which the control module is one, the number of contact modules is unlimited and each of the modules is able to switch a separate electrical circuit.

1 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к коммутационной технике, а именно к устройствам для электронной коммутации силовых и контрольных электрических цепей переменного тока промышленной частоты, работающим, в частности, в составе систем управления, автоматики и сигнализации.The invention relates to switching equipment, namely to devices for electronic switching of power and control electrical circuits of alternating current of industrial frequency, operating, in particular, as part of control systems, automation and signaling.

Известен коммутатор на симметричных тиристорах, содержащий коммутационные элементы на базе симметричных тиристоров в цепях каждой фазы трехфазного напряжения переменного тока, одни из выводов которых подключены к выходным клеммам источника трехфазного тока, разделительные трансформаторы в цепи управления каждого симметричного тиристора, формирователь импульсов управления симметричными тиристорами, блок измерения и контроля, блок контроля напряжения, блок согласования, входы которого соединены с выходными клеммами источника трехфазного тока, формирователь импульсов управления симметричными тиристорами. Входы блока согласования соединены с выходными клеммами источника трехфазного тока, выходы блока согласования соединены с соответствующими входами блока измерения и контроля, выходы которого подключены к соответствующим входам формирователя импульсов управления симметричными тиристорами, выходы которого через разделительные трансформаторы соединены с управляющими электродами симметричных тиристоров, выводы которых через трансформаторы тока подключены к нагрузке, к соответствующим входам блока измерения и контроля и блока контроля напряжения, выходами подключенного к соответствующим входам блока измерения и контроля, соответствующие выходы которого соединены с другими входами формирователя импульсов управления симметричными тиристорами. Выходная шина блока измерения и контроля связана с последовательным каналом сопряжения с внешним устройством управления. Блок измерения и контроля соответствующими входами соединен с одними выводами датчиков температуры, другими выводами подключенных к общему проводу. Данный коммутатор позволяет осуществлять коммутацию нагрузок в цепях трехфазного напряжения переменного тока при наличии возможности контроля тока в нагрузке, контроля питающего и выходного напряжения, а также температуры коммутатора, что исключает сбои в нагрузке и повышает надежность работы коммутатора (патент RU 2214042, МПК H03K 17/72 (2006.01)).Known switch on symmetric thyristors, containing switching elements based on symmetric thyristors in the circuits of each phase of three-phase AC voltage, one of the outputs of which are connected to the output terminals of the three-phase current source, isolation transformers in the control circuit of each symmetric thyristor, a pulse shaper for controlling symmetric thyristors, a block measurement and control, voltage control unit, matching unit, the inputs of which are connected to the output terminals of the three-phase current source, pulse shaper for control of symmetric thyristors. The inputs of the matching block are connected to the output terminals of the three-phase current source, the outputs of the matching block are connected to the corresponding inputs of the measurement and control unit, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the symmetric thyristor control pulse shaper, the outputs of which are connected through isolation transformers to the control electrodes of the symmetric thyristors, the outputs of which are through current transformers are connected to the load, to the corresponding inputs of the measurement and control unit and the voltage control unit, the outputs of the measurement and control unit connected to the corresponding inputs, the corresponding outputs of which are connected to other inputs of the pulse shaper to control the symmetric thyristors. The output bus of the measurement and control unit is connected to a serial interface channel with an external control device. The measurement and control unit is connected with the corresponding inputs to one of the outputs of the temperature sensors, the other outputs are connected to a common wire. This switch allows switching loads in three-phase AC voltage circuits with the ability to control the current in the load, control the supply and output voltage, as well as the temperature of the switch, which eliminates load failures and increases the reliability of the switch (patent RU 2214042, IPC H03K 17 / 72 (2006.01)).

Однако описанное устройство невозможно использовать для одновременной с коммутацией трехфазной нагрузки коммутации цепей управления и/или сигнализации вследствие отсутствия реализации в применяемых коммутационных элементах, функции размыкающих контактов. Кроме того, ремонтопригодность и восстановительная способность устройства снижены вследствие высокой сложности, проявляющейся в применении большого количества цифровых элементов.However, the described device cannot be used for simultaneous switching of control and / or signaling circuits with the switching of a three-phase load due to the lack of implementation in the used switching elements of the function of the break contacts. In addition, the maintainability and recoverability of the device are reduced due to the high complexity that manifests itself in the use of a large number of digital elements.

Известно твердотельное реле с функцией контроля прохождения электрического тока нагрузки в электрических цепях переменного тока, содержащее оптосимистор, вход которого является входом твердотельного реле, и по меньшей мере один, подсоединенный к оптосимистору коммутационный элемент на базе силового симистора, К управляющему электроду оптосимистора подсоединена схема прохода через ноль. В разрыв одной из цепей управления симистором подсоединены встречно два диода, один из которых является диодом, другой - светодиодом, включенным в конструкцию транзисторной оптопары, выходы которой являются выходами контроля прохождения тока. Данное реле позволяет коммутировать однофазные цепи переменного тока и одновременно осуществлять контроль за целостностью коммутируемой цепи за счет выполненной схемы контроля прохождения тока, что позволяет контролировать протекание тока в цепи различными способами (патент RU 2351065, МПК H03K 17/72 (2006.01)).Known solid-state relay with the function of monitoring the passage of electric load current in AC electric circuits, containing an optosymistor, the input of which is the input of a solid-state relay, and at least one switching element connected to the optosymistor based on a power triac. zero. In the rupture of one of the triac control circuits, two diodes are connected oppositely, one of which is a diode, the other is a LED included in the design of a transistor optocoupler, the outputs of which are the outputs for controlling the passage of current. This relay allows you to switch single-phase AC circuits and at the same time monitor the integrity of the switched circuit due to the implemented current flow control circuit, which allows you to control the current flow in the circuit in various ways (patent RU 2351065, IPC H03K 17/72 (2006.01)).

Основными недостатками описанного устройства являются отсутствие возможности использования в трехфазных цепях переменного тока вследствие применения только одного коммутационного элемента, а также использования для коммутации цепей, в которых предусмотрено использование размыкающих контактов, из-за отсутствия в применяемом коммутационном элементе функции размыкающего контакта.The main disadvantages of the described device are the lack of the possibility of using in three-phase AC circuits due to the use of only one switching element, as well as the use for switching circuits in which the use of break contacts is provided, due to the lack of an open contact function in the used switching element.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату - прототипом является многоканальное твердотельное реле с переключающимися контактами, содержащее управляющий модуль, в качестве которого использован генератор импульсов, первый и второй входы управления, блок защиты и стабилизации, блок гальванической развязки, цепь сброса, N коммутационных каналов, состоящих из пары двунаправленных коммутационных элементов на базе транзисторов, первого и второго выходов реле, третьего выхода реле. Первый и второй входы блока защиты и стабилизации соединены с первым и вторым входами управления соответственно, первый выход блока защиты и стабилизации - с первым входом генератора импульсов; первый выход генератора импульсов - с первым входом блока гальванической развязки, первый и второй выходы блока гальванической развязки - с первыми входами каждого из двунаправленных коммутационных элементов, третий выход блока гальванической развязки - с первым входом цепи сброса, первый выход первого коммутационного элемента и второй выход второго коммутационного элемента - со вторым и третьим входами цепи сброса. Второй выход первого коммутационного элемента соединен с первым выходом реле. Третий выход первого коммутационного элемента соединен с первым выходом второго коммутационного элемента и третьим выходом реле. Третий выход второго коммутационного элемента соединен со вторым выходом реле. Данное многоканальное твердотельное реле с переключающимися контактами обеспечивает коммутацию двунаправленных силовых сигналов вне зависимости от направления тока, протекающего через нагрузку, причем один из контактов реле является общим. В связи с этим, в данном твердотельном реле на основе коммутационных элементов реализовывается только функция переключающего контакта за счет того, что второй выход первого коммутационного элемента соединен с первым выходом реле, третий выход первого коммутационного элемента соединен с первым выходом второго коммутационного элемента и третьим выходом реле, а третий выход второго коммутационного элемента соединен со вторым выходом реле. Таким образом, устройство обеспечивает протекание тока по одному или другому пути в зависимости от наличия сигнала на входах управления. Кроме выполнения коммутации устройство имеет высокое быстродействие и надежность за счет применения блока защиты и стабилизации, а также гальванической развязки между силовыми цепями и цепями управления (патент RU 2589371, МПК H03K 17/00 (2006.01).The closest to the proposed invention in terms of the technical essence and the achieved result - the prototype is a multichannel solid-state relay with switching contacts, containing a control module, which is used as a pulse generator, the first and second control inputs, a protection and stabilization unit, a galvanic isolation unit, a reset circuit, N switching channels consisting of a pair of bi-directional switching elements based on transistors, the first and second relay outputs, and the third relay output. The first and second inputs of the protection and stabilization unit are connected to the first and second control inputs, respectively, the first output of the protection and stabilization unit is connected to the first input of the pulse generator; the first output of the pulse generator - with the first input of the galvanic isolation unit, the first and second outputs of the galvanic isolation unit - with the first inputs of each of the bidirectional switching elements, the third output of the galvanic isolation unit - with the first input of the reset circuit, the first output of the first switching element and the second output of the second switching element - with the second and third inputs of the reset circuit. The second output of the first switching element is connected to the first output of the relay. The third output of the first switching element is connected to the first output of the second switching element and the third output of the relay. The third output of the second switching element is connected to the second output of the relay. This multichannel solid state relay with changeover contacts provides switching of bi-directional power signals regardless of the direction of the current flowing through the load, with one of the relay contacts being common. In this regard, in this solid-state relay based on switching elements, only the function of the switching contact is realized due to the fact that the second output of the first switching element is connected to the first output of the relay, the third output of the first switching element is connected to the first output of the second switching element and the third output of the relay and the third output of the second switching element is connected to the second output of the relay. Thus, the device ensures the flow of current along one or the other path, depending on the presence of a signal at the control inputs. In addition to performing switching, the device has high performance and reliability due to the use of a protection and stabilization unit, as well as galvanic isolation between power circuits and control circuits (patent RU 2589371, IPC H03K 17/00 (2006.01).

Недостатки данного многоканального твердотельного реле с переключающимися контактами состоят в отсутствии одновременной коммутации заданного количества связанных и не связанных друг с другом цепей переменного тока промышленной частоты при помощи двух коммутационных элементов, так как два коммутационных элемента обеспечивают контакт только для одной электрической цепи при отсутствии выделения среди этих коммутационных элементов размыкающих и замыкающих контактов в отдельности и объединении размыкающего и замыкающего коммутационных элементов внутри устройства, повышенной трудоемкости производства из-за большого числа составляющих, так как реле состоит из шести отдельных электронных устройств.The disadvantages of this multichannel solid-state relay with switching contacts are that there is no simultaneous commutation of a given number of connected and unconnected AC power-frequency circuits using two switching elements, since two switching elements provide contact only for one electrical circuit in the absence of separation among these switching elements of the NC and NO contacts separately and the combination of the NC and NO switching elements inside the device, increased labor intensity due to the large number of components, since the relay consists of six separate electronic devices.

Техническая проблема, решение которой обеспечивается при осуществлении изобретения, заключается в создании модульного твердотельного реле, способного одновременно коммутировать заданное количество связанных и не связанных друг с другом цепей переменного тока промышленной частоты при числе коммутируемых цепей, равном числу используемых модулей контакта, и создания гибко настраиваемого устройства, в котором управляющий модуль один, число модулей контакта не ограничено, и каждый из модулей способен коммутировать отдельную электрическую цепь.The technical problem, the solution of which is provided in the implementation of the invention, is to create a modular solid-state relay capable of simultaneously switching a given number of connected and unconnected AC circuits of industrial frequency with the number of switched circuits equal to the number of contact modules used, and creating a flexibly configurable device , in which there is one control module, the number of contact modules is not limited, and each of the modules is capable of switching a separate electrical circuit.

Решение данной технической проблемы достигается тем, что в модульном твердотельное реле с замыкающими и размыкающими контактами, содержащем управляющий модуль и по меньшей мере один коммутационный элемент, силовые цепи в которых имеют гальваническую развязку между собой и с цепью управления, согласно изобретению в качестве коммутационных элементов использованы n модулей замыкающего контакта на базе силовых симисторов, которые параллельно соединены с одним выходом управляющего модуля через соответствующую шину, и m модулей размыкающего контакта на базе силовых симисторов, которые параллельно соединены с другим выходом управляющего модуля через соответствующую шину. При этом для выполнения данных соединений модули установлены последовательно и применены контактные перемычки в количестве трех штук на каждую пару модулей, которые установлены между шинами.The solution to this technical problem is achieved by the fact that in a modular solid-state relay with make and break contacts, containing a control module and at least one switching element, the power circuits in which are galvanically isolated from each other and from the control circuit, according to the invention, the switching elements are used n open contact modules based on power triacs, which are connected in parallel with one output of the control module through a corresponding bus, and m open contact modules based on power triacs, which are connected in parallel with another output of the control module through a corresponding bus. At the same time, to make these connections, the modules are installed in series and contact jumpers are used in the amount of three pieces for each pair of modules that are installed between the buses.

Способность модульного твердотельного реле одновременно коммутировать заданное количество связанных и не связанных друг с другом цепей переменного тока промышленной частоты при числе коммутируемых цепей, равном числу используемых модулей контакта, обусловлены применением в качестве коммутационных элементов модулей контакта двух типов: размыкающего и замыкающего контактов, что, вкупе с модульной конструкцией твердотельного реле, позволяет создать гибко настраиваемое устройство, в котором совмещены все необходимые функции, реализуемые различными типами контактов, где управляющий модуль один, число модулей контакта не ограничено, и каждый из модулей контакта способен коммутировать отдельную электрическую цепь.The ability of a modular solid-state relay to simultaneously switch a given number of connected and unconnected AC circuits of industrial frequency with the number of switched circuits equal to the number of contact modules used is due to the use of two types of contact modules as switching elements: NC and NO contacts, which, together with a modular design of a solid-state relay, allows you to create a flexible device that combines all the necessary functions implemented by various types of contacts, where there is one control module, the number of contact modules is not limited, and each of the contact modules is capable of switching a separate electrical circuit.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена функциональная схема модульного твердотельного реле с замыкающими и размыкающими контактами; на фиг. 2 - принципиальная схема его управляющего модуля; на фиг. 3 - принципиальная схема модуля замыкающего контакта; на фиг. 4 - принципиальная схема модуля размыкающего контакта; на фиг. 5 представлен общий вид управляющего модуля; на фиг. 6 - общий вид модуля замыкающего контакта; на фиг. 7 - общий вид модуля размыкающего контакта; на фиг. 8 - общий вид в сборе модульного твердотельного реле с замыкающими и размыкающими контактами.The invention is illustrated by a drawing, where FIG. 1 shows a functional diagram of a modular solid-state relay with make and break contacts; in fig. 2 is a schematic diagram of its control module; in fig. 3 is a schematic diagram of a closing contact module; in fig. 4 is a schematic diagram of an NC module; in fig. 5 shows a general view of the control module; in fig. 6 is a general view of the closing contact module; in fig. 7 is a general view of the NC module; in fig. 8 is a general view of an assembled modular solid state relay with NO and NC contacts.

Модульное твердотельное реле с замыкающими и размыкающими контактами содержит управляющий модуль с индикацией наличия питания, индикацией включенного состояния, обеспечивающий переключение контактов твердотельного реле, и коммутационные элементы на базе силовых симисторов. В качестве коммутационных элементов использованы п модулей замыкающего контакта, которые обеспечивают замыкание участка цепи, подключенного к их клеммам, при подаче сигнала управления на управляющий модуль, и m модулей размыкающего контакта, которые обеспечивают постоянное замыкание участка цепи, подключенного к их клеммам в нормальном режиме, и размыкание данного участка при подаче сигнала управления на управляющий модуль. В модулях контакта силовые цепи имеют гальваническую развязку между собой за счет того, что каждый модуль контакта коммутирует отдельную цепь, и с цепью управления за счет применения оптосимисторов. Модули контакта последовательно соединены контактными перемычками между собой и с управляющим модулем.A modular solid-state relay with make and break contacts contains a control module with indication of the presence of power, indication of the on state, which provides switching of solid-state relay contacts, and switching elements based on power triacs. As switching elements, n modules of the closing contact are used, which ensure the closure of the section of the circuit connected to their terminals when a control signal is applied to the control module, and m modules of the opening contact, which provide permanent closure of the section of the circuit connected to their terminals in normal mode, and opening this section when a control signal is applied to the control module. In contact modules, power circuits are galvanically isolated from each other due to the fact that each contact module commutes a separate circuit, and from the control circuit due to the use of optosimistors. The contact modules are connected in series with contact jumpers between themselves and with the control module.

Управляющий модуль 1 представляет собой электронное устройство, предназначенное для обеспечения выдачи выходных сигналов напряжения для переключения контактов модульного твердотельного реле с замыкающими и размыкающими контактами в зависимости от наличия/отсутствия входных сигналов напряжения. Управляющий модуль 1 содержит два индикационных светодиода 2 (HL1.1), 3 (HL1.2), резистор 4 (R1.1), резистор 5 (R1.2), резистор 6 (R1.3), резистор 7 (R1.4), выпрямительный диод 8 (VD1.1), диод Шоттки 9 (VD1.2), транзистор прямой проводимости р-n-р 10 (VT1.1), клемму 11 (Uпит), клемму 12 (Uнз), клемму 13 (Uвх), клемму 14 (Uнo), клемму 15 (GND). При этом клемма 12 (Uнз), клемма 14 (Uнo), клемма 15 (GND) одновременно являются шинами, распространяющими соответствующие контакты по всем модулям модульного твердотельного реле с замыкающими и размыкающими контактами.Control module 1 is an electronic device designed to provide output voltage signals for switching the contacts of a modular solid-state relay with make and break contacts, depending on the presence / absence of input voltage signals. Control module 1 contains two indication LEDs 2 (HL1.1), 3 (HL1.2), resistor 4 (R1.1), resistor 5 (R1.2), resistor 6 (R1.3), resistor 7 (R1. 4), rectifier diode 8 (VD1.1), Schottky diode 9 (VD1.2), forward conduction transistor p-n-p 10 (VT1.1), terminal 11 (Upit), terminal 12 (Unc), terminal 13 (Uin), terminal 14 (Uno), terminal 15 (GND). In this case, terminal 12 (Unc), terminal 14 (Uno), terminal 15 (GND) are at the same time buses that distribute the corresponding contacts to all modules of a modular solid-state relay with NO and NC contacts.

Внутри управляющего модуля 1 клемма 11 (Uпит) соединена с анодом выпрямительного диода 8 (VD1.1), катод которого соединен с эмиттером транзистора 10 (VT1.1) и анодом индикационного светодиода 3 (HL1.2), катод которого соединен с резистором 7 (R1.4). Транзистор 10 (VT1.1) соединен коллектором с клеммой 12 (Uнз), а базой - с первым выводом резистора 4(R1.1), который вторым выводом соединен с катодом диода Шоттки 9 (VD1.2) и с первым выводом резистора 6 (R1.3). Клемма 13 (Uвх) соединена с анодом диода Шоттки 9 (VD1.2), анодом индикационного светодиода 2 (HL1.1) и клеммой 14 (Uнo). Катод индикационного светодиода 2 (HL1.1) соединен с первым выводом резистора 5 (R1.2). Клемма 15 (GND) соединена со вторыми выводами резисторов 5 (R1.2), 6 (R1.3), 7 (R1.4).Inside the control module 1, terminal 11 (Usup) is connected to the anode of the rectifier diode 8 (VD1.1), the cathode of which is connected to the emitter of the transistor 10 (VT1.1) and the anode of the indication LED 3 (HL1.2), the cathode of which is connected to the resistor 7 (R1.4). Transistor 10 (VT1.1) is connected by the collector to terminal 12 (Unc), and the base is connected to the first terminal of the resistor 4 (R1.1), which is connected by the second terminal to the cathode of the Schottky diode 9 (VD1.2) and to the first terminal of the resistor 6 (R1.3). Terminal 13 (Uin) is connected to the anode of the Schottky diode 9 (VD1.2), the anode of the indication LED 2 (HL1.1) and terminal 14 (Uno). The cathode of the indication LED 2 (HL1.1) is connected to the first terminal of the resistor 5 (R1.2). Terminal 15 (GND) is connected to the second terminals of resistors 5 (R1.2), 6 (R1.3), 7 (R1.4).

Управляющий модуль 1 имеет три входа: клемма 11 (Uпит), клемма 15 (GND), клемма 13 (Uвх) и три выхода: клемма 12 (Uнз), клемма 14 (Uнo), клемма 15 (GND). С внешней стороны управляющий модуль 1 связан с источником питания (на чертеже не показан) - питающее напряжение подается на клеммы 11 (Uпит) и 15 (GND), с источником сигнала управления (на чертеже не показан) - напряжение управления подается на клемму 13 (Uвх), с шиной выходного сигнала, одновременно являющейся клеммой 12 (Uнз) - сигнал напряжения, обеспечивающий работу модулей размыкающего контакта; с шиной выходного сигнала, одновременно являющейся клеммой 14 (Uнo), -сигнал напряжения, обеспечивающий работу модулей замыкающего контакта; с шиной, одновременно являющейся клеммой 15 (GND), используемой для создания общего провода для всех модулей реле. Для обеспечения работы реле напряжение питания на клемме 11 (Uпит) и клемме 15 (GND) должно присутствовать постоянно. Наличие питающего напряжения подтверждается свечением индикационного светодиода 3 (HL1.2). Сигнал управления должен быть одинаковой с напряжением питания величины и должен иметь гальванически связанный с напряжением питания источник питания. Наличие сигнала управления подтверждается свечением индикационного светодиода 2 (HL1.1). Управляющий модуль 1 обеспечивает выходные сигналы на шину, одновременно являющуюся клеммой 12 (Uнз), и шину, одновременно являющуюся клеммой 14 (Uнo), на которых возникает напряжение, равное напряжению на клемме И (Uпит) и клемме 13 (Uвх) относительно клеммы 15 (GND) соответственно, в случаях, когда сигнал управления отсутствует или присутствует соответственно.Control Unit 1 has three inputs: terminal 11 (Usup), terminal 15 (GND), terminal 13 (Uin) and three outputs: terminal 12 (Unc), terminal 14 (Uno), terminal 15 (GND). From the outside, the control module 1 is connected to a power source (not shown in the drawing) - the supply voltage is supplied to terminals 11 (Usup) and 15 (GND), with a control signal source (not shown in the drawing) - the control voltage is applied to terminal 13 ( Uin), with the output signal bus, which is also terminal 12 (Unc) - voltage signal that ensures the operation of the open contact modules; with the output signal bus, which is also terminal 14 (Uнo), - voltage signal that ensures the operation of the closing contact modules; with a bus, which is also terminal 15 (GND), used to create a common wire for all relay modules. To ensure the operation of the relay, the supply voltage at terminal 11 (Usup) and terminal 15 (GND) must be present at all times. The presence of the supply voltage is confirmed by the illumination of the indicator LED 3 (HL1.2). The control signal must be of the same magnitude as the supply voltage and must have a power supply galvanically connected to the supply voltage. The presence of a control signal is confirmed by the illumination of the indicator LED 2 (HL1.1). The Control Unit 1 provides output signals to the bus, which is simultaneously terminal 12 (Unc), and the bus, which is simultaneously terminal 14 (Uno), on which a voltage appears equal to the voltage at terminal I (Usup) and terminal 13 (Uin) relative to terminal 15 (GND), respectively, in cases where the control signal is absent or present, respectively.

Модуль 16 замыкающего контакта, реализующий функцию замыкающего контакта, представляет собой электронное устройство, предназначенное для выполнения коммутации электрических цепей переменного тока промышленной частоты по принципу замыкающего контакта. Модуль 16 замыкающего контакта содержит силовой симистор 17(VS2.1), оптосимистор 18 (U2.1), резистор 19 (R2.1), резистор 20 (R2.2), резистор 21 (R2.3); клемму 12 (Uнз), клемму 14 (Uнo), клемму 15 (GND), клемму 22 (Вход), клемму 23 (Выход). Внутри модуля 16 замыкающего контакта клемма 12 (Uнз) не подключена.The NO contact module 16, which implements the NO contact function, is an electronic device designed to perform the switching of AC power frequency electrical circuits according to the NO contact principle. The closing contact module 16 contains a power triac 17 (VS2.1), an opto-simistor 18 (U2.1), a resistor 19 (R2.1), a resistor 20 (R2.2), a resistor 21 (R2.3); terminal 12 (Unc), terminal 14 (Uno), terminal 15 (GND), terminal 22 (Input), terminal 23 (Output). Terminal 12 (Unc) inside the module 16 of the NO contact is not connected.

Оптосимистор 18 (U2.1) соединен с клеммой 14 (Uнo), с первым выводом резистора 20 (R2.2), с первым выводом резистора 19 (R2.1), с первым выводом резистора 21 (R2.3) и с управляющим электродом силового симистора 17 (VS2.1). Клемма 15 (GND) соединена со вторым выводом резистора 20 (R2.2). Силовой симистор 17 (VS2.1) соединен одним катодом со вторым выводом резистора 21 (R2.3) и клеммой 23 (Выход), а другим катодом - со вторым выводом резистора 19 (R2.1) и клеммой 22 (Вход).Optosimistor 18 (U2.1) is connected to terminal 14 (Uнo), to the first terminal of the resistor 20 (R2.2), to the first terminal of the resistor 19 (R2.1), to the first terminal of the resistor 21 (R2.3) and to the control the electrode of the power triac 17 (VS2.1). Terminal 15 (GND) is connected to the second terminal of resistor 20 (R2.2). The power triac 17 (VS2.1) is connected by one cathode to the second terminal of the resistor 21 (R2.3) and terminal 23 (Output), and the other cathode is connected to the second terminal of the resistor 19 (R2.1) and terminal 22 (Input).

С внешней стороны модуль 16 замыкающего контакта связан с управляющим модулем 1 через шины выходных сигналов управляющего модуля 1: шину, одновременно являющуюся клеммой 14 (Uнo), и шину, одновременно являющуюся клеммой 15 (GND) а также с коммутируемой электрической цепью через клеммы 22 (Вход), 23 (Выход). Таким образом, оптосимитор 18 (U2.1) активен только при наличии сигнала на шине одновременно являющейся клеммой 14 (Uнo), и, следовательно, в этом случае силовой симистор 17(VS2.1) открыт, и переменный ток свободно протекает между клеммой 22 (Вход) и клеммой 23 (Выход). При отсутствии сигнала на шине, одновременно являющейся клеммой 14 (Uнo), симистор 17 (VS2.1) закрыт, и электрический ток между клеммами 22 (Вход) и 23 (Выход) не протекает.From the outside, the NO contact module 16 is connected to the Control Unit 1 via the output signal buses of the Control Unit 1: the bus, which is simultaneously terminal 14 (Uno), and the bus, which is simultaneously terminal 15 (GND), as well as the switched electrical circuit through terminals 22 ( Entrance), 23 (Exit). Thus, the opto-simulator 18 (U2.1) is active only when there is a signal on the bus, which is also terminal 14 (Uнo), and, therefore, in this case the power triac 17 (VS2.1) is open, and the alternating current flows freely between terminal 22 (Input) and terminal 23 (Output). In the absence of a signal on the bus, which is also terminal 14 (Uнo), the triac 17 (VS2.1) is closed, and no electric current flows between terminals 22 (Input) and 23 (Output).

Модуль 24 размыкающего контакта, реализующий функцию размыкающего контакта, представляет собой электронное устройство, предназначенное для выполнения коммутации электрических цепей переменного тока промышленной частоты по принципу размыкающего контакта. Модуль 24 замыкающего контакта содержит силовой симистор 25 (VS3.1), оптосимистор 26 (U3.1), резистор 27 (R3.1), резистор 28 (R3.2), резистор 29 (R3.3); клемму 12 (Uнз), клемму 14 (Uнo), клемму 15 (GND), клемму 30 (Вход), клемму 31 (Выход). Внутри модуля 24 размыкающего контакта клемма 14 (Uнo) не подключена.The break contact module 24, which implements the break contact function, is an electronic device designed to perform the switching of AC power frequency electrical circuits according to the break contact principle. The closing contact module 24 contains a power triac 25 (VS3.1), an optosimistor 26 (U3.1), a resistor 27 (R3.1), a resistor 28 (R3.2), a resistor 29 (R3.3); terminal 12 (Unc), terminal 14 (Uno), terminal 15 (GND), terminal 30 (Input), terminal 31 (Output). Terminal 14 (Uнo) is not connected inside the NC module 24.

Оптосимистор 26 (U3.1) соединен с клеммой 12 (Uнз), с первым выводом резистора 28 (R3.2), с первым выводом резистора 27 (R3.1), с первым выводом резистораOptosimistor 26 (U3.1) is connected to terminal 12 (Unc), with the first terminal of the resistor 28 (R3.2), with the first terminal of the resistor 27 (R3.1), with the first terminal of the resistor

29 (R3.3) и с управляющим электродом силового симистора 25 (VS3.1). Клемма 15 (GND) соединена со вторым выводом резистора 28 (R3.2). Силовой симистор 25 (VS3.1) соединен одним катодом со вторым выводом резистора 29 (R3.3) и клеммой 31 (Выход), а вторым катодом - со вторым выводом резистора 27 (R3.1) и клеммой 30 (Вход).29 (R3.3) and with a control electrode of the power triac 25 (VS3.1). Terminal 15 (GND) is connected to the second terminal of resistor 28 (R3.2). The power triac 25 (VS3.1) is connected by one cathode to the second terminal of the resistor 29 (R3.3) and terminal 31 (Output), and the second cathode is connected to the second terminal of the resistor 27 (R3.1) and terminal 30 (Input).

С внешней стороны модуль 24 размыкающего контакта связан с управляющим модулем 1 через шины выходных сигналов управляющего модуля 1: шину, одновременно являющуюся клеммой 12 (Uнз), и шину, одновременно являющуюся клеммой 15 (GND), а также с коммутируемой электрической цепью через клеммы 30 (Вход), 31 (Выход). Таким образом, оптосимитор 26 (U3.1) активен только при наличии сигнала на шине, одновременно являющейся клеммой 12 (Uнз), и, следовательно, в этом случае силовой симистор 25 (VS3.1) открыт, и переменный ток свободно протекает между клеммойFrom the outside, the NC module 24 is connected to the Control Unit 1 via the output signal buses of the Control Unit 1: the bus, which is simultaneously terminal 12 (Unc), and the bus, which is simultaneously terminal 15 (GND), as well as the switched electrical circuit through terminals 30 (Entrance), 31 (Exit). Thus, the optosimistor 26 (U3.1) is active only when there is a signal on the bus, which is also terminal 12 (Unc), and, therefore, in this case, the power triac 25 (VS3.1) is open, and the alternating current flows freely between the terminal

30 (Вход) и клеммой 31 (Выход). При отсутствии сигнала на шине, одновременно являющейся клеммой 12 (Uнз), симистор 25 (VS3.1) закрыт, и электрический ток между клеммами 30 (Вход) и 31 (Выход) не протекает.30 (Input) and terminal 31 (Output). In the absence of a signal on the bus, which is also terminal 12 (Unc), the triac 25 (VS3.1) is closed, and no electric current flows between terminals 30 (Input) and 31 (Output).

Для соединения управляющего модуля 1 с модулем 16 замыкающего контакта или с модулем 24 размыкающего контакта, а также для соединения модулей 16 замыкающего контакта или модулей 24 замыкающего контакта между собой применяются контактные перемычки 32 в количестве трех штук на каждую пару модулей, которые установлены между шинами, одновременно являющимися клеммами 12 (Uнз), между шинами, одновременно являющимися клеммами 14 (Uнo), между шинами, одновременно являющимися клеммами 15 (GND) на двух соседних модулях.To connect the control module 1 to the NO contact module 16 or to the NC contact module 24, as well as to connect the NO contact modules 16 or the NO contact modules 24 to each other, contact jumpers 32 are used in the amount of three pieces for each pair of modules that are installed between the buses. simultaneously being terminals 12 (Unc), between buses, which are simultaneously terminals 14 (Uno), between buses, which are simultaneously terminals 15 (GND) on two adjacent modules.

Твердотельное реле с замыкающими и размыкающими контактами в сборе образовано компактными модулями шириной 35 миллиметров, высотой 22 миллиметра и длиной 85 миллиметров каждый.The solid-state relay with normally open and closed contacts is assembled from compact modules 35 millimeters wide, 22 millimeters high and 85 millimeters long each.

Управляющий модуль 1 имеет три входа, представленных клеммой 11 (Uпит), клеммой 13 (Uвх), клеммой 15 (GND) и три выхода, представленных шиной, одновременно являющейся клеммой 12 (Uнз), шиной, одновременно являющейся клеммой 14 (Uнo) и шиной, одновременно являющейся клеммой 15 (GND). При этом в управляющем модуле 1 реализованы: один комплект входов в верхней части модуля и два комплекта выходов: в нижней части модуля и в правой его части.The Control Unit 1 has three inputs, represented by terminal 11 (Usup), terminal 13 (Uin), terminal 15 (GND), and three outputs, represented by a bus that is simultaneously terminal 12 (Unc), a bus that is also terminal 14 (Uno) and bus, which is also terminal 15 (GND). At the same time, the following are implemented in the control module 1: one set of inputs in the upper part of the module and two sets of outputs: in the lower part of the module and in the right part of it.

Модуль 16 замыкающего контакта или модуль 24 размыкающего контакта в цепи управления, представленной шиной, одновременно являющейся клеммой 14 (Uнo), шиной, одновременно являющейся клеммой 12 (Uнз), шиной, одновременно являющейся клеммой 15 (GND), и оптосимистором 18 (U2.1) для модуля 16 замыкающего контакта или оптосимистором 26 (U3.1) для модуля 24 размыкающего контакта имеет три входа, представленных шиной, одновременно являющейся клеммой 12 (Uнз), шиной, одновременно являющейся клеммой 14 (Uнo), и шиной, одновременно являющейся клеммой 15 (GND) и три выхода, представленных шиной, одновременно являющейся клеммой 12 (Uнз), шиной, одновременно являющейся клеммой 14 (Uнo), и шиной, одновременно являющейся клеммой 15 (GND), причем входы с выходами имеют непосредственную связь внутри модуля. Модуль 16 замыкающего контакта в силовой цепи, представленной силовым симистором 17(VS2.1) имеет две клеммы: 22 (Вход) и 23 (Выход), предназначенные для подключения коммутируемой цепи переменного тока. Модуль 24 размыкающего контакта в силовой цепи, представленной силовым симистором 25 (VS3.1) имеет две клеммы 30 (Вход) и 31 (Выход), предназначенные для подключения коммутируемой цепи переменного тока. Соединение управляющего модуля 1 с модулями 16 замыкающего контакта и модулями 24 размыкающего контакта, а также соединение модулей 16 замыкающего контакта и модулей 24 размыкающего контакта между собой происходит посредством стыкования по длинной стороне модулей, и установки контактных перемычек 32 между одноименными клеммами, как показано на фиг.8.A NO contact module 16 or an NC contact module 24 in the control circuit represented by a bus that is simultaneously terminal 14 (Uнo), a bus that is simultaneously a terminal 12 (Unc), a bus that is simultaneously a terminal 15 (GND), and an optosimistor 18 (U2. 1) for module 16 of the NO contact or optosimistor 26 (U3.1) for the module 24 of the NC contact has three inputs, represented by a bus that is simultaneously terminal 12 (Unc), a bus that is simultaneously terminal 14 (Uнo), and a bus that is at the same time terminal 15 (GND) and three outputs, represented by a bus that is simultaneously terminal 12 (Unc), a bus that is simultaneously terminal 14 (Uno), and a bus that is simultaneously terminal 15 (GND), and the inputs and outputs are directly connected inside the module ... The module 16 of the closing contact in the power circuit represented by the power triac 17 (VS2.1) has two terminals: 22 (Input) and 23 (Output), designed to connect the switched AC circuit. The module 24 of the opening contact in the power circuit represented by the power triac 25 (VS3.1) has two terminals 30 (Input) and 31 (Output), designed to connect the switched AC circuit. The connection of the control module 1 with the modules 16 of the NO contact and the modules 24 of the NC, as well as the connection of the modules 16 of the NO contact and the modules 24 of the NC with each other occurs by joining along the long side of the modules, and the installation of contact jumpers 32 between the terminals of the same name, as shown in Fig. .eight.

Гальваническая развязка между силовой цепью и цепью управления в модуле 16 замыкающего контакта выполнена за счет применения оптосимистора 18 (U2.1), а гальваническая развязка между силовой цепью и цепью управления в модуле 24 размыкающего контакта выполнена за счет применения оптосимистора 26 (U3.1). Гальваническая развязка между силовыми цепями модулей 16 замыкающего контакта и модулей 24 размыкающего контакта выполнена за счет того, что данные модули являются самостоятельными элементами и их силовые цепи не имеют электрической связи между собой.Galvanic isolation between the power circuit and the control circuit in the NO contact module 16 is made through the use of optosimistor 18 (U2.1), and the galvanic isolation between the power circuit and the control circuit in the NC module 24 is made through the use of optosimistor 26 (U3.1) ... Galvanic isolation between the power circuits of the NO contact modules 16 and the NC modules 24 is made due to the fact that these modules are independent elements and their power circuits do not have electrical connection with each other.

Модульное твердотельное реле с наличием замыкающих и размыкающих контактов работает следующим образом. В нормальном режиме подано питание на клемму 11 (Uпит) и клемму 15 (GND) управляющего модуля 1. Сигнал управления на клемме 13 (Uвх) отсутствует. В этом случае горит индикационный светодиод 3 (HL1.2). Транзистор 10 (VT1.1) управляющего модуля 1, работающий в ключевом режиме, находится в открытом состоянии за счет протекания тока по цепи: клемма 11 (Uпит) -выпрямительный диод 8 (VD1.1) - коллектор транзистора 10 (VT1.1) - база транзистора 10 (VT1.1) - резистор 4 (R1.1) - резистор 6 (R1.3) - клемма 15 (GND), при этом на шине, одновременно являющейся клеммой 12 (Uнз), присутствует напряжение, равное напряжению на клемме 11 (Uпит). При этом n модулей 16 замыкающего контакта находятся в разомкнутом состоянии, a m модулей 24 размыкающего контакта находятся в замкнутом состоянии. Сигнал на шине, одновременно являющейся клеммой 14 (Uно), отсутствует по причине отсутствия такового на клемме 13 (Uвх) и по причине запертого состояния диода Шоттки 9(VD1.2). Описанное выше состояние твердотельного реле является стабильным и может продолжаться неограниченное время. При подаче управляющего сигнала на клемму 13 (Uвх) загорается индикационный светодиод 2 (HL1.1), свидетельствующий о включенном состоянии модульного твердотельного реле с замыкающими и размыкающими контактами. При этом запирается транзистор 10 (VT1.1) управляющего модуля 1 по причине появления на базе транзистора 10 (VT1.1) напряжения, большего по величине, чем напряжение на коллекторе данного транзистора. Исчезает напряжение на шине, одновременно являющейся клеммой 12 (Uнз), и появляется напряжение на шине, одновременно являющейся клеммой 14 (Uнo), напрямую подключенной к клемме 13 (Uвх). При этом n модулей 16 замыкающего контакта находятся в замкнутом состоянии, a m модулей 24 размыкающего контакта находятся в разомкнутом состоянии. Описанное выше состояние твердотельного реле также является стабильным и также может продолжаться неограниченное время.A modular solid-state relay with make and break contacts works as follows. In normal operation, power is applied to terminal 11 (Usup) and terminal 15 (GND) of the Control Unit 1. There is no control signal at terminal 13 (Uin). In this case, indicator LED 3 (HL1.2) lights up. Transistor 10 (VT1.1) of the control module 1, operating in the key mode, is in the open state due to the flow of current through the circuit: terminal 11 (Upit) - rectifier diode 8 (VD1.1) - collector of transistor 10 (VT1.1) - base of transistor 10 (VT1.1) - resistor 4 (R1.1) - resistor 6 (R1.3) - terminal 15 (GND), while on the bus, which is also terminal 12 (Unc), there is a voltage equal to the voltage on terminal 11 (Usup). In this case, n modules 16 of the NO contact are in the open state, and the m modules 24 of the NC contact are in the closed state. The signal on the bus, which is also terminal 14 (Uno), is absent due to its absence at terminal 13 (Uin) and due to the closed state of the Schottky diode 9 (VD1.2). The above state of the solid state relay is stable and can last indefinitely. When a control signal is applied to terminal 13 (Uin), indicator LED 2 (HL1.1) lights up, indicating the on state of the modular solid-state relay with make and break contacts. In this case, the transistor 10 (VT1.1) of the control module 1 is locked due to the appearance on the base of the transistor 10 (VT1.1) of a voltage that is greater in magnitude than the voltage on the collector of this transistor. The voltage on the bus, which is also terminal 12 (Unc), disappears, and the voltage appears on the bus, which is also terminal 14 (Uno), directly connected to terminal 13 (Uin). In this case, n modules 16 of the NO contact are in the closed state, and the m modules 24 of the NC contact are in the open state. The above state of the solid state relay is also stable and can also last indefinitely.

Модульное твердотельное реле с замыкающими и размыкающими контактами может работать в составе систем управления, автоматики и сигнализации, причем число одновременно коммутируемых независимых цепей не ограничено и равно количеству модулей контакта. Собственное потребление полупроводниковых элементов: транзисторов, светодиодов, оптосимисторов, входящих в состав твердотельного реле, зависит от числа подключенных модулей и лежит в следующих пределах: при одном подключенном модуле 16 замыкающего контакта или модуле 24 размыкающего контакта ток собственного потребления составляет 10 мА, а при десяти подключенных модулях 16 замыкающего контакта или модулях 24 размыкающего контакта ток собственного потребления составляет 60 мА. Данные значения справедливы при условии, что электропитание производится от источника постоянного напряжения 5 В.A modular solid-state relay with make and break contacts can work as part of control systems, automation and alarm systems, and the number of simultaneously switched independent circuits is not limited and is equal to the number of contact modules. The intrinsic consumption of semiconductor elements: transistors, LEDs, optosimistors that make up a solid-state relay depends on the number of connected modules and lies within the following limits: with one connected N / O module 16 or N / O module 24, the self-consumption current is 10 mA, and with ten of the connected N / O modules 16 or N / O modules 24, the current consumption is 60 mA. These values are valid provided that the power supply is supplied from a 5 V constant voltage source.

Таким образом, предлагаемое твердотельное реле с замыкающими и размыкающими контактами позволяет коммутировать необходимое число различных цепей переменного тока промышленной частоты одновременно, при этом число коммутируемых цепей равно числу используемых модулей контакта. Кроме того, твердотельное реле конструктивно состоит из модулей, позволяющих составить конструкцию с требуемыми параметрами.Thus, the proposed solid-state relay with make and break contacts allows you to switch the required number of different AC circuits of industrial frequency at the same time, while the number of switched circuits is equal to the number of contact modules used. In addition, the solid-state relay structurally consists of modules that allow you to make a design with the required parameters.

Эффективность применения предлагаемого реле заключается в построении на базе единого управляющего модуля индивидуального твердотельного реле с требуемым количеством и типом контактов, например, три модуля контакта с замыкающим контактом на 10 А переменного тока и один модуль контакта на 0,5 А переменного тока, что экономически более целесообразно, чем использование двух твердотельных реле на разные токи или одного многополюсного твердотельного реле с завышенными параметрами. За счет применения симисторов с изолированной площадкой для подключения к охладителю модули могут быть размещены на едином охладителе.The effectiveness of the application of the proposed relay lies in the construction on the basis of a single control module of an individual solid-state relay with the required number and type of contacts, for example, three contact modules with a closing contact for 10 A AC and one contact module for 0.5 A AC, which is more economically more expedient than using two solid-state relays for different currents or one multi-pole solid-state relay with oversized parameters. Due to the use of triacs with an insulated platform for connection to the cooler, the modules can be placed on a single cooler.

Claims

A modular solid-state relay with make and break contacts, containing a control module and at least one switching element, the power circuits in which are galvanically isolated from each other and from the control circuit, characterized in that n NO contact modules based on power triacs, which are connected in parallel with one output of the control module through the corresponding bus, and m NC modules based on power triacs, which are connected in parallel with another output of the control module through the corresponding bus, while for these connections the modules are installed in series and contact jumpers are applied in the number of three pieces for each pair of modules that are installed between the buses.