Как проверить твердотельное реле

Освоение правильных методов тестирования твердотельных реле является ценным навыком для специалистов, занимающихся созданием, управлением и закупкой систем электрического управления. Потому что твердотельные реле не содержат механических частей, они могут выходить из строя иначе, чем традиционные электромеханические реле, и не могут быть проанализированы с помощью стандартных процедур тестирования. Довольно часто твердотельные реле выходят из строя бесшумно, что может привести к ложному срабатыванию оборудования или даже к протеканию тока, когда система должна быть полностью отключена. Техники, обсуждаемые в этой статье, предоставляют руководство по различным типам тестирования твердотельных реле, начиная с простого измерения мультиметром и заканчивая полной электрической проверкой, используемой на производственной линии.

Почему тестирование твердотельного реле отличается от механического реле

Механическое реле способно открывать и закрывать металлические контакты, поэтому при использовании мультиметра в режиме проверки цепи показания очень ясны: замкнуто — почти ноль ом, разомкнуто — бесконечность. Твердотельное реле, с другой стороны, переключается с помощью полупроводниковых устройств, таких как TRIAC, SCR или FET, и это совершенно другая ситуация. Даже в неактивном состоянии хорошее твердотельное реле допускает небольшой ток утечки, когда оно выключено, а в активном режиме оно снижает определённое напряжение, вместо того чтобы вести себя как идеально замкнутый переключатель. Из-за этого измерение сопротивления на выходных клеммах обычного твердотельного реле может быть довольно запутанным и может указывать на неисправную деталь. Одной из основных причин, усложняющих тестирование твердотельных реле является то, что люди просто применяют те же принципы, что и для механических реле.

Необходимая подготовка и оборудование

Перед началом работы соберите цифровой мультиметр с функцией измерения диодов и сопротивления, а также источник низковольтного постоянного/переменного тока, соответствующий спецификациям управления реле. Также рекомендуется использовать небольшую нагрузку для тестирования, например, лампу накаливания или любой трубчатый нагревательный элемент, подходящий для данной позиции. Для проверки безопасности и изоляции, если производитель рекомендует проверять разделение между входной и выходной цепями, требуется высоковольтный тестер. Спецификация производителя содержит информацию о номере детали, управляющем напряжении, выходном токе и токе утечки в выключенном состоянии. Важно знать, является ли цепь постоянного или переменного тока, чтобы предсказать поведение устройства в будущем. Твердотельное реле с нулевым пересечением может включаться только при напряжении, равном нулю; по этой причине оно применяется для резистивных нагрузок, тогда как модель с произвольным включением используется для фазового управления.

Будьте внимательны к рискам безопасности

Выход твердотельного реле может быть подключен к сетевому напряжению, и его металлическая основа, вероятно, находится очень близко к активным полупроводниковым переходам. Поэтому цепь должна быть обесточена, все конденсаторы должны быть разряжены, а напряжение проверено с помощью цифрового мультиметра перед тем, как оператор войдет в цепь. Во время испытания под напряжением необходимо использовать правильно предохраненную цепь для подключения реле, а одна рука должна быть убрана за спину при работе рядом с проводами под напряжением. В случае проверки изоляции следует помнить, что высоковольтный тестер использует несколько киловольт и должен эксплуатироваться только обученным сотрудником, когда устройство отсоединено от остальной части машины.

Как проверить твердотельное реле с помощью мультиметра

Часто задаваемый вопрос в мастерских — как проверить твердотельное реле, и правда в том, что хотя мультиметр может выявить грубые неисправности, он не может полностью определить состояние устройства. Но просто выполнив проверку мультиметром, вы можете отсеять большинство дефектных и короткозамкнутых твердотельных реле всего за пару минут. Прежде всего убедитесь, что устройство отключено от питания. Затем переключите мультиметр в режим проверки диодов и проверьте входные или управляющие клеммы твердотельного реле. Если это твердотельное реле работает на постоянном входном напряжении и использует оптопары и светодиоды, вы можете получить прямое напряжение в одном направлении и открытое показание в противоположном, как у диода. Если открытое показание получено в обоих направлениях, это указывает на разрыв входа. Напротив, если показания близки к нулю в обоих направлениях, это указывает на короткое замыкание во входе.

Следующий шаг — проверить выходные клеммы. Установите мультиметр в режим измерения сопротивления и проверьте выход. В исправном твердотельном реле вы должны увидеть высокое сопротивление в обоих направлениях, что означает, что полупроводник не проводит ток. Если показания близки к нулю в одном направлении, это указывает на короткое замыкание на выходе, что является наиболее распространенной и самой опасной неисправностью твердотельного реле.

Функциональный эксперимент с подачей питания

Полностью оптимизированный стендовый тест называется функциональным экспериментом с подачей питания, в ходе которого подтверждается работоспособность устройства. Подключите выходные клеммы последовательно с тестируемой лампой и соответствующим источником питания, при этом управляющее соединение должно оставаться свободным. При отсутствии управляющего напряжения лампа должна оставаться выключенной. Если лампа светится слабо, это указывает на короткое замыкание на выходе. Теперь подайте управляющее напряжение на вход, и исправное реле включит лампу на полную яркость. После отключения управляющего напряжения лампа должна полностью погаснуть. Если выход не включается при подаче управляющего напряжения на вход, это указывает на разрыв устройства, или если он не выключается при отсутствии управляющего напряжения, это означает, что полупроводник выхода вышел из строя.

Пока устройство все еще включено, можно измерить падение напряжения во время работы с помощью вольтметра. Падение напряжения примерно 1-1,5 вольта на AC SSR TRIAC считается нормальным, и если оно чрезмерно высоко, это означает, что полупроводник стареет и нагревается. Измерение утечки в выключенном состоянии с помощью вольтметра покажет, насколько хорошо происходит переключение. Таким образом, эти два показателя отличают плохое устройство от хорошего.

Тестирование SSR для переменного входного напряжения

Не все устройства принимают сигнал с DC управлением. В случае устройства с AC входом ожидается, что управляющее напряжение будет в диапазоне от 90 до 280 В переменного тока, поэтому ранее упомянутая формула проверки диода в этом случае не работает. Для такого типа устройств безопасным и простым способом будет выполнение только функционального теста под нагрузкой: включить указанное управляющее напряжение переменного тока и проверить, включилось ли устройство с его помощью. Таким образом, измерить сопротивление в устройстве с переменным током невозможно из-за низкого напряжения, и поэтому трудно интерпретировать результаты, полученные с помощью измерительных приборов.

Изоляционные и испытания на высокое напряжение (Hi-Pot)

Мультиметр не может проверить некоторые свойства, такие как состояние изоляции между входными и выходными цепями. В то время как этот барьер обеспечивает, что высокое напряжение не достигает низковольтной управляющей части системы, это важная спецификация безопасности, которую необходимо проверить с помощью испытания на диэлектрическую прочность или hi-pot теста, который состоит в приложении высокого напряжения к входной/выходной цепи на некоторое время с контролем возможности пробоя или чрезмерного тока утечки. Устройство, которое проходит функциональный тест, но не проходит процедуры изоляционного тестирования твердотельного реле, небезопасно и должно быть отклонено, поскольку невидимый дефект изоляции не проявится ни в одной проверке переключения. Вот почему серьезные программы качества рассматривают проверку hi-pot как обязательную, а не опциональную.

Тепловое поведение и тепловые неисправности

Когда SSR активируется, он имеет склонность к падению напряжения и выделению тепла, что является причиной большинства отказов в эксплуатации. SSR, который нормально функционирует в лаборатории, может начать работать нестабильно после прохождения тока в течение нескольких минут на низкокачественном радиаторе. В случае подозрения на тепловой отказ рекомендуется провести функциональный тест под нагрузкой с номинальной мощностью в течение длительного времени и контролировать температуру основания. Если устройство показывает увеличение падения напряжения в включенном состоянии и нестабильное переключение, это означает, что его полупроводник работает за пределами своих возможностей. Правильное охлаждение и термоинтерфейсный материал являются частью решения, хотя тепловой цикл во время тестирования выявляет проблему. В результате SSR, рассчитанные с достаточным запасом по току и установленные на адекватно рассчитанном радиаторе, успешно проходят тесты, в то время как перегретое устройство выйдет из строя в течение нескольких минут. Запись температуры основания в конце эксперимента служит стандартом для будущих сравнений.

Как можно протестировать твердотельное реле

Объединение различных проверок позволяет легко выявить неисправное устройство. Одним из основных признаков отказа является нагрузка, которая остается включенной независимо от управляющего сигнала. Противоположная проблема связана с открытым выходом и неработающим входным каскадом. Если нагрузка мигает, плохо переключается и включается только при нагреве, это свидетельствует о низком качестве полупроводника или проблеме с управлением. В целом, чтобы определить, неисправно ли твердотельное реле, следует использовать показания измерителя и функциональный тест переключения вместе с проверкой изоляции.

Тестирование в цепи и вне цепи

Значение проведения проверки равно важности места проверки. Самая чистая проверка — это тестирование реле, снятого с машины. Это лучший способ, так как ничто не влияет на ваши показания. Конечно, измеритель измеряет только реле, функциональное тестирование требует известной нагрузки, и в этом случае отсутствуют параллельные цепи, усложняющие измерения. Однако если вопрос имеет первостепенное значение, лучше снять SSR и протестировать его отдельно. Тестирование в цепи проще и быстрее, так как устройство подключено, но многие элементы, управляющие цепи и нагрузка могут влиять на результат; поэтому данные, полученные при тестировании в цепи, следует рассматривать только как предварительную информацию. Если есть подозрения — проверьте вне цепи, иначе можно ошибочно заключить о неисправности элемента и заменить рабочее устройство, оставив настоящую проблему нерешенной.

Распространенные ошибки, которых следует избегать

Профессионалы также совершают некоторые распространённые ошибки. Первая ошибка — ожидать, что клемма SSR покажет разрыв цепи или короткое замыкание при измерении омметром; полупроводники ведут себя иначе, и обычные значения утечки путают с показаниями о неисправности. Вторая ошибка — применение неправильного управляющего напряжения во время тестирования, либо подача недостаточного напряжения, которое не активирует управляющую цепь, либо неправильного типа напряжения (например, подача постоянного тока вместо переменного). Третья ошибка — проведение теста без нагрузки, что может скрыть дефект на выходе, так как через систему не протекает ток. Четвёртая ошибка — отсутствие теста на изоляцию и предположение, что устройство, которое переключается правильно, обязательно безопасно. Реле может переключаться идеально, но при этом терять изоляционный барьер.

От лабораторного тестирования к тестированию в производственных масштабах

Предыдущие обсуждения касались идеи тестирования каждого реле отдельно, что приемлемо для обслуживания и ремонта, но задача производства — совсем другая. При работе предприятия, выпускающего сотни и тысячи SSR за смену, ручное тестирование каждого SSR просто непрактично, медленно и невозможно должным образом документировать для сертификационных целей. Отдельные процессы мало отличаются от описанных ранее; однако их необходимо автоматизировать, упорядочить в последовательность и документировать. Тестируемые характеристики включают номинальную токовую нагрузку, падение выходного напряжения, входной управляющий ток, сопротивление изоляции и, при необходимости, тепловой цикл. Именно здесь как тестировать твердотельное реле знания переходят от мастерства в мастерской к дисциплине производства.

Benlong Automation строит именно такие интегрированные линии. Автоматизированная производственная линия твердотельных реле Она объединяет установку SMT, пайку, дозирование и полный комплекс функциональных тестов, измеряющих номинальный ток, падение выходного напряжения, прочность изоляции с помощью hi-pot до двух тысяч пятисот вольт переменного тока и тепловые характеристики, затем загружает каждый результат в MES-систему для полной прослеживаемости по каждому изделию. Поскольку те же электрические проверки, которые вы выполняете вручную, выполняются программируемыми тестерами со скоростью более тысячи единиц за смену и автоматически регистрируются, производитель получает как стабильность, так и аудиторский след, необходимый для соответствия IEC 62314. Для тех, кто переходит от случайного лабораторного тестирования к стандартизированному, сертифицируемому выпуску, автоматизированная линия превращает ручную рутину в повторяемый, документированный процесс.

Создание простой тестовой процедуры

Хорошая процедура связывает методы в систему, которую можно применять каждый раз. Начните с визуальной проверки на наличие разрывов, обесцвечивания и запаха гари, так как любое физически повреждённое оборудование выходит из строя до того, как его можно протестировать. Далее перейдите к экрану считывания прибора на входе и выходе, чтобы выявить любые неисправные или короткозамкнутые устройства. Продолжите с тестом под напряжением, чтобы убедиться в правильном включении и выключении устройства под нормальной нагрузкой и измерьте падение напряжения во время работы. Завершите тестом изоляции в любом случае для обеспечения безопасности или сертификации. Работа в таком порядке означает, что каждый шаг либо очищает устройство, либо останавливает вас до того, как вы потратите усилия на деталь, которая уже показала неисправность, что и является практической сутью хорошей проверки SSR.

Заключение

Понимание как тестировать твердотельное реле устройств заключается в уважении к тому, что отличает их от механических реле, и использовании правильного инструмента для каждого этапа проверки. Мультиметр проверяет основные проблемы на входе и выходе, функциональный тест под нагрузкой подтверждает плавное переключение при нагрузке, измеряя падение напряжения в включённом состоянии и утечку, а hi-pot тест обеспечивает проверку изоляционного барьера, который не может быть выявлен никаким мультиметром. Эти тесты достаточны для обслуживания и устранения неисправностей. В случае крупномасштабного производства те же принципы автоматически и с возможностью отслеживания применяются на одной производственной линии, что гарантирует, что все поставляемые продукты будут проверены и задокументированы. Изучите, как понимать отдельные проверки, и тогда вы узнаете, как работать с любым SSR.