Защита контактов реле от бросков напряжения и токов в цепях переменного и постоянного тока
В этой статье речь пойдет о защите контактов реле и входных цепей устройств чувствительных к воздействию бросков напряжения и тока в цепях постоянного и переменного тока с использованием:
- RC цепочки;
- диодной цепи;
- диодно-стабилитронной цепи;
- варисторной цепи.
При включении и отключении различного электрооборудования ток в электрической цепи, как правило, отличается от установившегося значения. При этом величина разброса составляет разы. Ниже приведены диаграммы изменения тока при включении различных характерных типов нагрузок.
При отключении индуктивной нагрузки возникает ЭДС самоиндукции (от несколько сотен до нескольких тысяч вольт). Такой бросок напряжения способен повредить коммутационный элемент, или существенно снизить его ресурс. Если ток в этих нагрузках относительно невелик (единицы ампер), то воздействие ЭДС самоиндукции на контакты, коммутирующие индуктивную нагрузку, может привести к коронного разряда или дуги.
Это, в свою очередь, может привести к появлению на контактах оксидов и карбидов. Воздействие ЭДС самоиндукции может также повредить устройство, имеющие общие с индуктивной нагрузкой цепи питания.
Например, электронное реле времени, подключенное параллельно мощному промежуточному реле, может быть повреждено, либо нестабильно работать, если не предпринимать мер по защите от ЭДС самоиндукции.
При возникновении электрической дуги между контактами происходит разрушение мест контакта вследствие переноса материала контактирующих поверхностей. Это ведет к свариванию контактов и изменению формы контактов и, как следствие, к увеличению переходного сопротивления.
Увеличение переходного сопротивления приводит к росту выделения тепла в месте контакта, его окислению и, как результат, к полной потере контакта.
Для сохранения ресурса контактов и защиты нагрузок применяются различные способы защиты.
Защита контактов и входных цепей устройств, чувствительных к воздействию бросков напряжения и тока в цепях постоянного и переменного тока.
| Тип цепи защиты | Род тока | Указания по применению | Примечание | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Пер. | Пос. | ||||
| RC цепочки | + | + | Если нагрузкой является таймер, ток утечки, протекающий через RC цепь может привести к ошибке. При использовании на переменном токе, необходимо чтобы импеданс нагрузки был существенно меньше импеданса RC цепи. | При выборе номиналов RC цепи необходимо руководствоваться следующим: R – 0,5…1 Ом на 1В напряжения на контактах (или на нагрузке). С – 0,5…1 мкФ на 1А тока через контакты (или в нагрузке). Номиналы очень зависят от свойств нагрузки и характеристик ключа. Используйте неполярные конденсаторы. | |
| + | + | Если нагрузка реле или соленоид, то время отпускания увеличится. | |||
| Диодная цепь | — | + | Поскольку диод подключен параллельно нагрузке, энергия, запасенная в ней замыкается через диод, что приводит к увеличению времени отпускания по сравнению с RC цепью в 2…4 раза. | Используйте диод с обратным напряжением в 10 раз превосходящим напряжение на нагрузке и максимальным прямым током несколько большим чем ток в нагрузке. | |
| Диодно-стабилитронная цепь | — | + | Используется если время затухания переходного процесса с диодной цепью слишком велико. | Используйте стабилитрон с напряжением стабилизации примерно равным напряжению источника питания. | |
| Варисторная цепь | + | + | Используя свойство варистора стабилизировать напряжение на нем эта цепь предотвращает чрезмерно высокое напряжение на нагрузке. Использование варистора также несколько увеличивает время отпускания. | ||
Поделиться в социальных сетях
raschet.info
Меры по защите контактов реле от повреждения дуговыми разрядами
В процессе эксплуатации сигнализаторов уровня имеющих дискретный (релейный, транзисторный) выход, зачастую подключают индуктивную нагрузку (устройства, имеющие в своём составе катушку индуктивности). Возникновение дуговых разрядов при размыкании таких электрических цепей крайне негативно сказывается на работоспособности контактов реле и выходных каскадов датчиков, уменьшая их срок эксплуатации.
В целях устранения пагубного влияния дуговых разрядов применяются искрогасящие цепи, устанавливаемые параллельно контактам реле или параллельно нагрузке.
Не вдаваясь в физику переходных процессов и причин возникновения дуговых разрядов рассмотрим наиболее действенные и широко применяемые искрогасящие цепи постоянного и переменного тока.
Цепи постоянного тока:
Кремниевый диод включается параллельно индуктивной нагрузке, при замыкании контактов и в установившемся режиме не оказывает никакого воздействия на работу схемы. При отключении нагрузки возникает напряжение самоиндукции, обратное по полярности рабочему напряжению, диод открывается и шунтирует индуктивную нагрузку. Диоды исключительно эффективно устраняют дуговые разряды и предохраняют контакты реле от обгорания лучше, чем любые другие схемы искрогашения. Такой способ применим и к сигнализаторам с транзисторным выходом.
Правила выбора обратного диода:
RC-цепь является наиболее дешёвым и широко применяемым средством защиты цепей как переменного, так и постоянного тока.
В отличие от диодных схем RC-цепи можно устанавливать, как параллельно нагрузке, так и параллельно контактам реле. В некоторых случаях нагрузка физически недоступна для монтажа на ней искрогасящих элементов, и тогда единственным способом защиты контактов остается шунтирование контактов RC-цепями.
Расчет RC-цепи, подключаемой параллельно контактам реле:
где С — ёмкость RC-цепи, мкф.
I — рабочий ток нагрузки, А.
где R — сопротивление RC-цепи, Ом.
E0 — напряжение на нагрузке, В.
I — рабочий ток нагрузки, А.
Проще всего пользоваться универсальной номограммой. По известным значениям напряжения источника питания U и тока нагрузки I находят две точки на номограмме, после чего между точками проводится прямая линия, показывающая искомое значение сопротивления R. Значение емкости С отсчитывается по шкале рядом со шкалой тока I. Номограмма дает разработчику достаточно точные данные, при практической реализации схемы необходимо будет подобрать ближайшие стандартные значения для резистора и конденсатора RC-цепи.
RC-цепь, подключаемая параллельно нагрузке
Применяется там, где нежелательна или невозможна установка RC-цепи параллельно контактам реле. Для расчета предлагаются следующие ориентировочные значения элементов:
Для защиты выходных транзисторных каскадов сигнализаторов RC-цепь подключают параллельно нагрузке.
www.elec.ru
коммутация мощных нагрузок / Unwired Devices LLC corporate blog / Habr
Привет, Geektimes!Управление мощными нагрузками — достаточно популярная тема среди людей, так или иначе касающихся автоматизации дома, причём в общем-то независимо от платформы: будь то Arduino, Rapsberry Pi, Unwired One или иная платформа, включать-выключать ей какой-нибудь обогреватель, котёл или канальный вентилятор рано или поздно приходится.
Традиционная дилемма здесь — чем, собственно, коммутировать. Как убедились многие на своём печальном опыте, китайские реле не обладают должной надёжностью — при коммутации мощной индуктивной нагрузки контакты сильно искрят, и в один прекрасный момент могут попросту залипнуть. Приходится ставить два реле — второе для подстраховки на размыкание.
Вместо реле можно поставить симистор или твердотельное реле (по сути, тот же тиристор или полевик со схемой управления логическим сигналом и опторазвязкой в одном корпусе), но у них другой минус — они греются. Соответственно, нужен радиатор, что увеличивает габариты конструкции.
Я же хочу рассказать про простую и довольно очевидную, но при этом редко встречающуюся схему, умеющую вот такое:
- Гальваническая развязка входа и нагрузки
- Коммутация индуктивных нагрузок без выбросов тока и напряжения
- Отсутствие значимого тепловыделения даже на максимальной мощности
Но сначала — чуть-чуть иллюстраций. Во всех случаях использовались реле TTI серий TRJ и TRIL, а в качестве нагрузки — пылесос мощностью 650 Вт.
Классическая схема — подключаем пылесос через обычное реле. Потом подключаем к пылесосу осциллограф (Осторожно! Либо осциллограф, либо пылесос — а лучше оба — должны быть гальванически развязаны от земли! Пальцами и яйцами в солонку не лазить! С 220 В не шутят!) и смотрим.
Включаем:
Пришлось почти на максимум сетевого напряжения (пытаться привязать электромагнитное реле к переходу через ноль — задача гиблая: оно слишком медленное). В обе стороны бабахнуло коротким выбросом с почти вертикальными фронтами, во все стороны полетели помехи. Ожидаемо.
Выключаем:
Резкое пропадание напряжения на индуктивной нагрузке не сулит ничего хорошего — ввысь полетел выброс. Кроме того, видите вот эти помехи на синусоиде за миллисекунды до собственно отключения? Это искрение начавших размыкаться контактов реле, из-за которого они однажды и прикипят.
Итак, «голым» реле коммутировать индуктивную нагрузку плохо. Что сделаем? Попробуем добавить снаббер — RC-цепочку из резистора 120 Ом и конденсатора 0,15 мкФ.
Включаем:
Лучше, но не сильно. Выброс сбавил в высоте, но в целом сохранился.
Выключаем:
Та же картина. Мусор остался, более того, осталось искрение контактов реле, хоть и сильно уменьшившееся.
Вывод: со снаббером лучше, чем без снаббера, но глобально проблемы он не решает. Тем не менее, если вы желаете коммутировать индуктивные нагрузки обычным реле — ставьте снаббер. Номиналы надо подбирать по конкретной нагрузке, но 1-Вт резистор на 100-120 Ом и конденсатор на 0,1 мкФ выглядят разумным вариантом для данного случая.
Литература по теме: Agilent — Application Note 1399, «Maximizing the Life Span of Your Relays». При работе реле на худший тип нагрузки — мотор, который, помимо индуктивности, при старте имеет ещё и очень низкое сопротивление — добрые авторы рекомендуют уменьшить паспортный ресурс реле в пять раз.
А теперь сделаем ход конём — объединим симистор, симисторный драйвер с детектированием нуля и реле в одну схему.
Что есть на этой схеме? Слева — вход. При подаче на него «1» конденсатор C2 практически мгновенно заряжается через R1 и нижнюю половину D1; оптореле VO1 включается, дожидается ближайшего перехода через ноль (MOC3063 — со встроенной схемой детектора нуля) и включает симистор D4. Нагрузка запускается.
Конденсатор C1 заряжается через цепочку из R1 и R2, на что уходит примерно t=RC ~ 100 мс. Это несколько периодов сетевого напряжения, то есть, за это время симистор успеет включиться гарантированно. Далее открывается Q1 — и включается реле K1 (а также светодиод D2, светящий приятным изумрудным светом). Контакты реле шунтируют симистор, поэтому далее — до самого выключения — он в работе участия не принимает. И не греется.
Выключение — в обратном порядке. Как только на входе появляется «0», C1 быстро разряжается через верхнее плечо D1 и R1, реле выключается. А вот симистор остаётся включённым примерно 100 мс, так как C2 разряжается через 100-килоомный R3. Более того, так как симистор удерживается в открытом состоянии током, то даже после отключения VO1 он останется открытым, пока ток нагрузки не упадёт в очередном полупериоде ниже тока удержания симистора.
Включение:
Выключение:
Красиво, не правда ли? Причём при использовании современных симисторов, устойчивых к быстрым изменениям тока и напряжения (такие модели есть у всех основных производителей — NXP, ST, Onsemi, etc., наименования начинаются с «BTA»), снаббер не нужен вообще, ни в каком виде.
Более того, если вспомнить умных людей из Agilent и посмотреть, как меняется потребляемый мотором ток, получится вот такая картинка:
Стартовый ток превышает рабочий более чем в четыре раза. За первые пять периодов — то время, на которое симистор опережает реле в нашей схеме — ток падает примерно вдвое, что также существенно смягчает требования к реле и продлевает его жизнь.
Да, схема сложнее и дороже, чем обычное реле или обычный симистор. Но часто она того стоит.
habr.com
|
Параметр |
Ед.изм. |
DC220В |
DC24В |
DC27В |
DC48В |
DC60В |
DC100В |
DC110В |
DC230В | ||||
|
Номинальное напряжение Uном |
В |
220 |
24 |
27 |
48 |
60 |
100 |
110 |
230 |
||||
|
Минимальное допустимое напряжение питания |
В |
143 |
16 |
32 |
39 |
65 |
72 |
150 | |||||
|
Максимальное допустимое напряжение питания |
В |
330 |
36 |
38 |
72 |
90 |
150 |
165 |
290 | ||||
|
Контроль перенапряжения, Uном |
% |
+5…+30 |
|||||||||||
|
Контроль снижения напряжения, Uном |
% |
-30…-5 |
|||||||||||
|
Точность установки порогов напряжения, Uном |
% |
5 |
|||||||||||
|
Точность измерения, Uном |
% |
2 |
|||||||||||
|
Гистерезис напряжения порога срабатывания, Uном |
% |
5 |
|||||||||||
|
Диапазон установки времени задержки |
с |
0,1-10 |
|||||||||||
| Время включения, tвкл | с | 0,2 | |||||||||||
|
Мощность, потребляемая от сети, не более |
ВА |
4 |
|||||||||||
|
Максимальный коммутируемый ток: АС250В 50Гц (АС1)/DC30В (DC1) |
А |
8 |
|||||||||||
|
Максимальная коммутируемая мощность: АС250В 50Гц (АС1)/DC30В (DC1) |
ВА/Вт |
2000/240 |
|||||||||||
|
Максимальное коммутируемое напряжение |
В |
400 (AC1/2А) |
|||||||||||
|
Максимальное напряжение между цепями питания и контактами реле |
В |
АС2000 (50Гц — 1мин) |
|||||||||||
|
Механическая износостойкость, не менее |
циклов |
10×106 |
|||||||||||
|
Электрическая износостойкость, не менее |
циклов |
100000 |
|||||||||||
| Помехоустойчивость от пачек импульсов в соответствии с ГОСТ Р 51317.4.4-99 (IEC/EN 61000-4-4) | уровень 3 (2кВ/5кГц) | ||||||||||||
| Помехоустойчивость от перенапряжения в соответствии с ГОСТ Р 51317.4.5-99 (IEC/EN 61000-4-5) | уровень 3 (2кВ А1-А2) | ||||||||||||
| Количество и тип выходных контактов | 2 переключающие группы | ||||||||||||
|
Климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69 |
|
УХЛ4 или УХЛ2 |
|||||||||||
|
Диапазон рабочих температур |
0С |
-25…+55 (УХЛ4) -40…+55 (УХЛ2) |
|||||||||||
|
Температура хранения |
0С |
-40…+70 |
|||||||||||
|
Степень защиты (по корпусу/по клеммам) |
|
IP40/IP20 |
|||||||||||
| Высота над уровнем моря | до 2000 | ||||||||||||
| Рабочее положение в пространстве | произвольное | ||||||||||||
| Режим работы | круглосуточный | ||||||||||||
|
Габаритные размеры |
мм |
18х93х62 |
|||||||||||
|
Относительная влажность воздуха |
% |
до 80 (при 250С) |
|||||||||||
|
Масса |
кг |
0,065 |
|||||||||||
meandr.ru
Меры по защите сигнализаторов при возникновении ЭДС самоиндукции
В целях устранения пагубного влияния ЭДС самоиндукции применяются искрогасящие цепи, устанавливаемые параллельно контактам реле или параллельно нагрузке.
Не вдаваясь в физику переходных процессов рассмотрим наиболее действенные и широко применяемые искрогасящие цепи постоянного и переменного тока.
Цепи постоянного тока
Кремниевый диод включается параллельно индуктивной нагрузке, при замыкании контактов и в установившемся режиме не оказывает никакого воздействия на работу схемы. При отключении нагрузки возникает напряжение самоиндукции, обратное по полярности рабочему напряжению, диод открывается и шунтирует индуктивную нагрузку. Диоды наиболее эффективно предохраняют контакты реле от обгорания и являются лучшим решением, по сравнению с любыми другими схемами искрогашения. Такой способ применим и к сигнализаторам с транзисторным выходом.
Правила выбора обратного диода:
- Рабочий ток и обратное напряжение диода должны быть сравнимы с номинальным напряжением и током нагрузки. Для нагрузок с рабочим напряжением до 250В DC и рабочим током до 5 А вполне подходит распространенный кремниевый диод 1N4007 с обратным напряжением 1000В DC и максимальным импульсным током до 20 А;
- Выводы диода должны быть как можно короче;
- Диод следует припаивать (привинчивать) непосредственно к индуктивной нагрузке, без длинных соединительных проводов – это улучшает ЭМС при процессах коммутации.
Цепи переменного и постоянного тока
RC-цепь является наиболее дешёвым и широко применяемым средством защиты цепей как переменного, так и постоянного тока.
В отличие от диодных схем, RC-цепи можно устанавливать как параллельно нагрузке, так и параллельно контактам реле. В некоторых случаях нагрузка физически недоступна для монтажа на ней искрогасящих элементов, и тогда единственным способом защиты контактов остается шунтирование контактов RC-цепями.
Расчет RC-цепи, подключаемой параллельно контактам реле:
Проще всего пользоваться универсальной номограммой. По известным значениям напряжения источника питания U и тока нагрузки I находят две точки на номограмме, после чего между точками проводится прямая линия, показывающая искомое значение сопротивления R. Значение емкости С отсчитывается по шкале рядом со шкалой тока I. Номограмма дает разработчику достаточно точные данные, при практической реализации схемы необходимо будет подобрать ближайшие стандартные значения для резистора и конденсатора RC-цепи.
RC-цепь, подключаемая параллельно нагрузке:
Применяется там, где нежелательна или невозможна установка RC-цепи параллельно контактам реле. Для расчета предлагаются следующие ориентировочные значения элементов:
- С = 0,5 … 1 мкф на 1 А тока нагрузки;
- R = 0,5 … 1 Ом на 1 В напряжения на нагрузке или
- R = 50…100% от сопротивления нагрузки.
Приведенные значения R и С не являются оптимальными. Если требуется максимально полная защита контактов и реализация максимального ресурса реле, то необходимо провести эксперимент и опытным путем подобрать резистор и конденсатор, наблюдая переходные процессы с помощью осциллографа.
Для защиты выходных транзисторных каскадов сигнализаторов RC-цепь подключают параллельно нагрузке.
rusautomation.ru
Малогабаритные, но силовые: электромеханические реле серии РТ
В процессе совершенствования технологий и повышения требований к компактности, числу срабатываний и качеству контактов, электромеханические реле превратились в элегантные высокотехнологичные изделия. Устойчивость к электроэрозии и низкое сопротивление контактных пар, способность коммутировать высокие напряжения и большие токи промышленных частот и частот ВЧ-диапазона позволяют электромеханическим реле по-прежнему оставаться одним из популярнейших способов для управляемой коммутации электрических цепей.
Силовые реле характеризуются тем же набором параметров, что и сигнальные: напряжением и мощностью управляющей катушки, рабочим и максимально допустимым коммутируемым напряжением, рабочим и предельным током, предельной частотой коммутации, максимальным количеством срабатываний, электрической прочностью изоляции и т.д. Большое значение имеет набор контактных групп: нормально замкнутые (Normal Closed — NC), нормально разомкнутые (Normal Open — NO), переключающие (Change Over — CO) и их количество.
Габаритные размеры реле как показатель стали актуальными в связи с миниатюризацией электро- и радиоаппаратуры. В настоящее время многие компании-производители прикладывают значительные усилия по уменьшению габаритных размеров своих изделий при сохранении эксплуатационных характеристик.
Хорошим примером такой работы является серия PT производства компании TE Connectivity. Конструктивно реле серии PT представляют собой сменный картридж габаритами 28х22,5х29 мм. Такое решение хорошо зарекомендовало себя в отношении ремонтопригодности аппаратуры и удобства монтажа. При применении коммутационных колодок вышедшее из строя реле может быть заменено в считанные секунды и без использования инструмента. Внешний вид и габаритные размеры приведены на рисунке 1.
Рис. 1. Внешний вид и габаритные размеры реле
Идентификация отказавшего реле дополнительно упрощается наличием контрольного светодиода (опция). Тестовая кнопка на корпусе позволяет замкнуть все контактные группы и, таким образом, проконтролировать дальнейшее прохождение сигнала в цепи. Опционально кнопка может быть фиксируемой, с возвратом посредством повторного нажатия. Также на корпусе реле есть небольшое поле для нанесения маркировки.
Электрические параметры имеют большое значение для выбора реле в зависимости от условий применения. Рассматриваемая серия относится к силовым реле средней мощности, способным коммутировать нагрузку до 3000 ВА.
Обобщенные технические характеристики приведены в таблице 1.
Таблица 1. Обобщенные технические характеристики реле серии PT
| Контактные группы | ||||
|---|---|---|---|---|
| Исполнения контактных групп реле | PT2 | PT3 | PT5 | |
| Тип контактной группы | 2 переключающих контакта | 3 переключающих контакта | 4 переключающих контакта | |
| Номинальное коммутируемое напряжение, В | ~240 | |||
| Максимально допустимое коммутируемое напряжение, В | ~400 | ~400 | ~240 | |
| Номинальный ток контактной группы, А | 12 | 10 | 6 | |
| Предельно допустимый протекающий ток контактной группы в течение 20 мс, А | 24 | 20 | 12 | |
| Ток короткого замыкания нагрузки, А | 300 в течение 30 мс | |||
| Максимальная коммутируемая мощность, ВА | 3000 | 2500 | 1500 | |
| Частота переключения под нагрузкой (без нагрузки), ч-1 | 360 (36000) | |||
| Время срабатывания контактов, мс | 15 | |||
| Минимальная рекомендуемая нагрузка на контакты | 12 В при 10 мА | |||
| Начальная электрическая прочность изоляции, В | между разомкнутыми контактами | 1200 | 1200 | 1200 |
| между контактами и катушкой | 2500 | 2500 | 2500 | |
| между соседними контактами | 2500 | 2500 | 2000 | |
| Начальное напряжение пробоя изоляции между контактами и катушкой, кВ | 5 (1,2/50 мкс) | |||
| Катушка | ||||
| Ряд номинальных напряжений катушки реле, В | 6, 12, 24, 48, 60, 115, 230 | |||
| Род тока катушки реле | постоянный или переменный | |||
| Номинальная рассеиваемая мощность, мВт | 750* | |||
| Общие параметры реле | ||||
| Рабочая температура окружающей среды, °С | -40…70 | |||
| Температура хранения, по IEC 60068-2 | -40…85 | |||
| Степень защиты по IEC 61810 | RTII — стойкость к воздействию агрессивных сред | |||
| Материал контактов | AgNi (90/10), AgNi (90/10) с золочением | |||
| Тип выводов реле | Соединитель AMP 2,8 / штыри для пайки в печатную плату | |||
| Вес, г | 30 | |||
| Термостойкость при пайке по IEC 60068-2-20 | 270°C в течение 10 с | |||
| Вибростойкость нормально разомкнутых/ нормально замкнутых контактов | 7g/4g | |||
| Ударопрочность нормально разомкнутых/ нормально замкнутых контактов | 20g/5g | |||
| Механическая износостойкость реле с катушкой постоянного / переменного тока, циклов | 30х106/20х106 | |||
| Монтажное расстояние между соседними реле | 5 мм | |||
| * — В исполнениях со встроенным светодиодом мощность выше на величину, потребляемую индикатором. | ||||
Как любое активное сопротивление, катушка реле выделяет и способна рассеивать строго определенную мощность. Рассеивающая способность катушки во многом зависит от температуры окружающей среды. Номограммы зависимости рассеиваемой мощности от температуры окружающей среды и коэффициента нагрузки катушки для постоянного и переменного тока приведены на рисунке 2.
Рис. 2. Зависимость рассеиваемой мощности от коэффициента нагрузки и температуры окружающей среды для катушки постоянного и переменного тока
Коэффициентом нагрузки для обеих диаграмм (Кн) является отношение действующего напряжения, приложенного к катушке реле, к рекомендуемому номинальному значению. Как видно из диаграмм, с ростом коэффициента нагрузки и температуры допустимая рассеиваемая мощность катушки реле снижается. Кривые 2х12 А, 3х 10 А, 4х6 А характеризуют максимальную мощность контактов реле, а 0 А — холостую работу (без нагрузки на контактные группы).
Важным параметром является минимальная рекомендуемая нагрузка на контакты. Данное требование актуально, когда одна из контактных групп силового реле используется для коммутации информационного сигнала — подтверждения срабатывания реле. Это бывает необходимо, когда система управления питается от одного источника питания, а силовая часть, содержащая реле, от другого. В этом случае важно учесть падение напряжения на контактной группе. При малых значениях напряжения переходное сопротивление контактов может оказаться достаточно большим и внесет значительное затухание в информационный сигнал. Реле с позолоченными контактами позволяют решить не только эту проблему, но и добиться минимальных потерь при коммутации за счет неокисляемого стойкого к электроэрозии позолоченного покрытия контактной группы.
Напряжение на катушке реле может варьироваться в пределах 90…110% от номинального значения.
Эксплуатационные показатели реле соответствуют стандартам IEC 61810, UL508 и EN 60947-4-1.
Высокая износостойкость контактов, широкий диапазон коммутируемых токов и низкое контактное сопротивление обеспечиваются применением высококачественных материалов и защитных покрытий.
Электрическая стойкость контактов реле приведена на рисунке 3.
Рис. 3. Электроэрозионная стойкость контактной системы реле
Не стоит забывать, что нельзя использовать параллельное включение контактных групп реле: точность сборки не обеспечивает абсолютно синхронного срабатывания всех контактов, следовательно, к какой-то контактной группе на короткое время будет приложена вся коммутируемая мощность. Важно правильно выбрать реле, исходя из параметров электрической цепи. Параметрический каталог на сайте КОМПЭЛ позволяет значительно упростить эту задачу — достаточно задать требования к реле.
Следует отметить, что в промышленной автоматике наиболее часто применяются реле с катушками, номинальным напряжением 12/24 В постоянного тока и 24/230 В переменного тока. Эти позиции оперативно поддерживаются на складе КОМПЭЛ в достаточном количестве для быстрой комплектации в соответствии с потребностями заказчика и приведены в таблице 2.
Таблица 2. Наиболее востребованные со склада КОМПЭЛ модели реле серии PT
| Наименование | Конфигурация контактов | Материал контактов | Напряжение катушки |
|---|---|---|---|
| PT270024 | 2 CO | AgNi 90/10 | 24 VDC |
| PT570012 | 4 CO | 12 VDC | |
| PT570024 | 24 VDC | ||
| PT570220 | 230 VDC | ||
| PT570524 | 24 VAC | ||
| PT570730 | 230 VAC |
Преимуществом реле PT, по сравнению с другими сериями, является их высокая унификация. Серия представлена рядом аксессуаров, позволяющих значительно повысить удобство, скорость монтажа и ремонтопригодность оборудования. Разнообразие аксессуаров включает в себя колодки на печатную плату и DIN-рейку, дополнительные модули индикации и защиты, защелки и т.д.
Все малогабаритные силовые реле серии PT могут быть установлены в колодки, предназначенные для пайки на печатную плату. Это значительно расширяет область применения реле и позволяет повысить коммутируемую мощность в требуемом конструктиве устройства.
Внешний вид колодок для пайки на печатную плату приведен на рисунке 4.
Рис. 4. Колодка для пайки на печатную плату и разметка посадочного места
Реле также могут крепиться на конструктив типа «панель». В этом случае колодки устанавливаются в вырезы панели. Габаритные размеры посадочного места и внешний вид колодки приведены на рисунке 5.
Рис. 5. Габаритные размеры посадочного места на панели и внешний вид колодки для реле серии PT
Варианты колодок реле для установки на DIN-рейку приведены на рисунке 6.
Рис. 6. Варианты колодок реле для установки на DIN-рейку
Габаритные и установочные размеры колодок показаны на рисунке 7.
Рис. 7. Габаритные размеры держателей реле PT 78 720/PT 78 730/PT 78740 (а) и PT 78 722/PT 78 742 (б) для установки на DIN-рейку
Доступны колодки с подпружиненными контактами (рисунок 8).
Рис. 8. Держатель реле с подпружиненными контактами
Все колодки для установки на DIN-рейку допускают использование дополнительных модулей, обеспечивающих визуальный контроль функционирования реле и защиту катушки от напряжения самоиндукции. Модули индикации имеют различное свечение и напряжение питания для соответствия выбранному питанию катушки. Защитные модули представлены RC-цепочками, варисторами и защитными диодами и также выбираются исходя из типа питающего напряжения. Внешний вид дополнительных модулей приведен на рисунке 9.
Рис. 9. Дополнительные модули индикации и защиты для колодок реле серии PT
Реле серии PT могут поставляться в виде уже скомплектованных наборов с различным числом контактных групп и аксессуаров.
Заключение
Миниатюрные электромагнитные силовые реле серии PT — это простое и надежное решение для коммутации электрических цепей силового оборудования и построения систем релейной автоматики. Невысокая цена и постоянное наличие востребованных позиций на складе КОМПЭЛ — залог успешности серии PT на российском рынке промышленной автоматики и системотехники.
Литература
1. http://www.te.com/
2. /
3. TE Connectivity Relay Products — General Purpose Relays — Industrial Relays 04/2011 rev.0411
4. Tyco Electronics General Purpose Relay — Relay Package PT — Datasheet 10/2009 rev. IJ1
5. Tyco Electronics General Purpose Relay — Accessories Miniature Relay PT — Datasheet 11/2010 rev. JK1.
Получение технической информации, заказ образцов, поставка — e-mail: [email protected]
Наши информационные каналы
Рубрики: статьяwww.compel.ru
устройство, виды, маркировка, подключение и регулировка
Преобразование электрических сигналов в соответствующую физическую величину — движение, сила, звук и т. д., осуществляется с помощью приводов. Классифицировать привод следует как преобразователь, поскольку это устройство изменяет один тип физической величины в другой.
Привод обычно активируется или управляется командным сигналом низкого напряжения. Классифицируется дополнительно как двоичное или непрерывное устройство исходя из числа стабильных состояний. Так, электромагнитное реле является двоичным приводом, учитывая два имеющихся стабильных состояния: включено — отключено.
В представленной статье подробно разобраны принципы работы электромагнитного реле и сфера использования приборов.
Содержание статьи:
Основы исполнения привода
Термин «реле» является характерным для устройств, которыми обеспечивается электрическое соединение между двумя и более точками посредством управляющего сигнала.
Наиболее распространенным и широко используемым типом электромагнитного реле (ЭМР) является электромеханическая конструкция.
Так выглядит одна конструкция из многочисленного ряда изделий, именуемых как электромагнитные реле. Здесь показан закрытый вариант механизма с помощью крышки из прозрачного оргстекла
Схема фундаментального контроля над любым оборудованием всегда предусматривает возможность включения и отключения. Самый простой способ выполнить эти действия — использовать переключатели блокировки подачи питания.
Переключатели ручного действия могут использоваться для управления, но имеют недостатки. Явный их недостаток – установка состояний «включено» или «отключено» физическим путем, то есть вручную.
Устройства ручного переключения, как правило, крупногабаритные, замедленного действия, способные коммутировать небольшие токи.
Ручной механизм переключения – «дальний родственник» электромагнитных реле. Обеспечивает тем же функционалом – коммутацией рабочих линий, но управляется исключительно вручную
Между тем электромагнитные реле представлены в основном переключателями с электрическим управлением. Приборы имеют разные формы, габариты и разделяются по уровню номинальных мощностей. Возможности их применения обширны.
Такие приборы, оснащенные одной или несколькими парами контактов, могут входить в единую конструкцию более крупных силовых исполнительных механизмов — контакторов, что используются для коммутации сетевого напряжения или высоковольтных устройств.
Основополагающие принципы работы ЭМР
Традиционно реле электромагнитного типа используются в составе электрических (электронных) схем управления коммутацией. При этом устанавливаются они либо непосредственно на печатных платах, либо в свободном положении.
Общее строение прибора
Токи нагрузки используемых изделий обычно измеряются от долей ампера до 20 А и более. Релейные цепи широко распространены в электронной практике.
Приборы самой разной конфигурации, рассчитанные под инсталляцию на монтажных электронных платах либо непосредственно в виде отдельно устанавливаемого устройства
Конструкция электромагнитного реле преобразует магнитный поток, создаваемый приложенным напряжением переменного/постоянного тока, в механическое усилие. Благодаря полученному механическому усилию, выполняется управление контактной группой.
Наиболее распространенной конструкцией является форма изделия, включающая следующие компоненты:
- возбуждающую катушку;
- стальной сердечник;
- опорное шасси;
- контактную группу.
Стальной сердечник имеет фиксированную часть, называемую коромысло, и подвижную подпружиненную деталь, именуемую якорем.
По сути, якорь дополняет цепь магнитного поля, закрывая воздушный зазор между неподвижной электрической катушкой и подвижной арматурой.
Детальный расклад конструкции: 1 – пружина отжимающая; 2 – сердечник металлический; 3 – якорь; 4 – контакт нормально закрытый; 5 – контакт нормально открытый; 6 – общий контакт; 7 – катушка медного провода; 8 – коромысло
Арматура движется на шарнирах или поворачивается свободно под действием генерируемого магнитного поля. При этом замыкаются электрические контакты, прикрепленные к арматуре.
Как правило, расположенная между коромыслом и якорем пружина (пружины) обратного хода возвращает контакты в исходное положение, когда катушка реле находится в обесточенном состоянии.
Действие релейной электромагнитной системы
Простая классическая конструкция ЭМР имеет две совокупности электропроводящих контактов.
Исходя из этого, реализуются два состояния контактной группы:
- Нормально разомкнутый контакт.
- Нормально замкнутый контакт.
Соответственно пара контактов классифицируется нормально открытыми (NO) или, будучи в ином состоянии, нормально закрытыми (NC).
Для реле с нормально разомкнутым положением контактов, состояние «замкнуто» достигается, только когда ток возбуждения проходит через индуктивную катушку.
Один из двух возможных вариантов установки контактной группы по умолчанию. Здесь в обесточенном состоянии катушки «по умолчанию» установлено нормально закрытое (замкнутое) положение
В другом варианте — нормально закрытое положение контактов остается постоянным, когда ток возбуждения отсутствует в контуре катушки. То есть контакты переключателя возвращаются в их нормальное замкнутое положение.
Поэтому термины «нормально открытый» и «нормально закрытый» следует относить к состоянию электрических контактов, когда катушка реле обесточена, то есть напряжение питания реле отключено.
Электрические контактные группы реле
Релейные контакты представлены обычно электропроводящими металлическими элементами, которые соприкасаются друг с другом, замыкают цепь, действуя аналогично простому выключателю.
Когда контакты разомкнуты, сопротивление между нормально открытыми контактами измеряется высоким значением в мегаомах. Так создается условие разомкнутой цепи, когда прохождение тока в контуре катушки исключается.
Контактная группа любого электромеханического коммутатора в разомкнутом режиме имеет сопротивление в несколько сотен мегаом. Величина этого сопротивления может несколько отличаться у разных моделей
Если же контакты замкнуты, контактное сопротивление теоретически должно равняться нулю — результат короткого замыкания.
Однако подобное состояние отмечается не всегда. Контактная группа каждого отдельного реле обладает определенным контактным сопротивлением в состоянии «замкнуто». Такое сопротивление называется устойчивым.
Особенности прохождения токов нагрузки
Для практики установки нового электромагнитного реле, контактное сопротивление включения отмечается малой величиной, обычно менее 0,2 Ом.
Объясняется это просто: новые наконечники остаются пока что чистыми, но со временем сопротивление наконечника неизбежно будет увеличиваться.
Например, для контактов под током 10 А, падение напряжения составит 0,2х10 = 2 вольта (закон Ома). Отсюда получается — если подводимое на контактную группу напряжение питания составляет 12 вольт, тогда напряжение для нагрузки составит 10 вольт (12-2).
Когда контактные металлические наконечники изнашиваются, будучи не защищенными должным образом от высоких индуктивных или емкостных нагрузок, становится неизбежным появление повреждений от эффекта электрической дуги.
Электрическая дуга на одном из контактов электромеханического прибора коммутации. Это одна из причин повреждения контактной группы при отсутствии надлежащих мер
Электрическая дуга — искрообразование на контактах — приводит к возрастанию контактного сопротивления наконечников и как следствие к физическим повреждениям.
Если продолжать использовать реле в таком состоянии, контактные наконечники могут полностью утратить физическое свойство контакта.
Но есть более серьезный фактор, когда в результате повреждения дугой контакты в конечном итоге свариваются, создавая условия короткого замыкания.
В таких ситуациях не исключается риск повреждения цепи, которую контролирует ЭМР.
Так, если сопротивление контакта увеличилось от влияния электрической дуги на 1 Ом, падение напряжения на контактах для одного и того же тока нагрузки увеличивается до 1×10=10 вольт постоянного тока.
Здесь величина падения напряжения на контактах может быть неприемлема для схемы нагрузки, особенно при работе с напряжениями питания 12-24 В.
Тип материала контактов реле
С целью уменьшения влияния электрической дуги и высоких сопротивлений, контактные наконечники современных электромеханических реле изготавливают или покрывают различными сплавами на основе серебра.
Таким способом удается существенно продлить срок службы контактной группы.
Наконечники контактных пластин электромеханических приборов коммутации. Здесь представлены варианты наконечников, покрытых серебром. Покрытие подобного рода снижает фактор повреждений
На практике отмечается использование следующих материалов, коими обрабатываются наконечники контактных групп электромагнитных (электромеханических) реле:
- Ag — серебро;
- AgCu — серебро-медь;
- AgCdO — серебро-оксид кадмия;
- AgW — серебро-вольфрам;
- AgNi — серебро-никель;
- AgPd — серебро-палладий.
Увеличение срока службы наконечников контактных групп реле за счет уменьшения количества формирований электрической дуги, достигается путем подключения резистивно-конденсаторных фильтров, называемых также RC-демпферы.
Эти электронные цепочки включают параллельно с контактными группами электромеханических реле. Пик напряжения, который отмечается в момент открытия контактов, при таком решении видится безопасно коротким.
Применением RC-демпферов удается подавлять электрическую дугу, что образуется на контактных наконечниках.
Типичное исполнение контактов ЭМР
Помимо классических нормально открытых (NO) и нормально закрытых (NC) контактов, механика релейной коммутации также предполагает классификацию с учетом действия.
Особенности исполнения соединительных элементов
Конструкции реле электромагнитного типа в этом варианте допускают наличие одного или нескольких отдельных контактов переключателя.
Таким выглядит прибор, технологически сконфигурированный под исполнение SPST – однополюсный и однонаправленный. Существуют также другие варианты исполнения
Исполнение контактов характеризуется следующим набором аббревиатуры:
- SPST (Single Pole Single Throw) – однополюсный однонаправленный;
- SPDT (Single Pole Double Throw) – однополюсный двунаправленный;
- DPST (Double Pole Single Throw) – двухполюсный однонаправленный;
- DPDT (Double Pole Double Throw) – двухполюсный двунаправленный.
Каждый такой соединительный элемент обозначается, как «полюс». Любые из них могут подключаться или сбрасываться, одновременно активируя катушку реле.
Тонкости применения приборов
При всей простоте конструкции коммутаторов электромагнитного действия, существуют некоторые тонкости практики использования этих приборов.
Так, специалисты категорически не рекомендуют подключать в параллель все контакты реле, чтобы таким способом коммутировать цепь нагрузки с высоким током.
Например, подключать нагрузку на 10 А путем параллельного соединения двух контактов, каждый из которых рассчитан на ток 5 А.
Эти тонкости монтажа обусловлены тем, что контакты механических реле никогда не замыкаются и не размыкаются в единый момент времени.
В результате один из контактов в любом случае будет перегружен. И даже с учетом кратковременной перегрузки, преждевременный отказ прибора в таком подключении неизбежен.
Неправильная эксплуатация, а также подключение реле вне установленных правил монтажа, обычно заканчивается вот таким исходом. Внутри выгорело практически все содержимое
Электромагнитные изделия допустимо использовать в составе электрических или электронных схем с низким энергопотреблением как переключатели относительно высоких токов и напряжений.
Однако категорически не рекомендуется пропускать разные напряжения нагрузки через соседние контакты одного прибора.
Например, коммутировать напряжение переменного тока 220 В и постоянного тока 24 В. Всегда следует применять отдельные изделия для каждого из вариантов в целях обеспечения безопасности.
Приемы защиты от обратного напряжения
Значимой деталью любого электромеханического реле является катушка. Эта деталь относится к разряду нагрузки с высокой индуктивностью, поскольку имеет проводную намотку.
Любая намотанная проводом катушка обладает некоторым импедансом, состоящим из индуктивности L и сопротивления R, образуя, таким образом, последовательную цепь LR.
По мере протекания тока через катушку, создается внешнее магнитное поле. Когда течение тока в катушке прекращается в режиме «отключено», увеличивается магнитный поток (теория трансформации) и возникает высокое обратное напряжение ЭДС (электродвижущей силы).
Это индуцированное значение обратного напряжения может в несколько раз превосходить по величине коммутационное напряжение.
Соответственно, появляется риск повреждения любых полупроводниковых компонентов, размещенных рядом с реле. Например, биполярный или полевой транзистор, используемый для подачи напряжения на катушку реле.
Схемные варианты, благодаря которым обеспечивается защита полупроводниковых элементов управления – транзисторов биполярных и полевых, микросхем, микроконтроллеров
Одним из способов предотвращения повреждения транзистора или любого переключающего полупроводникового устройства, включая микроконтроллеры, является вариант подключения обратно смещенного диода в цепь катушки реле.
Когда ток, протекающий через катушку сразу после отключения, генерирует индуцированную обратную ЭДС, это обратное напряжение открывает обратно смещенный диод.
Через полупроводник накопленная энергия рассеивается, чем предотвращается повреждение управляющего полупроводника – транзистора, тиристора, микроконтроллера.
Часто включаемый в цепь катушки полупроводник называют также:
- диод-маховик;
- шунтирующий диод;
- обращенный диод.
Однако большой разницы между элементами нет. Все они выполняют одну функцию. Помимо использования диодов с обратным смещением, для защиты полупроводниковых компонентов применяются и другие устройства.
Те же цепочки RC-демпферов, металло-оксидные варисторы (MOV), стабилитроны.
Маркировка электромагнитных релейных приборов
Технические обозначения, несущие частичную информацию о приборах, обычно указываются непосредственно на шасси электромагнитного коммутационного прибора.
Выглядит такое обозначение в виде сокращенной аббревиатуры и числового набора.
Каждое электромеханическое устройство коммутации традиционно маркируется. На корпусе или на шасси наносится примерно такой набор символов и цифр, указывающий определенные параметры
Пример корпусной маркировки электромеханических реле:
РЭС32 РФ4.500.335-01
Эта запись расшифровывается так: реле электромагнитное слаботочное, 32 серии, соответствующее исполнению по паспорту РФ4.500.335-01.
Однако подобные обозначения редкость. Чаще встречаются сокращенные варианты без явного указания ГОСТ:
РЭС32 335-01
Также не шасси (на корпусе) прибора отмечается дата изготовления и номер партии. Подробные сведения содержатся в техническом паспорте на изделие. Паспортом комплектуется каждый прибор или партия.
Выводы и полезное видео по теме
Видеоролик популярно рассказывает о том, как действует электромеханическая электроника коммутации. Наглядно отмечаются тонкости конструкций, особенности подключений и прочие детали:
Электромеханические реле уже довольно долгое время применяются в качестве электронных компонентов. Однако этот тип коммутационных приборов можно считать морально устаревшим. На смену механическим устройствам все чаще приходят более современные приборы – чисто электронные. Один из таких примеров – .
Появились вопросы, нашли недочеты или есть интересные факты по теме стать которыми вы можете поделиться с посетителями нашего сайте? Пожалуйста, оставляйте свои комментарии, задавайте вопросы, делитесь опытом в блоке для связи под статьей.
sovet-ingenera.com
