Диапазон коммутируемого тока что это

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Коммутируемый ток

К недостаткам герконов можно отнести малую величину коммутируемого тока ( не более 1 А), небольшую перегрузочную способность контактов, недостаточную вябро — и удароустойчивость, дребезг при размыкании. Однако герконы широко используют в приборах холодильной автоматики: реле уровня, реле протока, реле контроля смазки, поплавковых регуляторах уровня и др. Автоматические приборы на базе герконов значительно легче, дешевле и долговечнее аналогичных приборов с открытыми контактами. [46]

В технической документации на реле указывается диапазон коммутируемых токов и напряжений, в пределах которого гарантируется определенное число коммутаций. [47]

В каталогах [67] контакторы сгруппированы по роду коммутируемого тока . Выбор их производится, исходя из напряжения в цепи главных контактов, необходимого количества и вида главных и блок-контактов, а также величины и длительности протекания тока нагрузки. [49]

Емкость и индуктивность цепи контактов определяют диапазон частот коммутируемого тока . Величина емкости характеризует степень шунтирования нагрузки и паразитных связей между коммутируемыми и соседними цепями. [50]

Коммутационная способность контактов реле характеризуется допустимой мощностью и диапазонами коммутируемых токов и напряжений в пределах этой мощности. [51]

На рис. 3 — 8 изображены расчетные кривые изменения коммутируемого тока при разных условиях. [53]

Для выключателей в качестве величины X, может быть принят коммутируемый ток , для трансформаторов — температура изоляции, для электродвигателей — пусковой ток. Очевидно, что такие величины обычно характеризуют все группы факторов и при таком подходе при определении фактического ресурса электрооборудования можно учитывать только их. [54]

С увеличением размеров герконов вследствие увеличения площади контактирования контакт-деталей возрастает коммутируемый ток , а вследствие увеличения длины рабочего зазора возрастает коммутируемое напряжение. В зависимости от размеров герконов рабочий зазор между контакт-деталями принимается в пределах 0 05 — 0 3 мм, а перекрытие концов контакт-деталей — в пределах 0 2 — 2 мм. Габаритные размеры герконов определяют размеры и массу устройства автоматики. [56]

Форма контактов рассматриваемых узлов должна выбираться, исходя из величины коммутируемого тока , напряжения, а также возможности обеспечения необходимой точности сопряжения контактных поверхностей или допустимом износе. Форма контактных деталей из благородных металлов прежде всего должна быть такой, чтобы при обеспечении качественного соединения с упругой деталью она позволяла использовать минимальное количество металла и полностью исключать его потери. На рис. 11.4 показаны схемы сопряжения контактных пар при различных формах поверхностей. [58]

В камерах с широкой продольной щелью дуга и ее пламя при больших коммутируемых токах выходят за пределы камеры на значительные расстояния. Это вызывает увеличение размеров комплектных устройств. [59]

Сигналы связи с контурами регулирования, сигналы токовых ключей с параметрами: коммутируемый ток не более 100 ма, коммутируемое напряжение не более — 40 в, остаточное измерение на ключе не более — 2 7 в, частота коммутации, не более 2 кгц, неуправляемый ток через ключ не более 0 8 ма. [60]

Источник

Автомобильные реле: как устроены, как их выбирать и проверять

Машины год от года становятся все умнее – они уже самостоятельно вращают рулем, меняют жесткость подвески, делают водителю массаж пятой точки и многое другое… Однако конечный исполнительный механизм большинства электрических цепей автомобиля, скромная «рабочая лошадка» – это реле, практически не изменившее свою конструкцию аж с 1831 года, когда впервые было изобретено… Что обычному автовладельцу полезно знать о реле?

Как устроено и применяется реле

К ак известно, габариты и мощность выключателя, коммутирующего мощную нагрузку, должны этой нагрузке соответствовать. Нельзя включить такие серьезные потребители тока в автомобиле, как, скажем, вентилятор радиатора или обогрев стекла крошечной кнопочкой – её контакты просто сгорят от одного-двух нажатий. Соответственно, кнопка должна быть крупной, мощной, тугой, с четкой фиксацией положений on/off. К ней должны подходить длинные толстые провода, рассчитанные на полный ток нагрузки.

Но в современном автомобиле с его изящным дизайном интерьера места таким кнопкам нет, да и толстые провода с дорогостоящей медью стараются применять экономно. Поэтому в качестве дистанционного силового коммутатора чаще всего применяется реле – оно устанавливается рядом с нагрузкой или в релейном боксе, а управляем мы им с помощью крошечной маломощной кнопочки с подведенными к ней тоненькими проводками, дизайн которой легко вписать в салон современной машины.

Внутри простейшего типичного реле располагается электромагнит, на который подается слабый управляющий сигнал, а уже подвижное коромысло, которое притягивает к себе сработавший электромагнит, в свою очередь замыкает два силовых контакта, которые и включают мощную электрическую цепь.

В автомобилях чаще всего используются два типа реле: с парой замыкающих контактов и с тройкой переключающих. В последнем при срабатывании реле один контакт замыкается на общий, а второй в это время отключается от него. Существуют, конечно же, и более сложные реле, с несколькими группами контактов в одном корпусе – замыкающими, размыкающими, переключающими. Но встречаются они существенно реже.

Обратите внимание, что на нижеприведенной картинке у реле с переключающей контактной тройкой рабочие контакты пронумерованы. Пара контактов 1 и 2 называется «нормально замкнутые». Пара 2 и 3 – «нормально разомкнутые». Состоянием «нормально» считается состояние, когда на обмотку реле НЕ подано напряжение.

Наиболее распространенные универсальные автомобильные реле и их контактные выводы со стандартным расположением ножек для установки в блок предохранителей или в выносную колодку выглядят так:

Герметичное реле из комплекта нештатного ксенона выглядит иначе. Залитый компаундом корпус позволяет ему надежно работать при установке вблизи фар, где водяной и грязевой туман проникают под капот через решетку радиатора. Цоколевка выводов – нестандартная, поэтому реле комплектуется собственным разъемом.

Для коммутации больших токов, в десятки и сотни ампер, используют реле иной конструкции, нежели описанные выше. Технически суть неизменна – обмотка примагничивает к себе подвижный сердечник, который замыкает контакты, но контакты имеют значительную площадь, крепление проводов – под болт от М6 и толще, обмотка – повышенной мощности. Конструктивно эти реле сходны со втягивающим реле стартера. Применяются они на грузовых машинах в качестве выключателей массы и пусковых реле того же стартера, на разной спецтехнике для включения особо мощных потребителей. Нештатно их используют для аварийной коммутации джиперских лебедок, создания систем пневмоподвески, в качестве главного реле системы самодельных электромобилей и т.п.

К слову, само слово «реле» переводится с французского как «перепряжка лошадей», и появился сей термин в эпоху развития первых телеграфных линий связи. Малая мощность гальванических батарей того времени не позволяла передавать точки и тире на дальние расстояния – все электричество «гасло» на длинных проводах, и доходившие до корреспондента остатки тока были неспособны шевельнуть головку печатающего аппарата. В результате линии связи стали делать «с пересадочными станциями» – на промежуточном пункте ослабевшим током активировали не печатающий аппарат, а слабенькое реле, которое уже, в свою очередь, открывало путь току из свежей батареи – и далее, и далее…

Что нужно знать о работе реле?

Напряжение, которое обозначено на корпусе реле, – это усредненное оптимальное напряжение. На автомобильных реле пропечатано «12V», но срабатывают они и при напряжении 10 вольт, сработают и при 7-8 вольтах. Аналогично и 14,5-14,8 вольт, до которых поднимается напряжение в бортсети при запущенном двигателе, им не вредит. Так что 12 вольт – это условный номинал. Хотя реле от 24-вольтовой грузовой машины в 12-вольтовой сети не заработает – тут уж разница слишком велика…

Второй главный параметр реле после рабочего напряжения обмотки – максимальный ток, который может пропустить через себя контактная группа без перегрева и пригорания. Указывается он обычно на корпусе – в амперах. В принципе, контакты всех автомобильных реле достаточно мощные, «слабаков» тут не водится. Даже самое миниатюрное коммутирует 15-20 ампер, реле стандартных размеров – 20-40 ампер. Если ток указывается двойной (например, 30/40 А), то это означает кратковременный и долговременный режимы. Собственно, запас по току никогда не мешает – но это касается в основном какого-то нештатного электрооборудования автомобиля, подключаемого самостоятельно.

Выводы автомобильных реле маркируются в соответствии с международным электротехническим стандартом для автопрома. Два вывода обмотки пронумерованы цифрами «85» и «86». Выводы контактной «двойки» или «тройки» (замыкающие или переключающие) обозначаются как «30», «87» и «87а».

Впрочем, гарантии маркировка, увы, не дает. Российские производители порой маркируют нормально замкнутый контакт как «88», а иностранные – как «87а». Неожиданные вариации стандартной нумерации встречаются и у безымянных «брендов», и у компаний уровня Bosch. А иногда контакты и вовсе маркируются цифрами от 1 до 5. Так что если тип контактов не подписан на корпусе, что нередко случается, лучше всего проверить распиновку неизвестного реле при помощи тестера и источника питания 12 вольт – подробнее об этом ниже.

Контактные выводы реле, к которым подключается электропроводка, могут быть «ножевого» типа (для установки реле в разъем колодки), а также под винтовую клемму (обычно у особо мощных реле или реле устаревших типов). Контакты бывают «белыми» или «желтыми». Желтые и красные – латунь и медь, матовые белые – луженая медь или латунь, блестящие белые – сталь, покрытая никелем. Луженые латунь и медь не окисляются, но голая латунь и медь – лучше, хотя и склонны темнеть, ухудшая контакт. Никелированная сталь также не окисляется, но сопротивление её высоковато. Неплохо, когда силовые выводы – медные, а выводы обмотки – никелированные стальные.

Чтобы реле сработало, на его обмотку подается питающее напряжение. Полярность его – безразлична для реле. Плюс на «85» и минус на «86», или наоборот – без разницы. Один контакт обмотки реле, как правило, постоянно подсоединен к плюсу или минусу, а на второй приходит управляющее напряжение с кнопки или какого-либо электронного модуля.

В прежние годы чаще использовалось постоянное подключение реле к минусу и плюсовой управляющий сигнал, сейчас более распространен обратный вариант. Хотя это не догма – бывает по-всякому, в том числе и в рамках одного автомобиля. Единственный вариант исключения из правил – реле, в котором параллельно обмотке подключен диод – тут уже полярность важна.

Если напряжение на обмотку реле подает не кнопка, а электронный модуль (штатный или нештатный – например, охранное оборудование), то при отключении обмотка дает индуктивный всплеск напряжения, который способен повредить управляющую электронику. Чтобы погасить всплеск, параллельно обмотке реле включается защитный диод.

Как правило, внутри электронных узлов эти диоды уже есть, но иногда (в особенности в случае различного допоборудования) требуется реле со встроенным внутри диодом (в этом случае его символ маркирован на корпусе), а изредка применяется выносная колодка с диодом, припаянным со стороны проводов. И если вы устанавливаете какое-то нештатное электрооборудование, нуждающееся, согласно инструкции, в таком реле, требуется строго соблюдать полярность при подключении обмотки.

Обмотка реле потребляет мощность около 2-2,5 ватт, из-за чего его корпус во время работы может достаточно сильно греться – это не криминально. Но нагрев допускается у обмотки, а не у контактов. Перегрев же контактов для реле губителен: они обугливаются, разрушаются и деформируются. Такое случается чаще всего в неудачных экземплярах реле российского и китайского производства, у которых плоскости контактов порой не параллельны друг другу, контактная поверхность из-за перекоса недостаточна, и при работе идет точечный токовый разогрев.

Реле не выходит из строя мгновенно, но рано или поздно перестает включать нагрузку, или наоборот – контакты привариваются друг к другу, и реле перестает размыкаться. К сожалению, выявить и предупредить такую проблему не совсем реально.

Проверка реле

При ремонте неисправное реле обычно временно подменяют исправным, а затем заменяют на аналогичное, и дело с концом. Однако мало ли какие задачи могут возникнуть, к примеру, при установке дополнительного оборудования. А значит, полезно будет знать элементарный алгоритм проверки реле с целью диагностики или уточнения цоколевки – вдруг попалось нестандартное? Для этого нам понадобятся источник питания с напряжением 12 вольт (блок питания или два провода от аккумулятора) и тестер, включенный в режиме измерения сопротивления.

Предположим, что у нас реле с 4 выводами – то есть, с парой нормально разомкнутых контактов, работающих на замыкание (реле с переключающей контактной «тройкой», проверяется аналогичным образом). Сперва касаемся щупами тестера поочередно всех пар контактов. В нашем случае это 6 комбинаций (изображение условное, чисто для понимания).

На одной из комбинаций выводов омметр должен показать сопротивление около 80 ом – это обмотка, запомним или пометим её контакты (у автомобильных 12-вольтовых реле наиболее распространенных типоразмеров это сопротивление бывает в диапазоне от 70 до 120 ом). Подадим на обмотку напряжение 12 вольт от блока питания или АКБ – реле должно отчетливо щелкнуть.

Соответственно, два других вывода должны показывать бесконечное сопротивление – это наши нормально разомкнутые рабочие контакты. Подключаем к ним тестер в режиме прозвонки, а на обмотку одновременно подаем 12 вольт. Реле щелкнуло, тестер запищал – все в порядке, реле работает.

Если же вдруг на рабочих выводах прибор показывает замыкание даже без подачи напряжения на обмотку, значит, нам попалось редкое реле с НОРМАЛЬНО ЗАМКНУТЫМИ контактами (размыкающимися при подаче напряжения на обмотку), либо, что более вероятно, контакты от перегрузки оплавились и сварились, замкнувшись накоротко. В последнем случае реле отправляется в утиль.

Источник

Базовый международный стандарт на электромеханические реле (IEC 61810-1 Ed. 3): критический обзор

Стандарты Международной Электротехнической Комиссии (МЭК) являются важнейшими документами, регулирующими международную техническую политику, а также техническую политику отдельных стран, национальные стандарты которых написаны на основе стандартов МЭК. Поэтому любые неточности, недомолвки или нечеткие формулировки в стандартах МЭК могут привести к очень серьезным последствиям. Но так ли уж идеальны действующие сегодня стандарты? Попробуем разобраться в этом вопросе на основе критического анализа одного из базовых стандартов в области электрических реле: IEC 61810-1 (Ed. 3): Electromechanical elementary relays — Part 1: general requirements.

Электромеханические реле являются важнейшими элементами систем автоматики и выпускаются во всем мире миллионами штук. Поэтому к базовому стандарту на электромеханические реле должны предъявляться высокие требования. Что же мы видим на самом деле?

1. Термины и определения

В п. 3.7.1. раздела «Термины и Определения» дается определение двум терминам: «функциональная изоляция» и «базовая изоляция», которые далее используются в стандарте. Согласно IEC 61810-1 «функциональной» является изоляция, необходимая только для правильного функционирования реле, а «базовой» является изоляция, предотвращающая поражение электрическим током. В качестве разъяснения разницы между этими двумя видами изоляции, в примечаниях к таблицам 10 и 11 приводится пример «функциональной» изоляции как изоляции между контактами реле, необходимой, как утверждается в стандарте, только для правильного функционирования реле. С этим утверждением нельзя согласиться. Совершенно очевидно, что одна и та же изоляция может быть и «базовой» и «функциональной» в зависимости от конкретного применения реле. Так, например, если контакты реле производят переключение в электрических цепях, недоступных для прикосновения человеком, то изоляция между контактами реле действительно является чисто функциональной, но если контакты реле отключают от источника напряжения части электроустановки к которым имеется доступ человека (прямой или опосредованный, через другие электрические цепи) то это уже базовая изоляция. С другой стороны, реле часто используется для гальванической развязки разнопотенциальных цепей аппаратуры, при этом изоляция между катушкой и контактами реле не имеет никакого отношения к безопасности человека и является чисто функциональной, тогда как в других случаях применения реле она является именно базовой. Таким образом, получается, что определить вид изоляции реле в общем случае, то есть без привязки к конкретному его применению, нельзя и устанавливать различные требования к электрической прочности изоляции реле только по этим заранее детерминированным определениям нельзя. Но тогда зачем вообще нужны эти термины?

2. Номинальные значения токов и напряжений

В разделе 5.1 и 5.7 стандарта IEC 61810-1 приводятся ряды номинальных значений постоянного напряжения, для катушки: 1,5; 3; 4,5; 5; 9; 12; 24; 28; 48; 60; 110; 125; 220; 250; 440; 500 Вольт, постоянного тока; 6; 12; 24; 48; 100/v3; 110/v3; 120/v3; 100; 110; 115; 120; 127; 200; 230; 277; 400; 480; 500 Вольт переменного тока; и, соответственно, для контактов реле, работающих на активную нагрузку: 4,5; 5; 12; 24; 36; 42; 48; 110; 125; 230; 250; 440; 500 Вольт постоянного или переменного тока.

В таблицах 16 и 17, соответственно, приведены совершенно иные ряды номинальных значений напряжений: 10; 12,5; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 320; 400; 500; 630 и 12,5; 24; 25; 30; 32; 42; 48; 50; 60; 63; 100; 110; 120; 125; 127; 150; 160; 200; 208; 220; 230; 240; 250; 277; 300; 320; 380; 400; 440; 480; 500; 575; 600; 630.

Во-первых, для корректного обозначения величины переменного тока принято указывать о каком именно значении идет речь (амплитудном, среднем, действующем), что в стандарте не сделано.

Во-вторых, вызывает недоумение существенные различия в рядах номинальных значений напряжений. По нашему мнению, это совершенно неоправданно и не логично, поскольку, как правило, и контакты и катушки реле включаются в электрические цепи одной и той же аппаратуры, имеющей определенный ряд номинальных значений напряжений. Почему эти ряды должны быть разными для цепей контактов, цепей катушек и внутренних источников напряжения одной и той же аппаратуры, не понятно.

В-третьих, ряды токов и напряжений для контактов реле в данном стандарте не соответствуют классам нагрузки контактов, принятом в стандарте IEC 61810-7 Electromechanical elementary relays — Part 7: Test and measurement procedures.

В разделе 5.7 в качестве минимального значение напряжения нагрузки для контактов реле принято напряжение 4,5 В, а минимальный ток 0,1 А. В то же время, хорошо известно, что в электронных цепях используются напряжения гораздо ниже 4,5 В (0,5-1 В), а токи гораздо меньше 0,1 А (0,005- 0,01 А) и миниатюрные электромеханические реле с раздвоенными (bifurcate) позолоченными контактами широко используются для переключений в этих цепях. Что же делать с такими реле, которые реально присутствуют на рынке, широко используются, но не соответствуют стандарту IEC 61810-1? С другой стороны, ток в 100 А, указанный как максимальное значение в раду номинальных токов в цепи контактов, более характерен для мощных контакторов, чем для реле.

Максимальные значения номинальных напряжений в ряду 400-440 В, по нашему мнению, не корректны, так как не отражают существующую реальность. С одной стороны, существуют стандартные напряжения 660 В и 1140 В, широко используемые в промышленности, с другой стороны, многие компании производят малогабаритные открытые электромеханические реле на напряжения 4-5 кВ (Hehgsler-Ka Co., Italiana Rele, SPS Electronic GmbH, Magnecraft), а также газонаполненные и вакуумные реле на напряжения 70 кВ и выше (Kilovac, Gigavac, Jennings Technologies). Многими компаниями выпускаются и высоковольтные герконовые реле на напряжения 10-20 кВ [1]. Разработаны слаботочные реле с изоляции между катушкой и контактами до 120 кВ [2]. Такие реле широко используются в мощной электрофизической, радиоэлектронной и медицинской аппаратуре, испытательных установках и пр. Получается, что на рынке реально присутствует большая группа электромеханических реле, фактически не охваченная существующим общим стандартом, несмотря на то, что объектом приложения этого стандарта являются, как утверждается в первом разделе стандарта, все электромеханические реле без разделения их на реле низкого и высокого напряжения. Вполне логичным выходом из такой ситуации было бы изменение названия этого стандарта (например, на: «Low-voltage electromechanical elementary relays») и ограничение области его применения только на реле низкого напряжения (с номинальным напряжением до 1000 В).

В разделе 5.7а стандарта IEC 61810-1 указывается, что ряды номинальных значений токов и напряжений для индуктивных нагрузок должны соответствовать приложению «В». Однако, в приложении В нет никаких рядов номинальных значений токов и напряжений. В этом приложении указана перегрузочная способность контактов при замыкании и размыкании контактов (в виде кратности относительно номинальных значения токов и напряжений). Указанные в таблице В1 классы нагрузки АС-15 и DC-13 являются так называемыми «категориями применения» и характеризуют нагрузки в виде катушек управления электромагнитных аппаратов управления: реле, контакторов и пускателей с токами, в доли-единицы ампер, в то время как стандарт IEC 61810-1 распространяется на реле с коммутируемым током в десятки ампер (до 100 А). Таким образом, налицо явное несоответствие. Фактически, стандарт IEC 61810-1 не определяет коммутирующую способность реле для индуктивной нагрузки, а лишь запутывает ситуацию, поскольку для токов в десятки ампер категории АС-15 и DC-13 не применимы.

3. Документация и маркировка

3.1. В качестве одного из важнейших параметров реле, который должен быть отражен в каталоге или инструкции по эксплуатации реле согласно стандарту IEC 61810-1 является тип разрыва цепи, обеспечиваемого контактами реле. В соответствии с таблицей 4 (п. 7.1) должен быть указан один следующих типов разрыва цепи: микроразрыв (3.5.16), микро-отключение (3.5.17) или полное отключение (3.5.18). Как следует из раздела «Термины и определения», отличия между этими типами разрыва цепи заключаются в величине контактного зазора, то есть, в конечном счете, в электрической прочности межконтактного зазора. Зачем понадобилось изобретать специальную терминологию, мало понятную потребителям реле и вводить ее в техническую документацию на реле, если вместо всего этого было бы достаточно указать электрическую прочность межконтактного зазора?

3.2. В качестве другого обязательного параметра, который должен быть отражен в технической документации, в таблице 4 указывается тип изоляции, в том числе функциональная или базовая. Тут же в примечании отмечается, что она зависит от применения реле (как именно, мы уже показали выше). Но если она зависит от конкретного применения реле и заранее не может быть определена, то что же тогда должно быть указано в технической документации?

3.3. Наряду с крайне сомнительными по своей информативности и определенности параметрами, которые стандарт IEC 61810-1 требует указывать в технической документации, из рассмотрения выпали такие важнейшие параметры реле, как время срабатывания и отпускания, время дребезга контактов, величина переходного сопротивления контактов, постоянная времени катушки управления, минимальные коммутируемые напряжение и ток, и др., о которых даже не упоминается как о параметрах, необходимых для обязательного указания в технической документации.

3.4. В п. 7.1 (табл. 4 Стандарта) предлагается способ обозначения допустимой нагрузки контактов реле посредством указания типа нагрузки, тока и напряжения (без указания какого: максимального или номинального). В п. 7.4 (табл. 6 Стандарта) приводятся примеры маркировки коммутационной способности контактов реле, допускающий обозначение только номинальных значений коммутируемых токов и напряжений в виде: 16 А 230 В (или 16/230), даже без указания типа нагрузки (cosϕ на переменном токе или отношение L/R — на постоянном). Следует отметить, что такое обозначение не дает потребителю информации об истинной коммутационной способности контактов реле и способно лишь ввести его в заблуждение.

Во-первых, без обязательного обозначения типа нагрузки просто невозможно оценить коммутационную способность реле, поскольку ее изменения в зависимости от вида нагрузки весьма существенны. Например, для силового реле типа G7Z (Omron) допустимый коммутируемый ток изменяется от 40 А при чисто активной (резистивной) нагрузке до 22 А при смешанной нагрузке с cosφ = 0,3.

Во-вторых, в п. 7.1 говорится о коммутируемом токе и напряжении, а в п. 7.4 о номинальном значении коммутируемого тока и напряжения, а это может быть совсем не одно и то же, так как в соответствии с объяснением п. 3.3.16 стандарта, под номинальным значением понимается значение величины, соответствующее специально оговоренным условиям. То есть, «номинальный коммутируемый ток» — это ток при определенных, оговоренных условиях. Такими условиями могут быть напряжение на контактах, частота, вид нагрузки. Однако в стандарте IEC 61810-1 нет никаких разъяснений по поводу того, что понимается под термином «номинальный коммутируемый ток» или «номинальное коммутируемое напряжение», что делает практически невозможным корректное использование этих терминов и связанных с ними значений.

Например, что такое «номинальный коммутируемый ток 16 А»? Это ток при напряжении на контактах 250 В или только при напряжении не более 125 В? Это ток только для чисто активной нагрузки, или для смешанной тоже? И так далее.

В-третьих, поскольку понятие «номинальный» в стандарте не оговорено, обозначение на корпусе реле коммутационной способности контактов в виде: «16 А 230 В» отнюдь не всегда говорит о том, что контакты реле могут коммутировать ток 16 А при напряжении 230 В.

Во многих случаях, идет речь о значениях тока и напряжения, характеризуемых в технической документации производителей реле, как «максимальные значения». При этом указывается максимальное коммутируемое напряжение, максимальный коммутируемый ток и максимальная коммутируемая мощность. Как правило, максимальная коммутируемая мощность не равна произведению максимального тока на максимальное напряжение, см. табл. 1. Это связано с тем, что величина максимально допустимого коммутируемого тока одним и тем же контактом в сильной степени зависит от величины напряжения, особенно на постоянном токе, и от вида нагрузки, рис. 1.

К сожалению, в стандарте IEC 61810-1 такие «тонкости» даже не упоминаются, что существенно затрудняет его практическое использование.

Таблица 1. Коммутационные параметры контактов некоторых типов электромеханических реле широкого применения

Тип реле и производитель	Максимальный коммутируемый ток	Максимальное коммутируемое напряжение	Максимальная коммутируемая мощность	Произведение тока на напряжение
750-523 (Wago)	16A AC	440V AC	5000 VA	7040 VA
J114FL (CIT Relays)	16 A	440V AC 125V DC	4000 VA 480 W	7040 VA 2000 W
CT (NAiS)	8 A AC	380V AC	2000 VA	3040 VA
G2RL (Omron)	12A AC	440 V AC	3000 VA	5280 VA

4. Испытание реле

4.1. В п. 8.2 стандарта указывается, что испытание реле на нагрев производится при включенной катушке (катушках) реле и нагрузке током всех контактов. На практике реализовать это требование невозможно, по следующим причинам:

Во-первых, одновременная подача напряжения на обе катушки управления в реле с двумя катушками (характерными для двухпозиционного реле с защелкой) может привести к механическому повреждению механизма защелки.

Во-вторых, катушки управления в двухпозиционных реле с защелкой, как правило, не предназначены для длительной работы под током и могут просто сгореть во время испытания.

В-третьих, если в реле имеются и нормально открытые и нормально закрытые контакты, то как можно загрузить током одновременно все контакты, как того требует стандарт?

4.2. В п. 10.3 описана процедура испытания диэлектрической прочности изоляции реле. При этом в качестве одноминутного испытательного напряжения рекомендуется применять переменное синусоидальное напряжение частотой 50 или 60 Гц или постоянное напряжение, величина которого выбирается из таблицы 10 или 11. Сравнивая между собой эти две таблицы можно заменить, что приведенные в них значения напряжений совершенно идентичны для одних и тех же видов присоединения. Но ведь в одном случае речь идет о действующем значении напряжения переменного тока, а в другом — о напряжении постоянного тока! Как известно, напряжение в 1000 В действующего значения переменного тока воздействует на изоляцию совсем не так, как напряжение в 1000 В постоянного тока. С точки зрения воздействия на изоляцию, даже в самом простейшем случае, то есть, даже пренебрегая известными физическими эффектами, связанными с воздействием частоты переменного напряжения на изоляцию, следует, как минимум, ввести коэффициент 1.41 в качестве соотношения между этими напряжениями, о чем в стандарте IEC 61810-1 даже не упоминается.

4.3. При испытаниях на коммутационную износостойкость в качестве критерия оценки состояния реле предлагается использовать такие понятия, как «сбой в замыкании» или «сбой в размыкании» контактов. Причем под «сбоем» понимается такое состояние (контактов) когда они не в состоянии выполнять свои функции. Определенное количество и последовательность сбоев при испытании характеризует исправность или неисправность реле. Наряду с этим критерием, для оценки исправности реле применяется его повторное испытание на электрическую прочность изоляции. Однако, хорошо известно, что после большого количества циклов срабатывания под максимальным током может существенно измениться не только электрическая прочность изоляции внутри реле, но и межконтактное сопротивление (вследствие эрозии контактных поверхностей). Известно также, что при использовании контактов реле в слаботочных цепях электронной аппаратуры, именно существенное возрастание сопротивления контактов является одной из частых причин отказа этой электронной аппаратуры. В таком случае можно констатировать, что реле не в состоянии выполнять свои функции (то есть соединять цепи) и к нему применим термин «отказ». Следовательно, межконтактное сопротивление является важнейшим критерием при оценке исправности реле и должно быть применено в качестве еще одного критерия при испытаниях реле на коммутационную износостойкость.

5. Выводы

Проведенный анализ показал, что последняя (третья) редакция стандарта IEC 61810-1 содержит большое количество неточностей и даже ошибок в важнейших разделах, поэтому при практическом использовании этого стандарта необходимо проявлять осторожность. При разработке или пересмотре национальных стандартов, основывающихся на данном международном стандарте, необходимо учитывать обнаруженные неточности и ошибки.

Литература

1. Gurevich V. Electrical Relays: Principles and Applications. — CRC Press (Taylor & Francis Group), Boca Raton-London-New York, 2005, 704 p.
2. Gurevich V. Protection Devices and Systems for High-Voltage Applications. — Marcel Dekker, New York, 2003, 292 p.

В. И. ГУРЕВИЧ, канд. техн. наук

Источник

Что такое твердотельное реле, назначение, принцип работы

Автор: Николай Петрович

В сфере электротехники набирают популярности устройства, построенные на базе полупроводников и обеспечивающие бесконтактную коммутацию силовых цепей. Одним из таких изделий является твердотельное реле, которое применяется в промышленной сфере и быту.

Что это такое? В каких случаях рекомендуется его использование? О каких конструктивных особенностях важно знать? Как осуществляется подключение и управление устройством? Эти и другие нюансы рассмотрим в статье.

Определение

Твердотельное реле — устройство электронного типа, один из видов реле, в котором нет движущихся элементов. Изделие применяется для подачи тока или разрыва цепи путем внешнего управления (действием небольшого напряжения).

Твердотельное реле (сокращено — ТТР) имеет внутри датчик, реагирующий на подачу управляющего сигнала. Кроме того, в составе изделия имеется твердотельная электроника, в том числе включающая цепочка, способная коммутировать большие I.

Устройство может устанавливаться в цепях переменного и постоянного тока, часто применяется как обычное реле. Главная разница в том, что в ТТР нет механических контактов.

Показания к применению

Твердотельные реле рекомендуются к применению в случаях, когда стандартные устройства не справляются с обязательствами. К примеру, когда в процессе коммутации они плавятся или сгорают.

С помощью ТТР гарантируется надежность цепи и своевременная подача напряжения к нагрузке. В отличие от простых устройств, для ТТР не проблема справиться с нагрузкой индукционного характера.

Кроме того, твердотельное устройство стоит использовать при дефиците места в процессе монтажа и при высоких требованиях надежности цепи.

Где используются?

Твердотельные реле — уникальные устройства, которые после монтажа не требуют особого обслуживания. Здесь работает принцип «установил и забыл». К примеру, в простых моделях очистка контактной группы осуществляется с определенной периодичностью — как правило, через определенное число циклов. Если изделие работает редко, это не вызывает проблем.

Но как быть с аппаратурой, для работы которой требуется частое срабатывание — один раз в секунду или даже чаще? Пример такой техники — станок с клапанами соленоидного типа.

Подача напряжения происходит через реле, которому приходится разрывать до десяти ампер индуктивного I. Если поставить контактное устройство, его замену придется осуществлять раз в 1-2 месяца. Если поставить твердотельный аналог, об этом можно забыть на долгие годы.

Несмотря на надежность работы, ТТР требуют периодического осмотра. Базовые рекомендации в этом вопросе дает производитель изделия. Как правило, речь идет о проверке факта замыкания контактов, целостности корпуса и изоляции.

Виды твердотельных реле

ТТР условно разделяются по двум критериям — принципу действия и конструктивным особенностям. Чтобы упростить классификацию, выделим следующие варианты:

• По виду сигнала управления — переменный или постоянный I.
• По типу основного (коммутируемого) напряжения — постоянное или переменное.
• По числу фаз (для переменного напряжения) — одна, три.
• По наличию реверса — предусмотрен, не предусмотрен.
• По тонкостям конструкции — на ДИН-рейке или на поверхности.

Внутривидовые отличия

Кроме основной классификации, стоит выделить отличия внутри существующих видов ТТР.

Выделяются такие типы:

• ТРЕХФАЗНЫЕ — способны проводить токи величиной 10-120 Ампер одновременно в трех фазах.
• РЕВЕРСИВНЫЕ — устройства, построенные на полупроводниковом принципе, способные работать в схемах с постоянным и переменным током. По назначению и принципу действия они идентичны однофазным. Обязательное условие — наличие управляющей цепи, защищающей устройство от ложного срабатывания. К преимуществам твердотельных трехфазных реле стоит отнести способность работать одновременно по 3-м фазам, а также продолжительный ресурс. Повышенный срок службы объясняется наличием надежной изоляции и продуманной управляющей цепи. В процессе применения твердотельных моделей нет шума, искр, дребезжания при переключениях и других негативных факторов.
• ОДНОФАЗНЫЕ — изделия, обеспечивающие разделение цепи при переходе синусоиды через ноль. ТТР работает в следующем диапазоне — 10-500 А. Управление осуществляется несколькими способами.

В чем особенности?

При создании твердотельного реле удалось исключить появление дуги или искр в процессе замыкания/размыкания контактной группы. В результате срок службы прибора увеличился в несколько раз. Для сравнения лучшие варианты стандартных (контактных) изделий выдерживают до 500 000 коммутаций. В рассматриваемых ТТР такие ограничения отсутствуют.

Стоимость твердотельных реле выше, но простейший расчет показывает выгоду их применения. Это обусловлено следующими факторами — экономией электроэнергии, продолжительным ресурсом работы (надежностью) и наличием управления с помощью микросхем.

Выбор достаточно широк, чтобы подобрать устройство с учетом поставленных задач и текущей стоимости. В продаже имеются как небольшие приборы для установки в бытовых цепях, так и мощные устройства, используемые для управления двигателями.

Как отмечалось ранее, ТТР отличаются по типу коммутируемого напряжения — они могут быть рассчитаны на постоянный или переменный I. Этот нюанс требуется учесть при выборе.

К особенностям твердотельных моделей стоит отнести чувствительность прибора к нагрузочным токам. Чтобы избежать такой проблемы в процессе эксплуатации, важно внимательно подойти к процессу монтажа и установить в цепи ключа защитные устройства.

Кроме того, важно отдавать предпочтение ключам, имеющим рабочий ток в два или три раза превышающий коммутируемую нагрузку. Но и это не все.

Для дополнительной защиты рекомендуется предусмотреть в схеме предохранители или автоматические выключатели (подойдет класс «В»).

Конструктивные особенности

В основе твердотельного реле лежит электронная плата, в состав которой входит три главных элемента — узлы управления и развязки, а также силовой ключ. В роли силовых элементов применяются такие детали:

• Для постоянного I — транзисторы полевого типа, простые транзисторы, модульные элементы класса IGBT, а также MOSFET-транзисторы.
• Для переменного I — сборки на базе тиристоров, а также симисторы.

Развязка цепи обеспечивается оптронами — изделиями, состоящими из излучающего и принимающего свет устройства. Между ними установлен диэлектрик, имеющий прозрачную структуру.

Управляющий узел выполнен в виде стабилизирующей схемы, обеспечивающей оптимальные уровни тока и напряжения для излучающего свет элемента. Напряжение на входе схемы должно быть от 70 до 280 Вольт.

Что касается напряжения нагрузки, его величина — до 480 Вольт. Расположение электроприбора (до или после ТТР) не имеет значения.

Как правило, устройство монтируется после нагрузки с последующим подключением к «земле». При таком варианте схемы удается защитить внутренние элементы от протекания тока КЗ (он потечет через заземляющий провод).

Принцип действия

Зная конструктивные особенности твердотельного реле, легче понять принцип его действия. В приборе взаимодействуют два сигнала — управляющий и управляемый, что обеспечивается благодаря гальванической развязке.

В некоторых моделях ТТР эту функцию берет на себя оптрон. Напряжение, обеспечивающее управление устройством, подается и на светодиод.

Свечение последнего поступает на фотодиод, что приводит к появлению тока, включению МОП или тиристора для управления подключенным аппаратом.

Кроме того, в процессе создания схемы допускается применение специальных оптоэлектронных устройств — опто- и фототиристоров.

Отличия и плюсы твердотельных реле (в сравнении с электромеханическими)

При выборе ТТР у покупателя возникает ряд вопросов — зачем переплачивать за твердотельное реле, в чем его преимущества перед стандартными электромеханическими устройствами. Выделим главные плюсы:

• Небольшие габариты, что исключает проблемы с поиском места для монтажа.
• Отсутствие шума и вибрации. Это важно, если устройство устанавливается в помещениях, где находятся люди.
• Высокая скорость коммутации.
• Продолжительный ресурс, обусловленный отсутствием износа механической и электрической части.
• Постоянное выходное сопротивление, которое не меняется в течение срока эксплуатации. Кроме того, контактные группы не подвержены окислительным процессам.
• Нет резких изменений напряжения в процессе переключения.
• Нет искр, что расширяет сферу применения. Его установка допускается на объектах, где имеются повышенные риски взрывов и появления пожара.
• Низкая чувствительность к внешним факторам, к примеру, появлению магнитных полей, вибрациям, повышенному уровню пыли или магнитным полям.
• Высокий уровень сопротивления между выходом и входом.
• Низкое потребление энергии.
• Большое число коммутаций, которое не ограничивается производителем. В реальности оно достигает 10 9 .

Недостатки

Кроме положительных качеств твердотельных реле, стоит выделить и ряд недостатков:

• В открытом виде происходит нагрев изделия из-за высокого сопротивления в цепи p-n перехода. Чтобы избежать негативных последствий в приборах, пропускающих через себя повышенные токи, требуется предусмотреть охлаждение.
• В закрытом виде сопротивление увеличивается, и появляется обратный ток утечки (измеряется в мА).
• При съеме вольтамперной характеристики заметен ее нелинейный характер.
• Некоторые виды твердотельных реле требуют строго соблюдения полярности при подключении выходных цепей. Это касается тех приборов, которые рассчитаны на работу в условиях постоянного тока.
• В случае поломки высок риск перекрытия контактов на входе. Причиной может стать пробой силового ключа. Для сравнения контакты классических реле (при выходе из строя) остаются в разомкнутом виде.
• Требуется защита от ошибочных срабатываний, вызванных бросками напряжения. Это обусловлено высокой скоростью срабатывания.
• Твердотельные реле пропускают ток по обратному пути с небольшой задержкой, что обусловлено применением полупроводниковых элементов в схеме.

Выбор твердотельного реле

При покупке ТТР стоит учесть ряд особенностей устройства, что поможет сделать правильный выбор. Для сравнения классические устройства способны выдерживать перегрузки, возникающие на небольшое время и не превышающие полутора или двукратного номинального тока.

Если правильно подойти к вопросу эксплуатации, хватит обычной чистки контактов.

В случае с твердотельными реле ситуация обстоит хуже. Если номинальный параметр тока превышен в 1,5 и более раз, прибор можно выбросить. Вот почему при выборе ТТР для питания активной нагрузки стоит брать запас по току в два-четыре крата.

Если изделие планируется применять в цепи пуска АД, этот показатель стоит увеличить в шесть-десять раз. При таком подходе придется переплатить, но зато повышается срок службы подключенного прибора и надежность его работы.

Источник