Что такое реле. Параметры реле

Приветствую, друзья!

В первой части статьи мы рассматривали, как  устроено электромагнитное реле.

И видели, что оно содержит в себе обмотку с металлическим сердечником, подвижный якорь и контакты.

Мы поняли, зачем оно нужно.

Теперь мы познакомимся с реле ближе  и посмотрим на

Параметры реле

Из множества параметров реле мы рассмотрим лишь некоторые, необходимые в практической деятельности. Будем использовать даташит на реле серии 833, чтобы теория была максимально приближена к практике.

Обычно в даташитах параметры реле собраны по группам. Как правило, есть параметры обмотки (Coil Data) и параметры контактов (Сontaсt Data).

Рассмотрим сначала некоторые

Параметры обмотки

Номинальное рабочее напряжение

Номинальное рабочее напряжение (Nominal Voltage) – напряжение, которое нужно подать на обмотку, чтобы произошло устойчивое переключение контактов. В большинстве случаев реле одного типономинала имеет несколько модификаций обмотки, рассчитанных на различные номинальные рабочие напряжения.

Каждая модификация отличается количеством витков.

В нашем примере эти напряжения лежат в ряду 3, 4, 5, 6, 9, 12, 24, 36 и 48 Вольт.

Это означает, что один и тот же тип реле можно использовать в широком диапазоне рабочих напряжений.

Соответственно, обмотки, рассчитанные на разные напряжения, имеют разное сопротивление (Coil Resistance), и для их управления требуется различный ток.

Из даташита видим, что, чем больше рабочее напряжение обмотки, тем больше ее сопротивление, и тем меньший ток нужен для переключения контактов.

Интересно отметить, что при разном рабочем напряжении обмотка может потреблять одинаковую мощность.

Так, в нашем случае различные модификации обмоток потребляют мощность около 0,36 Вт при работе с напряжениями 5 – 36 В и около 0,45 Вт при работе с напряжением 48 В.

Напряжение срабатывания

Следует отметить, что реле начинает срабатывать при напряжении меньше номинального.

Напряжение, при котором реле срабатывает, называется напряжением срабатывания (Pick Up Voltage). При этом напряжении якорь притягивается к сердечнику таким образом, что переключает контакты.

При внимательно рассмотрении можно увидеть: если на обмотку подать напряжение меньше напряжения срабатывания, якорь приходит в движение, но не настолько, чтобы переключить контакты.

Часто напряжение срабатывания указывают в процентах от номинального напряжения. Так, в нашем примере напряжение срабатывания составляет величину 75% от номинального рабочего напряжения.

Максимальное рабочее напряжение обмотки

Реле будет устойчиво работать и при напряжении обмотки несколько больше номинального. При этом возникают некоторый допустимый перегрев обмотки. Максимальное рабочее напряжение (Maximum Continuous Voltage) также указывается в даташите.

Оно также может указываться в процентах он номинального рабочего напряжения. В нашем примере оно составляет величину 150% от номинального рабочего напряжения.

Иными словами, реле может работать в некотором диапазоне напряжений обмотки. В нашем случае реле, например, с обмоткой 5 В может работать в диапазоне от 3,75 до 7,5 В, а реле с обмоткой 12В — в диапазоне от 9 до 18 В.

Напряжение отпускания

Напряжение отпускания (Drop Out Voltage) — это напряжение обмотки, при котором якорь, будучи ранее притянутым, отпускает.

Напряжение отпускания также может указываться в процентах от номинального рабочего напряжения.

В нашем случае оно составляет величину 10% от номинального.

Т.е. если, например, обмотка рассчитана на номинальное напряжение 5 В, то якорь отпустит при снижении напряжения на обмотке до 0,5 В и менее.

Иногда в справочных данных вместо напряжений срабатывания и отпускания указывают токи срабатывания и отпускания.

Обратите внимание: напряжение срабатывания и напряжение отпускания сильно отличаются!

Иными словами, для удержания реле во включенном состоянии требуется существенно меньше энергии, чем для перевода реле из выключенного состояния во включенное.

Для уменьшения потребляемой от источника питания энергии можно после срабатывания реле уменьшить напряжения на его обмотке до величины, большей напряжения отпускания.

Теперь рассмотрим

Параметры контактов

Сопротивление контактов

Переходное сопротивление замкнутого контакта (Contact Resistance) обычно не превышает 100 мОм (миллиом).

Помните, мы рассматривали полевой транзистор как аналог реле?

Так вот, сопротивление канала мощного полевого транзистора может быть на порядки меньше — сотые и тысячные доли Ома.

Чем меньше сопротивление, тем меньше греется контакт (или канал полевого транзистора).

Напомним, что контакты реле покрывают специальными сплавами. В нашем случае это сплав серебра и оксида олова (AgSnO), обладающий высокой температурой плавления и устойчивостью к сварке и электрической эрозии при коммутации сильноточных и индуктивных нагрузок.

Следует отметить, что коммутация индуктивных нагрузок (что и происходит в ИБП) – это самый тяжелый режим для контактов реле. При этом между ними может возникнуть электрическая дуга, что сильно сокращает срок их службы.

В даташите обязательно оговаривается величина коммутируемого контактами максимального тока (Contact Rating).

Время срабатывания

Время срабатывания (Operate Time) — это время, за которое реле переходит из состояния «выключено» в состояние «включено». Для разных типов реле этот параметр лежит в пределах примерно от 1 до 200 миллисекунд.

Время срабатывания определяется конструкцией механической части реле — массой якоря и упругостью его пружины.

В нашем случае время срабатывания не превышает 10 мс.

Время отпускания

Время отпускания реле (Release Time) – это время, за которое оно переходит из состояния «включено» в состояние «выключено».

Обратите внимание: как правило, время отпускания (кроме специальных случаев) меньше времени срабатывания.

В нашем случае оно составляет величину не более 5 мс.

Если внимательно рассмотреть графики, приведенные в даташите, то можно увидеть, что временем срабатывания можно в некоторой степени управлять, меняя напряжение на обмотке.

Так, для напряжения 75% от номинального, время срабатывания будет иметь величину примерно 10 мс, при номинальном напряжении – около 5,5 мс, а при максимальном рабочем напряжении – около 3,5 мс.

Интересно отметить, что при этом напряжение отпускания почти не изменяется.

Ресурс контактов

В завершение упомянем о ресурсе контактов реле (Life Expectancy).

В справочных данных могут приводиться отдельные значения для количества срабатываний контактов как механической системы (Life Expectancy Mechanical) и как электрической системы (Life Expectancy Electrical).

В нашем случае это, соответственно, 10 000 000 и 100 000.

В общем случае, ресурс реле определяется, естественно, меньшей цифрой.

Но следует отметить, что цифра 100 000 «электрических» срабатываний приведена для максимальных токов.

Если посмотреть на график, то можно убедиться, что при коммутации малых токов эта цифра будет существенно больше.

А если превысить коммутируемые токи, то цифра будет существенно меньше  :))

Реле — в целом штука весьма надежная, но нужно использовать его разумно.

Можно еще почитать:

Как устроен ИБП.

Параметры реле

Параметры реле делятся на основные и не основные. Ориентироваться надо на основные параметры реле, т.к. именно они характеризуют их эксплуатационные возможности и область применения и в конечном итоге влияют на нормальную работоспособность реле.

В свою очередь, основные параметры делятся на:

1. Электрические: чувствительность, рабочее напряжение (ток), напряжение (ток) срабатывания, напряжение (ток) отпускания, сопротивление контактов, сопротивление обмотки, коммутационная способность, электрическая изоляция.
2. Временны´е: время срабатывания, время отпускания, время дребезга контактов.

Электрические параметры реле

• Чувствительность реле — способность срабатывать при определённом значении мощности, подаваемой на обмотку реле. Определяется магнитодвижущей силой (МДС) срабатывания. Если сравнивать между собой разные реле, то наиболее чувствительное будет то, у которое срабатывает при меньшей МДС.  При этом якорь реле должен чётко притягиваться и контакты всех групп должны замкнуться/разомкнуться.

В справочниках обычно такой параметр как чувствительность не приводится. Он вычисляется из сопротивления обмотки и тока срабатывания.

P_ср = I_ср² * R_обм = U_ср² / R_обм

• Рабочее напряжение (ток).
Техническими условиями для конкретных типов реле устанавливается рабочее напряжение (ток), при питании которым обеспечивается нормальное функционирование реле. В технической документации на конкретное исполнение реле указывается его значение с допусками. При подаче на обмотку реле напряжения (тока) в указанных пределах, оно должно нормально функционировать.

• Напряжение (ток) срабатывания.
Это один из параметров реле, определяющий его чувствительность. Это минимальное напряжение (ток) при котором реле должно нормально сработать, т.е. переключить все свои контакты. А уже для дальнейшего удерживания якоря на обмотку реле надо подавать рабочее напряжение (ток), описанное в предыдущем пункте.

В технической документации данный параметр обязательно приводится для каждого исполнения реле.

Данный параметр является контрольным. Он характеризует устойчивость всех элементов конструкции и стабильность регулировки реле.

• Напряжение (ток) отпускания.
Обязательно приводится в технической документации на каждое исполнение реле как для нормальных условий эксплуатации, так и для условий, когда воздействуют различные факторы.

Отпускание реле — это не что иное, как возвращение контактов в исходное состояние. Происходит оно при снижении напряжения (тока) в обмотке реле до уровня, при котором якорь больше не может удерживаться в сработанном положении и возвращается в исходное состояние выключенного реле. Все контакты также переключаются в исходное состояние. Нормально замкнутые становятся замкнутыми, нормально разомкнутые — разомкнутыми.

Существует такой показатель, как коэффициент возврата. Это отношение тока отпускания к току срабатывания. Значение этого коэффициента у разных реле колеблется в очень больших пределах — от 0. 1 до 0.98. Улучшение коэффициента возврата достигается путём сближения характеристик изменения электромагнитной силы, создающей магнитный поток, и силы пружины, противодействующей этому потоку. Также улучшения коэффициента возврата можно достичь путём уменьшения хода подвижной системы и снижения трения в её осях.

• Сопротивление обмотки.
Сопротивление обмотки — это активное сопротивление обмотки реле с допусками, измеренное на постоянном токе. Обязательно приводится в технической документации и справедливо для нормальной температуры окружающей среды.

• Сопротивление контактов электрической цепи.
Оно складывается из сопротивления элементов цепи контактов и сопротивления контактирующих поверхностей. Измерить сопротивление контактирующих поверхностей в реле очень сложно. Поэтому оно оценивается по сопротивлению всей цепи контактов.

Данный параметр может сильно изменяться как в процессе эксплуатации реле, так и в период доставки/транспортировки, т.к. зависит от многих факторов.

Попадание грязи на контакты реле влечёт за собой увеличение падения напряжения на контактах. Как следствие этого — повышенный нагрев контактов, который способен вообще вывести контактную пару из строя. Поэтому в технической документации как правило указывают сопротивление контактов на период поставки.

• Коммутационная способность контактов реле.
Определяется значением мощности, коммутируемой контактами реле, выполняющими определённое количество коммутаций.

Важно понимать, что существует такая вещь, как коррозия контактов. И она сильно зависит от коммутируемой мощности. Но проявляется она при токах в 100 мА и более. При меньших токах основное влияние на работоспособность реле оказывает механический износ подвижной системы и контактов.

В тех. документации как правило указан диапазон коммутируемых напряжений и токов, при которых гарантируется конкретное число коммутаций.

Максимальная мощность, которую способно коммутировать реле, ограничивается температурой нагрева контактов, при которой снижается механическая прочность материала контактов.

• Электрическая изоляция.
Характеризует электроизоляционные свойства реле. Это способность изоляции реле выдерживать перенапряжения (кратковременно и длительно), неизбежно возникающие в процессе эксплуатации аппаратуры. Изоляция реле определяется электрической прочностью промежутков — воздушных (межконтактных) зазоров и по поверхности диэлектрика платы реле. По этим промежуткам судят о токах утечки реле.

Временны´е параметры реле

• Время срабатывания — время, прошедшее с момента подачи напряжения на обмотку реле до первого замыкания нормально разомкнутых контактов.

• Время дребезга.
Иногда оговаривается в технической документации. Дребезг возникает после удара подвижных контактов о неподвижные.

• Время отпускания.
Определяется временем от момента снятия напряжения с катушки реле до момента замыкания нормально замкнутого контакта.

Реле — Как работают реле

Как работают реле

Реле представляют собой переключатели, которые размыкают и замыкают цепи электромеханическим или электронным способом. Реле управляют одной электрической цепью, размыкая и замыкая контакты в другой цепи. Как показывают схемы реле, когда контакт реле нормально разомкнут (НО), контакт остается разомкнутым, когда реле не находится под напряжением. Когда контакт реле является нормально замкнутым (НЗ), это означает, что контакт замкнут, когда реле не находится под напряжением. В любом случае подача электрического тока на контакты изменит их состояние.

Реле обычно используются для переключения меньших токов в цепи управления и обычно не управляют устройствами, потребляющими энергию, за исключением небольших двигателей и соленоидов, которые потребляют малые токи. Тем не менее, реле могут «управлять» большими напряжениями и токами, оказывая усиливающий эффект, потому что небольшое напряжение, приложенное к катушке реле, может привести к переключению контактов большим напряжением.

Защитные реле могут предотвратить повреждение оборудования путем обнаружения электрических отклонений, в том числе перегрузки по току, минимального тока, перегрузок и обратных токов.

Кроме того, реле также широко используются для переключения пусковых катушек, нагревательных элементов, контрольных ламп и звуковой сигнализации.

Магазин реле

Что такое реле?

Электромеханические реле и твердотельные реле

Реле бывают либо электромеханическими реле, либо твердотельными реле (ТТР). В электромеханических реле (ЭМР) контакты размыкаются или замыкаются магнитной силой. В твердотельных реле нет контактов, а переключение полностью электронное. Решение об использовании электромеханических или твердотельных реле зависит от электрических требований приложения, стоимостных ограничений и ожидаемого срока службы. Хотя твердотельные реле стали очень популярными, электромеханические реле остаются обычным явлением. Многие функции, выполняемые тяжелым оборудованием, нуждаются в коммутационных возможностях электромеханических реле.

SSR переключают ток с помощью неподвижных электронных устройств, таких как выпрямители с кремниевым управлением.

Различия в двух типах реле приводят к преимуществам и недостаткам каждой системы. Поскольку твердотельные реле не должны подавать питание на катушку или размыкать контакты, для «включения» или выключения твердотельных реле требуется меньшее напряжение. Точно так же SSR включаются и выключаются быстрее, потому что нет физических частей, которые нужно перемещать. Отсутствие контактов и движущихся частей означает, что ТТР не подвержены искрению и не изнашиваются. И наоборот, контакты на электромеханических реле можно заменить, тогда как все твердотельные реле должны быть заменены, когда какая-либо часть выходит из строя. Из-за конструкции твердотельных реле существует остаточное электрическое сопротивление и/или утечка тока независимо от того, открыты или закрыты переключатели. Возникающие небольшие перепады напряжения обычно не представляют проблемы; однако электромеханические реле обеспечивают более чистое состояние ВКЛ или ВЫКЛ из-за относительно большого расстояния между контактами, которые действуют как изоляция.

Электромеханические реле

Основные части и функции электромеханических реле включают в себя:

• Рама — прочная рама, содержащая и поддерживающая части реле.
• Катушка — проволока намотана на металлический сердечник. Катушка провода создает электромагнитное поле.
• Якорь — подвижная часть реле. Якорь размыкает и замыкает контакты. Прикрепленная пружина возвращает якорь в исходное положение.
• Контакты — Проводящая часть переключателя, которая замыкает (замыкает) или разрывает (размыкает) цепь.

Реле состоят из двух цепей: цепи включения и цепи контакта. Катушка находится на стороне питания, а контакты на стороне контакта. Когда катушка находится под напряжением, ток течет через катушку, создавая магнитное поле. Будь то в блоке постоянного тока, где полярность фиксирована, или в блоке переменного тока, где полярность меняется 120 раз в секунду, основная функция остается неизменной: магнитная катушка притягивает пластину из железа, которая является частью якоря.

Один конец якоря прикреплен к металлической раме, выполненной таким образом, что якорь может поворачиваться, а другой конец размыкает и замыкает контакты. Контакты бывают нескольких различных конфигураций, в зависимости от количества разрывов, полюсов и ходов, из которых состоит реле. Например, реле можно описать как однополюсное, однонаправленное (SPST) или двухполюсное, однонаправленное (DPST).

Эти термины дадут мгновенное представление о конструкции и функциях различных типов реле.

• Разрыв — это количество отдельных мест или контактов, которые переключатель использует для размыкания или замыкания одной электрической цепи. Все контакты либо одинарные (SB), либо двойные (DB). Контакт SB разрывает электрическую цепь в одном месте, а контакт DB разрывает ее в двух местах. Контакты SB обычно используются при переключении маломощных устройств, таких как сигнальные лампы. Контакты DB используются при коммутации мощных устройств, таких как соленоиды.
• Полюс — это количество полностью изолированных цепей, которые реле могут проходить через переключатель. Однополюсный контакт (SP) может одновременно проводить ток только по одной цепи. Двухполюсный контакт (ДП) может проводить ток по двум изолированным цепям одновременно. Максимальное количество полюсов 12, в зависимости от конструкции реле.
• Throw — это количество замкнутых контактов на полюс, доступных на переключателе. Выключатель с однопозиционным контактом может управлять только одной цепью, а двухпозиционный контакт может управлять двумя.

Твердотельные реле (ТТР)

ТТР состоят из входной цепи, цепи управления и выходной цепи. Входная цепь — это часть корпуса реле, к которой подключен компонент управления. Входной контур выполняет ту же функцию, что и обмотка электромеханического реле. Схема активируется, когда на вход реле подается напряжение, превышающее заданное напряжение срабатывания реле. Входная цепь деактивируется, когда приложенное напряжение меньше заданного минимального напряжения отключения реле. Диапазон напряжения от 3 В до 32 В постоянного тока, обычно используемый с большинством твердотельных реле, делает его пригодным для большинства электронных схем. Цепь управления является частью реле, которая определяет, когда выходной компонент находится под напряжением или обесточивается. Цепь управления функционирует как связь между входной и выходной цепями. В электромеханических реле эту функцию выполняет катушка. Выходная цепь реле — это часть реле, которая включает нагрузку и выполняет ту же функцию, что и механические контакты электромеханических реле. Однако твердотельные реле обычно имеют только один выходной контакт.

Типы электромеханических реле

Реле общего назначения

Реле общего назначения представляют собой электромеханические переключатели, которые обычно приводятся в действие магнитной катушкой. Они работают с переменным или постоянным током при обычных напряжениях, таких как 12 В, 24 В, 48 В, 120 В и 230 В, и могут управлять токами в диапазоне от 2 до 30 А. Эти реле экономичны, легко заменяются и допускают широкий диапазон конфигураций переключателей.

Реле управления машинами

Реле управления машинами также управляются магнитной катушкой. Они предназначены для тяжелых условий эксплуатации и используются для управления стартером и другими промышленными компонентами. Хотя они дороже, чем реле общего назначения, они, как правило, более долговечны. Самым большим преимуществом реле управления машиной по сравнению с реле общего назначения является расширяемая функциональность реле управления машиной за счет добавления аксессуаров. Для реле управления машинами доступен широкий выбор принадлежностей, включая дополнительные полюса, трансформируемые контакты, устройства подавления переходных электрических помех, управление фиксацией и временные приспособления.

Герконовые реле

Герконовые реле представляют собой небольшой, компактный, быстродействующий переключатель с одним контактом, нормально разомкнутым (НО) и герметично закрытым в стеклянной оболочке, что делает контакты нечувствительными к загрязнениям, дыму или влаге. Это обеспечивает более надежное переключение и увеличивает ожидаемый срок службы контактов. Концы контакта, которые часто покрываются золотом или другим материалом с низким сопротивлением для повышения проводимости, сближаются и закрываются магнитом. Они могут переключать промышленные компоненты, такие как соленоиды, контакторы и стартеры, и состоят из двух язычков. Когда применяется магнитная сила, такая как электромагнит или катушка, она создает магнитное поле, в котором конец язычка принимает противоположную полярность. Когда магнитное поле достаточно сильное, сила притяжения противоположных полюсов преодолевает жесткость язычков и сближает их. Когда магнитная сила исчезает, язычки возвращаются в исходное открытое положение. Эти реле срабатывают очень быстро из-за небольшого расстояния между язычками.

Типы твердотельных реле

Реле нулевой коммутации

Реле нулевой коммутации включают нагрузку при подаче управляющего (минимального рабочего) напряжения, а напряжение нагрузки близко к нулю. Эти реле отключают нагрузку, когда напряжение управления снимается и ток в нагрузке близок к нулю. Наибольшее распространение получили реле с нулевым переключением.

Реле мгновенного включения

Реле мгновенного включения включают нагрузку немедленно при наличии напряжения срабатывания и позволяют включить нагрузку в любой момент ее подъема и спада.

Реле пикового переключения

Реле пикового переключения включают нагрузку, когда присутствует управляющее напряжение, и напряжение нагрузки находится на пике. Они выключаются, когда напряжение управления снимается, а ток в нагрузке близок к нулю.

Аналоговые переключающие реле

Аналоговые переключающие реле имеют бесконечное количество возможных выходных напряжений в пределах номинального диапазона реле. Они имеют встроенную схему синхронизации, которая регулирует величину выходного напряжения в зависимости от входного напряжения. Это позволяет функции нарастания времени работать на нагрузке и отключаться, когда напряжение управления снимается и ток в нагрузке близок к нулю.

Магазин реле

A Срок службы контактов реле

Механический срок службы реле зависит от его контактов. После того, как контакты перегорели, контакты или все реле должны быть заменены. Механическая долговечность — это количество операций (размыканий и замыканий), которые контакт может выполнить без электрического тока. Относительно длинное реле может выполнять до 1 000 000 операций.

Электрическая долговечность реле — это количество операций (размыканий и замыканий), которые контакты могут выполнять с электрическим током при данном номинальном токе. Электрическая долговечность составляет от 100 000 до 500 000 циклов.

Механическое реле «Должно срабатывать/напряжение отпускания» — путаница в терминологии

У меня есть реле, и его работа меня смущает.

Это реле Potter & Brumfield, модель R50-E2-X1-24V
Спецификация: https://www.westfloridacomponents.com/mm5/graphics/ds4/SeriesR50.pdf Параметры «должно работать напряжение» и «должно снимать напряжение» в техническом паспорте.
Рассматриваемое реле имеет номинальное напряжение катушки 24 В постоянного тока.

В техническом паспорте указано следующее:

 Рабочие данные при 25°C
Необходимое рабочее напряжение: 75% от номинального напряжения или меньше.
Необходимое напряжение срабатывания: 5% от номинального напряжения или более.
 

Исходя из моей интерпретации этого блока, при 25°C, принимая во внимание, что номинальное напряжение катушки моего реле составляет 24 В постоянного тока:
(это не имеет для меня смысла)

• катушка будет работать при 18 DVC или ниже
• катушка сработает при напряжении 1,2 В постоянного тока или выше

Я провел некоторые испытания с настольным блоком питания постоянного тока, моя температура окружающей среды составляет около 26°C.

Я обнаружил, что катушка переключается/работает при напряжении чуть ниже 16 В постоянного тока, издавая «небольшой» щелчок. (Кажется, это частично коррелирует с параметром «Напряжение должно работать», 75% от номинального или менее 24 В постоянного тока)
Когда я включаю напряжение чуть выше 19 В постоянного тока, раздается более громкий щелчок, но, похоже, ничто не меняет WRT на состояние катушки. , ни сопротивление контактов полюс->НО (также контактов полюс->НЗ).

Когда я активировал реле, я обнаружил, что катушка отключится, когда я уменьшу напряжение до 9 В постоянного тока; и он останется разблокированным, пока я не верну входное напряжение выше 16 В постоянного тока.
К мне , это , а не , кажется, напрямую коррелирует с параметром «Напряжение срабатывания» (5% от номинального или более)

Мои вопросы/замешательство можно резюмировать в нескольких пунктах: значение «или [меньше | больше]» в параметрах Operate Data?

Для напряжения размыкания 5% от 24 В постоянного тока составляет 1,2 В постоянного тока, мое реле будет постоянно срабатывать при 9 В постоянного тока. Сколько зерен соли я должен принять с «5% от номинального напряжения или более»?

Основываясь на цифре 2, «5% или более» для меня означало бы, что катушка может разряжаться ниже 75% (должно работать напряжение) — это правильная интерпретация?

Для рабочего напряжения указано 75% от 24 В пост.