Электромагнитное реле

Временные параметры представляют собой максимально возможные  значения времени срабатывания и  отпускания. Продолжительность времени  вибрации контактов обычно входит во время срабатывания, за исключением отдельных частных случаев.

Сопротивление электрических  контактов указывается в справочнике  для периода поставки. При эксплуатации сопротивление оговаривается особо. По сопротивлению электрических  контактов оценивается качество контактов реле.

Коммутационная способность  контактов реле характеризуется  величиной мощности, коммутируемой  контактами. Нижний предел токов и  напряжений, коммутируемых контактами из материала ПлИ-10, Ср999, ПлРд-10, в основном ограничивается величиной переходного сопротивления контактов. Нижний предел токов и напряжений, коммутируемых контактами из технически чистого золота Зл999,9, ограничивается также величиной и нестабильностью переходного сопротивления и, кроме того, сопротивлением изоляции реле. Верхний предел токов и напряжений ограничивается температурой нагрева, при которой снижается механическая прочность контактных материалов. Максимальное значение мощности, коммутируемой контактами, зависит от многих параметров реле: контактирующей поверхности, контактного нажатия, сечения токопроводящих пружин и штырей, межконтактных промежутков, сопротивления изоляции и т. д.

Сопротивление и электрическая  прочность изоляции характеризуют  основные электрические свойства изоляционных материалов, применяемых в реле. Сопротивление изоляции приводится для различных климатических  условий (при повышенной влажности, при нормальной, повышенной и пониженной температурах, в условиях воздействия  пыли, морского тумана и т. п.).

Электрическая прочность  изоляции реле характеризует способность  изоляции выдерживать длительно  или кратковременно перенапряжения, возникающие в процессе эксплуатации аппаратуры.

Износостойкость реле характеризуется  числом коммутаций. [3]

 

3 Схемы включения

Изобретённые на заре зарождения электротехники электромагнитные реле всё ещё продолжают использоваться как в радиолюбительских конструкциях, так и в промышленных разработках. Сейчас их прочные позиции в стане  коммутирующих и переключающих  радиоэлементов заметно пошатнулись, но и постепенно вытесняющие их оптоэлектронные  приборы не заняли бесспорно доминирующих позиций.

Продолжающаяся разработка новых типов электромагнитных реле -наглядное свидетельство тому, что  их прощальный аккорд пока откладывается.

Многие знают, что ток  срабатывания реле заметно больше тока удержания контактов в замкнутом/разомкнутом  состоянии. Отсюда напрашивается несложный  вывод, что нет необходимости  подавать на обмотки реле полное напряжение питания в течение всего периода  нахождения реле в активном состоянии. Если время включения реле обычно превышает 5...20 секунд, то целесообразно  после переключения контактов ограничить протекающий через обмотку реле ток, что не только сделает устройство более экономичным, но и уменьшит нагрев обмотки реле.

Рассмотрим типичное решение, наиболее часто используемое для  улучшения экономичности устройств  с электромагнитными реле. Когда  ток через переход база-эмиттер  биполярного транзистора VT1 отсутствует, транзистор закрыт, напряжение на обмотку  реле К1 не поступает. Напряжение на конденсаторе С1 равно напряжению питания. Когда  на транзистор подаётся управляющее  напряжение, он открывается, и накопленной  в С1 энергии достаточно для надёжного включения реле.

Благодаря токоограничительному резистору R2, ток через обмотку реле К1, быстро снижается до заданного значения. Сопротивление R2 подбирается так, чтобы обеспечить надёжное удержание контактов реле, а ёмкость С1 должна быть достаточной, чтобы накопленной в нём энергии хватило на уверенное переключение контактов реле. У этого узла есть два недостатка — реле не включится, если управляющее напряжение будет подано одновременно или раньше напряжения питания этого каскада; реле может не включиться, если управляющее напряжение будет отключено на короткое время, (обычно десятые доли секунды), а потом снова появится. Так как С1 за столь короткое время может не успеть зарядиться, то повторного переключения контактов реле не произойдет.

Если у реле имеется  незанятая группа свободно-замкнутых  контактов, то с её помощью можно  реализовать быструю зарядку  накопительного конденсатора С1 (рис. 3.1). В отличие от первой схемы, здесь, для управления реле типа РЭС-22, применён ключ на полевом МДП-транзисторе. Такое решение позволяет свести ток в цепи управления практически к нулю и без оглядки использовать этот узел совместно с любыми управляющими устройствами, работающими в ключевом режиме в диапазоне питающих напряжений 3...10 В, например, с цифровыми микросхемами КМОП, ТТЛШ или с микропроцессорами. Низкоомный резистор R3 уменьшает износ контактов К1.1 от искрения. Резистор R1 предотвращает перегрузку выхода узла управления в случае пробоя изоляции затвора DA1.

Рисунок 3.1 - Схема экономичного включения электромагнитных реле

Конденсатор С2 в большинстве  реальных устройств можно не устанавливать, однако, если узел, собранный по схемам рис. 3.1, будет соединяться с узлом управления длинной, (более 30...50 см), незащищённой от помех линией связи, то его наличие желательно. Узел, собранный по схеме на рис. 3.1, хоть и более надёжен, но всё же не может гарантировать безупречного переключения контактов, так как нельзя исключать зависание подвижной группы контактов в промежуточном состоянии, например, при излишне низком сопротивлении R2 или малой ёмкости С1. На месте реле К1 использован экземпляр с током переключения 40 мА и током удержания 20 мА. [4]

 

4 Примеры отечественных  и зарубежных аналогов

4.1 Отечественные электромагнитные  реле

4.1.1 Реле РЭС6

Реле РЭС6 — завальцованное, одностабильное, с одним или двумя замыкающими, размыкающими и переключающими контактами, питаемое постоянным током, предназначено для коммутации электрических цепей постоянного и переменного тока частотой 50—1000 Гц.

Реле РЭС6 соответствует  требованиям ГОСТ 16121—79 и техническим условиям РФ4.523.009ТУ.

Условия эксплуатации.

Температура окружающей среды  от —60 до +85 °С. Циклическое воздействие  температур —60 и +85 °С. Повышенная относительная  влажность до 98% при температуре +25 °С.

Атмосферное давление от 666 до 1039-102 Па.

Вибрация (вибропрочность и виброустойчивость) в диапазоне частот: от 5 до 50 Гц — с ускорением не более 58,8 м/с2; от 50 до 400 Гц — не более 98,1 м/с2; от 400 до 1000 Гц — не более 58,8 м/с2; от 1000 до 1500 Гц — не более 98,1 м/с2.

Ударная прочность. При одиночных  ударах с ускорением не более 1470 м/с2 — 9 ударов. При многократных ударах с ускорением не более 490 м/с2 — 1000 ударов, с ускорением не более 245 м/с2 — 4000 ударов.

Ударная устойчивость —  с ускорением не более 49 м/с2.

Постоянно действующие линейные ускорения не более 245 м/с2.

Требования к надежности. Срок службы и срок сохраняемости реле при хранении в условиях отапливаемого хранилища, а также вмонтированных в защищенную аппаратуру или находящихся в комплекте ЗИП — 12 лет; при хранении в неотапливаемых хранилищах, в упаковке изготовителя или вмонтированных в аппаратуру в незащищенном объекте — 2 года; при хранении под навесом, в упаковке изготовителя и вмонтированных в аппаратуру в незащищенном объекте — 1 год; при хранении на открытой площадке, вмонтированных в аппаратуру в незащищенном объекте — 1 год.

 

Рисунок 4.1.1 - Конструктивные данные реле РЭС6

Рисунок 4.1.2 - Разметка для крепления

Конструктивные данные. Конструктивные данные реле приведены на рис. 4.1.1. Разметка для крепления — на рис. 4.1.2. Ток питания обмотки - постоянный. Сопротивление изоляции между обмоткой и корпусом в самых тяжелых условиях - 10 мОм. Время срабатывания не более 20 мс. Отпускания не более 8 мс. Материал контактов Ср999, сопротивление контакта не более 0,6 Ом. Масса не более 34г. [3]

 

4.1.2 Реле РКМ-1

Реле РКМ-1 – открытое, двухпозиционное, одностабильное предназначено для коммутации цепей постоянного и переменного тока в передвижных установках автоматики, сигнализации и связи. Могут также применяться в качестве линейных и разделительных реле на АТС.

Рисунок 4.1.2 – Электромагнитное реле РКМ-1

По конструкции магнитной  системы реле типа РКМ-1 похоже на реле типа РКН, но отличается от него меньшими размерами и не имеет ножевой  опоры для якоря.

Замедленные реле типа РКМ-1 имеют на сердечнике (под обмоткой) короткозамкнутую обмотку из голой  красномедной проволоки диаметром 0,5 мм.

Якорь реле типа РКМ-1 возвращается в исходное положение с помощью  плоской пружины из алюминиевой  бронзы, создающей небольшой момент.

Чувствительность реле тина РКМ-1 без возвратной пружины при  малых нагрузках почти в два  раза больше.

Щеки катушки изготовлены  из гетинакса, в заднюю щеку катушки запрессованы четыре выводных штифта для подпайки концов обмотки. Катушка реле может быть одно-, двух -, трехобмоточная.

Контактная система реле состоит из одной, двух или трех контактных групп, собранных в одном общем  пакете. Каждая группа может иметь  от двух до пяти контактных пружин трапецеидальной  формы. [3]

Краткие технические характеристики

Входные параметры:

Ток срабатывания: 21,5 - 105 мА

Рабочее напряжение: 3,2 - 17 В 

Выходные параметры:

Ток: 0,05 - 2 А 

Напряжение: 6 - 127 В 

Габариты: 37 х 22 х 75 мм (В х  Ш х Д)

Вес: не более 130 г

 

4.1.3 Реле РПС-4, РПС-5, РПС-7

Малогабаритные поляризованные реле постоянного тока типа РПС изготовляются  в трех модификациях: РПС-4, РПС-5, РПС-7 имеют повышенную чувствительность и стабильность и предназначены  для коммутации электрических цепей  постоянного тока в аппаратуре автоматики, подвижных установках.

Реле РПС-4 – с нейтральной  двухпозиционной регулировкой;

Реле РПС-5 – с трехпозиционной  настройкой;

Реле РПС-7 – с двухпозиционной  настройкой с преобладанием к  правому контакту.

Рисунок 4.1.3 - Реле РПС-5

Конструкция всех трех модификаций  реле одинакова, реле типов РПС-4 и  РПС-7 отличается от реле типа РПС-5 меньшей  толщиной подвесной пружины якоря (0,2 мм вместо 0,3 мм).

Реле защищено чехлом-экраном  цилиндрической формы из стали ЭА толщиной 0,5 мм.

Магнитная цепь реле типа РПС  построена по схеме двойного моста  и состоит из верхнего и нижнего  массивных оснований круглой  формы из стали марки Э диаметром 30 мм и толщиной соответственно 4 и 6 мм, между которыми зажаты два постоянных магнита сечением 8,5 X 16 мм. и длиной 10,5 мм из сплава анко-2. Магниты стянуты четырьмя винтами (МЗ) из нержавеющей стали (1Х18Н9Т), завернутыми в нижнее основание. Наружная сторона магнитов отшлифована по окружности, вес магнита 7 г.

Включение реле в цепь питания  и коммутации цепи производиться  при помощи соединительной колодки  с 16 контактными ножами. [3]

Краткие технические характеристики

Входные параметры:

Рабочий ток: 0,54 - 280 мА

Выходные параметры:

Ток: 0,01- 0,3 А 

Напряжение: 6 - 36 В 

Габариты: 44 х 44 х 95,5 мм (В  х Ш х Д)

Вес: не более 250 г

 

4.2 Зарубежные электромагнитные  реле

4.2.1 Реле Fujitsu серия FTR-B4

Рисунок 4.2.1 - Fujitsu серия FTR-B4

Свойства:

• Высота: максимум 9.3 мм (при  монтаже через отверстия); максимум 10 мм (при поверхностном монтаже). Вес: приблизительно 1.0 г.

• Находится на рассмотрении у организаций UL и CSA.

• Соответствует правилам FCC, а также нормативам части 68.

• Соответствует спецификациям IEC 60950, UL1950 и EN60950 по значениям расстояний между реле и значению напряжения пробоя.

• Изоляционный промежуток: 1.0 мм

• Длина пути тока утечки: 1.6 мм

• Высокая надежность. Раздвоенные  контакты.

• Низкая потребляемая мощность: 140 mW (стандартные реле), 100 mW (реле с блокировкой). [5]

 

4.2.2 Реле Fujitsu cерия UM1

Рисунок 4.2.2 - Fujitsu cерия UM1

Свойства:

• Миниатюрное однополюсное реле для коммутации высокочастотных сигналов.

• Превосходные высокочастотные  характеристики (при частоте 900 МГц  и волновом сопротивлении измерительных  приборов 75 Ω):

Изоляция — минимум 60 дБ.

Вносимые потери — максимум 1 дБ. Коэффициент КСВН — максимум 1.2

• Высокая надежность —  раздвоенные контакты.

• Широкий рабочий диапазон температур.

• Пластиковый герметичный  корпус.

• Существует модификация  с блокировкой. [5]

 

4.2.3 Реле Fujitsu cерия FTR-K1

Рисунок 4.2.3 Fujitsu cерия FTR-K1

Свойства:

• Однополюсное реле на 16 А.

• Низкая посадка (высота 15.7 мм).

• Высокая степень изоляции.

Изоляционное расстояние (между катушкой и контактами): минимум 10 мм. Электрическая прочность диэлектрика: 5 kV.

Максимальное перенапряжение: 10 kV.

• Высокая устойчивость к нагреву и воспламенению.

• В материале контакта отсутствует кадмий.

• Стандарты безопасности:

Одобрено UL, CSA, VDE, SEMKO. Признано UL и CSA как класс TV-5. [5]

 

 

 

 

 

Литература

1 Раннев Г.Г. Мощные электромагнитные реле. Справочник инженера.- СПб.:Электронное издание, 2001.-152 с.

2 Игумнов Н. П. Типовые элементы и устройства систем автоматическо: Учебное пособие для студентов.- Канск: КПК, 2009.-180 с.

3 Игловский И.Г., Владимиров Г.В. Справочник по электромагнитным реле.- Л.:«Энергия», 1975.-480 с.

4 Светодиоды и электронные схемы [Электронный ресурс].- Режим доступа: http://www.s-led.ru/

5 Вовк П. Ю. Зарубежные электромагнитные реле – М.:МК-Пресс, 2004. – 400 с.