Применение электромагнитных реле RELPOL

Мощные электромагнитные реле относятся к электромеханическим компонентам и совмещают в своей конструкции электромагнит, механическую систему и набор электрических контактов. Электромагнитное реле обладает рядом достоинств по сравнению с полупроводниковыми реле (SSR):

• способность коммутации нагрузок мощностью до 7,5 кВт при объеме реле менее 10 см,

• устойчивость к импульсным перенапряжениям и разрушающим помехам, появляющимся при разрядах молний и в результате коммутационных процессов в высоковольтной электротехнике;

• исключительная электрическая изоляция между управляющей цепью (катушкой) и контактной группой - последний стандарт 5 кВ;

• малое падение напряжения на замкнутых контактах и, как следствие, малое выделение тепла: при коммутации тока 10 А малогабаритное реле суммарно рассеивает на катушке и контактах менее 0,5 Вт;

• низкая цена электромагнитных реле по сравнению с полупроводниковыми ключами.

Отмечая достоинства электромеханики, отметим и недостатки реле: малая скорость работы, ограниченный (хотя и очень большой) электрический и механический ресурс, создание радиопомех при замыкании и размыкании контактов и, наконец, последнее и самое неприятное свойство - проблемы при коммутации индуктивных нагрузок и высоковольтных нагрузок на постоянном токе. Типовая практика применения мощных электромагнитных реле - это коммутация нагрузок на переменном токе 220 В или на постоянном токе от 5 до 24 В при токах коммутации до 30 А.

Обычными нагрузками для контактных групп мощных реле являются нагреватели, маломощные электродвигатели (например, вентиляторы и сервоприводы), лампы накаливания, электромагниты и прочие активные, индуктивные и емкостные потребители электрической мощности в диапазоне от 1 Вт до 7,5 кВт. Типичные для практики нагрузки отличаются малой индуктивностью, небольшими перегрузками по току при включении и отсутствием выбросов напряжения при выключении.

Итак, что испытывают контакты типовых реле при коммутации различных видов промышленных нагрузок? Исследования нескольких десятков реле всевозможных производителей (в основном азиатских) открыли интересное явление: практически все исследованные сверхминиатюрные реле, по каталогу сертифицированные на рабочие токи даже до 12 А, имели внутри очень миниатюрные и легкие контакты, неподходящие для коммутации индуктивных нагрузок. «Коммутационные» эксперименты показали, что при cos φ=0,5 и рабочем напряжении 220 В коэффициент снижения коммутируемого тока у таких реле был равен примерно 4...5, т.е. всего 20...25% от паспортного значения. Для нагрузки категории АС-2 одно из таких реле с надписью на корпусе 12 A Pilot Duty было способно без перегрева контактов коммутировать менее 3 А! Реально из-за малого зазора между контактами такие реле не способны надежно разрывать нагрузки класса АС-2 при токе более 2 А и тем более не годятся для мощных индуктивных нагрузок постоянного тока при напряжении выше 24 В. Кратковременная нагрузка 12 А для контактов такого реле хотя и возможна, но контакты не выдержат индуктивные нагрузки. Для обеспечения возможности коммутации индуктивных нагрузок или для работы с большими перегрузками по току контакты реле должны обладать определенной массивностью и равномерно отводить тепло от точки контакта. На переходное сопротивление контакта его массивность не влияет, но если сделать контакт очень легким, то при искрении или перегрузках по току контакт будет сильно перегреваться (до +200°С и выше), притом без быстрого и надежного отвода тепла на выводы реле и в окружающую среду, что непременно вызовет:

• активное окисление металла контакта (растет сопротивление контакта);

• перегрев контактной пружины (токоподвода) и потерю пружинящих свойств (контакт становится нестабильным);

• перегрев внутри корпуса реле и активное газовыделение из пластика;

• взаимодействие коррозирующих газов с материалом контактов и образование полимерных пленок на поверхности контактов (растет сопротивление контакта и повышается их износ).

В особую область нагрузок необходимо выделить лампы накаливания, которые вроде бы являются активной нагрузкой, а на деле при включении холодная нить накаливания обладает в 10 раз меньшим сопротивлением, чем разогретая до белого каления. Время разогрева нити достаточно длительное: на переменном токе длительность прогрева для лампы мощностью 100 Вт составляет 300 мс, поэтому лампа накаливания - тоже сложная нагрузка для контактов реле. Заглянем в каталог и найдем, что отличное промышленное реле с гарантированным ресурсом 100000 коммутаций для резистивной нагрузки 16 А, 250 В (4000 Вт) способно 100000 раз включить лампу накаливания, но уже мощностью 1000 Вт, т.е. всего 25% от «резистивной» мощности! Всему виной десятикратные перегрузки при включении.

Подведем итоги всему вышеизложенному

1. Сложные нагрузки для контактов реле очень распространены в промышленности.

2. Электромагнитное реле является удобным коммутационным элементом и пока незаменимо в промышленной автоматике.

3. Для коммутации сложных нагрузок с помощью электромагнитных реле контактные группы должны быть рассчитаны на большие токовые перегрузки.

4. При коммутации индуктивных нагрузок контакты реле должны выдерживать сильный перегрев, вызванный образованием электрической дуги при отключении нагрузки.

5. Правильно сконструированное промышленное реле способно противостоять перегрузкам, но при выборе реле для конкретной конструкции разработчику необходимо внимательно изучить каталог и учесть возможное снижение коммутируемой мощности или электрического ресурса.

6. Для важных проектов инженеру необходимо ответственно отнестись к выбору реле, вплоть до практического изучения конструкции реле и его контактов.

7. Контакты реле можно защищать специальными схемами, конфигурация защиты зависит от конкретного применения.

Электромагнитные реле для большинства случаев применения можно найти у известного европейского производителя - фирмы RELPOL. Некоторые типы реле RELPOL и их основные параметры приведены в табл.1 и табл.2.

Табл.1

РЕЛЕ МАЛОГАБАРИТНЫЕ СЕРИИ RM, R

РЕЛЕ СУБМИНИАТЮРНЫЕ СЕРИИ RSM