Классификация и основные параметры

Электромагнитными реле (ЭМР) называются элементы РЭА, предназначенное для скачкообразного управления элек­трическими цепями.

ЭМР состоят из трех основных частей (рис 8 1):

· электромагнита | катушки с сердечником), преобразующе­го энергию электрического поля в энергию магнитного поля;

· якоря с противодействующей пружиной для преобразования энергии магнитного поля в механическую энергию пере­мещения якоря и подвижных контактов;

· электрических контактов, осуществляющих включение (выключение) электрических цепей.

Основными параметрами ЭМР являются:

1. Ток (напряжение) срабатывания I ср(U cр) — минималь­ный ток (напряжение), поданный в катушку ЭМР, при кото­ром происходит замыкание (размыкание) его контактов.

2. Ток (напряжение) отпускания I отп(U oтп) — максимальный ток (напряжение) в катушке ЭМР, при котором происхо­дит возвращение контактов в исходное положение

Ток (напряжение) отпускания меньше тока (напряжения) срабатывания.

3. Рабочий ток (напряжение) I раб(U раб) — ток (напряжение) в обмотке реле, при котором происходит надежное удержание контактов nocлe срабатывания при изменении условий эксплуатации в заданных пределах.

Рабочий ток (напряжение) больше тока (напряжения) срабатывания.

4. Время срабатывания t ср — промежуток времени от момента подачи напряжения на обмотку реле до первого касания замыкающим контактом неподвижного контакта.

5. Время отпускания t отп — промежуток времени от момента снятия напряжения с обмотки реле до момента полного отпадания якоря электромагнита и первого касания (замыкания) размыкающего контакта.

6. Сопротивление обмотки реле постоянному току R обм.

7. Сопротивление электрических контактов R к.

8. Максимальная коммутируемая мощность.

9. Диапазон коммутируемых токов.

10. Диапазон коммутируемых напряжений

11. Диапазон частот коммутируемых напряжений Δ F.

12. Максимальное число коммутаций.

13. Время непрерывного нахождения обмотки реле под током.

14. Интервал температур, атмосферного давления, относительная влажность.

15. Вибропрочность и виброустойчивость — способность реле выдерживать вибрации в определенном диапазоне частот с определенной амплитудой и ускорением.

16. Ударная прочность — способность реле выдерживать одиночные и многократные удары с определенным ускорением.

17. Срок службы и хранения.

Классификация реле производится по назначению, мощности управления, по времени срабатывания и другим признакам.

По назначению различают:

ü пусковое реле, которое включается обычно с пультов управления с помощью кнопок;

ü максимальное реле, предназначенное для отключения управляемой цепи при превышении напряжения (тока) в этой цепи больше заданного значения;

ü минимальное реле, предназначенное для отключения управляемой цепи при уменьшении напряжения (тока) в этой цепи ниже заданного значения;

ü реле времени, предназначенное для создания необходимой выдержки времени, после истечения которой должно происходить включение (выключение) управляемой цепи.

По мощности коммутации различают реле:

Ø малой мощности – Р ≤ 1 Вт;

Ø средней мощности – Р = 1..10 Вт;

Ø большой мощности – Р ≥ 10 Вт.

По времени срабатывания классификация реле следующая:

Ø безынерционное – t ср < 1 мс;

Ø быстродействующее – t ср = 5..50 мс;

Ø нормальное – t ср = 50..150 мс;

Ø замедленное – t ср = 150..1000 мс.

По принципу действия различают реле постоянного тока, срабатывание которого не зависит от направления тока в обмотке, и поляризованное реле, для срабатывания которого ток через обмотку должен протекать в определённом направлении.

Реле постоянного тока двухпозиционное. Поляризованные реле могут быть как двухпозиционными, так и трёхпозиционными. У некоторых двухпозиционных поляризованных реле подвижный контакт после снятия напряжения с обмотки может оставаться в безразличном положении, у других – в определенном положении. В трехпозиционных поляризованных реле подвижный контакт после снятия напряжения с обмотки остаётся в нейтральном положении.

Реле может быть одностабильным и двухстабильным. Одностабильное реле, изменив своё состояние после подачи напряжения на обмотку, возвращается в прежнее положение при снятии напряжения. Двухстабильное реле, изменив своё состояние после отключения напряжения, не возвращается в прежнее положение.

По числу обмоток различают реле с одной, двумя или большим числом обмоток.

По числу контактов и контактных групп различают реле с одной, двумя и большим числом групп.

По виду контактов реле классифицируют следующим образом: с замыкающими, размыкающими и переключающими контактами, а также с сочетанием размыкающих, замыкающих и переключающих контактов.

Конструктивное исполнение реле может быть следующим: завальцованное, герметичное, негерметичное, открытое, зачехленное, пылебрызгозащищённое, с герметизированными контактами, герконовое (с герметичными контактами).

К малогабаритным реле относят реле, приспособленные для крепления на печатных платах, имеющие малый вес и габариты. В справочник включены реле, у которых геометрические размеры не превышают 50 мм, рабочее напряжение менее 60 В и масса меньше 100 г.

Параметры реле указываются в паспорте. Номера паспортов включают несколько групп знаков (букв и цифр). Первая группа включает набор букв или букв и цифр (например, РФ0, РС4, КЩ4, ДЛТ4 и т.д.), вторая и третья группы включают трехзначное число. Пример паспорта реле – РС4.590.059. У некоторых реле имеется четвертая группа знаков, состоящая из двух цифр (например, РС4.590.059-01).

Каждый тип реле имеет ряд типономиналов, отличающихся друг от друга электрическими параметрами. Что касается условий эксплуатации, конструктивного исполнения и массы, то у одного и того же типа реле они одинаковые. Способы крепления реле одного и того же типа могут быть различными.

На корпусе реле указывается тип реле, номер паспорта, год изготовления, схема контактной группы.

 

 

Пояснения к справочным таблицам

И рекомендации по выбору реле

 

В справочные таблицы включены слаботочные малогабаритные реле, серийно выпускаемые промышленностью. Приводимые в таблицах параметры реле соответствуют технической документации.

Все реле сведены в следующие группы: реле постоянного тока; поляризованные реле, включая реле-переключатели; реле с герметическими контактами (герконовое реле).

На каждую группу реле отведены три таблицы: основные электрические параметры, основные коммутационные параметры и основные эксплуатационные и конструктивные параметры.

В качестве основных электрических параметров в таблицах приводятся: рабочее напряжение, электрическое сопротивление обмотки (обмоток), токи (напряжения) срабатывания и отпускания, время срабатывания и отпускания, а также сопротивление электрических контактов.

Для рабочего напряжения U раб указывается номинальное значение и допуск. Номинальная величина U раб соответствует нормальным условиям эксплуатации реле при температуре окружающей среды +20 ºС и атмосферном давлении 10 ⁵ Па (760 мм рт. ст.).

Изменения температуры окружающей среды и атмосферного давления приводят к изменениям электрических параметров реле. При этом изменяются такие величины, как сопротивление обмотки и изоляции, диэлектрические потери, сопротивление электрических контактов. Возможны появление обледенения контактов при очень низких температурах, конденсация влаги. При очень низких давлениях возможна ионизация воздушного промежутка и его пробой.

Для обеспечения надежной работы реле на крайних зна­чениях диапазонов температур и давления необходима кор­ректировка величины рабочего напряжения. Наиболее не­благоприятными условиями работы реле являются низкие температуры и атмосферное давление. Рабочее напряжение для таких условий должно быть наибольшим.

При выборе реле исходят из того, чтобы рабочее напря­жение для данных климатических условий соответствовало напряжению источника питания. Если для заданной величи­ны напряжения источника питания Е _п не удается подобрать реле, у которого бы U _раб == Е _п, то выбирают реле с несколько меньшим значением U _раб, а излишнее напряжение Е _п — U _раб «гасят» на дополнительном резисторе R, включенном после­довательно с обмоткой реле. Сопротивление гасящего резисто­ра выбирается из выражения:

Электрическое сопротивление обмотки (обмоток) измерено на постоянном токе при нормальной температуре окружающей среды. Технологический разброс сопротивления обмотки (об­моток) для различных реле различный и составляет от ± 10 до ±20 %.

Знание электрического сопротивления обмотки (обмо­ток) позволяет выбрать величину сопротивления гасящего резистора при Е _п > U _раб.

Рабочее напряжение и электрическое сопротивление об­мотки позволяют также определить мощность, выделяемую в обмотке: P _обм = U ² _раб / R _обм. Для приведенных в справочнике реле мощность в обмотке лежит в пределах от долей до нескольких Вт. У реле с одинаковой мощностью в обмотке рабочее напряжение пропорционально корню квадратному из сопротивления обмотки.

Сопротивление обмотки для приведенных в справочнике реле колеблется в широких пределах: от нескольких Ом до нескольких десятков кОм. Минимальное рабочее напряжение составляет 3 В, набор реле для справочника ограничен максимальным рабочим напряжением, равным 60 В.

Ток (напряжение) срабатывания определяет чувствитель­ность реле — способность срабатывать при определенном значении мощности, подаваемой в обмотку. При этом токе (напряжении) реле должно переключать все контакты. Одна­ко для удержания контактов в этом положении нужно подавать в обмотку рабочий ток (напряжение).

Для реле постоянного тока ток (напряжение) срабаты­вания меньше рабочего тока (напряжения) на 30...50 %, для поляризованных реле — в десятки раз.

По току (напряжению) отпускания судят о способности реле к возвращению в исходное состояние. Для реле постоян­ного тока ток (напряжение) отпускания в несколько раз меньше тока (напряжения) срабатывания. У поляризованных реле для возвращения их в исходное состояние используется аналогичная обмотка, как и для включения («отбойная» обмотка), поэтому такой параметр, как ток (напряжение) отпускания, для поляризованных реле не имеет того смыс­ла, что для реле постоянного тока. Для поляризованных реле с одинаковыми сопротивлениями прямой и отбойной об­моток напряжения прямого и обратного срабатывания оди­наковы.

Время срабатывания и отпускания являются одними из важнейших параметров реле. Эти два параметра характери­зуют быстродействие реле, т. е. способность в короткое время включать (выключать) электрические цепи. По быстродействию реле значительно уступают электронным пе­реключателям, однако в тех случаях, когда быстродействие не имеет существенного значения, применение реле дает существенные преимущества. Сюда нужно отнести такие до­стоинства, как одновременное переключение нескольких це­пей, переключение цепей переменного тока, дистанционное управление цепями и др.

С увеличением числа витков, а значит и сопротивления обмотки, магнитодвижущая сила срабатывания увеличи­вается, чувствительность реле повышается и, как следствие, уменьшается время срабатывания.

Время срабатывания приводимых в справочнике реле ко­леблется в пределах 3...20 мс.

Для поляризованных реле указывается только время сра­батывания. У этих реле, как уже указывалось, перевод в исход­ное состояние осуществляется с помощью аналогичной об­мотки, через которую пропускается ток в противоположном направлении.

Сопротивление электрических контактов как параметр имеет то практическое значение, что при значительных токах, протекающих через них, происходит их нагрев и снижение механической прочности материала контактов. Для уменьше­ния сопротивления контактов, их меньшего износа контакти­рующие поверхности покрываются специальными материа­лами. Для коммутации токов свыше 100 мА применяются реле с контактами из материалов: ПЛИ-10, Ср999, СрМгН-99, СМгНСрКд86-14, СрМгНЦр-99, ПДЦРХР-1 (буквы кода ма­териалов указывают наличие в нем определенных химических элементов: ПЛ — палладий, Ср — серебро, Mr — марганец, Н — никель, Кд — кадмий, Хр — хром и т. д.). Наименьшее сопротивление и износ имеют контакты из золота и сплавов из него.

Различные экземпляры одного и того же типа реле могут иметь контакты из различных материалов, а следовательно, иметь и различное электрическое сопротивление.

При выборе реле стремятся найти такое, у которого сопротивление контактов наименьшее, особенно это важно при значительных коммутирующих токах (малых нагрузках) в коммутируемой цепи.

В качестве основных коммутационных параметров в таблицах приводятся такие параметры, как допускаемый коммутируемый постоянный и переменный ток, допускаемое коммутируемое постоянное и переменное напряжение и соответствующее этим величинам максимальное чисто коммутации Указанные три параметра характеризуют коммутационные способности реле.

При одном и том же максимальном числе коммутации что определяется коммутируемой мощностью с ростом допускаемых коммутируемых токов допускаемое коммутируемое напряжение меньше. С ростом же коммутируемой мощности максимальное число коммутации уменьшается, что обусловлено усилением эрозии контактов.

При одинаковом значении тока максимальное чисто коммутаций контактов, работающих в цепи переменного тока выше, чем у контактов, работающих в цепи постоянного тока. Это объясняется тем, что переменный ток меняет полярность с определенной частотой, и поэтому дуга, возникающая в процессе коммутации с такой же частотой, гаснет и снова возникает, и тем самым создаются более благоприятные условия для коммутации.

Различные экземпляры или группы одного и того же типа реле могут иметь различные коммутируемые токи и напряжения при одном и том же максимальном числе коммутаций. Например, максимальное число коммутаций 10⁵ имеют: 5 реле РЭС22 (РФ4.523.023.00…РФ4.523.023-04) при допускаемом коммутируемом постоянном токе 0,1…0,3 А и допускаемом коммутируемом постоянном напряжении 6…220 В и 3 реле этого же типа (РФ4.523.023-09…РФ4.523.023-11) при допускаемом коммутируемом постоянном токе 5´10 ⁵ …2´10 А и допускаемом коммутируемом постоянном напряжении 0,5…30 В. Остальные 4 экземпляра реле РЭС22 имеют свои коммутируемые токи и напряжения, но уже при другом максимальном числе коммутаций Это нужно учитывать при выборе реле. Имея заданное максимальное число коммутаций, вначале рассматривают все коммутационные способности одного типа реле, а уже затем переходят к следующему

Выбор реле по коммутационным способностям производится таким образом, чтобы удовлетворялись одновременно три требования: коммутируемый ток должен находиться в диапазоне допускаемых коммутируемых токов, коммутируемое напряжение должно находиться в диапазоне допускаемых коммутируемых напряжений и максимальное число коммутаций должно быть не меньше заданной величины.

При выборе реле возможны случаи, когда указанным трем требованиям удовлетворяют многие типы реле. Очевидно, что наилучшим вариантом будет тот, когда максимальное число коммутаций будет наибольшим.

Перед выбором реле по коммутационным параметрам полезно иметь общую информацию, приведенную в данном справочнике по этому вопросу. Ниже приведены сведения о диапазонах коммутируемых токов напряжении и числе коммутации:

ü диапазон допускаемых коммутируемых постоянных токов (5´10 ⁶ …6) А;

ü диапазон допускаемых коммутируемых постоянных напряжений (0,05…220) В;

ü диапазон допускаемых коммутируемых переменных токов — (5´10 ⁶…5) А;

ü диапазон допускаемых коммутируемых переменных напряжений — (0,05…220) В;

ü максимальное число коммутации в пределах 10 ³…5´10 ⁶.

Приведенные в таблицах цифры максимального числа коммутаций для соответствующих диапазонов коммутируемых токов и напряжении реле относятся к случаю использования резистивной нагрузки в коммутируемой цепи. Но коммутируемая цепь может содержать и индуктивную нагрузку, например обмотку аналогичного или другого реле. Существенно то, что условия работы реле, главным образом контактов при такой нагрузке ухудшаются. Электрическая эрозия контактов при индуктивной нагрузке значительно больше, чем при резистивной, особенно сильно сказывается это явление при больших токах и напряжениях. В связи с этим для одинаковых значений диапазонов коммутируемых токов и напряжений при индуктивной нагрузке максимальное число коммутаций значительно (в несколько и даже в десятки раз) меньше чем при резистивной нагрузке.

Изменение условий эксплуатации реле приводит к изменению их коммутационных способностей. В частности, с ростом температуры максимальное число коммутаций уменьшается. При максимальной температуре окружающей среды максимальное число коммутации уменьшается в несколько раз по сравнению с нормальной температурой. В таблицах максимальное число коммутации указано для температуры окружающей среды +20°С.

В таблицах справочника приводится время непрерывной работы реле под нагрузкой. Указанный параметр определяет продолжительность работы реле при включенной обмотке. Для реле постоянного тока время непрерывного нахождения обмотки под нагрузкой составляет порядка нескольких сотен часов. Для поляризованных реле типа РПС18 и РПС58 этот параметр равен 500 ч. Что же касается остальных поляризованных реле, используемых как реле переключатели (ранее называемых дистанционными переключателями), то непрерывное время нахождения обмоток этих реле под нагрузкой не превышает нескольких десятков секунд. Столь резкое отличие объясняется следующим. Реле постоянного тока остается во включенном состоянии до тех пор, пока через его обмотку протекает ток. Реле-переключатель включается про­пусканием через обмотку включения тока на время не менее времени срабатывания, после этого оно остается включен­ным независимо от наличия тока в обмотке включения. Для повышения экономичности реле-переключателей после их включения отключают напряжение с обмотки включения.

Отклонение параметров окружающей среды от номиналь­ных значений существенно влияет на время непрерывного нахождения обмотки под нагрузкой. С ростом температуры и уменьшением атмосферного давления время непрерывного нахождения обмотки под нагрузкой должно быть меньше. В справочных таблицах «Основные коммутационные парамет­ры реле» время непрерывной работы обмотки под током указывается для нормального атмосферного давления и мак­симальной температуры. Время непрерывного нахождения обмотки под нагрузкой для низких атмосферных давлений в справочнике не приводится.

При выборе реле по времени непрерывной работы об­мотки под нагрузкой руководствуются условиями работы реле в конкретной аппаратуре.

Непрерывное нахождение обмотки реле под нагрузкой в течение длительного времени (несколько часов) не является характерным. Для коммутации цепей, которые остаются вклю­ченными длительное время, более экономичными являются другие коммутационные устройства, в частности механиче­ские включатели и переключатели. Более вероятным режи­мом работы реле является повторно-кратковременный ре­жим, при котором реле короткое время находится во вклю­ченном состоянии и длительное время в выключенном. Оче­видно, что продолжительность работы реле в повторно-кратковременном режиме больше, чем в непрерывном режиме. Из изложенного следует, что если реле выбрано таким обра­зом, что время постоянного включения его меньше времени непрерывной работы, взятого из справочника, то при повтор­но-кратковременном режиме условия работы будут более легкими.

Для большинства реле постоянного тока время непре­рывного нахождения обмотки под нагрузкой при максималь­ной температуре составляет порядка 100 ч. Этого времени вполне достаточно, если учесть то, что непрерывное вклю­чение реле, а значит и аппаратуры, в которой оно установле­но, в течение 4 суток мало вероятно.

Что же касается общей продолжительности работы реле (срока службы), то она определяется максимальным числом и частотой коммутаций. Срок службы реле может колебаться в широких пределах. Например, при частоте коммутаций один раз в минуту общее число часов работы реле при максимальном числе коммутаций 10⁶ составит 10 ⁶ минут, или порядка 16,6 тыс. ч, а при числе коммутаций один раз в секунду это время будет в 60 раз меньше — 277 ч.

Для реле-переключателей режим работы обмоток под на­грузкой имеет существенные особенности. Во-первых, обмотки под током находятся попеременно. Во-вторых, продолжитель­ность нахождения каждой обмотки под нагрузкой мала. И наконец, как после включения реле, так и после его выклю­чения обмотки реле обесточены. Учитывая изложенное, для реле-переключателей время непрерывного нахождения обмо­ток под нагрузкой указывают при определенной скваж­ности. Под скважностью понимают отношение времени на­хождения обмотки под нагрузкой и следующего за ним време­ни обесточенного состояния (продолжительности периода) ко времени включения. Очевидно, что чем больше скваж­ность, тем условия работы реле-переключателя легче и время непрерывного нахождения обмоток под нагрузкой может быть увеличено.

Для приведенных в справочнике реле-переключателей вре­мя непрерывного нахождения обмоток под током колеблется в широких пределах: от 0,05 до 60 секунд. Это время во всех случаях и условиях работы должно быть больше времени включения (выключения) реле. При очень малых допустимых величинах времени непрерывного нахождения обмоток под на­грузкой (десятки — сотни миллисекунд) обычно включение производят импульсами напряжения, получаемыми электрон­ными генераторами. При больших допустимых величинах времени непрерывного нахождения обмоток под нагрузкой допустимо включение реле механическими коммутационными устройствами.

В таблицах «Основные эксплуатационные и конструктив­ные параметры реле» приводятся четыре параметра.

Диапазон окружающей температуры указывает тот интер­вал температур, в пределах которого основные электриче­ские и коммутационные параметры сохраняют свои значения с учетом допусков. Для большинства реле диапазон окружающей температуры, внутри которого нормально функцио­нируют реле, составляет порядка —60...+(80...100)°С. Для отдельных экземпляров реле нижняя температура ограниче­на значением +1 °С, некоторые экземпляры допускают мак­симальную температуру +125°С.

Очевидно, что за пределами указанного в справочнике диапазона температур эксплуатация реле недопустима.

Использование реле вне пределов диапазона атмосфер­ного давления также должно быть исключено. Все реле, при­веденные в справочнике, нормально функционируют при нор­мальном атмосферном давлении в 10⁵ Па. Для большинства реле возможна работа их при очень низких давлениях (по­рядка 10 ^{- 4}...10 ^{- 6} Па), некоторые реле, особенно герконовые, выдерживают давление, в 2...3 раза превышающее нормальное атмосферное. Как уже указывалось, если реле эксплуатируется в условиях низкого давления, то допустимое время непрерывного нахождения обмотки под током резко сокра­щается.

Габаритные размеры реле указаны с учетом длины вы­водов. У некоторых типов реле имеются разные способы крепления, в справочных таблицах модификации реле по этому признаку обозначаются буквами А и Б. Габаритные раз­меры, расположение выводов и их нумерация приводятся на рисунках. Как уже указывалось, в справочнике приведены параметры только тех реле, любой габаритный размер кото­рых не превышает 50 мм.

Масса реле, приведенных в справочнике, колеблется от 2 до 100 г.

Все реле нормально функционируют при относительной влажности, не превышающей 98 % при температуре +35°С.

В справочнике приведена значительная, наиболее важная часть параметров реле из технических условий, удовлетво­ряющих требованиям ГОСТ 16121—79. Ряд параметров, не имеющих существенного значения для практики, не приво­дятся из-за ограниченного объема справочника. К таким па­раметрам относятся вибропрочность и виброустойчивость, ударная прочность и ударная устойчивость, сроки хранения в различных условиях, сопротивление изоляции и другие. При необходимости сведения по указанным параметрам мож­но получить в [4].

 

 

Реле постоянного тока

Реле постоянного тока представлены следующим набо­ром: РЭС6, РЭС9, РЭС10, РЭС15, РЭС22, РЭС32, РЭС34, РЭС47, РЭС48, РЭС49, РЭС53, РЭС54, РЭС59, РЭС60, РЭС79, РЭС80. Общее число типономиналов всех реле — 210. Все реле постоянного тока являются одностабильными, двухпозиционными. Реле РЭС49 может коммутировать цепи только постоянного тока, остальные реле могут коммути­ровать цепи как постоянного, так и переменного тока. Макси­мальная частота коммутируемого переменного напряжения для различных реле различная и колеблется в пределах от 400 Гц до 10 кГц. Минимальное время срабатывания составляет 3 мс. Четыре переключающих контакта имеют реле РЭС22, РЭС32, РЭС53, остальные реле имеют один или два.

Реле постоянного тока являются простыми коммутационными устройствами. Они могут применяться в качестве максимальных, минимальных и пусковых реле.