Защита контактов реле от искрения

PVA33: быстродействующее реле
для коммутации сигналов

Реле переменного тока серии PVA33 — однополюсное, нормально разомкнутое. Предназначено для общих целей коммутации аналоговых сигналов.

Принцип действия устройства — следующий (рис. 1). Напряжение, подаваемое на вход реле, вызывает протекание тока через арсенидо-галлиевый светодиод (GaAlAs), что приводит к интенсивному свечению последнего. Световой поток попадает на интегральный фотогальванический генератор (ФГГ), который создает разницу потенциалов между затвором и истоком выходного ключа, тем самым переводя последний в проводящее состояние. В качестве силовых выходных ключей применены силовые МОП-транзисторы (HEXFET — запатентованная IR технология). Таким образом достигается полная гальваническая изоляция входных цепей от выходных.

Рис. 1. Структурная схема PVA33

Преимущества подобного решения по сравнению с обычными электромеханическими и герконовыми реле состоит в значительном повышении срока службы и быстродействия, уменьшении потерь мощности, минимизации размеров. Эти преимущества позволяют повысить качество разрабатываемой продукции для различных применений, например, в области мультиплексирования сигналов, автоматического испытательного оборудования, систем сбора данных и других.

Уровень напряжений, который способен коммутировать реле этой серии, лежит в диапазоне от 0 до 300 В (амплитудное значение) как переменного, так и постоянного тока. При этом минимальный уровень определяется (при постоянном токе) сопротивлением канала выходных транзисторов, которое составляет в среднем около 1 Ом (максимально до 20 Ом).

Динамические характеристики устройства определяются временем включения-выключения, составляющим порядка 100 мкс. Таким образом, гарантированная частота переключений реле может достигать 500 Гц и более.

Максимальная частота коммутируемого сигнала зависит в основном от частотных характеристик применяемых транзисторов и для МОП-ключей достигает сотен килогерц. Реле поставляются в 8-выводных DIP-корпусах и доступны в двух вариантах: для монтажа в отверстия и для поверхностного монтажа.

PVT312: телекоммуникационное реле
общего назначения

Фотоэлектрическое реле PVT312, однополюсное, нормально разомкнутое, может быть использовано как на постоянном, так и на переменном токе.

Это твердотельное реле специально разработано для применения в телекоммуникационных системах. Реле серии PVT312L (с суффиксом «L») используют активную схему ограничения тока, что позволяет им выдерживать всплески токов переходных процессов. PVT312 выпускается в 6-контактном DIP-корпусе.

Применение: телекоммуникационные ключи, пусковые механизмы, общие схемы переключения.

Схемы подключения могут быть трех типов (рис. 2). В первом случае два ключа микросхемы подключаются последовательно. Это позволяет за счет симметрии получившийся схемы коммутировать переменное напряжение. Такая схема называется включением типа «А». Тип «В» отличается тем, что используется только один из двух ключей микросхемы. Это позволяет коммутировать больший, однако, уже только постоянный ток. В третьем варианте (тип «С») ключи подключаются параллельно, тем самым увеличивая максимально возможное значение тока.

Рис. 2. Возможные схемы подключения PVT312

PVI: фотоизолятор для внешних
ключей большой мощности

Приборы этой серии не являются реле в собственном смысле слова. То есть не способны коммутировать потоки большой энергии с помощью малой. Они лишь обеспечивают гальваническую развязку входа от выхода, откуда и их название — фотоэлектрический изолятор (рис. 5).

Рис. 5. Разводка выводов фотоизолятора PVI

Зачем же нужно такое «недореле»? Дело в том, что приборы серии PVI вырабатывают при получении входного сигнала электрически изолированное постоянное напряжение, которое достаточно для непосредственного управления затворами мощных MOSFET и IGBT. Фактически это оптореле, но без выходного ключа, в качестве которого разработчик может использовать подходящий для него по мощности отдельный транзистор.

PVI идеально подходят для применений, требующих высокотокового и/или высоковольтного переключения с оптической изоляцией между схемой управления и мощными схемами нагрузки.

К тому же изолятор серии PVI1050N содержит в себе два одновременно управляемых выхода, что дает возможность подключать их последовательно или параллельно для обеспечения более высокого значения тока управления (МОП) или более высокого значения напряжения управления (БТИЗ). Таким образом фактически можно получить выходной сигнал 10 В/5 мкА при последовательном включении и 5 В/10 мкА — при параллельном.

Два выхода PVI1050N могут применяться и по отдельности, при условии что разность потенциалов между выходами не превышает 1200 В (пост.) Изоляция вход-выход составляет 2500 В (действ.).

Приборы данной серии выпускаются в 8-выводных DIP-корпусах и находят применение в организации управления мощными нагрузками, преобразователях напряжения и т.п.

PVR13: двойное быстродействующее реле

Главной особенностью данной серии является наличие двух независимых реле в одном корпусе (рис. 6), каждое из которых может быть включено по типу «А», «В», или «С» (объяснение типов см. выше в описании PVT312). Максимальное напряжение коммутации 100 В (пост./перем.), ток 300 мА. В остальном данное реле по области применения и характеристикам близко к PVA33 и предназначено также для коммутации аналоговых сигналов средней частоты (до сотен килогерц).

Рис. 6. Принципиальная схема реле (в одном корпусе PVR13 два таких реле)

Выпускаются в 16-контактных DIP-корпусах с выводами для монтажа в отверстия.

Основные характеристики оптоэлектронных реле IR представлены в таблице 1.

Таблица 1. Параметры оптоэлектронных реле компании IR

Характеристики PVA33 PVT312 PVG612N PVDZ172N PVX6012
Входные характеристики
Минимальный ток управления, мА 1…2 2 10 10 5
Макс. ток управления для нахождения в закрытом состоянии, мА 0,01 0,4 0,4 0,4 0,4
Диапазон управляющего тока (необходимо ограничение тока!), мА 5…25 2…25 5…25 5…25 5…25
Максимальное обратное напряжение, В 6 6 6 6 6
Выходные характеристики
Рабочий диапазон напряжения, В 0…300 0…250 0…60 0…60 (пост.) 280 (пер.)/400 (пост.)
Максимальный длительный ток нагрузки при 40°С, А 0,15 1,5 1
А соед. (пост или перем) 0,19 1
В соед. (пост.) 0,21 1,5
С соед. (пост.) 0,32 2
Максимальный импульсный ток, А 2,4 4 не повтор. 5 А (1 сек)
Сопротивление в открытом состоянии, не более, Ом 24 0,25
А соед. 10 0,5
В соед. 5,5 0,25
С соед. 3 0,15
Сопротивление в закрытом состоянии, не менее, МОм 10000 100 100
Время включения, не более. мс 0,1 3 2 2 7
Время выключения, не более, мс 0,11 0,5 0,5 0,5 1
Выходная емкость, не более, пФ 6 50 130 150 50
Скорость нарастания напряжения, не менее, В/мкс 1000
Прочее
Электрическая прочность изоляции «вход-выход», В (СКВ) 4000 4000 4000 4000 3750
Сопротивление изоляции, вход-выход, 90 В пост.напр., Ом 1012 1012 1012 1012 1012
Емкость «вход-выход», пФ 1 1 1 1 1
Максимальная температура пайки контактов, °С 260 260 260 260 260
Рабочая температура, °С -40…85 -40…85 -40…85 -40…85 -40…85
Температура хранения,°С -40…100 -40…100 -40…100 -40…100 -40…100

Применение оптоэлектронных реле IR

Системы управления. В интерфейсах АСУ одной из актуальных проблем является организация связи между управляющей и коммутируемой цепью с обеспечением надежной гальванической развязки. То есть необходимо организовать передачу информации (например, сигнала исполнительному устройству) без электрического контакта. Одними из первых устройств подобного рода были электромеханические реле, в которых информация передавалась посредством магнитного поля. Однако наличие механических частей приводило к искрению контактов и низкому быстродействию таких систем.

Применение передачи сигнала через световой поток (оптоэлектронные реле) в интерфейсах АСУ (рис. 7) по сравнению с электромеханическими коммутаторами обеспечивает более высокие показатели по надежности, скорости переключения, долговечности, лучшие массогабаритные показатели; а преимущество в сравнении с электронными коммутаторами — отсутствие общей точки и взаимного влияния цепей при коммутации.

Рис. 7. Схема включения оптореле в систему сопряжения цифровых схем и исполнительных устройств

Наличие в системе управления гальванической развязки является одним из важных свойств коммутатора, т.к. позволяет создавать отдельные потоки управления, что, в свою очередь, дает возможность обеспечивать электрическую независимость информационной и исполнительной зон системы. Оптическая гальваническая развязка изолирует микроэлектронную управляющую аппаратуру от сильноточных и высоковольтных цепей периферийных исполняющих устройств, что приводит к повышению помехоустойчивости, срока службы и снижению цены такой аппаратуры.

Сбор данных, измерительное оборудование. Задачи сбора данных обычно связаны с подключением измерительных или контрольных устройств к различным каналам данных. Переключение с помощью электромеханических реле достаточно эффективно с точки зрения минимального влияния паразитных параметров на сигнал при прохождении его через реле (особенно в случае амплитудно-модулированных сигналов). Однако, такое решение сопряжено с рядом вышеописанных недостатков (в частности, низкое быстродействие системы и наличие дребезга контактов). Использование оптоэлектронных реле в этом случае (рис. 8) может быть хорошим решением, обеспечивающим малый уровень паразитного влияния на измерительный сигнал и лишенным минусов механической коммутации.

Рис. 8. Схема включения оптореле в систему измерительного оборудования

Еще одной необходимой функцией в измерительном оборудовании является переключение режимов работы (диапазона измерений, коэффициента усиления, вида соединения и проч.), которое ранее выполнялось механически. Например, для измерения напряжения вольтметр подключается к цепи параллельно, в то время как для измерения тока необходимо последовательное соединение измерительного оборудования с цепью. В некоторых приборах для реализации такого переключения необходимо было использовать другой вход, механически переключив измерительную линию. Это довольно неудобно в случае частой смены измеряемого параметра, поэтому применение оптоэлектронных реле может эффективно решить данную проблему, значительно увеличив удобство пользования прибором.

С другой стороны, в системах сбора данных необходимость использования оптореле часто обусловлена большой вероятностью повреждения чувствительных входных цепей измерительной аппаратуры (аналогово-цифровых и частотных преобразователей). Такой нежелательный эффект может возникать, например, в связи с большой длиной проводников от первичного преобразователя до измерительного элемента, что способствует наведению электростатических помех. Кроме того, существенное влияние могут оказать как переходные процессы во время включения/выключения аппаратуры, так и ошибки в ее использовании, например, присутствие входного сигнала большой амплитуды при пропадании напряжения питания.

Все эти факторы приводят к необходимости использования гальванической развязки. Как пример можно привести реле серии PVT312L со встроенной активной схемой подавления пульсации токов, которая может быть эффективно использована в устройствах, сопряженных с длинными проводниками или работающих в сложных электромагнитных условиях (проводные системы экологического мониторинга предприятий, индустриальные измерительные преобразователи).

Телекоммуникации. Применение оптореле в области связи также является перспективным направлением. Есть несколько уникальных функций, для реализации которых можно эффективно использовать преимущества оптореле. Сюда относятся гальваническая развязка между модемом и телефонной линей для предотвращения повреждений, связанных с электростатическими (в т.ч. грозовыми) разрядами; реализации специфических функций телефонного оборудования (импульсный и тоновый набор, подключение и определение состояния линии) и т.п.

В последние годы наблюдается тенденция к постоянному росту спроса на оптоэлектронные реле компании IR. Главными потребителями твердотельных реле являются промышленные гиганты нашей страны — приборостроительные и транспортные предприятия, крупные государственные корпорации Ростелеком, Росатом, РЖД. Производители ценят удобство и высокие технические характеристики реле компании IR для индустриального применения.

С другой стороны, постоянно растут требования к надежности радиоэлектронной аппаратуры со стороны военной и авиакосмической промышленности. Вопрос очень актуальный, который требует конкретных технических решений, которые позволят понизить отказы техники в процессе эксплуатации. Ни у кого из специалистов не вызывает сомнения, что твердотельные реле способны повысить надежность аппаратуры специального назначения.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка — e-mail: relay.vesti@compel.ru

Наши информационные каналы

Рубрика: статья

О компании Int. Rectifier

Устройство и примеры применения реле, как выбрать и правильно подключить реле

Коммутация – это включение или выключение электроприбора в сеть. Для этого используют разъединители, выключатели, автоматические выключатели, реле, контакторы, пускатели. Последние три (реле, контактор и магнитный пускатель) подобны по своему строению, но предназначены для разных мощностей нагрузки. Это электромеханические коммутационные устройства. У новичков часто возникают вопросы типа:

  • «Для чего у реле столько контактов?»;

  • «Как заменить реле, если нет подобного по расположению выводов?»;

  • «Как подобрать реле?».

Я постараюсь ответить на все эти вопросы в статье.

Для чего нужно реле?

Чтобы включить нагрузку нужно подать на её выводы напряжение, оно может быть постоянным и переменны, с разным количеством фаз и полюсов.

Напряжение можно подать несколькими способами:

  • Разъёмное соединение (вставить вилку в розетку или штекер в гнездо);

  • Разъединителем (как вы включаете свет в комнате, например);

  • Через реле, контактор, пускатель или полупроводниковый коммутационный прибор.

Первые два способа ограничены как по максимальной коммутационной мощности, так и по расположению точки подключения. Это удобно, если свет или прибор вы включаете выключателем или автоматом при этом и они расположены рядом друг с другом.

Для примера, приведу ситуацию, например водонагревательный бак (бойлер) – это достаточно мощная нагрузка (1 – 3 и более кВт). Ввод электроэнергии в коридоре, и там же на электрощите у вас расположен автомат включения бойлера, тогда вам нужно протянуть кабель сечением 2.5 кв. мм. На 3-5 метров. А если вам нужно включить такую нагрузку на большом расстоянии?

Для удаленного управления можно использовать такой же разъединитель, но чем больше расстояние – тем большим получится сопротивление кабеля, значит, нужно будет использовать кабеля с большим сечением, а это дорого. Да и если кабель оборвется – непосредственно на месте включить прибор уже не получится.

Для этого можно использовать реле, которое установлено непосредственно возле нагрузки, а включать его удаленно. Для этого не нужен толстый кабель, ведь сигнал управления обычно от единиц до десятков ватт, при этом может включаться нагрузка в несколько киловатт.

Выключатели и разъединители – нужны для ручного включения нагрузки, для того, чтобы управлять ею автоматически, нужно использовать реле или полупроводниковые приборы.

Сферы применения реле:

  • Схемы защиты электроустановок. Для автоматического ввода энергии защиты от низких и высоких напряжений, Реле тока – для срабатывания токовых защит, разрешения пуска электрических машин и пр.;

  • Автоматика;

  • КИПиА;

  • Системы охраны;

  • Для удаленного включения.

Как работает реле?

Электромагнитное реле состоит из катушки, якоря и набора контактов. Набор контактов может быть разным, например:

  • Реле с одной парой контактов;

  • С двумя парами контактов (нормально-замкнутые – NC, и нормально-разомкнутые – NO);

  • С несколькими группами (для управления нагрузкой в независимых друг от друга цепях).

Катушка может быть рассчитана на разную величину постоянного и переменного тока, вы можете подобрать под свою схему, чтобы не использовать дополнительный источник для управления катушки. Контакты могут коммутировать как постоянный, так и переменный ток, величина тока и напряжения обычно указана на крышке реле.

Мощность нагрузки зависит от коммутационной способности аппарата обусловленного его конструкцией, на мощных электромагнитных коммутационных устройствах присутствует дугогасительная камера, для управления мощной резистивной и индуктивной нагрузкой, например электродвигателем.

Работа реле основана на работе магнитного поля. Когда на катушку подаётся ток, то силовые линии магнитного поля пронизывают её сердечник. Якорь изготовлен из материала, который магнитится и он притягивается к сердечнику катушки. На якоре может быть размещена контактная медная пластика и гибкая подводка (провод), тогда якорь находится под напряжением и по медным шинам подаётся напряжение на неподвижный контакт.

Напряжение подключается к катушке, магнитное поле притягивает якорь, он замыкает или размыкает контакты. Когда напряжение пропадает – якорь возвращается в нормальное состояние возвратной пружиной.

Могут быть и другие конструкции, например, когда якорь толкает подвижный контакт, и он переключается от нормального состояния к активному, это изображено на картинке ниже.

Итог: Реле позволяет малым током через катушку управлять большим током через контакты. Величина управляющего и коммутируемого (через контакты) напряжения может быть разная и не зависит друг от друга. Таким образом мы получаем гальванически развязанное управление нагрузкой. Это даёт существенное преимущество перед полупроводниками. Дело в том, что сам по себе транзистор или тиристор он не развязан гальванически, даже более того непосредственно связан.

Токи базы это часть тока коммутируемой через эмиттер-коллектор цепи, в тиристоре, в принципе, ситуация подобна. Если PN-переход повреждается – напряжение включаемой цепи может попасть на цепь управления, если это кнопка – ничего страшного, а если это микросхема или микроконтроллер – они, скорее всего, тоже выйдут из строя, поэтому реализуется дополнительная гальваническая развязка через оптопару или трансформатор. А чем больше деталей – тем меньше надежность.

Преимущества реле:

  • простота конструкции;

  • ремонтопригодность. вы можете провести ревизию большинства реле, например, подчистить контакты от нагара и оно заново заработает, а при определенной сноровке можно заменить катушку или подпаять её выводы если они оторвались от выходящих контактов;

  • полная гальваническая развязка силовой цепи и цепи управления;

  • низкое переходное сопротивление контактов.

Чем ниже сопротивление контактов, тем меньше теряется напряжения на них и меньше нагрев. Электронные реле выделяют тепло, чуть ниже я бегло расскажу о них.

Недостатки реле:

  • из-за того, что конструкция по сути механическая – ограниченное число срабатываний. Хотя для современных реле оно доходит до миллионов срабатываний. Так что сомнительный момент недостаток.

  • скорость срабатывания. Электромагнитное реле срабатывает за доли секунды, в то время как полупроводниковые ключи могут переключаться миллионы раз в секунду. Поэтому нужно подходить с умом к выбору коммутационной аппаратуры.

  • при отклонениях от управляющего напряжения может быть дребезжание реле, т.е. состояние, когда ток через катушку мал, для нормального удержания якоря, и оно «жужжит» открываясь и закрываясь с большой скоростью. Это чревато скорым выходом его из строя. Отсюда вытекает следующее правило – для управления реле аналоговый сигнал должен подаваться через пороговые устройства, типа триггера Шмидта, компаратора, микроконтроллера и т.д.;

  • Щелкает при срабатывании.

Характеристики реле

Чтобы правильно подобрать реле нужно учесть ряд параметров, который описывает его особенности:

1. Напряжение срабатывания катушки. 12 В реле не будет устойчиво работать или не включится совсем если вы на его катушку подадите 5 В.

2. Ток через катушку.

3. Количество контактных групп. Реле может быть 1-канальным, т.е. содержать 1 коммутационную пару. А может и 3-канальным, что позволит подключать 4 полюса к нагрузке (например, три фазы 380В)

4. Максимальный ток через контакты;

5. Максимальное коммутируемое напряжение. У одного и того же реле оно различное для постоянного и переменного токов, например 220 В переменного и 30 В постоянного. Это связано с особенностями дугообразования при коммутации разных электроцепей.

6. Способ монтажа – клеммные колодки, вывод для клемм, пайка в плату или установка на DIN-рейку.

Электронные реле

Обычное электромагнитное реле при срабатывании щелкает, что может мешать вам при использовании таких приборов в бытовых помещениях. Электронное реле, или как его еще называют твердотельное реле, лишено этого недостатка, но оно выделяет тепло, т.к. в качестве ключа используется транзистор (для реле постоянного тока) или симистор (для реле переменного тока). Кроме полупроводникового ключа в электронном реле установлена обвязка для обеспечения возможности управления ключом нужным управляющим напряжением.

Такое реле для управления использует постоянное напряжение от 3 до 32, а коммутирует переменное от 24 до 380 В с током до 10 А.

Преимущества:

  • малое потребление управляющего тока;

  • отсутствия шума при переключении;

  • больший ресурс (миллиард и больше срабатываний, а это в тысячу раз больше чем у электромагнитного).

Недостатки:

  • греется;

  • может сгореть от перегрева;

  • дороже стоит;

  • если сгорит – отремонтировать не получится.

Как подключить реле?

На картинке ниже хорошо изображена схема подключения реле к сети и нагрузке. На один из силовых контактов подключают фазу, на второй нагрузку, а ноль на второй вывод нагрузки.

Так собирается силовая часть. Цепь управления собирается так: источник питания, например аккумулятор или блок питания, если реле управляемое постоянным током, через кнопку подключается к катушке. Для управления реле переменного тока схема аналогична, на катушку подается переменное напряжение нужной величины.

Здесь очевидно, что напряжение управления никак не зависит от напряжения в нагрузке, тоже и с токами. Ниже вы видите схему управления активаторами центрального замка автомобиля с двухполярым управлением.

Задача следующая, чтобы активатор совершил движение вперед нужно подключить плюс и минус к его соленоиду, чтобы сдвинуть его назад – полярность нужно сменить. Это сделано с помощью двух реле с 5-ю контактами (нормально-замкнутый и нормально-разомкнутый).

Когда напряжение подаётся на левое реле, плюс подается на нижний провод (по схеме) активатора, через нормально-замкнутые контакты правого реле верхний провод активатора подключен к отрицательному выводу (к массе).

Когда напряжение подано на катушку правого реле, а левое обесточено, полярность получается обратной: плюс через нормально-разомкнутый контакт правого реле подаётся на верхний провод. А через нормально-замкнутые контактны правого реле – нижний провод активатора соединен с массой.

Этот частный случай я привел для примера того, что с помощью реле можно не только включать напряжение на нагрузку, но и осуществлять разнообразные схемы подключения и переполюсовки.

Как подключить реле к микроконтроллеру

Чтобы управлять нагрузкой переменного тока через микроконтроллер удобно использовать реле. Но возникает небольшая проблема: ток потребления реле зачастую превышает максимальный ток через пин микроконтроллера. Чтобы её решить – нужно усилить ток.

На схеме изображено подключение реле с катушкой на 12В. Здесь транзистор VT4 обратной проводимости, он играет роль усилителя тока, резистор R нужен для ограничения тока через базу (устанавливается так, чтобы ток был не более чем максимальный ток через пин микроконтроллера).

Резистор в цепи коллектора нужен для того, чтобы задать ток катушки, подбирается по величине тока срабатывания реле, в принципе, его можно исключить. Параллельно катушке установлен обратный диод VD2 – он нужен, чтобы всплески самоиндукции не убили транзистор и выход микроконтроллера. С диодом всплески отправятся в сторону источника питания, и энергия магнитного поля прекратит свою работу.

Ардуино и реле

Для любителей Arduino есть готовые релейные шилды и отдельные модули. Чтобы обезопасить выходы микроконтроллера в зависимости от конкретного модуля может быть реализована опторазвязка управляющего сигнала, что значительно увеличит надёжность схемы.

Схема подобного модуля вот:

Мы говорили о характеристиках реле, так вот они часто указаны в маркировке на передней крышке. Обратите внимание на фото релейного модуля:

  • 10A 250VAC – значит что способно управлять нагрузкой переменного напряжения до 250В и с током до 10 А;

  • 10A 30VDC – для постоянного тока напряжение в нагрузке не должно превышать 30В.

  • SRD-05VDC-SL-C – маркировка, зависит от каждого произовдителя. В ней мы видим 05VDC – это значит, что реле сработает от напряжения в 5В на катушке.

При этом у реле есть нормально открытый контакты, всего 1 подвижный контакт. Схема подключения к ардуине изображена ниже.

Заключение

Реле это классический коммутационный прибор который используется везде: пультах управления в щитовых промышленных цехов, в автоматике, для защиты оборудования и человека, для избирательного подключения конкретной цепи, в лифтовом оборудовании.

Начинающему электрику, электронщику или радиолюбителю очень важно научиться использовать реле и составлять схемы с ними, так вы можете применять их в работе и хозяйстве, реализуя релейные алгоритмы без применения микроконтроллеров. Это хоть и увеличит габариты, но значительно улучшит надежность схемы. Ведь надежность это не только долговечность, но и безотказность и ремонтопригодность!

Алексей Бартош

Автомобильные реле: как устроены, как их выбирать и проверять

02.02.2017 67355 5 0 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

Как 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 срабатывания

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…

Коммутируемый ток

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.

Нумерация выводов

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.

Материал и тип выводов

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.

Плюс и минус питания

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.

Реле с диодом параллельно катушке

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.

Температура корпуса

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.