3.6.8. Бесконтактное промежуточное реле

Схемы на рис. 3.54 широко используются в качестве коммутирующих устройств цепей управления исполнительных аппаратов (пускатели, контакторы, электромагниты, муфты). Примером могут служить устройства выходные бесконтактные типа УВБ-11, которые предназначены для усиления выходных командных сигналов логических устройств и коммутации цепей нагрузки переменного и постоянного тока. Они рассчитаны на коммутацию цепей переменного тока до 6 А и напряжением до 380 В, цепей постоянного тока до 4 А и 220 В.

На рис. 3.37 приведена схема усилителя УВБ-11-19-3721, предназначенная для коммутации цепей переменного тока.

Рис. 3.37. Усилитель УВБ-11-19-3721:

а) условное обозначение;

б) функциональная схема

В качестве коммутирующего элемента используется симистор VS типа ТС2-25, зашунтированный варистором R для защиты от перенапряжений. Включение симистора осуществляется соединением его управляющего электрода с одним из силовых выводов с помощью контакта герконового реле К.

Реле осуществляет, кроме того, гальваническую развязку входной и выходной цепей. Выключение симистора при разомкнутом контакте происходит самопроизвольно при первом переходе тока нагрузки через нуль. Для того чтобы схема управлялась логическими сигналами от других элементов, предусмотрен согласующий каскад на ИС типа К511ЛИ1, выход которого подключен к обмотке герконового реле К.

3.6.9. Твердотельное реле

Твердотельное реле (ТТР) – это современное полупроводниковое устройство, которое предназначено для бесконтактной коммутации силовых цепей исполнительных механизмов, преимущественно нагревательных элементов (ТЭН), осветительных приборов и маломощных электродвигателей.

Твердотельные реле предназначены для использования в цепях постоянного и переменного тока в системах автоматического регулирования приводов электродвигателей, цепях автоматического управления и регулирования.

Основными областями применения являются системы промышленного нагрева, температурного контроля, промышленного и общественного освещения, управления электродвигателями и трансформаторами, непрерывного электропитания.

К преимуществам твердотельных реле относятся:

• длительный срок службы (более 1 млрд. срабатываний) и высокое быстродействие;

• отсутствие электромагнитных помех в момент подключения;

• отсутствие дребезга контактов и акустического шума;

• отсутствие дугового разряда при размыкании (применение во взрывоопасной среде);

• высокое сопротивление изоляции между входом и выходом;

• малое энергопотребление;

• герметичность конструкции, стойкость к ударам и вибрации.

Твердотельные реле заменяют контактные электромагнитные реле и во многом их превосходят.

3.6.10. Схемы гашения искры на контактах реле

Контакты реле коммутируют небольшие токи, поэтому просты в конструктивном отношении. Типичные разновидности контактов показаны на рис. 3.38, где а – точечный; б) – плоскостной; в) – линейный, г) – ртутный.

Рис. 3.38. Разновидности контактов

В реле широко применяются пластинчатые пружинящие контактные группы (рис. 3.38,а), когда контактные накладки 3 устанавливаются на токоведущих пластинчатых пружинах 2, изготовляемых, например, из фосфористой бронзы. Стальная пружина 1 создает предварительную деформацию верхней пластины 2, так что непосредственно в момент касания создается необходимая сила нажатия, уменьшающая вибрацию контактов и предотвращающая их сваривание. Замыкание контактов осуществляется при перемещении вверх упора 4 приводной системой реле.

Чтобы исключить вредное влияние атмосферных условий на контакты реле, их помещают в герметизированный объем, например, герконы. Аналогичные условия создаются в ртутных контактах (рис. 3.38,г). Токоведущие выводы 3 впаяны в стеклянный баллон 1. Поворот баллона вызывает перетекание ртути 2 и замыкание (размыкание) контактов.

Одним из основных факторов, определяющих надежную работу контактов в замкнутом состоянии, является сила нажатия в контактах. От нее зависит переходное сопротивление и температура нагрева контактной площадки. Независимо от тока сила нажатия для серебряных контактов должна быть не менее 0.2 Н, медных – 3 Н. Удельное контактное нажатие обычно измеряется десятыми долями ньютона на метр.

Расстояние между контактами должно быть таким, чтобы изоляционный промежуток между ними выдерживал возможные перенапряжения, которые в низковольтных цепях могут в десятки раз превышать номинальное напряжение.

Для контактов на токи от долей ампера до нескольких ампер применяются схемные методы уменьшения эрозии. Почти вся электромагнитная энергия, накопленная в цепи, при отключении контактов выделяется в дуге. Чем меньше эта энергия, тем меньше эрозия контактов.

В схеме рис. 3.39 нагрузка R_н, L_н шунтирована резистором R_ш. Пусть отключение произошло мгновенно и ток в нагрузке I_н не изменился после отключения. Тогда этот ток протекает через резистор R_ш и вся электромагнитная энергия LI²_н/2 переходит в тепловую, выделяемую в сопротивлении нагрузки R_н и резисторе R_ш.

Рис. 3.39. Схема с использованием шунтирующего резистора

В зависимости от сопротивления резистора R_ш разряд между контактами может быть тлеющим или дуговым.

Наличие резистора R_ш увеличивает токовую нагрузку контактов, что является недостатком схемы. От этого недостатка свободна схема на рис. 3.40.

Рис. 3.40. Схема с использованием шунтирующего диода

В этой схеме контакты нагружаются только током U/R_н и обратным током диода VD. При включении цепи через диод VD протекает только небольшой обратный ток. При отключении поток в магнитной цепи нагрузки начинает спадать и на ней появляется ЭДС самоиндукции с полярностью, обозначенной на рис. 3.40 в скобках. Для этой полярности диод VD открыт и закорачивает нагрузку. Вся электромагнитная энергия нагрузки выделяется в сопротивлении R_н и прямом сопротивлении диода. На рис. 3.41 показана схема защиты полупроводникового транзистора, включающего электромагнитное реле.

Рис. 3.41. Защита полупроводникового транзистора

Широко распространены варианты схемы снижения перенапряжения, показанной на рис. 3.42, на которой контакт шунтирован цепочкой R_шС. Положим вначале, что R_ш = 0. Наличие конденсатора С уменьшает ток, текущий через контактный промежуток. Ток в конденсаторе i_c=Cdu/dt, где u – напряжение на контакте. Наличие конденсатора также снижает скорость нарастания напряжения на контактах. Все это облегчает процесс отключения.

Рис. 3.42. Схема защиты с RC–цепочкой

Однако, при замыкании цепи возможна сильная эрозия за счет энергии разряда конденсатора. Для ограничения тока разряда служит резистор R_ш. Обычно выбирается емкость от 0,1 до 10 мкФ и сопротивление от 5 до 100 Ом. Выбор параметров цепочки производится с помощью номограммы, приведенной, например, в [18].