Лекции / поясне~1

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 "С и атмосферном давлении 10^s 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, 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: R = (Е_п — U_раб)/I_раб = (Е_п — U_раб)R_обм/U_раб.

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: Р_обм= U²_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, Mг — 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 число коммутаций. Указанные три параметра характеризуют коммутационные способности реле.

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

При одинаковом значении тока максимальное число 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 (РФ4.623.023-00...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 5х10^-5... 2х10^-1 А и допускаемом коммутируемом постоянном на­пряжении 0,5...30 В. Остальные 4 экземпляра реле РЭС22 имеют спои 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 еле дующему.

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, напряжений и числе коммутаций:

• диапазон допускаемых коммутируемых постоянных токов (5х10^-6...6) А;

• диапазон допускаемых коммутируемых постоянных напря­жений (0,05...220) В;

• диапазон допускаемых коммутируемых переменных то­ков — ((5х10^-6...5) А;

• диапазон допускаемых коммутируемых переменных напря­жений — (0,05...220) В;

• максимальное число коммутаций в пределах 10³... 5х 10⁶.

Приведенные в таблицах цифры максимального числа коммутаций для соответствующих диапазонов коммутируемых токов и напряжений 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 десятая 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 коммутаций уменьшается в несколько раз по сравнению с нормальной температурой. В таблицах макси­мальное число коммутаций указано для температуры окру­жающей среды 4-20°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 н 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 10⁶ 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.