Как определить мощность реле

Электромагнитное реле

Устройство, обозначение и параметры реле

Для управления различными исполнительными устройствами, коммутации цепей, управления приборами в электронике активно применяется электромагнитное реле.

Устройство реле достаточно просто. Его основой является катушка, состоящая из большого количества витков изолированного провода.

Внутрь катушки устанавливается стержень из мягкого железа. В результате получается электромагнит. Также в конструкции реле присутствует якорь.Он закреплён на пружинящем контакте. Сам же пружинящий контакт закреплён на ярме. Вместе со стержнем и якорем ярмо образует магнитопровод.

Если катушку подключить к источнику тока, то образовавшееся магнитное поле намагничивает сердечник. Он в свою очередь притягивает якорь. Якорь укреплён на пружинящем контакте. Далее пружинящий контакт замыкается с другим неподвижным контактом. В зависимости от конструкции реле, якорь может по-разному механически управлять контактами.

Устройство реле.

В большинстве случаев реле монтируется в защитном корпусе. Он может быть как металлическим, так и пластмассовым. Рассмотрим устройство реле более наглядно, на примере импортного электромагнитного реле Bestar. Взглянем на то, что внутри этого реле.

Вот реле без защитного корпуса. Как видим, реле имеет катушку, стержень, пружинящий контакт, на котором закреплен якорь, а также исполнительные контакты.

На принципиальных схемах электромагнитное реле обозначается следующим образом.

Условное обозначение реле на схеме состоит как бы из двух частей. Одна часть (К1) – это условное обозначение электромагнитной катушки. Она обозначается в виде прямоугольника с двумя выводами. Вторая часть (К1.1; К1.2) – это группы контактов, которыми управляет реле. В зависимости от своей сложности реле может иметь достаточно большое количество коммутируемых контактов. Они разбиваются на группы. Как видим, на обозначении изображены две группы контактов (К1.1 и К1.2).

Как работает реле?

Принцип работы реле наглядно иллюстрирует следующая схема. Есть управляющая цепь. Это само электромагнитное реле K1, выключатель SA1 и батарея питания G1. Также есть исполнительная цепь, которым управляет реле. Исполнительная цепь состоит из нагрузки HL1 (лампа сигнальная), контактов реле K1.1 и батареи питания G2. Нагрузкой может быть, например, электрическая лампа или электродвигатель. В данном случае в качестве нагрузки используется сигнальная лампа HL1.

Как только мы замкнём управляющую цепь выключателем SA1, ток от батареи питания G1 поступит на реле K1. Реле сработает, и его контакты K1.1 замкнут исполнительную цепь. На нагрузку поступит напряжение питания от батареи G2 и лампа HL1 засветится. Если разомкнуть цепь выключателем SA1, то с реле K1 будет снято напряжение питания и контакты реле K1.1 вновь разомкнуться и лампа HL1 выключится.

Коммутируемые контакты реле могут иметь своё конструктивное исполнение. Так, например, различают нормально-разомкнутые контакты, нормально-замкнутые контакты и контакты на переключение (перекидные). Разберёмся с этим поподробнее.

Нормально разомкнутые контакты

Нормально разомкнутые контакты – это контакты реле, которые находятся в разомкнутом состоянии до тех пор, пока через катушку реле не потечёт ток. Говоря проще, когда реле выключено, контакты тоже разомкнуты. На схемах реле с нормально-разомкнутыми контактами обозначается вот так.

Нормально замкнутые контакты

Нормально замкнутые контакты – это контакты реле, находящиеся в замкнутом состоянии, пока через катушку реле не начнёт течь ток. Таким образом, получается, что при выключенном реле контакты замкнуты. Такие контакты на схемах изображают следующим образом.

Переключающиеся контакты

Переключающиеся контакты – это комбинация из нормально-замкнутых и нормально-разомкнутых контактов. У переключающихся контактов есть общий провод, который переключается с одного контакта на другой.

Современные широко распространённые реле, как правило, имеют переключающиеся контакты, но могут встречаться и реле, которые имеют в своём составе только нормально-разомкнутые контакты.

У импортных реле нормально-разомкнутые контакты реле обозначаются сокращением N.O. А нормально-замкнутые контакты N.C. Общий контакт реле имеет сокращение COM. (от слова common – «общий»).

Теперь обратимся к параметрам электромагнитных реле.

Параметры электромагнитных реле.

Как правило, размеры самих реле позволяют наносить на корпус их основные параметры. В качестве примера, рассмотрим импортное реле Bestar BS-115C. На его корпусе нанесены следующие надписи.

COIL 12VDC – это номинальное напряжение срабатывания реле (12V). Поскольку это реле постоянного тока, то указано сокращённое обозначение постоянного напряжения (сокращение DC обозначает постоянный ток/напряжение). Английское слово COIL переводится как «катушка», «соленоид». Оно указывает на то, что сокращение 12VDC имеет отношение к катушке реле.

Далее на реле указаны электрические параметры его контактов. Понятно, что мощность контактов реле может быть разная. Это зависит как от габаритных размеров контактов, так и от используемых материалов. При подключении нагрузки к контактам реле нужно знать мощность, на которую они рассчитаны. Если нагрузка потребляет мощность больше той, на которую рассчитаны контакты реле, то они будут нагреваться, искрить, «залипать». Естественно, это приведёт к скорому выходу из строя контактов реле.

Для реле, как правило, указываются параметры переменного и постоянного тока, которые способны выдержать контакты.

Так, например, контакты реле Bestar BS-115C способны коммутировать переменный ток в 12А и напряжение 120V. Эти параметры зашифрованы в надписи 12А 120VAC (сокращение AC обозначает переменный ток).

Также реле способно коммутировать постоянный ток силой 10А и напряжением 28V. Об этом свидетельствует надпись 10A 28VDC. Это были силовые характеристики реле, точнее его контактов.

Потребляемая мощность реле.

Теперь обратимся к мощности, которую потребляет реле. Как известно, мощность постоянного тока равна произведению напряжения (U) на ток (I): P=U*I. Возьмём значения номинального напряжения срабатывания (12V) и потребляемого тока (30 mA) реле Bestar BS-115C и получим его потребляемую мощность (англ. — Power consumption).

Таким образом, мощность реле Bestar BS-115C составляет 360 милливатт (mW).

Есть ещё один параметр – это чувствительность реле. По своей сути, это и есть мощность потребления реле во включённом состоянии. Понятно, что реле, которому требуется меньше мощности для срабатывания, является более чувствительным по сравнению с теми, которые потребляют большую мощность. Такой параметр, как чувствительность реле, особенно важен для устройств с автономным питанием, так как включенное реле расходует заряд батарей. К примеру, есть два реле с потребляемой мощностью 200 mW и 360 mW. Таким образом, реле мощностью 200 mW обладает большей чувствительностью, чем реле мощностью 360 mW.

Как проверить реле?

Электромагнитное реле можно проверить обычным мультиметром в режиме омметра. Так как обмотка катушки реле обладает активным сопротивлением, то его можно легко измерить. Сопротивление обмотки реле может варьироваться от нескольких десятков ом (Ω), до нескольких килоом (kΩ). Обычно самое низкое сопротивление обмотки имеют миниатюрные реле, которые рассчитаны на номинальное напряжение 3 вольта. У реле, номинальное напряжение которых составляет 48 вольт, сопротивление обмотки намного выше. Это прекрасно видно по таблице, в которой указаны параметры реле серии Bestar BS-115C.

Номинальное напряжение (V, постоянное)	Сопротивление обмотки (Ω ±10%)	Номинальный ток (mA)	Потребляемая мощность (mW)
3	25	120	360
5	70	72
6	100	60
9	225	40
12	400	30
24	1600	15
48	6400	7,5

Отметим, что потребляемая мощность всех типов реле этой серии одинакова и составляет 360 mW.

Электромагнитное реле является электромеханическим прибором. Это, наверное, является самым большим плюсом и в то же время весомым минусом.

При интенсивной эксплуатации любые механические части изнашиваются и приходят в негодность. Кроме этого, контакты мощных реле должны выдерживать огромные токи. Поэтому их покрывают сплавами драгоценных металлов, таких как платина (Pt), серебро (Ag) и золото (Au). Из-за этого качественные реле стоят довольно дорого. Если ваше реле всё-таки вышло из строя, то замену ему можно купить здесь.

К положительным качествам электромагнитных реле можно отнести устойчивость к ложным срабатываниям и электростатическим разрядам.

Источник

Допустимый ток контактов реле

В наших проектах можно встретить реле различного назначения. Начинающие проектировщики могут допустить очень грубую ошибку при проектировании схем с использованием реле. Неправильное использование реле в лучшем случае приведет лишь поломке самого реле…

А если у вас будет какой-то непрерывный технологический процесс, представляете, какой возможен ущерб?

В своих схемах я стараюсь не использовать контакты реле для коммутации силовой нагрузки. Но, если мы не превышаем допустимую нагрузку, то почему бы нам не коммутировать контактами реле силовую нагрузку?

На мой взгляд, силовая нагрузка – понятие достаточно условное. Скажем, к нагрузкам до 500 Вт его можно не применять (ИМХО).

Например, управлять контактором КТИ-7630 (на 630А) не так просто, поскольку при срабатывании он потребляет 1650ВА и здесь следует задуматься о допустимом токе (мощности) контактов, которыми вы управляете контактором.

В каталоге «F&F» имеется таблица максимальной мощности в зависимости от типа нагрузки и номинального тока контактов реле:

Максимальная мощность контактов реле

На столбец (АС1) я бы все-таки не обращал внимание, т.к. цифры в нем меня смущают. Вот что мне ответили по этому поводу:

В общем, если вы видите контакты с номинальным током 16А, это совсем не значит, что на эти контакты можно подключать нагрузку с таким током.

Где-то я читал такое правило, что номинальный ток контактов нужно делить на 3, т.е. для реле с током 16А, допустимый ток будет 5А или 1 кВт. Как видим из таблицы, в целом это правило соответствует действительности.

Источник

О реле замолвим мы слово

— Его убил пусковой ток!

Самый часто используемый компонент для коммутации цепей — это старое доброе электромагнитное реле. Однако правильный выбор реле — дело, зачастую, непростое. Что ж, давайте попробуем осветить этот вопрос.

А в чем, собственно, проблема? Ну, посчитали ток в нагрузке и взяли реле с соответствующим номиналом. Но такой расчет, возможно, будет ошибочен: вся проблема заключается в пусковых токах.

Пусковые токи при замыкании

Вооружимся осциллографом, токовыми клещами Hantek CC-65 для него, трансформатором напряжения HWPT07 для гальванической развязки осциллографа от измеряемой цепи (необязательно, но удобно смотреть в каком месте синусоиды напряжения произошло переключение), соорудим испытательный стенд и посмотрим, какие же пусковые токи наблюдаются у разных нагрузок.

Для удобства измеренные токи нормируем на условный «номинальный» ток устройства, который определяем по формуле как мощность, указанная на устройстве, деленная на напряжение в сети (230В) и умноженное на корень из двух (амплитудное значение тока) —

Лампы накаливания

«Чисто резистивная нагрузка же, какие пусковые токи?» — спросит читатель.

А вот и нет, пока спираль лампы холодная, она имеет сильно меньшее сопротивление. Лампа накаливания 95 Вт имеет сопротивление 40 Ом, что оценочно дает пусковой ток до 320 В / 40 Ом= 8 А, то есть в 13 раз больше номинального тока!

Видим, что пусковой ток превышает номинал в 8 раз, время разогрева спирали составляет менее одного полупериода, а длительность пика — примерно 2 мс.

Теплые полы. Чайник, ТЭНы эл. котлов

Температурный коэффициент нихромовых спиралей в ТЭНах весьма мал, и пусковой ток близок к номинальному.

Исключение — саморегулирующиеся кабели для теплых полов. У них полупроводниковый нагревающий элемент, его пусковой ток может быть больше в 2 раза.

Светодиодные и компактные люминесцентные лампы

«А-ха-ха, да какие там токи у 10-ваттной лампочки!»

Такие лампы небольшой мощности содержат в себе выпрямительный мост с конденсатором. То есть это чисто емкостная нагрузка, и пусковой ток должен быть очень большим. Как правило, для его снижения производители ставят перед мостом резистор.

Видно, что у икеевских ламп всё весьма хорошо. А вот у других светодиодных ламп пусковой ток превышает номинал в 150 — 200 раз, и длительность пиков составляет

Электродвигатели

«У индуктивной нагрузки пусковой ток нулевой! Это же индуктивность!»

Ну-у, в момент замыкания контактов ток и правда нарастает плавно, но затем:

1. если момент замыкания попал в ноль напряжения, то всплеск тока двукратный (для чисто индуктивной нагрузки);

2. пока двигатель не выйдет на номинальные обороты, ток превышает в несколько раз номинальный; чем мощнее двигатель, тем больше превышение.

Блоки питания

Аналогично светодиодным лампам на входе у этих блоков питания стоит диодный мост и конденсаторы большой емкости. Для снижения пусковых токов производители ставят NTC-термисторы, зеленые (иногда черные) и круглые:

В холодном состоянии они имеют заметное сопротивление, чем и ограничивают пусковой ток. При работе блока питания термистор нагревается и его сопротивление снижается (в 20 — 30 раз), практически не мешая протеканию тока. Но после выключения блока питания некоторое время (до 1 минуты) термистор остается горячим и не может ограничивать пусковой ток. Поэтому крайне желательно после выключения блока питания подождать 10 — 30 с перед его повторным включением. Ниже графики с повторным включением через

15 с (при быстром переключении пики еще больше):

Как же с этим знанием жить?

В документации на реле могут указывать несколько токов:
номинальный ток (Contact rating current) и максимальный ток переключения (Max. switching current) или пусковой ток (Inrush current) и т. д. И у «обычных» реле пусковой ток часто не указывают. О необычных напишем ниже. То есть если на реле написано «10А», то значит, по умолчанию у него и пусковой ток при коммутации не должен превышать 10А. Возможно, его можно умножить на 2, но это не точно.

Если максимальный пусковой ток 10-20А, а светодиодная лампочка имеет пусковой ток в 100 раз от номинала, то это очень грустно: получается, что коммутировать можно только 20-40 Вт лампочек.

Так что с обычными реле нужно либо сильно ограничить себя в выборе нагрузки и занижать мощность, либо быть готовым к тому, что контакты будут часто свариваться и реле придется менять. Для нагрузки с большими пусковыми токами лучше использовать специальные реле.

А теперь минутка рекламы про замечательные, самые хорошие на свете релейные модули нашего производства с управлением по Modbus RTU серий WB-MR3LV/I и WB-MR3LV/S и их версий с HV входами, а также модули WB-MRPS6. В них мы ставим реле HF115F-I и HF115F-S производителя Hongfa (самый крупный в Китае и четвёртый по миру производитель реле).

Отличие реле HF115F-I — особые контакты из AgSnO2, а HF115F-S еще и имеют специальную конструкцию из двух пар контактов, когда первая пара (вольфрамовые контакты, большой импульсный ток) замыкается чуть раньше второй (низкое сопротивление контакта, большой постоянный ток).

На фото контакты реле HF115F-I (слева) и HF115F-S (справа).

Пусковой ток HF115F-I — 120А/20мс, что позволяет коммутировать лампы накаливания общей мощностью до 2 кВт.

А HF115F-S — 165А/20мс и 492А/1,5мс, 800А/25мкс, то есть до 3 кВт для ламп накаливания и до

600 Вт для светодиодных ламп.

Фото этих замечательных модулей реле:

А еще есть релейный модуль WB-MRWL3 с реле HF161F-W: его особенность — большой номинальный ток, что позволяет работать совместно с автоматом на 16А и использовать для коммутации розеточных групп.

Источник