Режим работы:
Пн.-Пт.: с 10 до 19 часов

 

Прием заказов online:

круглосуточно без выходных
 

Телефон:
+38-(050) 967-02-74

Viber:
050 9670274

e-mail:
sale@hi-ip.com
 

 

  • RZ40
  • 61F-GP-N
  • XM-16
  • TDK0302
  • E6B2-CWZ6C
  • BL-TB6560
  • Огниво
  • FS10
  • Датчик положения
  • Танцевальный коврик
  • OMRON E5C2
  • YF-S201
  • OMRON H3Y-2
  • TSR-40DA
  • течеискатель
  • Пирометр
  • Тахометр
  • Анемометр GM816А
  • LBL-4
  • Гигрометр
  • Пальчиковый театр
  • ОВП-метр
  • Термостат
  • Вожжи
  • Рефрактометр
  • Анемометр
  • pH-метр
  • божья коровка
  • USB Барабаны
  • Тюнер
  • Термометр-гигрометр
  • Ночник проектор
  • Зеленый лазер
  • Фонарик
  • Мультиметр
  • V-5-120
  • HT-9815
  • CSY01H-X30
  • GP2Y1010AU0F
  • REX-CD701

 

Твердотельное реле или электромагнитный контактор. Что выбрать?

Твердотельное реле или электромагнитный контактор. Что выбрать?

Твердотельное реле или электромагнитный контактор. Что выбрать?

С появлением полупроводниковых (твердотельных) реле, нередко стало озвучиваться мнение, что дни обычных электромеханических реле сочтены, что их удельный вес в общем объеме выпускаемых радиоэлектронных компонентов сойдет на нет и вскорости они совершенно исчезнут. Чтобы понять так это или нет и почему казалось бы устаревшие электромеханиче реле по прежнему широко используются необходимо разобраться, в чем функциональное сходство, а в чем различие тех и других.

Особенности электромагнитных реле

Электромагнитное нейтральное реле – это самый старый по происхождению, самый простой и самый распространенный тип реле. Магнитная система обычных низковольтных ЭМ реле включает в себя, прежде всего, обмотку управления, выполненную в виде катушки с изолированным проводом, магнитопровод, ярмо и подвижный якорь. Она служит для преобразования электрического тока входного сигнала в механическое перемещение якоря, необходимое для переключения контактов.

С энергией механического перемещения якоря связана крайне важная техническая характеристика любого ЭМ реле. Речь идет о коэффициенте возврата, который равен отношению напряжения (тока) притяжения якоря к напряжению (току) его отпускания. Совершенно естественно, что величины напряжения (тока) притяжения якоря и напряжения (тока) отпускания якоря реле не могут быть равными, так как энергия, затрачиваемая на механическое перемещение якоря, всегда больше энергии его удержания, и зависит она напрямую от конструкции и массы магнитопровода, якоря, зазора между ними в обесточенном состоянии и еще некоторых второстепенных факторов.

Контактная система, как указывалось выше, преобразовывает сообщенную ей механическую энергию в коммутацию цепей электрических сигналов.

Контактная пара реле обладает уникальными электрическими характеристиками, не воспроизводимыми в полном объеме ни одним элементом твердотельной электроники. Основные из них – возможность коммутации цепей, работающих как на переменном, так и на постоянном токе, крайне малое переходное сопротивление замкнутых контактов (десятые и сотые доли Ом), высокое электрическое сопротивление изоляции между управляющими и исполнительными цепями. Необходимо уточнить, что переходное сопротивление замкнутых контактов – величина отчасти нестабильная и зависит от многих факторов, которые будут рассмотрены ниже.

ЭМ реле практически не искажает сетевую синусоиду, ему не требуются радиаторы, так как, с одной стороны, магнитопровод в некотором смысле сам является радиатором для обмотки, а с другой стороны, при правильной эксплуатации и правильно рассчитанной схеме температурный режим обмоток и контактов реле не нарушается. Визуально можно проконтролировать размыкание (или неразмыкание) контактов, а иногда это очень важно.

Единственным отрицательным моментом в работе ЭМ реле является электрическая эрозия, которая разрушает соприкасающиеся поверхности контактов, но проявляется она лишь только при размыкании цепей со значительной индуктивной нагрузкой или при коротком замыкании в цепи контактов.

Эрозия основана на явлении разрушения контактов при электрическом разряде между ними и сопровождается переносом материала с одного контакта на другой. В этом явлении наименее исследован механизм выброса металла.

Направление переноса зависит от полярности напряжения на контактах. Если контакты коммутируют переменное напряжение, то изнашиваются, как правило, оба контакта одинаково. В результате многочисленных разрядов на них появляются углубления, при этом площадь соприкосновения уменьшается, а скорость износа увеличивается. При возникновении электрической дуги образуется озон – газ, который является активным окислителем. При этом на контактах появляется оксидная пленка, возрастает переходное сопротивление – и процесс становится лавинообразным.

Учитывая, что величина эрозионного разрушения уменьшается с ростом температуры плавления металла, то при использовании в качестве материала для изготовления контактов тугоплавких металлов, например вольфрама и его сплавов, их эрозия, при прочих равных условиях, понижается, и контакты оказываются более долговечными.

Выше указывалось, что причиной эрозии является дуга, возникающая при разрыве контактов, которая является проводящим каналом, возникающим в воздухе. Для того чтобы предотвратить эрозию и погасить дугу, используют схемы дугогашения. При невозможности их применения контакты помещают в среду инертных газов, вакуум, масло или воздействуют на дугу, которая является проводником, постоянным магнитным полем (магнитное дутье).

Еще одно неприятное явление, влияющее на надежность и безотказность устройств, содержащих ЭМ реле, является сваривание контактов, в ответственных цепях, связанных с безопасностью, такое явление недопустимо. Совершенно недопустимо и мостовое сваривание, когда свариваются общий, фронтовой и тыловой контакты. Чтобы этого избежать, общие и тыловые контакты для реле ответственных цепей (реле 1-го класса надежности) изготавливают из серебряного сплава, а фронтовые контакты – из графито-серебряного композита, увеличивают зазор между контактами, находящимися в крайних положениях, устанавливают на якоре антимагнитный штифт и т.д.

Но все же, несмотря на малую надежность механических контактов, электромагнитные реле остаются основным элементом коммутации в аппаратуре связи, устройствах автоматики и полностью оправдывают себя при редком переключении.

Особенности твердотельных реле

В последнее время все более широкое распространение получает новый тип коммутатора – твердотельное реле включающее в себя  оптоэлектронное реле состоящее из светодиода, свет которого падает на линейку последовательно соединенных фотодиодов, и элементов коммутации, образующих выходную ступень прибора.

Поскольку транзистор МОП конструктивно содержит в себе встроенный диод, для обеспечения «разомкнутого состояния контактов» выключенного реле при любой полярности коммутируемого напряжения, то необходима пара транзисторов, соединенных встречно. Для надежной гальванической развязки между светодиодом и линейкой фотодиодов помещают изолирующую прокладку из оптически прозрачного компаунда. Фотодиодную матрицу и устройство ускорения разрядки выполняют, как правило, на одном кристалле. Фотодиоды один от другого изолируют слоем диэлектрика, например двуокиси кремния. Это предотвращает паразитные утечки между отдельными фотодиодами, которые могут привести к снижению суммарной фотоЭДС.

Классифицируют твердотельные реле по следующим признакам:

  • по типу нагрузки: одно- и трёхфазные, с диапазоном регулируемого напряжения от 40 до 440 В;
  • по способу управления: постоянным напряжением (от 3 до 32 В), переменным напряжением (от 90 до 250 В) и ручному управлению переменным резистором;
  • по методу коммутации:

а) с контролем перехода через ноль. Используются для коммутации емкостных (сглаживающие помехоподавляющие фильтры, содержащие конденсаторы), резистивных (лампы накаливания, электрические нагреватели) и слабоиндуктивных (катушки клапанов, соленоидов) нагрузок.

б) случайного (мгновенного) включения. Употребляются для коммутации индуктивных (трансформаторы, маломощные двигатели) и резистивных (лампы накаливания, электрические нагреватели) нагрузок при возникновении потребности в мгновенном включении нагрузки.

в) с фазовым управлением. Они меняют выходное напряжение на нагрузке и регулируют нагревательные элементы (управление мощностью), лампы накаливания (управление уровнем освещенности).

Преимуществами твердотельных реле перед электромагнитными аналогами состоят в следующем:

  • включение цепи без электромагнитных помех и дребезга контактов (как известно, замыкание любых контактов сопровождается явлением дребезга; ТТ реле свободны от этого недостатка);
  • высокое быстродействие (быстродействие ЭМ реле ограничено и напрямую связано с конструкцией магнитопровода, массой якоря и контактной системы, т.е. реле для коммутации больших токов не может быть быстродействующим);
  • отсутствие шума (ЭМ реле при срабатывании издает акустический шум, который зависит от конструкции, точности изготовления деталей и их сборки, массы подвижных частей магнитопровода и наличия защитного колпака);
  • продолжительный период работы (для ТТ реле производители гарантируют свыше 109 переключений, для ЭМ реле их количество значительно меньше);
  • возможность работы во взрывоопасной среде, так как нет дугового разряда;
  • низкое энергопотребление, на 95% меньше, чем у обычных реле (однако реальная картина такова, что энергопотребление ЭМ реле зависит от многих факторов, в том числе от массы якоря и подвижных контактов, но известно множество малогабаритных реле, которые в энергопотреблении могут посоревноваться со своими твердотельными собратьями, но при этом они заметно уступают им в мощности коммутируемой нагрузки);
  • компактная герметичная конструкция, стойкая к вибрации и ударным нагрузкам, что снижает внутрисхемный уровень помех в аппаратуре и обеспечивает стабильность ее работы (это одно из очевидных достоинств ТТ реле, так как, например, повышенные уровни вибрации могут привести к ложным срабатываниям ЭМ реле);
  • возможность низкоуровневых сигналов управления, что существенно упрощает схему включения ТТ реле в отличие от электромагнитного, для управления работой которого, как правило, необходим электронный ключ с защитой от выбросов напряжения, совместимость по входу с логическими микросхемами, обеспечивающая простоту интеграции ТТ реле в цифровые устройства ;
  • отсутствие индуктивности – причины возникновения нежелательных выбросов напряжения при переключении электромагнитных реле;
  • неизменное контактное сопротивление в течение всего срока службы (однако это утверждение не учитывает, что сопротивление способно изменяться при увеличении температуры кристалла, о чем говорится ниже);
  • высокую устойчивость к воздействию внешних электромагнитных полей;
  • возможность создания более компактных и легких устройств по сравнению с аналогичными на ЭМ реле, при прочих равных условиях;
  • коэффициент возврата ТТ реле практически равен 1, в то время как для ЭМ реле получить такой коэффициент конструктивными методами невозможно.
  • со свертыванием производства ЭМ реле значительно экономится медь, запасы которой в природе довольно ограничены. Основным же материалом для производства полупроводниковой продукции является кремний, который по распространённости в земной коре занимает второе место после кислорода.

Отметим, что явным недостатком ТТ реле является их большая подверженность повреждениям от всякого рода перенапряжений и сверхтоков, к тому же они боятся коротких замыканий в нагрузке.

При выборе твердотельного реле следует знать, что оно нагревается при коммутации из-за потерь электроэнергии на силовых управляющих элементах. При этом рост температуры корпуса реле ограничивает величину регулируемого тока (чем больше нагрелся корпус, тем меньший ток можно коммутировать). При температуре в 40°С параметры реле остаются в норме, а при повышении температуры более 60°С величина коммутируемого тока заметно снижается. При этом ТТ реле может отключать нагрузку не полностью, перейти в неуправляемый режим и «сгореть».

Поэтому при расчетах схем, содержащих ТТ реле, в условиях коммутации токов, превышающих 5 А, необходимо предусматривать запас по номинальному току в 2–4 раза и охлаждающие радиаторы. При регулировке асинхронных двигателей запас по току нужно увеличить до 6–10 раз, так как способность твердотельного реле выдерживать перегрузки определяется уровнем «ударного тока». 

Основными сферами применения твердотельных реле являются системы температурного контроля, промышленного нагрева, управления трансформаторами и электродвигателями, стабилизированного и бесперебойного электропитания, освещения промышленных и общественных объектов.

При выборе твердотельные реле следует учесть три  фактора, из-за которых реле могут выйти из строя:

  1. перенапряжение;
  2. перегрузки по току (в том числе короткое замыкание);
  3. перегрев из-за недостаточного отвода тепла.

В  качестве защиты от перенапряжения реле следует ставить варисторы, особенно при применении ТТ реле  для пуска электродвигателей.

Для большинства твердотельных реле действует требование, что  температура основания не должна превышать 50 оС. Для этого могут потребоваться дополнительные теплоотводящие устройства.

Так,  например,  при  токе  нагрузки  более  5  А,  твердотельные  реле  должны устанавливаться  на  радиатор  с  использованием  теплопроводящей  пасты,  заполняющей воздушные пустоты между поверхностью радиатора и основанием твердотельного реле. При токе  нагрузки  более  20÷25А  может  потребоваться  использование  вентилятора.  Применяется также  защита от превышения температуры, которая отключает твердотельное реле при температуре  свыше рекомендуемой. Броски тока являются наиболее частой причиной отказа ТТР. Кроме того, из-за броска тока  может быть потеряно управление реле. 

Единственным надежным средством защиты твердотельных реле от перегрузок по  току  являются  быстродействующие  полупроводниковые  предохранители.

Сравнение ТТ и ЭМ реле

Теперь необходимо сказать несколько слов об аналогиях и противоречиях главных героев нашего исследования. Выше говорилось о конструкции управляющей цепи ЭМ реле. Для ТТ реле управляющей цепью являются фотодиоды, которые освещают кристаллы силовых элементов при подаче на них постоянного напряжения определенной полярности. Поэтому аналогия в конструкции управляющих цепей не является тождеством, так как для электромеханических реле возможно любое напряжение управления – от напряжения срабатывания до напряжения, при котором происходит повреждение обмотки (перегрузки могут быть 3–5-кратными), все зависит от массы контактной системы и толщины провода, полярность напряжения для нейтральных реле также роли не играет. Для твердотельных реле диапазон напряжений управления гораздо уже и ограничен сверху током пробоя кристаллов светодиодов, который на 10...30% выше их номинальной величины. К тому же, приходится, безусловно, соблюдать полярность напряжения, подаваемого на светодиод.

Следующим пунктом в поисках аналогий являются исполнительные цепи. Контакты ЭМ реле представляют собой изделия из металла, графита или металлокерамики. Они способны без искажения формы пропускать электрические токи напряжением от долей вольта до тысяч вольт (хотя это уже не является реле в обычном понимании) и с частотой от нуля до сотен килогерц. ТТ реле подобный универсализм, увы, недоступен.

Полупроводниковых реле, которые могут коммутировать напряжения в тысячи вольт, не существует. Также довольно проблематично создание структур, способных коммутировать напряжения от долей вольта до сотен вольт. Виной этому является пресловутый пороговый эффект на границах p-n-переходов и электрическая прочность кристаллов.

Если для обычного ЭМ реле напряжение пробоя определяется электрической прочностью среды между физически разорванными контактами, то для ТТ реле физического разрыва не существует, а существует отсутствие тока между запертыми структурами. Электрическая прочность их не может быть слишком высокой. К тому же, площадь соприкосновения контактов электромеханических реле гораздо меньше площади p-n-перехода твердотельных реле при одинаковых номинальных токах коммутации.

Если коммутирующим элементом ТТ реле являются тиристоры (симисторы), то коммутировать постоянный ток они не могут, а при коммутации переменного тока сильно искажают синусоиду. Частотные свойства их также ограничены. К тому же для полупроводниковых приборов характерен «симметричный отказ», когда выход из строя сопровождается переходом в неуправляемое состояние с коротким замыканием внутри кристалла или с полным обрывом. В ответственных схемах оба вида отказа, особенно первый, могут быть просто опасными.

Практические схемы на ЭМ и ТТ реле

Немаловажный фактор, определяющий универсальность ЭМ реле - это наличие нормально замкнутых (НЗ) контактов. Когда на обмотку реле не подано напряжение, т.е. реле обесточено,  при этом замкнуты контакты НЗ. Через эти замкнутые контакты может собираться какая-либо цепочка, например, с помощью НЗ контактов в ответственных случаях возможно контролировать размыкание (или не размыкание) НР контактов.

Выше уже говорилось о «симметричных отказах», которые в ответственных схемах могут привести к опасным ситуациям. Если для ЭМ реле контроль размыкания фронтового контакта сделать довольно просто, путем контроля замыкания контактов НЗ, то для ТТ реле приходится применять специальные методы проверки их состояния основанные на анализе микропроцессором тока и напряжения на силовых выходах устройства.

Проще говоря если на твердотельном реле произойдет пробой (например при тепловом пробое или коротком замыкании в нагрузке), то оно становится постоянно включеным - т.е. проводником. У электромагнитных контакторов все наоборот - при коротком замыкании в нагрузке контакты реле подгорают и становится изолятором, размыкая при этом аварийную цепь, а приваривание контактов легко контролировать при помощи механически жестко связанных с ними НЗ контактов. Это значит контактор с точки зрения электробезопасность гораздо надежнее. 

 

Новости

Рекомендуемые максимумы рабочих температур для термопар в зависимости от диаметра проволоки

24.03.2019

..

Читать далее...

Варисторные ограничители импульсных перенапряжений

18.02.2019

..

Читать далее...

Твердотельное реле систематически выходит из строя. Почему и что делать?

23.01.2019

..

Читать далее...

Твердотельное реле или электромагнитный контактор. Что выбрать?

23.01.2019

..

Читать далее...

Что такое термопара

22.08.2018

..

Читать далее...

Защита от индуцированных грозовыми разрядами пиков напряжения и коммутационных перенапряжения

16.08.2018

..

Читать далее...

Устройство и принцип действия электромагнитного клапана

12.11.2017

..

Читать далее...

Корректировка кислотности почвы

03.10.2016

..

Читать далее...

Почва вашего огорода

03.10.2016

..

Читать далее...

Буферные растворы для калибровки рН-метра (значение рН при 20С)

20.09.2016

..

Читать далее...

Калибровка ОВП-метра

20.09.2016

..

Читать далее...

Защита твердотельных реле

20.09.2016

..

Читать далее...

Схема подключения тахометра с датчиком Холла

20.09.2016

..

Читать далее...

Замена датчика в тахометре

20.09.2016

..

Читать далее...

Типовая схема подключения ПИД контроллера температуры

19.09.2016

..

Читать далее...

Посмотреть все
  • Tondaj
  • RKC Instrument
  • OK Deals
  • Hualon
  • Степмания
  • ОМРОН
  • Sanyo Semiconductors
  • TOP TOY
  • RIKO
  • Novatek
  • HUAYANG
  • FOTEK
  • CKC
  • Soway
  • AIHUA
  • VEEGEE
  • Eno Music
  • Cheerman
  • Dis
  • Texet
  • Cason
  • ALTEC
  • JKW
  • Belkin
  • Lutron
  • Tangsfire
  • YRD (HK)
  • Willhi
  • Benetech
  • HANNA
  • Seebest
  • JiLong
  • Jinlida
  • Survive
Все права защищены © 2017