Что такое твердотельное реле, назначение, принцип работы

Типы импульсных реле — их достоинства и недостатки

На современном рынке электротехнической продукции присутствуют разнообразные модификации бистабильных коммутирующих устройств, отличающихся друг от друга как принципом работы, так и другими конструктивными особенностями. По своему назначению все импульсные реле объединены в одну группу бистабильных коммутаторов нагрузки, а вот по принципу функционирования делятся на следующие два основных вида.

1. Электромеханические. Этот тип бистабильных контакторов мало чем отличается от электромагнитного реле: такая же пружинная система, контактная группа и катушка индуктивности. Только в состав импульсных изделий входит постоянный магнит, который и удерживает контакты в стабильном положении. Импульсное электромеханическое реле не критично к перепадам напряжения, электромагнитным помехам, а также стоит недорого. Главными недостатками этих устройств являются низкая функциональность (может выполнять только одну функцию включения/выключения нагрузки) и отсутствие визуальной индикации положения контактной группы. Но за счет низкой цены и надежности электромеханические бистабильные реле получили широкое распространение в различных областях электротехники.
2. Электронные. Такой тип импульсных контакторов значительно отличается от электромеханических как по принципу действия, так и по внутреннему содержанию. Изделие построено на электронных комплектующих. Управляет устройством микроконтроллер, а на выходе расположена контактная группа. Электронные бистабильные реле обладают широкими функциональными возможностями при управлении освещением и другими электроприборами. Они безопасны и на их основе можно создавать эффективные системы управления электроцепями. К главным недостаткам этих изделий можно отнести высокую стоимость, низкую помехоустойчивость и чувствительность к скачкам напряжения.

Оба вида импульсных реле получили широкое распространение в различных промышленных сферах. В бытовых условиях эти устройства в основном используются для создания систем освещения с расширенными функциональными возможностями. Ниже мы рассмотрим стандартные схемы их подключения для управления осветительными приборами.

Достоинства и недостатки

Основные типы реле обладают множеством достоинств над полупроводниковыми ключами, такими как:

• относительно низкая стоимость (благодаря недорогим составляющим);
• присутствует мощная изоляция между катушкой и контактной группой;
• не подвержены вредному влиянию перенапряжения, помехам молний, коммутации мощных электрических установок;
• есть управление линиями с нагрузкой до 0,4 кВ (при малом объеме устройства).

Дополнительный плюс – отсутствие проблемы охлаждения и безвредность для атмосферы. Например, при замыкании с током в 10 А в реле по катушке распределяется меньше, чем 0,5 Вт. В сравнении с электронными аналогами данное значение выше 15 Вт.

Недостатки импульсного реле:

• износ, а также проблемы коммутации индуктивных нагрузок и высоких напряжений (если ток постоянный);
• при включении и выключении цепи происходят радиопомехи, поэтому требуется экранирование;
• относительно долгий период времени срабатывания.

Серьезным минусом можно считать непрерывный износ при коммутации (деформация пружин, окисление контактов, например).

Однако стоит уточнить, что при использовании именно электронных реле, есть такие плюсы как: безопасность, хорошая скорость подключения, доступность на рынке, бесшумная работа, расширенный функционал. А среди минусов: перегрев при коммутации больших токов, нарушение работы при сбоях в электросети, сопротивление в закрытом положении и др.

Watch this video on YouTube

Watch this video on YouTube

Тем не менее, электронные реле развиваются достаточно стабильно и быстро. Они популярны благодаря своему функционалу, который можно относительно легко расширить.

Напоследок – защита при КЗ

Производители рекомендуют использовать специальные предохранители для твердотельных приборов:

• gR – предохранители для всего диапазона рабочих токов, для защиты полупроводниковых элементов(более быстродействующие , чем gS)
• gS – предохранители для всего диапазона рабочих токов, для защиты полупроводниковых элементов, при повышенной загрузке линии.
• aR – предохранители для всего диапазона рабочих токов, для защиты полупроводниковых элементов от короткого замыкания.

Такие предохранители стоят дорого (сравнимы со стоимостью самого твердотельного реле), поэтому в большинстве случаев можно использовать защитные автоматы класса В. Чем же они хороши и как они спасут наши твердотельные реле от выгорания при КЗ?

Напомню, в 99% везде встречаются автоматы класса С. Класс D ставят в качестве вводных рубильников и при больших пусковых токах (мощные двигатели, трансформаторы). А класс В – самый чувствительный, срабатывает раньше всех.

Кстати, гуру электрики и электропроводки, cs-cs.net, предлагает дома ставить автоматы только В класса. И некоторые производители – рекомендуют ставить В класс на электроплиты, водонагреватели – туда, где нет двигателей и пусковых токов.

Почему – поясню на графике.

Кривые отключения или токо-временные характеристики

Подробно про выбор защитного автомата рассказано в другой статье.

Но мы вернёмся к нашему трехфазному твердотельному реле Fotek TSR-40AA-H на 40А, про которое я писал выше. Чтобы его гарантированно защитить от КЗ, надо обязательно поставить вот такой автомат:

Автомат с характеристикой В6 (обведено красным)

Он мгновенно сработает при токе 20…30 Ампер и спасет твердотелку. А от перегруза надо будет поставить мотор-автомат на ток 4-6,3 А. И это всё будет питать двигатель на 2,2 кВт, лучше меньше. Либо ТЭН, тогда мотор-автомат не нужен.

Полезные файлы, возможно, написано информативнее, чем у меня:

• Твердотельные реле Фотек• Твердотельные реле – устройство и принцип работы

Реле поворотов своими руками

Иногда возникают ситуации, когда штатное реле поворотов выходит из строя и нет возможности приобрести новый прибор. В подобной ситуации можно попытаться сделать реле поворотников своими руками, чтобы обеспечить автомобиль необходимыми сигналами. Простейшие электронные устройства, которые возможно создать самостоятельно, просты и удобны в эксплуатации, работают бесперебойно и надежно. Высокая точность достигается за счет использования ШИМ-контроллеров, используемых во всех схемах.

Самый простой заменитель электромагнитного реле рассчитан на максимальную мощность нагрузки 150 Вт. Она подключается в разрыв плюсовой клеммы. Если полевой ключ IRFZ44 заменить на модель IRF3205, то можно подключить и 200 Вт. Такая несложная схема обеспечивает высокую точность функционирования. Частота мигания не зависит от мощности лампочек, поэтому в схему можно включать светодиодные, галогенные и другие лампы.
Периодичность мигания напрямую связана с емкостью конденсатора. При увеличении емкости, мигание лампочки будет более редким, и, наоборот, снижение емкости приведет к ускорению мигания. Маломощный диод 1n4148 может быть заменен любым аналогичным элементом. При достижении схемой мощности 80 Вт, в области полевого транзистора наблюдается незначительное выделение тепла. Это означает, что она готова к использованию.

Существует еще одна несложная схема реле поворотов с катушкой – простая, надежная и недорогая. Она способна зажигать как обычные лампочки, так и светодиодные и рассчитана на 12 В. Подключение контактов осуществляется по принципу обычного выключателя, то есть последовательно с лампочкой. Светодиод устанавливается в цепь в качестве индикатора на время наладочных работ. Параметры устройства регулируются путем изменения сопротивления резистора.

Реле времени схема

Схема реле-регулятора напряжения

Электромагнитное реле – схема

Схема подключения реле времени

Электронный трансформатор схема

Схема подключения люстры

Схема подключения ДХО (DRL) через контактное реле в авто

Согласно правил дорожного движения (ПДД), движущееся транспортное средство в светлое время суток должно быть обозначено фарами ближнего света, противотуманными фарами (ПТФ) или дневными ходовыми огнями (ДХО или по-английски DRL). О различных вариантах подключения ДХО к автомобильной электропроводке через электромагнитное реле мы и узнаем в этом справочном матрериале, подготовленном сайтом 2 Схемы.

Пример подключения ДХО от генератора

Внимание: не забываем ставить предохранитель, на случай замыкания. От случайных КЗ при монтаже и работе никто не застрахован!

Схема подключения ДХО через 4 контактное реле

Некоторые покупают фары ДХО и подключают их просто к габаритам. Но правильнее сделать так, чтобы они загорались при включении зажигания и гасли при включении габаритных огней авто.

Подключение ламп DRL через 5 контактное реле

Многие не спешат ставить себе дневные LED фары просто включая фары ближнего света, но нужно учесть, что использование ДХО вместо ближнего света позволит быстрее заряжать батарею во время движения, так как мощность потребления их в 5 раз меньше.

Схема подключения ДХО с использованием блока управления

Некоторые дневные огни, из наиболее дорогих и современных моделей, имеют блок управления, позволяющий автоматически контролировать их работу (яркость, включение и так далее). В этом случае электрическая схема будет иметь следующий вид:

Некоторые производители автоэлектроники выпускают блоки управления ходовыми огнями с возможностями отключения ДХО в момент действия одной из функций: стояночного тормоза, заднего хода, работы стартёра при запуске двигателя. Так что лучше немного переплатить и купить именно такой комплект фар.

Параметры

У каждого отдельного промежуточного реле есть определенные технические характеристики. Рассмотрим их на примере отдельных моделей.

ПЭ-46, ПЭ-46-1:

Тип	Электромагнитное двухпозиционное
Нижний ток срабатывания при напряжении 24/110, А	0,02/0,01
Количество циклов включения-выключения	150 000
Степень защиты	IР40
Климатические условия по ГОСТ 15150-69	От -40 до +50

РК-4Р с розеткой:

Тип	Электромагнитное, трехпозиционное
Срабатывание, А	до 16
Рабочее напряжение, В	От 12 (AC) в зависимости от модели 230 до
Износостойкость	100 000
Защита	IР40
Количество контактов	3 – замыкающий, размыкаемый, переключающий
Климатическое исполнение	От -40 до +40

РПГ – это особенный вид промежуточных реле, которые называются герконовые, чаще всего их подключение производится в промышленных условиях. Стандартно герконовое реле используется в сложных автоматических цепях с напряжением от 16 до 42 Вольт, помогает контролировать выпрямленный трехфазный ток, могут контролировать микропроцессорное производство.

Маркировка этого типа расшифровывается иначе, чем у обычного устройства. РПГ-Х1-ХХ-Х-Х-ХХ:

1. РПГ – на герконах;
2. Х – вид установки проводов (винтовое крепление, спайка);
3. 1 – вид геркона;
4. ХХ – контакты, может быть от 1 до 10;
5. Х- обмотки (данные приборы бывают однообмоточными или двухобмоточными);
6. Х – количество однотипных промежуточных устройств в корпусе;
7. ХХ – исполнение по климату.

МКУ являются одними из первых реле, которые использовались для коммутирования отдельных проводов на производственных автоматизированных работах. Оно относится к нейтральным двухпозиционным устройствам для контроля сигнальных цепей. Принцип работы отличается от классического за счет использования дополнительной магнитной полосы внутри корпуса.

Фото — ЭТК Урал

Плоский якорь и Ш-сердечник образуют сильную магнитную часть, визуально схема немного напоминает реле стартера ВАЗ. Сердечник изогнут особенным образом, позволяющим разделить его на две отдельные части, описанные ниже. В сердечнике устанавливается катушка с пластмассовым корпусом. Сердечник разделяется на несколько групп контактов. С правой стороны детали устанавливаются полюса, на них расположен медный виток, замкнутый накоротко. У этой серии усиленная магнитная система, она при помощи винтового крепления установлена на плате. В это же время, у левой части сердечника установлен якорь и его ограничитель. Он производится из легированного листового стального проката.

Это промежуточное электромагнитное реле 220в можно установить на дин рейку.

Параметры работы МКУ:

Напряжение катушки, В	От 12 до 220 у постоянного тока и 16 – 380 у переменного
Номинальный ток, А	5
Количество контактов	От 2
Тип	Промежуточное многопозиционное

Фото — РПЛ 122

Устройство типа РПЛ бывает нескольких исполнений. Наиболее популярна модель РПЛ-122:

Напряжение изоляционного покрытия, В	660
Рабочий ток, А	16
Мощность, необходимая для работы катушки, Вт	68 +/- 10 %
Износоустойчивость	20 000 циклов
Допустимая частота включений	3600
Масса, кг, не более (винтовое крепление/крепление на стандартную рейку)	0,32/0,35

Характеристики промежуточного реле Schneider Electric серии K:

Ток, А	10
Максимально допустимое напряжение, В	650
Количество контактов	4
Тип	Электромагнитное многопозиционное

РПУ-3М:

Ток, А	16
Коммутационная износостойкость	1 250 000
Режимы	Продолжительный, прерывистый, кратковременный, комбинированный
Механическая износостойкость	25 000 000
Температура, °С	от -40 до +55
Климатическое исполнение	У3, Т3, УХЛ3, УХЛ4

Купить нужное промежуточное реле Finder, ИЭК, ABB, CR-M можно в любом электротехническом магазине. Стоимость зависит от типа устройства. В среднем цена колеблется в пределах от нескольких десятков долларов до сотен.

Где используются?

Твердотельные реле — уникальные устройства, которые после монтажа не требуют особого обслуживания. Здесь работает принцип «установил и забыл». К примеру, в простых моделях очистка контактной группы осуществляется с определенной периодичностью — как правило, через определенное число циклов. Если изделие работает редко, это не вызывает проблем.

Но как быть с аппаратурой, для работы которой требуется частое срабатывание — один раз в секунду или даже чаще? Пример такой техники — станок с клапанами соленоидного типа.

Подача напряжения происходит через реле, которому приходится разрывать до десяти ампер индуктивного I. Если поставить контактное устройство, его замену придется осуществляться раз в 1-2 месяца. Если поставить твердотельный аналог, об этом можно забыть на долгие годы.

Несмотря на надежность работы, ТТР требуют периодического осмотра. Базовые рекомендации в этом вопросе дает производитель изделия. Как правило, речь идет о проверке факта замыкания контактов, целостности корпуса и изоляции.

Выбор твердотельных реле, защита и особенности работы

Обычное реле и контактор без особых проблем выдерживают кратковременные перегрузки до 150 и даже 200% от номинала. Особенно, если не коммутировать нагрузку с таким током, а повышать ток после замыкания, и понижать перед размыканием.

Обычные контакты могут выдержать и кратковременный ток КЗ, если сработает защита с правильной уставкой тока. Просто, возможно, придётся потом контакты почистить.

Твердотельные реле от перегрузок страдают сильнее, за пол периода портятся безвозвратно, и контакты потом не почистить, из-за отсутствия таковых.

Если при выборе контактора достаточно выбрать запас в 10-20% и защитить его обычным автоматом, то с твердотельными устройствами всё сложнее.

Поэтому для твердотельных реле рекомендуется для активной нагрузки (лампы, ТЭНы) запас по номинальному току в 2-4 раза. При пуске асинхронных двигателей из-за большого пускового тока запас по току нужно увеличить до 6-10 раз.

То есть, трехфазная твердотелка Fotek TSR-40AA-H на 40А, показанная на фото чуть выше, на своих 40 амперах работать вряд ли будет. Мощность двигателя, которую можно коммутировать в данном случае – от 2,2 кВт до 5 кВт. Причём двигатель 5 кВт (это около 10А) должен запускаться обязательно на холостом ходу, с минимальным пусковым моментом, а нагрузку к нему прикладывать можно после пуска и разгона.

Кстати, с индуктивной нагрузкой твердотельные реле могут вести себя неадекватно, у меня бывали проблемы. В случае высокоиндуктивных нагрузок (трансформаторы, катушки с магнитопроводами, электрические звонки, и т.п.) нужно параллельно нагрузке включать RC-цепь (снабберную цепь из последовательных резистора и конденсатора) для уменьшения влияния противо-ЭДС. Кроме того, эта цепь уменьшает общую индуктивность нагрузки, т.е. делает её более активной. И ТТР легче работать.

Нюансы включения ходовых огней

А чем больше деталей — тем меньше надежность. Я не рекомендую подключение ДХО по такой схеме. Это кажется сложным, но давайте разберемся на примере, и все станет ясно.
Теперь, если попытаться завести автомобиль при включенной охране, контакт 30 разомкнётся с контактом 87А и не даст завести двигатель. У вас нет возможности отключить ДХО до тех пор, пока вы не вытащите ключ из замка зажигания.
Собственно, запас по току никогда не мешает — но это касается в основном какого-то нештатного электрооборудования автомобиля, подключаемого самостоятельно.
Аналогично и 14,,8 вольт, до которых поднимается напряжение в бортсети при запущенном двигателе, им не вредит. Полярность его — безразлична для реле.
В таком виде схема имеет существенный недостаток. Существуют, конечно же, и более сложные реле, с несколькими группами контактов в одном корпусе — замыкающими, размыкающими, переключающими.
Схемы инверсии сигналов и управления нагрузкой. Подключаемся к слаботочным транзисторным выходам сигнализации.
Другой конец провода подцепляем к контакту 87А.
Как работает и устроено 5 — ти контактное реле

Как правильно подобрать и заменить электромагнитное реле

Автомобильные реле подвергаются значительным электрическим и механическим нагрузкам, поэтому периодически выходят из строя. Поломка реле проявляется отказом каких-либо приборов или цепей автомобильной электросистемы. Для устранения неисправности реле необходимо демонтировать и проверить (хотя бы с помощью омметра или пробника), и при обнаружении поломки заменить его на новое.

Новое реле должно быть того же типа и модели, что использовалось ранее. Устройство должно подходить по электрическим характеристикам (питание, напряжение срабатывания и отпуска, ток в коммутируемой цепи) и по количеству контактов. Если в старом реле был резистор или диод, то желательно, чтобы и в новом они присутствовали. Замена реле выполняется простым удалением старой детали и установкой на ее место новой; если предусмотрен кронштейн, то необходимо выкрутить и закрутить один винт/болт. При верном выборе и замене реле электрооборудование автомобиля сразу начнет работать.

Другие статьи

#Шланг УРАЛ системы накачки шин Шланг УРАЛ системы накачки шин: бесперебойная подача воздуха на колеса грузовика
04.11.2020 | Статьи о запасных частях

Грузовые автомобили «Урал» оснащаются системами регулирования давления воздуха в шинах, в которых применяются гибкие трубопроводы — шланги. О том, что такое шланги системы накачки шин, каких типов они бывают и как они устроены, а также об их выборе, замене и обслуживании читайте в данном материале.

#Мотор-редуктор стеклоочистителя Мотор-редуктор стеклоочистителя: надежная работа автомобильных «дворников»
28.10.2020 | Статьи о запасных частях

В современных транспортных средствах предусмотрена вспомогательная система, обеспечивающая комфортное движение при осадках — стеклоочиститель. Привод данной системы осуществляется мотором-редуктором. Все об этом агрегате, его конструктивных особенностях, выборе, ремонте и замене — читайте в статье.

#Рассеиватель фонаря заднего Рассеиватель фонаря заднего: стандартный цвет светосигнальных приборов
21.10.2020 | Статьи о запасных частях

Современные транспортные средства оснащаются светосигнальными приборами, установленными в передней и задней части. Формирование светового пучка и его окрашивание в фонарях обеспечивается рассеивателями — все об этих деталях, их типах, конструкции, выборе и правильной замене читайте в данной статье.

#Бачок ГЦС Бачок ГЦС: надежная работа гидропривода сцепления
14.10.2020 | Статьи о запасных частях

Многие современные автомобили, особенно грузовые, оснащаются гидравлическим приводом выключения сцепления. Достаточный запас жидкости для работы главного цилиндра сцепления хранится в специальном бачке. Все о бачках ГЦС, их типах и конструкции, а также о выборе и замене этих деталей читайте в статье.

Добавить в

Без категории (16)

Купить оптом (23)

Для МихМихалыча (123)

Новая группа избранного

Добавить

Разновидности импульсных реле

Между некоторыми реле существуют большие отличия, поэтому их можно разделить, в основном, на 2 категории:

• электромеханические реле;
• электронные импульсные реле.

Электромеханические

Этот тип устройств потребляет электроэнергию только в момент срабатывания. Механизм блокировки обеспечивает высокую надежность и экономит электричество. Система работает неплохо: имеется в виду защита от колебаний в сети, которые приводят к ложным срабатываниям.

В основе конструкции: катушка, контакты, механизм с кнопками для включения-выключения.

Реле электромеханического типа считаются более надежными и удобными в использовании, так как не боятся помех. Плюс, к ним нет высоких требований для места установки.

Электронные

Электронные импульсные реле имеют характерную особенность: они используют микроконтроллеры. Благодаря этому в них присутствует расширенный функционал. К примеру, такие устройства позволяют добавлять таймер. Другие дополнительные функции помогают в построении сложных систем освещения.

В основе конструкции: электромагнитная катушка, микроконтроллеры, полупроводниковые ключи.

Электронные реле популярнее других типов благодаря функционалу и разнообразию, которое можно к ним добавить: можно создавать изделия для освещения любой сложности. Также возможно подбирать их под любое напряжение – 12 вольт, 24, 130, 220. В зависимости от установки такие реле могут быть DIN-стандартными (для электрощитов) и обычными (с другими способами монтирования).

Нюансы включения ходовых огней

А чем больше деталей — тем меньше надежность. Я не рекомендую подключение ДХО по такой схеме. Это кажется сложным, но давайте разберемся на примере, и все станет ясно. Теперь, если попытаться завести автомобиль при включенной охране, контакт 30 разомкнётся с контактом 87А и не даст завести двигатель. У вас нет возможности отключить ДХО до тех пор, пока вы не вытащите ключ из замка зажигания.

Собственно, запас по току никогда не мешает — но это касается в основном какого-то нештатного электрооборудования автомобиля, подключаемого самостоятельно. Аналогично и 14,,8 вольт, до которых поднимается напряжение в бортсети при запущенном двигателе, им не вредит. Полярность его — безразлична для реле.

В таком виде схема имеет существенный недостаток. Существуют, конечно же, и более сложные реле, с несколькими группами контактов в одном корпусе — замыкающими, размыкающими, переключающими. Схемы инверсии сигналов и управления нагрузкой. Подключаемся к слаботочным транзисторным выходам сигнализации.

Другой конец провода подцепляем к контакту 87А. Как работает и устроено 5 — ти контактное реле

Сравнение схемы на проходных выключателях и импульсных реле

Самое главное преимущество всех этих реле заключается в том, что кнопки между собой подключаются параллельно и для этого достаточно двухжильного провода.

В независимости от того, какое количество кнопок вы задействуете – две, три, четыре и т.д.

Это существенно экономит затраты на кабель и упрощает подключение освещения.

Сравните наглядно схему и количество проводов одного и того же помещения, при монтаже проходных выключателей и импульсных реле.

Схема на проходных выключателях

Схема на импульсном реле Как видите, во втором случае присутствует минимум двойная экономия (двухжильный кабель вместо четырехжильного, меньшее количество соединений, больше свободного места в распредкоробках). Функционал освещения в комнате от этого нисколько не пострадал.

Твердотелки – надо ли их использовать?

Для начала рассмотрим также целесообразность применения таких реле. Например, реальный случай:

Другой случай, когда такие реле не нужны:

О перегрузках и защите твердотельных реле будет подробно сказано ниже, а в данном случае целесообразно применить обычный контактор, который прекрасно справляется с перегрузкой и стоит в 10 раз дешевле.

Поэтому, за модой гнаться не стоит, а лучше применить трезвый расчет. Расчет по току и по финансам.

Если кому-то придёт в голову, можно кнопкой звонка или герконом запускать двигатель мощностью 10 кВт! Но не так всё просто, подробности будут ниже.