Неправильно подобранное реле может стать причиной сбоев в работе оборудования. Избежать подобных неприятностей поможет знание его характеристик и особенностей применения. В этой статье мы предлагаем руководство по выбору реле, которое позволит вам подобрать оптимальное решение для любой задачи.
Алгоритм подбора реле
Шаг 1. Определите основные характеристики цепи
На этом этапе нужно правильно подобрать ключевые параметры реле для корректной работы в нашей цепи:
- напряжение и ток катушки реле;
- коммутируемые напряжение и ток реле;
- тип нагрузки.
- Управляющее напряжение (напряжение катушки — V_coil) — это напряжение, необходимое для включения катушки реле, чтобы переключить контакты.
Как определить: определите напряжение источника, который будет управлять реле. Это может быть выход микроконтроллера (обычно 3.3V или 5V), ПЛК, датчик или другой источник напряжения. Выберите реле с напряжением катушки, соответствующим напряжению вашего управляющего источника.
- Нельзя подавать на катушку реле напряжение, превышающее максимально допустимое. Это приведет к повреждению катушки.
- При подаче напряжения ниже минимально необходимого контакты могут не замкнуться или замкнуться не полностью.
Практический совет: кроме номинального напряжения катушки смотрите на минимальное напряжение срабатывания (pick-up voltage) и максимальное напряжение удержания (hold voltage).
Минимальное напряжение срабатывания (Pick-up Voltage) — минимальное напряжение, которое подается на катушку реле, чтобы контакты гарантированно переключились в рабочее состояние. Если напряжение на катушке будет ниже этого значения, реле может не сработать. Поэтому учитывают следующие факторы:
- Потери напряжения. Если между источником питания и реле находятся длинные провода, резисторы или другие компоненты, напряжение в цепи может упасть. Убедитесь, что напряжение, достигающее катушки реле, выше минимального напряжения срабатывания.
- Температурная зависимость. Если реле будет работать в условиях низких температур, минимальное напряжение срабатывания может немного увеличится.
Максимальное напряжение удержания (Hold Voltage) — это максимальное напряжение, ниже которого реле будет гарантированно удерживать контакты в рабочем состоянии. Даже если напряжение на катушке упадет до этого значения, контакты не должны разомкнуться. Это влияет на выбор реле следующим образом:
- Стабильность работы. Параметр гарантирует стабильную работу реле даже при небольших колебаниях напряжения в управляющей цепи.
- Экономия энергии. В некоторых схемах, после срабатывания реле, напряжение на катушке можно немного снизить, чтобы уменьшить потребление энергии и нагрев катушки. Это возможно для приложений, где реле включено длительное время.
- Ток управления катушкой (ток катушки — I_coil) — это ток, который потребляет катушка реле при подаче на нее управляющего напряжения. Он нужен для создания магнитного поля, достаточного для переключения контактов.
Как определить: ищите значения «Coil current», «Rated current» в технической документации. Убедитесь, что управляющий источник питания обеспечивает достаточный ток для питания катушки реле.
- Если ток катушки превышает возможности источника питания, реле может не сработать или источник питания выйдет из строя. Лучше, чтобы источник мог выдать немного больше тока, чем требуется для питания катушки реле (запас 20-30%).
- При управлении реле с помощью микроконтроллера, напрямую подключать реле к выводу микроконтроллера обычно нельзя, так как большинство выводов микроконтроллеров не рассчитаны на такой ток. Используйте транзисторный ключ или специальную микросхему драйвера реле.
- Коммутируемое напряжение (напряжение контактов — V_contact) — это максимальное напряжение, которое будет проходить через замкнутые контакты реле.
Как определить: определите напряжение цепи, которой будет управлять реле. Выберите реле, у которого максимальное коммутируемое напряжение равно или превышает напряжение цепи.
Учитывайте стандартные значения напряжений и требования стандартов безопасности!
- В сетях переменного тока (AC) возможны колебания напряжения. Рекомендуется выбирать реле с коммутируемым напряжением, превышающим номинальное напряжение сети. Например, реле 250V AC для сети 220V AC. Так реле выдержит кратковременные перенапряжения.
- При выборе реле для цепей постоянного тока (DC), если напряжение в цепи стабильное и нет скачков напряжения, достаточно реле с таким же напряжением. Но если нужна повышенная надежность, лучше взять реле с небольшим запасом по напряжению.
- Коммутируемый ток (ток контактов — I_contact). Это максимальный ток, который контакты реле могут безопасно переключать.
Как определить: определите максимальный ток, который будет протекать в цепи — номинальный ток нагрузки. Обратите внимание на пусковой ток — кратковременный ток, возникающий при включении нагрузки. Выберите реле, у которого коммутируемый ток равен или превышает максимальный ток в цепи (включая пусковой ток).
Пример основных характеристик на корпусе твердотельного реле
- Тип нагрузки. Разные типы нагрузок имеют особенности электрических свойств.
| Тип нагрузки |
Особенности тока |
Влияние на выбор реле |
| Резистивная |
Простой тип нагрузки, стабильный ток, небольшие пусковые токи (иногда) |
Для резистивных нагрузок достаточно выбрать реле с коммутируемым током, равным или немного превышающим ток нагрузки. Особых мер защиты обычно не требуется. Небольшой запас по току составляет 10-20% |
| Индуктивная |
Нагрузки, содержащие катушки индуктивности. Большие пусковые токи, обратная ЭДС (самоиндукция) |
Необходим значительный запас по току — 50-100% или больше. Требуются специальные меры защиты (или реле, предназначенное для индуктивной нагрузки) |
| Емкостная |
Нагрузка, содержащая конденсаторы. Большие броски тока при включении |
Запас по току от 200% до 1000% (2-10 раз). Требуются специальные меры защиты (например, резистор последовательно с емкостью) |
Выбор реле в зависимости от типа нагрузки
6. Защита от «дребезга» и «обгорания» контактов. Эти два явления часто возникают в реле, особенно с индуктивной нагрузкой.
- «Дребезг» контактов — это кратковременное многократное замыкание и размыкание контактов реле в момент переключения. Он возникает из-за упругой деформации и вибрации контактов при их соприкосновении и может вызывать ложные срабатывания подключенного оборудования.
- «Обгорание» контактов происходит из-за искрения между контактами в момент размыкания цепи. Индуктивность, накопленная в катушке, создает высокое напряжение самоиндукции в момент разрыва цепи, которое и вызывает искру. Искрение приводит к эрозии материала контактов, их обгоранию, ухудшению проводимости и, в конечном итоге, к выходу реле из строя.
Для защиты контактов используйте TVS-диоды. Они ограничивают напряжение, возникающее при размыкании контактов, предотвращая искрение и обгорание. Это продлевает срок службы реле. TVS-диод косвенно снижает влияние «дребезга», уменьшая электрические помехи.
Шаг 2. Выберите тип реле
Ориентируясь на принцип работы реле, его функции, требования цепи, выберите подходящий тип реле: электромагнитное, твердотельное, интерфейсное, реле времени и т.д. (Подробнее о твердотельных и электромагнитных реле читайте в наших статьях.)
Виды реле (слева направо): интерфейсные, твердотельные и электромагнитные
Шаг 3. Определите тип и количество контактов
Определите тип контактов реле: нормально разомкнутые (NO), нормально замкнутые (NC) или переключающие (CO). Он зависит от того, как реле будет управлять нагрузкой в активном и неактивном состояниях. Подробнее об обозначениях реле.
Реле может иметь несколько групп контактов, обычно от 1 до 4.
| Аббревиатура |
Расшифровка (англ.) |
Пояснение |
| SPST |
Single Pole Single Throw |
Один NO или NC контакт |
| SPDT |
Single Pole Double Throw |
Один переключающий контакт |
| DPST |
Double Pole Single Throw |
Два NO или NC контакта |
| DPDT |
Double Pole Double Throw |
Два переключающих контакта |
| 3PDT |
Three Pole Double Throw |
Три переключающих контакта |
| 4PDT |
Four Pole Double Throw |
Четыре переключающих контакта |
Примеры обозначения групп контактов реле
Электромагнитное реле с 4 и 2 контактами
Шаг 4. Учитываем ресурс и скорость работы реле
- Коммутационная износостойкость (механический ресурс). Определяет число циклов включения/выключения, которое реле гарантированно проработает без нагрузки. Этот показатель характерен для электромагнитных реле и обычно составляет 10⁶-10⁷ циклов.
- Электрическая износостойкость. Количество циклов включения/выключения при определенной нагрузке. Для электромагнитных реле этот показатель обычно составляет 10⁵-10⁶ циклов, для твердотельных реле — 10⁷-10⁹ циклов.
- Сопротивление контактов. Чем меньше сопротивление, тем меньше потери мощности на контактах.
- Время срабатывания и отпускания. Это еще один критерий выбора реле, важный для быстродействующих систем: систем защиты, управления или ШИМ. Время срабатывания показывает время, которое проходит с момента подачи напряжения на катушку реле до момента, когда контакты реле замкнутся (или разомкнутся). Время отпускания — это время, которое проходит с момента снятия напряжения с катушки реле до момента, когда контакты реле вернутся в исходное состояние.
Шаг 5. Оцените дополнительные факторы
- Температурный диапазон. Убедитесь, что рабочая температура реле соответствует условиям эксплуатации.
- Вибрация и удары. Если реле будет использоваться в условиях вибрации или ударов, выберите реле с соответствующей устойчивостью.
- Монтаж. Некоторые реле предназначены для монтажа на DIN-рейку с использованием специальных колодок, что упрощает установку и замену. Другие могут устанавливаться непосредственно на печатную плату (PCB) или шасси. Выбор зависит от конструкции вашего устройства и удобства обслуживания.
- Размеры. Определите, сколько места есть для установки реле. Это важно в ограниченном пространстве. Например, в шкафах управления.
- Индикация состояния. Некоторые модели реле имеют с индикацию состояния (обычно светодиодную). Они используются для визуального контроля контактов (включено/выключено). Индикация помогает быстро определить, правильно ли работает реле. Это полезно в сложных системах с большим количеством реле.
- Защита от перенапряжений и обратной полярности. Некоторые реле имеют встроенные схемы защиты от перенапряжений (например, варисторы или TVS-диоды) и от обратной полярности (для реле с питанием постоянным током). Это защищает реле от повреждений в случае возникновения нештатных ситуаций.
- Степень защиты (IP). Степень защиты IP показывает уровень защиты от проникновения твердых предметов и воды. Если реле будет эксплуатироваться в условиях повышенной влажности, запыленности или других неблагоприятных факторов окружающей среды, выберите реле с соответствующей степенью защиты IP.
- Сертификация. Реле должны соответствовать ТР ТС 004/2011 «О безопасности низковольтного оборудования» и ТР ТС 020/2011 «Электромагнитная совместимость технических средств». Соответствие указанным регламентам регистрируется в единой декларации соответствия ЕАЭС.
Краткие итоги
Таким образом, чтобы подобрать реле нужно:
- Определить напряжение и ток катушки, коммутируемые напряжение и ток, а также тип нагрузки.
- Выбрать подходящий тип реле.
- Определить тип контактов.
- Установить требуемую коммутационную и электрическую износостойкость, сопротивление контактов, время срабатывания и отпускания.
- Обратить внимание на размеры и тип монтажа реле.
- Проанализировать, какие факторы внешней среды и опции реле важны для надежной работы системы. Это может быть температура, виброустойчивость, индикация, степень защиты корпуса и функция защиты от перенапряжения.
- Проверить наличие декларации соответствия.
Правильный выбор реле — процесс, требующий внимательного анализа требований цепи и параметров реле. Не забывайте обращаться к технической документации производителя и учитывать все факторы, которые влияют на работу реле в конкретной ситуации.
