За дверцей шкафа: силовые реле для шкафной автоматики

9 апреля 2015

OmronTE ConnectivityстатьяПромавтоматикаDIN-rail

Компактные электромагнитные силовые реле для шкафной автоматики – один из основных классов силовых реле. Это широко востребованная продукция массового применения, которую предлагают такие известные мировые производители реле как TE Connectivity, Omron и Tai-Shing.

Шкафы автоматики являются неотъемлемым элементом в регулировании технологических процессов. Помимо автоматизации и контроля, они обеспечивают сигнализацию состояния оборудования, ввод резервного питания, дистанционное управление, визуализацию процессов. Если раньше основой таких шкафов были распределенные логические блоки с многочисленными специализированными измерительными устройствами, то сейчас функции контроля и управления все чаще передаются логическому контроллеру или «умному реле», оснащенным дополнительными аналоговыми или дискретными модулями ввода-вывода. Непременным элементом шкафа управления остается большая группа устройств – контакторов и реле, – реализующих непосредственно коммутацию силовых и среднеточных цепей от управляющих сигналов.

Контакторы чаще всего отвечают за конечную коммутацию силовой нагрузки и не являются предметом рассмотрения в данной статье. Реле же проделали довольно интересный эволюционный путь и по-прежнему являются неизменным элементом шкафной автоматики. Их можно обнаружить и в самом блоке контроля-управления (входные-выходные цепи контроллера и модулей расширения), и в блоке релейной защиты, и как часть дополнительных коммутационных блоков. Как известно, реле – это электромеханическое или электронное устройство (ключ), предназначенное для замыкания и размыкания различных участков электрических цепей при заданных изменениях входных электрических воздействий [1]. Выделяют электромагнитные и твердотельные реле. Независимо от структуры, сущность работы реле заключается в изменении начального состояния контактной группы при подаче напряжения в управляющую цепь. В электромеханических реле это осуществляется при помощи управляющей катушки. Твердотельные реле управляются несколько иначе. Поскольку это сигнальные или силовые оптоэлектронные приборы на основе мощного силового полупроводникового элемента, например, тиристора, полевого или биполярного транзистора, то и управление не подразумевает каких-либо механических частей. В отличие от электромагнитного, твердотельное реле потребляет значительно меньшую мощность, имеет практически мгновенное время переключения, очень высокую частоту коммутации и огромный рабочий ресурс. Однако в выходной цепи обязательно присутствует падение напряжения на мощном силовом полупроводниковым приборе. Поэтому при использовании твердотельного реле необходимо применять радиатор охлаждения. Твердотельные реле нашли довольно широкое распространение в задачах управления резистивными нагрузками, маломощными электродвигателями и при ПИД-регулировании. Их применение в шкафной автоматике для организации релейной логики и управления процессами с низким числом коммутаций в единицу времени экономически нецелесообразно. Здесь, как и до широкого распространения твердотельных, главную роль играют обычные электромеханические реле. Тем не менее, как было сказано выше, электромеханические реле прошли длинный эволюционный путь и в настоящее время – это технологичные, надежные изделия, сочетающие компактные размеры, высокие коммутационные характеристики и внушительный рабочий ресурс. Появился и такой класс как «миниатюрные» или «компактные» силовые реле. Они существенно потеснили громоздкие картриджи предыдущих поколений. Сейчас такие реле есть в программе любого крупного производителя, и именно они составляют наиболее массовую и продаваемую группу электромеханики в мире.

Рассмотрим и сравним наиболее интересные серии компактных силовых реле от ведущих мировых производителей – TE Connectivity (Tyco), Omron и набирающей популярность в России компании Tai-Shing, которая под брендом TTI уже 40 лет производит реле в Тайване и Китае.

Компактные силовые реле производства TE Connectivity

TE Connectivity – компания с огромной номенклатурой производимых электромеханических реле. Одна из популярных серий реле PT [3] широко применяется в шкафах релейной автоматики. PT представляет собой сменный картридж, показанный на рисунке 1. Для данного конструктива имеется широкий выбор держателей (колодок) (рисунок 2). Корпус оснащен кнопкой для механической блокировки контактов. С ее помощью также легко проверить работоспособность контактной группы. Использование колодок, в том числе и для монтажа на печатную плату, позволяет произвести быструю замену вышедшего из строя реле без использования инструмента.

34215
Рис. 1. Внешний вид и габаритные размеры реле серии PT

Отдельного внимания заслуживает серия RT этого же производителя.

Миниатюрные электромеханические реле серии RT нашли широкое применение в системах управления бойлерами, таймерах, интерфейсных модулях, программируемых логических контроллерах, промышленных системах контроля и управления технологическими процессами. Завоевать популярность помогли небольшие габариты, доступная цена, множество вариантов исполнения и высочайшая надежность.

Рис. 2. Внешний вид колодок для реле серии PT

Рис. 2. Внешний вид колодок для реле серии PT

Так же, как и реле серии PT, с помощью дополнительных аксессуаров изделия RT могут крепиться на DIN-рейку в системах промышленной автоматики. На рисунке 3а показан внешний вид колодок. Колодки производства TE Connectivity также дают возможность установки дополнительных модулей, обеспечивающих визуальный контроль функционирования реле (рисунок 3б) и защиту катушки от напряжения самоиндукции (рисунок 3в). Защитные модули представлены RC-цепочками, варисторами и защитными диодами.

а)

а)

б)

б)

в)

в)

Рис. 3. Аксессуары для реле серии RT: а) внешний вид колодок; б) модуль защиты и индикации;
в) модуль защиты

В составе серии RT [4] выпускаются реле с повышенной чувствительностью катушки, что позволяет получить более низкое энергопотребление при удержании якоря. Если номинальная мощность катушки реле в обычном исполнении составляет порядка 400 мВт, то для реле с повышенной чувствительностью потребляемая мощность составляет всего 250 мВт. Для сравнения, номинальная мощность катушки у серии PT – 750 мВт.

Бистабильные реле серий RT1, RT2, то есть реле с двумя устойчивыми состояниями, являются одним из универсальных коммутационных элементов в средствах автоматизации. Так называемые «реле с памятью» не требуют энергии для фиксации в одном из положений и, по сути являясь триггером, широко применяются в логических цепях коммутации. Помимо этого, их с успехом можно применять, например, в портативных устройствах с батарейным питанием. Такие реле содержат одну или две катушки – это определяет алгоритм управления. Реле с одной катушкой переводится из одного состояния в другое подачей инвертированного напряжения. Реле с двумя катушками имеют общий «плюс» и переключение осуществляется подачей «минуса» на соответствующую катушку.

Согласно логике обозначения, бистабильные реле RT1 имеют одну контактную группу, RT2 – две. Электрические и механические характеристики соответствуют серии RT.

Реле для шкафной автоматики производства Omron

Крупная японская корпорация Omron – один из мировых лидеров среди производителей электромеханических реле. Среди ее продукции – хорошо зарекомендовавшие себя серии G2RL [5] (рисунок 4а), G5RL [6] (рисунок 4б) и G5RL-U/K [7] (рисунок 4в).

а)

а)

б)

б)

в)

в)

Рис. 4. Серии реле производства компании Omron а) G2RL; б) G5RL; в) G5RL-U/K

Серия G2RL при сравнительно небольшом размере корпуса (см. таблица 1) имеет хорошие характеристики, коммутируя токи до 16 А на резистивной нагрузке с одним нормально-открытым или одним перекидным контактом при 250 В переменного тока. В комбинации с двумя перекидными контактами при напряжении 250 В коммутируемый ток составляет до 8 А на каждом контакте. Реле G2RL обладает высоким механическим и электрическим ресурсом – 20×106 переключений и 50×103 переключений под нагрузкой соответственно. Диэлектрическая прочность или так называемое «напряжение на пробой» между катушкой и контактами составляет 5 кВ, что также является важным параметром при выборе реле подобного класса. Расширенный температурный диапазон -40…85°С гарантирует безотказную работу реле в неблагоприятных температурных условиях. G2RL оснащаются только катушками постоянного тока с напряжением 5…48 В. Отличные показатели надежности и соответствие мировым стандартам позволяет использовать реле G2RL для таких ответственных применений, как системы релейной защиты и автоматики. Если для разработки требуется реле того же класса, что и G2RL, но с питанием от переменного тока, рекомендуется использовать серию G5RL. Технические параметры и характеристики этой серии аналогичны предыдущей, но в данной серии присутствуют также реле с катушками, питающимися переменным напряжением в диапазоне 24…240 В. Прочность изоляции между катушкой и контактами составляет 6 кВ, импульсное напряжение пробоя между контактами и катушкой – 10 кВ. У серии реле G5RL существует «тихая» модификация – G5RL-LN. Уровень шума этой модификации составляет не более 45 дБ на расстоянии 15 см, что делает процесс переключения практически беззвучным. По сравнению со стандартной модификацией G5RL-LN – на 25% тише.

Хочется отметить еще одну модификацию серии G5RL – это реле G5RL-HR, способное выдерживать пусковые токи до 100 А. Оно было специально разработано для использования в таких приложениях, как управление флуоресцентными лампами и лампами накаливания.

Серия бистабильных энергосберегающих реле G5RL-U/K создана специально для коммутации нагрузки с большими пусковыми токами до 150 А. Энергосберегающее реле G5RL-U/K производства Omron отлично показало себя в таких областях применения как системы «умный дом», автоматизация зданий, преобразователи электрической энергии, источники бесперебойного питания, измерительные приборы, управление освещением. У этих реле может быть одна или две управляющих катушки с рядом номинальных напряжений постоянного тока 3, 5, 6, 12 и 24 В.

Силовые реле производства Tai-Shing

Рис. 5. Реле серии TRIL

Рис. 5. Реле серии TRIL

Компания Tai-Shing под брендом TTI производит в Китае более ста серий реле. Рассмотрим две серии, наиболее близкие к уже описанным ранее, но имеющие немаловажное преимущество – стоимость. Серия TRIL [8] применяется в системах автоматизации, автомобильной, бытовой и офисной технике, оборудовании для аварийного освещения, счетчиках электроэнергии, отопительном оборудовании, телекоммуникации и так далее.

Корпус серии TRIL имеет такие же габаритные размеры, что и серии RT, G2RL, G5RL. Внешний вид показан на рисунке 5. При сравнении основных параметров (таблица 1) видно, что TTI выбрала лучшие качества серии RT производства TE Connectivity и постаралась улучшить слабые места. Таким образом, напряжение пробоя изоляции между контактами и катушкой составляет 10 кВ, а электрическая прочность изоляции между катушкой и контактами – 5 кВ. У реле серии TRIL значительно выше по сравнению с RT и ресурс (50 000 срабатываний для катушек переменного тока и 100 000 постоянного тока для TRIL против 30 000 для RT).

Рис. 6. Реле серии TRY производства Tai-Shing

Рис. 6. Реле серии TRY производства Tai-Shing

У Tai-Shing также имеется универсальная серия реле TRY [9], имеющая два типа выводов: либо для пайки на печатную плату, либо для вставки в колодку (рисунок 6). Для этой серии существует шесть вариаций колодок: как для монтажа на DIN-рейку (рисунок 7а), так и для монтажа на печатную плату (рисунок 7б). Опционально в реле может присутствовать светодиод, показывающий текущее состояние реле.

Для ответственных применений, в частности – для шкафной автоматики, необходимо иметь повышенный ресурс срабатывания контактной группы. Серия реле TRY является рекордсменом с гарантированными 200 000 переключениями под номинальной нагрузкой.

Данное реле широко применяется в релейной защите, автоматике, средствах контроля и измерений электрических сетей, в системах «умный дом», медицинском оборудовании, холодильной технике, автомобильной промышленности и так далее.

а)

а)

б)

б)

Рис. 7. Колодки для крепления реле TRY: а) на DIN-рейку; б) на печатную плату

Обобщенные технические характеристики рассмотренных серий реле приведены в таблице 1.

Таблица 1. Основные параметры реле производства компаний TE Connectivity, Omron и Tai-Shing

Параметр Наименование
TE Connectivity Omron Tai-Shing
PT RT G2RL G5RL G5RL-U/K TRIL TRY
Габаритные размеры, мм 28×22,5×29 29х12,7х15,7 29х12,7х15,7 29х12,7х15,7 29х12,7х15,7 29х12,7х15,7 28×21,5×35,5
Диапазон рабочих напряжений катушки, В 6…220 DC; 6…230 AC 5…110 DC; 24…230 AC 5…48 DC 5…48 DC; 24…240 AC 3…24 DC 5…110 DC; 24…230 AC 6…110 DC; 6…240 AC
Конфигурации контактной системы 2/3/4 CO (2/3/4 form C) 1/2 NO;(1/2 form A); 1/2 CO(1/2 form C) 1/2NO,(1/2 form A); 1/2CO(1/2 form C) 1 NO(1 form A);1 CO(form C) 1 NO(1form A);1 CO(1 form C) 1/2 NO;(1/2 form A);1/2 CO(1/2 form C) 2/4 CO(2/4 form C)
Номинальная нагрузочная способность, А 12/10/6 16/8 16/8 16A (NO), 5A (NC) 16A (NO),5A (NC) 16/8 10/5
Максимальное коммутируемое напряжение, В 400 AC/400 AC/240 AC 400 AC 440 AC, 300 DC 250 AC,24 DC 250 VAC,24 DC 440 AC 220 AC,28 DC
Электрическая прочность изоляции между катушкой и контактами, кВ 2,5/2,5/ 2 4 5 6 6 5 1,5
Время срабатывания/отпускания, мс 20/15 8/6 15/5 20/20 15/15 15/8 25/25
Рабочая температура окружающей среды, °С -40…70 -40…70 AC; -40…85 DC -40…85 -40…70 -40…85 -40…70 AC; -40…85 DC -40…70
Количество срабатываний контактной группы при номинальной нагрузке 70х103/100х103/
100х103
30х103 50х103 50х103 50х103 50х103 AC; 100х103 DC 200х103
Материал контактной группы AgNi, AgNi
с золочением
AgNi, AgNi с золочением AgSn02 AgSnIn AgSnIn AgSn02 AgCdO
Вибро- и ударостойкость, g 20/5 20/5 10 10 10 10 20/6
Номинальная потребляемая мощность, мВт 750 400(250 мВт в версии с высокой чувствительностью) 400…430(250 мВт в версии с высокой чувствительностью) 750 400 – одиночная катушка, 750 – двойная 400 – DC,750 – AC 900 – DC,1200 – AC
Максимальная коммутируемая мощность, ВА 3000/2500/1500 3000/1500 4000 /2000 4000 4000 4000/2000 2200/1100

Заключение

Рассмотренные в статье компактные электромагнитные силовые реле являются для своего сегмента лидерами продаж в России и мире. Благодаря высоким техническим характеристикам и доступности, они удовлетворяют потребности производства и рынка, что, наверняка, обеспечит их массовое применение в течение еще долгого времени. Реле рассмотренных производителей входят в линейку поставок и складскую программу компании КОМПЭЛ. Кроме того, КОМПЭЛ осуществляет широкую техподдержку, заказные и проектные поставки, предоставление образцов, документации и широкий спектр сопутствующей продукции.

 

Литература

  1. https://ru.wikipedia.org/wiki/Реле;
  2. http://www.compel.ru/catalog/relays/;
  3. http://www.te.com/catalog/pn/en/1-1393154-8?RQPN=PT580048;
  4. http://www.te.com/catalog/pn/en/1393240-2?RQPN=RT314060;
  5. http://components.omron.eu/Product-details/G2RL;
  6. http://components.omron.eu/Product-details/G5RL;
  7. http://components.omron.eu/Product-details/G5RL-U_K;
  8. http://www.tti.com.tw/comm/upfile/p_140507_02397.pdf;
  9. http://www.tti.com.tw/comm/upfile/p_140507_02423.pdf.

Получение технической информации, заказ образцов, заказ и доставка.

•••

Наши информационные каналы