№4 / 2013 / статья 6

Реле постоянного тока G9E от Omron – дугогасящая конструкция для расцепления силовых цепей

Вячеслав Гавриков (г. Смоленск)

логотип 

 

Как показывает практика, повышение коммутируемой мощности губительно сказывается на времени жизни реле. Это связано с тем, что силовые контакты реле под воздействием повышенной мощности и других факторов (таблица 1) со временем теряют свои свойства. Методы борьбы с негативными факторами воздействия оказываются противоречащими друг другу. Так, например, увеличение размеров контактов и расстояний между ними непосредственно увеличивают габариты реле. В итоге оказывается, что разработка конструкции реле является сложным процессом многомерной оптимизации, учитывающей величины коммутируемых токов, напряжений, изоляции, чувствительности, мощности управления, геометрических размеров реле и других параметров.

Таблица 1. Виды негативных воздействий на контакты реле  

Влияющий фактор Эффект воздействия и последствия для контактов Методы борьбы
Протекающий ток Нагрев, сплавление, миграция материала, электрическая эрозия, изменение сопротивления контактов. Уменьшение сопротивления контактов за счет увеличения их размеров, использование материалов контактов с малым сопротивлением, совершенствование формы и обработки контактов.
Электрическая дуга, искрение Плавление, холодная сварка и увеличение сопротивления контактов. Применение методов борьбы с дугой: увеличение зазоров между контактами, сокращение времени переключения, магнитный обдув контактов
Пыль, корродирующие газы Ускорение износа, увеличение сопротивления контактов, образование пленок на поверхности контактов, коррозия. Герметизация корпуса
Механическое трение и давление при замыкании контактов Деформация, износ, холодная сварка контактов. Применение механически стойких материалов, совершенствование формы контактов и механизмов переключений

Одним из важнейших факторов влияния является электрическая дуга. Она оказывает крайне негативное и разрушающее воздействие от увеличения сопротивления контактов до полного их разрушения.

 

Методы борьбы с электрической дугой

Электрическая дуга является следствием электрического пробоя газа между электродами. При приложении сильного электрического поля может начаться лавинообразный процесс ионизации газа. При ионизации среды пространство между электродами становится проводящим и, как следствие, через него начинает протекать ток, появляется искрение и электрическая дуга. Существует характерная зависимость пробивного значения напряжения от давления газа и расстояния между электродами (закон Пашена, рисунок 1).

 

Зависимость электрической прочности газа от давления и расстояния между электродами (закон Пашена)

 

Рис. 1. Зависимость электрической прочности газа от давления и расстояния между электродами (закон Пашена)

Из данной зависимости хорошо видно, что при увеличении расстояния и увеличении давления (область Б), величина пробивного напряжения растет, а значит, требуется больше энергии на возникновение и поддержание дуги. Таким образом, защищенность от пробоя достигается двумя способами: увеличением расстояния между электродами или увеличением давления.

В реле в качестве электродов выступают контакты, а дуга представляет собой электрический разряд между ними. Дуга может возникать в ряде случаев:

  • в момент размыкания контактов в цепях, имеющих большую индуктивность;
  • в момент замыкания контактов, находящихся под большим напряжением;
  • в момент множественных замыканий/размыканий контактов при дребезге во время включения.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что устранение дуги и искрения невозможно даже при незначительных напряжениях. Таким образом, главной задачей становится сокращение времени жизни дуги.

Как было сказано выше, непосредственное увеличение расстояния между контактами и выполнение быстрых переключений будет способствовать эффективному гашению дуги. Этот способ применяют в специальных сверхмощных реле. Однако, возможен и другой способ гашения дуги, не связанный непосредственно с геометрическим увеличением расстояния между электродами — магнитный обдув.

Принцип действия магнитного обдува основан на вытеснении тока из магнитного поля. Известно, что на проводник с током в магнитном поле действует сила (сила Лоренца), стремящаяся вытеснить ток в направлении, перпендикулярном направлению протекания тока (рисунок 2а). В итоге эффективное расстояние между электродами увеличивается, и гашение дуги происходит быстрее (рисунок 2в). В конструкции реле с таким принципом предусмотрены постоянные магниты, которые создают магнитное поле. Плюсом данного метода является увеличение коммутируемых напряжений и токов без роста геометрических размеров реле.

 

Принцип работы магнитного обдува

 

Рис. 2. Принцип работы магнитного обдува

 

Вторым способом сокращение жизни дуги является увеличение давления газа между контактами. Это возможно при применении герметичной конструкции реле. В этом случае камеры с контактами заполняются газом под давлением, в результате электрическая прочность растет и дуга гасится более эффективно. Кроме того, повышение плотности газа приводит к увеличению его теплопроводности, что также отбирает мощность дуги и дополнительно охлаждает контакты. Увеличение давления газа позволяет снизить и дребезг контактов.

Помимо конструкционных методов для сокращения времени жизни дуги используют и искрогасящие цепи (параллельные и последовательные RC-цепочки, RC-VD-цепочки, варисторы, стабилитроны и др.), которые эффективно отбирают энергию дуги и препятствуют ее развитию между контактами. Но они применяются уже в конечном изделии и рассчитываются с учетом конкретной нагрузки. При наличии магнитного обдува искрогасящие цепи, как правило, не применяются.

 

Семейство мощных реле G9E

Компания OMRON, один из флагманов развития технологий производства реле, разработала уникальное семейство G9E (таблица 2), позволяющее заменить шумные и громоздкие контакторы. Эти реле способны коммутировать мощные нагрузки (токи до 200 А и напряжения до 400 В), сохраняя, при этом, минимальные размеры корпуса.

Таблица 2. Семейство мощных реле G9E от OMRON   

Наименование Конфигурация
контактов
Коммутируемая
нагрузка
Размеры, мм Особенности
G9EA SPST-NO (1A)   80 А/400 В   73x36x67,2   Базовая серия семейства  
G9EB SPST-NO (1A)   25 А/400 В   60x25x58   Серия с минимальными габаритными размерами  
G9EC SPST-NO (1A)   200 А/400 В   98x44x86,7   Серия с максимальной нагрузочной способностью  

Основными особенностями семейства являются: герметичная газонаполненная конструкция, магнитный обдув контактов, рекордно малые размеры корпуса.

Реле G9E имеют герметичную газонаполненную конструкцию (рисунок 3). Давление газа было увеличено, что позволило повысить значение максимального коммутируемого тока, сократить шум от дребезга при переключении на 50%, сократить потери энергии на 30%, уменьшить габариты. Кроме того, газ имеет отличные теплопроводящие свойства. Это дает дополнительные преимущества при борьбе с электрической дугой, так как теплоотвод эффективно отбирает энергию дуги.

 

Конструкция реле семейства G9E на примере G9EA

 

Рис. 3. Конструкция реле семейства G9E на примере G9EA

В конструкции данных реле применяется магнитный обдув контактов для гашения дуги. Главной особенностью является то, что разработчикам удалось оптимизировать конструкцию контактов таким образом, что коммутация возможна при любом направлении протекания тока. Однако стоит заметить, что максимальное значение коммутируемого тока прямого направления больше, чем величина тока обратного направления.

Семейство состоит из трех серий: G9EA — базовая серия, G9EB — серия с минимальными габаритами, G9EC — серия с максимальной нагрузочной способностью. В каждой серии есть модели, предназначенные для автомобильной электроники.

Реле выпускаются с нормально разомкнутой конфигурацией контактов SPST.

Система наименований моделей дана в таблице 3.

Таблица 3. Наименования моделей реле семейства G9E  

Наименование Число контактных полюсов Структура
контактов
Тип выводов
катушки
Исполнение Номинальное напряжение катушки, В
G9EA 1 пусто пусто: проволочные
В: винтовые M3,5
Пусто: стандартное исполнение
CA: исполнение с минимальным сопротивлением контактов
AQ: исполнение для автомобильной электроники
12 24
G9EB 1 пусто В: винтовые M3,5 винтовые M3,5 Пусто: стандартное исполнение
AQ: исполнение для автомобильной электроники
48* 60*
G9EA 1 пусто пусто: проволочные
В: винтовые M3,5
Пусто: стандартное исполнение
AQ: исполнение для автомобильной электроники
100*
* в реле с исполнением для автомобильной электроники (AQ) доступны только катушки 12 и 24 В.

 

Серия G9EA

Серия G9EA (таблица 4) представляет собой базовую серию в семействе G9E и является компромиссным решением при выборе между величиной коммутируемой мощности и габаритными размерами (рисунок 4).

Таблица 4. Характеристики серии G9EA   

Параметр Наименование
G9EA-1
G9EA-1-B
G9EA-1-CA
G9EA-1-B-CA
G9EA-1-AQ
G9EA-1-B-AQ
Особенность   базовая модель   модель с низким сопротивлением контактов   модель для автомобилестроения  
Тип контактов   SPST-NO  
Максимальное сопротивление контактов, мОм   30   10   30  
Номинальная коммутируемая нагрузка   60 А/400 В   30 А/400 В   80 А/400 В  
Максимальный протекающий ток, А   100 (10 минут)   150 (10 минут)   120 (15 минут)  
Максимальный разрываемый ток, А   600 (300 В)   30 (400 В)   500 (400 В)  
Максимальный разрываемый обратный ток, А   60 (200 В)   —   120 (400 В)  
Механическая надежность переключений (ресурс)   200000  
Напряжение катушки, В   12, 24, 48, 60, 100   12, 24, 48, 60, 100   12, 24  
Мощность катушки, Вт   5…5,4  
Сопротивление изоляции между катушкой и контактами, ГОм   1  
Сопротивление изоляции между контактами, ГОм   1  
Рабочая температура, °C   -40…70   -40…70   -40…85  
Габаритные размеры, мм   73x36x67,2  
Дополнительные аксессуары   Крышка для контактов GE9A-C Адаптер для размещения на DIN-рейке GE9A-D
Внешний вид и габаритные размеры реле G9EA

 

Рис. 4. Внешний вид и габаритные размеры реле G9EA

Выпускается три типа реле этой серии: стандартный тип G9EA-1-(B); реле с пониженным сопротивлением контактов G9EA-1-(B)-CA и реле, предназначенные для автомобильной электроники G9EA-1-(B)-AQ.

Реле G9EA-1-(B)-CA имеет низкое (не более 10 мОм) сопротивление контактов, что позволяет пропускать через него токи до 100 А. Однако коммутируемый ток составляет всего 30 А.

Реле G9EA-1-(B)-AQ имеет расширенный диапазон температур и повышенную нагрузочную способность (80 А). Напряжения катушки данной модели соответствуют напряжению питания бортовой сети автомобиля (12 В, 24 В).

Особенностью данного семейства является то, что полярность контактов не имеет значения при коммутации номинальных нагрузок, однако коммутация больших токов требует соблюдения правильной полярности, указанной на корпусе реле. В этом случае максимальный аварийно разрываемый ток составляет 600 А (300 В) для стандартной модели G9EA-1-(B), и 500 А (400 В) для моделей G9EA-1-(B)-AQ.

Существуют два варианта исполнения (рисунок 4) — с винтовыми контактами (М3,5) и с проводными выводами катушки управления.

Для защиты от прикосновения имеется кожух G9EA-С. Для размещения на DIN-рейке доступен специальный адаптер — GEG9EA-D.

 

Серия G9EB

Модели серии G9EB (таблица 5, рисунок 5) представляют собой реле с рекордно низкими габаритными размерами (60x25x58 мм) и возможностью коммутации токов до 25 А.

Таблица 5. Характеристики серии G9EB   

Параметр Наименование
G9EB-1 G9EB-1-AQ
Особенность   минимальные габариты   модель для автомобилестроения  
Тип контактов   SPST-NO  
Максимальное сопротивление контактов, мОм   30  
Номинальная коммутируемая нагрузка   25 А/400 В   25 А/400 В (70 С)  
Максимальный протекающий ток, А   50 (5 минут)  
Максимальный разрываемый ток, А   100 (250 В)  
Максимальный разрываемый обратный ток, А   25  
Механическая надежность переключений (ресурс)   100000  
Напряжение катушки, В   12, 24, 48, 60, 100   12, 24  
Мощность катушки, Вт   2   2,5  
Сопротивление изоляции между катушкой и контактами, ГОм   1  
Сопротивление изоляции между контактами, ГОм   1  
Рабочая температура, °C   -40…70   -40…85  
Габаритные размеры, мм   60x25x58  

 

Внешний вид и габаритные размеры реле G9EB

 

Рис. 5. Внешний вид и габаритные размеры реле G9EB

Конструкция данной серии отличается от других серий. Постоянные магниты расположены вдоль контактов, это позволяет сделать выводы неполярными (в отличие от G9EA и G9EC), что существенно упрощает подключение реле и помогает избежать неправильного монтажа.

Второй особенностью стало использование металлического корпуса совместно с герметизирующей смолой, что позволило сократить число технологических операций, снизить стоимость и уменьшить массу. Однако, мощность коммутации также уменьшилась.

Величина коммутируемых токов любой полярности составляет 25 А.

Конструктивные улучшения привели к уменьшению мощности катушки управления до 2 Вт (2,5 Вт для варианта AQ).

Версия G9EB-1-AQ предназначена для применения в автомобильной электронике в расширенном температурном диапазоне (до 85°С). Напряжения катушки данной модели соответствуют напряжению питания бортовой сети автомобиля (12 В, 24 В).

Модели серии выпускаются только с винтовыми выводами (М4) катушки управления.

 

Серия G9EC

Серия G9EC (таблица 6) имеет наибольшую нагрузочную способность и коммутирует токи до 200 А. Однако данные реле имеют наибольшие габаритные размеры — 98x44x86,7 мм (рисунок 6).

Таблица 6. Характеристики серии G9EС  

Параметр Наименование
G9EC-1
G9EC-1-B
G9EC-1-AQ
G9EC-1-B-AQ
Особенность максимальная коммутируемая мощность модель для автомобилестроения
Тип контактов SPST-NO
Сопротивление контактов (максимальное), мОм 30
Номинальная коммутируемая нагрузка 200А/400В
Максимальный протекающий ток, А 300 (15 минут)
Максимальный разрываемый ток, А 700 (400 В) 1000 (400 В)
Максимальный разрываемый обратный ток, А -200 (200 В)
Механическая надежность переключений (ресурс) 200000
Напряжение катушки, В 12, 24, 48, 60, 100 12, 24
Мощность катушки, Вт 11 7
Сопротивление изоляции между катушкой и контактами, ГОм 1
Сопротивление изоляции между контактами, ГОм 1
Рабочая температура, °C -40…50 -40…85
Габаритные размеры, мм 98x44x86,7
Дополнительные аксессуары Крышка для контактов GE9C-C

 

Внешний вид и габаритные размеры реле G9EC

 

Рис. 6. Внешний вид и габаритные размеры реле G9EC

 

Реле этого типа способны коммутировать обратный ток до 200 А. Для коммутации больших токов необходимо учитывать полярность выводов.

Уникальная конструкция реле способна аварийно разрывать ток величиной до 700 А при напряжении 400 В и выдерживать протекание токов до 300 А в течении 15 минут.

Реле G9EC-1-(B)-AQ разработаны для автомобильных приложений, работают в расширенном температурном диапазоне и способны разрывать ток до 1000 А. Мощность катушки управления уменьшена до 7 Вт. Напряжения катушки данной модели соответствуют напряжению питания бортовой сети автомобиля (12 В, 24 В).

Имеется два вида исполнения, которые отличаются типом выводов катушек: винтовые (М3,5) и проводные.

Для защиты от прикосновения выпускается кожух G9EC-С.

 

Области применения мощных реле G9E

Реле семейства G9E находят широкое применение в различных областях (таблица 7): от промышленного оборудования до спецтехники и энергетики.

Таблица 7. Применение семейства реле G9E  

Область применения Приложение
Транспортные средства Гибридные автомобили
Компактные пассажирские электрокары
Транспортные средства на топливных элементах
Специальная техника Гольф-кары
Вилочные погрузчики
Автоматические самоходные тележки
Сельскохозяйственное оборудование с батарейным питанием
Энергетика и энергетические распределенные системы Ветрогенераторные электроустановки
Электростанции на солнечных батареях
Генераторы на топливных элементах
Промышленное оборудование и оборудование общего назначения Инверторы
Бесперебойные источники питания (UPS)
Импульсные источники питания
Роботы
Лифты
Эскалаторы
Медицинское оборудование
Испытательная аппаратура

Особо стоит отметить модели реле с индексом AQ (Automotive Qualified), предназначенные для использования в автомобильной электрике и электронике. Они соответствуют самым высоким стандартам безопасности, надежности и экологичности. Эти реле способны работать при температурах -40…85°С без дополнительного охлаждения, коммутировать повышенные величины токов. Все это позволяет использовать их в блоках питания и заряда батарей электромобилей, в автомобильных системах электропитания гибридных установок, для систем подогрева двигателя и для других автомобильных приложений.

 

Заключение

Компания OMRON разработала семейство G9E, позволяющее заменить шумные и габаритные контакторы и расцепители. Эти реле способны коммутировать большие токи и напряжения. Газонаполненная герметичная конструкция позволяет сократить дребезг при переключении и уменьшить габариты корпуса, а магнитный обдув эффективно гасит электрическую дугу, увеличивая срок службы реле.

 

Литература

1. Мощные электромагнитные реле. Справочник инженера. СПб,2001.

2. Курилин С.Л. Электротехнические материалы и технология электромонтажных работ. Гомель, 2009.

3. Кривандин С. Мощные контакторы Omron для энергетики, промышленности и транспорта. Электронные компоненты №11, 2007

4. Datasheets, по представленным компонентам взяты с официального сайта OMRON http://www.components.omron.eu/.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка — e-mail: passive.vesti@compel.ru

 

 

Полиэстеровые пленочные конденсаторы серии JFB широкого применения

 

Конденсаторы серии JFB выполнены по технологии metallized polyester film: в качестве диэлектрика в этих конденсаторах используется полиэстеровая (полиэтилентерефталатная) пленка, с напылением слоя металла (металлизацией). Корпус выполнен с эпоксидным покрытием, повышающим параметры теплостойкости, влагостойкости а также увеличивающим сопротивление к воздействию внешних агрессивных сред и растворителей.

Широкий диапазон емкостей и напряжений, возможность использования в цепях постоянного, переменного и импульсного токов, делают серию JFB одной из самых популярных и востребованных в сегменте пленочных конденсаторов. Основные области ее применения: импульсные блоки питания и электронные балласты.

Конденсаторы серии JFB — это аналог существующих серий B32591…B32594 от Epcos, MKT 368 от Vishay, ECQE от Panasonic, MKS от Wima. Конденсаторы данной категории более известны под названиями K73-17 на отечественном рынке, и CL21 — на зарубежном.

Особенности и преимущества

  • Безиндуктивная конструкция
  • Пригоден в качестве блокировочного, разделительного и фильтрующего конденсаторов
  • Широкий диапазон рабочих напряжений и номиналов емкостей
  • Покрытие эпоксидным компаундом для защиты от внешней среды
  • Высокие показатели качества и надежности

 

Основные технические характеристики

  • Материал диэлектрика: полиэтилентерефталат
  • Номинальное напряжение: 100В (2A), 250В (2E), 400В (2G), 630В (2J) постоянного тока
  • Диапазон номиналов емкостей: 0,01…6,8мкФ
  • Допустимое отклонение емкости: ±5%, ±10%, ±20%
  • Коэффициент затухания: ≤0,01 (1кГц)
  • Температурный диапазон: -40…85°C

Помимо полиэтилентерефталатных конденсаторов серии JFB, на складе КОМПЭЛ представлены полипропиленовые помехоподавляющие конденсаторы серии JFV защитного класса X2 от компании JB Capacitors.

Наши информационные каналы

Рубрики:

О компании Omron

Компания Omron была основана в 1933 году в городе Киото, Япония, и в настоящее время является одним из мировых лидеров в области промышленной автоматизации. Omron - международная организация, ее офисы, исследовательские лаборатории и производственные мощности расположены в 35 странах. Основные направления деятельности компании сосредоточены на поставках средств автоматизации для автомобильной электроники, медицинского оборудования, бытовой техники, а также оснащения промышленных предприят ...читать далее