Главная » Литература » Электротехника » Игловский - Справочник по слаботочным электрическим реле (1990)
Игловский - Справочник по слаботочным электрическим реле (1990)
Игловский И. Г. Справочник по слаботочным электрическим реле 1990.
Приведены технические данные, маркировка, габаритный чертеж и электрическая схема современных слаботочных электрических реле. Даны рекомендации по выбору и применению реле. Второе издание вышло в
ПРЕДИСЛОВИЕ
Непрерывный рост производства и функциональное усложнение радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) обусловливают необходимость широкого применения слаботочных реле для выполнения разнообразных функций: дистанционного или автономного управления работой отдельных устройств, блоков систем или аппаратуры в целом; сопряжения технических устройств, в том числе работающих на различных энергетических уровнях и основанных на разных физических принципах действия; кодирования, преобразования и распределения электрических сигналов, особенно в многоканальных системах управления, сигнализации, контроля, защиты и т. п.
В связи с этим непрерывно увеличиваются объемы производства и потребления реле. Одновременно расширяется номенклатура и совершенствуются характеристики электромагнитных слаботочных реле различного назначения. Так, их масса и габариты снижены до аналогичных показателей корпусных полупроводниковых приборов, надежность контактирования и ресурс по числу коммутаций повышены более чем на порядок, устойчивость к внешним воздействиям также значительно увеличена.
Массовость применения и важность выполняемых функций определили значительное влияние слаботочных реле на многие технические характеристики РЭА, такие, как объемно-массовые показатели, безотказность, долговечность, быстродействие, помехозащищенность и т. п. Отечественная промышленность выпускает большое количество конструктивных разновидностей слаботочных реле. При этом, в последние 5 — 7 лет разработаны новые типы слаботочных реле, применение которых позволяет по-новому решать проблемы, связанные с комплексной миниатюризацией, повышением надежности и долговечности системы коммутации РЭА.
Электромагнитные, полупроводниковые и другие виды слаботочных коммутационных реле являются неотъемлемой частью практически любого радиоэлектронного, телемеханического оборудования и приборов. Слаботочные реле выполняют в приборах автоматики и телемеханики самые разнообразные функции — от простейших операций включения или отключения отдельных элементов до осуществления сложных логических функций и создания разветвленных многоканальных систем управления. Несмотря на бурное развитие полупроводниковой техники и создание на ее базе большого числа устройств, выполняющих релейные функции, применение реле в системах автоматики и телемеханики увеличивается. Технический прогресс в области конструирования и технологии производства реле, достигнутый в последние годы, позволил органически сочетать реле и элементы бесконтактной коммутации в аппаратуре автоматики и телемеханики и создавать аппаратуру, обладающую новыми техническими характеристиками. По габаритам и массе современные реле, коммутирующие ток до 1 А, практически • соизмеримы с элементами бесконтактной коммутации. В последние годы все более широкое применение получают реле, созданные на основе новых принципов действия. К ним относятся герконовые, бесконтактные, гибридные и другие реле, имеющие, как правило, более высокое быстродействие, повышенную износостойкость по числу коммутаций, более полную конструктивную и параметрическую совместимость с интегральными микросхемами и другими элементами электронной техники.
Современные электромагнитные реле различаются по массе, чувствительности, способу управления, коммутируемой мощности и степени защиты от воздействия окружающей среды. Герконовые реле получают все большее распространение в системах автоматического управления и связи. Их отличительной особенностью по сравнению с обычными электромагнитными реле являются более высокое быстродействие, увеличенное число срабатываний, особенно при малых нагрузках на контактах (до 107 —108 срабатываний), повышенная стабильность переходного сопротивления контактов в процессе эксплуатации. Для применения в ВЧ блоках радиоэлектронной аппаратуры предназначены высокочастотные реле РЭВ18, РЭВ20, РПА11 -РПА16 и др. Наиболее перспективным следует считать применение реле в сочетании с полупроводниковой техникой, когда основные логические задачи управления решаются на элементах бесконтактной техники, а реле используются в качестве выходных и периферийных устройств, управляющих сравнительно мощными приборами и элементами (электродвигатели, элементы гидравлических и пневматических приводов, контакторов и т. п.).
Реле с мощностью управления менее 50 мВт могут использоваться в аппаратуре с включением их непосредственно от микросхем без промежуточных усилителей. Современные типы реле с магнитной блокировкой позволяют резко уменьшать расход электроэнергии и снижать тепловые перегревы внутри блоков аппаратуры, что, в свою очередь, приводит к увеличению срока службы аппаратуры. Среди реле с магнитной блокировкой появились конструкции, имеющие встроенные контакты для отключения собственных обмоток управления, сигнализацию о положении якоря и другие особенности, расширяющие их функциональные возможности. Справочник знакомит читателей с основными типами слаботочных реле, их техническими характеристиками и особенностями применения в аппаратуре. Приведенные в нем данные по широкой номенклатуре слаботочных реле позволяют разработчикам релейных схем выбирать реле, наиболее полно отвечающие требованиям, предъявляемым при создании различных видов аппаратуры. Замечания и пожелания по книге просьба направлять по адресу: 191065, Ленинград, Д-65, Марсово поле, д. 1, Ленинградское отделение Энергоатомиздата.
Глава первая
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ И ПРИМЕНЕНИЮ РЕЛЕ
1-1. ОСНОВНЫЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ПАРАМЕТРЫ СЛАБОТОЧНЫХ РЕЛЕ
Из большого числа параметров реле следует ориентироваться на основные, определяющие нормальную работоспособность реле и характеризующие эксплуатационные возможности и область применения слаботочных реле. Основными эксплуатационными параметрами реле являются:
1. Электрические: чувствительность, рабочий ток (напряжение), ток (напряжение) срабатывания, ток (напряжение) отпускания, сопротивление обмотки, сопротивление контактов электрической цепи, коммутационная способность, электрическая изоляция, вид нагрузки, частота коммутации, износостойкость.
2. Временные параметры: время срабатывания, время отпускания, время дребезга контактов.
3. Высокочастотных реле: межконтактная емкость, волновое сопротивление, коэффициент бегущей волны или стоячей волны, затухание на отключенный канал, коммутируемая мощность, пропускаемая мощность, частота коммутируемого сигнала.
Чувствительность — способность реле срабатывать при определенном значении мощности, подаваемой в обмотку реле. Обычно чувствительность определяется магнитодвижущей силой (МДС) срабатывания. При сравнении между собой различных типов реле, а также выборе и применении их в аппаратуре наиболее чувствительными считаются те реле, которые срабатывают при меньшем значении МДС. Значение МДС конкретного типа реле всегда должно быть постоянным и достаточным для надежного переброса якоря и замыкания (размыкания) всех контактных групп. Чувствительность характеризуется минимальной мощностью, подаваемой в обмотку и достаточной для приведения в движение якоря и переключения контактов реле. Мощность срабатывания - величина непостоянная. Она зависит от обмоточных данных катушки реле и от воздействия внешних факторов.
Поляризованные реле по сравнению с нейтральными обладают повышенной чувствительностью, большим коэффициентом усиления, меньшим временем срабатывания. Повышенная чувствительность поляризованных реле достигается увеличением МДС, введением дополнительного источника энергии (постоянного магнита), относительно малым ходом якоря и сравнительно малым контактным нажатием. Чувствительность как параметр в технической документации не приводится и определяется по току срабатывания и сопротивлению обмотки при соответствующих температурных условиях окружающей среды: Ток (напряжение) срабатывания служит для контроля настройки реле при различных видах проверок в процессе изготовления и применения и не является рабочим параметром.
Рабочий ток (напряжение) обмотки указывается в технической документации в виде номинального значения с двусторонними допусками, в пределах которых гарантируется работоспособность реле при воздействии климатических и механических факторов. Верхнее значение рабочего тока (напряжения) ограничивается в основном температурой нагрева провода обмотки. Нижнее значение рабочего тока (напряжения) определяется минимальным коэффициентом запаса, обеспечивающим необходимое время срабатывания, надежность работы реле при снижении напряжения питания и при увеличении сопротивления обмотки за счет ее нагрева. У герконовых реле верхнее значение рабочего напряжения (тока) ограничивается, как правило, допустимой повышенной температурой для геркона. Ток (напряжение) срабатывания определяет чувствительность реле и характеризует ее при питании обмотки минимальным током (напряжением). При этом токе (напряжении) реле должно нормально сработать, т. е. переключить все контакты. Для удержания контактов реле в этом положении в обмотку необходимо подавать рабочий ток (напряжение).
Для каждого исполнения реле приводится значение тока (напряжения) срабатывания в нормальных условиях, при воздействии механических и климатических факторов и после него. В процессе хранения возможна потеря чувствительности реле, поэтому ток (напряжение) срабатывания может несколько превышать номинальное значение. Ток (напряжение) срабатывания является контрольным параметром, характеризующим стабильность регулировки реле и устойчивость всех элементов конструкции.
Ток (напряжение) отпускания, так же как и ток (напряжение) срабатывания, приводится в технической документации, как для нормальных условий, так и при воздействии различных дестабилизирующих факторов. Отпускание реле (возвращение контактов в исходное состояние) происходит при снижении тока (напряжения) в обмотке до значения, при котором якорь возвращается в исходное состояние. Высокий показатель чувствительности реле характеризуется наибольшим током, при котором якорь возвращается в начальное (исходное) состояние. Сопротивление контактов электрической цепи состоит из сопротивления контактирующих поверхностей и сопротивления элементов цепи контактов (пружина, токопроводящие выводы). Практически измерить сопротивление контактирующих поверхностей в реле очень трудно, и поэтому значение сопротивления контактов оценивается по сопротивлению всей цепи контактов.
Сопротивление контактов, даже чистых, зависит от многих факторов и может изменяться в широких пределах как в период поставки, так и в процессе эксплуатации. Загрязнение контактных поверхностей влечет за собой падение напряжения на контактной паре и как следствие — повышенный нагрев контактов. В технической документации обычно указываются нормы на сопротивление цепи контактов для периода поставки, по которым оценивается качество контактов реле. Сопротивление контактов электрической цепи измеряется методом вольтметра- амперметра или другим методом с погрешностью +15% на постоянном или переменном токе частотой до 10 кГц при напряжении F+1) В на разомкнутых контактах. При этом, ток через замкнутые контакты должен быть A00+10) мА для реле, у которых ток нагрузки 100 мА и более. Проверка сопротивления контактов электрической цепи реле, коммутирующих нагрузки, напряжение на которых не превышает 200 мВ, производится при напряжении C0 ±5) мВ, при этом ток через замкнутые контакты должен быть не более 10 мА.
Коммутационная способность контактов реле характеризуется значением коммутируемой мощности, при которой контакты выполняют определенное число коммутаций.
Следует иметь в виду, что от значения коммутируемой мощности существенно зависит электрическая эрозия контактов. В основном она проявляется при токе более 100 мА. При токах менее этого значения электрическая эрозия, как правило, не возникает и основное влияние на работоспособность реле оказывает механический износ контактов и подвижной системы. В нормативно-технической документации (НТД) на реле указывается диапазон ' коммутируемых токов и напряжений, в пределах которого гарантируется определенное число коммутаций. Увеличение коммутируемой мощности сверх нормы, установленной требованиями НТД, может привести к нарушению контактирования вследствие выделения большого количества теплоты. Коммутация напряжений и токов, значения которых меньше установленных требованиями НТД, может привести к нарушению токопрохождения через контакты. При коммутации электрических режимов с напряжением от 1 до 50 мВ необходимо учитывать влияние термоэлектродвижущей силы (термо-ЭДС) и электродвижущей силы (ЭДС) шумов, наводимых в цепи контактов. ЭДС шумов и термо-ЭДС могут вызывать искажение коммутируемого сигнала. При коммутации малых токов (от 10 до 10 А) возникают токи утечки (при разомкнутых контактах), которые могут быть соизмеримыми с токами нагрузки. Поэтому при коммутации токов этого диапазона:" значений при напряжении от 0,05 до 10 В рекомендуется выбирать сопротивление нагрузки в пределах от 5 до 500 кОм. Электрическая изоляция характеризует электроизоляционные свойства реле как в нормальных условиях, так и при различных климатических и механических воздействиях. Сопротивление изоляции реле должно соответствовать требованиям I ГОСТ 16121 —86'и техническим условиям на реле. Электрическая изоляция реле— способность изоляции выдерживать длительно или кратковременно перенапряжения, возникающие в процессе эксплуатации аппаратуры. Изоляция реле определяется электрической прочностью промежутков — воздушных (межконтактных зазоров) и по поверхности диэлектрика платы реле. По этим промежуткам судят о токах утечки реле.
Вид нагрузки. Нагрузка, коммутируемая контактами реле, может быть активной, L индуктивной, емкостной и комбинированной. При коммутации активной и индуктивной нагрузок наиболее тяжелым для \ контактов является процесс размыкания электрической цепи. В момент размыкания 1 цепи возникает электрическая дуга, в результате которой происходит износ контакта. Степень износа контактов определяется коммутируемой мощностью и временем горения дуги. Чем больше ток, коммутируемый контактами, и постоянная времени нагрузки, тем больше выделяемая тепловая мощность и время горения дуги.
Временные параметры. Время, прошедшее после подключения обмотки реле к источнику питания до первого касания замыкающим контактом неподвижного контакта, характеризует время срабатывания. Во всех современных реле при замыкании замыкающих контактов и размыкании размыкающих контактов происходит дребезг контактов после удара подвижных контактов о неподвижные. Поэтому в технической документации оговариваются время срабатывания и время дребезга. Время отпускания характеризуется временем от момента снятия питания с обмотки до момента полного отпадания якоря электромагнита и первого касания (замыкания) размыкающего контакта.
1-2. ВЛИЯНИЕ ДЕСТАБИЛИЗИРУЮЩИХ ФАКТОРОВ НА РАБОТОСПОСОБНОСТЬ РЕЛЕ
Основным критерием оценки работоспособности реле в аппаратуре является его надежность. Надежность реле определяется безотказной его работой в течение определенного отрезка времени в условиях, оговоренных технической документацией. Факторы, влияющие на надежность реле, подразделяются на внутренние и внешние. К внутренним факторам относятся электрическая нагрузка на контактах, режим питания обмотки, переходное сопротивление контактов, сопротивление изоляции реле. Внешние факторы — механические и климатические воздействия, атмосферное давление окружающей среды, плесневые грибы и морской туман, специальные факторы.
К специальным факторам относят воздействия на реле различных газовых сред, постоянных и переменных магнитных полей. Воздействие газов и газовых соединений на реле может ухудшить электроизоляционные и механические свойства элементов реле. Воздействие кислородной среды вызывает снижение электрической и механической прочности изоляции проводов ПЭВ и ПЭЛ. Воздействие водородной среды вызывает значительное снижение механической прочности проводов ПЭЛ и ПЭТВ. Воздействие газовых сред на детали реле из пресс-материалов и слоистых пластиков, а также на провод ПНЭТ-имид не приводит к существенному изменению их электроизоляционных и физико-механических свойств по сравнению с исходным состоянием. При воздействии аргона, азота, гелия, кислорода, углекислого газа существенного изменения износостойкости контактов из различных материалов не происходит. Только у серебряных контактов наблюдается понижение износостойкости при работе в аргоне. Внешние магнитные поля постоянного или переменного тока могут влиять на чувствительность реле. При обесточенных обмотках под воздействием внешнего магнитного поля возможно самосрабатывание реле. При низких уровнях тока (до нескольких десятков миллиампер) и напряжения отсутствует электрическая эрозия контактов. Индуктивная нагрузка не снижает износостойкости реле, повышает надежность контактов.
При более высоких уровнях тока (десятые доли ампера) и напряжения могут возникнуть условия для появления электрической эрозии контактов. В этом случае индуктивная нагрузка может ухудшить износостойкость и привести к снижению надежности контактов. При относительно больших уровнях тока (от десятых долей до единиц ампера) и напряжения индуктивная нагрузка снижает износостойкость реле. При одинаковом значении тока долговечность контактов, работающих в цепи переменного тока, выше, чем у контактов, работающих в цепи постоянного тока.
Это явление нетрудно понять, так как переменный ток меняет полярность с определенной частотой и поэтому дуга, возникающая в процессе коммутации с такой же частотой, гаснет и снова возникает, и тем самым создаются более благоприятные условия для коммутации.
Повышенная температура вызывает изменение электрических параметров обмотки, снижение чувствительности реле, изменение значения переходного сопротивления контактов, а также увеличение диэлектрических потерь и уменьшение сопротивления изоляции и даже некоторое снижение ее электрической прочности.
При длительном воздействии повышенной температуры происходит старение изоляции провода обмотки, материала каркаса катушки, изоляционных прокладок и упоров. При старении теряется эластичность, уменьшается механическая и электрическая прочность изоляции, снижается предел упругости материалов контактных и возвратных пружин, что и следует учитывать при применении реле в этих условиях. Влияние пониженной температуры на переходное сопротивление контактов особенно заметно при коммутации токов менее 0,01 А. В негерметичных реле имеющиеся водяные пары охлаждаются и оседают на контакты, в результате чего может произойти обледенение контактов.
При циклических изменениях температуры появляются знакопеременные механические напряжения. В случае превышения температуры сверх норм, предписанных техническими условиями, механические напряжения могут привести к необратимым изменениям параметров и к нарушению герметичности реле. Изменение атмосферного давления влияет на отвод тепла от обмотки. С понижением атмосферного давления уменьшается интенсивность теплоотдачи за счет конвекции. При применении негерметичных реле в условиях пониженного атмосферного давления возможен перегрев обмоток реле. В условиях невесомости ухудшается теплоотдача ввиду отсутствия конвекционных потоков газа, окружающего реле, что и следует учитывать при применении реле в этих условиях. Рекомендуется эксплуатировать реле в повторно-кратковременном режиме работы, применять обдув или снижать температуру окружающей среды. При механических воздействиях на реле наиболее устойчивым состоянием для большинства типов реле является такое, когда якорь притянут. Постоянно действующие ускорения и удары оказывают значительное влияние на чувствительность реле с несбалансированным якорем (РЭС6, РЭС9, РЭС10, РЭС15, РЭС22, РЭС32 и др.). Снижение влияния постоянно действующих ускорений достигается только правильной ориентацией реле в отношении к возможным направлениям воздействия ускорений. Наиболее устойчивым к воздействию постоянно действующих ускорений является реле, занимающее положение, при котором ускорение направлено вдоль оси вращения якоря.