Rc фильтр для реле схема. Защита контактов реле от бросков напряжения и токов в цепях переменного и постоянного тока

20.09.2023

Применяется там, где нежелательна или невозможна установка RC-цепи параллельно контактам реле. Для расчета предлагаются следующие ориентировочные значения элементов:

С = 0,5 ... 1 мкф на 1 А тока нагрузки;

R = 50...100% от сопротивления нагрузки.

После расчета номиналов R и С необходимо проверить возникающую при этом дополнительную нагрузку контактов реле при переходном процессе (заряде конденсатора), как это было описано выше.

Приведенные значения R и С не являются оптимальными. Если требуется максимально полная защита контактов и реализация максимального ресурса реле, то необходимо провести эксперимент и опытным путем подобрать резистор и конденсатор, наблюдая переходные процессы с помощью осциллографа.

Достоинства RC-цепи параллельно нагрузке:

хорошее подавление дуги, нет токов утечки в нагрузку через разомкнутые контакты реле.

Недостатки:

при токе нагрузки более 10 А большие значения емкости приводят к необходимости установки относительно дорогих и больших по габаритам конденсаторов, для оптимизации схемы желательна экспериментальная проверка и подбор элементов.

На фотографиях показаны осциллограммы напряжения на индуктивной нагрузке в момент размыкания питания без шунтирования (рис. 33) и с установленной RC-цепью (рис. 34). Обе осциллограммы имеют вертикальный масштаб 100 вольт/деление.

Специального комментария здесь не требуется, эффект от установки искрогасящей цепи виден сразу. Бросается в глаза процесс генерации высокочастотной высоковольтной помехи в момент размыкания контактов, к этому явлению мы еще вернемся при анализе ЭМС реле.

Фотографии взяты из университетского отчета по оптимизации RC-цепей, установленных параллельно контактам реле. Автор отчета провел сложный математический анализ поведения индуктивной нагрузки с шунтом в виде RC-цепи, но в итоге рекомендации по расчету элементов были сведены к двум формулам:

Рисунок 33
Отключение индуктивной нагрузки вызывает очень сложный переходный процесс

Рисунок 34
Правильно подобранная защитная RC-цепочка полностью устраняет переходный процесс

где С - емкость RC-цепи, мкф, I - рабочий ток нагрузки. А;

R = Ео/(10*I*(1 + 50/Ео))

где Ео - напряжение на нагрузке. В, I - рабочий ток нагрузки. А, R - сопротивление RC-цепи, Ом.

Ответ: С = 0,1 мкф, R = 20 Ом. Эти параметры отлично согласуются с номограммой, приведенной ранее.

В заключение познакомимся с таблицей из этого же отчета, где приведены практически измеренные напряжение и время задержки для различных ис-крогасящих цепей. В качестве индуктивной нагрузки служило электромагнитное реле с напряжением катушки 28 VDC/1 W, искрогасящая цепь устанавливалась параллельно катушке реле.

В целях устранения пагубного влияния ЭДС самоиндукции применяются искрогасящие цепи, устанавливаемые параллельно контактам реле или параллельно нагрузке.

Не вдаваясь в физику переходных процессов рассмотрим наиболее действенные и широко применяемые искрогасящие цепи постоянного и переменного тока.

Кремниевый диод включается параллельно индуктивной нагрузке, при замыкании контактов и в установившемся режиме не оказывает никакого воздействия на работу схемы. При отключении нагрузки возникает напряжение самоиндукции, обратное по полярности рабочему напряжению, диод открывается и шунтирует индуктивную нагрузку. Диоды наиболее эффективно предохраняют контакты реле от обгорания и являются лучшим решением, по сравнению с любыми другими схемами искрогашения. Такой способ применим и к сигнализаторам с транзисторным выходом.

Правила выбора обратного диода:

Рабочий ток и обратное напряжение диода должны быть сравнимы с номинальным напряжением и током нагрузки. Для нагрузок с рабочим напряжением до 250В DC и рабочим током до 5 А вполне подходит распространенный кремниевый диод 1N4007 с обратным напряжением 1000В DC и максимальным импульсным током до 20 А;
Выводы диода должны быть как можно короче;
Диод следует припаивать (привинчивать) непосредственно к индуктивной нагрузке, без длинных соединительных проводов - это улучшает ЭМС при процессах коммутации.

Цепи переменного и постоянного тока

RC-цепь является наиболее дешёвым и широко применяемым средством защиты цепей как переменного, так и постоянного тока.

В отличие от диодных схем, RC-цепи можно устанавливать как параллельно нагрузке, так и параллельно контактам реле. В некоторых случаях нагрузка физически недоступна для монтажа на ней искрогасящих элементов, и тогда единственным способом защиты контактов остается шунтирование контактов RC-цепями.

Проще всего пользоваться универсальной номограммой. По известным значениям напряжения источника питания U и тока нагрузки I находят две точки на номограмме, после чего между точками проводится прямая линия, показывающая искомое значение сопротивления R. Значение емкости С отсчитывается по шкале рядом со шкалой тока I. Номограмма дает разработчику достаточно точные данные, при практической реализации схемы необходимо будет подобрать ближайшие стандартные значения для резистора и конденсатора RC-цепи.

RC-цепь, подключаемая параллельно нагрузке:

С = 0,5 ... 1 мкф на 1 А тока нагрузки;
R = 0,5 ... 1 Ом на 1 В напряжения на нагрузке или
R = 50...100% от сопротивления нагрузки.

Для защиты выходных транзисторных каскадов сигнализаторов RC-цепь подключают параллельно нагрузке.

Техотдел компании РусАвтоматизация Дата публикации статьи: 2016-11-28
	Хотите сохранить эту статью? её в формате PDF		Остались вопросы? Обсудите эту статью на		Хочешь читать статьи первым, подписывайся на наш канал в Яндекс.Дзен

Реле -это электромагнитные или полупроводниковые приборы для коммутации сигналов большой мощности управляющим сигналом малой мощности. По типологии подразделяются на электромагнитные, герконовые и твердотельные реле. Также к этой группе относятся герконы, контакторы и колодки, а также цоколи для реле.

Электромагнитные реле - подразделяются главным образом по мощности (сигнальные и силовые реле), по напряжению на катушке (от 5 до 220В), по току на контактах, по группе контактов (замыкания, размыкания, переключения) и количеству групп контактов. Дополнительно среди одинаковых по прочим группам реле могут быть варианты повышенной экономичности (меньшим током потребляемым катушкой) и повышенной токовой нагрузкой (золотыми или иными покрытиями повышающими износостойкость контактов реле и максимальный ток реле). Силовые реле могут иметь дополнительные опции, например индикацию включения светодиодом или ручное переключение контактов кнопкой. Основные производители TTI и Tyco .

Герконовые реле - особый тип электромагнитных реле в которых контактная группа находится внутри герметичной трубки на которой размещена управляющая катушка. Эта конструкция позволяет увеличить экономичность реле и ресурс его работы за счет того что процесс замыкания-размыкания происходит в вакууме. Недостатком этих реле является меньшее количество контактных групп (максимум две) и меньшая коммутируемая мощность (до единиц ампер), делающая этот прибор в основном сигнальным, а не силовым. Герконовые реле в большинстве случаев монтируются пайкой на печатную плату. Конструктивно некоторые из них идентичны интегральным микросхемам в корпусах DIP или SIP. Основные производители TTI и Старт .

Герконы - это магнитно-управляемые контакты идентичные применяемым в герконовых реле, предназначенные для управления постоянным магнитным полем на расстоянии, в большинстве случаев в устройствах автоматики и охранных системах. Герконы имеют одну группу контактов на размыкание, замыкание или переключение на ток от сотен миллиампер до единиц ампер при напряжении от единиц вольт до 250 вольт. Герконы для охранных систем могут быть размещены в пластиковые корпуса для удобства монтажа, и укомплектованы магнитами для срабатывания в аналогичных корпусах. Основные производители TTI и РЗМКП .

Контакторы - мощные электромагнитные приборы для коммутации сигналов электрического тока, импульсами напряжения 220В (в некоторых случаях 12 или 24). Могут одновременно коммутировать как одну так и две или три фазы электрического тока. Отличаются повышенной ремонтопригодностью, для чего их конструкция состоит из нескольких модулей: контактной группы, катушек (в том числе на разное напряжение) и сердечника (состоящего из подвижной и неподвижной частей). Наряду с электромагнитными контакторами сейчас существуют твердотельные, представляющий собой блок из нескольких твердотельных реле. Основные производители Электроконтактор и Epcos .

Твердотельные реле - сигнальные или силовые оптоэлектронные приборы, основанные на оптопаре, входной цепью светодиодом и стабилизатором напряжения, расширяющим диапазон входных напряжений и выходную цепь, состоящую из мощного силового полупроводникового прибора-тиристора, полевого или биполярного транзистора. В зависимости от этих элементов, твердотельное реле может иметь управление постоянным или переменным током (или напряжением) и коммутируемую цепь постоянного или переменного тока. Дополнительная индикация срабатывания на твердотельных реле производится включением параллельно входу красного светодиода.
Твердотельные реле малой мощности могут быть в интегральном исполнении, корпусах типа DIP или SIP, средней мощности в корпусах типа ТО3 и ТО220, в том числе с интегрированным радиатором. Твердотельные реле большой мощности имеют собственный модульный корпус-блок с винтовым подключением входных и выходных цепей и креплением в специализированный радиатор-охладитель.
Основные производители мощных твердотельных реле - Протон и Crydom , реле средней мощности - Cosmo и Crydom , малой мощности - Протон и International Rectifier .

Посмотреть и купить товар вы можете в наших магазинах в городах: Москва, Санкт-Петербург, Волгоград, Воронеж, Екатеринбург, Ижевск, Казань, Калуга, Краснодар, Красноярск, Минск, Набережные Челны, Нижний Новгород, Новосибирск, Омск, Пермь, Ростов-на-Дону, Рязань, Самара, Тверь, Тула, Тюмень, Уфа, Челябинск. Доставка заказа почтой, через систему доставки Pickpoint или через салоны «Евросеть» в следующие города: Тольятти, Барнаул, Ульяновск, Иркутск, Хабаровск, Ярославль, Владивосток, Махачкала, Томск, Оренбург, Кемерово, Новокузнецк, Астрахань, Пенза, Липецк, Киров, Чебоксары, Калининград, Курск, Улан-Удэ, Ставрополь, Сочи, Иваново, Брянск, Белгород, Сургут, Владимир, Нижний Тагил, Архангельск, Чита, Смоленск, Курган, Орёл, Владикавказ, Грозный, Мурманск, Тамбов, Петрозаводск, Кострома, Нижневартовск, Новороссийск, Йошкар-Ола и др.

Товары из группы «Реле» вы можете купить оптом и в розницу.

В этой статье речь пойдет о защите контактов реле и входных цепей устройств чувствительных к воздействию бросков напряжения и тока в цепях постоянного и переменного тока с использованием:

RC цепочки;
диодной цепи;
диодно-стабилитронной цепи;
варисторной цепи.

При включении и отключении различного электрооборудования ток в электрической цепи, как правило, отличается от установившегося значения. При этом величина разброса составляет разы. Ниже приведены диаграммы изменения тока при включении различных характерных типов нагрузок.

При отключении индуктивной нагрузки возникает ЭДС самоиндукции (от несколько сотен до нескольких тысяч вольт). Такой бросок напряжения способен повредить коммутационный элемент, или существенно снизить его ресурс. Если ток в этих нагрузках относительно невелик (единицы ампер), то воздействие ЭДС самоиндукции на контакты, коммутирующие индуктивную нагрузку, может привести к коронного разряда или дуги.

Это, в свою очередь, может привести к появлению на контактах оксидов и карбидов. Воздействие ЭДС самоиндукции может также повредить устройство, имеющие общие с индуктивной нагрузкой цепи питания.

Например, электронное реле времени, подключенное параллельно мощному промежуточному реле, может быть повреждено, либо нестабильно работать, если не предпринимать мер по защите от ЭДС самоиндукции.

При возникновении электрической дуги между контактами происходит разрушение мест контакта вследствие переноса материала контактирующих поверхностей. Это ведет к свариванию контактов и изменению формы контактов и, как следствие, к увеличению переходного сопротивления.

Увеличение переходного сопротивления приводит к росту выделения тепла в месте контакта, его окислению и, как результат, к полной потере контакта.

Для сохранения ресурса контактов и защиты нагрузок применяются различные способы защиты.

Защита контактов и входных цепей устройств, чувствительных к воздействию бросков напряжения и тока в цепях постоянного и переменного тока.

Тип цепи защиты	Род тока		Указания по применению	Примечание
Тип цепи защиты	Пер.	Пос.	Указания по применению	Примечание
RC цепочки	+	+	Если нагрузкой является таймер, ток утечки, протекающий через RC цепь может привести к ошибке. При использовании на переменном токе, необходимо чтобы импеданс нагрузки был существенно меньше импеданса RC цепи.	При выборе номиналов RC цепи необходимо руководствоваться следующим: R – 0,5…1 Ом на 1В напряжения на контактах (или на нагрузке). С – 0,5…1 мкФ на 1А тока через контакты (или в нагрузке). Номиналы очень зависят от свойств нагрузки и характеристик ключа. Используйте неполярные конденсаторы.
RC цепочки	+	+	Если нагрузка реле или соленоид, то время отпускания увеличится.
Диодная цепь	—	+	Поскольку диод подключен параллельно нагрузке, энергия, запасенная в ней замыкается через диод, что приводит к увеличению времени отпускания по сравнению с RC цепью в 2…4 раза.	Используйте диод с обратным напряжением в 10 раз превосходящим напряжение на нагрузке и максимальным прямым током несколько большим чем ток в нагрузке.
Диодно-стабилитронная цепь	—	+	Используется если время затухания переходного процесса с диодной цепью слишком велико.	Используйте стабилитрон с напряжением стабилизации примерно равным напряжению источника питания.
Варисторная цепь	+	+	Используя свойство варистора стабилизировать напряжение на нем эта цепь предотвращает чрезмерно высокое напряжение на нагрузке. Использование варистора также несколько увеличивает время отпускания.