В данной статье рассматриваются требования, с которыми сталкиваются инженеры-конструкторы при разработке промышленных и коммерческих приложений и выборе соответствующих реле.
Существует два технических аспекта, которые инженеры должны тщательно учитывать в процессе выбора реле. В этой статье будет показано, как скачки пускового тока могут значительно повредить контакты реле до такой степени, что они не смогут разомкнуться. Этот отказ может подчеркнуть необходимость соблюдения стандартов безопасности для такого оборудования, как лифты, промышленные режущие инструменты и железнодорожная сигнализация. Вторая проблема касается ограниченного пространства, например, промышленного шкафа управления, и поиска необходимого места для установки требуемого количества реле.
Выбор реле для сложных электрических условий:
За последнее десятилетие промышленная производственная среда претерпела быструю трансформацию. С целью повышения общей эффективности работы такие тенденции, как Индустрия 4.0 и Промышленный Интернет вещей (IIoT), стимулировали рост промышленного оборудования и систем автоматизации.
Промышленные системы требуют эффективного способа управления высоковольтными линиями электропередачи к оборудованию от низковольтного интерфейса. Электромагнитные реле представляют собой эффективный метод достижения этой цели, обычно включая или отключая несколько групп контактов одним сигналом. Хотя простое реле предлагает недорогое решение, могут возникать ситуации, когда управляемое оборудование подлежит строгим требованиям функциональной безопасности. Например, оператор, использующий гидравлический пресс, должен быть абсолютно уверен, что он работает только тогда, когда это необходимо. Стандарты функциональной безопасности, такие как IEC 61508 и его производные для промышленного оборудования, устанавливают уровни целостности безопасности (SIL), необходимые для защиты пользователей оборудования и предотвращения повреждения самого оборудования. Один из таких стандартов безопасности, IEC 61810-3, ранее известный как EN 50205, явно рассматривает реле, используемые в системах управления безопасностью и самоконтроля.
Управление пусковыми токами:
пусковые токи могут быть потенциально опасны для любого компонента электрооборудования, такого как выключатели, контакты и реле. Пусковые токи возникают, когда напряжение питания, подаваемое на нагрузку, вызывает чрезмерно высокие токи. Индуктивные нагрузки, такие как двигатели и трансформаторы, и емкостные нагрузки, такие как накопители энергии, особенно подвержены воздействию высоких пусковых токов. Величина этих токов может в сорок раз превышать средний установившийся ток. В реле внезапное увеличение тока может вызвать мгновенную дугу между контактами реле, приводящую к их свариванию. Реле может казаться работающим как положено, но его способность отключать ток нагрузки нарушена.
Существует несколько способов уменьшения пусковых токов, таких как постепенное увеличение напряжения, подаваемого на нагрузку, или использование переключателя с нулевым пересечением (ZCS), например, твердотельного реле (SSR). ZCS работает с переменным напряжением питания, определяя момент, когда напряжение падает до нуля, а следовательно, ток равен нулю, между положительным и отрицательным пиками; то есть точку пересечения нуля. После пересечения нуля реле может включать или выключать нагрузку.
К сожалению, особенности сильно индуктивных нагрузок означают, что пиковая точка тока может значительно задерживать пик напряжения, а также сдвигать момент нулевого напряжения и тока. Следовательно, подход с пересечением нуля и твердотельные реле могут приводить к коммутации высоких токов. Кроме того, реле с пересечением нуля и твердотельные реле широко известны как потенциальный источник разрушительных и нежелательных электромагнитных помех (ЭМП) от используемых методов коммутации. Обеспечение соответствия требованиям функциональной безопасности с помощью реле с пересечением нуля/твердотельных реле требует сложного управления полупроводниковой схемой.
Реле с направляющими контактами:
наиболее целесообразным и наименее сложным способом надежной и безопасной коммутации цепей является использование реле с направляющими контактами (FGR). Эти реле соответствуют стандарту IEC 61810-3. Кроме того, в их конструкции гарантируется, что нормально разомкнутые (замыкание/НО) контакты не могут принимать то же состояние, что и нормально замкнутые (размыкание/НЗ) контакты. Если контакты сварятся или произойдет какая-либо другая неисправность внутри реле, принудительное перемещение контактов будет поддерживать заданное минимальное расстояние 0,5 мм от неисправных контактов. 
Изображение 1: Детальный вид контактов TE Connectivity FGR
На рисунке 1 представлен подробный вид метода изготовления серии управляемых релейных контактов.
В компании TE Connectivity управляемые релейные контакты серии SCHRACK используются в системах, связанных с безопасностью. Примеры включают в себя блокировки безопасности, аварийные выключатели и системы управления роботами. Помимо промышленного применения, контакты FGR используются в различных системах управления, от контроллеров дверей лифтов и железнодорожной сигнализации до медицинского диагностического оборудования.
В линейке SCHRACK представлен широкий спектр гибких конструктивных решений, таких как различные конфигурации контактов, варианты покрытия контактов и многочисленные схемы расположения контактов для достижения более высоких номинальных напряжений. Стандартные и чувствительные варианты обмоток обеспечивают более длительный срок службы и улучшенное рассеивание тепла.
На рисунке 2 показана линейка SCHRACK FGR, от 2-полюсной серии SR2M до 7-полюсного семейства SRL7.
Изображение 2: Серия управляемых контактных реле SCHRACK от TE Connectivity (источник: TE Connectivity SCHRACK)
Примером реле FGR является SCHRACK SR2M (см. рис. 3). Это двухполюсное реле соответствует стандарту EN 61810-3 (ранее EN 50205) и имеет усиленную изоляцию между полюсами. Коммутирующие контакты рассчитаны на 250 В переменного тока, с максимальным напряжением 400 В переменного тока и коммутируемым током 6 А. Материал контактов — серебро-никель (AgNi). Конфигурация контактов состоит из одного контакта типа A (SPST-NO) и одного контакта типа B (SPST-NC). Рабочее напряжение катушки реле варьируется в зависимости от модели и поддерживает наиболее распространенные номинальные напряжения в диапазоне от 5 В постоянного тока до 110 В постоянного тока. Оно доступно как в варианте с вставным креплением, так и в варианте с пайкой.
Наиболее распространенные области применения SR2M — аварийное отключение, управление гидравлическими прессами, управление лифтами и эскалаторами, а также контроль безопасности.
Другим примером использования FGR является четырехполюсное реле SCHRACK SR4D/M. Это реле (см. рис. 4) доступно с тремя контактами типа A и одним контактом типа B (3 нормально разомкнутых + 1 нормально замкнутый) или с двумя контактами типа A и двумя контактами типа B (2 нормально разомкнутых + 2 нормально замкнутых). Материал контактов — сплав серебра и диоксида олова (AgSnO2), номинальный ток на контакт составляет 8 А.
Рисунок 4: Реле с направляющими контактами TE Connectivity SCHRACK SR4 D/M (источник: TE Connectivity SCHRACK)
для промышленных применений с ограниченным пространством.
Большинство промышленных производственных объектов управляются технологическими логическими контроллерами (ПЛК), установленными на DIN-рейках и размещенными внутри шкафа управления. По мере увеличения сложности оборудования и, соответственно, количества единиц техники, площадь на производственных предприятиях становится все более дефицитным ресурсом. Инженеры, как правило, ограничены одним шкафом управления на каждый производственный объект, что приводит к ограничениям в выборе управляющего оборудования. Современные промышленные контроллеры должны предлагать больше функций и обеспечивать большую производительность при меньших габаритах. Однако такая конструкция также требует минимизации тепловыделения.
Примером реле с направляющими контактами на DIN-рейке является компактное реле SCHRACK XT (см. рисунок 5).
Рисунок 5: Реле с направляющими контактами SCHRACK XT, установленное на DIN-рейке (источник: TE Connectivity SCHRACK).
Реле SCHRACK XT выпускается в однополюсном и двухполюсном исполнении и поддерживает номинальные токи 16 А (1P) или 8 А (2P). Реле FGR можно приобрести с катушкой на 24 В постоянного тока, 24 В переменного тока, 115 В переменного тока или 230 В переменного тока.
Обеспечение эксплуатационной безопасности в промышленных электрических системах:
Соблюдение применимых стандартов безопасности имеет основополагающее значение для безопасности человека во всех аспектах нашей жизни. Это особенно важно в промышленных процессах, где машины и технологическое оборудование представляют потенциальную опасность. Стандарты функциональной безопасности устанавливают общие рамки для оценки и определения рисков, а в случае реле стандарт IEC 61810-3 предписывает использование реле с управляемыми контактами для систем управления безопасностью.
Реле с управляемыми контактами из линейки продуктов SCHRACK компании TE Connectivity необходимы для любых приложений, связанных с безопасностью и направленных на защиту жизни. TE
Connectivity, TE connectivity (логотип), TE и SCHRACK являются товарными знаками, принадлежащими или лицензированными группой компаний TE Connectivity Ltd. Другие продукты, логотипы и названия компаний, упомянутые здесь, могут являться товарными знаками их соответствующих владельцев.
Автор: Марк Патрик, Mouser Electronics
