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.

Расчет RC-цепи, подключаемой параллельно контактам реле:

где С — ёмкость RC-цепи, мкф.

I — рабочий ток нагрузки, А.

где R — сопротивление RC-цепи, Ом.

E0 — напряжение на нагрузке, В.

I — рабочий ток нагрузки, А.

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

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

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

Источник: Компания «РусАвтоматизация»

Искрение контактов: причины возникновения и способы устранения

Практически все электромеханические коммутирующие устройства со временем начинают сильно искрить. Как вы уже догадались – это искрят контакты, замыкающие и размыкающие различные цепи. Строго говоря, искрение обычных контактов происходит всегда, но оно незначительно. Проблемы начинаются с того момента, когда искрообразование нарушает нормальный режим работы электроприбора, а в области рабочего пространства коммутационного узла ощущается запах озона и гари.

Основные причины искрения

Чтобы ответить на вопрос, почему и при каких обстоятельствах возникает электрическая искра, выясним, какие процессы лежат в основе искрообразования. Собственно говоря, их немного – всего два:

Существует ещё несколько факторов усиливающих процесс искрения. Это износ, превышение значений токов коммутации, ослабление пружин или уменьшение упругости пластин и некоторые другие.

Для лучшего понимания причин искрения рассмотрим более детально физику процесса. Начнём с понятия искры.

Из школьного курса физики известно, что между проводниками, на которых образовались электрические заряды, происходит ионизация воздушного пространства. По нему в определённый момент протекает ток. Если поддерживать разницу потенциалов на определённом уровне, то образуется электрическая дуга, с огромным тепловым излучением. Примером может служить работа сварочного аппарата.

Известно, что заданным током электрическую дугу можно зажечь лишь на определённом расстоянии между электродами. Чем больше разница потенциалов, тем больший промежуток, на котором происходит образование дугового электротока.

Искра – это частный случай кратковременной электрической дуги. Для этого явления справедливы утверждения приведённые выше. Отсюда вывод – для недопущения процесса искрообразования необходимо устранить причины, вызывающие зажигание электрической дуги. В частности, при разомкнутом или замкнутом положении контактов искрение прекращается по причине исчезновения условий для существования тока в ионизированном пространстве.

А теперь остановимся вкратце на процессах, вызывающих искрение в коммутационных устройствах.

Дребезг контактов

Когда катушка реле замыкает электрическую цепь или разрывает контакт, он под действием упругих сил несколько раз отскакивает. В определённые моменты расстояние между контактами оказывается настолько маленькое, что создаются условия для электрического пробоя. Поскольку процесс дребезга длится лишь доли секунды, то образуется именно искра, которая исчезает в положении замкнутого контакта. Искрение прекращается также в том случае, когда цепи полностью разомкнуты.

Влияние индуктивных цепей

При коммутации электродвигателей и различных соленоидов на выводах индуктивной нагрузки происходит образование ЭДС самоиндукции: E = -L*di/dt.

Из формулы видно, что ЭДС пропорциональна скорости изменения силы тока. Поэтому, при мгновенном расхождении контактов её величина резко возрастает. Кроме того, на ЭДС самоиндукции влияет индуктивность коммутируемого устройства. В частности, такой принцип коммутации использовался в старых моделях автомобилей. Контакты прерывателя с огромной скоростью разрывали цепь катушки индуктивности, в результате чего на электродах свечей зажигания напряжение достигало десятки киловольт.

В нашем случае напряжение разрыва, конечно же, значительно меньше, однако его вполне достаточно для образования искры. Заметим, что определённой индуктивностью обладают даже обычные провода. Поэтому искрение возможно при отключении нагрузки, находящейся в конце длинных линейных цепей.

Прочие причины искрения

Выше упоминалось о том, что усилить искрение могут различные факторы, связанные с эксплуатацией коммутационных устройств. В данном разделе мы рассмотрим, что происходит под действием некоторых факторов:

1. При плохом контакте увеличивается продолжительность дребезга, что является причиной усиления искрения.
2. Если ток коммутации сильно отличается от номинального (в большую сторону) то, во-первых, греются контакты, а во-вторых – искра получается более мощной и разрушительной.
3. Когда ослабление упругости пластин коммутационной системы не обеспечивает надёжного замыкания, то это ведёт к подгоранию контактов, образованию налёта и сажи, увеличивающих процесс искрообразования.

Заметим, что в электродвигателях постоянного тока искрят щетки. В оптимальном режиме работы мотора искрение незначительное. Но при перегрузках или в случаях междувитковых замыканий происходит значительное искрообразование, разрушающее коллектор. Похожее явление происходит при плохом прижимании щёток или в результате засорения промежутков между пластинами коллектора.

На рисунке 1 изображен якорь с подгоревшим коллектором.

Рис. 1. Подгоревший коллектор

Искрение наблюдается, когда вставляют в розетку вилки шнуров, во время подключения мощных электроприборов. Явление усиливается, если штырьки штепселя не соответствуют гнезду розетки.

Последствия, к которым приводят плохая коммутация в розетке, показаны на рис.2.

Рис. 2. Последствия плохой коммутации

Последствия

Искрение контактов не проходит бесследно. Возникают побочные следствия, сокращающие срок службы коммутирующих устройств:

• выгорают контакты;
• ослабляются упругие пластины, контактной группы;
• перегреваются реле и розетки;
• при наличии мощного тока отключения искра может стать причиной пожара, вызвать ожоги у обслуживающего персонала.

Пригоревшие контакты могут залипать, вследствие чего нарушается работа электрооборудования. Если такая неприятность случится в защитных коммутирующих устройствах, это может привести к непредсказуемым ситуациям.

Способы устранения

Выяснив причины искрения, вы можете выбрать действенный способ устранения неполадки. Например, если плохо соединяются контакты, это может быть признаком их засорения сажей. Необходимо удалить весь нагар, используя растворители. Обычно протирают контакты ваткой, пропитанной спиртом. В качестве растворителя подойдёт обычная водка или одеколон.

Изначально поверхность контактов делают очень гладкой для лучшего прижатия их друг к другу. Но в процессе эксплуатации искрение разрушает напыление, вследствие чего появляются шероховатости. Для восстановления работоспособности достаточно отшлифовать поверхность нулёвкой. Если покрытие серебряное – лучше использовать деревянную пластинку, а когда контакт сгорел, то он подлежит замене.

Возможна ситуация, когда искрит замкнутый контакт. Причиной может быть сильное его выгорание или потеря упругости пластины, которая разрывает контакт. Можно попытаться временно восстановить работоспособность реле путём шлифования или попытаться восстановить изгиб пластин.

Мы рассмотрели примеры устранения последствий искрения. Но существует ряд эффективных способов борьбы с причиной этого явления. Остановимся на некоторых из них:

1. Применение неокисляющихся металлов – серебра и различных сплавов.
2. Покрытие контактов ртутью (при условии, что они находятся в закрытой камере, например, контакты манометра).
3. Использование схем для шунтирования.
4. Встраивание в конструкции коммутирующих аппаратов искрогасительных RC цепей.

Метод с применением схем для подавления искрения довольно эффективен и не дорогой. При желании каждый, хоть немного разбирающийся в электротехнике человек, может самостоятельно изготовить искрогасящую цепь.

Для гашения искрообразования в индуктивных цепях постоянного тока достаточно установить диод параллельно нагрузке. При этом катод диода необходимо подключить к положительному, а анод соединить с отрицательным полюсом.

На рисунке 3 изображены схемы, объясняющие действие шунтирующего диода. Обратите внимание на то, как индукционный ток рассеивается на диоде, не попадая на коммутационное реле (позиция С).

Рис. 3. Схемы объясняющие действие шунтирующего диода

Для переменного тока устанавливают шунтирующую искрогасительную RC цепь. Накопленная энергия рассеивается на переходном сопротивлении, а не на контактах. Ёмкость шунтирующего конденсатора можно вычислить по формуле: C_ш = I 2 /10, здесь I — рабочий ток нагрузки, а 10 – условная постоянная, позволяющая производить расчёты для простых схем RC цепей.

Сопротивление резистора находим [ 1 ]: Rш = E₀ / (10*I*(1 + 50/E₀)), где E₀ – ЭДС (напряжение) источника питания, I – сила рабочего тока нагрузки, цифра 50 –стандартная частота переменного ток в электросети. Также пользуются для подбора параметров номограммой ниже.

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 резистора 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.

Рис. 4. Номограмма

Сама типовая схема искрогасительной RC цепи изображена на рисунке 5.

Рис. 5. Схема искрогасительной RC цепи

Защита контактов от искрения – лучший способ продлить срок службы коммутирующего устройства. Применив несложную схему можно успешно решить задачу, связанную с искрением.

Контакты реле: разрешается ли включать или отключать?

Разрешается ли включать или отключать контакты реле – это распространенный вопрос среди начинающих электриков, которым приходится подключать этот прибор. Ведь это устройство является автоматическим выключателем, который при достижении опасных условий разъединяет электрические цепочки.

В настоящее время имеется большое разнообразие реле (переключателей), которые отличаются по конструкционным особенностям, скорости срабатывания и другим характеристикам. Для того, чтобы разобраться в этом вопросе, следует подробно рассмотреть устройства такого типа.

Где используется реле?

Этот прибор приобрел широкое распространение в промышленной отрасли. Применяется он с целью автоматизации каких-либо действий, а также для предотвращения поломок электрических установок. На сегодняшний день используются как электроника, где за функционирование отвечает специальная схема, так и аналогичные приборы, которые работают от резисторов.

Таблица №1. Разновидности переключателей по принципу работы.

Видео – Как работает реле?

Из истории

Многие исторические источники утверждают, что первые устройства, которые по принципу функционирования были похожи на электромагнитные переключатели, появились еще в 30-х годах 18 века в Америке. Создали их с целью получения нового телеграфного аппарата. Так, уже через несколько лет эти устройства поступили в массовую продажу. Тем не менее, первые приборы не выполняли таких функциональных задач, как современные разновидности.

По другим данным отмечали, что первое реле в те же годы появилось в России тоже в процессе разработки нового телеграфа. Тем не менее, это устройство имело слишком много соединений, кабелей, поэтому использовать его было нецелесообразно. К концу 30-х годов 18 века это устройство было официально запатентовано под называнием реле, изобретаем этого устройства стал С. Морзе.

Устройство переключателя и принцип функционирования

Наиболее примитивное устройство состоит из сердечника с обмоткой, пружины возврата и элементов, которые соединяют выключатель – основы, каркаса. При поступлении тока происходит срабатывание электромагнита, что позволяет получить соединение контакта с якорем. Подобные действия замыкают электрическую цепочку.

Если подача тока останавливается или снижается до минимума, то пружина возврата перемещает якорь на место, благодаря чему цепочка размыкается. Только кроме основных компонентов, в состав новых приборов входит резистор для обеспечения слаженной работы и конденсатор, предотвращающий последствия колебаний напряжения.

Так, цепочки, которые подключены с использованием переключателя называют управляемыми, а линию поступления сигнала называют управляющей. Как правило, соединения реле являются дополнительным усилением, потому что они замыкают мощные цепочки за счет подачи минимального напряжения.

Принцип функционирования приборов еще зависит от типа, ведь некоторые из них предназначены для переменного тока, а другие для постоянного тока. Переключатели переменного тока срабатывают от частоты сигнала. Приборы постоянного тока функционируют в следующих ситуациях:

1. Магнитоэлектрические – проявляют восприимчивость к полярности тока, в зависимости от того, подается он на плюсовой или минусовой контакт. Движущийся элемент при этом отклоняется по сторонам.
2. Нейтральные – даже когда ток движется в двух направлениях, происходит колебание якоря в одну сторону.

Характеристики реле

Вне зависимости от принципа функционирования, существуют определенные характеристики, по которым отличаются устройства:

1. Период срабатывания. Это промежуток времени, за который сигнал поступает на вход, а затем воздействует на цепочку.
2. Мощность коммутации. Это мощность цепочки или прибора, который находится под управлением реле.
3. Мощность при срабатывании. Так называют минимальное значение, при котором происходит срабатывание прибора.
4. Уставка. Значение тока срабатывания, которое изменяется.
5. Значение тока, напряжения и при втягивании, отпадания. Величины характеризуются наименьшими и наибольшими значениями электричества, при которых движущийся элемент возвращается на место и происходит разрыв цепи.

Классификация переключателей и применение

Реле – это надежное устройство коммутации, поэтому оно получило распространение в различных сферах. Часто эти переключатели используют в промышленном оборудовании, бытовых электроприборах.

По областям применения, устройства подразделяют на группы:

• контроль работы электронных и электрических систем;
• защита оборудования;
• автоматизация процессов.

Разновидности и назначения устройств

Современное оборудование делают таким образом, чтобы оно срабатывало при определенных значениях тока, который поступает на входные зажимы. Для того, чтобы разобраться с этим оборудованием, мы рассмотрим различные виды приборов.

Реле постоянного тока

Эти устройства могут быть электромагнитными, где происходит движение якоря к сердечнику из-за образования электромагнитного поля в катушке. Кроме того, они могут быть индукционными, где магнитное поле формируется в движущемся элементе.

Из плюсов такого оборудования следует отметить отличную устойчивость к колебаниям напряжения, прочим помехам. Главным минусом является необходимость установки питающего блока, из-за чего увеличивается цена прибора и его становится сложнее подключить.

Такие переключатели чаще всего требуются для управления автоматикой транспорта (в основном железнодорожного).

Реле переменного тока

В данном случае уже не требуется установка специального питающего блока, ведь устройство подсоединяется в сеть с переменным током, над которой будет осуществляться контроль. Тем не менее, у них тоже имеются некоторые отрицательные стороны:

• во время работы часто возникают вибрации, которые приходится устранять;
• эти приборы уступают предыдущим по степени восприимчивости.

Цены на реле напряжения

Из-за вышеперечисленных недостатков, переключатели в основном используют в бытовых электрических приборах и промышленном оборудовании с минимальной мощностью.

Электромагнитные

Это самый популярный вид из всех существующих на рынке устройств. Такое распространение обуславливается некоторыми преимуществами:

1. Возможность коммутации электрических сетей мощностью до четырех кВт, но при этом переключатель имеет минимальные габариты.
2. Высокая степень устойчивости к высокому напряжению и другим помехам, которые возникают во время работы.
3. Безопасность использования. Так, между катушкой с обмоткой и контактами имеется надежный изоляционный слой, который соответствует стандартам безопасности.
4. Минимальный уровень выделения тепла.

Тем не менее, такие устройства тоже имеют определенные недостатки:

• низкая скорость функционирования;
• наличие ограниченного ресурса электромагнитной катушки;
• при срабатывании контактов возникают помехи;
• возникают проблемы при коммутации токов большой нагрузки.

Электронные устройства

За последние годы взамен стандартным, начали выпускать электронные устройства. Их главным положительным качеством является точность определения напряжения, нагрузки, мощности и прочих параметров. Поэтому устройства часто используют при подключении мощных электроустановок. Тем не менее, они не вытеснили с рынка аналогичные приборы только из-за чрезмерной стоимости и меньшего срока эксплуатации.

Переключатель времени

Здесь принцип работы основывается на постепенном замедлении. Происходит это с помощью маятника, электрических двигателей или магнитного поля. Выдержка времени замедления тоже отличается, она бывает от нескольких секунд до суток. Применяются подобные реле как для автоматизации бытового оборудования, так и промышленного.

Тепловые переключатели

Принцип работы тепловых приборов основан на воздействии тепла на контакты, которые изготавливаются из различных сплавов металлов. В зависимости от типа оборудовании, эти контакты отличаются степенью расширения. Тепло при этом выделяется как от тока, так и от нагревательного элемента. Чаще всего такие устройства используются с целью предотвращения перегрева приборов.

Цены на тепловые реле

Как переключатель обозначают на схемах?

Для того, чтобы выполнить ремонтные работы устройства или собрать новое, необходимо знать его точное обозначение на стандартных схемах. В таблице, представленной ниже, имеются основные графические обозначения, с которыми предстоит ознакомиться.

Таблица №2. Обозначение реле на схемах.

Как защитить контакты реле от подгорания

Встречи и поздравления

Предложения встретиться, поздравления участников форума и обсуждение мест и поводов для встреч.

• 1 января
• Тему:С наступающим Новым 2020 Годом.
• От:Stanislav

Ищу работу

ищу работу, выполню заказ, нужны клиенты – все это сюда

• 11 часов назад
• Тему:ищу работу инженер-программист/электроник (Санкт…
• От:AlexRayne

Предлагаю работу

нужен постоянный работник, разовое предложение, совместные проекты, кто возьмется за работу, нужно сделать.

• 9 часов назад
• Тему:Требуется инженер электронщик, разводка, наладка
• От:vm1

Kуплю

микросхему; устройство; то, что предложишь ты 🙂

• 12 часов назад
• Тему:Куплю GL823 (SSOP-24)
• От:/RR/

Продам

есть что продать за деньги, пиво, даром ?
Реклама товаров и сайтов также здесь.

• 4 часа назад
• Тему:Продам осциллограф Fluke 199C
• От:dmitry76

Объявления пользователей

Тренинги, семинары, анонсы и прочие события

• Вчера в 13:42
• Тему:Современные технологии беспроводных коммуникаций…
• От:terraelectronica

Общение заказчиков и потребителей электронных разработок

Обсуждение проектов, исполнителей и конкурсов

Рекомендации по электромагнитным реле

Реле автомобильные
Автомобильные электро-механические реле используются в устройствах автомобильной автоматики.

Реле сверхминиатюрные
Сверхминиатюрные электромеханические реле монтируются на печатную плату, служат для коммутации слабых токов (до 2А), используются в сигнальных телекоммуникационных цепях.

Реле миниатюрные с DC катушкой
Миниатюрные электрические реле общего назначения используются преимущественно в цепях постоянного тока, коммутируют токи до 16А, монтируются как на рельсы DIN так и на печатную плату

Реле миниатюрные с AC/DC катушкой
Миниатюрные реле применяются как в цепях постоянного так и переменного тока, коммутируют токи до 16А, монтируются как на рельсы DIN так и на печатную плату в том числе поверхностным монтажем.

Реле малогабаритные
Малогабаритные промышленные реле индустриального стандарта предназначены для коммутации токов до 50А. Монтаж осуществляется в колодки в основном либо на рейку DIN, либо на поверхность с помощью винтов, возможен монтаж на печатную плату. Используются в качестве промежуточных реле в устройствах промышленной автоматики.

Панельки, колодки, цоколи и крепежные клипсы для реле
Панельки, колодки и цоколи используются для монтажа электро-магнитных реле на шины (линейки) DIN, печатные платы и различные поверхности.

Реле интерфейсные
Интерфейсные реле предназначены для использования в качестве интерфейсов можду контроллерами, датчиками и исполнительными устройствами промышленной автоматики.

Защита контактов реле

При коммутации с помощью мощных электромагнитных реле индуктивных нагрузок контакты реле обгорают под воздействием дуговых разрядов. Для уменьшения повреждения контактов реле такими дуговыми разрядами теоретически можно использовать:

• специальные реле с большими контактными промежутками (до 10 мм и более) и высокой скоростью выключения, обеспечиваемой сильными контактными пружинами;
• магнитный обдув контактов, реализуемый установкой постоянного магнита или электромагнита в плоскости контактного промежутка реле. Магнитное поле препятствует появлению и развитию дуги и эффективно оберегает контакты реле от обгорания;
• искрогасящие цепи, устанавливаемые параллельно контактам реле или параллельно индуктивной нагрузке.

Первые два способа гарантируют высокую надежность за счет конструктивных мер при разработке реле. Внешних элементов защиты контактов при этом обычно не требуется, но специальные электромагнитные реле и магнитный обдув контактов достаточно экзотичны, дороги и отличаются большими размерами и солидной мощностью катушки (у электромеханических реле с большим расстоянием между контактами сильные контактные пружины).

Промышленная электротехника ориентируется на недорогие стандартные электро магнитные реле, поэтому применение искрогасящих цепей является наиболее распространенным способом гашения дуговых разрядов на контактах.

Теоретически для гашения дуги в электро механических реле можно использовать многие физические принципы, но на практике находят применение следующие эффективные и экономичные схемы:

• RC-цепи;
• диоды супрессоры;
• варисторы;
• комбинированные схемы, например, варистор + RC-цепь.

Защитные цепи можно включать:

• параллельно индуктивной нагрузке;
• параллельно контактам реле;
• параллельно контактам электромагнитных реле и нагрузке одновременно.

Ниже показаны типовые варианты защитных цепей:

Расчет таких цепей несложен, цена невелика, а ресурс работы контактов реле удается повысить минимум в два-три раза, а иногда и на порядок.

Пренебрежение искрогасящими цепями нельзя оправдать ни экономическими факторами, ни проблемами недостатка места в оборудовании, ни даже личным недоверием инженеров к этому способу защиты контактов реле. Недоверие такого рода вызвано обычно недостатком опыта эксплуатации релейной техники.

Влияние дуговых разрядов на стабильность работы контактов реле столь велико, что для инженера знание основ расчета и применения защитных схем является просто обязательным условием.

Источники:

https://www.elec.ru/articles/mery-po-zashite-kontaktov-rele-ot-povrezhdeniya-du/
https://www.asutpp.ru/iskryat-kontakty.html
https://remont-book.com/kontakty-rele/
https://electronix.ru/forum/lofiversion/index.php/t75606.html
https://www.atof.ru/pea/relay/sf.shtml