Во многих устройствах необходимо переключение цепей малой мощности на другие линии или сигналы высокого напряжения. Использование полупроводников для этой цели не всегда оправдано. Старая добрая механика привычнее. Но и тут приходится выбрать между электромагнитным реле и контактором, как их правильно подключать и использовать.

Реле подходят для переключения относительно больших токов с помощью сигнала низкого напряжения и малой мощности, обеспечивая хорошую изоляцию между цепью управления и схемой переключения. Но переключение очень высоких токов и сигналов высокого напряжения требует использования контакторов, а не электромагнитных реле.

Сравнение

В обоих этих устройствах электромагниты используются для управления одной, двумя или более парами контактов. Эти контакты могут быть разомкнуты или замкнуты в исходном положении. Также есть тройные переключаемые контакты. Реле для коммутации маломощных цепей предлагаются в различных решениях, с выводами в виде штекерных разъемов, для пайки проводов или для пайки в печатные платы.

Контакторы, используемые в цепях большой мощности, обычно имеют более крупную конструкцию. И выбор типа реле или контактора во многом зависит от типа переключаемой нагрузки.

Резистивная нагрузка не вызывает скачков напряжения в момент подключения. Самая распространенная нагрузка этого типа – нагреватель. Если он потребляет, например 10 А, он может быть подключен через 10 A реле. Но чисто резистивных нагрузок практически нет. Большинство из них имеют паразитную индуктивность, которая вызывает перенапряжение при очень сильных скачках тока.

Нагрузка на лампочки во время подключения приводит к значительному превышению номинального тока (пусковой ток). Нить накала колбы имеет высокий температурный коэффициент. Сопротивление холодной лампочки в 20 раз ниже, чем у теплой. Лампочка на 75 ватт потребляет 0,3 А, а холодная – 10 А. Хотя такой большой ток идёт менее 0,1 секунды, контакты реле, которые питают его, должны выдерживать это значение.

Нагрузка электродвигателя также начинается со значительно повышения потребления тока. Однофазный двигатель 220 В переменного тока мощностью 250 Вт потребляет чуть более 1 А. Без нагрузки намного меньше. Но в момент пуска или при замедленном роторе может потреблять даже более 10 А.

Емкостная нагрузка характеризуется большим импульсным током в момент включения, вызванным необходимостью зарядки конденсатора. Подачу напряжения на незаряженный конденсатор можно сравнить с коротким замыканием. И резкое увеличение силы потребляемого тока может привести к сгоранию контактов реле. Примером емкостной нагрузки может служить выходной фильтр блока питания.

Индуктивная нагрузка вызывает медленное увеличение тока, вызванное тенденцией блокировать изменения тока за счет индуктивности. Но отключение такой нагрузки вызывает сильное искрение между отключенными контактами, вызванное быстрым изменением тока в индуктивности. Это искрение вызывает разрушение контактов реле и точечную коррозию. По этой причине катушки некоторых реле оснащены диодами. Типичными индуктивными нагрузками являются обмотки исполнительных механизмов, электрические клапаны и катушки реле.

Реле

Основными параметрами реле являются постоянное или переменное напряжение питания катушки, допустимый ток в контактах, их конфигурация (замкнутые, разомкнутые или коммутируемые), количество контактов и время их замыкания и размыкания, а также потребляемая мощность. Важно обеспечить реле достаточным током для надежной работы.

Нижний предел тока который надежно переключает реле, зависит от ряда факторов, таких как материал и геометрия контактов, а также скольжение их поверхностей. Реле с позолоченными или раздвоенными контактами могут надежно переключать токи 10 мА.

Герконовые реле с нормальными контактами и контактами, смачиваемыми ртутью, также используются для слаботочных устройств.

Например герконовый переключатель TE Connectivity JWD-171-10 имеет катушку на 24 В со встроенным защитным диодом и замыкающие контакты до 500 мА при 20 В. Геркон JWD предназначен для монтажа на печатной плате в 8-контактном корпусе DIP 14.

Герконовые переключатели не предназначены для подключения высоких нагрузок, для которых требуется элемент с существенно большими контактами. Например, реле общего назначения G2R-1-DC24 может переключать 10 А при 24 В постоянного тока.

Контакторы

Контактор – это увеличенная версия реле, используемого в промышленных устройствах. Контакторы более долговечны чем реле, они обычно предназначены для монтажа на DIN-рейку. Некоторые из них оснащены монтажными отверстиями, что позволяет привинтить их непосредственно к плоской поверхности, например к шасси.

Они предназначены для подключения трехфазных двигателей с высокими нагрузками, даже мощностью в несколько кВт, больших нагревателей и целых промышленных и производственных систем освещения. Следовательно контакторы должны быть соединены проводами с подходящим большим поперечным сечением, а их клеммы адаптированы для сборки толстых кабелей.

Также существуют версии предназначенные для управления с помощью ПЛК и напряжением 24 В постоянного тока. Они часто управляются переменным напряжением 220 В.

Как и в случае с реле, соленоид контактора воздействует на привод или плунжер, который механически приводит в действие одну или несколько пар прочных электрических контактов. Контакторы сконструированы по модульному принципу, что позволяет легко заменить катушку на другую, адаптированную к другому напряжению, в отличие от реле, которые необходимо заменять полностью.

Модульность также позволяет заменять контактные блоки, которых обычно несколько в контакторах. Иногда все контакты сильноточные, а иногда разные по размеру для одновременного переключения больших токов и слабых.

Слаботочные называются вспомогательными контактами. Например контактор обслуживающий двигатель, может быть оборудован тремя большими парами контактов для трехфазных цепей и одной маленькой парой для индикации текущего состояния мотора.

Контактор JKNA-AR-31 24VS имеет катушку 24 В постоянного тока и набор из четырех соединительных контактов на 10 А при 600 В переменного тока. Контакторы этой модульной серии имеют множество вариантов управляющего напряжения и расположения контактов (4-, 6- и 8-контурные версии).

С течением времени контакторы механически развивались, поэтому теперь можно собрать несколько из них вместе для совместной работы или механически заблокировать один, пока другой работает. Предпочтительно выбирать контактор с параметрами, превышающими требования устройства. Более крупные контакты с более толстым покрытием устойчивее к износу.

Сильноточный контактор для военного назначения EV200AAANA. Главные контакты могут подключать нагрузку до 900 В, 500 А. Его вспомогательные контакты допускают 2 А при 30 В постоянного тока или 3 А при 125 В переменного. Катушка питается от 12 В постоянного тока. Его типичное применение – работа с батареями и источниками питания.

Для некоторых целей используются специальные контакторы. Например для подключения цепей освещения с быстрыми изменениями силы тока, вызывающими нагрузку на контакты, таких как галогенные лампы или емкостные нагрузки.

Существуют специальные контакторы со встроенными термисторами NTC для предотвращения резких скачков тока от оплавления контактов. Такие термисторы иногда используются в коммутируемых цепях обычных контакторов.

Серия K0 от Benedict & Jager является самыми маленькими контакторами в мире, размер которых аналогичен типичным реле большой мощности. Их размеры составляют всего 33 х 35 мм, поэтому многие называют их микроконтакторами. Для сравнения, реле большой мощности с нагрузкой на контакты 1,5 кВт имеет размер 36 х 39 мм.

Контакторы K0 предназначены для работы с переменным током до 12 A в категории AC1 и 5 A в категории AC3 (400 В). Их номинальная мощность нагрузки 2,2 кВт. К контактору можно подключать провода диаметром 0,5-1,5 мм2 (14-20 AWG). Параметры соответствуют стандарту IEC 60947-4-1.

Кроме того, есть реверсивные версии, которые предназначены для переключения электродвигателей с выбором направления вращения. Эти модели имеют в обозначении букву «W», и в настоящее время это самая маленькая версия на рынке. В зависимости от версии эти контакторы имеют четыре нормально разомкнутых, нормально замкнутых контакта или их комбинации, например 2 нормально замкнутых контакта, 2 нормально разомкнутых контакта и так далее.

Серия K0 имеет контактную систему самоочистки. Их поверхность рифленая и при отключении отдельные элементы трутся друг о друга, удаляя загрязнения (оксиды и нагар), образовавшиеся в процессе эксплуатации.

Контакторы также проходят испытание раскаленной проволокой во время изготовления. Это означает, что провод, нагретый до температуры 550 – 950 ° C, прикладывают к контактору на срок до 30 секунд. По истечении этого времени контактор не должен гореть или иметь следы горения. Кроме того, катушка контактора имеет класс изоляции «F», что означает рабочая температура контактора может достигать 90° C, а нижняя -40° C.

Таким образом реле и контакторы являются хорошими решениями для переключения силовых цепей, правильно адаптированных к требованиям напряжения и тока как катушек соленоидов, так и контактов. Реле предлагаются в различных конструктивных решениях, а контакторы, как более стандартизированные промышленные компоненты, – в более типовых. Их выбор зависит от размера и типа коммутируемой нагрузки (резистивная, емкостная или индуктивная), и конечно силы тока.