Твердотельное реле или контактор — что выбирают по числу включений в смену
Механический и электрический ресурс контактора против ресурса полупроводникового ключа, расчёт тепла на радиаторе, ток утечки, защита быстродействующим предохранителем. Таблица сравнения.
Твердотельное реле и контактор решают одну задачу — замыкают силовую цепь по сигналу управления, но ведут себя по-разному при частых включениях. У контактора ресурс ограничен износом механики и подгоранием контактов, у твердотельного реле механики нет, зато есть падение напряжения на ключе и выделяемое тепло. Поэтому выбор определяется не мощностью нагрузки, а числом включений за смену и характером нагрузки.
Ниже разобрано, где граница по числу коммутаций, как считают тепло на радиаторе твердотельного реле, какие нагрузки для него неприменимы и что нужно прислать для подбора.
Ресурс по числу коммутаций
Для контактора производитель указывает две величины ресурса. Механический ресурс — число срабатываний без нагрузки, от 1 до 30 млн операций. Электрический ресурс — число отключений под током, и он на один-два порядка меньше: от 100 тыс. до 1 млн операций в категории применения AC-3, то есть при коммутации двигателя. Именно электрический ресурс и ограничивает срок службы.
Твердотельное реле механического ресурса не имеет. Срок службы определяется ресурсом полупроводникового ключа и качеством отвода тепла: при соблюдении теплового режима реле работает десятки миллионов циклов. Поэтому в задачах с частой коммутацией его применяют даже там, где по мощности достаточно контактора.
Практическая граница выглядит так. До нескольких десятков включений в смену контактор служит годами, и переход на твердотельное реле не оправдан. От одного включения в минуту ресурс контактора расходуется за год-два, и замена механики становится статьёй расходов. При коммутации чаще раза в секунду — регулирование температуры, шаговое управление нагревателями, циклические приводы — контактор неприменим, нужен твердотельный ключ.
Нагрузка и падение напряжения
Твердотельное реле — не идеальный ключ. В открытом состоянии на нём падает от 1 до 1,6 В при коммутации переменного тока, и эта мощность выделяется в тепло внутри корпуса реле.
Расчёт простой: мощность потерь равна падению напряжения, умноженному на рабочий ток. При токе 25 А и падении 1,2 В на реле выделяется около 30 Вт — это сопоставимо с небольшим нагревателем, и такое тепло требует радиатора. Правило подбора: без радиатора допускается ток порядка 20–25 % от номинала реле, с радиатором соответствующего размера — полный номинал. Поэтому реле на 40 А при токе нагрузки 10 А часто обходится дешевле реле на 25 А с радиатором.
- Резистивная нагрузка. Нагреватели, лампы накаливания. Самый благоприятный случай: номинал реле выбирается с запасом 1,5–2 от рабочего тока.
- Индуктивная нагрузка. Двигатели, трансформаторы, электромагниты. Пусковой ток кратно превышает номинальный, и реле подбирают с запасом по кратковременной перегрузке. Требуется цепь ограничения выброса напряжения при отключении.
- Ёмкостная нагрузка. Конденсаторные батареи, импульсные блоки питания. Бросок тока при включении достигает десятков номиналов; для коммутации конденсаторных батарей применяются специальные коммутационные устройства, а не обычное реле.
Отдельное ограничение твердотельного реле — ток утечки в закрытом состоянии, единицы миллиампер. Этого хватает, чтобы на отключённой цепи оставалось напряжение. Поэтому твердотельное реле не является средством отключения для безопасного обслуживания: разрыв цепи выполняется механическим аппаратом.
Сравнение по применению
| Признак | Контактор | Твердотельное реле |
|---|---|---|
| Число включений в смену | до нескольких десятков | без практических ограничений |
| Падение напряжения на ключе | доли вольта | 1–1,6 В, нужен радиатор |
| Тепло в шкафу | незначительное | пропорционально току |
| Гальваническая развязка цепи | полный разрыв | ток утечки сохраняется |
| Шум при срабатывании | есть | нет |
| Износ при коммутации под током | подгорание контактов | отсутствует |
| Поведение при перегрузке | терпит кратную перегрузку | выходит из строя быстро |
| Типовое применение | пуск двигателя, вводные цепи | нагреватели, циклические задачи |
Что проверяют при подборе
Помимо тока нагрузки и числа коммутаций до заказа сверяют четыре позиции.
- Напряжение управления. Исполнения выпускаются под 5–24 В постоянного тока с управлением от выхода контроллера и под 90–280 В переменного тока. Подача на вход реле напряжения другого типа выводит входную цепь из строя.
- Число коммутируемых фаз. Однофазные реле ставятся по одному на фазу, трёхфазные исполнения коммутируют все фазы одним модулем. Для трёхфазного нагревателя удобнее второе, для раздельного регулирования зон — первое.
- Защита от перегрузки. Твердотельное реле не переносит сверхток даже кратковременно. В цепь ставится быстродействующий предохранитель класса aR или полупроводникового типа; обычный автоматический выключатель отключит линию позже, чем выйдет из строя ключ.
- Место в шкафу и отвод тепла. Реле с радиатором занимает место и греет шкаф. Суммарное тепловыделение входит в расчёт вентиляции шкафа наравне с преобразователями частоты.
В задачах, где коммутация идёт по времени, твердотельное реле работает в связке с реле времени — оно задаёт выдержку и цикл, а силовой ключ отрабатывает включения. Низкопрофильные исполнения на рейку собраны в разделе реле Finder.
Частые вопросы
Можно ли заменить контактор твердотельным реле один к одному? Только после расчёта тепла и проверки характера нагрузки. Понадобится радиатор, быстродействующий предохранитель и, как правило, больше места на рейке, чем занимал контактор.
Подходит ли твердотельное реле для пуска двигателя? Для прямого пуска — нет: пусковой ток выводит ключ из строя. Для двигателя применяется контактор либо устройство плавного пуска, в котором полупроводниковые ключи работают совместно со схемой ограничения тока.
Нужен ли радиатор при небольшом токе? При токе до 20–25 % от номинала реле радиатор не требуется, но проверяется температура внутри шкафа: допустимый ток снижается с её ростом. Производители приводят графики снижения номинала по температуре.
Чем отличается реле с коммутацией в нуле от мгновенного? Исполнение с коммутацией в нуле замыкает цепь в момент перехода напряжения через ноль — это снижает помехи и подходит для резистивной нагрузки. Мгновенное исполнение замыкает сразу по сигналу и применяется там, где нужна точность момента включения.
Что ставить для регулирования температуры нагревателя? Твердотельное реле в связке с регулятором, который задаёт скважность включений. Контактор в этой задаче выработает электрический ресурс за несколько месяцев.
Что мы поставляем
В каталоге Азияторг есть реле и реле времени, включая твердотельные исполнения Finder, Omron и Phoenix Contact на рейку и на панель, а также коммутационные устройства и контакторы под пуск двигателей. Помимо аппаратов поставляем автоматические выключатели и шкафы и щиты для сборки.
Пришлите тип и ток нагрузки, число включений за смену и напряжение управления на prom@tkasiatorg.ru — подберём аппарат по ресурсу и тепловому режиму, укомплектуем радиатором и защитой и рассчитаем срок поставки.
