Что такое автомобильное реле и как оно работает в электрической системе автомобиля?

Включите фары, посигнальте, заведите двигатель или включите вентилятор охлаждения, и где-то в автомобиле произойдет электрический процесс переключения. Во многих обычных автомобильных электрических системах на 12 В и 24 В эту задачу выполняет автомобильное реле.

Автомобильное реле позволяет использовать относительно небольшой управляющий ток для коммутации другой электрической цепи. Это дает возможность управлять такими нагрузками, как лампы, вентиляторы, звуковые сигналы, насосы и вспомогательное оборудование, без необходимости пропускать весь ток нагрузки через каждый переключатель или устройство управления на приборной панели.

Несмотря на то, что автомобильное реле — это небольшой компонент, номинальные параметры его контактов, напряжение катушки, конфигурация клемм и характеристики нагрузки могут напрямую влиять на надежность электрической системы автомобиля.

В этой статье объясняется принцип работы автомобильных реле, области их наиболее частого применения, а также что следует учитывать инженерам и покупателям при выборе реле.

Что такое автомобильное реле?

Автомобильное реле — это электрически управляемое коммутирующее устройство, предназначенное для управления электрическими цепями в транспортных средствах и аналогичном оборудовании.

Обычное электромагнитное автомобильное реле содержит две электрически различающиеся секции:

сторона управления
Здесь находится катушка реле. Подача заданного напряжения на катушку создает магнитное поле.

Сторона переключения
Здесь расположены подвижные и неподвижные контакты, которые размыкают или замыкают цепь нагрузки.

Важно отметить, что цепь управления и цепь нагрузки выполняют разные функции.

Команда относительно небольшого тока может активировать катушку реле, в то время как контакты переключают другую цепь, по которой протекает ток, необходимый для подключенной нагрузки.

Это одна из причин, почему автомобильные реле часто используются между устройствами управления транспортным средством и электрическими нагрузками.

Почему бы не подключить нагрузку напрямую к выключателю?

Рассмотрите вариант с автомобильным вентилятором охлаждения.

Водителю или электронному контроллеру достаточно лишь сообщить вентилятору, когда нужно включиться. Однако сам двигатель вентилятора может потреблять значительно больший ток, чем сигнал управления.

Если бы весь ток двигателя проходил через небольшой переключатель на приборной панели или управляющий выход, то переключатель, проводка и разъем должны были бы быть рассчитаны на такую ​​нагрузку.

Ретранслятор предоставляет еще один вариант.

Устройство управления подает питание на катушку реле. Затем контакты реле переключают цепь вентилятора.

В упрощенном виде:

Управляющий сигнал → Катушка реле → Переключение контактов → Электрическая нагрузка

Такое расположение позволяет отделить управляющую цепь от цепи нагрузки с высоким током и, при необходимости, размещать коммутирующее устройство ближе к нагрузке.

Внутреннее устройство автомобильного реле: катушка, якорь и контакты.

Для понимания принципа работы реле полезно рассмотреть, что происходит внутри типичного электромагнитного реле.

1. Катушка

На катушку подается управляющее напряжение.

В автомобильных электрических системах обычно используются источники постоянного тока, при этом автомобильные реле на 12 В и 24 В выбираются в зависимости от электрической архитектуры транспортного средства или оборудования.

Подача на катушку соответствующего напряжения создает магнитное поле.

2. Якорь

Магнитное поле притягивает подвижный металлический якорь.

Это преобразует электрический сигнал, поступающий на катушку, в механическое движение.

3. Контакты

Движение якоря изменяет состояние электрических контактов.

При отключении питания катушки возвратный механизм возвращает контакты в нормальное состояние.

Вся эта последовательность действий может происходить быстро, позволяя электрическому управляющему сигналу переключать другую цепь без необходимости протекания одного и того же тока по обеим цепям.

Понимание номеров клемм автомобильных реле

Во многих автомобильных реле используются стандартизированные обозначения клемм, такие как 30, 85, 86, 87 и 87a .

Типичная конфигурация:

• 85 / 86: Клеммы катушки
• 30: Общие контакты
• 87: Нормально разомкнутый контакт
• 87a: Нормально замкнутый контакт, если таковой имеется.

Точное расположение всегда следует уточнять по схеме реле или технической документации, поскольку конфигурации реле могут различаться.

Что происходит, когда катушка выключена?

В типичном переключающем реле клемма 30 подключена к 87a, в то время как катушка обесточена.

Путь для оксида азота между трассами 30 и 87 остается открытым.

Что происходит при подаче напряжения на катушку?

При подаче соответствующего напряжения на клеммы катушки якорь начинает двигаться.

Соединение между 30 и 87а открывается, а соединение между 30 и 87 закрывается.

Теперь реле изменило электрический путь без необходимости прямого переключения нагрузки самим управляющим устройством.

Нормально разомкнутые и нормально замкнутые контакты автомобильных реле

Конфигурацию контактов следует выбирать в зависимости от того, какие функции должна выполнять цепь, когда реле не находится под напряжением.

Нормально разомкнутый (NO)

Нормально разомкнутый контакт не проводит ток по этому коммутируемому пути, пока реле находится в нормальном, обесточенном состоянии.

При подаче напряжения на катушку нормально разомкнутый контакт замыкается.

Такая конфигурация обычно используется в тех случаях, когда нагрузка должна включаться только после получения команды управления.

Типичными примерами могут служить:

• Схемы рупорных сигналов
• Вспомогательные лампы
• Вентиляторы охлаждения
• Насосы
• Другие коммутируемые аксессуары

Нормально замкнутый (NC)

В нормальном состоянии реле замкнутый контур проводит ток и размыкается при подаче напряжения на катушку.

Нормально замкнутые контакты могут быть полезны в тех случаях, когда цепи требуется альтернативное состояние или функция переключения.

Таким образом, для инженеров выбор между нормально разомкнутым (NO) и нормально замкнутым (NC) контактом — это решение, продиктованное логикой управления, а не просто вопрос предпочтения клеммы.

Где обычно используются автомобильные реле?

Автомобильные реле можно найти во многих электрических системах, хотя их точная архитектура значительно различается в зависимости от конструкции автомобиля.

Вентиляторы охлаждения

Электрические вентиляторы охлаждения могут создавать значительную нагрузку на электросистему автомобиля. Реле позволяют переключать цепь вентилятора с помощью отдельного управляющего сигнала.

Фары и дополнительное освещение

Реле можно использовать для коммутации осветительных нагрузок, сохраняя при этом управляющую часть цепи отдельной от цепи протекания тока к лампе.

Системы звукового оповещения

Нажатие кнопки звукового сигнала позволяет подать управляющую команду, а реле переключает нагрузку звукового сигнала.

Топливные и вспомогательные насосы

Электродвигатели насосов — еще один пример нагрузок, управление которыми может осуществляться с помощью реле в зависимости от конструкции транспортного средства.

Системы кондиционирования воздуха и отопления, вентиляции и кондиционирования.

Реле могут быть встроены в цепи управления вентилятором, компрессором, системой отопления или другие вспомогательные цепи.

Пусковые и вспомогательные цепи

В автомобильных электрических системах также могут использоваться реле для управления запуском двигателя и вспомогательного оборудования.

Помимо легковых автомобилей, аналогичные реле на 12 В и 24 В можно найти в коммерческом транспорте, строительной технике, сельскохозяйственном оборудовании и других мобильных электрических системах.

Почему одного лишь номинального тока реле недостаточно?

Одним из важнейших моментов при выборе автомобильного реле является то, что указанное на нем значение номинального тока не отражает всей картины.

Резистивная нагрузка в 30 А и двигатель, потребляющий 30 А при определенных условиях эксплуатации, не обязательно создают одинаковую нагрузку на контакты реле.

Различные нагрузки ведут себя по-разному во время переключения.

Резистивные нагрузки

Как правило, они обладают относительно предсказуемыми текущими характеристиками.

Нагрузки на двигатели

Электродвигатели могут потреблять гораздо больший пусковой ток, чем их рабочий ток.

Нагрузки ламп

Некоторые лампы могут потреблять большой ток при первом включении, поскольку холодная нить накаливания имеет меньшее сопротивление.

Индуктивные нагрузки

Катушки, соленоиды и двигатели могут генерировать скачки напряжения при переключении.

Эти условия влияют на возникновение дугового разряда при контакте, износ контактов, срок службы электрических контактов и возможность сварки контактов.

Поэтому инженерам следует оценивать фактический тип нагрузки и условия переключения , а не просто сравнивать номинальные значения тока.

Автомобильное реле на 12 В или 24 В: напряжение катушки имеет значение.

Катушка реле должна соответствовать управляющему напряжению системы.

Автомобильное реле на 12 В предназначено для соответствующей цепи управления класса 12 В, тогда как автомобильное реле на 24 В использует катушку, разработанную для соответствующей системы.

Использование неправильного напряжения на катушке может вызвать ряд проблем.

Если приложенное напряжение слишком низкое, реле может не срабатывать надежно или работать нестабильно.

При воздействии на катушку чрезмерного напряжения может произойти перегрев и преждевременное повреждение.

Поэтому инженеры должны подтвердить как минимум следующее:

• Номинальное напряжение катушки
• Допустимый диапазон напряжения катушки
• Характеристики захвата и отпускания (где это применимо)
• Фактические условия напряжения системы

Автомобильные электрические системы не являются идеальными источниками питания для лабораторных условий, поэтому при выборе продукции следует учитывать реальные условия эксплуатации.

Что вызывает отказ автомобильных реле?

Реле являются электромеханическими компонентами, и на срок их службы влияют как электрические, так и механические нагрузки.

К распространенным причинам проблем относятся:

Контактная перегрузка
Переключение нагрузки, превышающей допустимую мощность реле, может ускорить повреждение контактов.

Высокий пусковой ток
Многократное переключение при высоких токах может привести к сильной эрозии контактов или их свариванию.

Неправильное напряжение катушки
Неправильно подобранная катушка может работать ненадежно или перегреваться.

Плохое соединение терминала
Высокое сопротивление соединения может вызывать локальный нагрев.

Частое переключение
Срок службы электрооборудования зависит от нагрузки и частоты переключения, а не только от заявленного механического ресурса.

Температура и вибрация
В автомобильной и мобильной технике реле могут подвергаться воздействию условий, существенно отличающихся от условий в стационарных шкафах управления внутри помещений.

При исследовании неисправностей реле замена реле без выявления основной электрической проблемы или проблемы с установкой может обеспечить лишь временное решение.

На что следует обратить внимание при выборе автомобильного реле?

Вместо того чтобы выбирать реле, основываясь только на его размере и силе тока, инженерам и покупателям следует оценивать всю систему в целом.

К важным факторам относятся:

• Напряжение катушки
• Конфигурация контактов
• Рейтинг контактов
• Тип нагрузки
• Пусковой или импульсный ток
• Частота переключения
• Рабочая температура
• Электрическая жизнь
• Механическая жизнь
• Способ крепления
• Терминальное расположение
• Условия окружающей среды

Правильное автомобильное реле — это то, которое соответствует реальной электрической нагрузке и условиям эксплуатации , а не просто то, у которого на корпусе указано наибольшее число.

Автомобильные и промышленные реле не являются взаимозаменяемыми.