Przekaźnik czy stycznik - na co zwrócić uwagę? Poruszamy najważniejsze zagadnienia.

Zastanawiałeś się kiedyś jaka (poza ceną i nazwą) występuje różnica pomiędzy przekaźnikiem, a stycznikiem?
Sprawdźmy na poniższym przykładzie:

W przekaźniku w jednym torze występuje przerwa zestykowa, natomiast w styczniku występują dwie przerwy łączeniowe, co pozwala mu lepiej radzić sobie z rozłączaniem większych prądów i obciążeń o charakterze indukcyjnym.

Różnica pomiędzy przekaźnikiem i styczniem jest już znana, przeanalizujmy więc ich działanie w praktyce.

Mamy do załączenia tylko jeden obwód 1-fazowy (wykorzystamy tylko jeden styk zwierny) w którym podłączone są LED-owe źródła światła o mocy 10 W, w ilości 184 sztuk o łącznej mocy 1 840 W. Czy możemy użyć zamiennie poniższych produktów? W tym wypadku koszty i gabaryty nas nie interesują.

Zwróć uwagę, że wszystkie produkty mają podany prąd o wartości 40 A. Przeanalizuj poniższą tabelę, z której wynika, że dla LED-owych źródeł światła producent podaje różne wartości prądów.

Różnica pomiędzy prądem podawanym na obudowie urządzenia, lub w nazwie w stosunku do maksymalnego prądu obciążenia LED-ami wynika z faktu, że styczniki modułowe najczęściej mają podany na obudowie i w nazwie prąd cieplny I^th lub prąd w kategorii pracy AC-1 (tak samo jak przekaźniki). Natomiast styczniki mocy najczęściej mają podany prąd w kategorii AC-3.
Sprawdźmy przykład: stycznik modułowy Siemens 5TT5840-0

Dobór urządzeń do odpowiedniej kategorii pracy to podstawowe zagadnienie dla projektanta. Dobór produktów np. przekaźnik lub stycznik do konkretnego zastosowania powinna dokonywać osoba z odpowiednią wiedzą techniczną, a montażu wszystkich urządzeń należy dokonywać na podstawie projektu. Wracając do omawianego przykładu: posiadamy w obwodzie moc 1 840 W, jak ustalić wartość prądu?
Do obliczeń należy użyć wzoru:

Wartość cos Ø w przypadku LED-ów, zależy od elektroniki zamieszczonej w źródle światła. Markowi producenci LED-owych źródeł światła (w zależności od serii produktów) wartość tą podają w zakresie od 0,5 do 0,8.
Jeśli zamontowane LED-y posiadają:

Sytuacja staje się prostsza w momencie, kiedy producent LED-ów na opakowaniu lub w dokumentacji technicznej podaje wartość prądu jaki pobiera dane źródło światła. W takiej sytuacji wystarczy zsumować podane wartości. Rzeczywistość niestety jest taka, że znaczna część osób kupuje produkt, montuje go i nie zwraca uwagi na zapisy, które zamieszczone są w dokumentacji technicznej. Dobierając stycznik lub przekaźnik zacząć należy od określenia kategorii użytkowania.

Określenie rodzaju kategorii użytkowania stycznika lub przekaźnika jest ważnym parametrem, a prawidłowy dobór sprzyja długiej i bezawaryjnej pracy. W poniższej tabeli przedstawione są najpopularniejsze rodzaje używanych kategorii dla prądu przemiennego AC.

Przykład:
AC-7a - np. miksery, blendery
AC-7b - np. wentylatory
Źródło: https://www.schneider-electric.pl/pl/faqs/FA279430/

Na pewno nie jest to kategoria AC-5b, ponieważ dotyczy ona tradycyjnych żarowych źródeł światła. Wśród producentów LED-ów zdania na ten temat są podzielone. Część producentów sugeruje, aby obwody oświetleniowe LED zaliczyć do kategorii AC-6b. Wszystkich zainteresowanych pełną listą kategorii użytkowania odsyłam do Polskich Norm On-line.

Gdy spoglądamy na przekaźnik, nie widzimy z jakiego materiału są wykonane styki. Często w takiej samej obudowie występują przekaźniki ze stykami, które są wykonane z rożnych materiałów.

Styki najczęściej wykonuje się z:
AgNi - Srebro-Nikiel
Styki AgNi dedykowane są do obciążenia rezystancyjnego oraz niewielkiego obciążenia indukcyjnego.

AgNi+Au - Srebro-Nikiel powlekane złotem
Styki AgNi+Au dedykowane są do mniejszych obciążeń, typowo 1 mW (0,1 V – 1 mA) obciążenie rezystancyjne. W przypadku większych od zalecanych przez producenta obciążeń, po pewnej liczbie cykli łączeń właściwości materiału bazowego styku AgNi stają się dominujące (złote pokrycie styku eroduje).

AgCdO - Srebro-tlenek kadmu
Styki AgCdO dedykowane do obciążeń indukcyjnych oraz do sterowania silnikami. Charakteryzują się dobrą odpornością na zgrzewanie oraz dużą odpornością na zużycie z większymi obciążeniami prądem przemiennym.

AgSnO₂ - Srebro-tlenek cyny.
Styki AgSnO₂ dedykowane są do obwodów w których występuje bardzo duży, chwilowy prąd obciążenia np. lampy i obciążenia pojemnościowe. Charakteryzują się doskonałą odpornością na zgrzewanie.

Przeanalizuj poniższą tabelę, zwróć uwagę na maksymalny prąd chwilowy oraz na minimalną moc styków.

Jeśli uważnie przeanalizowałeś tabelę może nasunąć się wątpliwość odnośnie wartości 300 mW (5 V/5 mA)

Oczywiście, wszystko jest w porządku - 300 mW to minimalna wartość mocy, którą zestyki mogą pewnie przełączać, ale muszą zostać spełnione jeszcze dwa dodatkowe warunki:
• napięcie nie może być mniejsze niż 5 V
• prąd nie może być mniejszy niż 5 mA.

Minimalną wartość 300 mW (5 V / 5 mA) osiągniemy:
• przy napięciu 5 V prąd musi mieć wartość co najmniej 60 mA,
• przy prądzie 5 mA napięcie musi mieć wartość co najmniej 60 V,
• przy napięciu 24 V prąd musi mieć wartość co najmniej 12,5 mA.

Gniazda dedykowane do przekaźników umożliwiają wymianę przekaźnika bez konieczności ingerencji w oprzewodowanie. W zależności od potrzeb, wyróżniamy gniazda montowane na szynę DIN oraz gniazda montowane do płyty.

Gniazda mogą różnić się pod względem połączenia elektrycznego. Najczęściej spotykamy:
• połączenia śrubowe,
• zaciski sprężynowe,
• połączenia wtykowe,
• połączenia lutowane
Przekaźniki montowane są w gnieździe poprzez wciśnięcie. Część gniazd posiada zabezpieczenie (metalowe lub z tworzywa sztucznego), które dociska przekaźnik i zapobiega jego wypadnięciu z gniazda.

Niektóre gniazda posiadają dźwignię, która ułatwia wyjęcie przekaźnika, zwaną powszechnie wyrzutnikiem. Jak działa obejma wyrzutnikowa?

Część gniazd, poza samym przekaźnikiem, umożliwia również montaż akcesoriów dodatkowych.

Do gniazd przekaźnikowych (w zależności od marki) dostępne są różne akcesoria dodatkowe np.:
• Moduły bezpiecznikowe (są również wykonania z wskaźnikiem LED).
• Zaciski zwiększające możliwość podłączenia liczby przewodów.
• Tabliczki oznacznikowe.
• Mostki grzebieniowe.
• Moduły czasowe.
• Moduły przeciwprzepięciowe.

Jaka jest różnica pomiędzy stykiem 1NO a stykiem 1Z?

Styczniki możemy podzielić na wiele różnych sposobów. Wyróżniamy:
• styczniki modułowe,
• styczniki mocy,
• styczniki pomocnicze.

Przekaźniki możemy podzielić na wiele sposobów. Często spotykany jest podział ze względu na sposób działania. Wyróżniamy:
• Przekaźniki monostabilne,
• Przekaźniki bistabilne.

Przekaźniki monostabilne, to takie w których np. po podaniu napięcia następuje przełączenie styków (zmiana stanu). Po wyłączeniu napięcia przekaźnik powraca do swojego pierwotnego stanu.
Przekaźnik bistabilny, to taki w którym po podaniu np. napięcia następuje przełączenie styków (zmiana stanu). Stan ten jest utrzymywany po zaniku napięcia. Ponowna zmiana stanu (przełączenie styków) następuje po zaniku i ponownym podaniu napięcia.

W uproszeniu, przekaźnik zamontowany w gnieździe wraz z modułem zabezpieczenia cewki nazywamy przekaźnikiem interfejsowym.

Zaznaczam, że mam tu na myśli żywotność, czyli bezawaryjną pracę stycznika lub przekaźnika. Zwróć uwagę, że producenci rozróżniają dwa rodzaje żywotności:
• żywotność mechaniczna
• żywotność elektryczna

Czas bezawaryjnej pracy przekaźnika lub stycznika szczególnie przy bardzo częstych cyklach załączania i wyłączania można skutecznie wydłużyć dzięki odpowiedniemu doborowi i przewymiarowaniu.
Producenci w katalogach oraz kartach katalogowych (przekaźników i styczników) podają szczegółowe dane.
Przykład przekaźnika marki Finder - grupa 40.52

W porównaniu do przekaźników, styczniki modułowe lub styczniki mocy przedstawiają się trochę inaczej, ponieważ przeznaczone są do działania w innych aplikacjach.
Zobacz porównanie:

Styczniki mocy charakteryzuje o wiele wyższa trwałość, zarówno mechaniczna jak i elektryczna. Co więcej, w przypadku styczników przemysłowych producenci często podają maksymalną ilość operacji, jakie urządzenie może wykonać w przeciągu godziny. W przypadku styczników modułowych, parametr ten jest zazwyczaj pomijany.

W kwestii trwałości łączeniowej, niezwykle istotną informacją jest prąd obciążania. Przewymiarowanie stycznika może znacząco wydłużyć jego żywotność.
Przeanalizuj poniższy wykres, który przedstawia zależność trwałości elektrycznej styczników mocy od prądu obciążenia w kategorii AC-3:

Z wykresu widać, że w przypadku stycznika BF2510A230 trwałość łączeniowa w kategorii obciążenia AC-3 wynosi:
• 1 200 000 cykli łączeniowych dla prądu 25 A
• 5 000 000 cykli łączeniowych dla prądu 10 A.

Warto zwrócić uwagę na inne różnice pomiędzy stycznikiem mocy, a stycznikiem modułowym (na przykładzie Lovato Electric).
• Zakres temperatur pracy np.:

• -50 ^oC do +70 ^oC – przemysłowe
  
• -5 ^oC do +55 ^oC – modułowe.
  

• styczniki mocy max. 690 V
• modułowe 440 V
  

Pamiętajmy, że styczników modułowych, które będą pracować ciągle pod obciążeniem (≥ 1 godziny) nie można montować obok siebie. Należy zapewnić im odpowiednią wentylację. W tym celu należy zastosować rozstaw podany przez producenta (min. 9 mm dla modułowych styczników Lovato). W artykule nie zostały omówione rozwiązania półprzewodnikowe. Powyższe opracowanie nie wyczerpuje tematu, a jedynie w dużym uproszczeniu omawia wybrane zagadnienia.

Masz pytania? Zapraszam do dyskusji w grupie Łączy nas napięcie
Chcesz kupić produkt i szukasz odpowiedniego rozwiązania? Zadaj pytanie mailem: strefaporad@tim.pl Nasi eksperci są do Twojej dyspozycji.