Реле с 4 контактами

Реле с 4 контактами: устройство, типы, схемы подключения и применение

Реле с 4 контактами, часто называемое в профессиональной среде 4-контактным или 4-pin реле, представляет собой электромеханическое или твердотельное коммутационное устройство, предназначенное для управления несколькими независимыми электрическими цепями или цепями с переключением режимов работы. Ключевая особенность – наличие четырех внешних выводов для подключения. Конфигурация этих выводов определяет функциональность реле. Наиболее распространены два принципиально разных типа: реле с 4 выводами на силовую часть (2 NO + 2 NC или 2 переключающие группы) и малогабаритные реле с 4 выводами в сборе (2 на катушку, 2 на контакты).

Устройство и принцип действия электромеханического 4-контактного реле

Основу классического электромеханического реле составляет катушка, сердечник, подвижный якорь и контактная группа. При подаче напряжения на катушку возникает магнитное поле, которое притягивает якорь. Якорь механически связан с подвижными контактами, которые замыкают или размыкают неподвижные контакты. В конструкции с 4 внешними выводами может быть реализовано несколько схем.

• С двумя нормально разомкнутыми (NO) и двумя нормально замкнутыми (NC) контактами: В таком реле обычно одна переключающая группа (на 3 вывода: общий, NO, NC) не используется. Вместо этого присутствуют две независимые пары контактов: одна пара в состоянии покоя разомкнута (NO), другая – замкнута (NC). При срабатывании реле состояния меняются на противоположные.
• С двумя независимыми переключающими (changeover) контактами: Это наиболее мощный и функциональный вариант. Реле содержит две полностью независимые группы контактов, каждая из которых имеет три вывода: общий (COM), нормально замкнутый (NC) и нормально разомкнутый (NO). Таким образом, для двух групп требуется 6 выводов. Однако в компактных корпусах (например, стандарта 4-PIN) все 6 выводов могут быть не выведены наружу; вместо этого используются 4 вывода: по одному COM на каждую группу и по одному контакту (часто оба NO или оба NC, в зависимости от конструкции). Более распространены реле с 5 выводами (одна переключающая группа) или 8-11 выводами (две и более переключающих групп).
• Малогабаритное реле на 4 вывода (2 на катушку, 2 на контакты): Часто встречается в печатном монтаже. Имеет два вывода для катушки управления (например, 5V, 12V, 24V) и два вывода для силовой цепи. Такое реле всегда работает в режиме замыкания одной пары нормально разомкнутых (NO) контактов. Это простейший вариант коммутатора.

Основные типы и характеристики

4-контактные реле классифицируются по нескольким ключевым параметрам, которые определяют область их применения.

Таблица 1: Классификация 4-контактных реле

Критерий	Типы	Описание и применение
По принципу действия	Электромеханические (EMR)	Классическая конструкция. Высокая коммутируемая мощность, гальваническая развязка, стойкость к перегрузкам. Недостатки: ограниченный механический ресурс, искрение на контактах.
По принципу действия	Твердотельные (SSR)	Коммутация полупроводниковыми элементами (симисторы, транзисторы). Не имеют движущихся частей, высокое быстродействие, бесшумность, огромный ресурс. Чувствительны к перегреву и импульсным перенапряжениям. Могут иметь 4 вывода: 2 для управления, 2 для нагрузки.
По типу контактов	2NO + 2NC	Позволяют одновременно включить одну цепь и выключить другую. Используется в схемах переключения, системах блокировки.
По типу контактов	2NO (малогабаритные)	Для простого включения/выключения двух цепей одновременно. Часто в автоэлектронике, управления освещением.
По номинальному току контактов	Слаботочные (< 5 А)	Для управления сигналами, цепями управления, электроникой.
По номинальному току контактов	Силовые (10 А, 20 А, 30 А и более)	Для коммутации мощных нагрузок: электродвигатели, ТЭНы, мощное освещение.
По напряжению катушки управления	Постоянного тока (DC): 5В, 12В, 24В, 48В	Применяются в цепях управления от источников постоянного напряжения (автомобильные системы, промышленная автоматика на DC).
По напряжению катушки управления	Переменного тока (AC): 24В, 110В, 220В, 380В	Используются для прямого управления от сетевого напряжения или понижающих трансформаторов.

Схемы подключения и маркировка выводов

Правильное подключение реле критически важно. Маркировка выводов стандартизирована и обычно наносится на корпус реле или указывается в datasheet.

Стандартная маркировка выводов для малогабаритного 4-выводного реле (2 контакта NO):

• 85 и 86: Выводы катушки управления. Полярность для реле постоянного тока часто не важна, кроме реле с защитным диодом.
• 30 и 87: Выводы силовых контактов. 30 – общий (подвижный) контакт, 87 – нормально разомкнутый (NO) контакт. При подаче напряжения на катушку контакты 30 и 87 замыкаются.

Схема подключения реле с контактами 2NO + 2NC (часто в одном корпусе с 8 выводами, но используемыми как 4 силовых):

• Катушка: Два отдельных вывода (A1, A2).
• Силовые цепи: Две независимые группы. Первая группа: общий контакт (11), нормально замкнутый (12), нормально разомкнутый (14). Вторая группа: общий контакт (21), нормально замкнутый (22), нормально разомкнутый (24). В 4-контактной реализации могут быть выведены только, например, 11, 14, 21, 24 для управления двумя независимыми цепями через NO контакты.

Типовая схема применения: управление двухфазной нагрузкой или резервное переключение между двумя источниками питания для одной нагрузки с использованием двух реле с взаимной блокировкой.

Области применения в энергетике и промышленности

• Системы автоматического ввода резерва (АВР): Реле с двумя переключающими группами (фактически 5+ выводов) или пара реле с блокировкой используются для переключения нагрузки между основным и резервным источником питания. Контакты должны быть рассчитаны на полный ток нагрузки.
• Управление электродвигателями: Реверсирование асинхронных двигателей, где требуется перекоммутация фаз. Применяются мощные контакторные реле (фактически пускатели) с несколькими силовыми контактами.
• Схемы блокировок и сигнализации: Использование пары NC контактов для цепи сигнализации «авария» и пары NO контактов для цепи индикации «норма».
• Коммутация цепей освещения: Одновременное или попеременное управление группами осветительных приборов.
• Промышленная автоматика: В качестве выходных модулей контроллеров (ПЛК) для включения/выключения исполнительных механизмов (клапаны, заслонки, насосы малой мощности).
• Защита цепей: В составе реле контроля напряжения, фаз, где при нарушении параметров сети происходит переключение контактов, размыкая одну цепь и замыкая другую (например, для отключения нагрузки и подачи сигнала).

Критерии выбора реле с 4 контактами

При подборе реле для конкретной задачи необходимо учитывать следующий набор параметров:

• Напряжение и тип тока катушки управления: Должны соответствовать напряжению в цепи управления.
• Сопротивление катушки: Определяет ток потребления катушки, что важно для расчета блока питания или выхода контроллера.
• Коммутационная способность контактов: Максимальные напряжение и ток, которые контакты могут надежно коммутировать и проводить. Указывается для активной (AC1) и индуктивной (AC3) нагрузок отдельно.
• Конфигурация контактов: Требуемое сочетание NO/NC.
• Электрическая и механическая износостойкость: Количество циклов включения-выключения.
• Способ монтажа: Под пайку на плату, на DIN-рейку с помощью колодки, под винтовое соединение.
• Температурный диапазон эксплуатации.
• Наличие защиты: Встроенный защитный диод или варистор для подавления ЭДС самоиндукции катушки, дугогасительные камеры на силовых контактах.

Преимущества и недостатки по сравнению с другими типами

Таблица 2: Сравнение с реле с другим количеством контактов

Тип реле	Преимущества	Недостатки
4-контактное (2NO или 2NO+2NC)	Компактность решения для одновременной коммутации двух цепей или цепи переключения. Часто более низкая стоимость по сравнению с реле на две независимые переключающие группы (8-pin).	Меньшая гибкость по сравнению с реле, имеющими полноценные переключающие группы. Невозможно использовать одну группу и как NO, и как NC одновременно.
1-контактное (с одной парой NO или NC)	Максимальная простота и миниатюрность, низкая цена.	Управляет только одной цепью. Для сложных задач требуется несколько реле.
5-контактное (одна переключающая группа)	Универсальность (есть COM, NO, NC). Позволяет реализовать как замыкание, так и размыкание цепи.	Занимает больше места, чем 4-pin. Управляет одной цепью в один момент времени.
8+ контактное (2+ переключающие группы)	Максимальная функциональность и независимость цепей. Возможность коммутации нескольких цепей с разными режимами.	Наибольшие габариты, высокая цена, большее энергопотребление катушкой.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается 4-контактное реле от 5-контактного?

4-контактное реле в наиболее распространенном исполнении имеет два вывода на катушку и два вывода на силовые контакты (пара NO). Оно может только замыкать цепь. 5-контактное реле имеет два вывода на катушку и три вывода на силовые контакты (COM, NO, NC), образуя переключающую (changeover) группу. Оно может как размыкать одну цепь (COM-NC), так и замыкать другую (COM-NO) при срабатывании. Это фундаментальное различие в функциональности.

Можно ли использовать 4-контактное реле для реверса двигателя?

Нет, для реверса трехфазного асинхронного двигателя требуется перекоммутация двух фаз. Это минимум два силовых контакта, которые должны работать согласованно. Для этой задачи применяют два взаимоблокированных контактора (силовых реле) или специализированный реверсивный пускатель, а не одно 4-контактное реле. Для реверса маломощного двигателя постоянного тока может быть достаточно одного реле с переключающей группой (5 контактов).

Как проверить исправность 4-контактного реле мультиметром?

1. Проверка катушки: Измерьте сопротивление между выводами катушки (85-86). Оно должно быть в пределах десятков-сотен Ом (зависит от напряжения). Обрыв или короткое замыкание указывают на неисправность.
2. Проверка контактов в обесточенном состоянии: Между силовыми выводами (30-87) сопротивление должно быть бесконечно большим (разомкнуто). При наличии NC контактов – проверьте их на замкнутость.
3. Проверка под напряжением: Подайте номинальное напряжение на катушку. Должен быть слышен четкий щелчок. При срабатывании сопротивление между контактами 30-87 должно стать близким к нулю (замкнуто).

Что важнее при выборе: ток или мощность коммутации?

Оба параметра критичны и взаимосвязаны. В datasheet производитель указывает максимальные коммутационную способность в амперах (A) и напряжение (V). Мощность в ваттах (Вт) для цепей постоянного тока рассчитывается как P = I

• V. Для переменного тока учитывается коэффициент мощности (cos φ). Выбор должен основываться на том, чтобы ни рабочий ток, ни рабочее напряжение нагрузки не превышали указанных номиналов для данного типа нагрузки (AC1, AC3, DC1 и т.д.). Всегда необходим запас по току не менее 20-30%.

Почему контакты реле иногда привариваются?

Приварка контактов происходит из-за дугового разряда, возникающего при размыкании цепи, особенно индуктивной нагрузки (двигатели, соленоиды). В момент размыкания энергия магнитного поля преобразуется в электрическую дугу между расходящимися контактами. Высокая температура дуги плавит материал контактов, и они слипаются. Для предотвращения необходимы: выбор реле с запасом по току, использование реле с дугогасительными камерами, применение RC-снабберов или варисторов параллельно нагрузке, а для цепей постоянного тока – использование реле, специально предназначенных для DC.

Можно ли заменить твердотельное реле на электромеханическое с такими же выводами?

Механическая заменa (по размерам и выводам) возможна только если это предусмотрено производителем (совместимые серии). С функциональной точки зрения – часто да, но с учетом принципиальных различий. Электромеханическое реле создает гальваническую развязку, имеет большее сопротивление в открытом состоянии, но нечувствительно к кратковременным перегрузкам. Твердотельное реле бесшумно, имеет огромный ресурс, но требует установки на радиатор при больших токах и может выйти из строя при коротком замыкании в нагрузке. Также SSR может иметь ток утечки в выключенном состоянии. Замена должна проводиться с полным анализом условий работы.

Заключение

Реле с 4 контактами, несмотря на кажущуюся простоту, является разнородным классом устройств, включающим как простейшие малогабаритные коммутаторы, так и элементы сложных систем управления. Его корректное применение требует четкого понимания конфигурации контактов (2NO, 2NC или их комбинация), номинальных параметров катушки и силовой части, а также условий эксплуатации. В профессиональной энергетике и автоматике выбор в пользу такого реле оправдан при необходимости компактного и экономичного управления двумя цепями или реализации простых функций переключения. Для задач, требующих высокой надежности, частых коммутаций или работы с индуктивными нагрузками, критически важен расчет с запасом и применение дополнительных защитных элементов. Понимание принципов работы, маркировки и ограничений 4-контактных реле позволяет инженерам и техникам проектировать надежные и долговечные системы управления электрооборудованием.