С каждым годом машины становятся все более «умными» — они могут самостоятельно управлять рулем, регулировать жесткость подвески, делать массаж водителю и выполнять множество других задач. Однако основным исполнительным элементом в большинстве электрических цепей автомобиля остается реле — проверенная временем "рабочая лошадка," конструкция которой практически не изменилась с 1831 года, момента её изобретения.
Как устроено и для чего нужно реле?
Для включения мощных потребителей тока в автомобиле, таких как радиаторный вентилятор или обогреватель стекла, необходимы мощные коммутирующие устройства, соответствующие нагрузке. Небольшая кнопка не подойдет — её контакты перегорят после пары включений. Поэтому переключатель должен быть массивным, с надежной фиксацией положений и способным выдерживать высокий ток, а подключаться к нему должны толстые провода, рассчитанные на полную нагрузку.
В современных автомобилях с современным интерьером такие громоздкие кнопки и толстые провода выглядят неуместно. Поэтому для управления мощными цепями используется реле, которое устанавливается рядом с нагрузкой или в специальном блоке. В салоне остается лишь небольшая кнопка с тонкими проводами, которая легко вписывается в современный дизайн.
Внутри простого реле находится электромагнит, который активируется слабым управляющим сигналом. Притягиваемое им подвижное коромысло замыкает силовые контакты, включая мощную электрическую цепь.
Типы реле
В автомобилях чаще всего применяют два типа реле: с двумя замыкающими контактами и с тройкой переключающих. В последнем типе реле, когда оно срабатывает, один контакт замыкается на общий, а другой отключается. Также существуют более сложные реле, содержащие в одном корпусе несколько групп контактов: замыкающих, размыкающих и переключающих. Однако такие реле используются значительно реже.
Наиболее распространенные универсальные автомобильные реле имеют стандартное расположение ножек для установки в блок предохранителей или отдельную колодку. Их контактные выводы выполнены по унифицированной схеме. В отличие от них, герметичное реле, используемое в комплектах для нештатного ксенона, имеет иной вид. Его корпус залит компаундом, что позволяет надежно работать рядом с фарами, где под капот проникают влага и грязь через радиаторную решетку. Контактная схема у таких реле нестандартная, поэтому они поставляются со специальным разъемом.
Для управления большими токами, достигающими десятков и сотен ампер, используются реле другой конструкции, чем описанные ранее. Принцип их работы остается прежним: обмотка притягивает подвижный сердечник, который замыкает контакты. Однако в таких реле контакты имеют большую площадь, провода крепятся болтами (от М6 и толще), а обмотка обладает повышенной мощностью. Конструктивно они похожи на втягивающее реле стартера. Такие реле устанавливают на грузовиках для выключения массы и запуска стартера, а также на специализированной технике для подключения мощных потребителей. Внештатно их применяют для аварийного управления лебедками внедорожников, в системах пневмоподвески, в качестве главного реле в самодельных электромобилях и для других задач.
Принцип работы реле и маркировка
Для правильной работы реле важно учитывать его номинальное напряжение и максимальный ток. Напряжение, указанное на корпусе реле (например, «12V» для автомобильных реле), – это оптимальное значение. Реле срабатывает даже при снижении напряжения до 10 или 7-8 вольт, напряжение бортовой сети до 14,5-14,8 вольт также не вызывает проблем. Таким образом, 12 вольт – это условный номинал, при котором реле стабильно функционирует. Стоит отметить, что реле с 24-вольтовым номиналом, рассчитанное на грузовые машины, в 12-вольтовой системе не сработает.
Вторым важным параметром является максимальный ток, который реле может пропускать через контактную группу без перегрева или подгорания контактов. Этот показатель указывается в амперах на корпусе. Все автомобильные реле способны выдерживать значительные токи: даже самые маленькие рассчитаны на 15-20 ампер, а стандартные – на 20-40 ампер. Если ток указан двойным значением (например, 30/40 А), это обозначает пределы для кратковременного и долговременного режимов. Небольшой запас по току всегда полезен, особенно для нештатного электрооборудования, подключаемого самостоятельно.
Выводы автомобильных реле маркируются согласно международному электротехническому стандарту для автопрома. Обычно обмотка имеет выводы с номерами «85» и «86», а контактная группа, состоящая из пары или тройки контактов (замыкающих или переключающих), обозначается как «30», «87» и «87а».
На практике маркировка может быть разной в зависимости от производителя. Российские производители могут использовать «88» для нормально замкнутого контакта, в то время как зарубежные, например, Bosch, придерживаются обозначения «87а». Неожиданные отклонения от стандартной нумерации встречаются как у малоизвестных брендов, так и у крупных производителей. Иногда на контактах стоят только номера от 1 до 5. Поэтому, если тип контактов не указан на корпусе, рекомендуется проверить их с помощью тестера и 12-вольтового источника питания.
Возможные проблемы в подключении реле
Выводы реле бывают «ножевого» типа (для подключения в разъем) или под винтовую клемму, что характерно для мощных или устаревших реле. Контакты также могут быть «белыми» или «желтыми». Желтые и красные контакты выполнены из латуни и меди, матовые белые – из луженой меди или латуни, блестящие белые – из никелированной стали. Луженая латунь и медь устойчивы к окислению, при этом нелуженые, хоть и обеспечивают хороший контакт, со временем могут потемнеть. Никелированная сталь не окисляется, но обладает более высоким сопротивлением. Оптимально, когда силовые контакты сделаны из меди, а выводы обмотки — из никелированной стали.
Для срабатывания реле на его обмотку подается питающее напряжение, и полярность здесь, как правило, не имеет значения. Можно подключить плюс к «85» и минус к «86» или наоборот — реле сработает в любом случае. Обычно один контакт обмотки подсоединен постоянно к плюсу или минусу, а управляющее напряжение подается на второй контакт через кнопку или электронный модуль.
Ранее чаще использовалось подключение реле к минусу с подачей плюсового сигнала, сейчас наоборот чаще подключают к плюсу, подавая минусовой управляющий сигнал. Однако это не правило, и в рамках одного автомобиля может встречаться разное подключение. Единственное исключение — реле с диодом, подключенным параллельно обмотке, где полярность важна.
Индуктивный всплеск напряжения
Если управляющий сигнал на обмотку поступает не от кнопки, а от электронного модуля (например, штатного или охранного), при отключении обмотка может создавать индуктивный всплеск напряжения, который способен повредить электронику. Чтобы подавить этот всплеск, параллельно обмотке реле устанавливают защитный диод. В большинстве электронных узлов такие диоды уже встроены, но для дополнительного оборудования иногда требуется реле с интегрированным защитным диодом (его символ обозначен на корпусе) или специальная выносная колодка с диодом, впаянным со стороны проводов. При установке дополнительного оборудования, требующего такого реле, важно соблюдать полярность при подключении обмотки, как указано в инструкции.
Перегрев контактов реле
Обмотка реле потребляет примерно 2–2,5 Вт, из-за чего его корпус может заметно нагреваться при работе — это нормально. Однако нагрев разрешен только для обмотки, а не для контактов. Перегрев контактов пагубен для реле: они начинают обугливаться, деформироваться и разрушаться. Чаще всего это происходит у реле не самого лучшего качества, особенно российского и китайского производства, где плоскости контактов могут быть не совсем параллельными. Из-за этого контактная поверхность недостаточна, и возникает точечный нагрев от тока. Реле редко выходит из строя мгновенно, но постепенно из-за перегрева контакты могут перестать замыкаться, или, наоборот, привариваются друг к другу и перестают размыкаться. К сожалению, предотвратить такую проблему заранее сложно, так как её выявление в большинстве случаев практически невозможно.
Проверка реле перед установкой
Проверка реле часто начинается с подмены неисправного на исправное, чтобы быстро устранить проблему. Однако при установке дополнительного оборудования или возникновении других задач полезно уметь диагностировать реле и проверять его цоколевку, особенно если попалось нестандартное. Для проверки нам потребуется источник питания на 12 вольт (блок питания или два провода от аккумулятора) и тестер, настроенный на измерение сопротивления.
Рассмотрим реле с четырьмя выводами (с парой нормально разомкнутых контактов, замыкающихся при срабатывании). Чтобы начать проверку, поочередно касайтесь щупами тестера всех пар выводов, всего шесть комбинаций (условно для наглядности). На одной из комбинаций омметр покажет сопротивление около 80 Ом — это и есть обмотка. Запомните или отметьте контакты обмотки (для автомобильных 12-вольтовых реле распространённых размеров это сопротивление обычно составляет 70–120 Ом).
Теперь подайте на обмотку напряжение 12 вольт от блока питания или аккумулятора — реле должно чётко щелкнуть, что подтвердит его исправность. Таким образом, два оставшихся вывода должны показывать бесконечное сопротивление, так как это нормально разомкнутые рабочие контакты. Подключите тестер в режиме прозвонки к этим выводам, а на обмотку одновременно подайте 12 вольт. Если реле щелкает, а тестер издает звук, значит, все в порядке — реле исправно.
Если же тестер показывает замыкание на рабочих выводах даже без подачи напряжения на обмотку, это может означать, что у вас редкое реле с нормально замкнутыми контактами, которые размыкаются при подаче напряжения на обмотку. Скорее всего, контакты оплавились и сварились из-за перегрузки, замкнувшись накоротко. В таком случае реле подлежит утилизации.
