Принцип действия и устройство электромагнитных реле

Электромагнитные реле, благодаря простому принципу действия и высокой надежности, получили самое широкое применение в системах автоматики и в схемах защиты электроустановок.

Электромагнитные реле делятся на реле постоянного и переменного тока. Реле постоянного тока делятся на нейтральные и поляризованные. Нейтральные реле одинаково реагируют на постоянный ток обоих направлений, протекающий по его обмотке,	Рис. 57 а. Принцип действия реле
а поляризованные реле реагируют на полярность управляющего сигнала.

Работа электромагнитных реле основана на использовании электромагнитных сил, возникающих в металлическом сердечнике при прохождении тока по виткам его катушки. Детали реле монтируются на основании и закрываются крышкой. Над сердечником электромагнита установлен подвижный якорь (пластина) с одним или	Рис. 57 б. Схема реле
несколькими контактами. Напротив них находятся соответствующие парные неподвижные контакты.

В исходном положении якорь удерживается пружиной. При подаче напряжения электромагнит притягивает якорь, преодолевая её усилие, и замыкает или размыкает контакты в зависимости от конструкции реле. После отключения напряжения пружина возвращает якорь в исходное положение. В некоторые модели, могут быть встроены электронные элементы. Это резистор, подключенный к обмотке катушки для более чёткого срабатывания реле, или (и) конденсатор, параллельный контактам для снижения искрения и помех.

Управляемая цепь электрически никак не связана с управляющей, более того в управляемой цепи величина тока может быть намного больше, чем в управляющей. То есть, реле по сути выполняют роль усилителя тока, напряжения и мощности в электрической цепи.

Реле переменного тока срабатывают при подаче на их обмотки тока определенной частоты, то есть основным источником энергии является сеть переменного тока. Конструкция реле переменного тока напоминает конструкцию реле постоянного тока, только сердечник и якорь изготавливаются из листов электротехнической стали, чтобы уменьшить потери на гистерезис и вихревые токи.

Справка: вихревые токи, токи Фуко (в честь французского физика Фуко) — вихревые индукционные токи, возникающие в массивных проводниках при изменении пронизывающего их магнитного потока.

Впервые вихревые токи были обнаружены французским учёным Д.Ф Араго (1786—1853) в 1824 г. в медном диске, расположенном на оси под вращающейся магнитной стрелкой. За счёт вихревых токов диск приходил во вращение. Это явление, названное явлением Араго, было объяснено несколько лет спустя M. Фарадеем с позиций открытого им закона электромагнитной индукции: вращаемое магнитное поле наводит в медном диске токи (вихревые), которые взаимодействуют с магнитной стрелкой. Вихревые токи были подробно исследованы французским физиком

Фуко (1819—1868 г. г.) и названы его именем. Он открыл явление нагревания металлических тел, вращаемых в магнитном поле, вихревыми токами.

Токи Фуко возникают под воздействием переменного электромагнитного поля и по физической природе ничем не отличаются от индукционных токов, возникающих в линейных проводах. Они

вихревые, то есть, замкнуты в кольца.

Электрическое сопротивление массивного проводника мало, поэтому токи Фуко достигают очень большой силы. В соответствии с правилом Ленца они выбирают внутри проводника такое направление и путь, чтобы противиться причине, вызывающей их. Поэтому движущиеся в сильном магнитном поле хорошие проводники испытывают сильное торможение, обусловленное взаимодействием токов Фуко с магнитным полем. Это свойство используется для демпфирования подвижных частей гальванометров, сейсмографов и др.

Тепловое действие токов Фуко используется в индукционных печах — в катушку, питаемую высокочастотным генератором большой мощности, помещают проводящее тело, в нем возникают вихревые токи, разогревающие его до плавления.

Во многих случаях токи Фуко могут быть нежелательными. Для борьбы с ними принимаются специальные меры: с целью предотвращения потерь энергии на нагревание сердечников трансформаторов, эти сердечники набирают из тонких пластин, разделённых изолирующими прослойками. Появление ферритов сделало возможным изготовление этих проводников сплошными.

Феррит (лат. ferrum — железо), фазовая составляющая сплавов железа, представляющая собой твёрдый раствор углерода и легирующих элементов.

Достоинства и недостатки электромагнитных реле

Электромагнитное реле обладает рядом преимуществ, отсутствующих у полупроводниковых конкурентов:

• способность коммутации нагрузок мощностью до 4 кВт при объеме реле менее 10 см3;

• устойчивость к импульсным перенапряжениям и разрушающим помехам, появляющимся при разрядах молний и в результате коммутационных процессов в высоковольтной электротехнике;

• исключительная электрическая изоляция между управляющей цепью (катушкой) и контактной группой;

• малое падение напряжения на замкнутых контактах, и, как следствие, малое выделение тепла: при коммутации тока 10 А малогабаритное реле суммарно рассеивает на катушке и контактах менее 0,5 Вт;

• низкая цена электромагнитных реле по сравнению с полупроводниковыми ключами.

Недостатки реле: малая скорость работы, ограниченный (хотя и очень большой) электрический и механический ресурс, создание радиопомех при замыкании и размыкании контактов.

Рис. 58. Условные обозначения реле в схемах

1 – обмотка реле (управляющая цепь), 2 – контакт замыкающий, 3 – контакт размыкающий, 4 – контакт, замыкающий с замедлителем при срабатывании, 5 – контакт замыкающий с замедлителем при возврате, 6 – контакт импульсный замыкающий, 7 – контакт замыкающий без самовозврата, 8 – контакт размыкающий без самовозврата, 9 – контакт размыкающий с замедлителем при срабатывании, 10 – контакт размыкающий с замедлителем при возврате.

Схема включения

Принципиальная схема включения вторичного реле максимального тока прямого действия приведена на рис. 59. Обмотка реле 1, подключенная к вторичной обмотке трансформатора тока 5, обтекается вторичным током и отделена от высокого напряжения и токоведущих частей.

При увеличении тока в реле до тока срабатывания якорь 2 преодолевает усилие пружины 6, втягивается и ударяет бойком 3 по защелке 4, удерживающей механизм привода выключателя во включенном положении. Защелка, поворачиваясь, освобождает механизм привода выключателя, который отключается под действием пружины 7. После отключения выключателя прохождение тока в обмотке реле прекращается и сердечник с бойком и защелка возвращаются в исходное положение.

Рис. 59. Принципиальная схема включения реле

Таким образом реле при срабатывании производит непосредственное отключение выключателя путем механического воздействия на его привод, развивая при этом значительное усилие порядка 4,9—9,8 Н и более. Для создания такого усилия реле потребляет от трансформаторов тока большую мощность.

Принципы действия и схема электромагнитного реле

Люди все чаще используют в быту высоковольтные устройства, например, генераторы в качестве источника питания, трансформаторы и т. п. Поэтому нередко приходится контролировать уровень поступления тока в цепи. Именно в таком контроле заключается назначение реле.

Реле — это электрический выключатель, предназначенный для соединения и разъединения цепи при создании определенных условий. Это устройство относится к категории приборов, которые регулируют работу управляемых объектов при поступлении сигнала. Реле регулирует электрическую цепь, которая является управляемой. А цепь, через которую проходит сигнал, является управляющей.

Классификация и назначение реле

Существует основная классификация разновидностей реле, согласно которой, их принято подразделять на следующие категории и виды.

По предназначению различают такие виды реле:

• Реле управления. Применяются в низковольтных устройствах в качестве комплектующих элементов, а также как самостоятельные элементы управления;
• Реле защиты. Предназначены для защиты устройств с термоконтактами, например, электродвигателями, вентиляторами;
• Сигнализационные. Используются в автомобилях, домах, организациях, для охраны территории частного сектора, производстве и т. д.

По принципу действия подразделяются на:

• Электромагнитные. Являются более сложными устройствами и применяются в автоматике и системах контроля;
• Магнитоэлектрические. Функционируют только если присутствует постоянный ток;
• Индукционные релейные устройства работают по принципу взаимодействия магнитных потоков с индуцированными токами;
• Тепловые используются в качестве предохранителей в электрических двигателях, защищающих от перегрева;
• Полупроводниковые или твердотельные реле эффективно применяются в системах регулирования точного уровня температуры.

По контролируемой величине могут быть:

• Токовые, то есть принцип действия таких устройств основан на поступлении тока на определенный элемент конструкции, чаще всего в качестве такового выступает якорь или катушка;
• Реле мощности. Устройство работает под влиянием определенной силы, которая создается в управляемой среде;
• Устройства, работающие под действием какой-нибудь частоты на обмотку;
• Функционирующие в условиях определенного напряжения.

По способу воздействия на управляющий элемент различают:

• контактные, как видно из названия, в таких реле используются контакты, которые создают силовое поле, соприкасаясь друг с другом;
• бесконтактные реле, в них замыкание и размыкание цепи происходит посредством изменения одного из параметров цепи.

По конструкции они подразделяются на:

• электрические — применяются для включения и выключения цепи в устройствах, требующих большой нагрузки;
• герконовые — в своей конструкции имеют геркон с катушкой, то есть небольшой вакуумный баллончик, который наполняется газом;
• электротепловые, принцип работы таких реле основан на линейном расширении металлов.

Существует и много других видов, которые применяются в узкоспециализированных сферах. В качестве примера можно привести реле времени, напряжения, промежуточные и другие.

Конструкция релейных устройств

Релейные устройства простой схемы состоят из магнитов, якоря и контактов. Замыкание цепи в таком устройстве происходит посредством подачи тока на магнит, которая затем замыкает якорь с контактом. То есть, замыкание цепи является результатом замыкания якоря. Размыкание цепи происходит в обратном порядке. Когда уменьшается подача тока на магнит, якорь возвращается на первоначальное состояние, то есть размыкается, а затем размыкает цепь.

Кроме перечисленных выше составных элементов, в конструкцию релейных коммутаторов могут входить резисторы. Они обеспечивают более точную и стабильную работу устройств, а также выступают в роли конденсаторов, предотвращающих появление искр в проводе и резких скачков напряжения.

Что касается реле электромагнитного типа, то они являются более сложными устройствами как по принципу действия, так и по конструкции. Они состоят из следующих элементов:

• контактов;
• якоря;
• плоской пружины;
• обмотки;
• сердечника;
• ярмо;
• каркаса;
• основания.

Устройство включается, когда на обмотку поступает электрический ток. При достижении величины тока, необходимой для создания электромагнитной волны, пружина начинает перемещаться к поверхности ярма, при этом пружина слегка прогибаясь под воздействием магнитной волны. Действие якоря приводит в движение контакт, который оказывает воздействие на внешний контакт. А он соприкасается с проводником и цепь замыкается.

Стабильная работа реле напрямую зависит от количества электрического тока, поступающего на обмотку. Если ее будет недостаточно, то магнитная волна не может образоваться, а без нее не может работать якорь. Поэтому даже при незначительном сокращении подачи тока, устройство прекращает работу и выключается.

Некоторые из этих устройств оснащаются несколькими парами контактов, что позволяет замыкать и размыкать множество электрических цепей одновременно.

​

Применение на производстве и в быту

Электромагнитные коммутационные устройства являются самыми распространенными. Их часто используют в сфере производства электроэнергии. Они обеспечивают защиту высоковольтных линий и поддерживают безаварийный режим всех подключенных устройств.

Управляющие элементы релейной конструкции позволяют работать с высоким напряжением до нескольких сотен тысяч вольт.

Популярность электромагнитных реле объясняется следующим:

• элементы, которые входят в конструкцию, имеют длительный срок эксплуатации;
• имеют мгновенную реакцию на отклонение параметров, подключенных устройств от нормы ;
• могут функционировать в условиях высокого напряжения магнитных полей и исключают образование посторонних электрических потенциалов.

Электромагнитные коммутаторы применяются в целях резервирования линий электропередач и для вывода поврежденного участка из сети. Релейные устройства, а именно защита, которую они обеспечивают на сегодняшний день, считается самой эффективной.

Они также применяются в конвейерных системах управления производством. Поскольку в таких системах часто образуются паразитные потенциалы высокой мощности, которые способны легко вывести из строя полупроводниковые реле и другое подключенное к ним оборудование. Полупроводниковые системы выходят из строя из-за высокого статического электричества, которое может привести к поломке. Поэтому их заменили электромагнитными реле, а они нейтральны к статическому электричеству.

Устройства коммутации электромагнитного типа эффективно применяются в устройствах с дистанционным управлением и даже ЭВМ в качестве элементов, которые выполняют элементарные логические операции. Именно благодаря использованию таких коммутаторов ЭВМ превзошли по надежности компьютеры, которые появились позже.

Примеры по использованию реле можно привести и из жизни. Все люди используют в своей деятельности бытовую технику, холодильники, стиральные машины, телевизор и другие приборы. Их принцип работы основан на работе электромагнитных реле.

Преимущества и недостатки коммутаторов

Широкое применение электромагнитных реле в самых разных сферах деятельности обусловлено наличием ряда преимуществ по сравнению с полупроводниковыми и другими видами. Среди преимуществ можно отметить:

• способность замыкания и размыкания цепей с общей мощностью, не превышающей 4 киловатт, с объемом не более 10 кубических сантиметров;
• устойчивость к условиям резкой смены уровня напряжения в сетях, которое может возникнуть из-за разряда молнии или при работе с высоковольтным оборудованием;
• особенность конструкции, которая обеспечивает электрическую изоляцию,
• способность выделять небольшое количество тепла при низком напряжении;
• стоят гораздо дешевле относительно полупроводниковых реле.

Из недостатков выделяют:

• низкую скорость работы;
• наличие ограничений касательно ресурса как механического, так и электрического;
• образование помех в радиоволнах во время коммутационных процессов;
• наличие серьезных проблем во время замыкания и размыкания высоковольтных и индуктивных цепей постоянного тока.

Электромагнитные реле применяется в управлении производственными линиями, конвейерами, на участках с повышенными паразитными потенциалами, там, где нельзя использовать полупроводниковые элементы.

Типы и устройство реле

Реле — электрическое устройство (выключатель), предназначенное для замыкания и размыкания различных участков электрических цепей при заданных изменениях электрических или неэлектрических входных величин. Различают электрические, механические и тепловые реле.

Существует класс электронных полупроводниковых приборов, именуемых оптореле (твердотельное реле), но он в данной статье не рассматривается.

В электронной схемотехнике иногда электронные блоки с функцией переключения цепи по изменению какого-либо физического параметра также называют реле. Например, фотореле, реле контроля фаз или реле-прерыватель указателей поворота автомобиля.

Устройство

Основные части электромагнитного реле: электромагнит, якорь и переключатель. Электромагнит представляет собой электрический провод, намотанный на катушку с сердечником из магнитного материала. Якорь — пластина из магнитного материала, через толкатель управляющая контактами.

Классификация реле

• По начальному состоянию контактов выделяются реле с:
  • Нормально замкнутыми контактами.
  • Нормально разомкнутыми контактами.
  • Переключающимися контактами.

• По типу управляющего сигнала выделяются реле:
  • Постоянного тока:
    • Нейтральные реле: полярность управляющего сигнала не имеет значения, регистрируется только факт его присутствия/отсутствия. Пример: реле типа НМШ.
    • Поляризованные реле: чувствительны к полярности управляющего сигнала, переключаются при её смене. Пример: реле типа КШ.
    • Комбинированные реле: реагируют как на наличие/отсутствие управляющего сигнала, так и на его полярность. Пример: реле типа КМШ.
  • Переменного тока.

• По допустимой нагрузке на контакты.
• По времени срабатывания.
• По типу исполнения:
  • Электромеханические реле:
    • Электромагнитные реле (обмотка электромагнита неподвижна относительно сердечника).
      • Герконовые реле.
    • Магнитоэлектрические реле (обмотка электромагнита с контактами подвижна относительно сердечника).
    • Термореле (биметаллическое).
    • Электродинамические реле:
      • Ферродинамические реле.
    • Индукционные реле.
  • Статические реле:
    • Ферромагнитные реле.
    • Ионные реле.
    • Полупроводниковые реле.

• По контролируемой величине:
  • Реле напряжения.
  • Реле тока.
  • Реле мощности.
  • Реле пневматического давления.
  • Реле контроля изоляции.

• Специальные виды электромагнитных устройств:
• Шаговый искатель.
• Устройство защитного отключения.
• Автоматический выключатель.
• Реле времени.
• Электромеханический счётчик.

Особенности работы

Работа электромагнитных реле основана на использовании электромагнитных сил, возникающих в металлическом сердечнике при прохождении тока по виткам его катушки. Детали реле монтируются на основании и закрываются крышкой. Над сердечником электромагнита установлен подвижный якорь (пластина) с одним или несколькими контактами. Напротив них находятся соответствующие парные неподвижные контакты.

В исходном положении якорь удерживается пружиной. При подаче управляющего сигнала электромагнит притягивает якорь, преодолевая её усилие, и замыкает или размыкает контакты в зависимости от конструкции реле. После отключения управляющего напряжения пружина возвращает якорь в исходное положение. В некоторые модели, могут быть встроены электронные элементы. Это резистор, подключенный к обмотке катушки для более чёткого срабатывания реле, или (и) конденсатор, параллельный контактам для снижения искрения и помех.

Управляемая цепь электрически никак не связана с управляющей (такая ситуация часто обозначается в электротехнике как сухой контакт). Более того в управляемой цепи величина тока может быть намного больше чем в управляющей. Источником управляющего сигнала могут быть: слаботочные электрические схемы (например дистанционного управления), различные датчики (света, давления, температуры и т. п.), и другие приборы которые на выходе имеют минимальные значения тока и напряжения. Таким образом, реле по сути выполняют роль дискретного усилителя тока, напряжения и мощности в электрической цепи. Это свойство реле, кстати, имело широкое применение в самых первых дискретных (цифровых) вычислительных машинах. Впоследствии реле в цифровой вычислительной технике были заменены сначала лампами, потом транзисторами и микросхемами — работающими в ключевом (переключательном) режиме. В настоящее время имеются попытки возродить релейные вычислительные машины с использованием нанотехнологий.

В настоящее время в электронике и электротехнике реле используют в основном для управления большими токами. В цепях с небольшими токами для управления чаще всего применяются транзисторы или тиристоры.

При работе со сверхбольшими токами (десятки-сотни ампер; например, при очистке металла методом электролиза) для исключения возможности пробоя контакты управляемой цепи исполняются с большой контактной площадью и погружаются в масло (так называемая «масляная ячейка»).

Реле до сих пор очень широко применяются в бытовой электротехнике, в особенности для автоматического включения и выключения электродвигателей (пускозащитные реле), а также в электрических схемах автомобилей. Например, пускозащитное реле обязательно имеется в бытовом холодильнике, а также в стиральных машинах. В этих устройствах реле намного надёжнее электроники, так как оно устойчиво к броску тока при запуске электродвигателя и, особенно, к сильному броску напряжения при его отключении.

принцип работы, управление и устройство

Реле электромагнитное – самый распространенный тип реле, используемое во всех сферах электрики. Функционирование этого типа основано на электромагнитном поле, которое возникает в сердечнике при прохождении тока по обмоткам катушки. При подаче электричества на катушку, якорь реле из ферромагнита соприкасается с сердечником. Он преодолевает силу пружины, тем самым замыкаются его контакты.

При отключении тока, якорь переходит в свое исходное состояние. Таким образом происходит управление подачи электричества в цепь, или ее отдельных элементов. Восприимчивым элементом в устройстве является его обмотка.  Это самый распространенный тип реле, применяемый в современной электромеханике. Статья содержит полезный видеоматериал об устройстве, а в конце читатель найдет дополнительный материал, посвященный особенностям устройства, области его применения и правилам эксплуатации.

Особенности электромагнитного реле

Согласование тяговых и противодействующих характеристик

Электромагнитные реле благодаря простоте конструкции и надежности широко распространены в схемах электропривода и в схемах защиты энергосистем. Электромагнитные реле приводятся в действие с помощью электромагнитов   постоянного  или переменного тока. Рассмотрим работу максимального реле постоянного тока с простейшей магнитной системой клапанного типа. Противодействующие усилия создаются возвратной Pi и контактными Р2 пружинами. Усилие контактных пружин создает предварительное нажатие в момент соприкосновения контактов.

В результате уменьшается вибрация контактов при срабатывании и обеспечивается необходимое контактное нажатие. С учетом линейной зависимости силы пружины от ее деформации и относительно небольшого перемещения якоря противодействующее усилие пружин, приведенное к якорю, меняется линейно с изменением зазора. Для срабатывания реле необходимо, чтобы тяговая характеристика Рэ\ во всех точках хода якоря шла выше суммарной противодействующей характеристики Ра = Р\-\-Р2. Для токового реле при данном начальном зазоре бн положение Pai зависит от тока.   При ненасыщенной   магнитной системе тяговая сила пропорциональна квадрату тока.

Схема электромагнитного реле.

Наименьшее значение тока, при котором кривая P3i начинает проходить выше зависимости Рш определяет ток трогания /Тр реле. Срабатывание реле определяется точкой в (зазор б = бн), при которой Рэ] идет выше Рп. Для надежного включения в обмотку реле обычно подается ток /раб>/тр. Коэффициент запаса при этом £3 = /раб//ср и обычно составляет k3 — l,4. С ростом ki тяговая характеристика поднимается, увеличивается тяговое электромагнитное усилие, действующее на якорь, увеличивается ускорение якоря, сокращается полное время включения. Однако при этом возрастают удары в механизме и вибрация контактов. Для того чтобы устранить залипание якоря, в магнитной системе всегда создается конечный зазор бк. При этом . зазоре тяговое усилие значительно превышает противодействующее.

Материал по теме: Что такое реле времени

Для отключения реле тяговая характеристика Рт во . всех точках должна быть ниже характеристики Рп. При этом усилие, развиваемое противодействующими пружинами, больше электромагнитного усилия и якорь возвратится в начальное положение. Ток при таком положении характеристики называется током отпускания или током возврата. При отпускании реле определяющей точкой является точка б, в которой характеристика Ра идет ниже характеристики Рп. Для реле защиты энергосистем и электропривода, контролирующих значение тока в узких пределах, коэффициент возврата йв = /0тп//Ср должен быть возможно ближе к единице.

Электромагнитное реле.

Допустим, требуется реле, которое срабатывает при токе 100 А и отпускает при токе 99 А, т. е. £в = 0,99. В электромагнитных реле такой k5 получить трудно, и в этих случаях применяются электронные реле. Если реле применяется для защиты установки от чрезмерного понижения напряжения сети, то оно также должно иметь высокий kB. Например, если установка должна отключаться от сети при напряжении, равном 70 % Uhqm, то необходимо применить реле с kB = Q,7. Такой kB можно легко получить в электромагнитном реле переменного тока. Рассмотренное реле срабатывает при любом направлении тока в обмотке. Такие реле называются нейтральными.

Строение электромагнитного реле.

Поскольку всегда РПЗб>0, коэффициент возврата максимального реле kB<\. Для увеличения kB необходимо максимально сблизить тяговую и противодействующую характеристики с целью уменьшения РИЗб- В реле, как правило, основное противодействующее усилие создается возвратной пружиной. Усилие контактной пружины невелико, и при рассмотрении коэффициента возврата им можно пренебречь. Для получения высокого kB противодействующая характеристика должна быть такой же нелинейной, как и тяговая.

Для  максимального сближения тяговой и противодействующей характеристик последней можно придать нелинейный характер. Добиться этого удается ценой сложных конструктивных решений, снижающих надежность реле .(противодействующее усилие создается несколькими пружинами). Такие решения применяются редко. В простейшем случае и при одной пружине рекомендуется выбирать ее с наибольшей возможной жесткостью, чтобы   противодействующая   характеристика   совпадала с касательной, проведенной к тяговой характеристике при б = бн. В этом случае значение РИзб будет минимальным, а kB максимальным.

Условия получения высокого коэффициента возврата

Если выбрать достаточно большое значение бк и малый рабочий ход якоря, то характеристика противодействующей пружины достаточно близко подойдет к тяговой и коэффициент возврата может быть получен примерно 0,7—0,8. Большими возможностями согласования характеристик обладает электромагнитная система с поворотным движением якоря (рис. 9.5). Якорь 3 Г-образной формы выполнен из тонкой электротехнической стали. При малом рабочем зазоре он насыщается, благодаря чему значение Ризб уменьшается и kB возрастает. Изменяя форму якоря и полюсов, можно получить практически любую тяговую   характеристику. Помимо указанных факторов на коэффициент возврата реле оказывают влияние трение перемещающихся деталей электромагнита и гистерезис материала магнитопровода.

Трение является дополнительным усилием сопротивления и вызывает увеличение тока трогания. Трение препятствует и отпусканию. Усилие возвратной пружины уменьшается, что вызывает уменьшение тока отпускания. В результате коэффициент возврата уменьшается. Для того чтобы трение меньше сказывалось на коэффициенте возврата, усилие противодействующей пружины должно значительно превышать силу трения. В ряде случаев необходимо контролировать уменьшение входного параметра. Эта задача решается с помощью минимальных реле. Так, например, контакты минимального реле напряжения отключают установку при снижении напряжения сети ниже допустимого.

Электромагнитное реле.

Электромагнитные реле в системах автоматики

Электромагнитные реле работают, делают цепь замкнутой, только в течение того времени, пока на него подается напряжение. Этот момент является определяющим в управлении электроснабжением потребителей. Именно поэтому электромагнитное реле не может работать с кнопками, так как кнопка — это не выключатель с фиксацией, который «запоминает» внешнее воздействие (сигнал) человека. Кнопка подает только кратковременный сигнал для включения, выключения. А вот если нажать клавишу выключателя в положение «включено», электрическая цепь будет замкнута до тех пор (и напряжение на реле будет подаваться, соответственно), пока кто-либо не изменит положение выключателя.

Поэтому с фиксируемым выключателем электромагнитное реле работает, а с кнопкой — нет. Это раз, так как среди предлагаемой производителями электротехнической продукции и фурнитуры — огромное множество различных коммутирующих устройств, но не все они будут работать с этими реле. Во всех примерах здесь мы не рассматриваем простейшие ручные схемы управления освещением, когда нажал на фиксируемый выключатель, реле им удерживается, и свет включается, пока не нажать на клавишу фиксируемого выключателя в положение «выключено».

В системах управления освещения с автоматикой всегда применяются кнопки, а не фиксированные выключатели, поэтому на работу всех реле будем смотреть, принимая во внимание их взаимодействие с кнопками (или выключателями без фиксации). Однако если подключить кнопки к контроллеру, а от контроллера — к реле, то все будет работать нормально. Контроллер будет подавать управляющее, удерживающее напряжение на реле, и цепь будет замкнута до тех пор, пока с кнопки на вход контроллера не поступит следующий, отключающий напряжение сигнал.

Если говорить о реле в общем, в контексте систем управления и автоматизации, то все реле, к примеру, для автоматизации систем освещения в проходных зонах, применяются только с контроллерами. Именно контроллер в данном случае является этим «запоминателем» состояния включения света. Причем в проходной зоне с 3–4-мя входами-выходами, в которой включением света управляют, к примеру, 3–4 выключателя (и более), расположенные у каждой двери (а еще и датчики), только контроллер может знать, что делать с включением, выключением света, если от одного из выключателей поступил управляющий сигнал. Шум от работы этих реле присутствует, но его величина не особенно критична, поэтому монтаж электромагнитных реле может производиться на этажах, то есть в данном случае возможна поэтажная разводка электропроводки.

Схема устройства электромагнитного реле.

Импульсное (поляризованное) реле

Здесь уже поинтереснее. Потребности людей в комфорте, безопасности, скорости срабатывания росли, и на замену электромеханическому реле пришло импульсное или поляризованное реле. Данный тип реле используется в большом количестве отраслей, благодаря своей надежности, относительно высокой скорости срабатывания и возможности управления им малыми токами. Устройство импульсного реле схоже с устройством электромагнитного. Однако, катушка электромагнитного реле, находящегося в рабочем состоянии, должна быть всегда под напряжением, а катушка импульсного реле для устойчивого переключения получает только кратковременные импульсы. Благодаря чему потребляет энергию только в момент импульса и «запоминает», включено оно или нет, даже если напряжение исчезает (обычное реле так «не умеет», работает только при постоянной подаче тока).

Материал в тему: Что такое кондесатор

Наибольшее распространение данный тип реле получил в области управления освещением. Импульсные реле можно разделить на несколько типов:

• электромагнитные;
• индукционные;
• магнитоэлектрические;
• электродинамические;
• электронные (будут выделены отдельно).

Принцип работы у всех этих вариаций схож с работой обычного электромагнитного реле. Разница лишь в способе замыкания. Импульсные электромагнитные реле.
Эти реле применяются чаще остальных. У них простой метод работы, основанный на электромагнетизме в ферромагнитном сердечнике. Так же как и у электромагнитного реле, в катушке есть ток, сердечник превращается в магнит и замыкает, размыкает контакт, механизм контакта позволяет ему оставаться в этом положении до следующего импульса. Таким образом, импульсное реле не требует постоянной подачи напряжения и работает благодаря управляющим импульсам.

Старое реле.

Индукционные реле

Индукционные основаны на взаимодействии переменного тока и индуцированного в проводнике тока. Такое взаимодействие создает вращающий момент, который, в свою очередь, приводит в движение или диск, или замыкатель в рамке, или механизм реле со «стаканом». Чем выше ток, тем быстрее срабатывает механизм. Применяется данное реле только в цепях переменного тока, как реле защиты.

Минимальное токовое реле

Магнитоэлектрическое реле

Катушка вращается в поле постоянного магнита. С катушкой связан контакт. При поступлении тока контакт замыкается, при его отсутствии пружины возвращают систему в исходное положение. Практически не используются, ибо время срабатывания долгое — порядка 0,1-0,2 с.

Электродинамические реле

Две катушки. Одна жестко закреплена, другая подвижна. Индукция в рабочем зазоре создается не постоянным магнитом, а закрепленной катушкой на сердечнике. И тяговое усилие воздействует не на якорь, как мы привыкли, а на подвижную катушку.

Достоинства электромеханических импульсных реле

• Потребляют ток только в момент переключения.
• Управляются из разных мест, в т. ч. контроллерами.
• Малое теплообразование.
• Устойчивы к перенапряжениям цепи.
• Повышенная помехоустойчивость.

Недостатки

• Громкий щелчок в момент срабатывания, шумность работы.
• Низкая функциональность.
• Много подвижных частей.
• Возникновение помех при коммутации.
• Длительное время срабатывания.

Электронные реле

Вынесены отдельно, ибо они являются переходным звеном от механических видов реле к твердотельным. Конструкция у них с одной стороны сложна, а с другой стороны — самая простая из всех выше перечисленных. Данное реле также имеет подвижные механизмы, отличает данный тип только способ управления внутри самого реле. Это блок, в состав которого входит микроконтроллер с полупроводником на печатной плате. И это маленькое новшество дает огромное количество вариантов использования данного реле. Можно программировать реле на включение, выключение при определенных параметрах времени, температуры, освещенности и т. д.

Электронный тип реле.

Плюсы электронных импульсных реле

• Безопасность (на входе используются малые токи).
• Низкое тепловыделение.
• Возможность управления разного рода устройствами (датчики движения и т. п.).
• Индикация состояния.

Недостатки

• Высокая чувствительность к перепадам напряжения.
• Восприимчивость к помехам.
• Ложные срабатывания.
• Высокая стоимость (за такую цену проще купить твердотельное реле).

Импульсные электромеханические реле гораздо более надежные и простые, чем электронные. Электронные реле зависимы от стабильности напряжения, постоянного питания, а также они «не любят» помехи в сети. Тем не менее, они более безопасны, чем механические.

Различные типы реле.

О применении импульсных поляризованных реле в автоматике

Импульсное поляризованное реле работает, как триггер. Оно длительно находится в одном из двух устойчивых состояний (включено, выключено) и чередует их под воздействием внешних сигналов. То есть свет включается и выключается этими реле следующим образом:

• Подал на это реле сигнал управляющей кнопкой всего один раз, реле замкнуло цепь, и свет включился.
• Нужно выключить свет, еще раз нажимаем на кнопку, на реле идет управляющий сигнал, реле переключается, цепь размыкается, свет гаснет.
• Подавать управляющее напряжение на это реле постоянно, чтобы оно удерживало включенную электрическую цепь, не требуется.

Этот момент обеспечивает применение импульсных поляризованных реле в системах освещения, подсоединяя кнопку (нефиксируемый переключатель) включения, выключения света напрямую к источнику света через это реле. Принцип работы реле подробно разобран в видеоролике ниже.

Дополнительных контроллеров, которые обеспечивают простейшее управление светом, подающие напряжение, как в случае с обычными электромагнитными реле, чтобы электрическая цепь удерживалась, здесь не требуется. То есть в данном случае с импульсными поляризованными реле можно применять кнопки, которые не имеют функций фиксируемого выключателя. О кнопках и выключателях уже было написано выше, но повторим еще раз:

• Выключатель с фиксацией «запоминает» внешнее воздействие (сигнал) человека. Если нажать клавишу выключателя в положение «включено», цепь будет замкнута до тех пор, пока кто-либо не изменит положение выключателя.
• Кнопка таким свойством не обладает. Механическая кнопка самостоятельно возвращается в исходное положение, как только на нее перестают нажимать, или же, как в случае с электронной кнопкой — подает только кратковременный управляющий сигнал в момент нажатия.

Устройство автомобильного реле.

Этот момент запоминания состояния переключения в данном типе реле делает их более универсальными в применении, но портит свойство превосходности их шумность.

Заключение

Более подробно об этом устройстве можно узнать, прочитав статью Электромеханическое реле, типы, особенности конструктивного выполнения. В нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессиональных электронщиков. Чтобы подписаться на группу, вам необходимо будет перейти по следующей ссылке: https://vk.com/electroinfonet.

В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию:

www.forca.com.ua

www.tria-komm.ru

www.dabarov.narod.ru

www.lokomo.ru

2. Основные параметры и типы электромагнитных реле

К основным параметрам электромагнитных реле относятся следующие.

Ток срабатывания I_ср, при протекании которого по обмотке реле происходит срабатывание электромагнита и переключение контактов.

Рабочий ток I_р, при котором обеспечивается надежное удержание контактов в переключенном состоянии. Обычно I_р > I_ср

Ток отпускания I_отп, при котором электромагнит отпускает и контакты возвращаются в исходное состояние: I_отп < I_ср

Допустимый ток через контакты I_{к доп}

Допустимое напряжение между контактами U_{к доп}, которое ограничивается напряжением пробоя между разомкнутыми контактами.

Время срабатывания t_ср— промежуток времени с момента подачи напряжения на обмотку реле до момента переключения контактов.

Время отпускания t_отп— промежуток времени с момента снятия напряжения с обмотки реле до момента отпускания реле.

По мощности управления (электрической мощности, потребляемой обмоткой) реле разделяют на маломощные (P_{к доп}< 1 Вт), средней мощности (Р_{к доп} =1÷10 Вт) и мощные (Р_{к доп} > 10 Вт). Мощность управления определяется напряжением питания реле и током срабатывания.

По времени срабатывания электромагнитные реле подразделяются на быстродействующие (< 50 мс), нормальные (с) и замедленные (c).Для получения задержки срабатывания на время больше секунды служат специальные реле времени.

В зависимости от питания обмотки реле и способа создания магнитного поля различают электромагнитные реле постоянного и переменного тока. В свою очередь, электромагнитные реле постоянного тока разделяются на нейтральные и поляризованные. В нейтральных реле независимо от направления тока в обмотке срабатывают одни и те же группы контактов. В поляризованных реле при одном направлении тока в обмотке срабатывает одна группа контактов, при другом направлении тока — другая группа контактов.

По характеру движения якоря электромагнитные нейтральные реле разделяют на два типа: с поворотным якорем и с втяжным якорем.

Отечественная промышленность выпускает в большом количестве электромагнитные реле разных типов для разнообразного применения. Для промышленной автоматики в последнее время освоены промежуточные реле серий РП20, РП21 и РПЛ с приставками. Реле РП20 и РП21 применяются в цепях управления электроприводами с питанием от сети переменного тока напряжением до 440 В и от сети постоянного тока напряжением до 220 В. Они могут иметь устройства для гашения дуги и число контактов до 8. Реле РПЛ применяются для коммутации цепей переменного тока напряжением до 660 В и цепей постоянного тока напряжением до 440 В. К этим реле имеются приставки типа ПКЛ, отличающиеся числом контактов (до четырех размыкающих и замыкающих), приставки ПВЛ, обеспечивающие выдержку времени от 0,1 до 180 с, приставки ППЛ, обеспечивающие удерживание контактной системы реле во включенном состоянии после обесточивания обмотки реле.

Наиболее разнообразны реле для радиоэлектроники. Самые большие из них (типов РКА, РПН, МКУ-48 и др.) применяются главным образом в аппаратуре связи, но могут использоваться и для промышленной автоматики. Самые маленькие (типа РЭС) называются миниатюрными. Например, реле РЭС 80 имеет массу 2 г и габаритные размеры 5,3×10,4×10,8 мм. Элементы контактного узла миниатюрных реле крепятся непосредственно на металлических выводах цоколя.

4.1.3.Устройство и принцип действия и электромагнитных реле, физические явления в электрических аппаратах

Электромагнитным реле называется реле, в котором тяговые усилия создаются энергией магнитного поля, возникающего при протекании электрического тока через катушки.

Существует три основных разновидности электромагнитным реле:

1. нейтральные постоянного тока;

2. нейтральные переменного тока;

3. поляризованные.

Нейтральным реле постоянного и переменного тока называется такое реле, у которого тяговое усилие на якоре, развиваемое магнитным потоком катушки, не зависит от направления тока в ней.

Нейтральное электромагнитное реле постоянного тока (рис. 4.1,а) представляет собой электромагнитный механизм и ряд контактных групп.

Рис. 4.1. Электромагнитные реле постоянного тока: а – нейтральное; б – поляризованное реле

Магнитопровод электромагнита состоит из стальных сердечника 6 и подвижного якоря 3. На сердечнике помещается катушка с одной или несколькими обмотками 2. При прохождении по обмотке тока , превышающего ток срабатывания, якорь притягивается к сердечнику и замыкает контакты 5. При отсутствии тока якорь оттягивается от сердечника возвратной пружиной 1. Для предотвращения залипания якоря при= 0 на нём устанавливается немагнитная прокладка 4 (латунный штифт или пластина).

Поляризованные реле отличаются от нейтральных электромагнитных реле зависимостью выходного сигнала от полярности входного, а также более высокими чувствительностью и быстродействием. Их конструктивной особенностью является наличие постоянного магнита, создающего эффект

поляризации. В поляризованных реле в отличие от нейтральных действуют два независимых друг от друга магнитных потока: поляризующий магнитный поток Ф0, создаваемый постоянным магнитом или катушкой подмагничивания, питаемой от независимого источника постоянного тока, и рабочий магнитный поток Фр, создаваемый рабочими катушками. Главным их недостатком является малое число выходных (управляемых) цепей.

Существует много разновидностей поляризованных реле. На рис. 4.1,б показано устройство поляризованного реле с дифференциальной магнитной цепью. По магнитопроводу 7 протекают два потока: рабочий поток Фр, созданный токомв обмотках 1 и поляризующий Ф0 от постоянного магнита 2. Для указанной полярности напряжения, приложенного к обмоткам, магнитные потоки в левой части магнитопровода складываются, а в правой – вычитаются. Якорь 3 под действием результирующей силы перемещается влево. Вызывая замыкание контактов 4 и 5. При изменении полярности напряжения на обмотках результирующий поток будет больше в правой части магнитопровода, что вызывает перемещение якоря вправо и замыкание контактов 5 и 6.

В рассмотренном реле якорь может занимать только два положения – левое или правое. Такое реле является двух позиционным. Если в конструкцию реле внести пружину, под действием которой якорь будет возвращаться при = 0 в среднее положение, то реле станет 3-х позиционным.

В практике наиболее широко распространены реле типа РП, допускающие частоту переключений до 200 в секунду при МДС срабатывания 1 — 2 А. Длительный ток контактов 0,2 А; напряжение коммутируемой цепи 24 В.

В нейтральных реле переменного тока имеет место пульсирующий магнитный поток и, следовательно, возникают потери на гистерезис и вихревые токи, что уменьшает тяговое усилие якоря. Кроме этого, за один период изменения тока тяговое усилие дважды становится равным нулю, что вызывает вибрацию якоря. Для уменьшения вибрации применяют либо реле специального типа (со сдвигом по фазе магнитных потоков – например, реле с КЗ витком), либо обычные реле постоянного тока, параллельно с катушкой которых включён конденсатор боль= 0 шой ёмкости (6 – 8 мкф).

Устройство, назначение и принцип работы реле

Реле – это электротехническое устройство с прозрачным и понятным принципом работы. Его основное предназначение связано с разъединением и соединением цепи в зависимости от тех или иных условий.

Устройство и принцип действия

Принцип работы реле достаточно простой. Работа управляемого объекта регулируется при помощи электрического магнита при поступлении сигнала с определённым значением. Элемент обязательно подключается к двум цепям – та, по которой идёт нужный сигнал, называется управляющей, а та, которая регулируется за счёт прибора – управляемой.
Есть несколько основных элементов у приборов любого типа:

• якорь;
• магниты;
• соединяющие элементы.

Когда сигнал попадает на электрический магнит, то происходит замыкание якоря и контакты – так замыкается и сама цепь. Как только значение тока уменьшается ниже заданного уровня, якорь за счёт пружины отходит от контакта и цепь размыкается.

Критерии для классификации

Классификация реле или «электрических выключателей» связана с типом сигнала и конструктивными особенностями, подключением к однофазным или трёхфазным сетям. Ниже будут рассмотрены основные виды этого устройства.

Твердотельное реле является прибором электронного типа, в котором отсутствуют какие-либо движущиеся (механические) части. Область применения связана с включением и отключением цепей высокой мощности за счёт низкого напряжения. Прибор контроля максимального напряжения сконструирован на противоположном принципе. В связи с его принципом работы оно подключается исключительно к сети с постоянным током.

Под реле задержки времени понимают такие электротехнические устройства, которые используются для замыкания или размыкания цепи не в зависимости от значения поступающего сигнала, а строго спустя установленный промежуток времени. В устройствах присутствует микроконтроллер, регулирующий его работу по времени и управляющий задержкой отключения и включения.

Программируемое реле времени – это и есть прибор с микроконтроллерами, позволяющий пользователю более детально программировать желаемые временные параметры.

Электронное реле времени для создания задержки выключения подразумевает использование разнообразных решений – от цифровых до аналоговых, включая интегральные цепи и таймеры.

Цифровое реле времени делится на несколько типов. Одной из его разновидностей является беспроводное устройство. Блок управления передаёт на него кодированный сигнал. В основном используется в автомобилестроении.

Наиболее ярким примером использования реле времени с задержкой выключения 220 В можно назвать принцип работы старых стиральных машин. Потребителю приходилось поворачивать ручку, после чего внутри были слышны звуки обратного отсчёта.

Электромеханическое реле времени можно эксплуатировать только при подключении к трёхфазной сети постоянного тока. В его состав входит как основная, так и дополнительная обмотка короткозамкнутого типа из медной гильзы.

Достаточно вспомнить, как работают старые стиральные машинки. Для пуска аппарата необходимо было лишь повернуть ручку на несколько делений. При этом машинка начинала работать, а внутри корпуса около ручки что-то начинало тикать. Как только ручка доходила до нулевой отметки, стиральная машина переставала работать. Вот так работало реле времени с задержкой выключения 220 В.

Когда требуется обеспечить защиту электрического двигателя или установки, работающей от трёхфазной сети, используют реле контроля фаз. Значения управляемого сигнала могут контролироваться в зависимости от наличия всех или отсутствия хотя бы одной фазы, перенапряжения, изменения последовательности фаз и т. д.

Во многих бытовых приборах, включая холодильники, телевизоры, стиральные машины и даже котлы, применяются реле контроля напряжения или РКН. Связано это с тем, что такие устройства уязвимы к перепадам напряжения. Они могут выходить из строя как из-за повышения, так и ввиду уменьшения напряжения.

Назначение реле напряжения РН – разъединение и замыкание электрических цепей в случае повышения заданного значение давления. Принцип действия можно сравнить с предохранителями, только с одной разницей – вместо срабатывания от высокого тока оно активируется из-за повышения напряжения.

Для осуществления контроля над станками и целыми комплексами используется промежуточное реле. Один контакт отвечает за активацию станка, в то время как при помощи другого отключается иное устройство.

Импульсное реле характеризуется важным преимуществом над обычным. Речь идёт об отсутствии необходимости в постоянной подаче электроэнергии. Использовать бистальное реле (как ещё его называют) приходится только тогда, когда с заданной мощностью обычное уже не справляется.

Устройство с экзотическим названием герконовое реле размыкает или замыкает управляющую и управляемую сеть за счёт магнитного поля, создаваемого постоянным или внешним магнитом. К примеру, им может быть соленоид.

Реле промышленного назначения

Чтобы ограничить максимальный ток в сети, вам понадобится использовать реле контроля тока. Оно обеспечивает размыкание цепи тогда, когда превышается пороговое значение тока, в то время как минимального тока размыкает цепь в случае уменьшения этого параметра.

Указательное реле – это электромагнитное устройство особого типа, которое используется в различных сигнализациях, входящих в состав приборов автоматики, защиты или управления. Оно является одним из важных компонентов приборов сейсмостойкого типа.

Реле Бухгольца или как его называют «газовое защитное», необходимо для предотвращения неполадок и уменьшения количества повреждений, связанных с масляными трансформаторами.

Важной составляющей конструкции холодильных, компрессорных и других приборов является реле контроля трехфазного напряжения.

Вспомогательным можно назвать реле мощности, функционирование которого связано с направлением мощности. В случае с этими элементами важным показателем является угол максимальной чувствительности.

Обозначение на схеме

В любой электрической схеме реле постоянного и переменного тока обозначаются прямоугольником. С наибольшей стороны этой геометрической фигуры отводят линии выводов. Контакты изображаются точно так же, как и контакты на выключателях или переключателях. Обозначение устройства, расположенного около катушки, осуществляется с помощью штриховых линий. Если же контакты находятся в разных местах, то рядом с прямоугольником изображают букву «К» и порядковый номер, являющиеся маркировкой устройства.

Заключение

Таким образом, рассмотренные элементы являются одним из важных электротехнических устройств, используемых при построении различных агрегатов – начиная от простых УЗО (устройство защитного отключения) и заканчивая защитными цепями в космической и военной промышленности.