Что такое реле, схема устройства, принцип работы, виды

Ни одна автоматическая схема не обходится без применения специального прерывателя, называющегося реле. Такие устройства получили распространение в автомобилестроении, быту, на производствах. И сегодня мы уже не обращаем внимания, даже не задумываемся, почему в темное время включается освещение на улице или загорается свет в подъезде при входе человека. А ведь оно облегчает жизнь, помогает работать бытовой технике в доме. Сегодня поговорим об этом устройстве, разберемся, что такое реле, для чего и где применяется. Попутно попробуем разобраться в схеме устройства.

Токовое реле необходимо для различных схем в электротехнике

Читайте в статье:

Для чего нужно реле: области применения

Такое устройство применяется в быту, автомобилестроении, на производстве. Без него невозможно автоматическое включение холодильника и его выключения, установка циклов стиральной машины, мигание поворотника автомашины при повороте. Говоря простым языком, это электрический или электромагнитный прерыватель, срабатывающий при определенном импульсе, в основе которого лежит механическая, электрическая или электронная составляющая. Приведем примеры:

1. Фотореле – элемент срабатывает на свет, замыкая или размыкая контакты.
2. Звуковое – цепь замыкается при громком звуке.
3. Реле времени – соединение и разъединение происходит через установленный временной промежуток.
4. Температурное – получая данные с термодатчика контакт срабатывает по заданным параметрам.

В основе описанных разновидностей лежат 4 основных вида устройств, о которых поговорим позднее.

Такие устройства могут иметь различный вид

Что такое реле: краткий экскурс в историю

Термин пришел из английского языка, от слова «reley», обозначавшим в старину смену почтовых лошадей, а позднее передачу эстафеты в спортивных состязаниях. Существует две версии создания такого устройства. Согласно первой реле изобрел русский ученый П.Л. Шиллинг в начале 30-х годов прошлого столетия. Это была основная составляющая часть в разработанном им телеграфе. Однако большая часть историков склоняется к тому, что прародителем реле стал американец Джорж Генри. Некоммутационное устройство, основывавшееся на электромагнитном принципе действия, получило распространение в 1937 году. Именно тогда поступил в производство первый телеграф.

Какая из этих версий правильная, сейчас уже сказать нельзя. Возможно, как часто это бывает, ученые разрабатывали устройство параллельно, не зная об изобретениях друг друга. Об этом говорит и то, что историками называется один и тот же промежуток времени появления реле – 1931-1935 годы.

Это устройство отключает напряжение при перегрузке сети по мощности, сберегая электропроводку

Схема устройства электромагнитного реле

Схема устройства реле такова. Подвижный стальной якорь находится внутри статичной катушки индуктивности, при подаче напряжения на которую возникает электромагнитное поле, притягивающее якорь. Различной электроникой или механикой регулируется частота и продолжительность подачи напряжения на обмотку. Частота импульсов составляет до 3600 в час.

Более старое устройство мгновенного действия

Структура электромагнитного реле делится на три составных элемента:

1. Первичный. Преобразует импульс, поступающий с системы управления в электромагнитную силу. Иными словами – обмотка катушки индуктивности.
2. Промежуточный. Состоит из различных деталей. Его задача – приведение в работу самого исполнительного механизма. Проще говоря – это якорь или иной подвижный элемент, оснащенный возвратной пружиной и контактами.
3. Исполнительный. Выполняет работу по передаче воздействия на силовое оборудование. Эту роль играет контактная группа силовой части.

Такие устройства устанавливаются вместе с остальной автоматикой в распределительном щите

Принцип работы реле

Действует устройство по такому принципу. Помещенный в катушку индуктивности подвижный якорь отжат возвратной пружиной. Не его наружной части закреплена одна группа контактов, в то время, как другая группа находится в статичном положении на расстоянии от первой. В момент подачи импульса на катушку, якорь притягивается, и контакты соприкасаются между собой. При прекращении подачи напряжения на катушку, возвратная пружина отжимает либо оттягивает якорь (в зависимости от конструкции) и контакты размыкаются, возвращаясь в исходное положение.

Понять, как работает реле, проще, если знать алгоритм работы магнитного пускателя. Эти устройства идентичны, разница только в размерах и назначении.

Схематическое изображение работы электромеханического реле

Полезная информация! Если знать принцип действия реле, его легко можно будет отремонтировать при поломке. Чаще для этого требуется замена катушки индуктивности. Однако бывает и отгорание контактов, что случается при попадании в устройство пыли или иных инородных тел. Если контакты неплотно прилегают один к другому, возникает нагрев. Тогда они либо привариваются, либо расплавляются.

Принцип работы 4-х контактного реле ничем не отличается от других. Устройство всех электромагнитных устройств одинаково. Различия только в расположении контактной группы.

Сейчас такие устройства практически не используются, электротехника переходит на электронные устройства

Технические характеристики, на которые стоит обратить внимание

Что такое токовое реле, наверняка понятно. А от чего зависят его параметры? На что обратить внимания, выбирая устройство для той или иной цели? Основными характеристиками реле являются:

1. Номинальные данные по току, напряжению, времени, а также другим параметрам, задающих алгоритм работы устройства.
2. Пределы срабатывания. Нижний и верхний порог, при котором устройство включается или отключается (временной, токовый, звуковой или световой).
3. Значения величин. Иногда такие устройства настраиваются на замыкание цепи при подаче мгновенного импульса, а размыкается цепь по истечении определенного времени.

А это автомобильное реле и схема его подключения

Если характеристики не соблюдены, то тут два варианта. Либо устройство не сработает, либо выйдет из строя, проще говоря, сгорит. Имеет смысл рассмотреть несколько основных видов реле и понять, в чем отличия одного вида от другого, а так же возможно ли применение в той или иной области.

Реле переменного тока: отличия и особенности

Первое, о чем стоит сказать, такие устройства имеют недостатки. Переменный ток имеет отличия от постоянного, что наглядно видно на графиках. Синусоида переменного тока не позволяет равномерную подачу тока, в результате чего при срабатывании, магнитный сердечник вибрирует. Это неудивительно – ток в катушке индуктивности дважды за период входного напряжения проходит через ноль. Проще говоря при частоте тока в сети 50 Гц (50 колебаний в секунду), напряжение в катушке упадет на ноль 100 раз за период (1 с). Производятся как малогабаритные реле переменного тока на 220 В, так и устройства больших размеров.

Такие миниатюрные устройства работают не хуже крупногабаритных

Интересная информация! Для уменьшения износа якоря применяют дифференциальные сердечники или фазосдвигающие элементы, уменьшающие количество периодов прохождения тока через нулевую отметку.

Отличия реле постоянного тока

По сути то же устройство с отличием только способа питания. На катушку подается постоянный ток, что увеличивает срок службы деталей, избавляя от вибрации. При работе, к примеру, промежуточного реле 220 В постоянного тока, не будет слышно гудения, присущего устройствам, работающим на переменке.

Электронные устройства из Китая работают не хуже отечественных

Электронное реле: области применения и особенности устройства

Электронные устройства нашли применение в автомобилестроении, производстве бытовой техники. Их отличает компактность и долговечность за счет отсутствия механических частей. Работу механики на себя взяли транзисторы, выполняющие роль ключей. Если рассматривать электрическую схему автомобиля, то на вопрос, где находится реле, можно ответить одним словом – везде. Это и включение-выключение, и работа поворотников, зажигания, фар.

В отличие от электронного реле, электромеханическое имеет большие габариты. Оно применяется в монтаже производственной автоматики.

Иногда несколько устройств объединяется в релейный модуль

Обозначение реле на схемах электрических цепей

Обозначения таких устройств на схемах выглядят следующим образом:

Ассортимент реле на российских прилавках: производители и цены

Каждое из реле имеет определенную маркировку, отражающую его технические характеристики. По маркировке найти подходящую модель во много раз проще, чем подбирать под определенные параметры. Предлагаем ознакомиться с некоторыми из устройств и их стоимостью.

Автомобильные реле практически всегда имеют такой вид

Заключение

Понятно, что не каждый день приходится выбирать подобные устройства для того или иного оборудования, но иногда это необходимо. И если схемы всех блоков обычному домашнему мастеру в голове держать не обязательно, то общая информация, все же, нужна. Надеемся, что наша статья в этом помогла.

Если остались вопросы, мы будем рады на них ответить в обсуждении ниже. А напоследок, как всегда, интересное видео по сегодняшней теме:

Видео: как работает реле

назначение, принцип работы, схемы подключения

Для обеспечения выдержки защит или построения логических электронных схем в их состав включаются элементы, обеспечивающие задержку срабатывания. В качестве такого элемента большинство современных электрических цепей использует реле времени.

Назначение

Реле времени предназначено для формирования нормируемых временных задержек при работе каких-либо устройств. Такие логические элементы позволяют выстраивать определенную последовательность в переключениях и срабатывании приборов. Благодаря отложенной подаче напряжения производится автоматическое управление выдаваемыми с реле времени сигналами.

Реле времени устанавливают в цепях защит в качестве промежуточного элемента для обеспечения селективности, построения ступеней, сценарных переходов и т.д.

Устройство и принцип работы

Конструктивно реле времени состоит из нескольких элементов, число и функции которых могут существенно отличаться в зависимости от типа реле. Общими блоками являются измерительный, блок задержки и рабочий.

• Первый из них представлен электромагнитными катушками, полупроводниковыми элементами, микросхемами, реагирующими на поступающие сигналы электрического тока.
• Блок задержки выполняется часовым механизмом, мостом, электромагнитным или пневматическим демпфером.
• Рабочий элемент представляет собой контакты или выход из аналоговой или цифровой схемы, контролирующих подачу напряжения в те или иные цепи.

В зависимости от конструктивных особенностей конкретной модели будет отличаться и принцип ее работы.

Принцип действия реле времени заключается в создании временного интервала от начала подачи сигнала на реле времени до получения этого сигнала потребителем. Дальнейшие операции и подача питания на рабочий элемент будет коренным образом отличаться в соответствии с типом устройства, поэтому рассматривать принцип действия следует для каждого вида реле времени отдельно.

С электромагнитным замедлением

Конструктивно такое реле времени состоит из электромагнитной катушки, магнитопровода (ярма), подвижного якоря, короткозамкнутой гильзы и блока отключения, которые представлены на рисунке ниже:

Рис. 1: конструкция электромагнитного реле

Принцип работы электромагнитного реле заключается в создании магнитного потока в магнитосердечнике, наводимого от катушки. Магнитный поток притягивает якорь с контактами. Но, в таком режиме работы устройство представляло бы собой обычное промежуточное реле, поэтому для задержки замыкания контактов используется гильза. Она и создает в короткозамкнутом контуре встречный по направленности электромагнитный поток, задерживающий нарастание основного и обуславливающий выдержку временного промежутка.

Как правило, в электромагнитных моделях задержка  составляет от 0,07 до 0,15 секунд, работа устройства осуществляется от цепей постоянного тока.

С пневматическим замедлением

Данный тип применяется в станочном оборудовании различных сфер промышленности, в частных случаях встречаются и гидравлические модели.  Такое реле времени состоит из рабочей катушки, посаженной на магнитопровод, контактов и пневматической мембраны или диафрагмы, выполняющей роль демпфера.

Рис. 2: конструкция пневматического реле

Принцип работы пневматического реле времени заключается в том, что при подаче напряжения на обмотку в сердечнике возникает магнитный поток, приводящий его в движение. Но моментальная переброска контактов не происходит за счет наличия воздушного промежутка под мембраной. Время задержки включения будет определяться количеством воздуха в демпфере и скоростью его удаления. Для регулировки этого параметра в пневматических моделях предусматривают винт, увеличивающий или уменьшающий объем камеры или ширину выпускного клапана.

С анкерным или часовым механизмом

Конструктивным отличием реле времени с часовым механизмом является наличие пружинного устройства, которое заводится за счет электрического привода или вручную. Замедление срабатывания для него определяется положением замыкающего флажка на циферблате.

Рис. 3: конструкция реле с часовым механизмом

При появлении управляющего сигнала отпускается механизм, и пружина медленно перемещает рабочий элемент, вращающийся по шкале циферблата. При достижении установленной отметки  происходит включение нагрузки путем замыкания пары контактов. Пределы выдержки времени можно выбрать специальными зажимами или установкой регулируемой ручки в определенное положение. Конкретный способ управления будет отличаться в зависимости от модели и производителя.

Моторных реле времени

Отличительной особенностью моторных реле является наличие собственного двигателя, который включается в работу вместе с катушкой. Принцип работы такого устройства приведен на рисунке ниже:

Рис. 4: конструкция моторного реле

Напряжение подается на электрическую схему, состоящую из катушки 1 и синхронного двигателя 2. После возбуждения обмоток статора в двигателе  его вал приводит в движение систему зубчатой передачи 3 и 4, состоящую, как правило, из нескольких шестеренок. Вращение шестерней моторного реле приводит к механическому нажатию на рычаг, прижимающий контакты. Регулировка диапазона выдержки производится за счет перемещения фиксатора 8.

Электронных реле времени

Современные электронные реле представляют собой автоматический выключатель, принцип подачи сигнала с выхода которого регулируется настройкой R – C цепочки, параметрами микросхем или полупроводниковых элементов. Наиболее простым вариантом является совместная работа конденсатора и резистора, приведенная на рисунке ниже:

Рис. 5: принцип логической цепочки электронного реле

В зависимости от соотношения омического сопротивления резистора и емкости конденсатора, время заряда последнего и будет определять подачу напряжения питания в электронном устройстве. В данном примере приведен простейший вариант времязадающей цепочки, современные модели могут содержать более сложные структуры, включающие несколько R – C ветвей или их комбинации с транзисторами, мостами и другими элементами. Электронные модели обладают рядом весомых преимуществ, в сравнении с другими типами реле:

• Сравнительно меньшие размеры;
• Высокая точность срабатывания;
• Широкий диапазон регулировки – от десятых долей секунд до часов или суток;
• Автоматическое управление – удобная система программирования и ее визуальное отображение на дисплее.

Эти преимущества обуславливают повсеместное вытеснение электронными реле других устаревших моделей.

Цикличных

Под цикличными реле времени подразумевают такие устройства, которые выдают управляющий сигнал через какой-либо заданный промежуток времени (для подогрева чайника, открытия окон сутра, включения сигнализации на ночь и т.д.). Такое автоматическое включение имеет определенный сценарий, повторяющийся через какой-либо промежуток времени, из-за чего эту группу устройств также называют сценарными выключателями.  Ранее  циклическое включение осуществлялось посредством механического пружинного устройства, сегодня эта функция перешла к микропроцессорным элементам. Электронные таймеры находят широкое применение в самых различных сферах, некоторые из которых приведены на рисунке:

Рис. 6: сфера применения цикличных реле

Как выбрать?

При выборе конкретной модели реле времени необходимо руководствоваться такими принципами относительно их параметров:

• Род и величина рабочего напряжения – различные модели могут, как подключаться к бытовой сети в 220 В переменного тока, так и работать от пониженных управленческих цепей на 12, 42, 127 В и т.д.
• Допустимый ток нагрузки – определяет пропускную способность контактов реле времени без их перегрева.
• Диапазон времени срабатывания контактов и чувствительность регулировки этого параметра – определяет скорость включения реле времени, возможность его изменения в каких-либо пределах и возможный шаг регулировки.
• Конструктивные особенности и принцип работы – если по местным условиям не допускается классическое переключение контактов по соображениям взрывоопасности, необходимо устанавливать бесконтактные модели.
• Влагозащищенность и температурный диапазон – определяет допустимые параметры окружающей среды, в которых может эксплуатироваться данное реле времени.
• Тип устройства (цикличные или промежуточные) – первый из них задает некую периодичность выдаваемого сигнала, а второй выступает в качестве промежуточного звена, обеспечивающего задержку времени в уже существующей цепи.

Примеры схем подключения

В зависимости от конкретной модели реле времени или поставленных задач, которое оно должно решать, схема подключения может коренным образом отличаться.

Рис. 7: пример схемы подключения

Посмотрите на рисунок 7, в данном примере приведен один из простейших вариантов управления осветительными приборами при помощи реле времени. Подача управляющего сигнала осуществляется на выводы 1 и 2, а к нагрузке от вывода 3 и нулевого провода. Клемма 4 получает питание от сети 220В. Данная схема широко используется для бытовых нужд и практически не применяется для промышленных целей, так как обеспечивает работу только с одним потребителем (прибором освещения, линией, сигнализацией и т.д.).

Рис. 8: Еще одна схема подключения реле времени

На рисунке 8 приведена схема включения реле времени, здесь способ питания аналогичен предыдущей схеме.  Но на выходе устройства реализовано подключение двух независимых групп потребителей от контактов 3 и 5, которые могут иметь индивидуальную логику работы. Такой способ подключения предоставляет куда больший функционал, за счет чего он применяется в местах, где требуется управление сразу несколькими приборами.

Рис. 9: схема включения реле через контактор

Как видите на рисунке 9, при подключении мощного оборудования, для которого реле времени не может осуществлять его электроснабжение из-за недостаточной проводимости собственных цепей, применяется подключение логического элемента через силовой контактор.  В данной схеме рабочим органом выступает контактор, управляющий сигнал на который подается с контактов реле времени. Основным преимуществом такой схемы подключения является возможность запитать потребитель любой мощности и принципа действия.

Видео в развитие темы

виды, назначение, конструктивные особенности и установка

Промежуточные реле имеют в электротехнике специфическую роль. Применяются они, как правило, в тех областях, где обычные реле не выполняют поставленной задачи и нужны какие-то особенные функции. Основной функцией устройства является обеспечение питанием потребителей переменного и постоянного тока.

О видах промежуточных реле, с фото и иллюстрациями, сфере их применения, принципе действия, конструкции и технических характеристиках пойдет речь в данной статье.

Краткое содержимое статьи:

Виды промежуточных реле

Классификация производится по нескольким параметрам. Различают следующие виды промежуточных реле по типу переключения:

• минимальные – срабатывание происходит в момент, когда определенная характеристика в цепи снижается до определенного значения;
• максимальные – реле срабатывает в момент увеличения определенного параметра в цепи до порогового значения.

В зависимости от назначения устройства делятся на следующие категории:

• комбинированные – работающие в группе взаимозависимые устройства;
• логические – работают в цепи с цифровыми реле, работающими на микропроцессорах;
• измерительные – имеют механизм подстройки для срабатывания на определенный уровень сигнала.

В зависимости от способа работы устройства:

• прямые – непосредственно замыкающие и размыкающие электрическую цепь:
• косвенные – работающие в группе с другими устройствами и не размыкающие цепь непосредственно после поступившего сигнала.

По методу подключения в цепь:

• первичные – непосредственно включенные в цепь;
• вторичные – подсоединение происходит через конденсаторы или катушки индуктивности.

Есть также группа схожих с промежуточными защитных реле, по принципу действия делящихся на индукционные, полупроводниковые, электромагнитные и поляризационные.

Для чего нужно реле

Стандартное реле представляет собой электрический аппарат, предназначенный для производства коммутации в электрических цепях, с целью изменения входных величин электрического или не электрического происхождения. Для чего нужно реле на самом деле, если рассматривать этот вопрос упрощенно? Реле регулирует работу электрической цепи, согласно сигналу, полученному извне. Необходимость реле Следует подробно рассмотреть все составляющие, от которых зависит его нормальная работа. В первую очередь, это внешний сигнал. Он оказывает свое воздействие на механизм и побуждает его к дальнейшим действиям, т.е. срабатыванию. В роли сигнала могут выступать различные действия: скачки напряжения, изменение давления, обычное механическое воздействие. Электрическими цепями, по-простому, называют провода, где протекает электрический ток. И, наконец, понятие коммутации. Самое простое определение коммутации – это переключение. Но для реле данное определение не совсем подходит, здесь получается более сложный процесс. Чтобы окончательно прояснить понятие коммутации относительно реле, необходимо рассмотреть принцип его работы. Принцип работы реле Любое электромагнитное реле использует электромагнитные силы, которые возникают в металлическом сердечнике, когда по виткам его катушки проходит электрический ток. В верхней части металлического сердечника устанавливается пластина, называемая подвижным якорем, в котором имеются один или несколько контактов. Напротив этих подвижных контактов, соответственно устанавливаются неподвижные контакты. Исходное положение якоря фиксируется с помощью пружины. Когда подается напряжение, происходит притяжение якоря электромагнитом. При этом, сопротивление пружины преодолевается, и контакты, в зависимости от модели реле, замыкаются или размыкаются. После того, как напряжение отключается, пружина приводит якорь в первоначальное положение. Отдельные конструкции имеют дополнительные электронные детали: Резистор, подключаемый к обмотке катушки и обеспечивающий более четкое срабатывание; Конденсатор, подсоединяемый параллельно с контактами, чтобы понизить искрение и различные помехи; Для катушек постоянного тока установлен гасящий выпрямительный диод; Для катушек переменного тока, с целью погашения перенапряжения устанавливается варистор; Индикатором работы реле служит светодиод. Завершая рассматривать что такое реле, можно сделать вывод, что данный прибор применяется в электрических цепях для отключения какого-либо участка или прибора в определенное, заданное время.