Что такое реле: виды, принцип работы, устройство реле

Вопросы и ответы

Общее описание конструкции

Понятие «реле» объединяет целое семейство устройств различной конструкции. Но в общем случае реле состоит из трех основных функциональных элементов:

  • Отзывчивый. Это первичный элемент, который воспринимает контролируемое значение и преобразует его в другое физическое значение.
  • Середина. Сравнивает полученное значение с заданным параметром. Если это значение больше или меньше заданного параметра, основное действие передается элементу активации.
  • Должностное лицо. Этот элемент передает действие в цепях, управляемых реле. В результате такого воздействия могут происходить: размыкание или подключение контролируемой цепи, переключение параметров тока.

Конструкция и принцип работы первичного элемента зависят от того, какое назначение имеет реле и на какое физическое значение (ток, напряжение, свет, тепло и т д.) оно рассчитано.

Краткая историческая справка создания реле

Большинство исторических документов свидетельствует о том, что первые рабочие экземпляры электрических устройств, подобных современным реле, использовавших принцип электромагнитного действия, были получены американским физиком Джозефом Генри в 1835 году. Они явились результатом работ по совершенствованию телеграфного аппарата, который изобрел Дж. Генри в 1831 г.

Уже в 1837 г устройство было запущено в серийное производство и широко использовалось в телеграфии. Однако следует отметить, что первые полученные устройства были некоммутационными, т е не выполняли основных функций, возлагаемых теперь на релейные механизмы управления.

По другим данным, первые релейные блоки были созданы между 1830 и 1932 годами. Русский исследователь-изобретатель Шиллинг П.Л. Они использовались в вызывном аппарате электромагнитного телеграфного аппарата, разработанного совместно с механиком И.А. Швейкиным, который был продемонстрирован 21 октября, 1832 г.

Однако большое количество электрических кабелей делало необходимым для работы этого устройства, дальнейшая его эксплуатация нецелесообразна, а релейные элементы в его схеме не получили широкой известности.

Интересно! Название «эстафета» происходит от английского слова RELAY, означавшего процедуру замены лошадей на почтовых станциях того времени.

Как самостоятельная единица, известная под своим названием, реле упоминаются в патентных заявках на телеграфный аппарат Сэмюэлем Морзе в 1837 году.

Схема устройства электромагнитного реле и принцип работы

Простейшее реле состоит из якоря, электромагнита (сердечника и обмотки), возвратной пружины и соединительных конструктивных элементов: основания, каркаса, ярма. При подаче тока срабатывает электромагнит и подключает якорь к контакту, в результате этого действия электрическая цепь замыкается.

При прекращении подачи питания или снижении параметров ниже определенного значения пружина возвращает якорь в исходное положение, размыкая цепь. В состав современных электромагнитных реле, наряду с обязательными элементами, входят резисторы, обеспечивающие более точную работу, и конденсаторы для защиты от скачков напряжения.

Основные элементы электромагнитного реле

Электрические цепи, управляемые с помощью реле, называются управляемыми, а линия, по которой поступает сигнал, — управляющей. В большинстве случаев релейные соединения выполняют роль усилителя, так как замыкают мощные цепи питания, подавая небольшое напряжение.

Принцип работы реле также зависит от типа: постоянного тока или переменного тока. Для устройств переменного тока работа обычно зависит от частоты входящего сигнала. Блоки постоянного тока переходят в рабочее положение в двух случаях:

  • Поляризованные — чувствительны к полярности тока, в зависимости от того, подается ли он на управляющий контакт + или — якорь отклоняется в разные стороны;
  • Нейтраль — при движении тока в обе стороны якорь отклоняется в одну сторону.

Основные технические характеристики реле

Независимо от принципа работы существуют общепринятые параметры, на которые нужно ориентироваться при выборе устройства:

  • Время отклика — величина, определяющая интервал времени с момента поступления управляющего сигнала на вход до момента его воздействия на электрическую цепь;
  • Коммутируемый ток — мощность электрической цепи или установки, которой реле способно управлять;
  • Мощность срабатывания — минимальное значение, необходимое для срабатывания устройства;
  • Настройка – величина рабочего тока, как правило, это переменный показатель;
  • Величина потребления тока/напряжения/отхода — эти параметры характеризуются минимальным и максимальным значением характеристики электричества, при котором якорь втягивается или отваливается от контактов, то есть электрическая цепь прерывается.

Основные характеристики реле

Независимо от типа и принципа работы реле, есть несколько параметров, которые учитываются при выборе этого устройства:

  • Время отклика – это временной интервал между приемом управляющего сигнала и воздействием на управляемые цепи.
  • Коммутируемая мощность — допустимая мощность электрической цепи или электроустановки, которой будет управлять реле.
  • Уставка обычно представляет собой регулируемый параметр, определяющий значение входного параметра (ток, напряжение, частота, давление, температура), при котором реле срабатывает.

Виды реле: контактные и бесконтактные

По устройству исполнительного звена реле делятся на контактные и бесконтактные.

Контактные

Они воздействуют на управляемую цепь с помощью электрических контактов. Открытие или закрытие их полностью отключает или замыкает электрическую цепь. Для изготовления контактов используются: медь, серебро, вольфрам. Количество контактов до 10 шт. Четырех- и пятиконтактные реле применяются в автомобильных электросхемах для включения и коммутации цепей.

Бесконтактные

Такие реле воздействуют на контролируемую цепь, изменяя электрические параметры электрических выходных цепей — емкость, сопротивление, индуктивность, ток или напряжение.

Классификация реле по способу включения

Первичные

Эти устройства подключаются непосредственно к цепи элемента, для защиты которого они предназначены. Их преимущества заключаются в том, что не требуются измерительные трансформаторы, источники тока управления и кабели управления.

Вторичные

Они подключаются к цепи с помощью вторичных трансформаторов. Это самый распространенный тип реле. Их преимущества – изоляция от высокого напряжения, возможность размещения устройства в удобном для обслуживания месте.

Вторичные реле доступны в стандартной комплектации. Они рассчитаны на ток 5 (1) А и напряжение 100 В и могут быть установлены в любую электрическую цепь независимо от силы тока и напряжения.

Виды реле по назначению

По договоренности эти устройства бывают трех видов — управления, защиты, сигнализации.

Реле управления

Эти реле являются первичными. Устанавливается непосредственно в электрическую цепь. Их роль заключается в включении и выключении отдельных элементов схемы. Их можно использовать самостоятельно или в составе комплектных низковольтных установок — коробов, панелей, шкафов.

Реле защиты

Они выполняют функции включения, выключения и защиты устройств с термоконтактами — электродвигателей, вентиляторов. При превышении температуры термоконтакты размыкаются. Оборудование может возобновить работу только после того, как термоконтакты остынут до заданной температуры.

Сигнализации

Такие реле устанавливаются в системах безопасности автотранспорта, предприятий, прилегающих территорий. Они служат для формирования сигнала при достижении заданного значения контролируемого параметра (ток, напряжение, частота, давление, температура, акустические параметры и др).

Разновидности электромеханических реле

Наиболее распространенным типом электрических реле являются электромеханические. К ним относятся: электромагнитные, индукционные, электротермические устройства.

Электромагнитные

Одним из видов электрических реле являются электромагнитные. В конструкцию этого устройства входят: обмотка со стальным сердечником, группа подвижных контактов, замыкающих и размыкающих контролируемую цепь. Рассмотрим принцип их действия:

  • На катушку с сердечником подается управляющий ток.
  • В сердечнике под действием электрического тока образуется магнитное поле, притягивающее контактную группу.
  • В зависимости от типа реле контакты замыкают или размыкают электрическую цепь.

Ряд электромагнитных реле поляризованы, которые отличаются от нейтральных способностью реагировать на полярность управляющего сигнала. Размыкание или замыкание контактов зависит от полярности подключения электромагнита. Они имеют более высокую чувствительность, чем нейтральные реле. Такие устройства можно использовать только в цепях постоянного тока.

Электротепловые (термические)

Тепловые реле представляют собой комплекс биметаллических пластин, для изготовления которых используются металлы с разными коэффициентами расширения при нагреве. Такие реле можно использовать в качестве устройств защиты: при превышении установленной регулятором температуры контакты размыкаются и подача питания потребителю прекращается.

Обычно тепловые реле применяются в бытовых одно- и трехфазных сетях при подключении электродвигателей. При увеличении нагрузки на двигатель выше установленного значения нагревается биметаллическое реле, которое при достижении определенной температуры размыкает электрическую цепь.

Двигатель перестает работать. После остывания биметаллических пластин цепь замыкается и двигатель возобновляет работу. Тепловые агрегаты могут быть оснащены колесиком, регулирующим температуру выключения двигателя, и кнопкой принудительного пуска.

Это тип теплового реле, в котором биметаллические пластины заменены легкоплавким сплавом. Срабатывают практически мгновенно — при достижении определенной температуры металл плавится и цепь размыкается.

Принцип действия таких устройств аналогичен принципу действия предохранителей. После эксплуатации такое реле, установленное непосредственно на оборудовании в качестве последней защиты от перегорания, подлежит замене.

Читайте также: Трансформатор тока: конструкция, принцип работы, классификация

Индукционные

Принцип работы этих устройств основан на взаимодействии переменных магнитных потоков и токов, образующих переменные магнитные потоки. Индукционные приборы предназначены для использования только в цепях переменного тока.

Индукционные реле бывают трех типов — с рамкой, диском, цилиндрическим ротором («стаканом»). Эти устройства широко используются в системах релейной защиты и автоматики.

Другие виды электрических реле

Твердотельные

Эти электронные устройства компактны и долговечны благодаря отсутствию трущихся механических частей. Работу механики здесь выполняют полупроводниковые элементы — биполярные и МОП-транзисторы, тиристоры, симисторы. По сравнению с твердотельными они имеют следующие преимущества:

  • Низкий уровень шума при работе.
  • Очень большая наработка на отказ, превышающая ресурс электромагнитных устройств в 100 и более раз.
  • Скорость, составляющая доли миллисекунд, для электромагнитных 50мс — 1с.
  • Потребляемая мощность снижена на 95 %.

Однако твердотельные реле имеют не только преимущества, но и недостатки. Одним из них является слабая устойчивость к импульсным перенапряжениям, что практически не страшно для электромагнитных реле. При использовании твердотельных реле необходимо предусмотреть схемное решение, ограничивающее эти импульсы.

Есть и недостатки — нагрев при работе, наличие токов утечки, что приводит к наличию напряжения на фазном проводе даже при выключенном реле.

Твердотельные реле применяются в системах контроля температуры, где ТЭНы используются в качестве нагревателей, в промышленной автоматике, телеметрии, механизмах аппаратуры металлургической и химической промышленности, в медицинском оборудовании и военной электронике.

Герконовые

Этот тип реле представляет собой герконовую катушку. Это баллон, заполненный инертным газом, или внутри которого создается вакуум. Внутри цилиндра находятся соединительные элементы из пермаллоя — прецизионного сплава (сплава с точно заданным химическим составом), включающего железо и никель. Эти соединительные элементы выполнены в виде провода с контактами.

Они покрыты серебряным или золотым напылением. Геркон расположен в центре электромагнита или в пределах его поля. При подаче тока на катушку электромагнита создается магнитный поток, замыкающий контакты. Герконовые реле могут выполнять следующие функции: замыкание, переключение, размыкание.

Преимуществами этих устройств являются компактные габариты, приемлемая цена и отсутствие трущихся частей, что продлевает срок их службы. Тот факт, что контактная группа находится в среде инертного газа или вакуума и надежно защищена от влаги, повышает надежность реле.

При использовании герконовых реле избегайте:

  • близкое присутствие источника ультразвука, что негативно скажется на работоспособности;
  • воздействие постороннего магнитного поля;
  • механическое повреждение.

Колба обычно изготавливается из стекла, поэтому ее необходимо всячески оберегать от механического воздействия. С разбитой колбой контактная группа работать не будет. Герконовые реле можно использовать только в системах, где параметры электропитания находятся в пределах, указанных в технической документации.

При подаче чрезмерных токов контакты размыкаются. Нарушение работы герконовых реле наблюдается и в тех случаях, когда подается ток слишком низкой частоты.

Фотоэлектронные (фотореле)

Основой фотоэлектронного реле является полупроводниковый элемент — фоторезистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от изменения освещенности. Фотореле – устройство, широко используемое государственными службами. Он надежен в эксплуатации и обеспечивает значительную экономию энергии и безопасность на улицах.

При увеличении света все осветительное оборудование выключается, а с наступлением темноты включается. Большинство этих устройств оснащены пороговым регулятором и механическим переключателем.

Виды реле по типу поступающего параметра

Реле делятся по этому параметру: ток, мощность, частота, напряжение, давление, акустические характеристики, количество газа. Единицы могут быть максимальными и минимальными. Реле, срабатывающие при превышении заданного значения, называются «максимальными», а при его падении ниже заданного уровня – «минимальными».

Реле тока

Реле тока реагируют на резкие перепады тока и при необходимости отключают отдельную нагрузку или всю систему электроснабжения. Значение максимального тока, который необходимо отключить от потребителей, устанавливается регулятором.

Реле напряжения

Реле напряжения реагируют на величину напряжения и включаются через трансформаторы напряжения. Применяются для контроля фаз напряжения в электрических сетях и защиты электроприборов. Основой такого реле является быстродействующий контроллер, отслеживающий отклонения напряжения за установленные пределы. Общепринятым стандартом работы таких реле является напряжение ниже 170 В и выше 250 В.

Реле частоты

Служат для регулирования частоты переменного тока, которая должна быть равна 50 или 60 Гц в одно- и трехфазных сетях. Обычно они имеют фиксированные задержки ответа. Пороги размыкания цепи, находящейся под контролем, можно регулировать. Работа этого устройства может предусматривать наличие «памяти» аварии.

Реле мощности

Устройство ограничения мощности действует как ограничитель тока нагрузки. При превышении установленного порога мощности потребитель отключается. Реле ограничения мощности часто оснащены функцией автоматического повторного включения. Это означает, что после снижения нагрузки работа оборудования возобновляется автоматически.

Реле давления

Реле давления – важнейшее устройство, применяемое в насосном оборудовании для контроля перепада давления воды, масла, масла, воздуха. Существует два основных типа таких устройств – электромеханические и электронные.

Электромеханические реле имеют в конструкции специальный элемент, реагирующий на изменение давления в системе, — гибкую мембрану, изгибающуюся под давлением жидкости (воздуха) в системе. Он соединен с двумя пружинами, одна из которых настроена на минимально допустимое давление, а другая на разницу между верхним и нижним пределами давления системы.

При падении давления в системе ниже минимального порога реле включает насосное оборудование, а при превышении верхнего порога — выключает. Это простые и надежные устройства, но не очень удобные в использовании. Оператор должен регулярно проверять настройки и при необходимости корректировать их.

Электронные устройства более сложны. Пределы можно установить очень точно, и их не нужно контролировать во время работы. Электронные устройства чувствительны к гидравлическим ударам, поэтому снабжены небольшими гидробаками (объем – около 400 мл). Электронное реле давления устанавливается между насосным оборудованием и первой точкой водоразбора.

Реле акустические

Акустические реле реагируют на изменение акустических величин — частоты звуковой волны, ее давления или акустических свойств материалов — коэффициентов поглощения и отражения. Принцип действия может быть механическим или электрическим.

В акустических устройствах с механическим воздействием предусмотрена мембрана, которая изгибается под давлением звуковых волн, и при достижении определенного давления контакт замыкается. В состав электроакустических устройств входят: воспринимающий орган (микрофон, фильтр), усилитель, электрическое выходное реле.

Устройства, реагирующие на шум, часто используются совместно с системой освещения. Они реагируют на любой шум в комнате и подают сигнал на включение света. Обычно их устанавливают в коридорах и на лестничных площадках. Также акустические реле широко используются в охранных системах, «умных» игрушках.

Газовые реле

Эти устройства используются для обеспечения газовой защиты. Представляют собой металлический короб, встроенный в нефтепровод. Реле нормально залито маслом и контакты находятся в разомкнутом состоянии. По мере увеличения содержания газа они заполняют верхнюю часть реле, вытесняя при этом масло.

Имеющийся в конструкции поплавок при снижении уровня масла опускается, вращается вокруг своей оси и вызывает замыкание контактов в сигнальной цепи. Формируемый сигнал предупреждает о высокой загазованности среды.

Промежуточные реле

«Промежуточное» — это реле, играющее не основную, а вспомогательную роль в цепи. Предназначены для установки в автоматических цепях и цепях управления. Его функции заключаются в увеличении количества контактов главного реле при необходимости замыкания или размыкания нескольких цепей, замыкания одной и одновременного размыкания другой цепи и выполнении других задач.

Они используются в схемах усиления и преобразования электрических сигналов, хранения информации и программирования, распределения электрической энергии с контролем работы отдельных элементов, сопряжения элементов электронной аппаратуры с различным принципом действия.

Часто функции промежуточных реле выполняют электромагнитные реле, где в зависимости от конструкции и применения имеются контакты следующих типов:

  • Нормально разомкнутые (лаговые) При отсутствии питания находятся в разомкнутом состоянии. При подаче напряжения они закрываются.
  • Нормально закрытый (открытый). В обычном состоянии такие контакты находятся в замкнутом состоянии, а при подаче питания контакты размыкаются.
  • Резкий поворот. В таких реле при отсутствии напряжения имеется средний контакт, замкнутый с одним из неподвижных контактов. При подаче питания средний контакт разрывает соединение с первым неподвижным контактом и замыкается со вторым неподвижным контактом.

Обозначение реле на схеме

На электрических схемах реле обозначают прямоугольником, с наибольших сторон которого показаны силовые выводы. Функциональное назначение реле обозначено на схеме буквами:

  • КА — текущий;
  • КВ — напряжения;
  • КБ — блокировка;
  • KBS — блокировка от повторного подключения;
  • КН — индекс;
  • КЛ — промежуточный;
  • KQ — зафиксировать положение переключателя;
  • КСВ — контроль цепи напряжения;
  • КСП — контроль давления;
  • КШ — контроль давления;
  • КСЛ — контроль уровня жидкости;
  • КСР — скорости;
  • КСК — состав ткани;
  • КВт — мощность;
  • КЗ — сопротивление.
Оцените статью
Блог об электричестве
Adblock
detector