Электромагнитное реле: что это, как работает, виды, проверка

Что такое электромагнитное реле, устройство, назначение

Электромагнитное реле представляет собой коммутационное устройство, использующее для работы электромагнитное поле. Он состоит из электромагнитной катушки и подвижного якоря, подвижного и неподвижного контактов. Якорь и катушка крепятся к основанию. Якорь подпружинен и расположен так, что неподвижные контакты с неподвижными имеют точки соприкосновения.

Электромагнитный релейный блок

Как работает электромагнитное реле? При подаче напряжения на обмотку в ней создается электромагнитное поле. Подвижный неподвижный якорь притягивается к сердечнику катушки, контактный переключатель (замкнут/разомкнут). Это работа реле — поворачивать контакты. К ним подключаются различные нагрузки, и в результате работы изменяются цепи, по которым протекает электрический ток.

При снятии тока электромагнитное поле исчезает, якорь под действием пружины возвращается в исходное состояние. Следовательно, схема возвращается в исходное состояние. По принципу работы он очень похож на работу обычного выключателя. Отличие только в том, что кнопки нет и контакты «управляются» автоматически, а вместо лампочки это может быть часть схемы или какой-то прибор.

Зачем нужно реле в электрических цепях

На рисунке выше показана простейшая схема с электромагнитным реле. Есть кнопка, которая включает катушку. К контактам подключается исполнительный орган, например электрическая лампа. При нажатии кнопки на катушку подается ток, якорь притягивается к сердечнику катушки и прижимает контакты. Они замыкаются, на лампочку подается напряжение и она загорается.

При снятии тока с катушки пружина оттягивает якорь в исходное положение, цепь питания лампочки разрывается и она гаснет. Этот пример показывает, почему и как используются электромагнитные реле.

Устройство, обозначение и параметры реле

 

Для управления различными исполнительными устройствами, коммутационными цепями и узлами управления в электронике активно используется электромагнитное реле.

Сборка реле довольно проста. Основой является катушка, состоящая из большого количества витков с изолированным проводом.

Внутри катушки установлен стержень из мягкого железа. В результате получается электромагнит. Также в конструкции реле есть якорь, он крепится к пружинному контакту. Сам пружинный контакт крепится к хомуту. Вместе со стержнем и якорем ярмо образует магнитопровод.

Если катушка подключена к источнику тока, возникающее магнитное поле намагничивает сердечник. Он в свою очередь притягивает якорь. Светильник крепится к пружинному контакту. Затем пружинный контакт замыкается другим неподвижным контактом. В зависимости от конструкции реле якорь может механически управлять контактами по-разному.

Как работает реле?

Принцип работы реле наглядно иллюстрирует следующая схема. Это схема управления. Это само электромагнитное реле К1, выключатель SA1 и батарея питания Г1. Также имеется исполнительная цепь, которая управляется реле. Исполнительная цепь состоит из нагрузки HL1 (сигнальная лампа), контактов реле К1.1 и аккумуляторной батареи G2. Нагрузкой может быть, например, электрическая лампа или электродвигатель. В этом случае в качестве нагрузки используется сигнальная лампа HL1.

Как только мы замкнем цепь управления выключателем SA1, ток от аккумулятора G1 пойдет на реле К1. Реле сработает, а контакты К1.1 замкнут исполнительную цепь. Нагрузка будет питаться от аккумулятора G2 и загорится лампа HL1. Если разомкнуть цепь выключателем SA1, то с реле К1 снимется напряжение питания и контакты реле К1.1 снова разомкнутся и лампа HL1 погаснет.

Переключаемые контакты реле могут иметь собственную конструкцию. Так, например, различают нормально разомкнутые контакты, нормально замкнутые контакты и переключающие контакты (перекидные контакты). Разберемся с этим подробнее.

Нормально разомкнутые контакты

Нормально разомкнутые контакты — это контакты реле, которые находятся в разомкнутом состоянии до тех пор, пока через катушку реле не потечет ток. Проще говоря, когда реле выключено, контакты также разомкнуты. На схемах реле с нормально разомкнутыми контактами обозначаются следующим образом.

Нормально замкнутые контакты

Нормально замкнутые контакты — это контакты реле, которые находятся в замкнутом состоянии до тех пор, пока через катушку реле не начнет протекать ток. Таким образом получается, что когда реле выключено, контакты замыкаются. Такие контакты на схемах изображаются следующим образом.

Переключающиеся контакты

Перекидные контакты представляют собой комбинацию нормально замкнутых и нормально разомкнутых контактов. Контакты переключателя имеют общий провод, который переключается с одного контакта на другой.

Современные широко распространенные реле обычно имеют переключающие контакты, но могут быть и реле, в состав которых входят только нормально разомкнутые контакты.

У импортных реле нормально разомкнутые контакты реле обозначаются аббревиатурой NO, а нормально замкнутые контакты NC. Общий контакт реле обозначается аббревиатурой COM. (от слова общий — «общий»).

Теперь перейдем к параметрам электромагнитных реле.

Параметры электромагнитных реле.

Как правило, размеры самих реле позволяют нанести на корпус их основные параметры. В качестве примера рассмотрим импортное реле Bestar BS-115C. На корпусе нанесены следующие надписи.

COIL 12VDC — номинальное рабочее напряжение реле (12В). Поскольку это реле постоянного тока, указывается аббревиатура постоянного напряжения (сокращение DC означает DC Current/Voltage). Английское слово COIL переводится как «катушка», «соленоид». Это указывает на то, что аббревиатура 12VDC относится к катушке реле.

Кроме того, электрические параметры контактов указаны на реле. Понятно, что мощность контактов реле может быть разной. Это зависит как от общих размеров контактов, так и от используемых материалов. При подключении нагрузки к контактам реле необходимо знать, на какую мощность они рассчитаны.

Если нагрузка потребляет больший ток, чем рассчитаны контакты реле, то они будут греться, искрить, «залипать». Естественно, это приведет к скорому выходу из строя контактов реле.

Для реле, как правило, указываются параметры по переменному и постоянному току, которые выдерживают контакты.

Так, например, контакты реле Bestar BS-115C способны коммутировать переменный ток 12А и напряжение 120В. Эти параметры зашифрованы в надписи 12A 120VAC (аббревиатура AC расшифровывается как переменный ток).

Реле также способно коммутировать постоянный ток с выходом 10А и напряжением 28В. Об этом свидетельствует надпись 10A 28VDC. Это были силовые характеристики реле, а точнее контактов.

Потребляемая мощность реле.

Теперь перейдем к току, который потребляет реле. Как известно, мощность постоянного тока равна произведению напряжения (U) на силу тока (I): P=U*I. Возьмем значения номинального рабочего напряжения (12В) и потребляемого тока (30 мА) реле Bestar BS-115C и получим потребляемый ток (англ. Current Consumer).

Таким образом, мощность реле Bestar BS-115C составляет 360 милливатт (мВт).

Есть еще один параметр — это чувствительность реле. По своей сути это ток потребления реле во включенном состоянии. Понятно, что реле, для работы которого требуется меньший ток, более чувствительно, чем реле, потребляющее больший ток.

Такой параметр, как чувствительность реле, особенно важен для устройств с автономным питанием, так как включенное реле использует энергию аккумулятора. Например, есть два реле с током потребления 200 мВт и 360 мВт. Таким образом, реле на 200 мВт более чувствительно, чем реле на 360 мВт.

Виды электромагнитных реле

Первая классификация – пищевая. Различают электромагнитные реле постоянного и переменного тока. Реле постоянного тока могут быть нейтральными или поляризованными. Нейтральный работает при подаче тока любой полярности, поляризованный реагирует только на положительный или отрицательный (в зависимости от направления тока).

Виды электромагнитных реле по типу питающего напряжения и внешний вид одной из моделей

По электрическим параметрам

Электромагнитные реле также делятся по чувствительности:

• Мощность при работе 0,01 Вт или меньше — очень чувствительный.
• Ток, потребляемый обмоткой при работе, от 0,01 Вт до 0,05 Вт — чувствительный.
• Остальные в норме.

В первую очередь стоит определиться с электрическими параметрами

Первые две группы (высокочувствительные и чувствительные) могут управляться с микросхем. Они вполне могут выдавать требуемый уровень напряжения, поэтому промежуточное усиление не нужно.

По уровню коммутируемой нагрузки существует такое деление:

• Не более 120 Вт переменного тока и 60 Вт постоянного тока — слаботочные.
• 500 Вт переменного тока и 150 Вт постоянного тока — высокая мощность;
• Контакторы переменного тока мощностью более 500 Вт. Используется в силовых цепях.

Также есть разделение по времени отклика. Если контакты замыкаются не более чем через 50 мс (миллисекунд) после срабатывания катушки, она является быстродействующей. Если требуется от 50 мс до 150 мс, это нормальная скорость, а все, что занимает более 150 мс для работы контактов, является медленным.

По исполнению

Также существуют электромагнитные реле с разной степенью герметичности.

• открытые электромагнитные реле. Это те, где все детали «на виду».
• Запечатанный. Они впаяны или вварены в металлический или пластиковый корпус, внутри которого находится воздух или инертный газ. Доступа к контактам и катушке нет, доступны только выводы для питания и коммутации цепей.
• Мантия. Крышка есть, но она не припаяна, а соединена с корпусом защелками. Иногда есть проволочная петля, удерживающая крышку.

Когда дело доходит до веса и размера, различия могут быть очень значительными

И еще один принцип деления – по размеру. Есть микроминиатюры — они весят меньше 6 грамм, миниатюры — от 6 до 16 грамм, мелкие имеют массу от 16 грамм до 40 грамм, а остальные в норме.

Виды контактных групп

Электромагнитные реле делятся по принципу работы контактов. Они могут быть:

• Нормально закрытый (закрытый, открытый). Сокращенно NC, на импортных схемах NC.
• Нормально открытый (открыть, закрыть). Обозначение — НО на наших — и НЕТ на зарубежных.
• Преобразование (изменение). Выключатели отличаются внешним видом, так как имеют три пластины с контактами. У них обычно только один общий контакт — пишут «общий» или общий.

В общем, по названиям контактов понятно, как они работают. Нормально замкнутые контакты в выходном состоянии замкнуты, по ним протекает ток. При срабатывании реле контакты размыкаются, цепь тока прерывается.

Нормально замкнутый (замкнутый) контакт: что это значит
и принцип работы

Нормально разомкнутые (более понятно — нормально разомкнутые) контакты, наоборот, нормально разомкнуты. Когда реле срабатывает, контакт замыкается и по цепи течет ток.

Электромагнитное реле с нормально разомкнутым (разомкнутым) контактом

Вы, наверное, уже поняли, как работает разъем-переключатель. В отличие от первых двух переключатель состоит из трех пластин. По краям две неподвижные и подвижная посередине. Подвижный контакт часто называют шарнирным контактом. В нормальном положении подвижная пластина касается одного из контактов, по этому пути течет ток (на рисунке ниже справа).

Принцип работы электромагнитного реле с переключающими контактами

При срабатывании реле подвижный контакт меняет положение за счет стопорной рамки (на рисунке только штифт, припаянный к подвижной пластине). И рама крепится к анкеру. После срабатывания реле в первой цепи появляется разрыв, а во второй начинает течь ток.

Это все виды контактов — вроде не много. Но в одном реле могут быть собраны все три типа, причем количество групп каждого типа разное. Их выбирают по мере необходимости.

Электромагнитные реле на схемах: обмотки, контактные группы

Особенность реле в том, что оно состоит из двух частей — обмотки и контактов. Обмотка и контакты имеют другое обозначение. Обмотка графически выглядит как прямоугольник, контакты разных имеют свое обозначение. Он отражает их название/назначение, поэтому проблем с идентификацией обычно не возникает.

Типы контактов электромагнитных реле и их обозначение на схемах

Иногда рядом с графическим изображением ставится обозначение типа — NC (нормально закрытый) или NO (нормально открытый). Но чаще прописывают принадлежность к реле и номер контактной группы, а тип контакта понятен из графического изображения.

В общем надо искать контакты реле по всей схеме. Ведь физически он находится в одном месте, а разные его контакты входят в состав разных цепей. Это показано на диаграммах. Обмотка в одном месте — в цепи питания. Контакты разбросаны по разным местам — в кругах, в которых они работают.

Пример схемы электромагнитных реле: контакты в соответствующих цепях (см цветовую маркировку)

Для примера посмотрите на схему с реле. Реле КА, КВ1 и КМ имеют одну контактную группу, КВ3 — две, КВ2 — три. Но три — это далеко не предел. Контактных групп в каждом реле может быть десять-двенадцать и более. А схема простая. А если он занимает пару листов формата А2 и в нем много элементов…

Основные технические характеристики, плюсы и минусы, область применения

Как и все электрические детали, электромагнитное реле подбирается по параметрам. Сначала определяют состав контактных групп, затем — с пищей. Затем пришло время выбрать функции.

• Работа с током или напряжением. Наименьшее значение тока или напряжения, при котором контакты надежно переключаются.
• Отпустите ток или напряжение. Максимальное значение параметров, при котором пружина оторвет якорь от витка.
• Чувствительность. Минимальный уровень мощности, при котором срабатывает реле.
• Сопротивление обмотки. Измерено при +20°C.
• Рабочий ток или напряжение. Это диапазон значений, при которых реле будет точно срабатывать в условиях эксплуатации.
• Время отклика. Интервал от момента подачи тока на обмотку до переключения первого контакта.
• Время выпуска. Через какой промежуток времени после снятия тока якорь «убежит.
• Частота переключения. Сколько раз реле может сработать за определенный промежуток времени.

Характеристики электромагнитного реле. Один из типов

Электромеханические реле имеют долгий срок службы, низкую цену. Еще один плюс — небольшое падение тока при переключении. Но при работе создают помехи, возможен дребезг контактов, довольно низкое быстродействие, есть проблемы с индуктивными нагрузками.

Все эти свойства определяют область применения. Обычно это импульсный источник питания для устройств, работающих от 220 В переменного тока или 12 В и 24 В постоянного тока. Чаще всего нагрузкой являются маломощные электродвигатели, к ним же подключают освещение, другие индуктивные и активные нагрузки. Изменена мощность нагрузки с 1 Вт до 2-3 кВт.

Как проверить электромагнитное реле

Работоспособность электромагнитного реле зависит от катушки. Поэтому мы в первую очередь контролируем обмотку. Ее называют мультиметром. Сопротивление обмотки может быть как 20-40 Ом, так и несколько кОм. При измерении просто выберите правильную область.

Если есть данные о том, какое должно быть значение сопротивления, сравниваем. В остальном довольствуемся отсутствием короткого замыкания или обрыва цепи (сопротивление стремится к бесконечности).

Проверить электромагнитное реле можно с помощью тестера/мультиметра

Другой вопрос, меняются ли контакты или нет, и насколько хорошо подходят контактные площадки. Проверить это немного сложнее. К выходу одного из разъемов можно подключить блок питания. Например, одна батарея. При срабатывании реле потенциал должен появиться на другом контакте или исчезнуть.

Это зависит от типа тестируемой контактной группы. Проверить наличие тока можно и с помощью мультиметра, но его необходимо перевести в правильный режим (проще контроль напряжения).

Читайте также: Электродвигатель постоянного тока: устройство, принцип работы, типы, управление

Если мультиметра нет

Мультиметр не всегда есть в наличии, но почти всегда есть батарейки. Давайте посмотрим на пример. Это своего рода реле в герметичной коробке. Если вы знаете или нашли тип, вы можете увидеть его свойства по имени. Если данные не найдены или на реле нет имени, мы разберемся в этом. Обычно вся важная информация указана здесь. Требуется напряжение питания и коммутируемые токи/напряжения.

Проверяет обмотку электромагнитного реле

В этом случае у нас есть реле, которое работает от 12 В постоянного тока. Ну а если есть такой источник питания, то его используем. Если нет, собираем несколько аккумуляторов (последовательно, то есть по одному), чтобы получить в сумме необходимое напряжение.

При последовательном соединении аккумуляторов их напряжения суммируются

Получив источник тока нужного номинала, подключаем его к выводам катушки. Как определить, куда ведет катушка? Обычно они подписаны. В любом случае есть обозначения «+» и «-» для подключения источников питания постоянного тока и знаки переменного типа типа «≈».

Подаем питание на соответствующие контакты. Как дела? Если катушка реле исправна, слышен щелчок — это перетянутый якорь. Когда напряжение снимается, оно снова слышно.

Проверяем контакты

Но щелчки — это одно. Это означает, что катушка работает, но нужно еще проверить контакты. Возможно они окислились, цепь замыкается, но напряжение резко падает. Может они износились и контакт плохой, может наоборот закипели и не размыкаются. В общем, для полноценной проверки электромагнитного реле необходимо также проверить работоспособность контактных групп.

Проще всего объяснить на примере реле с одной группой. Обычно они встречаются в автомобилях. Автолюбители называют их по количеству контактов: 4-контактный или 5-контактный. В обоих случаях есть только одна группа. Просто четырехконтактное реле содержит нормально замкнутый или нормально разомкнутый контакт, а пятиконтактное реле содержит группу переключателей (перекидные контакты).

Электромагнитное реле 4 и 5 контактов: расположение контактов, схема подключения

Как видите, питание в любом случае подается на выводы подписанные 85 и 86. А к остальным подключается нагрузка. Чтобы проверить 4-контактное реле, вы можете собрать простую связку из маленькой лампочки и батарейки нужного номинала. Прикрутите концы этого жгута к клеммам разъемов.

В 4-контактном реле это контакты 30 и 87. Что происходит? Если контакт замкнут (нормально разомкнут), при срабатывании реле лампа должна загореться. Если группа открытая (нормально закрытая) следует выйти.

В случае с 5-контактным реле схема будет немного сложнее. Здесь вам понадобятся две пачки лампочек и батарейки. Используйте лампы разного размера, цвета или каким-либо образом разделите их. Если на катушке нет тока, у вас должна гореть одна лампочка. При срабатывании реле оно гаснет, загорается другое.

Электрическая схема подключения реле

На крышке любого устройства производитель наносит принципиальную схему подключения электромагнитного реле к сети. На электрической схеме катушка реле изображается прямоугольником и обозначается буквой «К» с цифровым индексом, например, К3.

При этом контактные пары, не находящиеся под нагрузкой, маркируются буквой «К» с двумя цифрами, разделенными точкой, например, К3.2 — контакт №2, реле К3. Обозначение расшифровывается следующим образом: первая цифра — порядковый номер электромагнитного реле на схеме, вторая — индекс контактных пар этого реле.

Ниже приведен пример электрической цепи, в которой электромагнитный клапан пневматического клапана управляется с помощью нормально разомкнутого контакта реле К1. После замыкания S1 срабатывает реле и замыкается замыкающий контакт 13, 14, при этом на соленоиде Y1 отображается напряжение.

Контактные пары, расположенные вблизи электромагнитной катушки, обозначены штриховой линией. На принципиальной схеме подключения реле обязательно показаны все параметры контактных пар, указано максимально допустимое значение коммутационного тока контактов. На катушке реле производитель указывает род тока и рабочее напряжение.

Стоит отметить, что электрическая схема электромагнитного реле составляется для каждого типа элемента сугубо индивидуально в соответствии с функциями работы в автоматизированной сети. В то же время для корректной работы некоторых типов реле требуется настройка, где задаются оптимальные параметры работы реле: задержка срабатывания, рабочий ток, перезапуск и т.д.