Устройство и примеры применения реле, как выбрать и правильно подключить реле

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

Достоинства и недостатки

Основные типы реле обладают множеством достоинств над полупроводниковыми ключами, такими как:

• относительно низкая стоимость (благодаря недорогим составляющим);
• присутствует мощная изоляция между катушкой и контактной группой;
• не подвержены вредному влиянию перенапряжения, помехам молний, коммутации мощных электрических установок;
• есть управление линиями с нагрузкой до 0,4 кВ (при малом объеме устройства).

Дополнительный плюс – отсутствие проблемы охлаждения и безвредность для атмосферы. Например, при замыкании с током в 10 А в реле по катушке распределяется меньше, чем 0,5 Вт. В сравнении с электронными аналогами данное значение выше 15 Вт.

Недостатки импульсного реле:

• износ, а также проблемы коммутации индуктивных нагрузок и высоких напряжений (если ток постоянный);
• при включении и выключении цепи происходят радиопомехи, поэтому требуется экранирование;
• относительно долгий период времени срабатывания.

Серьезным минусом можно считать непрерывный износ при коммутации (деформация пружин, окисление контактов, например).

Однако стоит уточнить, что при использовании именно электронных реле, есть такие плюсы как: безопасность, хорошая скорость подключения, доступность на рынке, бесшумная работа, расширенный функционал. А среди минусов: перегрев при коммутации больших токов, нарушение работы при сбоях в электросети, сопротивление в закрытом положении и др.

Watch this video on YouTube

Watch this video on YouTube

Тем не менее, электронные реле развиваются достаточно стабильно и быстро. Они популярны благодаря своему функционалу, который можно относительно легко расширить.

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

Напряжение питания катушки

На корпусе реле написано, например, 12 В, что означает для его срабатывания потребуется 12 В. Вот только редко бывает напряжение точно требуемого значения. И что делать если напряжение в схеме упадёт до 9 В или повыситься до 15 В?

Если напряжение будет слишком высоким, катушка соленоида, обычно герметично закрытая в небольшом пластиковом корпусе, просто перегреется. Закон Джоуля здесь неумолим. К счастью производители предоставляют некоторый запас по напряжению. И наоборот, если напряжение слишком низкое, через катушку постоянного сопротивления будет протекать меньший ток, что сделает якорь менее слабым на притягивание. А если сила тока слишком низкая, якорь вообще не сдвинется с места.

Это значение, при котором производитель гарантирует замыкание контакта. Оно дается для строго определенной температуры, чаще всего комнатной или аналогичной. При более высоких температурах сопротивление провода увеличивается, поэтому приложение того же напряжения к катушке вызовет протекание более низкого тока (что может быть недостаточно для перемещения якоря).

Напряжение отключения (отпускания) информирует, до какого значения необходимо снизить напряжение питания катушки, чтобы контакты вернулись в исходное положение. Часто это всего лишь 10% от номинального напряжения! Таким образом, реле с напряжением питания 5 В, указанным на корпусе, отключится когда падение напряжения упадёт до 0,5 В, что даже меньше прямого напряжения кремниевых p-n переходов. Разница в процентах вызвана магнитным гистерезисом ферромагнитного материала, из которого изготовлен сердечник электромагнита. 

Это очень удобно, поскольку позволяет значительно снизить энергопотребление катушки в установившемся режиме. Реле с номинальным напряжением питания 12 В достаточно для подачи напряжения выше 8,4 В, а затем его понижения (например до 2 В). Экономия электроэнергии, важная для схем с батарейным питанием, будет огромной.

Фактическое напряжение питания катушки может отличаться от указанного на корпусе, и в довольно широких пределах. Об этом стоит помнить. Подтянув якорь электромагнитом, можно снизить напряжение питания катушки и сэкономить энергию.

О реле промежуточном

Опубликовано: 25 мая 2014 г. в 09:36, 2082 просмотра Комментировать

Реле промежуточные применяются для передачи команд исполнительными элементами в цепи замыкания катушки, методом коммутации электрических цепей различными переключающими контактами. Широкое распространение реле промежуточное имеет в цепях управления при выполнении переключения цепей постоянного и переменного электрического тока.

Применяется в разнообразных устройствах автоматизации и управления оборудованием и всевозможными производственными процессами, а также в сфере телекоммуникации. Реле предназначены для выполнения коммутации во вспомогательных цепях и цепях управления, защиты и сигнализации.

Промежуточное реле служит как вспомогательное устройство и применяется, когда нужно провести:

• замыкание или размыкание одновременно нескольких независимых цепей — размножить контакты (так, к примеру, одним контактом отключаем выключатель, а другим — выдаем аварийный сигнал в схему сигнализации);
• управление реле большей мощности, коммутриущим цепи с большими токами (так, к примеру, требуется провести подачу напряжения на включающий соленоид привода выключателя, при чем ток включения достигнет 63 ампер, однако с помощью одного промежуточного реле выполнить такую операцию не представляется возможным, потому вначале нужно подать напряжение на катушку промежуточного реле, после чего уже своими контактами включит контактор большей мощности, что скоммутирует уже большие токи;
• создание искусственного замедления действия релейной защиты.

Что такое электромагнитное реле

Это электромеханическое коммутационное устройство, основанное на принципе электромагнитной силы. При подаче электричества, внутри него образуется магнитное поле, благодаря которому, с помощью специального механизма происходит замыкание или размыкание коммутируемой электрической цепи.

Проще говоря, это устройство для управления другой электрической цепью, выполняющее управление через замыкание и размыкание контактов. Бывают реле постоянного и переменного тока, постоянного тока подразделяются на поляризованные и нейтральные, каждое из них предназначено для своих целей. Более подробно обо всем далее.

Конструкция и устройство

Конструкция состоит из трех главных частей, основным элементом которой является электромагнитная медная катушка с закрепленным внутри ферритовым сердечником (соленоидом), выполняющая роль электромагнита, закрепленная на неподвижной площадке – ярмо.

Вторая часть называется якорь, являющая металлической пластиной с контактной площадкой на конце, в разомкнутом положении удерживающейся пружиной. Контактная часть реле является исполнительным изолированным органом, при перемещении которого контакты замыкаются или размыкаются.

Бывают однопарные, двуполярные, многопарные, исходно замкнутые (NC) или разомкнутые (NO).

Три основные элемента:

1. Первичный или воспринимающий элемент (катушка с сердечником) – воспринимает электричество и преобразует его в магнитное поле.
2. Промежуточный, подвижный элемент (якорь) – в результате появления магнитного поля возникает ЭДС, изменяющая положение якоря или механического привода механизма, который служит для замыкания контактов.
3. Исполнительный орган (нормально замкнутый контакт или разомкнутый) – воздействует на другую электрическую схему включая или отключая ее.

Принцип работы

При подаче напряжения на обмотку катушки создается ЭДС, сила магнитного поля притягивает якорь с исходного положения, преодолевая усилие пружины, удерживающей якорь, тем самым замыкая контакт управляющей цепи.

В зависимости от конструкции реле, якорь замыкает или размыкает эклектическую цепь. После прекращения подачи электричества магнитное поле исчезает и якорь возвращается в свое обратное положение обратным сжатием пружины.

Сама катушка соленоид, в зависимости от количества витков проволоки, может срабатывать на разную силу тока, маркировка обычно указана на корпусе.

Примечание. УЗО представляет из себя обычное размыкающееся реле.

Виды реле

Помимо электромагнитных устройств, сегодня существует большое количество видов реле различного назначения и отличного принципа действия, использующихся для управления системами защиты от перепадов напряжения в бесперебойных системах защиты, автоматических приборах, интегральных электросхемах. К таким типам относятся:

1. Электронные, в качестве ключа используется резистор, не щелкает при переключении
2. Электротепловые
3. Герконовые
4. Времени
5. Приорита
6. Твердотельные – отсутствует соленоид, роль якоря выполняет мощный симистор или тиристор
7. Индукционные
8. Световые (совместно с датчиком света)

Также их следует различать по виду входящего сигнала, в зависимости от конструкции включение и выключение может происходить под воздействием:

1. Напряжения
2. Частоты электрической цепи
3. Изменения мощности
4. Света
5. Температуры
6. Давления
7. Звука
8. Давления газа

Виды промежуточных устройств

На заре развития электротехники производились «примитивные» электромагнитные реле. Затем люди поняли, что если поместить контакты в вакуум, то устройство прослужит дольше. Так появилось герконовое реле. Далее прогресс пришел к тому, что если исключить из устройства подвижные части, то срок работы увеличится еще сильнее. В результате миру явились твердотельные реле.

Реле твердотельное SSR-10DA

Это лишь малая часть разновидностей этих приборов. Реле существует сотни видов, каждый из которых создан под определенные цели.

Как включить реле

В классическом электромагнитном устройстве есть пара контактов. Они подвижны. Если на них подается ток, то электромагнит прижимает контакты друг к другу и управляемая цепь замыкается. Такие релейные приборы включаются, если подать на них управляющее напряжение. Обычно именно они и выполняют функцию промежуточных.

Существуют и герконовые реле (геркон, герметичный). Конструкция представляет 2 контакта, помещенных в герметично запаянную стеклянную колбу. Они включаются, если попадают под действие магнитного поля. Проверка такого прибора производится с помощью постоянного магнита. Его необходимо поднести на расстояние 5-15 мм.

Виды реле устройств:

1. Твердотельные реле успешно применяются в роли промежуточных. Для включения на прибор необходимо подать управляющее напряжение. В отличие от электромагнитных, в твердотельных устройствах нет подвижных частей.
2. Тепловые реле встречаются в чайниках, утюгах, термопотах и автоматических выключателях (тепловой расцепитель). Тепловые устройства замыкают контакты при определенной температуре.
3. Реле времени. Для включения необходимо, чтобы прошел определенный промежуток времени. Устройство предназначено для отложенного запуска электрических агрегатов. Классический пример — «крутилка» в советских стиральных машинах. Заводится механизм, и реле отсчитывает время до выключения двигателя. При этом слышен характерный треск.

Существуют другие устройства, срабатывающие на иные типы внешнего воздействия. Они выступают чем-то вроде органов чувств в мире электроники. Такие приборы реагируют на:

• изменение давления (высоты над уровнем моря);
• снижение (увеличение) температуры, влажности;
• появление магнитного поля;
• изменение положения в пространстве;
• наличие света, звука, вибрации.

Конструктивные особенности и крепеж

Приборы старой модификации крепились в электрический щит болтами. Крепеж неудобный. Болты постоянно вываливаются из рук. Монтаж реле тратит много времени. Современные модульные устройства производятся с крепежом на дин рейку. Они часто выпускаются с колодкой. При выходе прибора из строя не нужно отключать провода. Достаточно вытащить его из колодки и заменить новым.

Дополнительная информация. Колодка выполняет те же задачи, что и розетка. В нее вставляется устройство. Колодка имеет нужное число контактов. При необходимости достаточно заменить только само релейное устройство. Колодка остается на месте. Такое техническое решение экономит время на ремонт и обслуживание электрических щитов.

Существуют особенности и в типах корпусов. Они бывают полностью герметичными или открытыми. У некоторых моделей корпус выполнен из прозрачного оргстекла, что позволяет визуально оценить работоспособность. Другие закрыты в прочный металлический, пластиковый или карболитовый кожух, что защищает от воздействия внешних факторов.

Время переключения контактов

В большинстве случаев выдержка времени не учитывается. Но если прибор используется в системах релейной защиты, без этого параметра не обойтись.

Временем срабатывания называется интервал между подачей на управляющую катушку напряжения и полным замыканием управляемых контактов. Для небольших маломощных промежуточных устройств этот параметр исчисляется десятками или сотнями миллисекунд.

Для полного выключения (размыкания управляемых контактов) требуется некоторое время. То есть управляющее напряжение с катушки снято, но контакты остаются в замкнутом состоянии. Процесс выключения так же занимает десятки или сотни миллисекунд.

Классификация и для чего нужно реле

Поскольку реле являются высоконадежными коммутационными устройствами, то не удивительно, что они нашли широкое применение в самых различных областях человеческой деятельности. Они используются в промышленности для автоматизации рабочих процессов, а также в быту в самой различной технике, например в привычных всех холодильниках и стиральных машинах.

Разнообразие видов реле очень велико и каждый предназначен для выполнения определенной задачи

Реле имеют сложную классификацию и делятся на несколько групп:

По сфере применения:

• управление электрическими и электронными системами;
• защита систем;
• автоматизация систем.

По принципу действия:

• тепловые;
• электромагнитные;
• магнитолектические;
• полупроводниковые;
• индукционные.

По поступающему параметру, вызывающему срабатывание КУ:

• от тока;
• от напряжения;
• от мощности;
• от частоты.

По принципу воздействия на управляющую часть устройства:

• контактные;
• бесконтактные.

На фото (обведено красным) показано, где находится одно из реле в стиральной машине

В зависимости от вида и классификации реле применяются в бытовой технике, автомобилях, поездах, станках, вычислительной технике и т.д. Однако, чаще всего этот вид коммутирующего устройства используется для управления токами большой величины.

Тип нагрузки реле

Максимальный прямой ток контактов — это параметр, который может различаться для постоянного и переменного тока. Он также может различать резистивные и реактивные нагрузки. Чаще всего резистивная нагрузка может потреблять больше тока, чем реактивная.

Некоторые производители предоставляют более подробную спецификацию в своих примечаниях к реле, например с учетом нагрузки на двигатель. Например несмотря на высокий максимальный прямой ток контактов, который достигает 16 А, максимальная мощность управляемого двигателя может составлять всего 650 Вт. Причина проста — индуктивная нагрузка представляет собой проблему для контактов из-за возникающего перенапряжения, да и пусковые токи. Поэтому с виду «сильного» реле может оказаться недостаточно.

Настраиваем тепловое реле

Идеальным вариантом для работы двигателя было бы быстрое его отключение от сети при увеличении заданного значения силы тока. Но в этом случае может сработать тепловое реле защиты, поскольку сила тока в некоторые моменты может в 8 раз превышать номинальное значение. Таким образом, конструкция двигателя (основанная на трех биметаллических пластинах) предусматривает его запуск без каких-либо отключений. Это происходит за счет установки теплового реле нагревательного элемента, выбираемого с учетом времени, необходимого для отключения двигателя (согласно силе тока, который проходит через нагревательный элемент).

Кривая (рис.55.12) отображает случай, когда биметаллические пластины нагревательного элемента горячие (если они будут холодными, то время отключения увеличится). Если тепловое реле настроено на 10 А и подаваемое напряжение составляет 10 А, то отключения не произойдет. Если ток увеличится до 15 А, то тепловое реле отключит двигатель через 80 с (при токе 40 А — 6 с, 60 А – 3 с).

На рис.55.13 изображена кривая, показывающая вариант, когда тепловое реле не защищает трехфазный двигатель, а при обрыве одной из фаз. При потреблении оставшихся обмоток напряжения 10 А, двигатель будет отключен тепловым реле через 240 с. При увеличении тока до отметки в 15 А, отключение состоится через 40 с (если ток составит 20 А, то 18 с).

Мы видим, что тепловое реле настроенное на 10 А отключит двигатель при необходимости, но через длительный период времени. Таким образом, тепловое реле не следует настраивать на величину тока больше номинального значения (указано на табличке, прикрепленной к двигателю).

Если двигатель начинает потреблять тока меньше, чем указано на его корпусе, это будет значить, что его сила (указанная на корпусе) отвечает напряжению, которое двигатель потребляет при номинальном значении мощности. Если взять компрессор, работающий с конденсатором воздушного охлаждения, то в зимнее время потребляемый им ток будет меньшим, чем летом (давление конденсации больше). При этом, реле тепловой защиты должно быть настроено на максимальное значение потребляемой силы тока, которое не превышает цифры, указанные на корпусе.

Если перегрев двигателя вызван поломкой охлаждающего вентилятора (рис.55.14), то тепловое реле не сможет реагировать на аномальное увеличение температуры двигателя и его обмоток. Аналогичная ситуация произойдет и при сильном загрязнении оребренного корпуса двигателя. Охлаждение обмоток будет происходить хуже, и перегрев двигателя неизбежен. При этом реле тепловой защиты не сможет предотвратить перегрев, поскольку потребляемый ток не повышается. Опасное повышение температуры может предотвратить только встроенная тепловая защита и вовремя отключить двигатель.

Другой причиной повышения потребляемого двигателем напряжения могут служить и механические неисправности. Увеличение силы тока со временем станет причиной отключения двигателя тепловым реле (встроенной тепловой защитой).

Напомним, что функции теплового реле для каждой обмотки двигателя разные. Из этого следует, что даже если три биметаллических пластинки нагрелись по-разному, то реле выключит двигатель (рис.55.13).

Если речь идет об использовании трехфазного двигателя, то применение дифференциального межфазного реле имеет свои преимущества (рис.55.15). В случае с однофазным двигателем, он потребует специальной схемы подключения.

Если произвести подключение реле согласно схеме, приведенной на рис.55.15 (поз.2), то правая пластина не будет нагреваться, и спустя несколько минут после запуска двигателя реле его отключит. Из этого следует сделать вывод, что после подключения реле, все три биметаллические пластины должны пропускать одинаковый ток (поз.3 рис.55.15).

Достоинства и недостатки

Основные типы реле обладают множеством достоинств над полупроводниковыми ключами, такими как:

• относительно низкая стоимость (благодаря недорогим составляющим);
• присутствует мощная изоляция между катушкой и контактной группой;
• не подвержены вредному влиянию перенапряжения, помехам молний, коммутации мощных электрических установок;
• есть управление линиями с нагрузкой до 0,4 кВ (при малом объеме устройства).

Дополнительный плюс – отсутствие проблемы охлаждения и безвредность для атмосферы. Например, при замыкании с током в 10 А в реле по катушке распределяется меньше, чем 0,5 Вт. В сравнении с электронными аналогами данное значение выше 15 Вт.

Недостатки импульсного реле:

• износ, а также проблемы коммутации индуктивных нагрузок и высоких напряжений (если ток постоянный);
• при включении и выключении цепи происходят радиопомехи, поэтому требуется экранирование;
• относительно долгий период времени срабатывания.

Серьезным минусом можно считать непрерывный износ при коммутации (деформация пружин, окисление контактов, например).

Однако стоит уточнить, что при использовании именно электронных реле, есть такие плюсы как: безопасность, хорошая скорость подключения, доступность на рынке, бесшумная работа, расширенный функционал. А среди минусов: перегрев при коммутации больших токов, нарушение работы при сбоях в электросети, сопротивление в закрытом положении и др.

Watch this video on YouTube

Watch this video on YouTube

Тем не менее, электронные реле развиваются достаточно стабильно и быстро. Они популярны благодаря своему функционалу, который можно относительно легко расширить.

Принцип работы реле максимального тока

Основой принципа действия устройства является его чувствительность на увеличение токового показателя в защищаемой электролинии. Если увеличивается показатель тока, контакты переключаются, тем самым отключая электрооборудование от цепи. Когда данный параметр понижается и равняется установленному показателю, то элементы снова замыкаются и производство возобновляется.

Современное реле максимального тока

Особенности производства реле зависит от их классификации.

Принцип действия дифференциального типа сформирован посредством сравнения токовой характеристики до нагрузки и после нее. Зачастую такой нагрузкой является трансформатор. В исправном состоянии показатель тока до и после нагрузки имеет равенство между собой. В случае аварийной ситуации, происходит дисбаланс и равенство нарушается. Реле мгновенно замыкает контакты и посылает сигналы, с целью отключения поврежденной области электрической цепи.

В конструкцию электромагнитного устройства входит скоба магнитопровода. В скобу вкручена трубка с катушкой наверху. А в трубке расположен якорь, который перемещается вдоль нее. При этом показатель срабатывания прибора зависит от расположения якоря.

Установочный токовый показатель регулируется посредством передвижения расположения скобы. Далее скоба закрепляется винтом. При сработке устройства контакты размыкаются, и якорь переходит в верхнюю позицию. Когда ток возвращается к первоначальному показателю, якорь переходит в нижнюю позицию, при этом контакты запираются.

Особенности работы и устройство реле

В настоящее время на рынке представлен достаточно широкий ассортимент промежуточных реле. Есть возможность подобрать промежуточное реле как по ценовой категории, так и по свойству решаемых задач. Самые распространённые производства фирм:

• Finder;
• Phoenix;
• АВВ;
• Schneider electric.

Из отечественных укажем реле типа РПЛ, РПУ-2М, РП, РЭП, к примеру. В упрощенном виде промежуточное реле представляет собой электромагнитную катушку с сердечником, подключаемую либо на постоянный либо на переменный ток (это основные виды промежуточных реле), при появлении напряжения на которой, возникает электромагнитная сила притягивающая якорь, который, в свою очередь, замыкает подвижные контакты (обычно закреплённые на нём) с неподвижными, закреплёнными на корпусе. Тем самым замыкая или размыкая группы контактов. А уже эти контакты играют свою роль в цепях управления, то есть включают цепи сигнализации или защиты, размыкают (замыкают) цепь питания катушки магнитного пускателя электродвигателя. Одно промежуточное реле может иметь несколько групп замыкающих контактов и несколько групп размыкающих контактов.

Материал по теме: https://electroinfo.net/radiodetali/chto-takoe-impulsnoe-rele.html

Необходимость в определенных технических характеристиках данного реле возникает из задач, стоящих перед проектировщиком. Основная функция промежуточных реле – размножение контактов в цепях управления. Например, в цепи управления электродвигателем водяного насоса это реле имеет следующие функции – после нажатия кнопки «Пуск», одна пара замыкающих контактов замкнёт цепь сигнализации, показывающей оператору работу насоса, другая пара замкнёт цепь питания катушки магнитного пускателя, контактор пускателя сработает и запустит двигатель насоса. При этом пара размыкающих контактов разомкнёт цепь реверсивной работы электродвигателя, что предостережёт силовую схему от замыкания.

Будет интересно Как используется фотореле для уличного освещения?

Кроме этого, промежуточные реле могут применяться в электрических схемах для усиления управляющих сигналов. Так, например, в схеме электрической нагревательной установки вход промежуточного реле подается сигнал с прибора теплового контроля, а уже своими контактами реле коммутирует катушку магнитного пускателя, который управляет подачей напряжения на нагревательные элементы печи. Слабый сигнал с прибора теплового контроля не смог бы включить катушку пускателя. Что бы схема работала сигнал усиливают через промежуточное реле, т.е. реле срабатывает от сравнительно слабого тока, но включает электрические цепи по которым проходит значительно больший ток.

Выводы и полезное видео по теме

Видеоролик популярно рассказывает о том, как действует электромеханическая электроника коммутации. Наглядно отмечаются тонкости конструкций, особенности подключений и прочие детали:

Электромеханические реле уже довольно долгое время применяются в качестве электронных компонентов. Однако этот тип коммутационных приборов можно считать морально устаревшим. На смену механическим устройствам все чаще приходят более современные приборы – чисто электронные. Один из таких примеров – твердотельные реле.

Появились вопросы, нашли недочеты или есть интересные факты по теме стать которыми вы можете поделиться с посетителями нашего сайте? Пожалуйста, оставляйте свои комментарии, задавайте вопросы, делитесь опытом в блоке для связи под статьей.

Похожие записи:

Подключение звезда и треугольник Как прозвонить электродвигатель мультиметром Как проверить напряжение в розетке мультиметром Изучаем stm8s медленный старт. часть 0 Какие бывают терморегуляторы — типы и виды Что такое ip и как защищает наши смартфоны?