Реле — это электромагнитное переключающее устройство, которое используется для создания и разрыва соединений в цепях. Реле активируется при резком изменении входного сигнала.
Электроника для чайников: что такое реле и зачем оно нужно. Устройство, типы, описание
Реле представляет собой переключатель. Оно не является обычным выключателем. Когда лампочка на входе заставляется загораться под звуком шагов, это не магия, а работающее реле. В этой статье мы расскажем, для чего нужно реле и как оно работает.
Существует очень много типов и классификаций реле. Но мы поговорим не только о них, но и о том, что такое реле и как оно работает. Поехали!
Что такое реле
Определение реле следующее:
Реле — это электромагнитное переключающее устройство, которое используется для создания и разрыва соединений в цепях. Реле активируется при резком изменении входного сигнала.
Проще говоря, при изменении входного значения (тока, напряжения) реле замыкает или размыкает цепь. В зависимости от типа реле, входная переменная не обязательно является электрической по своей природе.
Слово «реле» пришло из французского языка и означает смену почтовых лошадей или передачу жезла.
Как работает реле?
Давайте сначала вспомним Джозефа Генри, с именем которого связано понятие индукции. Провод, по которому течет ток, представляет собой магнит. Если мы намотаем провод на сердечник с витками, то получим индукционную катушку.
Как ведет себя индукционная катушка в цепи переменного тока? Когда катушка подключена к цепи, фаза тока в цепи отстает от напряжения. Другими словами: Когда напряжение самое высокое, ток самый низкий, и наоборот.
Это происходит потому, что при подключении катушки в цепь в ней возникает ЭДС самоиндукции, которая препятствует увеличению базового тока через катушку.
Теперь вернемся к реле. Простейшее электромагнитное реле состоит из электромагнита (катушки), якоря и соединительных элементов. Когда на катушку подается электрический ток, она притягивает якорь с контактом, который замыкает цепь.
Чтобы проиллюстрировать это, давайте рассмотрим схему:
1 — катушка, 2 — якорь и 3 — переключающие контакты.
Реле имеет две цепи: цепь управления и цепь регулирования. Цепь управления — это цепь, которая подает ток на катушку. Цепь управления — это цепь, через которую якорь замыкается при подаче напряжения на реле.
Таким образом, реле позволяет цепи управления управлять большими токами с помощью цепи управления малыми токами.
Контакты управляемой цепи и цепи управления указаны на каждом реле. Значения тока и напряжения, на которые рассчитано реле, также указаны на корпусе изделия.
Описанное выше электромагнитное реле срабатывает не сразу. Для того чтобы реле сработало, требуется некоторое время для подачи напряжения на катушку. Это связано с эффектом гистерезиса. Гистерезис — это латинское слово, означающее задержку или отставание.
Мы уже упоминали о самоиндуцированном гистерезисе, который возникает в катушке. Когда на реле подается напряжение, ток в катушке начинает течь, но постепенно ток увеличивается. Накопление тока в катушке можно рассматривать как петлю гистерезиса. Когда достигается желаемое значение тока, реле включается.
По этой причине реле не используются в самых быстродействующих устройствах, где время срабатывания должно быть сведено практически к нулю.
Кстати, для наших читателей сейчас действует скидка 10% на все работы.
Что такое электромагнитное реле
Это электромеханическое коммутационное устройство, основанное на принципе электромагнитной силы. При подаче электрического тока внутри него создается магнитное поле, благодаря которому коммутируемая цепь замыкается или размыкается с помощью специального механизма.
Проще говоря, это устройство, которое управляет другой цепью путем замыкания или размыкания контактов. Существуют реле переменного и постоянного тока; реле постоянного тока делятся на поляризованные и нейтральные реле, каждое из которых имеет свое назначение. Более подробная информация приведена ниже.
Конструкция и устройство
Конструкция состоит из трех основных частей. Основной элемент — электромагнитная медная катушка с закрепленным внутри нее ферритовым сердечником (трубкой), который действует как электромагнит и прикреплен к неподвижной опоре, называемой ярмом.
Вторая часть называется якорем и состоит из металлической пластины с контактной поверхностью на конце, которая удерживается в разомкнутом положении пружиной. Контактная часть реле представляет собой изолированный исполнительный элемент, движение которого приводит к замыканию или размыканию контактов.
Они бывают однополюсные, двухполюсные, многополюсные, с первоначально замкнутыми (NC) или разомкнутыми (NO) контактами.
Три основных элемента:
- Первичный или воспринимающий элемент ( катушка с сердечником ) – воспринимает электричество и преобразует его в магнитное поле.
- Промежуточный, подвижный элемент (якорь) – в результате появления магнитного поля возникает ЭДС, изменяющая положение якоря или механического привода механизма, который служит для замыкания контактов.
- Исполнительный орган (нормально замкнутый контакт или разомкнутый) – воздействует на другую электрическую схему включая или отключая ее.
Принцип работы
При подаче напряжения на обмотку катушки возникает ЭДС, сила магнитного поля вытягивает якорь из исходного положения, преодолевая силу пружины, удерживающей якорь, тем самым замыкая контакт цепи управления.
В зависимости от конструкции реле, якорь замыкает или размыкает селективную цепь. При прекращении подачи питания магнитное поле исчезает, а якорь возвращается в перевернутое положение за счет обратного сжатия пружины.
Сама электромагнитная катушка может работать с разной силой тока в зависимости от количества витков провода; технические характеристики обычно указаны на корпусе.
Примечания. УЗО обычно представляет собой реле с разомкнутой цепью.
Виды реле
Помимо электромагнитных устройств, в настоящее время существует множество типов реле с различными целями и различными принципами работы, которые используются для управления системами защиты от перенапряжений в системах бесперебойного питания, автоматических устройствах и интегральных схемах. К этим типам относятся:
- Электронные, в качестве ключа используется резистор, не щелкает при переключении
- Электротепловые
- Герконовые
- Времени
- Приорита
- Твердотельные – отсутствует соленоид, роль якоря выполняет мощный симистор или тиристор
- Индукционные
- Световые (совместно с датчиком света)
Плюсы и минусы
Как и любой элемент, реле имеют достоинства и недостатки, но, несмотря на недостатки, эти устройства необходимы в некоторых случаях.
Плюсы
- Простая конструкция
- Легко ремонтируется, всегда можно разобрать чтобы подчистить контакты, заменить отдельные элементы
- Низкое сопротивление на контактах
Минусы
- Ограниченный ресурс, так как используются механические элементы
- Контакты иногда обгорают
- Низкая скорость при срабатывании в отличие от полупроводниковых элементов, механическое устройство в сто раз медленнее электронного, но при этом скорость срабатывания все равно достаточно велика
- Возможно дребезжание контактов при недостаточном напряжении на катушке
- Щелчки при переключении
Реле постоянного и переменного тока, чем они отличаются
Существуют реле, которые могут принимать входные сигналы не только от постоянного, но и от переменного тока. Такое решение позволяет использовать их практически во всех типах источников питания, не только 5 — 12 вольт, например, в автомобилях, но и в источниках питания 220В, 380В, рассчитанных на сотни ампер переменного тока и более.
Реле постоянного тока
Реле работает обычным образом. Подаваемый ток создает электромагнитное поле внутри соленоида, смещает якорь и тем самым размыкает или замыкает цепь.
Различают поляризованные и нейтральные реле. Они отличаются тем, что поляризованные реле работают в однополярной сети. Нейтральные реле работают независимо от направления полярности.
Реле переменного тока
Этот тип реле используется в сети переменного тока 220 В и немного по-другому работает с постоянным током. Электромагнитный сердечник имеет небольшую щель, которая делит его на две части, одна из которых экранирована. При возникновении магнитного потока часть потока проходит через экранированную часть якоря, а другая часть проходит по прямой линии.
Благодаря такому расположению, один из отдельных магнитных токов в сердечнике немного не совпадает по фазе с другим, поэтому нет пересечения нуля и дребезга контактов, а удерживающая сила сердечника постоянна и достаточна для удержания притягивающего якоря; в этом и заключается основное отличие.
Важно. Независимо от типа компонента, в цепи управления можно коммутировать постоянный и переменный ток. Все характеристики обычно указываются на корпусе.
Как работает реле?
На следующей схеме показано, как работает реле. Имеется одна цепь управления. Это само электромагнитное реле K1, переключатель SA1 и батарея G1. Существует также цепь исполнения, которая управляется реле. Цепь исполнения состоит из нагрузки HL1 (сигнальная лампа), контактов реле K1.1 и батареи G2. Нагрузкой может быть, например, электрическая лампа или электродвигатель. В данном случае в качестве нагрузки используется сигнальная лампа HL1.
Как только цепь управления замыкается выключателем SA1, ток подается от батареи G1 на реле K1. На реле подается напряжение, и контакты K1.1 замыкают цепь управления. Нагрузка питается током от батареи G2, и загорается лампа HL1. Если цепь размыкается выключателем SA1, напряжение питания снимается с реле К1, контакты реле К1.1 снова размыкаются и лампа HL1 гаснет.
Коммутационные контакты реле могут быть выполнены по-разному. Например, различают нормально разомкнутые контакты, нормально замкнутые контакты и переключающие контакты. Давайте рассмотрим это различие подробнее.
Нормально разомкнутые контакты
Нормально разомкнутые контакты— это контакты реле, которые остаются открытыми до тех пор, пока через катушку реле не потечет ток. Проще говоря, когда реле выключено, контакты также разомкнуты. На схеме реле с нормально разомкнутыми контактами обозначается следующим образом.
Нормально замкнутые контакты— это контакты реле, которые остаются замкнутыми до тех пор, пока через катушку реле не проходит ток. Это означает, что при выключенном реле контакты замкнуты. Эти контакты показаны на схемах ниже.
Коммутационные контакты
Коммутационные контакты— представляют собой комбинацию нормально замкнутых и нормально разомкнутых контактов. Переключающие контакты имеют общий провод, который переключает один контакт на другой.
Современные стандартные реле имеют переключающие контакты, но могут встречаться и реле, содержащие только размыкающие контакты.
В импортных реле нормально разомкнутые контакты реле называются нормально замкнутыми; для нормально разомкнутых контактов используется аббревиатура N.C.. Общий контакт реле обозначается аббревиатурой COM.
Давайте теперь рассмотрим параметры электромагнитных реле.
Как проверить электромагнитное реле
Проверим реле с помощью мультиметра и источника питания. Подключим провода к клеммам 1 и 7 и проверим, соединены ли они. Вы можете убедиться в этом визуально.
Подаем 12 вольт от источника питания на катушку и смотрим, что получается
В результате ярмо «прилипает» к магниту (катушке) и тянет за собой переключающий контакт. Цепи 1 и 7 прерываются, но контакты 7 и 4 восстанавливаются. Так происходит управление контактами реле.
Если контакты загрязнены, их следует протереть ластиком. Если контакты сильно обгорели, а другого реле под рукой нет, поможет только тряпочка из микрофибры. Однако этот случай уже критический, так как наждачная бумага сдирает тонкий слой драгоценного металла, которым покрыты «глазки».
Целостность катушки реле проверяется с помощью мультиметра в режиме омметра. Для этого необходимо проверить сопротивление катушки. Этот показатель зависит от самого реле. У разных реле оно разное. Если сопротивления нет или оно очень мало, порядка нескольких Ом, то катушка либо разомкнута, либо закорочена.
Электромагнитные реле имеют соответствующую маркировку на схемах:
Контакты также обозначаются просто цифрами. В данном случае:
11 — общий контакт.
11-12 — нормально замкнутые контакты.
11-14 — нормально разомкнутые контакты.
Катушка реле изображена прямоугольником, а провода катушки обозначены буквами A1 и A2.
При подаче напряжения на катушку этого реле происходит переключение контактов, т.е. картина имеет следующий вид:
Без подачи напряжения:
После подачи напряжения:
Плюсы и минусы электромагнитного реле
Плюсы
- Управляемое напряжение и управляющее напряжение никак не связаны между собой. Выражаясь домашним языком — напряжение на катушке никак не связано с напряжением на контактах реле. Они гальванически развязаны, что делает реле безопасным устройством для человека и самой аппаратуры в электро- и радиопромышленности.
- коммутируемые токи могут достигать сотни ампер у промышленных видов реле (пускатели, контакторы)
- большой срок службы при правильной эксплуатации. До сих пор на некоторых зарубежных станках ЧПУ стоят реле 70-ых годов, чьи коммутационные контакты выглядят почти как новые.
- неприхотливость в работе и надежность. Реле до сих пор используются в средствах автоматического управления (САУ), так как они неприхотливы и готовы работать безотказно, хотя уже давненько разработаны твердотельные реле (ТТР), которые опережают простые электромагнитные реле по многим параметрам.
Минусы
- время задержки срабатывания, в течение которого коммутационный контакт «летит» с одного контакта до другого. В очень быстродействующей аппаратуре реле не применяются. Производители обеспечивают электротехническую промышленность различными видами реле и других устройств на их принципе.
- щелкающий звук при переключении. Кого-то он может раздражать, особенно если реле будет очень часто срабатывать.
- габариты даже самого маленького электромагнитного реле достаточно много занимают место на печатной плате.
Не знаете, где купить нужное вам электромагнитное реле? Вот каталог, где вы можете найти реле с параметрами, подходящими для ваших нужд 😉
УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
- электромагнит, состоящий из электрической катушки и магнитного сердечника (ярма);
- якорь — подвижный элемент реле;
- выходной контакт или контактная группа.
Принцип работы электромагнитного реле заключается в следующем.
При подаче напряжения на клеммы катушки через нее протекает ток, который индуцирует магнитное поле в сердечнике (ярме). Этот ток индуцирует магнитное поле в сердечнике катушки (ярмо), и подвижный якорь, который подпружинен, притягивается к ярму.
Это приводит в действие механизм. Якорь механически притягивается к контактной группе. Поэтому при движении якоря контакты в группе меняют свое состояние. Контакты, которые были разомкнуты при отключении катушки, замыкаются. Контакты, которые были замкнуты, размыкаются.
При выключении катушки происходит обратный процесс. Если при выключении катушки магнитная сила снимается, якорь под действием возвратной пружины возвращается в исходное положение. Возврат якоря вызывает сброс контактов, которые также возвращаются в исходное положение.
Существует специальная терминология для определения типов контактов устройств релейного типа. Контакты, которые нормально замкнуты, когда на катушку не подается напряжение, называются нормально замкнутыми (иногда используется термин нормально закрытые).
Контакты, которые разомкнуты, когда катушка обесточена, называются нормально разомкнутыми или нормально замкнутыми.
Сочетание электромагнитной системы и механического исполнительного элемента контактной группы делает реле электромеханическим.
Очень полезной особенностью этого типа устройств является отсутствие гальванической связи между цепями управления электрической катушкой и контактными цепями. Благодаря этой особенности реле часто используются в цепях, где требуется разделение цепей управления и нагрузки.
РАЗНОВИДНОСТИ ИСПОЛНЕНИЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ РЕЛЕЙНЫХ УСТРОЙСТВ
Для адаптации релейных переключателей к различным цепям существуют устройства с катушками, рассчитанными на различные уровни напряжения и виды тока. В зависимости от типа установленной электромагнитной системы, релейные переключатели работают в цепях постоянного или переменного тока.
Электромагнитные реле постоянного тока широко используются в цепях транспортных средств, бортовая сеть которых питается от источников постоянного тока — аккумуляторов и генераторов постоянного тока.
Рабочие цепи оборудования защиты и автоматики на электростанциях и подстанциях являются цепями постоянного тока. Они питаются от стационарных аккумуляторов.
Это делает питание наиболее важных устройств независимым от сети переменного тока. В качестве коммутационных устройств в оперативных цепях используются электромагнитные реле на 220 В постоянного тока.
Электромагнитные реле переменного тока используются в сетях промышленного напряжения.
Рассматривая виды релейных устройств, нельзя не упомянуть об устройствах, которые составляют основу защиты по току и напряжению, играя роль устройств реакции.
Реагирующие устройства токовой защиты, представляющие собой электромагнитные токовые реле, срабатывают при протекании через катушку определенного регулируемого значения тока. Устройства защиты по напряжению (максимальные или минимальные) срабатывают, когда напряжение, приложенное к катушке, повышается или понижается до определенного значения.
НАЗНАЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ РЕЛЕЙНЫХ ПРИБОРОВ
Ток, протекающий через катушку релейного выключателя, обычно очень мал, в то время как контакты способны коммутировать сильные цепи. Токопроводящая способность контактов зависит от их конструкции.
Поэтому одним из основных применений устройств этого типа является управление большими электрическими нагрузками с помощью малых токов.
Магнитные пускатели и контакторы являются примерами электромагнитных выключателей, использующих это свойство.
Другой распространенной причиной использования электромагнитных релейных устройств является необходимость умножения сигнала или увеличения его мощности. Такая необходимость часто возникает в системах управления, защиты и автоматизации.
Например, когда чувствительный элемент (выступающий в качестве датчика параметра) активируется в ответ на воздействие внешнего фактора, необходимо выполнить различные действия.
Каждое из этих действий требует включения отдельной цепи, т.е. наличия личного контакта.
Поскольку сам датчик обычно не имеет необходимого количества контактов с достаточной емкостью, в таком случае используется так называемое электромагнитное промежуточное реле.
В этом случае выходная цепь модуля датчика подает ток на катушку промежуточного реле, имеющего необходимое количество контактов нужного типа и емкости. При срабатывании датчика промежуточное реле оказывается под напряжением и запускает необходимые процессы с помощью своей группы контактов.
- применение в качестве органов реагирования в защитах по току и напряжению;
- использование в качестве промежуточного исполнительного органа в различных системах;
- применение как коммутатора мощной электрической нагрузки, управляемой посредством небольшой мощности.
