Определение – электромагнитному реле

Реле – это электрический аппарат, который применяется для коммутации электрических цепей при заданных изменениях электрических или не электрических входных величин.

Релейные элементы (реле) применяются в схемах РЗА, управления и автоматики. При помощи реле управляют большими мощностями на выходе при малом по мощности входном сигнале. Выполняют логические операции, создавая многофункциональные релейные устройства, осуществляют коммутацию электрической цепи. Можно фиксировать отклонения контролируемого параметра от заданного уровня, выполняя функцию запоминающего элемента.

Самое первое реле изобрел американец Дж. Генри в 1831 г. и основано на электромагнитном принципе действия, нужно отметить, что первое реле было изготовлено не коммутационным, а первое коммутационное реле изобретено американцем С. Бризом Морзе в 1837 г. которое в последствии он использовал в телеграфном аппарате.

Классификация реле

Реле классифицируются по разным признакам:

по виду входных физических величин, на которые они реагируют;
по функциям, которые они выполняют в системах управления;
разные конструкции реле.

По виду физических величин различают реле: электрические, тепловые, механические, оптические, магнитные, акустические. При этом нужно отметить, что реле может реагировать не только на значение конкретных величин, но и на разность значения (дифференциальные реле), на изменение знака величин (поляризованные реле) и на скорость изменений входных величин.

Устройство реле

Почти все реле состоят из трех основных функциональных элементов: воспринимающего, промежуточного и исполнительного.

Воспринимающий элемент, принимает контролируемые величины и преобразует их в другие физические величины.
Промежуточный элемент сопоставляет и сравнивает значение этой величины с заданными значениями а при его превышении передаст первичное воздействие на исполнительный элемент.
Исполнительный элемент производит передачу воздействия от реле в управляемую цепь.

Все элементы явно выражены или объединёны друг с другом. Воспринимающий элемент в зависимости от рода физической величины и назначения реле, на величину которую он среагирует, может быть разного исполнения, как по устройству, так и по принципу действия. К примеру, в реле давления – в виде мембраны или сильфона, в реле максимального тока и реле напряжения воспринимающий элемент выполнен в виде электромагнита, в реле уровня – в виде поплавка и т.д.

По устройству исполнительного элемента реле делятся на контактное и бесконтактное.

Контактное реле воздействуют на управляемую электрическую цепь при помощи электрических контактов. Замкнутое или разомкнутое состояние которых позволит обеспечить или полное замыкание или полный механический разрыв выходной цепи.
Бесконтактное реле воздействуют на управляемую электрическую цепь. Путём резкого (скачкообразного) изменения параметра выходных электрических цепей (сопротивления, емкости, индуктивности) или изменения параметра напряжения (тока).

Основные характеристики реле определяют зависимостью между параметром выходной и входной величины.

Различают следующие основные характеристики реле.

1.Величина срабатывания Хср реле – значение параметра по входной величине, при которой реле включится. При Х < Хср выходная величина равна Уmin, при Х > Хср величина У скачком изменяется от Уmin до Уmax и реле включится. Величина срабатывания, на которую отрегулировано реле, называется уставкой.

2.Мощность срабатывания Рср реле – минимальная мощность, которую необходимо подвести к воспринимающему органу для перехода его из состояния покоя в рабочее положение.

3.Управляемая мощность Рупр – мощность, которой управляется коммутирующие органы реле в процессе его переключения. По мощности управления различают реле электрических цепей с малой мощностью (до 25 Вт), реле электрических цепей по средней мощности (до 100 Вт) и реле электрических цепей по высокой мощности (выше 100 Вт), которые относят к силовым реле и называют контакторами.

4.Время срабатывания tср реле – промежуток времени от подачи на вход реле сигнал Хср до начала воздействия на управляемую электрическую цепь. По времени срабатывания различают быстродействующие, нормальные, замедленное реле и реле времени. Замечу для нормального реле tср = 50…150 мс, для быстродействующего реле tср 1 с.

Принцип действия и устройство электромагнитных реле

Электромагнитное реле, благодаря простому принципу работы и хорошей надежности, получили самое широкое использование в системе автоматики и в схеме защиты электроустановок. Электромагнитные реле делятся на реле постоянного и переменного тока. Реле постоянного тока делятся на нейтральные и поляризованные. Нейтральные реле равно реагируют на постоянный ток с обоих направлений, который протекает по его обмотке, а поляризованные реле реагируют на полярность управляющего сигнала.

Работа электромагнитного реле основывается на использовании электромагнитных сил, которые возникают в металлическом сердечнике при прохождении тока по виткам катушки. Детали реле монтируются на основании и закрываются крышкой. Над сердечником электромагнита расположен подвижный якорь с одним или несколько контактами. Напротив них находятся соответствующие парные неподвижные контакты.

В исходном положении якорь удерживается пружиной. При подаче напряжения электромагнит притянет якорь, преодолевая усилие, и замкнет или разомкнет контакты в зависимости от конструкции реле. После отключения напряжения пружина возвращает якорь в исходное положение. В некоторые модели, могут быть встроены электронные элементы. Это резистор, который подключен к обмотке катушки для чёткого срабатывания реле, или конденсатор, параллельно контактам для уменьшения искрения и помех.

Цепь управляемая, электрически не связана с управляющей, из этого следует, в управляемой цепи величина тока может быть значительно больше чем в управляющей. Реле по сути выполняет роль усилителя тока, мощности и напряжения в электрической цепи.

Реле переменного тока сработает при подаче на обмотку ток определенной частоты, значит основным источником энергии является сеть переменного тока. Конструкция реле переменного тока похожа на конструкцию реле постоянного тока, только сердечник и якорь производят из листов электротехнической стали, чтобы уменьшать потери на гистерезис и вихревые токи.

Достоинства и недостатки электромагнитных реле

Электромагнитное реле наделено рядом преимуществ, которые отсутствуют у полупроводниковых приборов конкурентов: возможность коммутации нагрузок мощностью до 4 кВт при объеме реле менее 10 см3. Хорошая устойчивость к импульсному перенапряжению и разрушающим помехам, которые появляются при разряде молнии и в результате коммутационного процесса в высоковольтной электротехнике. Исключительная электрическая изоляция между управляющей цепью (катушкой) и контактной группой — последний стандарт 5 кВ является недоступной мечтой для подавляющего большинства полупроводниковых ключей.

Меньшее падение напряжения на замкнутых контактах, при этом как следствие, меньшее выделение тепла: при коммутации тока 10 А малогабаритное реле суммарно рассеивает на катушке и контактах менее 0,5 Вт. В то время как симисторное реле отдает в атмосферу больше 15 Вт, что, требует хорошего охлаждения. Низкая цена электромагнитных реле по сравнению с полупроводниковыми ключами.

Отметим недостатки реле: малая скорость работы, ограниченный (хотя и очень большой) механический и электрический ресурс, создает радиопомехи при замыкании и размыкании контактов. Проблемы при коммутировании индуктивных нагрузок и высоковольтных нагрузок на постоянном токе.

Типовая практика применения мощных электромагнитных реле — это коммутация нагрузок на переменном токе 220 В или на постоянном токе от 5 до 24 В при токах коммутации до 10–16 А. Обычные нагрузки для контактных групп мощного реле являются нагреватели, маломощные электродвигатели (например, вентиляторы и сервоприводы), электромагниты, лампы накаливания и другие активные, индуктивные и емкостные потребители электрической мощности в пределах от 1 Вт до 2–3 кВт.