Принцип работы и виды электрических реле

В чем особенности?

При создании твердотельного реле удалось исключить появление дуги или искр в процессе замыкания/размыкания контактной группы. В результате срок службы прибора увеличился в несколько раз. Для сравнения лучшие варианты стандартных (контактных) изделий выдерживают до 500 000 коммутаций. В рассматриваемых ТТР такие ограничения отсутствуют.

Стоимость твердотельных реле выше, но простейший расчет показывает выгоду их применения. Это обусловлено следующими факторами — экономией электроэнергии, продолжительным ресурсом работы (надежностью) и наличием управления с помощью микросхем.

Выбор достаточно широк, чтобы подобрать устройство с учетом поставленных задач и текущей стоимости. В продаже имеются как небольшие приборы для установки в бытовых цепях, так и мощные устройства, используемые для управления двигателями.

Как отмечалось ранее, ТТР отличаются по типу коммутируемого напряжения — они могут быть рассчитаны на постоянный или переменный I. Этот нюанс требуется учесть при выборе.

К особенностям твердотельных моделей стоит отнести чувствительность прибора к нагрузочным токам

Чтобы избежать такой проблемы в процессе эксплуатации, важно внимательно подойти к процессу монтажа и установить в цепи ключа защитные устройства

Кроме того, важно отдавать предпочтение ключам, имеющим рабочий ток в два или три раза превышающий коммутируемую нагрузку. Но и это не все

Для дополнительной защиты рекомендуется предусмотреть в схеме предохранители или автоматические выключатели (подойдет класс «В»).

Шаговые двигатели – типы, устройство и принцип работы, подключение и управление

Схема подключения ДХО через 4 контактное реле

Для подключения ДХО по такой схеме, вам так же, как и в предыдущем случае, потребуется 4ех контактное реле. Более того, схема подключения абсолютно идентична с предыдущим случаем, только вместо управляющего сигнала от датчика давления масла мы будем использовать кнопку в салоне автомобиля. Ваши ДХО будут включаться только при нажатии кнопки в салоне.

Можете добавить немного автоматизации в данную схему. Для того чтобы ДХО гасли при остановке двигателя, вы можете подать сигнал на кнопку от бензонасоса, или от того же датчика давления масла. Данная схема уже имеет право на жизнь, т.к. вы можете управлять работой ДХО в зависимости от ваших условий движения.

Единственный минус заключается в том, что вам необходимо вручную отключать ДХО (нажимать кнопку в салоне) при включении ближнего света фар, а также вручную включать ДХО при движении в светлое время суток.

Разновидности сигнального реле

Существуют следующие разновидности указательных реле: разомкнутые; замкнутые; переключающиеся. Они бывают с постоянной или переменной токовой характеристикой. При этом реле постоянного тока могут быть: нейтральные, поляризованные, комбинированные.

Современное указательное реле

Нейтральные реле фиксируют наличие и отсутствие управляющего сигнала. Поляризованные устройства реагируют на полярность регулирующего сигнала. При этом если полярность изменяется, реле переключается. Комбинированные типы сочетают два вышеописанных вида, реагируют на полярность и на сигнал.

По конструктивным особенностям можно разделить указательное реле на две подгруппы: статические и электромеханические. Статическими бывают ионные, микропроцессорные, ферромагнитные, полупроводниковые. Электромеханические реле могут быть магнитоэлектрическими, индукционными, электромагнитными, термореле, электродинамические.

Электромагнитные виды имеют магнитную конструкцию и катушку, которая расположена на ее фиксированной части. Кроме этого конструкция имеет якорь, который имеет связь с замкнутыми и разомкнутыми контактами. При подаче напряжения на катушку, якорь притягивается и активизирует контакты, при этом замыкая и размыкая их.

Электромеханический вид приборов приводит в действие исполнительный двигатель небольшого размера, который посредством редуктора, связан с группами контактов.

Помимо этого реле делятся в зависимости от контролируемого параметра: мощности, напряжения, тока, времени и так далее.

Самые популярные разновидности указательных реле:

1. РУ-21. Используются в защитных системах для указания сработки реле защиты и автоматики. Конструкция такого реле рассчитана на постоянный ток, который соответствует величине срабатывания в 0,006А.
2. РУ-11. Применяется для сигнализирования в случае аварии в электросетях постоянного и переменного тока 220В/380В – 50 Герц, 440В – 60 Герц. Используются в механизмах автоматики.
3. ПРУ – 1. Применяется для контролирования сработок автоматики и систем защиты. Механизм эксплуатируется в электролиниях постоянного тока, при этом показатель срабатывания составляет 0,01А.

Эксплуатация ЭМР, частые неисправности оборудования

Реле — устройство с ограниченным механическим ресурсом: в процессе его эксплуатации периодически сгорает, контакты изнашиваются, на их поверхности образуется нагар. Именно поэтому при плановом техобслуживании ЭМР обязательно требуется чистка. Кроме того, стоит учитывать, что оборудование любого типа рассчитано на определённое число срабатываний. Это связано с тем, что под действием искр и электрической дуги, которая формируется при коммутации, происходит постепенное разрушение металла.

Самыми частыми проблемами, возникающими при эксплуатации реле, становится обрыв провода катушки или возникновение в ней межвиткового замыкания. Признаками подобной неисправности может стать громкий гул ЭМР, отказ при включении. Внешне о локальном перегреве и межвитковом замыкании может свидетельствовать потемнения на катушке. Об износе контактов может свидетельствовать треск реле.

При отключении цепи ЭМР может остаться в активном состоянии, в этом случае происходит «залипание» контактов. Для проверки технического состояния катушки используют мультиметр или прозвонку. Если цепь замкнута, обрыва нет. При подаче напряжения на обмотку контактная группа должна сработать, а сопротивление цепи — равно нулю. В рамках планового обслуживания выполняется чистка оборудования от пыли, загрязнений.

Реле времени

В схемах автоматики нередко возникает необходимость создавать запаздывания при срабатывании аппаратов или выдавать сигналы для технологических процессов в определенной последовательности. Для этого служат переключатели с задержкой по времени, к которым предъявляются следующие требования:

• стабильность выдержки независимо от воздействия внешних факторов;
• небольшие габариты, масса и потребляемая энергия;
• достаточная мощность системы контактов.

Для управления электроприводами высокие требования к точности не предъявляются. Выдержка составляет 0,25-10 с. Надежность должна быть высокая, поскольку работа часто производится в условиях тряски и вибрации. Защитные устройства энергосистем должны работать точно. Выдержка не превышает 20 сек. Срабатывание происходит довольно редко, поэтому высокие требования к износостойкости не предъявляются.

Электромагнитные реле времени работают на следующих принципах замедления:

1. Пневматическое — за счет наличия пневматического демпфера.
2. Электромагнитное — при постоянном токе существует дополнительная короткозамкнутая обмотка, в которой наводится ток, препятствующий нарастанию главного магнитного потока при срабатывании, а также его снижению при отключении.
3. С анкерным или часовым механизмом, который заводится от электромагнита, и контакты срабатывают после отсчета времени.
4. Моторное — подача напряжения одновременно на электромагнит и двигатель, вращающий кулачки, приводящие в действие систему контактов.
5. Электронное — с помощью интегральных цепей или цифровой логики.

Твердотельное реле, плюсы и минусы устройства

Преимущество твердотельных реле в первую очередь заключается в его небольших размерах, что способствует экономию места в электрощитах, а также корпус устройства имеет высокую герметичность и устойчивость к вибрациям. Производители заявляют способность прибора срабатывать в количестве более миллиарда раз, при этом устройство обладает отличным показателем быстродействия.

Качественное твердотельное реле

Положительными качествами приспособления являются:

• сохранение работоспособности в различных условиях будут это бытовые электрические цепи или взрывоопасные объекты, так как данные приспособления обладают отличной защищенностью;
• твердотельное реле имеет минимизированное потребление энергии;
• в конструкцию реле не входят электромагнит и механические контакты, вследствие чего данное приспособление работает практически бесшумно;
• устройство не создает помех для другой аппаратуры;
• в результате использования прибора не нужно постоянного технического обслуживания, его срок службы рассчитан на несколько десятков лет.

Данный вид реле имеет увеличенный ресурс, который исключает износ механической и электрической части. Кроме этого контактные соединения прибора не подвержены окислению.

Однако помимо плюсов устройство имеет ряд негативных черт. Открытое устройство, пропуская повышенные токи при коммутационных процессах, перегревается. Одновременно с этим обязательно должна быть охладительная система во избежание тяжелых последствий.

Зависимость тока от показателя напряжения имеет нелинейную тенденцию. Если возникнет повреждение реле, происходит перекрывание соединений на входе. Устройство содержит в своем механизме полупроводниковые компоненты, что служит причиной задержки пропускной способности электротока по возвратному направлению. При использовании прибора в закрытом состоянии сопротивление повышается, что способствует утечке тока.

Экземпляры, предназначенные для использования в электролиниях, имеющих постоянный ток, должны быть установлены согласно полярности. Так как твердотельное реле должно обеспечивать повышенный темп срабатывания, в некоторых случаях рекомендуется их защита от ложных сработок.

Также к минусам изделия стоит отнести высокую чувствительность к повышенным нагрузкам. При превышении этого показателя в три раза и более, прибор выходит из строя.

Особенности контактов

Распространенные конфигурации контактных групп реле По конструкции контактное промежуточное реле состоит из трех типов элементов.

Нормально разомкнутые

Находятся в разомкнутом состоянии до момента подачи питания на катушку. Реле активируется после подачи напряжения, и контакты приходят в замкнутое состояние. Электросеть замыкается.

Нормально замкнутые

Функционируют по обратному принципу, находясь в замкнутом состоянии на момент обесточивания реле. После появления напряжения происходит срабатывание реле, размыкание контактов и цепи.

Перекидные

При обесточивании катушки средний общий контакт якоря замкнут с неподвижным. После того как реле срабатывает, средний элемент вместе с якорем двигается в направлении стационарного контакта и замыкается с ним. Связь с первым стационарным контактом разрывается.

Особенности подключения: типовые схемы

Наиболее распространена схема подключения однофазной нагрузки через релейные контакты или магнитный пускатель для защиты приводных механизмов от возникающих при аварийных ситуациях колебаний напряжения. Её использование допускает возможность регулировки рабочих параметров системы в достаточно широком диапазоне. К примеру, можно установить оптимальную по величине задержку включения.

На приведенной на рисунке схеме реле 220 В подключается напрямую к контролируемой сети. Это позволяет прибору измерить входное напряжение, определить его соответствие допустимым параметрам. Если значение укладывается в заданный диапазон, включается АПВ (автоматический повтор включения). С установленным временным промежутком происходит замыкание контактов и подключение к сети.

Подключение однофазной нагрузки может быть выполнено по схеме, предусматривающей управление коммутационными операциями через магнитные пускатели. Основным отличием в её работе является тот факт, что изначально происходит включение/отключение МП, который в свою очередь подключает или отключает нагрузку. Устройство выбирают в соответствии с характеристиками подключаемого оборудования.

При использовании в схеме промежуточного электромагнитного реле её конфигурация зависит от характера подключаемых нагрузок. В большинстве случаев устройство выполняет функцию контактора, который эффективно распределяет электропитание между элементами нагрузки.

При этом нейтраль подключается к контакту катушки напрямую. Питающий фазный провод подсоединяется через кнопку «Стоп», которая срабатывает на размыкание. Её второй контакт также присоединяется к фазе системы. Для подключения нагрузки используются нормально-замкнутые, а для фазы — нормально-разомкнутые контакты промежуточного ЭМР.

Для обеспечения непрерывной подачи электропитания на катушку один из выходных контактов подключается к нагрузке. Контактная группа при этом замкнута. Для отключения нагрузки и ЭМР электрическая цепь разрывается при помощи кнопки «Стоп». В схему для управления нагрузкой большой мощности может быть дополнительно включён магнитный пускатель. Для управления реле может использоваться терморегулятор, датчики освещённости, движения.

Как обозначается реле

При обозначении на принципиальной схеме, реле имеет несколько обозначений, в зависимости от типа реле. Основные графические обозначения большинства типов реле.

Существует три большие группы релюшек.

1. Нормально разомкнутые. В холостом состоянии такие реле размыкают цепь и при подаче управляющего сигнала (тока) замыкают цепь. Таких реле большинство.
2. Нормально замкнутые. В холостом состоянии цепь замкнута, а при срабатывании, цепь размыкается. И у первой и во второй группы, обычно 4 выходящих контакта: 2 на управляющий сигнал и 2 на цепь, которую нужно замыкать (размыкать)
3. Универсальные. С переключающимися контактами. Такое реле может работать и на замыкание и на размыкание.

Каждое реле, помимо типа, различается ещё и по отдельным параметрам.

1. По входящему (управляющему) току (вольт).
2. По силе тока, которую реле может пропускать в цепи (ампер).

Входящий (управляющий) ток, указывается либо на корпусе либо непосредственно на катушке, если корпус прозрачный. Сила тока указывается на корпусе в амперах.

Электромагнитное реле

Благодаря своей простоте, невысокой цене и относительной надежности электромагнитные реле получили максимальное распространение. Работа данного типа реле основана на использовании электромагнитных сил, возникающих в металлическом сердечнике при прохождении тока по виткам его катушки. Над сердечником установлена подвижная пластина (якорь) с контактом. Напротив контакта установлены соответствующие парные неподвижные контакты.

Схема работы простейшего электромагнитного реле

В начальном положении якорь удерживается пружиной. При подаче управляющего напряжения на катушку якорь притягивается к сердечнику, преодолевая усилие пружины, и замыкает контакты. После отключения напряжения пружину ничто не сдерживает, и она возвращает якорь в исходное положение.

Электромагнитное реле чаще всего используется в схемах защиты электроустановок и в системах автоматики.

Достоинства электромагнитных реле

• Низкая цена.
• Способность коммутации (переключения) нагрузок мощностью до 4 кВт при достаточно малых размерах менее 10 см³.
• Устойчивость к импульсным перенапряжениям.
• Малое выделение тепла.
• Максимальная электрическая изоляция.

Недостатки электромагнитных реле

• Большая задержка с момента поступления управляющего напряжения до контакта.
• Ограниченный механический ресурс.
• Создание радиопомех при срабатывании.
• Громкий щелчок при размыкании, замыкании контактов.
• Необходимость хоть и редкого, но регулярного технического обслуживания.
• Большое потребление электрического тока.

На наших объектах мы часто используем реле Finder. Их многие видели и знают.

Так выглядит реле Finder

Электромагнитные реле в системах автоматики

Электромагнитные реле работают, делают цепь замкнутой, только в течение того времени, пока на него подается напряжение. Этот момент является определяющим в управлении электроснабжением потребителей.

Именно поэтому электромагнитное реле не может работать с кнопками, так как кнопка — это не выключатель с фиксацией, который «запоминает» внешнее воздействие (сигнал) человека. Кнопка подает только кратковременный сигнал для включения, выключения. А вот если нажать клавишу выключателя в положение «включено», электрическая цепь будет замкнута до тех пор (и напряжение на реле будет подаваться, соответственно), пока кто-либо не изменит положение выключателя. Поэтому с фиксируемым выключателем электромагнитное реле работает, а с кнопкой — нет.

• Это раз, так как среди предлагаемой производителями электротехнической продукции и фурнитуры — огромное множество различных коммутирующих устройств, но не все они будут работать с этими реле.

Однако если подключить кнопки к контроллеру, а от контроллера — к реле, то все будет работать нормально. Контроллер будет подавать управляющее, удерживающее напряжение на реле, и цепь будет замкнута до тех пор, пока с кнопки на вход контроллера не поступит следующий, отключающий напряжение сигнал.

Если говорить о реле в общем, в контексте систем управления и автоматизации, то все реле, к примеру, для автоматизации систем освещения в проходных зонах, применяются только с контроллерами. Именно контроллер в данном случае является этим «запоминателем» состояния включения света. Причем в проходной зоне с 3–4-мя входами-выходами, в которой включением света управляют, к примеру, 3–4 выключателя (и более), расположенные у каждой двери (а еще и датчики), только контроллер может знать, что делать с включением, выключением света, если от одного из выключателей поступил управляющий сигнал.

Шум есть, но не критичный. Возможен монтаж реле на этаже

Шум от работы этих реле присутствует, но его величина не особенно критична, поэтому монтаж электромагнитных реле может производиться на этажах, то есть в данном случае возможна поэтажная разводка электропроводки.

Контакты реле

Как уже видно из обозначений, контакты реле могут быть в исходном состоянии (без подачи напряжения на обмотку) замкнутыми или разомкнутыми. Соответственно, они называются нормально замкнутыми (Normally Closed, NC) или нормально разомкнутыми (Normally Open, NO).

Очень часто контактная группа содержит и нормально замкнутый, и нормально разомкнутый контакт.

Это при подаче напряжение на обмотку контакты как бы меняются местами: нормально замкнутый становится разомкнутым, а нормально разомкнутый замыкается.

Такую совокупность нормально замкнутого и нормально разомкнутого контакта называют переключающим контактом.

В англоязычной литературе для описания контактов используются специальные аббревиатуры:

SPST (Single Pole, Single Throw) — один полюс, одно направление. Другими словами – это один нормально замкнутый или нормально разомкнутый контакт.

SPDT (Single Pole, Double Throw) — один полюс, два направления. Это комбинация нормально замкнутого и нормально разомкнутого контакта. Иными словами – переключающий контакт. При этом один из полюсов (контактов) называется общим (СOM), а другие – NC (с которым COM замкнут) и NO (с которым COM разомкнут).

DPST (Double Pole, Single Throw) — два полюса, одно направление. Это две группы контактов, комбинация из двух переключателей SPST, которые переключаются одновременно.

DPDT (Double Pole, Double Throw) — два полюса, два направления. Это также две группы контактов, комбинация из двух переключателей SPDT, которые переключаются одновременно.

В даташитах для обозначения контактов реле используются и другие обозначения:

• Form A – нормально разомкнутый контакт,
• Form B – нормально замкнутый контакт,
• Form C – переключающий контакт.

Перед буквой может стоять цифра, обозначающая количество групп контактов.

Так, например, 1А обозначает одну группу  из одного нормально разомкнутого контакта, 2В – две группы, каждая из которых имеет один нормально замкнутый контакт, 3С – три группы, каждая из которых имеет один переключающий контакт.

Твердотельное реле

И вот, если мы соберем все плюсы механических и электронных импульсных реле, то получим достоинства твердотельных.

Суть работы твердотельного реле заключается в использовании эффекта воздействия света на pn-переход. В отличие от механических реле у твердотельных реле отсутствуют механические замыкания и размыкания контактов. Для этих целей в твердотельных реле используются полупроводниковые элементы.

Фото твердотельных реле Schneider Electric с охладителями

Принцип работы

Мы подаем ток на светодиод, и он, в свою очередь, воздействует на pn-переход коммутационной сети, замыкая или размыкая ее.

Твердотельные реле делятся на два основных вида. Это реле постоянного и переменного тока.

Твердотельные реле постоянного тока

Твердотельные реле постоянного тока очень надежны. Их срок службы, по сравнению с механическими, практически бесконечен. Работают они при температурах от -30 +70 градусов Цельсия.

Твердотельные реле переменного тока

Основная особенность твердотельных реле переменного тока — это пониженный уровень электромагнитных помех, малый расход энергии, абсолютная бесшумность и практически мгновенное срабатывание.

Достоинства

• Бесшумные.
• Отсутствуют подвижные детали. Срок службы — десятки лет.
• Коммутация с минимумом помех.
• Практически мгновенное срабатывание.
• Малое потребление электроэнергии.
• Очень малые размеры, при этом могут работать с большими токами.
• Широкая сфера применения. Благодаря минимальным размерам и большому количеству настроек срабатывания, используются практически везде.
• Благодаря большому расстоянию между цепью управления и управляемой цепью обеспечивается надежная изоляция.
• Очень прочные. Почти безразличны к вибрациям и ударам.

Недостатки

Казалось бы, давайте заменим все реле на твердотельные, и бед знать не будем, но здесь не все так просто. Два недостатка у твердотельных реле все же есть. И порой они становятся решающими.

1. Сильный нагрев.
2. Высокая цена.

При малых токах величина нагрева, конечно же, не существенна. Однако когда мы говорим о больших потребителях электричества, например, требуется коммутировать электрический обогреватель, то величина нагрева увеличиваются значительно. А если в цепи произойдет короткое замыкание, то полупроводники в твердотельных реле расплавятся очень быстро. Да, реле, конечно, может быть защищено от короткого замыкания и оснащено системой охлаждения, но при этом оно становится достаточно дорогим.

Абсолютная тишина. Можно монтировать на этаже

Полное отсутствие шума в процессе работы этих реле позволяет выполнять монтаж твердотельных реле, где угодно. Можно монтировать в электрических щитах на этажах, здесь ограничений нет.

Твердотельное реле в системах управления и автоматики

Как и электромагнитное реле, твердотельное реле работает, удерживает цепь замкнутой, только в течение того времени, пока на реле подается напряжение. То есть это не тот случай, как с триггером или поляризованным реле, когда подал управляющее напряжение, и «забыл» — цепь будет замкнута сколько угодно долго до следующего отключающего сигнала. Для замыкания цепи на твердотельное реле должно подаваться напряжение постоянно, поэтому это реле не может работать с кнопками без контроллера.

Между кнопками включения света и твердотельным реле всегда требуется контроллер, который подает на реле удерживающее коммутацию напряжение.

Подсоединение устройств в центральную систему

С использование импульсных приборов собираются система, позволяющая управлять светильниками с единого центра. Благодаря внедрению таких схем, с выбранного по удобству места осуществляется запуск сразу нескольких устройств. Понадобится в этом случае дополнить рассмотренную ранее схему 2-мя обыкновенными выключателями с клавишей: «Вкл.» и «Откл.». Принцип действия:

• При касании кнопки «Включение» фаза поступает на соединение (Y1) 2-х реле одновременно.
• Оба устройства замыкают силовые механизмы (11-14), поэтому включаются 1 и 2 группы, идущие к светильникам.
• При повторном нажатии на кнопку «Вкл.», устройства не отключаются, а остаются во включенном состоянии.

Следовательно, при помощи данной клавиши включаются только импульсные приборы.

То же самое происходит и с клавишей «Откл.». При касании фаза поступает на соединение (Y2) 2-х реле одновременно. Они размыкают силовые механизмы (11-14), поэтому отключаются источники освещения 1 и 2 группы. При повторном касании кнопки «Откл.», прибор не включается, сохраняет отключенное положение. Следовательно, при помощи этой кнопки отключается только устройство.

Удобно, если организовать такую схему при входе в дом. Тогда при уходе выключается лишь одной клавишей освещение во всех помещениях. Либо наоборот при входе включается везде свет.

С какой целью применяются импульсные прерыватели электрической цепи

Особенность данных устройств – их можно фиксировать в конкретном положении, после того как на его контакты поступает электрический импульс. Данная двухпозиционная стабильность электронного прибора удобна в организации управления многими механизмами. В бытовых условиях часто реле используют в схемах включения светильников.

Главным достоинством импульсного прибора является его способность «запоминания» последней позиции контактов. Это обеспечивается даже тогда, когда полностью обесточивается электрическая сеть. Другое значимое преимущество импульсного устройства заключается в том, что для его запуска подходит низкое напряжение. За счет этого выключатель можно устанавливать во влажном помещении, например:

• подвале;
• туалете;
• ванной комнате.

Таким образом, удается достичь более высокой степени безопасности в работе электрических систем относительно простых выключателей.

Устройство и принцип работы реле

Реле представляет собой катушку, состоящую из немагнитного основания, на которое намотан провод из меди с тканевой или синтетической изоляцией, но чаще всего с диэлектрическим лаковым покрытием. Внутри катушки установленной на нетокопроводящее основание, размещается металлический сердечник. Также в устройстве имеются пружины, якорь, соединительные элементы и пары контактов.

При подаче тока на обмотку электромагнита (соленоида) сердечник притягивает якорь, который соединяется с контактом и электрическая или электронная цепь замыкается. При снижении силы тока до определенного значения, якорь, под действием пружины, возвращается на исходную позицию, вследствие чего происходит размыкание цепи.

Более плавная и точная работа достигается благодаря использованию резисторов, а защиту от скачков напряжения и искрения обеспечивает установка конденсаторов.

У большинства электромагнитных реле имеется не одна, а несколько пар контактов, что позволяет управлять несколькими цепями одновременно.

Простейшая схема устройства электромагнитного соленоида

Если в двух словах, то этот вид коммутационного устройства работает по принципу электромагнитной индукции. Благодаря довольно простому принципу действия реле имеют высокую надежность в эксплуатации.

В видеоролике ниже разъясняется принцип действия электромагнитного КУ: