Принцип действия электромагнитного реле

Основной составляющей частью кибернетики и систем автоматики являются процессы коммутации. Первыми устройствами, выполняющими коммутацию в автоматических электрических цепях, были электромагнитные реле.

Благодаря техническому прогрессу появились полупроводниковые коммутаторы. Однако электромагнитные реле не теряют своей популярности по применению в различном электрооборудовании и устройствах. Широкое использование реле обуславливается их неоспоримыми достоинствами, к которым относятся свойства металлических контактов.

Сопротивление контактов реле наименьшее, в отличие от коммутаторов на основе полупроводниковых элементов. Контакты реле выдерживают намного выше токовые перегрузки, чем полупроводниковые коммутаторы. Реле нормально функционируют при наличии статического электричества, радиационного излучения. Основным положительным качеством реле является гальваническая изоляция цепи управления и коммутации без дополнительных элементов.

Содержание

Устройство и принцип действия

  • Первичный (чувствительный) элемент преобразует электрический сигнал управления в магнитную силу. Обычно этим элементом является катушка.
  • Промежуточный элемент может состоять из нескольких частей. Он приводит в работу исполнительный механизм. Таким элементом является якорь с подвижными контактами и пружиной.
  • Исполнительный элемент выполняет передачу воздействия на силовую цепь. Таким элементом чаще всего выступает группа силовых контактов реле.

Электромагнитные реле имеют довольно простой принцип работы, вследствие чего имеют повышенную надежность. Они являются незаменимыми элементами в схемах защиты и автоматики. Действие реле заключается в применении электромагнитных сил, появляющихся в металлическом сердечнике при протекании электрического тока по катушке.

Элементы реле устанавливаются на закрывающемся крышкой основании. Подвижная пластина (якорь) с контактом установлена над сердечником электромагнита. Подвижных контактов может быть несколько. Напротив них расположены соответствующие пары неподвижных контактов.

1 — Катушка реле
2 — Сердечник
3 — Стержень
4 — Подвижный якорь
5 — Группа контактов
6 — Пружина
7 — Питание катушки

В первоначальном положении пружина удерживает подвижную пластину. При подключении питания срабатывает электромагнит и притягивает к себе эту пластину, являющуюся якорем, преодолевая усилие пружины. В зависимости от устройства реле контакты при этом размыкаются или замыкаются. После выключения питания якорь под действием пружины возвращается в исходное положение.

Существуют электромагнитные реле с встроенными электронными компонентами в виде конденсатора, подключенного параллельно контактам для уменьшения помех и образования искр, а также сопротивления, подключенного к катушке, для четкой работы реле.

По силовой цепи, которая подключается контактами, может протекать электрический ток намного больше тока управления. Эта цепь гальванически развязана с цепью управления электромагнитом. Другими словами реле играет роль усилителя мощности, напряжения и тока в электрической цепи.

Электромагнитные реле переменного тока приводятся в действие при подключении к ним переменного тока частотой 50 герц. Устройство такого реле практически не отличается от реле постоянного тока, кроме сердечника электромагнита, который в данном случае выполняется из листовой электротехнической стали. Это делается для снижения потерь энергии от вихревых токов.

По различным признакам и факторам такие реле делятся на виды. Рассмотрим подробнее основные виды электромагнитных реле.

  • Контактные реле, которые оказывают воздействие на силовую цепь группой электрических контактов. Их разомкнутое или замкнутое состояние способно обеспечить коммутацию (разрыв или соединение) выходной силовой цепи.
  • Бесконтактные реле оказывают действие на силовую цепь методом резкого изменения ее параметров (емкости, индуктивности, сопротивления), либо силы тока и напряжения.

По области применения реле:

  • Сигнализации.
  • Защиты.
  • Цепей управления.

По мощности сигнала управления:

  • Высокой мощности более 10 ватт.
  • Средней мощности 1-9 ватт.
  • Малой мощности менее 1 ватта.

По быстродействию управления:

  • Безинерционные менее 0,001 с.
  • Быстродействующие 0,001-0,05 с.
  • Замедленные 0,05-1 с.
  • Регулируемые.
  • Переменного тока.
  • Постоянного тока (поляризованные и нейтральные).

Рассмотрим подробнее реле постоянного тока, которые делятся на два подвида – нейтральные и поляризованные. Они имеют отличие в том, что поляризованные устройства имеют чувствительность к полярности подключаемого напряжения. Якорь изменяет направление движения в зависимости от подключенных полюсов питания.

  • 2-х позиционные.
  • 2-х позиционные с преобладанием.
  • 3-позиционные с нечувствительной зоной.

Функционирование нейтральных электромагнитных реле не зависит от порядка подключения полюсов напряжения. Недостатками реле постоянного тока является потребность в блоке питания, а также высокая стоимость.

  • Вибрация при эксплуатации, необходимость ее устранения.
  • Параметры работы намного хуже, чем у реле постоянного тока. К ним относятся: магнитное поле, чувствительность.

К достоинствам устройств реле постоянного тока можно отнести отсутствие необходимости в блоке питания, и возможности непосредственного подключения в сеть переменного напряжения.

По защищенности от внешних факторов реле разделяют:

  • Герметичные.
  • Зачехленные.
  • Открытые.

Структура реле напряжения и тока очень похожа. Их отличие заключается только в конструкции катушки. Токовое реле имеет катушку с небольшим числом витков и малым сопротивлением. Намотка провода на катушку осуществляется толстым проводником.

Обмотка реле напряжения выполняется с большим числом витков. Каждое из этих реле выполняет контроль определенных параметров с помощью системы автоматического отключения и включения электрического устройства.

Реле тока осуществляет контроль силы тока в цепи потребителя, к которой оно подключено. Данные поступают в другую цепь с помощью подключения сопротивления контактом реле. Подключение может осуществляться как непосредственно к силовой цепи, так и через измерительные трансформаторы.

В цепях автоматики часто требуется образование задержки при включении устройств, либо подачи сигнала для выполнения определенного технологического процесса по некоторому алгоритму. Для таких целей предназначены специальные устройства, способные коммутировать цепи с некоторой задержкой времени.

  • Необходимая и достаточная мощность контактов.
  • Малые габаритные размеры, вес и небольшой расход электроэнергии.
  • Стабильные рабочие параметры задержки времени, не зависящие от внешних воздействий.

Для реле времени, управляющим электрическими приводами, повышенные требования не предъявляются. Их задержка равна от 0,25 до 10 с. Эксплуатационная надежность таких реле должна быть очень высока, так как условия работы предполагают наличие вибрации.

Параметры электромагнитных реле

Основными характеристиками таких реле являются зависимости между входным и выходным параметром.

Основные параметры реле:

  • Время срабатывания реле – характеризует промежуток времени от момента подачи сигнала на вход реле до момента начала действия на силовую цепь.
  • Управляемая мощность – это мощность, которой способны управлять контакты реле при коммутации цепи.
  • Мощность срабатывания – это наименьшая мощность, требуемая для чувствительного элемента реле, для перехода в рабочее состояние.
  • Величина тока срабатывания. Такое регулируемое значение называется уставкой.
  • Сопротивление обмотки катушки.
  • Ток отпускания – максимальная величина тока на клеммах обмотки реле, при котором якорь отпадает в исходное положение.
  • Время отпускания якоря.
  • Частота коммутаций с нагрузкой – частота, с которой может осуществляться подключение и отключение силовой цепи.
  • Возможность коммутации силовых цепей с мощностью потребителя до 4 киловатт при объеме реле меньше 10 куб. см.
  • Невосприимчивость к пульсациям и чрезмерным напряжениям, а также устойчивость к помехам от молнии и работы устройств высокого напряжения.
  • Гальваническая развязка между цепью управления и силовыми контактами.
  • Незначительное снижение напряжения на замкнутых контактных группах, вследствие чего низкое тепловыделение.
  • Невысокая стоимость электромагнитного реле в отличие от полупроводниковых устройств.
  • Низкое быстродействие.
  • Небольшой срок службы.
  • Образование радиопомех при коммутации цепей.
  • Проблемы при подключении и отключении высоковольтных нагрузок постоянного тока и индуктивных потребителей.

Широкую популярность получили реле в области производства и распределения электрической энергии. Безаварийный режим эксплуатации обеспечивает релейная защита линий высокого напряжения на подстанциях и в других местах. Элементы управления, применяемые в релейной защите, способны на подключение высоковольтных цепей. Э

Электромагнитные реле, функционирующие в качестве релейной защиты, получили популярность из-за следующих достоинств:

  • Возможность работы с невосприимчивостью к возникающим паразитным потенциалам.
  • Высокая скорость реагирования на изменение параметров подключенных цепей.
  • Повышенная долговечность.

С помощью релейной защиты выполняется резервирование линий питания и оперативное отключение неисправных участков цепи. Электромагнитные реле являются наиболее надежной защитой, в отличие от релейных устройств.

Электромагнитные реле применяется в управлении производственными линиями, конвейерами, на участках с повышенными паразитными потенциалами, там, где нельзя использовать полупроводниковые элементы.

Принцип действия, по которому работают такие устройства реле, применяется в оборудовании для удаленного управления потребителями, а именно в контакторах, пускателях. По сути дела, это такие же электромагнитный вид реле, только рассчитанные для очень больших токов, достигающих несколько тысяч ампер.

Релейные блоки применяются для управления емкостных установок, служащих для плавного запуска электродвигателей повышенной мощности.

Электромагнитные реле применялись даже в первых вычислительных комплексах. В них реле использовались как логические элементы, выполняющие простые логические операции. Скорость работы таких электронно-вычислительных машин была низкая. Однако такие своеобразные компьютеры были более надежными, в отличие от последующего поколения ламповых моделей вычислительных машин.

Сегодня можно привести множество примеров применения электромагнитных реле в бытовых устройствах: стиральных машинах, холодильниках и т.д.

  • Прежде всего, необходимо выяснить параметры рабочего напряжения и тока реле. Рабочая величина тока и напряжения обмотки реле должна соответствовать сети питания места подключения. Если рабочий ток будет меньше допустимого, то это приведет к ненадежному контакту при работе реле. Если ток будет больше допустимого, то обмотка реле будет перегреваться, что приведет к падению надежности работы реле при наибольшей допустимой температуре.
  • Режим действия контактов реле зависит от вида управляемого тока, частоты коммутации, вида нагрузки. Поэтому при выборе необходимо учитывать эти условия работы.

Принцип действия

Магнитные реле обладают рядом преимуществ, наиболее значительное среди которых — особые свойства контактов.

Аппарат состоит из трех основных частей:

  1. Первичный элемент. Он необходим для преобразования электросигнала в магнитную силу.
  2. Промежуточный элемент, который также состоит из нескольких компонентов. Его задача — приводить в действие исполнительный механизм. Представляет собой пластину, снабженную способными перемещаться контактами и пружиной.
  3. Исполнительный элемент. Именно он приводится в действие посредством промежуточного элемента. Его основная задача — передавать воздействие на силовую цепь. Обычно роль исполнительного элемента играют несколько силовых контактов.

Принцип действия электромагнитного реле очень прост, именно поэтому устройство считается весьма надежным. Без него не обходятся схемы защиты и автоматики.

Действует реле следующим образом: оно использует электромагнитные силы, которые образуются в металлическом сердечнике, когда в катушке появляется электроток. Все три основных элемента фиксируются на поверхности, которая затем закрывается крышкой, при этом якорь должен находиться над сердечником электромагнита. Напротив каждого из подвижных контактов должен располагаться неподвижный контакт. В исходном положении способная двигаться металлическая пластина удерживается пружиной.

Как только в сети появится электроток, реле постоянного тока начнет действовать, и тогда пластина устремится ему навстречу под действием силы притяжения, преодолевая силу пружины, заставляющую ее вернуться в исходную точку. В результате этого происходит размыкание либо замыкание контактов и последующее отключение питания. Пластина после прекращения действия электромагнита вернется в свою начальную позицию.

Разновидности устройств

Все существующие магнитные реле подразделяются на несколько разновидностей в зависимости от своих конструктивных особенностей, сферы применения, мощности сигнала управления, вида электротока, скорости действия управления.

По особенностям устройства реле могут быть:

  1. Контактными. Они воздействуют на цепь несколькими контактами. Их замыкание или размыкание способствует обеспечению коммутации — силовая цепь либо соединяется, либо разрывается.
  2. Бесконтактными. Влияют на цепь иначе. Эти
  3. устройства резко изменяют ее характеристики.

По сфере использования бывают сигнализационными, защитными и предназначенными для цепей управления.

По скорости действия устройства коммутации подразделяются на четыре типа:

  1. Регулируемые. При их использовании можно устанавливать любую скорость.
  2. Замедленные. Они срабатывают не ранее, чем через 0,05 с.
  3. Быстродействующие. Такие реле начинают действовать уже через миллисекунду.
  4. Безинерционные. Устройства этого типа действуют даже до того, как истечет одна миллисекунда.

В зависимости от того, какой мощностью обладает сигнал управления, реле может принадлежать к одной из трех основных разновидностей. Мощность может быть:

  • высокой, если ее значение превышает 10 Вт;
  • средней при значении до 10 Вт, но при этом не менее 1 В;
  • малой, значение которой измеряется в долях Ватта.

Реле может использоваться в сетях переменного или постоянного тока. Последние бывают поляризованными и нейтральными.

Основные характеристики

Магнитное устройство обладает множеством характеристик. Самые важные его параметры следующие:

  1. Скорость действия. Это время, которое требуется на то, чтобы устройство сработало после подачи сигнала.
  2. Мощность срабатывания. Минимум, необходимый для начала действия.
  3. Управляемая мощность. Этой мощностью могут управлять контакты при коммутации.
  4. Величина тока срабатывания. Этот параметр называется уставкой.
  5. Ток отпускания. Это наибольшее значение тока, при котором чувствительная пластина начинает возвращаться в свою начальную точку.

Преимуществом является то, что контакты магнитного реле обладают небольшим сопротивлением, в отличие от коммутаторов, основанных на полупроводниках. Еще одно немаловажное достоинство заключается в том, что его металлические контакты способны выдерживать большие перегрузки в сети. К тому же реле может нормально выполнять свои основные функции даже при статическом электричестве. Не влияет на его работу и радиационное излучение.

Главное же достоинство электромагнитного устройства — гальваническая изоляция электросети управления и коммутации без второстепенных элементов. Ко всему вышеназванному стоит добавить еще и низкую цену.

Есть у него и некоторые недостатки. Во-первых, не очень быстро срабатывает. Во-вторых, часто выходит из строя. В-третьих, при коммутации цепи могут возникать помехи.

Электромагнитное реле: принцип действия

Принцип действия основывается на действии электромагнитных сил, возникающих в сердечнике, при прохождении электрического тока по виткам катушечной обмотки. Исходное положение подвижного якоря фиксируется с помощью пружины. Когда на катушку подается напряжение, происходит притяжение якоря электромагнитом. При этом, происходит преодоление сопротивления пружины. Якорь осуществляет замыкание или размыкание контактов. При отключении напряжения, якорь, на который воздействует пружина, возвращается в исходное положение.

У всех электромагнитных реле можно отметить следующие общие положительные качества:

  • способность коммутировать нагрузки, имеющие мощность до 4-х киловатт;
  • хорошая устойчивость при импульсных перенапряжениях и других помехах, возникающих во время разряда молнии, а также при коммутационных процессах в электротехнике высокого напряжения;
  • катушка, управляющая цепью, и контактная группа имеют хорошую изоляцию между собой;
  • при замкнутых контактах напряжение падает очень незначительно, при этом, выделение тепла также незначительное.

Однако, данное электромагнитное реле, схема которого используется чаще всего, отличается сравнительно небольшой скоростью работы. Кроме того, они обладают ограниченным механическим и электрическим ресурсом.

Электромагнитное реле

Электромагнитное реле (англ. electromagnetic relay) — реле, которое реагирует на величину электрического тока посредством притяжения ферромагнитного якоря или сердечника при прохождении тока через его обмотку.

Воспринимающий орган электромагнитного реле — обмотка и магнитная система с подвижной частью (якорем или сердечником). Исполнительный орган — контакты. Орган сравнения образуется подвижной частью и дополнительными грузами и пружинами (возвратными и контактными). По характеру движения подвижной системы электромагнитные реле разделяются на втяжные и поворотные. Как втяжные так и поворотные реле могут быть уравновешенными или неуравновешенными по отношению к воздействующим на них ускорениям.

Во втяжных электромагнитных реле имеется подвижный сердечник, который движется в направляющей втулке из немагнитного материала. Конфигурация «стопы» неподвижного сердечника и обращенного к нему конца подвижного сердечника определяют вид тяговой характеристики реле. Если втяжное реле не имеет магнитопровода, то его часто называют соленоидным.

В поворотных электромагнитных реле имеется подвижный якорь. Если угол поворота небольшой (5-10°), то поворотное реле часто называют клапанным.

Основные характеристики воспринимающего органа электромагнитного реле — тяговая и механическая (нагрузочная). Тяговая характеристика определяется изменением усилия притяжения P w {\displaystyle P_{w}} при изменении рабочего воздушного зазора δ между неподвижной и подвижной (якорем или сердечником) частями магнитной системы при определенной намагничивающей силе обмотки F {\displaystyle F} . Она определяется для реле постоянного тока, как:

Принцип действия электромагнитного реле с поворотной подвижной системой, сверху — нормальное (обесточенное) состояние реле, снизу — включённое состояние реле.
1 — электромагнит (обмотка с ферромагнитным сердечником);
2 — подвижный якорь;
3 — контактная система (переключатель).

где, F v {\displaystyle F_{v}} — часть намагничивающей силы, создаваемой обмоткой реле, идущая на проведение магнитного потока через рабочий воздушный зазор.

Значение F v = F ∗ k {\displaystyle F_{v}=F*k} , где k = R m , v / ( R m , v + R m , c ) {\displaystyle k=R_{m,v}/(R_{m,v}+R_{m,c})} ; R m , v = 1 / G v {\displaystyle R_{m,v}=1/G_{v}} и R m , c {\displaystyle R_{m,c}} — магнитные сопротивления рабочего воздушного зазора и магнитопровода,

d G v d δ {\displaystyle {dG_{v} \over d\delta }} — производная изменения магнитной проводимости рабочего воздушного зазора по ходу якоря или сердечника.

Воспринимающий орган электромагнитных реле переменного тока обычно имеют магнитную систему, состоящую из магнитопровода I- , П- или Ш-образной формы, собранного из листовой электротехнической стали, обладающие малыми потерями на гистерезис и вихревые токи. Так как при переменном токе I = I m sin ⁡ ω t {\displaystyle I=I_{m}\sin {\omega t}} и

( I w ) 2 = ( I m ) 2 m sin 2 ⁡ ω t = ( I w m / 2 ) m 2 ( 1 − cos ⁡ 2 ω t ) {\displaystyle (Iw)^{2}={(Im)_{2}^{m}}\sin ^{2}\omega t={(Iw_{m}/2)}_{m}^{2}(1-\cos 2\omega t)} , то тяговые усилия (или тяговый момент) будут меняться по закону

P w = C 0 2 ( I w ) m 2 − C 0 2 ( I w ) m 2 cos ⁡ 2 ω t = P w , 0 − P w , 0 cos ⁡ 2 ω t {\displaystyle P_{w}={C_{0} \over 2}(Iw)_{m}^{2}-{C_{0} \over 2}(Iw)_{m}^{2}\cos 2\omega t=P_{w,0}-P_{w,0}\cos 2\omega t}

что приводит к непостоянству работы контактов и к механическому износу подвижной системы реле. Для устранения этого разбивают магнитный поток в рабочем воздушном зазоре на два потока, сдвинутые по фазе на угол φ. Это достигается охватом 1/2 или 2/3 полюсного наконечника короткозамкнутым витком. При этом тяговые усилия равны

P w = P w , 0 − P w , 01 cos ⁡ 2 ω t − P w , 02 cos ⁡ 2 ( ω t − ψ ) {\displaystyle P_{w}=P_{w,0}-P_{w,01}\cos 2\omega t-P_{w,02}\cos 2(\omega t-\psi )}

Быстродействующие электромагнитные реле выполняются с небольшими весами и моментом инерции подвижных частей, с магнитной системой, изготовленной из листовой стали или стали, содержащей около 4 % кремния.

В электромагнитных реле замедленного действия подвижные части выполняются с большим моментом инерции с надетым на сердечник короткозамкнутым витком или втулкой из меди или алюминия. Часто для замедления срабатывания и отпускания применяют схемы замедления с помощью которых достигается удлинение переходных процессов, происходящих в его обмотках. Как время срабатывания так и время отпускания реле складывается из времени трогания, то есть времени нарастания (или спадания) тока в обмотке до момента трогания якоря, и времени движения якоря до замыкания (или размыкания) контактов. Схемы замедления воздействуют на продолжительность времени трогания.

Основные схемы замедления

Схема замедления Порядок достигаемых замедлений по

отношению к нормальным при

срабатывании отпускании
2 2
1,5 2-8
1,5 3-8
2-3 1-2
5-20
10 10

Основные части электромагнитного реле: электромагнит, якорь и переключатель. Электромагнит представляет собой электрический провод, намотанный на катушку с ярмом из магнитомягкого материала. Якорь — обычно пластина из магнитного материала, через толкатели воздействующая на контакты.

Ряд номинальных напряжений, применяемых для питания катушек реле, согласно DIN IEC 38

Переменное напряжение
(вольт)
Постоянное напряжение
(вольт)
Предпочтительное
значение
Допустимое
значение
Предпочтительное
значение
Допустимое
значение
2 2,4
3
4
4,5
5 5
6 6
7,5
9
12 12
15 15
24 24
30
36 36
40
42
48 48
60 60
72
80
96
100
110 110
125
220
250
380
440 440
600

В исходном положении якорь удерживается пружиной. При подаче управляющего сигнала электромагнит притягивает якорь, преодолевая её усилие, и замыкает и/или размыкает контакты в зависимости от конструкции реле. После отключения управляющего напряжения пружина возвращает якорь в исходное положение. В некоторые модели могут быть встроены электронные элементы. Это резистор, подключенный к обмотке катушки для более чёткого срабатывания реле, или (и) конденсатор, параллельный контактам для снижения искрения и помех или полупроводниковый диод, служащий для блокировки перенапряжений на обмотке реле при его обесточивании вследствие электромагнитной индукции.

Управляемая цепь электрически никак не связана с управляющей, то есть они гальванически изолированы друг от друга (в электротехнике используется термин «сухой контакт»). Более того, в управляемой цепи величина тока может быть намного больше, чем в управляющей. Источником управляющего сигнала могут быть слаботочные электрические схемы (например, дистанционного управления), различные датчики (света, давления, температуры и т. п.), и другие приборы которые выдают малые величины тока и/или напряжения. Таким образом, реле, по сути, выполняют роль дискретного усилителя тока, напряжения и мощности в электрической цепи. Это свойство реле, кстати, имело широкое применение в самых первых дискретных (цифровых) вычислительных машинах. Впоследствии реле в цифровой вычислительной технике были вытеснены сначала лампами, потом транзисторами и микросхемами — работающими в ключевом (переключательном) режиме. В настоящее время производятся попытки возродить релейные вычислительные машины с использованием нанотехнологий.

Как правило, электромеханическое реле имеет ярко выраженную петлю гистерезиса функции входной ток — состояние контактов (то есть работают как Триггер Шмитта). Соответственно, для некоторых реле указывают два порога этой петли гистерезиса — ток срабатывания и ток отпускания. Ток срабатывания указывает при каком токе реле переходит из состояния выключено в состояние включено. Ток отпускания (иногда называют током удержания) указывает при каком токе реле переходит из состояния включено в состояние выключено.

В наши дни в электронике и электротехнике реле используют в основном для управления большими токами. В цепях с небольшими токами для управления чаще всего применяются транзисторы или тиристоры.

При работе со сверхбольшими токами (десятки-сотни ампер; например, при очистке металла методом электролиза) для исключения возможности пробоя контакты управляемой цепи исполняются с большой контактной площадью и погружаются в масло (так называемая «масляная ячейка»).

Реле до сих пор очень широко применяются в бытовой электротехнике, в особенности для автоматического включения и выключения электродвигателей (пускозащитные реле), а также в электрических схемах автомобилей. Например, пускозащитное реле обязательно имеется в бытовом холодильнике, а также в стиральных машинах. В этих устройствах реле намного надёжнее электроники, так как оно устойчиво к броску тока при запуске электродвигателя и особенно к сильному броску напряжения при его отключении.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ РЕЛЕ

» УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ » » ПРИМЕНЕНИЕ »

Реле — электромеханическое устройство, предназначенное для коммутации электрических цепей, цепей сигнализации и управления. Чаще всего реле используется в системах управления и зачастую являются как коммутационными, так и усиливающими элементами цепи.

Следует помнить, что по характеру включения сеть устройства могут быть первичными и вторичными. Первичные реле включаются непосредственно в управляющие цепи управления, вторичные подключаются через измерительные трансформаторы, лабораторные резисторы, шунтирующие сопротивления.

Также одним из достоинств релейных устройств и элементов является очень высокое сопротивление между открытыми контактами, что выгодно отличает их твердотелых реле, использующих вместо катушки полупроводниковые элементы.

Твердотельные устройства очень чувствительны к качеству управляющего сигнала и имеют высокую вероятность ложного срабатывание в результате внештатного электромагнитного импульса или при увеличении напряжения в управляемой сети сверх оптимальных значений.

Помимо стандартных электромагнитных реле некоторые источники относят к этой группе устройств и герконовые реле, главной отличительной чертой которых является использование, в качестве управляющего сигнала, вместо электрического сигнала магнитное поле вырабатываемое постоянным или электромагнитом.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО РЕЛЕ

Конструктивно электромагнитное реле представляет собой катушку выполняющую роль втягивающего устройства. Она состоит из основания из немагнитного материала, на которое намотан медный провод, который, в зависимости от исполнения, может быть в изоляции из тканевых, синтетических материалов, но в большинстве случаев проводник покрывается диэлектрическим лаком.

При подаче напряжения на катушку происходит втягивание металлического сердечника, связанного с толкателем, который приводит в движение контакты.

В зависимости от назначения контактный блок реле может состоять из нормально открытых (разомкнутых) или нормально закрытых (замкнутых) контактов, в некоторых случаях блок контактов может совмещать в себе оба типа контактов.

Более подробно устройство реле можно понять если разбить его составляющие на блоки:

  • управляющий — служит для преобразования управляющего сигнала (в нашем случае из электрического — в магнитное поле);
  • блок промежуточных элементов — приводит в действие исполнительный механизм;
  • исполнительный блок — воздействует непосредственно на управляемую цепь. В качестве исполнительного блока можно рассматривать контактную группу устройства.

Также, при проектировании управляющих цепей с использованием электромагнитных реле необходимо учитывать, что ввиду того что чувствительным элементом является электромагнитная катушка, то ток в обмотке увеличивается или уменьшается не мгновенно, а в течении некоторого времени.

В связи с этим следует учитывать возможное время задержки срабатывания. Оно достаточно мало, но в некоторых ситуациях может оказывать влияние на работу других элементов схемы.

Электромагнитные реле можно классифицировать по следующим признакам:

области применения: для цепей управления, защиты или сигнализации; мощности управления: малой мощности, управляющий сигнал ≤1 Вт, средней мощности, сигнал управления находится в пределах от 1 до 9 Вт, высокой мощности — мощность сигнала ≥10 Вт; времени реакции на сигнал управления: безынерционные время реакции ≤ 0,001 сек., быстродействующие — время реакции от 0,001 до 0,05 сек., замедленные время реакции от 0,05 до 1 сек., а также реле времени с регулируемой задержкой срабатывания. характеру управляющего напряжения: постоянного тока —нейтральные, поляризованные и переменного тока.

Отдельно стоит остановиться на особенностях реле постоянного тока. Как было выше сказано они подразделяются на нейтральные и поляризационные. Главное отличие этих двух групп заключается в том, что поляризационные устройства чувствительны к полярности приложенного напряжения, то есть подвижный сердечник меняет свое направление с правого на левое или наоборот в зависимости от полярности напряжения.

Электромагнитные реле постоянного тока делятся на:

  • двухпозиционные;
  • двухпозиционные с преобладанием;
  • трехпозиционные или реле с нечувствительной зоной.

Срабатывание же устройств нейтрального типа не зависит от полярности подаваемого напряжения. К недостаткам реле использующих, в качестве управляющего сигнала, постоянный ток можно отнести необходимость установки блоков питания, для подачи постоянного тока и высокая стоимость самого устройства.

Реле переменного тока этого лишены, но и у них есть свои недостатки такие как — необходимость доработки конструкции для устранения вибрации сердечника. Рабочие параметры хуже, чем у устройств использующих линейную форму управляющего сигнала, а именно — хуже чувствительность, гораздо меньшее электрическое усилие. Но в тоже время они могут напрямую подключаться к электрической сети переменного тока.

В начало

ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ РЕЛЕ

Пожалуй, наиболее широкое распространение реле, работающие с использованием электромагнитного принципа получили в сфере распределения и производства электрической энергии. Релейная защита высоковольтных линий обеспечивает безаварийный режим работы подстанций и другого подключенного оборудования.

Управляющие элементы, используемые в установках релейной защиты рассчитаны на коммутацию присоединения при рабочих напряжениях, достигающих нескольких сотен тысяч вольт. Широкое распространение релейной защиты высоковольтных линий обусловлено:

  • высокой долговечностью релейных элементов;
  • быстрой реакцией на изменение параметров подключенных линий;
  • способностью работы в условиях высокой напряженности электромагнитных полей и нечувствительностью к появлению паразитных электрических потенциалов.

Также посредством установок релейной защиты осуществляется резервирование линий электропередач и моментальный вывод из работы поврежденных участков электросети, к примеру, при замыкании линии на землю или обрыве токоведущих частей. На сегодняшний день еще не изобретены более надежные средства защиты линий электропередач чем релейная защита.

Кроме того, в настоящее время электромагнитный тип реле широко используется в системах управления производственными, конвейерными линиями. Чаще всего данный вид систем управления используется на производствах с наличием высоких паразитных потенциалов делающих невозможным использование полупроводниковых систем управления.

К примеру, известен случай, когда при модернизации систем управления конвейерными линиями на одном из элеваторов новое оборудование, построенное новейших полупроводниковых элементах, постоянно выходило из строя.

Как позже выяснилось причиной поломки стало статическое электричество, возникающее при движении зерна по конвейерной ленте, а так как система выравнивания потенциалов была не предусмотрена в данных помещениях, то стал вопрос о переносе пульта управления в защищенное помещение.

Это было сопряжено с огромными материальными затратами. В результате было принято решение перейти на релейные блоки управления, нечувствительные к статическому напряжению.

Принципы работы заложенные в основу функционирования электромагнитных реле используются в устройствах дистанционного управления нагрузкой — пускателях или контакторах.

Принцип работы этих устройств во многом напоминает работу реле, с той лишь разницей, что предназначены данные устройства для коммутации силовых цепей сила тока, в которых может достигать 1000 А, а в случае особо мощных установок и выше.

Помимо низковольтного оборудования релейные блоки используются для управления, конденсаторными установками, которые используются для плавного пуска электрических двигателей высокой мощности.

Но самым знаковым применением реле электромагнитного типа является их использование в первых электронно-вычислительных машинах, в качестве логических элементов способных выполнять простейшие логические операции. Не смотря на низкое быстродействие эти первые компьютеры по надежности превосходили следующее поколение ламповых вычислительных комплексов.

Простейшими примерами использования электромагнитного реле в повседневной жизни являются реле управления в различных видах бытовой техники: холодильниках, стиральных машинах и т.п.

В начало

Принцип работы

Электромагнитное реле, принцип действия которого является общим для любого типа, состоит из следующих элементов:

  1. Основание.
  2. Якорь.
  3. Катушка из витков провода.
  4. Подвижные и закрепленные контакты.

Все детали крепятся на основании. Якорь выполнен с возможностью поворота и удерживается пружиной. Когда на обмотку катушки подается напряжение, по ее виткам протекает электрический ток, создавая электромагнитные силы в сердечнике. Они притягивают якорь, который поворачивается и замыкает подвижные контакты с парными неподвижными. При отключении тока якорь возвращается пружиной обратно. Вместе с ним перемещаются подвижные контакты.

От типовой конструкции отличаются только герконовые реле, где контакты, сердечник, якорь и пружина совмещены в единой паре электродов.

Электромагнитное реле, схема которого изображена ниже, является коммутирующим устройством.

Она типична и в целом показывает, как электрическая энергия преобразуется в магнитную, которая затем преодолевает усилие пружины и перемещает контакты.

Электрические цепи катушки и коммутации ничем не связаны. За счет этого малые токи могут управлять большими. В результате реле электромагнитное является усилителем тока или напряже­ния. Функционально оно включает три основных элемента:

  • воспринимающий;
  • промежуточный;
  • исполнительный.

Первым из них является обмотка, создающая электромагнитное поле. По ней проходит контролируемый ток, при достижении которым заданного порогового значения происходит воздействие на исполнительный элемент — электрические контакты, замыкающие или размыкающие выходную цепь.

Классификация

Реле классифицируются следующим образом:

  1. По способу управления контактами — якорные и герконовые. В первом случае замыкание-размыкание контактов производится при перемещении якоря. В герконовых переключателях сердечник отсутствует и магнитное поле воздействует непосредственно на ферромагнитные электроды с контактами.
  2. Управляющий ток может быть постоянным или переменным. В последнем случае якорь и сердечник выполняются из пластин электротехнической стали для уменьшения потерь. Для постоянного тока устройства бывают нейтральными и поляризованными.
  3. По быстродействию срабатывания реле делятся на 3 группы: до 50 мс, до 150 мс и более 1 с.
  4. Защита от внешних воздействий предусматривает устройства герметизированные, зачехленные и открытые.

При всем многообразии типов, представленных ниже, действие электромагнитного реле основано на общем принципе коммутации контактов.

Устройство электромагнитного реле спрятано внутри корпуса, снаружи выступают только выводы обмотки и контактов. Они большей частью пронумерованы, для каждой модели дается схема подключения.

Достоинства и недостатки

Реле электромагнитное имеет следующие преимущества над полупроводниковыми конкурентами:

  • коммутация больших нагрузок при малых габаритах;
  • гальваническая развязка между цепью управления и группой коммутации;
  • низкое тепловыделение на контактах и катушке;
  • небольшая цена.

Устройству присущи также недостатки:

  • медленное срабатывание;
  • относительно небольшой ресурс;
  • радиопомехи при переключении контактов;
  • сложность коммутации на постоянном токе высоковольтных и индуктивных нагрузок.

Рабочие напряжение и ток катушки не должны выходить за заданные пределы. При их низких значениях становится ненадежным контактирование, а при высоких — перегревается обмотка, увеличивается механическая нагрузка на детали и может произойти пробой изоляции.

Долговечность реле зависит от вида нагрузки и тока, частоты и количества коммутаций. Больше всего контакты изнашиваются при размыкании, образующем дугу.

Бесконтактные аппараты имеют преимущество, поскольку у них не появляется дуга. Но есть также масса других недостатков, что не дает возможности заменить реле.

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.

С наступлением эры электроники реле электромагнитное постепенно вытесняется, но оно все же развивается, достигая новых возможностей. Ему трудно найти альтернативу в местах, где имеют место перепады тока и напряжения при пуске и отключении устройств, использующих электричество.

Электромагнитные реле тока и реле напряжения

Структурная схема электромагнитного реле

Электромагнитное реле (РЭМ) является элементом канала связи электрических цепей, например двух цепей ЭЦ1 и ЭЦ2. Оно может быть представлено структурной схемой, как показано на рис. 6.1а.

б)

а)

КА

Рис. 6.1. Структурная схема электромагнитного реле (а) и изображение электромагнитных приводов (катушек) реле тока КА и реле напряжения KV на электрических схемах (б)

х ρ FK, δRK

ЭММ

ЭЦ1

КК

ЭЦ2

РЭМ

МП

Входной сигнал управления электромагнитным реле поступает из электрической цепи ЭЦ1 на обмотку включающей катушки электромагнитного привода (см. п. 3.3.1, п. 3.3.2). Входная переменная х у реле тока – электрический ток, у реле напряжения – электрическое напряжение.

Входной сигнал вызывает появление электромагнитной силы тяги в электромагнитном механизме ЭММ (см. п. 3.3.4). Под действием силы тяги якорь ЭММ перемещается, и это перемещение передается коммутирующему контакту КК (см. п. 2.2) с помощью механической передачи с возвратной пружиной (см. п. 3.2.2).

Контактная система электромагнитных реле может содержать от одного до 12 коммутирующих контактов (КК), рассчитанных на длительные постоянные или переменные токидо 16 Ау некоторых реле.

На рис. 6.1б показаны условные обозначения электромагнитных приводов (катушек) реле тока КА и реле напряжения KV.

Особенности электромагнитных реле

Реле тока и реле напряжения имеют одинаковую структуру (рис. 6.1а), но функциональные части реле имеют конструктивные отличия. Различаются в исполнении электромагнитные (втягивающие) катушки реле.

У реле тока обмотка катушки выполнена толстым проводом и имеет небольшое количество витков, что обеспечивает малое сопротивление току, протекающему по обмотке. Реле тока применяют для контроля силы тока в электрической цепи (ЭЦ1) и передачи информации о контролируемой величине типа «больше» или «меньше» в другую цепь (ЭЦ2) с помощью коммутирующего контакта (КК).

Сопротивление обмотка катушки реле напряжения большое. Оно создается большим количеством витков тонкого провода. Обмотку обычно включают на полное напряжение сети. Реле напряжения применяют для контроля уровня напряжения в электрической цепи и передачи информации о контролируемой величине в другую цепь.


Различия в конструкциях электромагнитных механизмов реле обусловлены тем, к какой электрической цепи должна быть подключена катушка реле. Если это цепь постоянного тока, то магнитопровод выполняют цельнометаллическим. Катушка удлиненная, относительно небольшого диаметра. Особенности работы реле, его динамические характеристики и характеристика управления определяются свойствами электромагнитного привода постоянного тока (см. п. 3.4, п. 3.5).

Для реле, подключаемого к электрической цепи управления переменного тока, применяют шихтованные магнитопроводы, диаметр катушки увеличивают, а длину уменьшают с целью улучшения отвода тепла от катушки и сердечника (см. п. 3.6.1). Особенности работы реле, его динамические характеристики и характеристика управления определяются свойствами электромагнитного привода переменного тока (см. п. 3.6).

Основные параметры электромагнитных реле

Электромагнитные реле характеризуются следующими основными параметрами.

Напряжение (ток) срабатывания реле (хср) – наименьшее значение напряжения на клеммах катушки электромагнитного механизма реле (или наименьшее значение тока в ней), при котором якорь надежно притягивается к сердечнику, а замыкающие контакты переходят из разомкнутого состояния в замкнутое. В паспорте реле напряжения указывается номинальное напряжение, на которое рассчитано включение катушки электромагнитного механихзма реле, несколько превышающее напряжение срабатывания. Этим обеспечивается надежность срабатывания реле.

Напряжение (ток) отпускания реле (хот) – наибольшее напряжение на клеммах катушки электромагнитного механизма реле(или наибольший ток в ней), при котором тяговое усилие, действующее на якорь электромагнитного механизма, уменьшается до значения, необходимого для надежного отпадания якоря от сердечника, а замыкающие контакты переходят из замкнутого состояния в разомкнутое состояние.

Коэффициент возврата реле – отношение напряжения (тока) отпускания к напряжению (току) срабатывания.

Время срабатывания реле (τср)– промежуток времени с момента подачи напряжения срабатывания на катушку реле до момента переключения его контактов.

Время отпускания реле (τот) – промежуток времени с момента снятия напряжения с катушки до момента возвращения контактов в исходное положение.

Уставка реле – величина напряжения или тока, на которую настроено реле и при которой оно срабатывает или отпускает.

Для повышения быстродействия реле применяют специальные схемы подключения обмотки катушки реле к электрической цепи (см. п. 3.7.1). Снижение быстродействия реле может быть осуществлено, если это требуется, также с помощью схемных решений (см. п. 3.7.2).

Структуру электромагнитного реле можно разделить на его отдельные составные элементы следующим образом:

Первичный(чувствительный) элемент преобразует электрический сигнал управления в магнитную силу. Обычно этим элементом является катушка.Промежуточныйэлемент может состоять из нескольких частей.

Он приводит в работу исполнительный механизм. Таким элементом является якорь с подвижными контактами и пружиной.Исполнительный элемент выполняет передачу воздействия на силовую цепь. Таким элементом чаще всего выступает группа силовых контактов реле.

Электромагнитные реле имеют довольно простой принцип работы, вследствие чего имеют повышенную надежность. Они являются незаменимыми элементами в схемах защиты и автоматики. Действие реле заключается в применении электромагнитных сил, появляющихся в металлическом сердечнике при протекании электрического тока по катушке.

Элементы реле устанавливаются на закрывающемся крышкой основании.

Подвижная пластина (якорь) с контактом установлена над сердечником электромагнита. Подвижных контактов может быть несколько. Напротив них расположены соответствующие пары неподвижных контактов.

1 — Катушка реле 2 — Сердечник 3 — Стержень 4 — Подвижный якорь 5 — Группа контактов 6 — Пружина

7 — Питание катушки

В первоначальном положении пружина удерживает подвижную пластину.

При подключении питания срабатывает электромагнит и притягивает к себе эту пластину, являющуюся якорем, преодолевая усилие пружины. В зависимости от устройства реле контакты при этом размыкаются или замыкаются. После выключения питания якорь под действием пружины возвращается в исходное положение.

Существуют электромагнитные реле с встроенными электронными компонентами в виде конденсатора, подключенного параллельно контактам для уменьшения помех и образования искр, а также сопротивления, подключенного к катушке, для четкой работы реле.

По силовой цепи, которая подключается контактами, может протекать электрический ток намного больше тока управления. Эта цепь гальванически развязанас цепью управления электромагнитом. Другими словами реле играет роль усилителя мощности, напряжения и тока в электрической цепи.

Реле переменного тока приводятся в действие при подключении к ним переменного тока частотой 50 герц. Устройство такого реле практически не отличается от реле постоянного тока, кроме сердечника электромагнита, который в данном случае выполняется из листовой электротехнической стали. Это делается для снижения потерь энергии от вихревых токов.

>Разновидности электромагнитных реле

По различным признакам и факторам такие реле делятся на виды. Рассмотрим подробнее основные виды электромагнитных реле.

Реле тока

Структура реле напряжения и тока очень похожа.

Их отличие заключается только в конструкции катушки. Токовое реле имеет катушку с небольшим числом витков и малым сопротивлением. Намотка провода на катушку осуществляется толстым проводником.

Обмотка реле напряжения выполняется с большим числом витков.

Каждое из этих реле выполняет контроль определенных параметров с помощью системы автоматического отключения и включения электрического устройства.Реле тока осуществляет контроль силы тока в цепи потребителя, к которой оно подключено. Данные поступают в другую цепь с помощью подключения сопротивления контактом реле. Подключение может осуществляться как непосредственно к силовой цепи, так и через измерительные трансформаторы.

В цепях автоматики часто требуется образование задержки при включении устройств, либо подачи сигнала для выполнения определенного технологического процесса по некоторому алгоритму. Для таких целей предназначены специальные устройства, способные коммутировать цепи с некоторой задержкой времени.

Сфера использования

Широкую популярность получили реле в области производства и распределения электрической энергии. Безаварийный режим эксплуатации обеспечивает релейная защита линий высокого напряжения на подстанциях и в других местах.

Элементы управления, применяемые в релейной защите, способны на подключение высоковольтных цепей. Электромагнитные реле, функционирующие в качестве релейной защиты, получили популярность из-за следующих достоинств:

    Возможность работы с невосприимчивостью к возникающим паразитным потенциалам.Высокая скорость реагирования на изменение параметров подключенных цепей.Повышенная долговечность.

С помощью релейной защиты выполняется резервирование линий питания и оперативное отключение неисправных участков цепи. Реле являются наиболее надежной защитой, в отличие от релейных устройств.

Электромагнитные реле применяется в управлении производственными линиями, конвейерами, на участках с повышенными паразитными потенциалами, там, где нельзя использовать полупроводниковые элементы.

Принцип действия, по которому работают такие устройства реле, применяется в оборудовании для удаленного управления потребителями, а именно в контакторах, пускателях. По сути дела, это такие же электромагнитный вид реле, только рассчитанные для очень больших токов, достигающих несколько тысяч ампер.

Релейные блоки применяются для управления емкостных установок, служащих для плавного запуска электродвигателей повышенной мощности.

Реле применялись даже в первых вычислительных комплексах.

В них реле использовались как логические элементы, выполняющие простые логические операции. Скорость работы таких электронно-вычислительных машин была низкая. Однако такие своеобразные компьютеры были более надежными, в отличие от последующего поколения ламповых моделей вычислительных машин.

Сегодня можно привести множество примеров применения электромагнитных реле в бытовых устройствах: стиральных машинах, холодильниках и т.д.

Рекомендации по выбору

Прежде всего, необходимо выяснить параметры рабочего напряжения и тока реле. Рабочая величина тока и напряженияобмотки реле должна соответствовать сети питания места подключения.

Если рабочий ток будет меньше допустимого, то это приведет к ненадежному контакту при работе реле. Если ток будет больше допустимого, то обмотка реле будет перегреваться, что приведет к падению надежности работы реле при наибольшей допустимой температуре.Режим действия контактов реле зависит от вида управляемого тока, частоты коммутации, вида нагрузки. Поэтому при выборе необходимо учитывать эти условия работы.

Реле — это элемент автоматического устройства, который при воздействии на его вход наружных физических явлений скачко­образно воспринимает значение выходной величины.Этих значений, в большинстве случаев у выходной величины бывает два: к примеру, в электро­магнитном реле два устойчивых состояния контактов – замкнутое и разомкнутое.

Электрическое релереагирует на изменение каких-то определенных характеристик замыканием либо размыка­нием собственных контактов. Контакты реле врубаются в цепь, котораяпроизводит контроль либо управление аппаратами, включенными в силовую цепь, для коммутации, к примеру: производит управление контакторами и др.

Реле могут работать под воздействием самых разных факто­ров: электронного тока, световой энергии,давления воды либо газа, уровня воды и т. п.

По методу присоединения различают первичные, вторичныеи промежные реле.

Первичные релеврубаются конкретно в цепь управле­ния.

Вторичные релеврубаются через измерительные трансфор­маторы тока либо напряжения.

Промежные релеработают от исполнительных органов других реле и предназначаются для уси­ления и размножения сигнала, т. е. рассредотачивания воздействия на несколько цепей.

Основными параметрами реле являются:

а) номинальные данные—ток, напряжение, время и другие величины, на которые рассчитаны реле,

б) величина срабатывания,т. е. то значение параметра (ток, напряжение, время и пр.), при котором происходит автоматическое действие реле; реле реагирует на тот параметр, на который оно было сделано,

в) уставка реле– значение величины срабатывания, на которую отрегулировано данное реле (реле, имеет некое количество уставок, фиксирующих величину срабатывания в определенных границах).

Электрические реле характеризуются последующими основ­ными параметрами:

1) напряжением (током) втягивания, т. е. минимальным значе­нием напряжения (либо тока) на зажимах катушки реле, при ко­тором якорь втягивается;

2) напряжением (током) отпадения– большим значением напряжения (либо тока) на зажимах катушки реле, при котором происходит отпадение якоря;

3) коэффициентом возврата реле– отношением напряжения (тока) отпадения к напряжению (току) втягивания.

Электрические реле по времени срабатывания (tср) бывают: безынерционные (tср< 0,001сек);быстродействующее(tcр< 0,05сек),обычные (tср= 0,05 +- 0,15сек);замедленные (tср= 0,15 +- 1сек)и реле времени, у каких время срабатыва­нияtср>1сек, при этом его можно регулировать.

Реле состоит обычно из 3-х органов:1) воспринимающего, 2) промежногои 3) исполнительного.

Воспринимающий(чувствительный орган)реагирует на вход­ной параметр и конвертирует его в физическую величину, необхо­димую для работы реле; чувствительным органом является, на­пример, катушка реле.

Промежныйорганассоциирует перевоплощенную величину с образцом и по достижении данного значения передает воздей­ствие воспринимающего органа исполнительному. Промежуточ­ными органами контактных реле являются противодействующие пружины и успокоители. Успокоители используются для успокоения колебаний подвижных частей, а в реле времени – для получе­ния данной выдержки времени.

Исполнительный органповлияет на управляемую цепь; исполнительными органами контактных реле являются контакты.

Разглядим устройство электронного реле, работающего по электрическому принципу (рис. 1). Реле состоит из следую­щих главных частей: якоря 3, являющегося подвижной частью, сердечника2, который является недвижной частью катушки реле l, насаженной на сердечник магнитопровода; замыкающих контактов6, размыкающих контактов5и пружины 7.

При включении катушки якорь реле притягивается, а соеди­ненный с ним шток4с металлическими мостиками замыкает либо размыкает надлежащие контакты.

Слаботочные электрические реле, применявшиеся ранее исключительно в области связи, находят все боль­шее применение в автоматике. Это разъясняется тем, что слаботоч­ные (телефонные) реле имеют число контактов в пару раз большее, чем в обыденных электрических реле; это позволяет уменьшить полное количество реле в схеме. Не считая того, такие реле потребляют малые токи, по этому они могут работать с датчи­ками, которые на огромные токи не рассчитаны (к примеру, полупро­водниковые термо- и фотосопротивления).

Разглядим два типа реле, которые отыскали более общее применение.

Реле типа РПНнеизменного тока (реле плоское обычное) – это электрическое однокатушечное реле с плоским сердечником. Оно создано для коммутации электронных цепей в раз­личных схемах стационарных устройств.

Ток срабатывания этих реле очень мал – порядка нескольких 10-ов миллиампер. Пакет контактных групп реле состоит из одной либо нескольких групп, любая из которых состоит, в свою очередь, из набора контактов (от 2-ух до 5); композиции контактов могут быть самыми разными. Наружные провода подключаются к концам хвостов пружин с помощью пайки.

Для цепей переменного тока выпускаются реле РПП анало­гичного устройства.

Реле МКУ-48представляет собой многоконтактное реле. Кон­структивно выпускаются реле в кожухе и без кожуха. Наружные провода подключаются к реле без кожуха с помощью пайки.

Контактные группы реле производятся с разными комбина­циями контактов. К примеру, реле для переменного тока напря­жением 220визготовляется с числом контактов от 2 до 8; при всем этом выпускаются реле с 2, 4 и 8 замыкающими контактами; с 2 замы­кающими и 2 размыкающими контактами; с 4 размыкающими кон­тактами и т. д.

Рабочий ток реле мал: для неких реле он составляет 0,0045а.Потребляемая мощность реле > либо = 5вт. На рис 2 пока­зано устройство реле типа МКУ-48 с кожухом.

Поляризованное релепредставляет собой электрическое реле, у которого направление переме­щения якоря находится в зависимости от направления намагничивающего тока. В отличие, от обыденного электрического реле по­ляризованное имеет два направления перемещения якоря; оно дополнительно снабжено неизменными магнитами.

Принципная схема конструк­ции поляризованного реле представле­на на рис.

3 Основными деталями являются намагничивающая катушка4, создающая в железном сердечнике5магнитный поток Фэ, и неизменный маг­нит 3, образующий магнитный поток Фп. Магнитный потокФэпроходит через металлической подвижный якорь2и разветвляется на два потока Фэ: 2, один из ко­торых совпадает, а другой противоположен по направлению маг­нитному сгустку неизменного магнита. На конце якоря имеется средний контакт, замыкающийся, зависимо от полярности управляющего сигнала в намагничивающих катушках, с левым либо правым недвижными контактами 1.

При отсутствии управляющего сигнала и, как следует, пото­ка Фэ, на якорь, установленный в нейтральное положение, дейст­вуют слева и справа однообразные силы притяжения.

Если подать в обмотку реле управляющий сигнал в направле­нии, показанном на рисунке, то в правом стержне магнита потоки и Фпбудут складываться, потому что они будут совпадать, а результирующий поток вырастет:

в левом стержне магнитные потоки будут вычитаться:

и общий поток в правом стержне окажется больше магнитного потока в левом стержне (Ф’>Ф”). В итоге якорь реле при­тянется на право и замкнет правый контакт. Если поменять поляр­ность сигнала, то якорь реле перебросится на левый контакт.

Электромагнитные реле предназначены для коммутации электри­ческих цепей в схемах РЭА, аппаратуры автоматики, телемехани­ки и связи. Электромагнитные реле (рис. 7.22) состоят из трех ос­новных частей: электромагнита с магнитопроводом (воспринимающий орган); якоря (промежуточный орган); электрических контактов (исполнительный орган).

Электромагнитные реле классифицируют: 1) по принципу устройства воспринимающих органов — на нейтральные и поляри­зованные. Работа нейтральных реле не зависит, а поляризованных зависит от направления тока в управляющей обмотке;

7.11. Принцип действия основных типов электромагнитных реле

(7.20)

Для большинства конструкции релеRCT<< Rδи, следовательно, Fм~ФRδТаким образом, к воздушному зазору прикладывается

Реле постоянного тока. Магнитодвижущая силаFMэлектромаг­нита 3 (рис. 7.22), по обмотке которого протекает ток I, создает магнитный поток Ф. Он замыкается по сердечнику4,магнитопрово- ду 5, якорю2 и воздушному зазору длиной δ. Уравнение магнит­ной

цепи можно записать в виде

практически вся магнитодвижущая сила электромагнита, под дей­ствием которой в зазоре развивается тяговое усилие (сила притяже­ния),

, (7.21)

где SB— площадь взаимного перекрытия стержня и якоря, м2. Поскольку сила притяжения пропорциональна квадрату тока, текущего через обмотку электромагнита, она не зависит от направ­ления тока. Под действием силы притяжения, которая должна быть больше сил сопротивления контактных и возвратных пружин, якорь притягивается к сердечнику реле (реле срабатывает) и пере­ключает контакты.

Реле переменного тока.

Для уменьшения потерь магнитопровод 1, якорь2 и сердечник 5 реле переменного тока (рис. 7.23,а)на­бирают из пластин листовой электротехнической стали. Если к электромагниту подвести переменное напряжение, то в момент перехода тока через нуль сила притяжения якоря электромагнита

становится равной нулю.

Якорь отходит от сердечника, а затем снова притягивается. Если не предпринять специальных мер, якорь и кон­такты реле будут вибрировать. Для устранения вибраций подвиж­ной системы на стержне электромагнита около воздушного зазора делается паз, в который вкладывается короткозамкнутый виток.

Виток охватывает от 0,5 до 0,8 площади торца стержня. Магнитный поток, созданный обмоткой электромагнита 4, разветвляется на две составляющие Ф1`и Ф2`, замыкающиеся через обе части сердечника. Магнитный поток Ф1“, пересекая короткозамкнутый виток, наво­дит в нем э.

д. с. ев(рис.

7.23, б), которая вызывает ток 1Е, отстающий от евна угол, близкий к 90°. Ток Iв вызывает совпадающий с ним по направлению маг­нитный поток Фв. Таким об­разом, на участке 3 маг­нитопровода результирующий магнитный поток

Ф2= Ф1“+ Фв. (7.22)

На рис.

7.23, б видно, что между магнитными потоками Ф1`и Ф2существует фазовый сдвиг и, следовательно, ре­зультирующий магнитный по­ток в сердечнике Ф∑ никогда не достигает нулевого зна­чения. Минимальный магнитный поток Ф∑ выбирается всегда боль­ше величины, достаточной для удержания якоря. Сила притяжения электромагнита Fa=Ф2/2μ0Sв.

В реле переменного тока вибрации подвижной системы могут быть устранены также созданием нескольких магнитных потоков, сдвинутых по фазе друг относительно друга, или увеличением мас­сы подвижной системы.

Поляризованные реле.В поляризованных реле (рис. 7.24) поло­жение перекидного якоря 3 зависит от направления тока в обмотке электромагнита. Для этого в реле используется разветвленный элект­ромагнит, в котором образуются два потока—управляющий и поля­ризующий. Катушки2 и6 создают в магнитопроводе 1 управляю­щий магнитный поток Ф0в одном направлении. Поляризующий маг­нитный поток Ф0постоянного магнита 7 проходит через подвижный якорь 3 и разветвляется налево и направо на потоки Ф01и Ф02. Один из этих потоков совпадает, а” второй противоположен по на­правлению потоку Фу. На конце подвижного якоря 3 имеется кон­такт 5, который замыкается с левым или правым неподвижным контактом Если отсутствует управляющий магнитный поток Фу, а якорь 3 находится в среднем положении, то Ф01= Ф02=Ф0/2

и на якорь действуют равные и противоположные силы.

Однако такое равновесие является неустойчивым. Незначительное смеще­ние якоря от нейтрального йоложения приводит к изменению маг­нитных сопротивлений воздушных зазоров и, следовательно, маг­нитных потоков. Магнитные потоки принимают значения

Ф01= Ф0/2 + ΔФ, Ф02= Фо/2 — ΔФ, (7.23)

где ΔФ — изменение величины магнитных потоков Ф01и Ф02 при перемещении якоря.

Таким образом, силы, действующие на якорь слева и справа, не равны. Вследствие этого результирующая сила

(7.24)

переместит якорь в сторону первоначального смещения (рис.

7.24), т. е. влево.

Для перемещения якоря слева направо необходимо на обмотку реле подать управляющий сигнал такой полярности, чтобы Фу складывался с Ф02и вычитался из Ф01. В этом случае результирующие потоки будут определяться выражениями

Флев= Фо/2 + ΔФ – фу, Фпр= Ф0/2 – ΔФ + Фу. (7.25)

Флев= Фо/2 – 2ΔФ, Фпр- Ф0/2 + 2ΔФ.

При условии, что Фу> ΔФ, якорь перейдет в правое положение. Знаки при ΔФ в выражениях (7.25) изменятся на противоположные. Полагая, что Фу= ΔФ, выражения для магнитных потоков для правого положения якоря можно записать в виде

Таким образом, при наличии управляющего сигнала сила притяже­ния будет в два раза больше, чем при его отсутствии. Если изменить полярность управляющего сигнала, то якорь реле вернется в левое положение.

Сила притяжения якоря зависит от разности магнитных потоков и определяется выражением

Постоянный магнит реле выполняет и дополнительную роль, аналогичную роли упругих пружин электромагнитного реле. Од­нако в характере их действия имеется принципиальное различие. При перемещении якоря к нейтральному положению постоянный магнит создает противодействующее усилие, уменьшающееся до нуля. После перехода нейтрального положения усилия, создавае­мые постоянным магнитом и управляющим сигналом, складывают­ся. Благодаря этому поляризованные реле имеют высокую чувстви­тельность и малое время срабатывания.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *