Электромагнитное реле

Электрическая схема подключения реле

На крышке любого устройства, производитель наносит принципиальную схему подключения электромагнитного реле в сеть. На электрической схеме катушку реле изображают прямоугольником и обозначают литерой «К» с цифровым индексом, например, К3. При этом контактные пары, которые не находятся под нагрузкой маркируются буквой «К» с двумя, разделенными точкой, цифрами. например, К3.2 — контакт номер 2, реле К3. Расшифровывается обозначение так: первая цифра – это порядковый номер электромагнитного реле на схеме, вторая обозначает индекс контактных пар данного реле.

Ниже приведён пример электрической схемы, на которой происходит управление соленоидом пневматического клапана с помощью НО контакта реле К1. После замыкания S1 реле запитывается и НО контакт 13, 14 замыкается, при этом на соленоиде Y1 появляется напряжение.

Контактные пары, которые располагаются вблизи электромагнитной катушки, обозначаются штриховой линией. В принципиальной схеме подключения реле обязательно отображаются все параметры контактных пар, указывается максимально допустимое значение коммутационного тока контактов. На катушке реле производитель указывает тип тока и рабочее напряжение.

Стоит отметить, что схема подключения электромагнитного реле составляется для каждого типа элемента сугубо индивидуально в соответствии с особенностями его работы в автоматизированной сети. При этом, для корректной работы некоторых типов реле необходима настройка, в ходе которой устанавливаются оптимальные параметры для работы реле: задержка активации, ток сработки, перезагрузка и т. д.

Основные виды и принцип работы реле времени

Принцип работы и схема подключения теплового реле

Что такое контактор: назначение, принцип работы, виды, схемы подключения

Для чего нужен магнитный пускатель и как его подключить

Что такое импульсное реле — схема подключения для управления освещением

Что такое электроконтактный манометр, назначение, принцип работы, схема подключения и обзор популярных моделей

Как устроено электромагнитное реле?

Электромагнитное реле — это электромеханическая система, состоящая, в самом простом случае, из катушки с проводом (обмотки), помещенной на металлический сердечник и подвижной части (якоря), соединенного с пружинящими контактными пластинами. Работа его  основана на принципе электромагнитной индукции.

При подаче напряжения на обмотку по ней протекает ток, возникает электромагнитная индукция, намагничивающая сердечник из магнитомягкого материала.

Магнитомягкий материал представляет собой специальный сплав на основе железа, который быстро намагничивается и быстро теряет намагниченность при исчезновении электромагнитного поля.

При определённой величине тока в обмотке сила притяжения сердечника превышает силу упругости пружины якоря — и якорь притягивается к сердечнику.

С якорем соединены механические элементы с гибкими контактами, которые при притяжения якоря к сердечнику замыкаются или размыкаются, в зависимости от конкретной конструкции.

Одно реле может иметь несколько групп контактов.

Для уменьшения переходного сопротивления рабочие части контактов покрывают благородными металлами (золото, палладий) или сплавами на основе серебра, кадмия и других металлов. Вид покрытия контактов влияет на стоимость реле в целом.

Для защиты обмотки и контактов от внешних воздействий вся конструкция очень часто помещается в закрытый корпус. На корпус наносится маркировка.

Практическое использование

Нюанс применения реле максимального тока среди остальных устройств защиты — возможность ручной установки параметров по максимальным и минимальным лимитам тока в исходящей линии, превышение которых приводит к ее блокировке. Особенно важными эти аппараты становятся в случаях, когда сама нагрузка периодически возрастает до больших рабочих величин, например, в случаях электродвигателей. Их запуск — это быстрое, но плавное повышение потребления с последующим снижением до нормативов мощности. Автомат защиты должен определять названый фактор не выключаясь, при этом реагировать на короткие замыкания. Последние похожи на устройства, срабатывающие по повышению сопротивления линии, куда начинает в больших количествах течь электроэнергия. Разница заключается только в моменте усиления нагрузки. Он не плавен, как в случае электромотора, а пилообразен. То есть, резко увеличивается до максимума и не уменьшается со временем.

Хорошо видны регуляторы пиковой мощности и установки пауз на включение и отключение:

Еще одно преимущество применения реле тока — наличие среди настроек задания паузы включения. Дело в том, что в момент присоединения какой-либо нагрузки к линии происходит скачок потребления. Автомат должен не сразу отключить питание, а подождать определенный промежуток времени с целью проверки последующей нормализации характеристик потребления. И уже в том случае, если сопротивление нагрузки остается высоким — отключить подачу электроэнергии.

Между разрывом прохождения тока и его возобновлением должна быть пауза, иначе клиентское устройство может выйти из строя. Особенно это касается трансформаторной техники и электромоторов. То есть, всего оборудования, где присутствует обмотка возбуждения.

Электрическое реле, устройство, принцип работы, разновидности и особенности применения

Современная электротехника использует огромное количество различных устройств, приспособлений и приборов, при помощи которых удается успешно решать те или иные технологические задачи, повышать комфорт эксплуатации электросетей в целом, а также отдельных участков цепи.

Одним из таких видов устройств, получивших наибольшее распространение в самых разных отраслях и сферах деятельности, является реле. Фактически изделие представляет собой специальный выключатель, при помощи которого можно в требуемый момент времени произвести включение или выключение определенного участка сети (электрической цепи), что позволит вносить определенны изменения в заданные постоянные входные величины, как электрически, та к и неэлектрические.

Существует огромное количество различных типов реле, которые отличаются не только по размерам и внешнему виду, но и по типу управляющего сигнала, исполнению и иным параметрам. На практике самое большое распространение получили электромагнитные реле.

Конечно, просто так понять, для чего необходимо реле и как оно работает достаточно сложно. Тем более, что работа таких устройств сопряжена с повышенной опасностью для жизни и здоровья людей. Дело в том, что электромагнитное реле используется в процессе передачи достаточно больших токов нагрузки. Соответственно, у тех людей, которые используют либо обслуживают линии, оборудование или агрегаты, в комплект которых входят различные реле, подвергаются риску поражения электрическим током. Так что вопросы оказания первой помощи при поражении электрическим током являются одними из важнейших на производстве.

Обозначение реле схемах

Теперь давайте перейдем к практике и посмотрим, как электромагнитные реле обозначаются в схемах.

В отечественной технической литературе обмотка реле обозначается прямоугольником, контакты —  соединенными или разъединенными короткими отрезками линий. Если реле имеет две обмотки, то в прямоугольнике изображаются две косые линии. Герконовые контакты обводят кружком, символизирующим капсулу, в которую они помещены. Возле обмотки реле наносится его порядковый номер в схеме (К1, К2, К3 и т.д.)

Изображения контактов реле могут располагаться как вблизи от изображения обмотки, так и в других  местах схемы. Чтобы не было путаницы, контакты реле также обозначают буквенно-цифровыми символами. Если есть несколько реле, обозначенных как К1, К2, К3, то контакты обозначают, соответственно, К1.1, К2.1, К3.1 и т.д.

Если у какого-то реле несколько групп контактов, то изменяется последняя цифра – К1.1, К1.2, К1.3 и т.д.

В иностранной технической литературе обмотка реле может обозначаться как катушка индуктивности (чем она по факту и является) с буквенным обозначением RY, Relay.

Тестирование контактных групп

На последок не помешает прозвонить контактную группу. Разбираясь, для чего нужно реле, становится понятно, что это – электромеханический переключатель. При подаче тока, он замыкает два контакта и передает ток дальше. Выглядит это так.

Можно понять, что при разомкнутом положении, когда ток на реле не подается, контакты не должны между собой коротить в принципе. Когда электричество поступает наоборот, площадки соединяются между собой. Это и отражает диодная прозвонка.

Действуйте так:

1. Щупами коснитесь пары. Устанавливать их нужно так же, как и раньше.
2. Без подачи напряжения, тестер не должен издавать звуков в режиме прозвонки.
3. Затем подайте напряжение и смотрите на прибор. Во-первых, должен появиться характерный громкий писк. Во-вторых, на экране забегают цифры.

Имейте в виду, что биперы могут ломаться. Поэтому до того, как прозвонить пятиконтактное реле – проверьте их. Можно просто коснуться щупами жала отвертки или закоротить их.

РАЗНОВИДНОСТИ ИСПОЛНЕНИЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ РЕЛЕЙНЫХ УСТРОЙСТВ

Для адаптации релейных переключателей к различным схемам, выпускаются устройства с катушками, рассчитанными на различные уровни напряжения и род тока. В зависимости от типа установленной электромагнитной системы, релейные коммутаторы работают в цепях постоянного или переменного тока.

Электромагнитные реле постоянного тока широко используются в электрических схемах транспортных средств, бортовое питание которых осуществляется от источников постоянного тока — аккумуляторов и генераторов постоянного тока.

Постоянное напряжение имеют оперативные цепи устройств защит и автоматики электрических станций и подстанций. Источником их питания служат батареи стационарных аккумуляторов.

Это создаёт независимость электропитания важнейших устройств от источников переменного тока. В качестве коммутационной аппаратуры в оперативных цепях используются электромагнитные реле на 220 В постоянного тока.

В сетях промышленного напряжения применяют электромагнитные реле переменного тока.

Рассматривая разновидности релейных приборов нельзя не упомянуть об устройствах, являющихся основой защит по току и напряжению и играющих в них роль реагирующих органов.

Реагирующие органы токовых защит, являющиеся электромагнитными токовыми реле, срабатывают при протекании по катушке определённой настраиваемой величины тока. Защиты по напряжению (максимальные или минимальные) срабатывают при увеличении напряжения, приложенного к катушке или его уменьшении до определённой величины.

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.

Описание

В отличие от электромеханических реле (EMR), которые используют катушки, магнитные поля, пружины и механические контакты для управления и переключения питания, твердотельное реле или SSR не имеет движущихся частей, но вместо этого использует электрические и оптические свойства полупроводниковых полупроводников, выполняет его вход в функции изоляции и переключения выхода.

Как и обычные электромеханические реле, твердотельные реле обеспечивают полную электрическую изоляцию между их входными и выходными контактами, а его выход действует как обычный электрический переключатель в том смысле, что он имеет очень высокое, почти бесконечное сопротивление в непроводящем (разомкнутом) и очень низком сопротивлении при проведении. Твердотельные реле могут быть предназначены для переключения как переменного, так и постоянного тока с помощью SCR, триак или переключающего транзисторного выхода вместо обычных механических нормально разомкнутых контактов. Купить твердотельное реле на Алиэкспресс:

В то время как твердотельное реле и электромеханическое реле в основном схожи в том, что их низковольтный вход электрически изолирован от выхода, который переключает и контролирует нагрузку, электромеханические реле имеют ограниченный жизненный цикл контакта, могут занимать много места и имеют более низкие скорости переключения, особенно большие силовые реле и контакторы. Твердотельные реле не имеют таких ограничений.

Таким образом, основные преимущества твердотельных реле по сравнению с обычными электромеханическими реле состоят в том, что у них нет движущихся частей, изнашиваемых, и, следовательно, нет проблем с отскоком контактов, они могут переключать «ВКЛ» и «ВЫКЛ» гораздо быстрее, чем механические реле может двигаться, а также включаться при нулевом напряжении и отключаться при нулевом токе, что устраняет электрические помехи и переходные процессы.

Полупроводниковые реле можно купить в стандартных готовых комплектах, от нескольких вольт или ампер до многих сотен вольт и ампер выходной коммутационной способности. Однако твердотельные реле с очень высоким номинальным током (плюс 150 А) все еще слишком дороги для покупки из-за их требований к силовым полупроводникам и теплоотдаче, и, как таковые, все еще используются более дешевые электромеханические контакторы.

Подобно электромеханическому реле, небольшое входное напряжение, обычно от 3 до 32 вольт постоянного тока, может использоваться для управления очень большим выходным напряжением или током, например 240В, 10А. Это делает их идеальными для взаимодействия микроконтроллеров, PIC и Arduino, так как слаботочный 5-вольтный сигнал, скажем, от микроконтроллера или логического вентиля, может использоваться для управления конкретной нагрузкой цепи, и это достигается с помощью опто-изолятора.

Как обозначается реле на схеме

Для проведения ремонта оборудования, в котором установлено коммутационное устройство, следует знать, как оно выглядит на схеме.

Итак, обмотка катушки на схеме представляет собой прямоугольник, от которого выходят контакты: А1 и А2. Само реле подписывается буквой К.

Поляризованное реле на схеме также представляет собой прямоугольник, только с большой черной точкой, на одном из контактов. Такое реле обозначается буквой Р.

Это основные обозначения устройства на схеме. Для более подробного ознакомления с другими видами изображений можно ознакомиться в справочнике по электронике.

Бистабильное и моностабильное

Бистабильные реле становятся дешевле и доступнее, но многие разработчики пока не обращают на них внимания. В схемах с питанием от сети энергоэффективность не очень важна, но где требуется экономия энергии, они могут оказаться большим подспорьем. Для удержания якоря в одном положении не требуется приложения энергии. Потребление тока происходит при переключении контактов, которое длится несколько десятков миллисекунд, после чего его источник может быть отключен. Устройство будет оставаться в устойчивом состоянии столько, сколько надо, отсюда и название.

Типичные реле имеют только одно стабильное положение, а поддержание другого требует непрерывного протекания тока через катушку.

Бистабильные реле доступны как реле малой мощности, так и средней, для переключения устройств с питанием от сети с потреблением тока в несколько ампер. Практически каждая крупная компания занимающаяся производством реле, имеет их в своем предложении, поэтому выбор действительно велик.

Основной принцип работы

Чтобы понять, для чего нужно реле, необходимо разобраться с устройством такого изделия, его конструктивными особенностями. Очевидно, что электрическое реле используется как элемент аппаратуры управления, специальный выключатель. Основное предназначение – обеспечение коммутации больших токов нагрузки. Таким образом. Резюмируем: реле, используя для подачи команды малые токи (например – момент нажатия кнопки на панели управления), обеспечивается эффективное и безопасное управление, включение/выключение цепей с большим током. Практически каждый человек в своей жизни использовать такое реле. Например, при включении электрической кофеварки, когда после нажатия кнопки или включения переключателя, на исполнительное устройство подается напряжение бытовой сети 220В и агрегат начинает работать.

Схема устройства электромагнитного реле

Схема устройства реле такова. Подвижный стальной якорь находится внутри статичной катушки индуктивности, при подаче напряжения на которую возникает электромагнитное поле, притягивающее якорь. Различной электроникой или механикой регулируется частота и продолжительность подачи напряжения на обмотку. Частота импульсов составляет до 3600 в час.

Более старое устройство мгновенного действия

Структура электромагнитного реле делится на три составных элемента:

1. Первичный. Преобразует импульс, поступающий с системы управления в электромагнитную силу. Иными словами – обмотка катушки индуктивности.
2. Промежуточный. Состоит из различных деталей. Его задача – приведение в работу самого исполнительного механизма. Проще говоря – это якорь или иной подвижный элемент, оснащенный возвратной пружиной и контактами.
3. Исполнительный. Выполняет работу по передаче воздействия на силовое оборудование. Эту роль играет контактная группа силовой части.

Такие устройства устанавливаются вместе с остальной автоматикой в распределительном щите

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.

Выводы

1. Электромагнитные реле не уйдут с рынка электронных компонентов ещё много лет, несмотря на прогресс и миниатюризацию деталей. Напротив, производители продолжают развивать и инвестировать в эту технологию, о чем свидетельствует спектр доступных реле на рынке.
2. Бистабильные реле становятся все более популярными. Цена у них доступная, что побуждает к внедрению. Акцент на сокращении потребления электроэнергии электронными схемами, вероятно, подтолкнет проектировщиков внимательнее присмотреться к этой архитектуре, особенно там, где автономное питание.

Используйте реле по назначению, соблюдая естественно требование максимального коммутируемого тока, и они будут служить долго и безотказно.