Что такое реле: устройство, виды, характеристики, производители

Основные параметры электромагнитных реле.

Основными параметрами, определяющими нормальную работоспособность реле и характеризующие эксплуатационные возможности, являются: 1. Чувствительность. 2. Ток (напряжение) срабатывания. 3. Ток (напряжение) отпускания. 4. Ток (напряжение) удержания. 5. Коэффициент запаса. 6. Рабочий ток (напряжение). 7. Сопротивление обмотки. 8. Коммутационная способность. 9. Износостойкость и количество коммутаций. 10. Количество контактных групп. 11. Временны́е параметры: время срабатывания, время отпускания, время дребезга контактов. 12. Вид нагрузки. 13. Частота коммутаций. 14. Электрическая изоляция.

Все эти параметры подробно приводятся в технических условиях (ТУ), справочниках или в руководствах по применению реле. Однако мы рассмотрим лишь некоторые из них, которыми, как правило, пользуются при повторении радиолюбительских конструкций.

1. Чувствительность реле определяется минимальной мощностью тока, подаваемой в обмотку реле и достаточной для приведения в движение якоря и переключения контактов. Чувствительность различных реле неодинаковая и зависит от конструкции реле и намоточных данных катушки. Чем меньше электрическая мощность тока, необходимая для срабатывания реле, тем реле чувствительнее. Как правило, обмотка более чувствительного реле содержит бо́льшее число витков и имеет бо́льшее сопротивление.

Однако в технической документации параметр чувствительность не указывается, а определяется как мощность срабатывания (Рср) и вычисляется из сопротивления обмотки и тока (напряжения) срабатывания:

2. Ток (напряжение) срабатывания определяет чувствительность реле при питании обмотки минимальным током или напряжением, при котором реле должно четко сработать и переключить контакты. А для их удержания в сработанном положении на обмотку подаются рабочие значения тока или напряжения.

Ток или напряжение срабатывания указывается в технической документации для нормальных условий и является контрольным параметром для проверки реле при их изготовлении и не является рабочим параметром.

3. Ток (напряжение) отпускания приводится в технической документации для нормальных условий и не является рабочим параметром. Отпускание реле (возвращение контактов в исходное состояние) происходит при снижении тока или напряжения в обмотке до значения, при котором якорь и контакты возвращаются в исходное положение.

4. Рабочий ток (напряжение) обмотки указывается в виде номинального значения с двухсторонними допусками, в пределах которых гарантируется работоспособность реле.

Верхнее значение рабочего тока или напряжения ограничивается в основном температурой нагрева провода обмотки, а нижнее значение определяется надежностью работы реле при снижении напряжения источника питания. При подаче на обмотку реле тока или напряжения в указанных пределах реле должно четко срабатывать.

5. Коммутационная способность контактов реле характеризуется величиной мощности, коммутируемой контактами. В технической документации коммутируемая мощность указывается верхним и нижним диапазоном коммутируемых токов и напряжений, в пределах которых гарантируется определенное число коммутаций (срабатываний).

Нижний предел токов и напряжений, коммутируемых контактами, ограничивается величиной переходного сопротивления материала, из которого выполнены контакты. Для большинства промежуточных электромагнитных реле нижним пределом является нагрузка контактов током 10 – 50 мкА при напряжении на контактах 10 – 50 мВ.

Верхним пределом токов и напряжений является нагрузка контактов максимальным коммутирующим током, предусмотренным в технической документации. Верхний предел ограничивается температурой нагрева контактов, при которой снижается механическая прочность контактных материалов, что может привести к нарушению рабочей поверхности.

Варианты управления мощностью в нагрузке

Сегодня выделяется два основных варианта управления мощностью. Рассмотрим каждый и них подробнее:

ФАЗОВОЕ УПРАВЛЕНИЕ. Здесь выходной сигнал по I в нагрузке имеет вид синусоиды. Выходное напряжение устанавливается на уровне 10, 50 и 90 процентов. Преимущества такой схемы очевидны — плавность сигнала на выходе, возможность подключения разных типов нагрузки. Минус — наличие помех в процессе переключения.
УПРАВЛЕНИЕ С КОММУТАЦИЕЙ (В ПРОЦЕССЕ ПЕРЕХОДА ЧЕРЕЗ НОЛЬ). Плюс метода управления в том, что в процессе работы твердотельного реле не создаются помехи, мешающие третьей гармонике в процессе включения. Из недостатков — ограниченность применения. Такая схема управления подходит для емкостной и резистивной нагрузки. Использование ее с высокоиндуктивной нагрузкой не рекомендуется.

Несмотря на более высокую цену, твердотельные реле постепенно вытеснят стандартные устройства с контактами. Это объясняется их надежностью, отсутствием шума, легкостью обслуживания и продолжительным сроком службы.

Имеющие недостатки не оказывают негативного влияния, если правильно подойти к выбору и установке прибора.

Релейные элементы

Релейный элемент — минимальная совокупность деталей и связей между ними, имеющая релейную характеристику, то есть скачкообразно изменяющаяся при поступлении фиксированных воздействий на вход, воздействие на выходах, переходя от одного фиксированного воздействия к другому. У релейных многопозиционных элементов воспринимающие или исполнительные органы могут находиться более чем в двух состояниях. Примером такого устройства может служить шаговый искатель.

Релейные элементы характеризуются параметрами, относящиеся к входным и выходным воздействиям:

Петля гистерезиса

срабатывание — минимальное значение воздействия (на входе) при таком его возрастании, что релейный элемент изменяет свое состояние и одновременно воздействует на выходе в соответствии с релейной характеристикой;

отпускание — минимальное значение воздействия на входе при таком его уменьшении, что релейный элемент возвращается в свое первоначальное состояние.

В связи с не идеальностью релейной характеристики эти величины обычно не совпадают друг с другом (гистерезис). В ряде случаев релейный элемент может обладать свойствами фиксации, то есть оставаться в занятом им состоянии и после снятия воздействия на входе. В этом случае релейный элемент возвращается в первоначальное состояние обычно после подачи воздействия на другой его вход (или воздействие противоположного знака воздействия на тот же вход). Максимальное значение такого воздействия при его возрастании, вызывающее возвращение релейного элемента в первоначальное состояние, называется параметром возврата. Отношение параметра отпускания к параметру срабатывания называется коэффициентом отпускания. Характеристикой релейного элемента служит так же его быстродействие, определяемое временем срабатывания и временем отпускания или возврата. В ряде случаев важными характеристиками релейного элемента являются: потребление энергии, вес, занимаемый объём и т. п.

По виду физических явлений, используемых для действия релейных элементов, они делятся на механические и электрические. Которые в свою очередь могут быть контактные и бесконтактные.

Независимо от типа реле свойственно два положения: при отсутствии напряжения на катушке — невозбужденное состояние, а при подаче напряжения — возбужденное состояние. При переходе из состояния в состояние происходит явление переброса, т.е. изменения положения контактных групп.

Электрический

Основная статья: Электромагнитное реле

Чаще всего под термином «реле» подразумевается электрический релейный элемент — релейный элемент, действие которого основано на явлениях, вызванных протеканием электрического тока, изменением электрического поля или явлениями, связанными с электрической проводимостью. В рамках системы стандартизации термин «электрическое реле» используется исключительно для реле, выполняющего только одну операцию преобразования между его входными и выходными цепями.

Что такое контакты

Применительно к реле, это вопрос не праздный, как может показаться. Дело в том, что в этом случае имеются в виду не только механические контакты, которые переключаются внутри устройства. Когда говорят о реле, подразумевают все выводы, находящиеся на его корпусе. Разделить их можно на два вида:

Контакты обмотки. Иногда на реле их может быть больше двух.
Коммутируемые.

Чтобы избежать путаницы, эти выводы часто называют контактами подключения реле. Иногда их количество может достигать 10. При этом из-за отсутствия стандартизации не всегда понятно, куда какую цепь подключать. Разобраться поможет распиновка контактов реле, которая почти всегда нанесена на его корпус. Если нет – придется искать описание. Контакты обмотки подключены непосредственно к ее выводам. На них подается напряжение, от которого срабатывает реле. Обмоток может быть несколько и у каждой будет своя пара контактов. Иногда катушки могут быть соединены между собой проводниками, если необходимо обеспечить определенный алгоритм их срабатывания.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ

Неизменной составной частью реле являются, как мы выяснили, контакты.

Основными их электрическими характеристиками являются коммутируемые напряжения и ток. Кроме того, критичным может оказаться время переключения – реле устройство достаточно инерционное, причем за счет нескольких конструктивных особенностей:

Электромагнит, являясь катушкой индуктивности, при подаче тока оказывает сопротивление его резкому нарастанию. Соответственно магнитное поле тоже запаздывает и обеспечивает нужное усилие притяжения якоря с задержкой. Контактная группа и якорь, имея определенную массу тоже инертны и вносят свой вклад в формирование задержки срабатывания.

Кстати, здесь еще не упоминалось герконовое реле, по сути тоже являющееся электромагнитным. Но разница в том, что сердечника оно не имеет. Магнитное поле воздействует непосредственно на контактные пластины, помещенные в вакуумную трубку.

За счет этого достигается высокое быстродействие. Но минус есть – низкие коммутируемые мощности. Больших токов геркон не потянет.

Это основное что касается контактов. Переходим к катушке управления.

Как уже говорилось, она может быть рассчитана на работу в цепях переменного и постоянного тока. Кроме того, катушка тоже имеет свои рабочие ток и напряжение, причем параметры эти могут значительно различаться в зависимости от типа реле. Очевидно, чем мощнее контактная группа, тем она массивней и тем большая мощность требуется для управления ею.

Вкратце это основные параметры, на которые нужно обращать внимание при выборе коммутационных изделий типа реле.

Но есть еще несколько моментов:

степень защиты от внешних воздействий (пыли, влаги и пр.);
исполнение, определяющее безопасность применения во взрывоопасных зонах.

Кроме того, некторые типы, например с открытыми контактами, при эксплуатации в сетях с напряжением 220 В без дополнительной защиты могут представлять опасность с точки зрения поражения электрическим током.

* * *

Где используется и как выбрать электромагнитное реле

Сложно в это поверить, но самое простое реле стало причиной быстрого развития компьютеров и компьютерной техники и вот почему: в нем бывает два состояния вкл/выкл, а именно эти два состояния схожи с двоичным кодом транзисторов процессора.

Также это простое устройство нашло широкое применение в промышленности, в транспорте, в бытовом оборудовании, энергетики, космонавтике, медицине и.т.д. С ним мы сталкиваемся ежедневно, но не замечаем этого. Например, в ИБП или стабилизаторе напряжения, мгновенно реагирующим на перепады напряжения.

Справочник по слаботочным электрическим реле 3-е издание – скачать

Материал коммутируемых контактов

Срок службы некоторых реле составляет десятки лет. При этом все его детали испытывают большие нагрузки, особенно контакты. Во-первых, они испытывают механические воздействия, связанные с перемещением якоря. Во-вторых, на них негативно влияют большие токи нагрузки. Поэтому контакты реле должны соответствовать следующим требованиям:

Высокая электропроводность. Обеспечивает малое падение напряжения.
Хорошие антикоррозийные качества.
Высокая температура плавления.
Малая эрозия. Контакты должны быть стойки к переносу металла, который неизбежен при постоянном замыкании и размыкании.

Все перечисленные качества напрямую зависят от используемого материала. Рассмотрим основные металлы, используемые для изготовления реле:

Медь полностью отвечает выдвигаемым требованиям, за исключением стойкости к коррозии. Поэтому часто используется в контактах реле с герметичным корпусом. Кроме того, медь обладает еще одним плюсом – относительно низкой стоимостью, по сравнению с другими металлами. Единственным ее недостатком является склонность к окислению при длительной работе. Поэтому используется она там, где предусмотрен кратковременный режим работы, например, в контактах реле поворотов.
Серебро обладает отличной проводимостью и износоустойчивостью. Не вызывает искрения при коммутации индуктивной нагрузки. При этом серебряные контакты не обладают достаточной дугостойкостью, поэтому не могут использоваться для управления нагрузками значительной мощности. Кроме того, у них достаточно высокая стоимость. Поэтому контакты имеют комбинированную конструкцию – медь с напылением серебра.
Вольфрам обладает большой износоустойчивостью и стойкостью к высокой температуре. Изготовленные из него контакты способны коммутировать очень высокие токи (десятки ампер).

Кроме материала, контакты реле различаются по способу коммутации.

Назначение и принцип работы реле дифференциальной защиты

Иногда может случиться удар током в результате самых разнообразных причин, начиная от ситуации, когда маленький ребенок из любопытности засунет спицу в розетку и заканчивая неисправностью эксплуатируемого электроприбора, попаданием воды и так далее.

Как минимум – это легкий испуг и удар током, но может и не так просто все обойтись. Даже самая современная электросеть с лучшей защитой от поражения током не исключает вероятность такового, если в ней нет дифференциального реле (сокращенно — дифреле).

Посему, для того, чтобы обезопасить себя и сожителей (особенно если есть дети) от возможности поражения током, был разработан соответствующий тип реле, который среагирует и разомкнет цепь, а также его модификация – УЗО (устройство защитного отключения).

Принцип работы дифференциального автомата заключается в отслеживании утечки тока, которое возникает при некачественной изоляции провода или в результате удара человека электрическим током.

Дело в том, что ток движется по контуру цепи от фазного провода (от большего потенциала) в нулевой провод (к меньшему потенциалу), таким образом, на всех участках цепи имеется равное значение тока. Однако при ударе током или утечке часть тока от фазы уходит в заземление, из-за чего в нулевой проводник не доходит все количество тока, которое отдает проводник фазы.

В этот момент в трансформаторе дифавтомата (через замкнутый сердечник которого проходят оба проводника) нарушается баланс электромагнитных полей, что делает разницу потенциалов на его выходе достаточной для срабатывания реле, которое мигом размыкает электрическую цепь.

Схема подключения дифференциального автомата такова, что вмещает в себе автоматический выключатель, который управляет фазой на участке перед дифреле.

При этом, как видим, нулевой проводник сразу после выхода из дифреле/дифференциального выключателя разветвляется шиной, при этом он не контролируется автоматическим выключателем на входе, как фазный проводник.

Выбор твердотельного реле

При покупке ТТР стоит учесть ряд особенностей устройства, что поможет сделать правильный выбор. Для сравнения классические устройства способны выдерживать перегрузки, возникающие на небольшое время и не превышающие полутора или двукратного номинального тока.

Если правильно подойти к вопросу эксплуатации, хватит обычной чистки контактов.

В случае с твердотельными реле ситуация обстоит хуже. Если номинальный параметр тока превышен в 1,5 и более раз, прибор можно выбросить. Вот почему при выборе ТТР для питания активной нагрузки стоит брать запас по току в два-четыре крата.

Если изделие планируется применять в цепи пуска АД, этот показатель стоит увеличить в шесть-десять раз. При таком подходе придется переплатить, но зато повышается срок службы подключенного прибора и надежность его работы.

Критерии выбора

Современный рынок снабжен большим выбором токового реле от различных производителей. Выбирая данный товар необходимо ориентироваться на техническое задание, то есть для чего приобретается прибор.

Реле максимального тока

Учитывается показатель токовой нагрузки, а также способы крепления. Существуют модели, которые имеют несколько вариаций крепежа: на дин-рейку в электрических шкафах или просто на поверхность стены.Также в продаже имеются товары, которые обладают рядом преимуществ:

наличие световой и звуковой индикации;
небольшие габариты;
наличие жидкокристаллического дисплея, способного выдавать цифровой результат показателей;
возможность выставления большого диапазона порогового значения.

Приобретая определенную модель необходимо обратить внимание на климатические условия, при которых сохраняется работоспособность устройства, а также уровень защищенности прибора. Стоит учитывать технические характеристики, коими обладают данные приспособления: показатель тока; наличие управления некоторыми характеристиками; номинальный ток нагрузки; правила эксплуатации; временная задержка

Стоит учитывать технические характеристики, коими обладают данные приспособления: показатель тока; наличие управления некоторыми характеристиками; номинальный ток нагрузки; правила эксплуатации; временная задержка.

Одновременно с этим стоит обратить внимание на герметичность прибора, которое исключает попадание воды, устойчивость к коррозии и влияние химических веществ, а также механического воздействия. Заявленный производителями гарантийный срок может говорить о надежности прибора

Современные устройства отличаются большим диапазоном настройки, удобством в использовании.

Основные технические характеристики реле

Основные характеристики релейного соединения – зависимость между входными и выходными значениями.

Основные показатели:

время срабатывания – отклик от момента подачи сигнала до начала действия;
управляемая мощность, которой могут управлять контакты соединения при отклике цепи;
мощность срабатывания –наименьший показатель, который требуется для начала срабатывания:
величина тока срабатывания;
сопротивление обмотки катушки;
частота коммутаций под нагрузкой – режим отклика релейного соединения.

Обозначение	Наименование показателя	Описание
Хср	Показатель срабатывания	Величина, при которой происходит срабатывание якоря (воздействующая величина)
Хотп	Показатель отпуска	Противоположный параметр, при котором якорь отпадает (воздействующая величина)
Кв	Коэффициент возврата	Отношение значения отпуска к значению срабатывания Кв = Хотп / Хср
Хр	Рабочее значение воздействующего показателя	Максимальное значение величины воздействия, при которой воспринимающий элемент может находиться без разрушений и перегрева выше допустимого температурного режима
Кз	Коэффициент запаса (по срабатыванию)	Кз = Хр / Хср> 1

Промежуточные реле входят в состав категории электромагнитных реле управления и относятся к логическим или вспомогательным реле.

Их непосредственная функция заключается в связи между различными составляющими элементами релейной защиты. Они используются для передачи и усиления сигналов от других видов реле к устройствам постоянного или переменного тока. Промежуточные реле передают действие от измерительных реле к коммутирующему выключателю для отключения, действующего электропривода в момент опасного режима работы или производства планового выключения.

Особенности конструкции промежуточных реле

Конструкция промежуточного реле включает в свой состав электромагнит и приставку времени на полупроводниках. Управление выдержки времени достигается ха счет поворота резистора против часовой стрелки – оно снижается. Поворот резистора по часовой стрелке служит для повышения величины времени.

Рис. № 1.Общий внешний вид и схема промежуточных реле РП-23, Рп-232, РП-233

Сердечник (1) реле изготовлен из шихтованного металла, этим достигается замедление и снятие эффекта вихревых токов.
Для предотвращения залипания якоря (2) во время остаточного намагничивания в специальном вырезе полюса электромагнита прессуется немагнитная пластина (9).
Для увеличения вибростойкости реле, используется противодействующая пластина. В наличии должен быть обязательно уравновешивающий груз, который устанавливается на окончании якоря.
Бронзовые пружины (12) с серебряными контактами для повышения надежности на свободных концах разрезаются по вдоль оси. Кроме этого, наличие бронзовых пружин снижает вибрацию при замыкании контактной группы.
Зазор, который есть между сердечником и якорем обуславливает напряжение срабатывания устройства.
Натяжение возврата зависит от высоты немагнитной пластины и ее расположением над плоскостью переднего полюса шихтованного сердечника.

Рис. №2. Общий вид промежуточного реле РП-25.

1- шихтованный магнитопровод; 2 — катушка; 3 — якорь, 4 – контакты неподвижные; 5 – подвижные контакты; 6 – возвратная пружина; 7 – скоба направляющая; 8 – пластина; 9 – цоколь; 10 – хвостовик скобы якоря; 11 – короткозамкнутый виток, служит для снижения вибрации; 12 – бронзовая, фиксирующая положение, пластина; 13 – упорная колодка для подвижной контактной группы; 14 – верхняя колодка для неподвижной контактной группы.

Недостатки промежуточных реле

Пробивное напряжение ее превышает 220В, переходное сопротивление выше 1 кОм. Со временем, например, через полгода, воздействие воздуха повышает сопротивление почти в 100 раз. Повысить устойчивость контактов может чистое золото или сплав золота и никеля.

Платиновые контакты устойчивы при вредном воздействии в атмосфере сернистых газов, но отличаются неустойчивостью в парах органических веществ.

Серебро неустойчиво при воздействии сернистых газов. Избежать отказов возможно при меньшем значении коммутирующего тока.

Повышается надежность контактов при помощи регулярного обслуживания реле, протиранием контактов, также надежность увеличивается при сильном нажатии на контактную группу.

Главной причиной, вследствие, которой происходит разрушение контактной системы, служит явление электрических разрядов, появляющихся в процессе размыкания и замыкания цепей. При ослабленном контакте появляется нагрев, при которой происходит снижение механической надежности и снижение прочностных характеристик материала контактных групп и самих контактов. Относительно стабильное действие контактов обуславливается большим давлением на группу контактов.
Для увеличения степени надежности используют параллельное и последовательное срабатывание контактных групп. При последовательном срабатывании контакты может разорвать, возникший большой ток. Параллельное подключение контактов увеличивает степень надежности замыкания цепи

Контакты реле.

В зависимости от конструктивных особенностей контакты промежуточных реле бывают нормально разомкнутые (замыкающие), нормально замкнутые (размыкающие) или перекидные.

3.1. Нормально разомкнутые контакты.

Пока напряжение питания не подано на катушку реле, его нормально разомкнутые контакты всегда разомкнуты. При подаче напряжения реле срабатывает и его контакты замыкаются, замыкая электрическую цепь. На рисунках ниже показана работа нормально разомкнутого контакта.

3.2. Нормально замкнутые контакты.

Нормально замкнутые контакты работают наоборот: пока реле обесточено, они всегда замкнуты. При подаче напряжения реле срабатывает и его контакты размыкаются, размыкая электрическую цепь. На рисунках показана работа нормально разомкнутого контакта.

3.3. Перекидные контакты.

У перекидных контактов при обесточенной катушке средний контакт, закрепленный на якоре, является общим и замкнут с одним из неподвижных контактами. При срабатывании реле средний контакт вместе с якорем перемещается в сторону другого неподвижного контакта и замыкается с ним, одновременно разрывая связь с первым неподвижным контактом. На рисунках ниже показана работа перекидного контакта.

Многие реле имеют не одну, а несколько контактных групп, что позволяет осуществлять управление несколькими электрическими цепями одновременно.

К контактам промежуточных реле предъявляются особые требования. Они должны иметь малое переходное сопротивление, большую износоустойчивость, малую склонность к привариванию, высокую электропроводность и большой срок службы.

В процессе работы контакты своими токоведущими поверхностями прижимаются друг к другу с определенным усилием, создаваемым возвратной пружиной. Токоведущая поверхность контакта, соприкасающаяся с токоведущей поверхностью другого контакта называется контактной поверхностью, а место перехода тока из одной контактной поверхности в другую называется электрическим контактом.

Соприкосновение двух поверхностей происходит не по всей кажущейся площади, а лишь отдельными площадками, так как даже при самой тщательной обработке контактной поверхности на ней все равно будут оставаться микроскопические бугорки и шероховатости. Поэтому общая площадь соприкосновения будет зависеть от материала, качества обработки контактных поверхностей и усилия сжатия. На рисунке показаны контактные поверхности верхнего и нижнего контактов в сильно увеличенном виде.

В месте перехода тока с одного контакта в другой возникает электрическое сопротивление, которое называется переходным сопротивлением контакта. На величину переходного сопротивления существенное влияние оказывает величина контактного нажатия, а также сопротивление окисных и сульфидных пленок, покрывающих контакты, так как они являются плохими проводниками.

В процессе длительной работы поверхности контактов изнашиваются и могут покрываться налетами копоти, окисными пленками, пылью, непроводящими частицами. Также износ контактов может быть вызван механическими, химическими и электрическими факторами.

Механический износ происходит при скольжении и ударах контактных поверхностей. Однако главной причиной разрушения контактов являются электрические разряды, возникающие при размыкании и замыкании цепей в особенности цепей постоянного тока с индуктивной нагрузкой. В момент размыкания и замыкания на контактных поверхностях происходят явления плавления, испарения и размягчения контактного материала, а также перенос металла с одного контакта на другой.

В качестве материалов для контактов реле применяют серебро, сплавы твердых и тугоплавких металлов (вольфрам, рений, молибден) и металлокерамические композиции. Наибольшее применение получило серебро, обладающее малым контактным сопротивлением, высокой электропроводностью, хорошими технологическими свойствами и относительно невысокой стоимостью.

Следует помнить, что абсолютно надежных контактов нет, поэтому для повышения их надежности применяют параллельное и последовательное включение контактов: при последовательном включении контакты могут разорвать большой ток, а параллельное включение повышает надежность замыкания электрической цепи.