Реле переменного тока

Согласование тяговых и противодействующих характеристик

Электромагнитные реле благодаря простоте конструкции и надежности широко распространены в схемах электропривода и в схемах защиты энергосистем. Электромагнитные реле приводятся в действие с помощью электромагнитов   постоянного  или переменного тока. Рассмотрим работу максимального реле постоянного тока с простейшей магнитной системой клапанного типа. Противодействующие усилия создаются возвратной Pi и контактными Р2 пружинами. Усилие контактных пружин создает предварительное нажатие в момент соприкосновения контактов.

В результате уменьшается вибрация контактов при срабатывании и обеспечивается необходимое контактное нажатие. С учетом линейной зависимости силы пружины от ее деформации и относительно небольшого перемещения якоря противодействующее усилие пружин, приведенное к якорю, меняется линейно с изменением зазора. Для срабатывания реле необходимо, чтобы тяговая характеристика Рэ\ во всех точках хода якоря шла выше суммарной противодействующей характеристики Ра = Р\-\-Р2. Для токового реле при данном начальном зазоре бн положение Pai зависит от тока.   При ненасыщенной   магнитной системе тяговая сила пропорциональна квадрату тока.

Схема электромагнитного реле.

Наименьшее значение тока, при котором кривая P3i начинает проходить выше зависимости Рш определяет ток трогания /Тр реле. Срабатывание реле определяется точкой в (зазор б = бн), при которой Рэ] идет выше Рп. Для надежного включения в обмотку реле обычно подается ток /раб>/тр. Коэффициент запаса при этом £3 = /раб//ср и обычно составляет k3 — l,4. С ростом ki тяговая характеристика поднимается, увеличивается тяговое электромагнитное усилие, действующее на якорь, увеличивается ускорение якоря, сокращается полное время включения. Однако при этом возрастают удары в механизме и вибрация контактов. Для того чтобы устранить залипание якоря, в магнитной системе всегда создается конечный зазор бк. При этом . зазоре тяговое усилие значительно превышает противодействующее.

Для отключения реле тяговая характеристика Рт во . всех точках должна быть ниже характеристики Рп. При этом усилие, развиваемое противодействующими пружинами, больше электромагнитного усилия и якорь возвратится в начальное положение. Ток при таком положении характеристики называется током отпускания или током возврата. При отпускании реле определяющей точкой является точка б, в которой характеристика Ра идет ниже характеристики Рп. Для реле защиты энергосистем и электропривода, контролирующих значение тока в узких пределах, коэффициент возврата йв = /0тп//Ср должен быть возможно ближе к единице.

Электромагнитное реле.

Допустим, требуется реле, которое срабатывает при токе 100 А и отпускает при токе 99 А, т. е. £в = 0,99. В электромагнитных реле такой k5 получить трудно, и в этих случаях применяются электронные реле. Если реле применяется для защиты установки от чрезмерного понижения напряжения сети, то оно также должно иметь высокий kB. Например, если установка должна отключаться от сети при напряжении, равном 70 % Uhqm, то необходимо применить реле с kB = Q,7. Такой kB можно легко получить в электромагнитном реле переменного тока. Рассмотренное реле срабатывает при любом направлении тока в обмотке. Такие реле называются нейтральными.

Строение электромагнитного реле.

Поскольку всегда РПЗб>0, коэффициент возврата максимального реле kB<\. Для увеличения kB необходимо максимально сблизить тяговую и противодействующую характеристики с целью уменьшения РИЗб- В реле, как правило, основное противодействующее усилие создается возвратной пружиной. Усилие контактной пружины невелико, и при рассмотрении коэффициента возврата им можно пренебречь. Для получения высокого kB противодействующая характеристика должна быть такой же нелинейной, как и тяговая.

Для  максимального сближения тяговой и противодействующей характеристик последней можно придать нелинейный характер. Добиться этого удается ценой сложных конструктивных решений, снижающих надежность реле .(противодействующее усилие создается несколькими пружинами). Такие решения применяются редко. В простейшем случае и при одной пружине рекомендуется выбирать ее с наибольшей возможной жесткостью, чтобы   противодействующая   характеристика   совпадала с касательной, проведенной к тяговой характеристике при б = бн. В этом случае значение РИзб будет минимальным, а kB максимальным.

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.

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.

Для чего нужно реле: область применения

Реле получило широкое применение в промышленности. Его используют для автоматизации производственных процессов, а также для защиты электроустановок. На данный момент широко используются как электронные устройства под управлением микропроцессоров, так и аналоговые, рабочая схема которых состоит из резисторов, транзисторов, диодов и др. Область применения зависит от принципа действия реле и типа контролируемой величины:

• Электрические (электромагнитные) – используется для включения/отключения электроприборов, блокировки подачи электроэнергии, размножения контактов и т.п. Могут управляться множеством внешних факторов, таких как напряжение в электросети, мощность, величина нагрузки, количество обращений (коммутации). Такие устройства чаще всего используются при подключении больших силовых установок, где они функционируют в ручном режиме. Для процессов автоматизации и управления логистическими операциями такие приборы используются редко.
• Электротепловые – состоят из системы биметаллических пластин, которые выступают в качестве контактов. Принцип действия основан на способности металлов к линейному расширению во время нагрева. Используются металлические сплавы с различными коэффициентами расширения. Применяются в качестве температурных детекторов, защитных устройств (контакты разъединяются при перегреве), датчиков времени.
• Временные – широко применяются при управлении и производственной аппаратурой. Благодаря применению различных схем замедления в электромагнитных, электродвигательных, герконовых и других типах они имеют широкий диапазон временных интервалов, которые можно настраивать.

Коммутационный шкаф, где находятся выносные реле

Устройство и принцип работы реле

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

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

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

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

Простейшая схема устройства электромагнитного соленоида

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

В видеоролике ниже разъясняется принцип действия электромагнитного КУ:

Watch this video on YouTube

Основы исполнения привода

Термин «реле» является характерным для устройств, которыми обеспечивается электрическое соединение между двумя и более точками посредством управляющего сигнала.

Наиболее распространенным и широко используемым типом электромагнитного реле (ЭМР) является электромеханическая конструкция.

Так выглядит одна конструкция из многочисленного ряда изделий, именуемых как электромагнитные реле. Здесь показан закрытый вариант механизма с помощью крышки из прозрачного оргстекла

Схема фундаментального контроля над любым оборудованием всегда предусматривает возможность включения и отключения. Самый простой способ выполнить эти действия — использовать переключатели блокировки подачи питания.

Переключатели ручного действия могут использоваться для управления, но имеют недостатки. Явный их недостаток – установка состояний «включено» или «отключено» физическим путем, то есть вручную.

Устройства ручного переключения, как правило, крупногабаритные, замедленного действия, способные коммутировать небольшие токи.

Ручной механизм переключения – «дальний родственник» электромагнитных реле. Обеспечивает тем же функционалом – коммутацией рабочих линий, но управляется исключительно вручную

Между тем электромагнитные реле представлены в основном переключателями с электрическим управлением. Приборы имеют разные формы, габариты и разделяются по уровню номинальных мощностей. Возможности их применения обширны.

Такие приборы, оснащенные одной или несколькими парами контактов, могут входить в единую конструкцию более крупных силовых исполнительных механизмов — контакторов, что используются для коммутации сетевого напряжения или высоковольтных устройств.

Что такое электромагнитное реле

Это электромеханическое коммутационное устройство, основанное на принципе электромагнитной силы. При подаче электричества, внутри него образуется магнитное поле, благодаря которому, с помощью специального механизма происходит замыкание или размыкание коммутируемой электрической цепи.

Проще говоря, это устройство для управления другой электрической цепью, выполняющее управление через замыкание и размыкание контактов. Бывают реле постоянного и переменного тока, постоянного тока подразделяются на поляризованные и нейтральные, каждое из них предназначено для своих целей. Более подробно обо всем далее.

Конструкция и устройство

Конструкция состоит из трех главных частей, основным элементом которой является электромагнитная медная катушка с закрепленным внутри ферритовым сердечником (соленоидом), выполняющая роль электромагнита, закрепленная на неподвижной площадке – ярмо.

Вторая часть называется якорь, являющая металлической пластиной с контактной площадкой на конце, в разомкнутом положении удерживающейся пружиной. Контактная часть реле является исполнительным изолированным органом, при перемещении которого контакты замыкаются или размыкаются.

Бывают однопарные, двуполярные, многопарные, исходно замкнутые (NC) или разомкнутые (NO).

Три основные элемента:

1. Первичный или воспринимающий элемент (катушка с сердечником) – воспринимает электричество и преобразует его в магнитное поле.
2. Промежуточный, подвижный элемент (якорь) – в результате появления магнитного поля возникает ЭДС, изменяющая положение якоря или механического привода механизма, который служит для замыкания контактов.
3. Исполнительный орган (нормально замкнутый контакт или разомкнутый) – воздействует на другую электрическую схему включая или отключая ее.

Принцип работы

При подаче напряжения на обмотку катушки создается ЭДС, сила магнитного поля притягивает якорь с исходного положения, преодолевая усилие пружины, удерживающей якорь, тем самым замыкая контакт управляющей цепи.

В зависимости от конструкции реле, якорь замыкает или размыкает эклектическую цепь. После прекращения подачи электричества магнитное поле исчезает и якорь возвращается в свое обратное положение обратным сжатием пружины.

Сама катушка соленоид, в зависимости от количества витков проволоки, может срабатывать на разную силу тока, маркировка обычно указана на корпусе.

Примечание. УЗО представляет из себя обычное размыкающееся реле.

Виды реле

Помимо электромагнитных устройств, сегодня существует большое количество видов реле различного назначения и отличного принципа действия, использующихся для управления системами защиты от перепадов напряжения в бесперебойных системах защиты, автоматических приборах, интегральных электросхемах. К таким типам относятся:

1. Электронные, в качестве ключа используется резистор, не щелкает при переключении
2. Электротепловые
3. Герконовые
4. Времени
5. Приорита
6. Твердотельные – отсутствует соленоид, роль якоря выполняет мощный симистор или тиристор
7. Индукционные
8. Световые (совместно с датчиком света)

Также их следует различать по виду входящего сигнала, в зависимости от конструкции включение и выключение может происходить под воздействием:

1. Напряжения
2. Частоты электрической цепи
3. Изменения мощности
4. Света
5. Температуры
6. Давления
7. Звука
8. Давления газа

Устройство и принцип работы

Основу конструкции ЭМР составляет сердечник из немагнитного сплава с электрической катушкой, выполненной из медной проволоки, покрытой диэлектриком (лаком, синтетической или тканевой изоляцией). При подаче напряжения на вход происходит втягивание подвижного элемента, за счёт чего контакты движутся.

Также конструкцией предусмотрено наличие нескольких функциональных блоков:

• промежуточные элементы, которые обеспечивают срабатывание исполнительного механизма;
• управляющие компоненты, преобразующие электрическую энергию на входе в магнитное поле);
• исполнительные устройства (контакты), воздействующие непосредственно на цепи управления.

Выпускаются ЭМР с нормально замкнутыми, разомкнутыми контактами, аппараты смешанного исполнения.

Принцип действия электромагнитного реле основан на работе магнитного поля, силовые линии которого пронизывают сердечник при подаче на катушку электрического тока. В результате к сердечнику притягивается якорь, обладающий магнитными свойствами. В результате контактная группа размыкается или замыкается. При падении напряжения возвратная пружина возвращает подвижный элемент в исходное состояние.

Особенность конструкции промежуточных ЭМР заключается в наличии в составе устройства полупроводниковой приставки времени. Управление ею обеспечивается путём поворота резистора. Для уменьшения инерционных показателей аппарат может комплектоваться шихтованным сердечником.

В окончание

Перед тем, как запустить собранную электрическую схему, нужно провести ее наружный осмотр, а также осмотр всех приборов.

Усиление выхода реле времени с помощью магнитного пускателя не представляет собой ничего сложно. Оно используется очень широко при подключении не только электродвигателей, но и других приборов промышленного и бытового типа.

Одной из главных задач мастера-электрика является изучение инструкции, которая прилагается к реле времени и магнитному пускателю.

Другая задача — правильно определить назначение зажимов на корпусе приборов. Если всё сделать грамотно, можно обеспечить успешное управление электроприборами на предприятии или в домашних условиях.

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 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.

Основные виды реле и их назначение

Производители настраивают современные коммутационные устройства таким образом, чтобы срабатывание происходило только при определенных условиях, например, при увеличении силы тока, поступающего на входные клеммы КУ. Ниже мы вкратце рассмотрим основные виды соленоидов и их назначение.

Электромагнитные реле

Электромагнитное реле – это электромеханическое коммутационное устройство, принцип действия которого основан на воздействии магнитного поля, созданного током в статичной обмотке, на якорь. Этот вид КУ разделяется собственно на электромагнитные (нейтральные) устройства, которые реагируют лишь на значение тока, подаваемого на обмотку, и поляризованные, работа которых зависит как от токовой величины, так и от полярности.

Принцип работы электромагнитного соленоида

Используемые в промышленном оборудовании электромагнитные реле находятся на промежуточной позиции между сильноточными устройствами (магнитными пускателями, контакторами и т.д.) и слаботочным оборудованием. Наиболее часто данный вид реле применяется в цепях управления.

Реле переменного тока

Срабатывание этого вида реле, как видно из названия, происходит при подаче на обмотку переменного тока определенной частоты. Данное коммутирующее устройство для переменного тока с контролем перехода фазы через ноль или без такового, представляет собой блок из тиристоров, выпрямительных диодов и управляющих схем. Реле переменного тока могут быть выполнены в виде модулей на основе трансформаторной или оптической развязки. Данные КУ применяются в сетях переменного тока с максимальным напряжением 1,6 кВ и средним током нагрузки до 320 A.

Промежуточное реле 220 В

Иногда работа электросети и приборов не возможна без использования промежуточного реле на 220 В. Обычно КУ данного типа применяется, если необходимо разомкнуть или разомкнуть разнонаправленные контакты цепи. К примеру, если используется осветительный прибор с датчиком движения, то один проводник присоединяется к сенсору, а другой подводит электроэнергию к светильнику.

Реле переменного тока широко применяются в промышленном оборудовании и бытовой технике

Работает это таким образом:

1. подача тока на первое коммутационное устройство;
2. от контактов первого КУ ток поступает на следующее реле, которое имеет более высокие характеристики, чем у предыдущего и способно выдерживать токи с высокими значениями.

С каждым годом реле становятся эффективней и компактней

Функции малогабаритного реле переменного тока с напряжением 220 В весьма разнообразны и широко используются в качестве вспомогательного устройства в самых различных областях. Данный вид КУ применяется в тех случаях, когда основное реле не справляется со своей задачей или же при большом количестве управляемых сетей которые уже не в состоянии обслужить головное устройство.

Промежуточное коммутационное устройство применяется в промышленном и медицинском оборудовании, транспорте, холодильном оборудовании, телевизорах и прочей бытовой технике.

Реле постоянного тока

Реле постоянного тока делятся на нейтральные и поляризованные. Отличие между ними состоит в том, что поляризованные КУ постоянного тока чувствительны к полярности подаваемого напряжения. Якорь коммутационного устройства меняет направление движения в зависимости от полюсов питания. Нейтральные электромагнитные реле постоянного тока не зависят от полярности напряжения.

Электромагнитные КУ постоянного тока в основном используют, когда нет возможности подключения к электрической сети переменного тока.

Четырехконтактное автомобильное реле

К недостаткам соленоидов постоянного тока относят необходимость использования блока питания и более высокую стоимость в сравнении с КУ переменного тока.

Данное видео демонстрирует схему подключения и объясняет принцип работы 4 контактного реле:

Watch this video on YouTube

Электронное реле

Электронное реле управления в схеме прибора

Разобравшись с тем, что такое токовое реле, рассмотрим электронный тип этого устройства. Конструкция и принцип действия электронных реле практически те же, что и в электромеханических КУ. Однако, для выполнения необходимых функций в электронном устройстве используется полупроводниковый диод. В современных транспортных средствах большинство функций реле и переключателей выполняют электронные релейные блоки управления и на данный момент невозможно полностью от них отказаться. Так, например, блок электронных реле позволяет контролировать расход энергии, величину напряжения на клеммах аккумуляторных батарей, управлять системой освещения и т.д.

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.

Список источников

• radiobezdna.ru
• www.syl.ru
• www.asutpp.ru
• sovet-ingenera.com
• samelectrik.ru
• homius.ru
• ElektrikExpert.ru
• lazysmart.ru
• fornk.ru

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.

2012-2020 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Выводы и полезное видео по теме

Видеоролик популярно рассказывает о том, как действует электромеханическая электроника коммутации. Наглядно отмечаются тонкости конструкций, особенности подключений и прочие детали:

Электромеханические реле уже довольно долгое время применяются в качестве электронных компонентов. Однако этот тип коммутационных приборов можно считать морально устаревшим. На смену механическим устройствам все чаще приходят более современные приборы – чисто электронные. Один из таких примеров – твердотельные реле.

Появились вопросы, нашли недочеты или есть интересные факты по теме стать которыми вы можете поделиться с посетителями нашего сайте? Пожалуйста, оставляйте свои комментарии, задавайте вопросы, делитесь опытом в блоке для связи под статьей.