Но самое интересное заключается в том, что провод, по которому проходит электрический ток, окружает себя магнитным полем, аналогичным полю простого магнита. Направление тока обозначается буквой I, а линии магнитного поля помечаются B. Эти линии представляют собой замкнутые круги, что подтверждает теорию электромагнетизма.
Как функционирует реле?
Реле является одним из основных электрических аппаратов, используемых для управления функционированием электрических цепей и потребителей электрической энергии. Главная область их применения относится к слаботочным вторичным цепям и маломощным токоприемникам. Некоторые типы реле способны работать с высокими токами, однако в таких случаях обычно применяются контакторы и пускатели.
Классификация реле
Существует множество разновидностей реле, отвечающих различным требованиям электротехники. Для упрощения поиска и выбора нужных компонентов была разработана система классификации, основанная на нескольких критерия, включая:
- Тип контактов – переключающиеся, нормально открытые и нормально замкнутые;
- Тип управляющего сигнала – постоянный или переменный ток;
- Исполнение – электромагнитные, герконовые, полупроводниковые и другие;
- Контролируемый параметр – ток, напряжение, мощность и другие.
Фактически, в классификации реле учитывается более 30 различных характеристик. Более того, каждая из групп делится на множество подкатегорий согласно количественным параметрам. Основной класс составляют электромагнитные реле, широко применяемые в различных сферах.
Что такое реле?
Реле можно определить следующим образом:
Реле – это электромагнитное устройство, предназначенное для размыкания и замыкания электрических цепей. Оно активируется при резких изменениях входной величины.
Говоря понятнее, реле срабатывает при изменении входной величины – например, тока или напряжения, производя замыкание или размыкание цепи. При этом, в зависимости от особенностей конструкции реле, входная величина не обязательно должна быть электрической.
Слово «реле» происходит от французского relay, что обозначало смену почтовых лошадей, или передачу эстафеты.
Как работает реле?
Для начала вспомним о Джозефе Генри, чьё имя связано с понятием индуктивности. Провод, по которому течёт ток, исполняет роль магнита. Если намотать провод витками на сердечник, получится катушка индуктивности.
Как ведёт себя катушка индуктивности в цепи переменного тока? Если катушка включена в цепь, фаза тока запаздывает относительно напряжения. Иными словами, когда напряжение достигает максимума, ток находится на минимуме и наоборот.
Это происходит из-за возникновения ЭДС самоиндукции, которая препятствует увеличению основного тока через катушку.
Вернемся к работе реле. Простейшее электромагнитное реле состоит из электромагнита (катушки), якоря и соединяющих элементов. При подаче электрического тока на катушку, она притягивает якорь с контактом, замыкающим цепь.
Чтобы проиллюстрировать это, посмотрим на изображение:
На этом рисунке обозначены следующие элементы: 1 — катушка, 2 — якорь, 3 — коммутационные контакты.
Реле включает две цепи: управляющую и управляемую. Управляющая цепь – это та, через которую ток поступает на катушку, а управляемая – это та цепь, замыкание в которой происходит за счет действия якоря реле.
Следовательно, реле позволяет контролировать большие токи в управляемой цепи с помощью слаботочной управляющей цепи.
На каждом реле присутствуют обозначения контактов, относительных к управляемой и управляющей цепи. На корпусе также указаны допустимые значения тока и напряжения, для которых рассчитано реле.
Электромагнитное реле, упомянутое выше, не срабатывает мгновенно. После подачи тока на катушку требуется время для срабатывания реле. Это связано с феноменом гистерезиса, который в латинском языке переводится как отставание или запаздывание.
Мы уже говорили о ЭДС самоиндукции, возникающей в катушке. Когда реле включается в электрическую цепь, в катушке начинает течь ток, и его сила увеличивается постепенно. Процесс роста тока в катушке можно представить в виде петли гистерезиса. Когда значение силы тока достигает необходимого уровня, реле срабатывает.
Такая особенность делает реле непригодными для использования в высокоскоростной аппаратуре, где время реакции должно быть минимальным.
Кстати, сейчас для наших читателей действует 10% скидка на любой вид работ.
Структура электромагнитного реле
В большинстве случаев реле устанавливаются в защитные корпуса, которые могут быть как металлическими, так и пластиковыми. Давайте рассмотрим более подробно устройство реле, используя в качестве примера импортное электромагнитное реле. Заглянем внутрь устройства.
Эта реле представляется без защитного корпуса. Мы можем видеть, что реле содержит катушку, стержень, пружинящий контакт, на котором установлен якорь, а также исполнительные контакты.
На принципиальных схемах электромагнитное реле обозначается следующим образом:
Условное обозначение реле на схеме состоит из двух основных частей. Одна часть (К1) – это условное обозначение электромагнитной катушки, которая отображается в форме прямоугольника с двумя выводами. Вторая часть (К1.1; К1.2) – это группы контактов, управляемых реле. В зависимости от своей сложности реле может иметь значительное количество переключаемых контактов, разделяющиеся на группы. Как видно, на обозначении присутствуют две группы контактов (К1.1 и К1.2).
Принцип действия реле
Принцип работы реле можно наглядно показать на следующей схеме. В ней присутствует управляющая цепь, состоящая из самого электромагнитного реле K1, выключателя SA1 и источника питания G1, а также исполнительной цепи, которая управляется реле. Исполнительная цепь включает нагрузку HL1 (например, сигнальную лампу), контакты реле K1.1 и другой источник питания G2. Нагрузкой может служить, к примеру, электрическая лампа или электродвигатель, в данном случае это сигнальная лампа HL1.
Как только мы замкнём управляющую цепь с помощью выключателя SA1, ток от источника питания G1 будет подан на реле K1. Реле сработает, его контакты K1.1 замкнут исполнительную цепь. На нагрузку поступит напряжение от источника G2, и сигнальная лампа HL1 загорится. Если разомкнуть цепь выключателем SA1, то источник питания G1 отключится от реле K1, и контакты реле K1.1 вновь разомкнутся, выключив лампу HL1.
Контакты реле могут иметь разные конструктивные исполнения. Например, различаются нормально замкнутые контакты, нормально разомкнутые контакты и переключающие контакты.
Структура
Основные компоненты электромагнитного реле включают электромагнит, якорь и переключатель. Электромагнит представляет собой провод, намотанный на катушку с сердечником из магнитного материала. Якорь – это пластина из магнитного материала, соединённая с толкателем, который управляет контактами.
В зависимости от начального состояния контактов реле бывают:
- нормально замкнутые;
- нормально разомкнутые;
- переключающиеся.
В зависимости от управляющего сигнала реле делятся на:
— нейтральные реле, которые не учитывают полярность управляющего сигнала и реагируют на факт его присутствия (например, реле типа НМШ);
— поляризованные реле, чувствительные к полярности управляющего сигнала и переключающиеся при её изменении (например, реле типа КШ);
— комбинированные реле, реагирующие как на наличие/отсутствие сигнала, так и на его полярность (например, реле типа КМШ);
— реле, классифицируемые по допустимой нагрузке на контакты и времени срабатывания.
По типу исполнения:
— электромагнитные реле (катушка электромагнита неподвижна относительно сердечника);
— магнитоэлектрические реле (обмотка электромагнита подвижна относительно сердечника);
— ферродинамические реле;
По контролируемой величине:
Специальные типы электромагнитных устройств:
- шаговый искатель;
- устройство защитного отключения;
- автоматический выключатель;
- реле времени;
- электромеханический счётчик.
Особенности функционирования
Работа электромагнитных реле основывается на использовании электромагнитных сил, которые возникают в металлическом сердечнике при прохождении электрического тока через витки катушки. Компоненты реле смонтированы на основании и закрыты крышкой. Над сердечником электромагнита располагается подвижный якорь (пластина), оснащённый одним или несколькими контактами. Противоположные им располагаются неподвижные контакты.
В исходном положении якорь удерживается пружиной. Когда подается управляющий сигнал, электромагнит притягивает якорь, преодолевая усилие пружины, замыкая или размыкая контакты в зависимости от конструкции реле. После отключения управляющего напряжения пружина возвращает якорь в исходное положение. В некоторые модели могут быть внедрены электронные компоненты, такие как резистор, соединённый с обмоткой катушки для более точного срабатывания реле, или конденсатор, параллельный контактам для снижения искрения и помех.
Управляемая цепь не имеет электрической связи с управляющей (это часто обозначается в электротехнике как «сухой контакт»). Более того, ток в управляемой цепи может в несколько раз превышать ток в управляющей. Источником управляющего сигнала могут служить слаботочные схемы (например, системы дистанционного управления), различные датчики (света, давления, температуры и т. д.), а также другие устройства, выдающие минимальные значения тока и напряжения на выходе. Таким образом, реле функционирует как дискретный усилитель тока, напряжения и мощности в электрической цепи. Это свойство реле также сыграло важную роль в первых дискретных (цифровых) вычислительных машинах. В дальнейшем реле в цифровых вычислительных системах были заменены лампами, затем транзисторами и микросхемами, функционирующими в режиме переключения. На текущий момент по-прежнему ведутся попытки возродить релейные вычислительные машины с применением нанотехнологий.
В настоящее время реле широко применяются в электронике и электротехнике, главным образом для управления большими токами. Для цепей с низкими токами чаще используются транзисторы или тиристоры.
При работе с высокими токами (десятки и сотни ампер, к примеру, при электролизе) для исключения риска пробоя, контакты в управляемой цепи изготавливаются с большой контактной площадью и помещаются в масла (так называемая масляная ячейка).
Реле по-прежнему часто используются в бытовой электротехнике, особенно для автоматического управления работой электродвигателей (например, пускозащитные реле), а также в электрических схемах автомобилей. Например, в бытовом холодильнике и стиральных машинах обязательно присутствует пускозащитное реле, которое гораздо надежнее электронных компонентов, поскольку оно устойчиво к пусковым токам и резким перепадам напряжения при отключении. Рекомендуется приобретать релейное оборудование в специализированных электротехнических магазинах, чтобы получить квалифицированную консультацию и возможность возврата при неправильном выборе. Лучше избегать покупки на рынках, так как такие устройства часто не имеют сертификатов качества и могут находиться в неидеальных условиях хранения.
Качественное реле можно приобрести в ТВК ЭлектроЦентр или на сайте интернет-магазина stv39.ru.
Как проверить работоспособность электромагнитного реле
Давайте проведем проверку реле с помощью мультиметра и блока питания. Измеряем проводимость между контактом 1 и 7. Если они звонятся, значит, эти контакты соединены, что можно увидеть и визуально.
После этого подадим напряжение 12 В от блока питания на катушку реле и посмотрим результат.
Итак, якорь приклеивается к электромагниту (катушке) и тянет за собой коммутационный контакт. Контакты 1 и 7 размыкаются, в то время как восстанавливается соединение контактов 7 и 4. Так мы проверяем работоспособность контактов реле.
Если на контактах образовались налет, их следует почистить с помощью ластика. Если они выглядят подгоревшими, а под рукой нет запасного реле, поможет только мелкая шлифовальная бумага. Этот случай считается критическим, поскольку наждачная бумага может удалить тонкий слой с благородного металла, которым покрыты контакты.
Целостность катушки реле можно проверить с помощью мультиметра в режиме омметра. Для этого необходимо измерить сопротивление катушки. Этот параметр зависит от конкретного реле, и значения у всех реле могут различаться. Если сопротивления нет или оно слишком низкое (порядка нескольких Ом), значит, в катушке произошёл обрыв или короткое замыкание.
На схемах электромагнитные реле обозначаются следующим образом:
Контакты обозначаются цифрами. В данном случае:
11 — общий контакт;
11-12 — нормально замкнутые контакты;
11-14 — нормально разомкнутые контакты.
Сама катушка реле обозначается прямоугольником с выводами, обозначенными буквами A1 и A2.
Когда подаем напряжение на катушку в данном реле, контакт переключается, что visual преобразует следующую схему:
Без подачи напряжения:
После подачи напряжения:
Преимущества и недостатки электромагнитного реле
Преимущества
- Управляемое и управляющее напряжение электрически не связаны. Говоря простым языком — напряжение на катушке не влияет на напряжение на контактах реле. Они гальванически изолированы, что делает реле безопасным как для оператора, так и для оборудования в электро- и радиопромышленности.
- Коммутируемые токи могут достигать сотни ампер у промышленных реле (например, пускатели, контакторы).
- Долговечность при правильной эксплуатации. Некоторые зарубежные станки ЧПУ по-прежнему используют реле, произведенные в 70-х годах, а их контакты выглядят почти как новые.
- Неприхотливость в эксплуатации и высокая надёжность. Реле по-прежнему активно применяются в системах автоматизированного управления, так как они просты в использовании и надежны, хотя уже давно доступны твердотельные реле, которые превосходят обычные электромагнитные реле по многим параметрам.
Недостатки
- Время задержки срабатывания, в течение которого контакт перемещается с одного положения на другое. Высокоскоростные устройства вызывают необходимость в альтернативных решениях, так как реле не находят применения в них. Производители, для обеспечения спроса, предлагают электротехнической промышленности реле и другие устройства на основе их принципа.
- Щелкающий звук при переключении. Это может раздражать некоторых пользователей, особенно если реле часто срабатывает.
- Размеры даже у самых мелких электромагнитных реле достаточно велики и могут занимать много пространства на печатной плате.
Если вы не знаете, где купить нужное вам электромагнитное реле, вот каталог, где вы сможете найти релe, соответствующее необходимым параметрам для ваших нужд 😉
