Реле

Реле - это устройство для переключения цепей в электронных и электрических схемах в зависимости от изменения входных значений тока или другого параметра. Их использование позволяет обеспечить защиту оборудования от перегрева или перегрузки, а также выполнить различные функции, такие как управление освещением или подача звукового сигнала.

Устройство реле, и принцип его работы.

У всех видов реле принцип работы одинаковый: если измеряемый параметр (например, сила тока или напряжение) превышает определенное значение, то происходит открытие или закрытие цепи (в зависимости от типа реле).

Важно! Далее, в основном, будет рассказываться о реле, которые срабатывают, когда определенные параметры превышают заданные значения. Однако, стоит помнить, что переключатели также могут срабатывать, когда значения определенных параметров опускаются ниже заданных

Основные технические характеристики

При выборе реле важно ориентироваться на такие параметры:

• Чувствительность (время срабатывания) – она характеризует, как быстро будет срабатывать элемент при превышении измеряемого параметра;
• Нагрузка активации (ток) – минимальная величина, при которой происходит срабатывание реле;
• Нагрузка отпускания (ток) – величина измеряемого параметра, при которой коммутационное устройство отключается;
• Уставка. Данную характеристику обычно можно менять, она демонстрирует величину измеряемого параметра, при которой реле активируется;
• Сопротивление обмотки электромагнита.

Разновидности реле — классификация

По конструкции:

Электромеханические реле.

В конструкции есть электромагнит, металлический сердечник и якорный элемент, который необходим для замыкания и размыкания контактов. Когда ток, подающийся через катушку, выше установленных значений, якорный элемент смещается и размыкает цепь. Когда нагрузка на катушке восстанавливается, якорь возвращается и контакты соединяются.

Такие модели востребованы в управлении конвейерами и другим оборудованием на производстве. Плюсы электромеханических релейных устройств:

• Высокая скорость срабатывания;
• Способность выдерживать существенные перегрузки;
• Возможность использования при статическом напряжении и радиации;
• Надежность;
• Доступная цена;
• Возможность резервирования питающих линий и деактивации неисправных элементов.

Твердотельные реле.

Небольшие устройства без трущихся механических элементов, что обеспечивает их повышенный ресурс. Вместо подвижных деталей здесь используются полупроводниковые компоненты – биполярные и МОП-транзисторы, симисторы, тиристоры.

Такие реле выделяются рядом положительных качеств:

1. Низкий уровень шума;
2. Ресурсоемкость (приблизительно в 100 раз больше, чем у электромагнитных устройств);
3. Быстродействие – несколько миллисекунд (у электромагнитных изделий отклик 50 мс – 1 с;
4. Низкое энергопотребление (на 95% меньше, чем у электромагнитных аналогов).

Твердотельные реле используются в устройствах для контроля температуры, где в качестве нагревательного элемента используется трубчатый электронагреватель (ТЭН). Они также применяются в промышленных автоматизированных системах, телеметрии, металлургии, химической промышленности, военной области, а также в медицинском оборудовании.

Герконовые реле.

Это устройство напоминает катушку или баллон с инертным газом или вакуумом. Внутри реле устанавливаются соединительные детали в виде проволоки с контактами, которые выполнены из прецизионных сплавов, содержащих железо и никель. Снаружи элементы обычно имеют серебряное или золотое покрытие. Реле используются для замыкания, размыкания или переключения электрических цепей.

Плюсы герконовых реле:

1. Небольшие размеры;
2. Доступная цена;
3. Отсутствие подвижных частей;
4. Надежность (так как контактная группа находится в инертном газе или вакууме, что защищает ее от влаги).

Эти устройства могут использоваться только в системах, где отсутствуют перегрузки и где ток всегда остается стабильным. Размыкание цепи или нарушение работы системы может возникнуть как при повышенном, так и при слишком низком токе.

Фотореле.

Фоторезистор является ключевым рабочим элементом в таком реле, поскольку его сопротивление изменяется в зависимости от уровня освещенности. Эти реле широко используются для автоматизации систем освещения на улицах: они отключаются утром во время рассвета и включаются при наступлении темноты. Для удобства управления многие фотореле оснащены регулятором порога срабатывания и механическим выключателем. Автоматическая работа устройства обеспечивает его эффективное функционирование.

По принципу функционирования.

Электронные реле.

Твердый элемент, также известный как активатор, используется в устройствах для управления и переключения контактов. В случае систем постоянного тока часто используется транзистор, а в системах переменного тока – симистор или тиристор.

Электромеханические реле.

Делятся на три категории -

Электромагнитные:

Изделия включают в себя обмотку со стальной сердцевиной и набор подвижных элементов, предназначенных для открытия и закрытия электрической цепи.

Работа переключателя такова:

• На катушку сердечника поступает ток;
• В сердечнике, под действием тока, возникает магнитное поле, которое притягивает контактную группу;
• Происходит замыкание или размыкание цепи.

Поляризованные реле относятся к подвиду электромагнитных реле. В отличие от нейтральных устройств, они откликаются на полярность сигнала. Включение или выключение происходит в зависимости от подключенной полярности электромагнита. Хотя такие модели более чувствительны, они подходят только для цепей постоянного тока.

Термореле:

Тепловые переключатели используют биметаллические пластины из металлов с разными коэффициентами теплового расширения. Они защищают оборудование от перегрева и часто устанавливаются для подключения электродвигателей к сетям 220 и 380 Вольт. При высокой температуре мотора пластина расширяется, размыкая цепь и отключая технику. Как только агрегат остывает, металл возвращается в исходное положение, замыкая цепь и восстанавливая работу оборудования. После отключения двигателя не требуется заменять перегоревшее реле, так как оно автоматически восстанавливает свою функциональность.

Также существуют тепловые реле с пластинами из легкоплавких сплавов, которые при срабатывании не расширяются, а плавятся. После этого такие устройства необходимо заменить (они одноразовые).

Можно дополнить конструкцию колесиком для изменения температуры отключения электромотора и кнопкой для принудительного запуска оборудования.

Индукционные реле:

Принцип работы прибора основан на взаимодействии переменных магнитных потоков с индуцированными ими токами в динамичных элементах, таких как диск или ротор. Устройства подходят только для использования в цепях переменного тока и могут быть в различных формах, таких как рамные, дисковые и цилиндрические.

Индукционные устройства широко используются при создании систем релейной защиты и автоматики для различного оборудования.

Что же выбрать? Твердотельное реле или электромеханическое?

Электромеханические переключатели представляют традиционный вариант, в то время как твердотельные являются более современным решением. Оба типа переключателей имеют своих поклонников. При выборе необходимо учитывать область применения реле. Если устройство нужно для установки в старые щиты автоматики и управления, лучше использовать электромеханические модели. Они отлично подойдут для замены устаревших аналогов и не будут ломаться из-за постоянного перегрева, что характерно для старого оборудования.

Если же переключатель планируется установить в новых щитах с большим количеством электроники и надежной системой охлаждения, то можно использовать твердотельные устройства. Они более долговечные по сравнению с электромеханическими. Однако в старых установках не стоит применять электронные модели, так как они быстро перегреваются и могут выйти из строя.

Различия по воздействию.

Реле различают по методу воздействия на цепь:

1. Контактные реле действуют через электрические контакты, которых может быть до десяти. При замыкании или размыкании контактов цепь либо полностью замыкается, либо разъединяется. Контакты обычно изготавливаются из вольфрама, серебра или меди. Наиболее популярны модели с четырьмя и пятью контактами, применяемые в автомобильных электросхемах для подключения и переключения цепей.
2. Бесконтактные реле воздействуют на цепь не через контакты или другие механические устройства, а изменяют характеристики выходных электрических цепей, такие как емкость, индуктивность, сопротивление, ток и напряжение.

Промежуточные реле.

Кроме основных контактных устройств, существует также группа промежуточных реле. Они используются в цепях в качестве дополнительной защиты или для увеличения числа контактов основного переключателя. Промежуточные реле могут быть применены для одновременного воздействия на несколько цепей, изменения или усиления электро-сигналов, управления электроэнергией и соединения компонентов радиоэлектронных систем с различными режимами работы.

Обычно для промежуточных переключателей используются электромагнитные устройства с контактами трех типов: нормально разомкнутые (замыкают цепь при подаче тока), нормально замкнутые (размыкают цепь при подаче тока) и перекидные (соединяются с одним из контактов в покое и переключаются при подаче напряжения).

Релейные модули.

Этот модуль представляет собой плату с несколькими переключателями, которая используется для увеличения мощности выходных дискретных сигналов. Он применяется для управления различным исполнительным оборудованием и другими устройствами.

По типу поступающего параметра.

Электрические:

В эту категорию входит несколько видов устройств, включая реле тока, реле мощности, реле напряжения и реле частоты.

1. Реле тока - срабатывают при быстром изменении силы электрического тока и могут отключать нагрузку или всю систему. Максимальный ток, при котором происходит размыкание цепи, устанавливается с помощью регулятора.
2. Реле мощности - предназначено для контроля и ограничения мощности в электрических цепях. Когда уровень мощности превышает установленные значения, реле отключает цепь. Некоторые модели обладают функцией автоматического включения после снижения мощности.
3. Реле напряжения - предназначены для контроля изменения напряжения в электрической цепи и соединяются с помощью трансформаторного оборудования. Они используются для контроля фаз и защиты электрического оборудования от повреждений при перегрузках. Основной элемент конструкции – контроллер быстрого реагирования, который анализирует отклонения в напряжении. Обычно эти устройства срабатывают при напряжении ниже 170 В или выше 250 В.
4. Реле частоты - используются для контроля частоты переменного тока в сетях 220 В и 380 В. Они обеспечивают стабильность частоты на уровне 50 или 60 Гц и могут иметь настраиваемые параметры для срабатывания. Некоторые модели обладают функцией аварийной памяти для записи информации о возможных проблемах.

Механические реле.

Срабатывают при изменении механических величин или параметров веществ. В таких устройствах имеются датчики, которые реагируют на определенные параметры такие как механические величины(скорость, давление, расход, перемещение и т. д.) или определенные параметры веществ (вязкость, упругость, плотность и т. д.).

К примеру:

1. Реле давления - применяются для мониторинга уровня давления различных жидкостей и газов в насосах.
2. Реле расхода - устанавливаются в трубопроводах для контроля подачи жидкостей или газов.
3. Реле усилия - активируются при превышении установленных значений механической нагрузки.
4. Реле скорости - используются для контроля частоты вращения в технике, такой как аварийные дизель-генераторы.

Оптические.

Эти устройства широко применяются в различных системах освещения, реагируя на изменения освещенности, потока света или частоты световых колебаний.

Они обычно оснащены датчиками для контроля оптических параметров, которые могут включать реле или воздействовать на реле в цепи.

Существуют различные типы оптических реле, включая устройства с встроенным датчиком, с отдельным датчиком, с функцией таймера, регулятором чувствительности, датчиком присутствия и другие.

Акустические.

Акустические реле активируются при изменении различных параметров звука, таких как частота, давление и другие акустические характеристики объектов. Эти устройства могут быть как механическими, так и электрическими.

Часто акустические реле используются вместе с реле освещения, чтобы автоматически включать свет при обнаружении звука в помещении. Такие системы могут быть установлены, например, в коридорах или на лестницах для обеспечения безопасности и удобства.

Газовые.

Газовые реле обычно устанавливают в металлическом корпусе, который встроен в маслопровод. При нормальных условиях внутрь механизма налито масло, и контакты не соединены. При увеличении содержания газов они проникают в верхнюю часть реле, выталкивая масло. Поплавок внутри реле опускается, когда масло выталкивается, он поворачивается и приводит к замыканию контактов в сигнальной цепи. Этот сигнал свидетельствует о превышении уровня газа, предупреждая об опасности.

Различия по полярности.

Существует два типа реле: поляризованные и неполяризованные (нейтральные).

Поляризованные реле изменяют свое состояние в зависимости от направления тока в электромагнитной обмотке. Это направление определяется полярностью подключения и вспомогательным магнитным потоком, создаваемым магнитом.

Поляризованные реле работают только с постоянным током.

Нейтральные реле срабатывают независимо от полярности или направления тока в обмотке и могут использоваться как с постоянным, так и с переменным током.

По применению.

• Реле контроля и управления – ключевые компоненты защиты, которые устанавливаются прямо в электрических цепях. Они отвечают за включение и выключение различных элементов схемы. Могут применяться самостоятельно или в составе оборудования с низким напряжением (ящики, шкафы, панели);
• Реле автоматики – используются там, где необходимо автоматическое вмешательство (например, отключение оборудования) при достижении определенных значений измеряемого параметра;
• Реле защиты – встроены в устройства с тепловыми контактами, такими как электрические двигатели, вентиляторы. При повышении температуры контакты разрываются. Однако, когда оборудование остывает, контакты снова замыкаются, и работа устройства восстанавливается.
• Реле сигнализации - применяются для создания звукового или визуального сигнала при нарушении установленных параметров.
• Реле времени - используются для автоматического запуска определенного процесса или действия через определенный промежуток времени после срабатывания сигнала, а не немедленно. Используются они как в системах транспорта, так и на производстве и в бытовых условиях.

Как обозначают на схемах?

На схемах схемах распределительных устройств реле обозначается прямоугольником, к которому проведены выводы для подключения питания. Функции реле указываются сокращениями на чертежах:

• KA – тока;
• KV – напряжения;
• KB – блокировки;
• KBS – блокировки от многократного включения;
• KH – указательное;
• KL – промежуточное;
• KQ – фиксации положения выключателя;
• KSV – контроля цепи напряжения;
• KSP – контроля давления;
• KSH – контроля напора;
• KSL – контроля уровня жидкости;
• KSR – скорости;
• KSQ – состава вещества;
• KW – мощности;
• KZ – сопротивления.