Электромагнитные реле и магнитные пускатели
Релейным элементом (реле) называется устройство, в котором осуществляется скачкообразное изменение (переключение) выходного сигнала под воздействием управляющего (входного) сигнала, изменяющегося непрерывно в определенных пределах (рис. 1).
Реле широко применяют в системах автоматики и электропроводе, так как с их помощью можно управлять большими мощностями на выходе при малых по мощности входных сигналах, выполнять логические операции, создавать многофункциональные релейные устройства, осуществлять коммутацию электрических цепей, фиксировать отклонения контролируемого параметра οι заданного уровня, выполнять функции запоминающего элемент и т. д.
На рисунке 1 приведена характеристика управления реле, отражающая зависимость выходной величины от входной. При достижении определенного значения входной величины Хср выходная величина вменяется скачкообразно, т. е. происходит срабатывание реле. Большинство реле имеют характеристику управления с гистерезисной петлей, т. е. значение выходной величины, при котором происходит переход выходной величины в исходное состояние Х1, (отпускание реле), не равно параметру срабатывания Хср.
Рис. 1. Характеристика управления реле
Классификация реле.
Реле классифицируют по следующим признакам: роду входных физических величин, на которые они реагируют; функциям, которые они выполняют в системах управления; конструкции и т. п.
По виду физических величин различают электрические, механические, тепловые, оптические, магнитные, акустические и другие реле. При этом следует отметить, что реле может реагировать не только на значение конкретной величины, но и на разность значений (дифференциальное реле), изменение знака величины (поляризованное реле) или скорость изменения входной величины.
Реле обычно состоит из трех основных функциональных элементов: воспринимающего, промежуточного и исполнительного.
Воспринимающий (первичный) элемент воспринимает контролируемую величину и преобразует ее в другую физическую величину.
Промежуточный элемент сравнивает значение этой величины с заданным значением и при его превышении передает первичное воздействие на исполнительный элемент. Исполнительный элемент передает воздействие от реле в управляемые цепи. Эти элементы могут быть выполнены самостоятельно или объединены между собой.
По устройству исполнительного элемента различают контактные и бесконтактные реле. Контактные реле воздействуют на управляемую цепь с помощью электрических контактов, замкнутое или разомкнутое состояние которых позволяет обеспечить или полное замыкание, или полный механический разрыв выходной цепи. Бесконтактные реле воздействуют на управляемую цепь путем резкого (скачкообразного) изменения параметров выходных электрических цепей (сопротивления, индуктивности, емкости) или изменения уровня напряжения (тока).
Воспринимающий элемент в зависимости от назначения реле и рода физической величины, па которую он реагирует, может иметь различные исполнения как по принципу действия, так и по устройству. Например, в реле максимального тока или реле напряжении воспринимающий элемент выполнен в виде электромагнита, а в реле давления — в виде мембраны или сильфона, в реле уровня — в виде поплавка и т. д.
Основные характеристики
Основные характеристики реле определяются зависимостями между параметрами входной и выходной величины. Различают следующие основные характеристики реле:
величина срабатывания Хср — значение параметра входной величины, при котором реле включается. При ХХср величина У скачком изменяется от Утин до Умах и реле включается. Величина срабатывания, на которую отрегулировано реле, называется уставкой;
мощность срабатывания Рср — минимальная мощность, которую необходимо подвести к воспринимающему органу реле, чтобы перевести его из состояния покоя в рабочее состояние;
управляемая мощность — мощность нагрузки, которой управляют коммутирующие органы реле в процессе переключений. По мощности управления различают реле цепей малой мощности (до 25 Вт), средней мощности (до 100 Вт) и повышенной мощности (свыше 100 Вт). Последние относятся к силовым реле и называются контакторами;
время срабатывания tcp — промежуток времени от подачи на вход реле сигнала Хср до начала воздействия на управляемую цепь. По времени срабатывания различают нормальные, быстродействующие, замедленные реле и реле времени.
Электромагнитные реле благодаря простой конструкции и высокой надежности широко применяют в различных системах управления, защиты, контроля и т. д. Электромагнитным называется реле, у которого контакты перемещаются при притягивании якоря к сердечнику электромагнита, по обмотке которого протекает электрический ток.
Устройство электромагнитного реле.
Основные части электромагнитного реле: контактная система, магнитопровод (ярмо, сердечник, якорь) и катушка. Существуют реле различных конструктивных форм, но наиболее распространены среди них реле с поворотным якорем. На рисунке 3 изображена конструктивная схема электромагнитного реле постоянного тока с поворотным якорем. Реле состоит из контактных пружин 1 с контактами 2, якоря 3, латунного штифта отлипания 4, служащего для облегчения отрыва якоря от сердечника при выключении управляющего сигнала, каркаса с обмоткой 5, сердечника 6 и ярма 7. При протекании электрического тока по обмотке 5 возникает магнитное поле. Магнитный поток замыкается через ярмо 7, якорь 3, воздушный зазор между якорем и сердечником и через сердечник 6. Сердечник и якорь намагничиваются, в результате чего возникает электромеханическая сила и якорь притягивает к неподвижному сердечнику 6. При этом конец якоря сжимает контактные пружины 1 и замыкает (размыкает) контакты 2.
Рис. 3. Конструктивная схема электромагнитного реле:
1 — контактные пружины; 2— контакты; 3 — якорь; 4 — штифт отлипания; 5—обмотка; 6—сердечник; 7 — ярмо
При отключении обмотки от сети исчезает сила, притягивающая якорь к сердечнику, и под действием контактных пружин якорь возвращается в исходное положение.
Обмотку реле показывают на принципиальных электрических схемах так, как на рисунке 4, а. Реле может иметь различное число контактов. Некоторые из них разомкнуты при отсутствии тока и обмотке и замыкаются при срабатывании реле. На принципиальных схемах их изображают так, как на рисунке 4, б. Другие контакты замкнуты при отсутствии тока и размыкаются при срабатывании реле. Их обозначают, как показано на рисунке 4, в.
Рис. 4. Условные обозначения реле:
а — катушки; б—замыкающегося контакта; в — размыкающегося контакта
На принципиальных электрических схемах положение контактов реле показывают для обесточенного состояния катушки данного реле.
Реле переменного тока
Реле переменного тока срабатывают при подаче на их обмотки переменного тока определенной частоты. Эти реле применяют в тех случаях, когда основным источником энергии является есть переменного тока.
Конструкция реле переменного тока напоминает конструкцию реле постоянного тока, только сердечник и якорь реле переменного тока изготовляют из листов электротехнической стали, чтобы уменьшить потери на гистерезис и вихревые токи.
Если не предпринимать специальных мер, то электромеханическая сила, с помощью которой притягивается подвижный якорь реле переменного тока, становится пульсирующей и проходит через нуль дважды за период питающего напряжения (кривая F, на рис. 4, а). Для устранения вибраций якоря торец неподвижного сердечника реле расщепляется на две части (рис. 4, б), на одну из которых насаживается короткозамкнутый медный виток, выполняющий роль экрана.
При подаче переменного питающего напряжения на обмотку реле по сердечнику приходит переменный магнитный поток Ф, который у конца сердечника разветвляется. В результате воздействия потока Ф, исток Ф, отстает по фазе относительно потока Ф, на угол 60. 80°. Потоки Ф1 и Ф2 создают электромеханические усилия F1 и 2, сдвинутые между собой также на угол 60. 80°. Поэтому суммарное электромеханическое усилие, приложенное к ярму (FэM на рис. 4, а), никогда не равно нулю, поскольку обе его составляющие F1 и F2 проходят через нуль в разные моменты времени.
Широко распространены реле, в которых применяют герметизированные контакты (герконы). Магнитоуправляемый герметизированный контакт (геркон) представляет собой стеклянную ампулу 1 (рис. 5), заполненную инертным газом, в которую впаяны упругие ферромагнитные пластинки 2. Зазор между пластинками составляет порядка 300. 500 мкм.
Рис. 5.44. К принципу действия реле переменного тока:
а — кривые сил; б — конструкция
Рис. 5. Схема устройства герконового реле
Управление герконом возможно как с помощью постоянного магнита, так и с помощью обмотки, намотанной непосредственно на геркон (см. рис. 5). В последнем случае устройство называется герконовым реле постоянного тока. Герконовые реле существенно надежнее обычных и имеют гораздо меньшие размеры и массу.
Реле времени
Реле времени представляют собой устройства, конструкция которых содержит специальный узел, обеспечивающий задержку появления (исчезновения) выходного сигнала после подачи (снятия) входного. Реле времени можно классифицировать по принципу действия на следующие группы: с электромагнитным замедлением, с пневматической задержкой, моторные реле времени, с часовым механизмом, электронные и т. д.
В реле времени с электромагнитным замедлением задержка в срабатывании или отпускании создается электромагнитным демпфированием, осуществляемым специальной короткозамкнутой об моткой или гильзой из меди, латуни или алюминия, размещенной на магнитопроводе реле. Эти реле просты и надежны. Выдержка времени в них составляет 0,15. 10 с и зависит от толщины немагнитной прокладки между якорем и сердечником и натяжения пружины. Недостатки реле — большие размеры и небольшой диапазон выдержек времени.
В электромагнитных реле времени с пневматической задержкой задержка создается пневматическим механизмом, пристроенным к приводному механизму электромагнитного типа. Эти реле обеспечивают выдержку времени в диапазоне 0,2. 180 с.
Для получения различных по величине регулируемых выдержек времени по нескольким выходным цепям широко применяют моторные реле времени. Они представляет собой электромеханическое устройство с приводом от электродвигателя. Вращение от двигателя через редуктор передается диску сцепления, который свободно вращается на своей оси. При включении электромагнита диск сцепления притягивается к шестерне главной оси, входит с ней в зацепление и начинает вращать главную ось, на которой расположен набор шкал (их может быть три или шесть), стянутых между собой при помощи зажимной гайки. Когда гайка отпущена, шкалы можно поворачивать одну относительно другой и тем самым задавать нужную программу выдержек времени.
Все время работы реле шкалы движутся и укрепленные на них упоры перебрасывают кулачки, а те переключают контактные системы. После отработки программы размыкающий контакт концевого выключателя отключает двигатель реле и главная ось со шкалами останавливается в том положении, которого они достигли. Выключение электромагнита приводит к возврату шкал в исходное положение. При этом все контакты реле вновь окажутся в исходном положении и реле времени готово к новому включению.
Часовые реле времени имеют встроенный часовой механизм, который запускается при подаче входною сигнала на реле. Функцию стрелок в таком устройстве выполняет подвижный контакт, который через заданный промежуток времени взаимодействует с неподвижным контактом. Часовые реле времени позволяют получать выдержки от нескольких секунд до десятков часов. Их основные недостатки — громоздкость, сложность конструкции и высокая стоимость.
Наиболее распространены универсальные и относительно недорогие электронные реле времени. Принцип их действия основан на пересчете электрических импульсов, вырабатываемых генератором стабильной частоты. Поскольку период следования импульсов постоянен, то их количество пропорционально времени. Такие реле состоят из генератора импульсов, управляемого счетчика импульсов и выходного устройства, воздействующего на управляемую цепь. Настраивая счетчик на заданное количество импульсов, можно обеспечить любую выдержку времени.
Электрические реле, описание.
Энциклопедии и технические словари определяют реле (англ. Relay — смена, эстафета; франц. relais, от relayer – сменять, заменять) как устройство для автоматической коммутации электрических цепей по сигналу извне. Любое релейное устройство, как и реле для коммутации электрических цепей, состоит из релейного элемента (с двумя состояниями устойчивого равновесия) и группы электрических контактов, которые замыкаются (или размыкаются) при изменении состояния релейного элемента.
Реле широко применяются в устройствах автоматического управления, контроля, сигнализации, защиты, коммутации и т.д. Наиболее распространены коммутационные реле, реле давления, перемещения, расхода, реле времени, защитные реле.
Таким образом, реле как любой элемент технического устройства может быть представлен в виде конструктивного элемента по преобразованию энергии Х, поступившей на вход, в энергию Y на выходе элемента. Задача, решаемая таким элементом, определяется характером функциональной зависимости между выходной и входной величинами: Y = f (X). В этой связи элементы могут подразделяться на датчики, усилители, стабилизаторы, двигатели, реле и др.
Релейный элемент – простейшее переключательное устройство с двумя (или больше) состояниями устойчивого равновесия, каждое из которых может скачком сменяться другим под влиянием внешнего воздействия (например, изменения температуры, давления, электрического напряжения, освещенности, силы звука). Уровень воздействия, при котором изменяется состояние релейного элемента, называется порогом срабатывания. Физическое явление, используемое в релейном элементе, определяет его принцип действия, конструкцию и основные характеристики. В зависимости от физической природы воздействия различают электрические, механические, тепловые, оптические, магнитные и акустические релейные элементы; наиболее распространены электрические релейные элементы. Часто для восприятия воздействия неэлектрических величин релейные элементы дополняются измерительными преобразователями соответствующих величин. В конструкции релейного элемента можно выделить воспринимающий орган, который реагирует на внешнее воздействие, исполнительный орган – для передачи воздействий от релейного элемента вовне и промежуточный – перерабатывающий и передающий воздействия от воспринимающих органов к исполнительным.
В общем виде релейный элемент представляет собой техническое устройство, в котором при определенном значении (даже плавно измененяемой) входной величины энергии сигнала выходная величина энергии (даже может быть и другого вида) принимает скачкообразно фиксированное число значений. Здесь имеется ввиду скачкообразное изменение Y не во времени, а в зависимости от величины Х. Такая зависимость Y = f (X) имеет форму петли (кусочно-линейная функция) и называется релейной характеристикой.
Реле времени – устройство, контакты которого замыкаются (или размыкаются) с некоторой временной задержкой после получения управляющего сигнала. Задержку можно регулировать произвольно, влияя на скорость изменения физической величины, воздействующей на релейных элемент реле времени от момента поступления сигнала до достижения порога срабатывания. В электрических реле времени используются различные схемы задержки, основанные на замедлении нарастания или убывания силы тока (напряжения) в электрических цепях, содержащих конденсаторы, индуктивные катушки и резисторы; применяются также реле времени, основанные на счетчиках импульсов. В термических реле времени используются тепловые процессы в телах, нагреваемых электрическим током (например, деформация биметаллических пластин). В пневматических реле времени задержка создается изменением скорости истечения газа (воздуха) из резервуара. Время срабатывания реле времени от нескольких миллисекунд до нескольких часов.
В общем случае срабатывание любого реле происходит с некоторой временной задержкой после получения управляющего сигнала. Однако существует специальный класс релейных устройств – реле времени, у которых задержку срабатывания (от нескольких миллисекунд до нескольких часов) можно регулировать.
В зависимости от выполняемой задачи на выходе релейного элемента он может быть коммутационным и не коммутационным (шаговый электродвигатель, электрозвонок и т.д.).
Реле, как коммутационное устройство (КУ), относится к группе автоматических коммутационных устройств (АКУ), управляемых дистанционно.
Непосредственно человеком управляются неавтоматические КУ: электрические кнопки, тумблеры, клавиатуры; водяные или воздушные клапаны и т. д.
Современная классификация реле
В зависимости от физической природы входного (управляющего) сигнала реле подразделяются на механические (сила, давление, скорость, ускорение), магнитные, тепловые, оптические, электрические (ток, напряжение, мощность, сопротивление).
Электрические реле наиболее распространенный тип реле, широко применяемый в измерительной технике, телефонии и радиоэлектронной аппаратуре.
В свою очередь электрические реле в зависимости от наличия или отсутствия механического перемещения в самом устройстве делятся на реле электромеханические и статические электрические (коммутационные с бесконтактным выходом: полупроводниковые, электронные, оптоэлектронные и т. д.).
Электромеханические реле в зависимости от происходящих внутри реле явлений: могут быть электромагнитными, электротепловыми, электрогидродинамическими и т. п.
Среди многообразия релейных устройств, применяемых в технике, электромагнитные реле, как и ранее, занимают ведущее положение.
Классификация электромагнитных реле.
Электромагнитные реле в современной технике могут рассматриваться как подкласс электромагнитных механизмов, имеющих подвижный якорь. Существуют нерелейные электромагнитные механизмы: шаговые устройства, вибраторы, муфты и т. п. Электромагнитные реле – релейные электромагнитные механизмы.
К электромагнитным реле относятся традиционные реле с неподвижной обмоткой электромагнита и ферромагнитным якорем, а также магнитоэлектрические, электродинамические и индукционные электромагнитные реле. Некоторые типы электромагнитных реле не имеют самостоятельного якоря, функции которого выполняют магнитоуправляемые контактные детали (герконовые реле) или подвижный сердечник обмотки (плунжерный тип реле).
Электромагнитные реле, как и другие электрические реле, по роду управляющего и коммутируемого тока могут быть постоянного и (или) переменного тока.
Обычные конструкции контактной системы электромагнитных реле позволяют коммутировать как постоянный, так и переменный ток с частотами до сотен килогерц. Специальные конструкции контактной системы (согласованное волновое сопротивление ввода–вывода тока, уменьшенная паразитная емкость и т. п.) обеспечивают коммутацию высокочастотных сигналов до нескольких гигагерц.
По чувствительности входного сигнала и величине коммутируемого тока электромагнитные реле подразделяют на сверхчувствительные (10-7 – 10-10 Вт) реле, регистрирующие сверхмалые токи, а также высоко- и нормально чувствительные слаботочные (10-6 – 25 А).
Более мощные реле, коммутирующие токи более 50 А и напряжения более 1000 В, называются, соответственно, контакторами и высоковольтными реле.
Слаботочные реле стали в настоящее время самостоятельным классом электрических реле, включающим в себя наиболее распространенные электромагнитные реле с подвижным якорем, герконовые реле, электротепловые и слаботочные реле времени. К классу слаботочных реле относят также и другие виды неэлектрических слаботочных реле, например, тепловые реле. Термины и определения для электрических реле даны в ГОСТ 16022 и ГОСТ 14312. ***
Твердотельные реле. Принцип действия и применение
Твердотельные реле (Solid State Relays, SSR) представляют собой полупроводниковые интегральные бесконтактные переключающие устройства. Они были разработаны компанией Crydom (ныне подразделение компании Sensata) в 1971 г., с тех пор широко распространились и претерпели немало изменений. Сегодня их производит множество компаний, среди которых есть и российские.
Принцип работы твердотельных реле
Рис. 1. Структурная схема твердотельного реле
В самом общем виде структурная схема твердотельного реле показана на рис. 1. В качестве изоляционного барьера в большинстве случаев используются оптроны. Логические сигналы высокого или низкого уровня поступают во входной каскад реле, который их детектирует и формирует ток управления светодиодом.
Рис. 2. Выходные каскады твердотельного реле: а) КМОП; б) тиристорный
Схема управления выходным каскадом усиливает сигнал фотоприемника и генерирует сигнал управления силовыми ключами выходного каскада, в качестве которых, как правило, используются КМОП (рис. 2а) или двунаправленные тиристоры (симисторы, рис. 2б). Выходной каскад содержит снабберную цепь, ограничивающую всплески напряжения, возникающие при коммутации силовых ключей. Иногда выходную цепь дополняют варистором для защиты от перенапряжения.
Несложно заметить схожесть функционального назначения твердотельных и обычных электромагнитных реле. И те и другие используются для коммутации нагрузки. Оба типа реле управляются слаботочным сигналом, мощность которого кратно ниже мощности нагрузки. Поэтому практически в любой статье, посвященной твердотельным реле, можно встретить сравнение этих реле. Скажем несколько слов и мы.
Главным преимуществом твердотельных реле является отсутствие механических подвижных частей. К таким реле, в отличие от электромагнитных, неприменимы понятия механической и электрической износостойкости. Также у твердотельных реле заметно выше быстродействие.
Рис. 3. Зависимость: а) числа срабатываний электромагнитного реле от коммутируемого тока и напряжения для активной нагрузки; б) числа срабатываний электромагнитного реле от коммутируемого тока и напряжения для индуктивной нагрузки; в) коммутируемого тока от температуры для твердотельного реле
Для обоих типов реле существуют ограничивающие факторы. Для электромагнитных реле таким фактором является износостойкость, а для твердотельных — нагрев. Сказанное иллюстрирует рис. 3. На нем показаны зависимости числа срабатываний электромагнитного реле от коммутируемого тока и напряжения для активной (рис. 3а) и индуктивной (рис. 3б) нагрузки и зависимость коммутируемого тока от температуры (рис. 3в) для твердотельного реле. Добавим, что ток входного каскада твердотельного реле не превышает нескольких десятых доли миллиампера, в то время как для срабатывания электромагнитного реле требуется ток в несколько десятков миллиампер.
Впрочем, нельзя сказать, что твердотельные реле безусловно во всем лучше. У электромагнитных реле тоже есть свои достоинства: для питания катушки не требуется стабилизированного напряжения, у них отличные помехоустойчивость и радиационная стойкость, их стоимость ниже, особенно если речь идет о коммутации токов более 100 А. Тем не менее многочисленные преимущества твердотельных реле позволили им заметно потеснить своих электромагнитных конкурентов в очень многих приложениях.
Примеры использования твердотельных реле
Можно привести множество примеров применения твердотельных реле, однако в рамках статьи мы ограничимся наиболее интересными, на наш взгляд, случаями — коммутацией цепей переменного тока. Подобные задачи возникают при управлении исполнительными механизмами, регулировании температуры для коммутации ТЭНов и в других схожих ситуациях. Возможность коммутации цепей переменного тока выгодно отличает твердотельные реле от интеллектуальных силовых ключей, которые составляют им конкуренцию в цепях постоянного тока.
Рис. 4. Коммутация цепи: а) при ненулевом значении напряжения; б) при нулевом значении напряжения
В зависимости от фазы напряжения сети в момент коммутации могут возникать помехи, как показано на рис. 4а, которые могут нарушить работу системы и затруднить обеспечение электромагнитной совместимости. При коммутации в момент перехода напряжения через ноль подобных искажений не возникает.
В рассматриваемых нами случаях далеко не всегда требуется высокое быстродействие, когда команда на коммутацию должна выполняться без задержки. Поэтому допускается осуществлять коммутацию не сразу после прихода команды, а с задержкой, в момент перехода напряжения через ноль, как показано на рис. 4б. Для подобной коммутации во многие твердотельные реле встраивается схема детектирования нулевого значения напряжения (Zero Cross Circuit).
Рис. 5. Коммутация при переходе напряжения через ноль: а) по внешней команд; б) с фиксированным в реле временем цикла; в) с минимальной задержкой
Возможные реализации коммутации при переходе напряжения через ноль показаны на рис. 5. Самый простой и экономичный способ показан на рис. 5а: коммутация осуществляется по команде внешнего устройства. На рис. 5б показана коммутация с фиксированным временем цикла, в данном случае 0,2 с, контроль длительности цикла выполняется встроенной в реле схемой. Наиболее точный способ поддержания среднего значения напряжения приведен на рис. 5в: коммутация осуществляется каждые полпериода с минимальной задержкой.
Рис. 6. Схемы реверсивного включения 3-фазного электродвигателя
Нередко твердотельные реле используют в схемах включения и реверсирования электродвигателей переменного тока. На рис. 6 показана схема реверсивного включения 3-фазного электродвигателя. Реверсирование происходит с помощью механических ключей SW1 и SW2 или управляющих сигналов внешнего устройства. Следует иметь в виду, что интервал времени между командами выбора направления вращения должен составлять не менее 20 мс (при частоте сети 50 Гц). В противном случае произойдет короткое замыкание между фазами. Причем если используются реле с тиристорным выходом, то ток короткого замыкания может достичь значительной величины, т. к. выключение тиристоров произойдет только при уменьшении тока через них ниже уровня тока удержания.
Как зависит выходной ток электромагнитного реле от входного тока
§ 33. Электромагнитное реле. Электрический звонок
В электротехнике довольно часто используются очень сложные схемы для подключения элементов, в которых невозможно использовать обычные выключатели и переключатели. В таких цепях используют специальное устройство — реле.
Рассмотрим применение электромагнитов на примере электромагнитного реле и электрического звонка.
Для управления различными электрическими устройствами часто используют электромагнитное реле. Электромагнитное реле (рис. 1) — это прибор, с помощью которого управляют какими-либо другими электроприборами на расстоянии .
Рис. 1. Электромагнитное реле: а — устройство: 1,2 — контактные пластины, 3 — верхнее плечо якоря, 4 — обмотка, 5 — нижнее плечо якоря; б — условные обозначения
Под действием магнитного поля, создаваемого обмоткой катушки 4, верхнее плечо якоря 3 притягивается к сердечнику. Нижнее плечо якоря 5 отклоняет контактную пластину 2, пока она не соприкоснется с контактной пластиной 1. Соприкоснувшиеся контакты замыкают электрическую цепь, в которую включён какой-либо потребитель. При отключении тока якорь с контактной пластиной 2 отходит от сердечника, и электрические контакты 1, 2 расходятся, размыкая цепь.
В электромагнитных реле могут быть установлены контакты: замыкающие, размыкающие и переключающие. Условные обозначения обмотки и контактов реле на принципиальных электрических схемах показаны на рисунке 1, б.
Электромагнитное реле (рис.2) содержит электромагнит (катушку 1 с намагничивающимся сердечником 2) и якорь 3, который имеет возвратную пружину и замыкает или размыкает электрические контакты 4.
Рис.2. Электромагнитное реле
Электромагнитное реле содержит первичную (включающую электромагнит) и вторичную (содержащую контакты) цепи, которые могут использовать разные источники питания (рис. 3). При протекании входного тока через катушку её сердечник намагничивается и притягивает якорь. При этом контакты реле замыкаются, и во вторичной (выходной) цепи протекает ток Iвых.
Рис.3. Электромагнитное реле: 1 – реле; 2 – исполнительный орган
Основной характеристикой электромагнитного реле является ток срабатывания Iср — минимальная сила тока, при которой якорь притягивается к сердечнику и замыкает контакты. При дальнейшем увеличении входного тока Iвх ток на выходе реле Iвых определяется только параметрами вторичной цепи и не меняется.
Если уменьшать входной ток Iвх, то при некотором значении, называемом силой тока отпускания Iотп, контакты размыкаются. При этом ток Iвых выходной цепи падает до нуля. При изменении направления входного тока Iвх сердечник опять намагничивается и притягивает якорь, когда |Iвх| > |Iср|. Контакты размыкаются, когда |Iвх| < |Iотп|.
Зависимость силы тока на выходе реле Iвых от силы тока на входе Iвх приведена на рисунке 4.
Рис.4. Зависимость силы тока в реле
На принципиальных схемах электромагнитное реле обозначается так, как показано на рисунке 5.
Рис.5. Электромагнитное реле: а — электромагнит, б — контакты реле
Наряду с электромагнитными также широко используются герконовые реле — электромагнитные реле с герметизированными контактами (рис. 6).
Рис.6. Герконовое реле
Контакты герконового реле заключены в стеклянный баллон с откачанным воздухом или заполненный инертным газом, они находятся в магнитном поле катушки электромагнита. Эти контакты притягиваются под действием магнитного поля, так как изготовлены из намагничивающегося материала — стали. В одном герконовом реле может содержаться несколько обмоток и несколько баллонов с контактами. Важное отличие герконового реле от обычного электромагнитного реле состоит в том, что в герконовых реле практически отсутствуют движущиеся детали. Эти реле обладают большой надёжностью работы. Вследствие отсутствия воздуха такие контакты не окисляются. Герконовые реле также характеризуются тем, что обладают высокой скоростью срабатывания.
Принципиальная электрическая схема включения потребителя электрической энергии (лампа накаливания или электродвигатель) при использовании электромагнитного реле с реостатом подачи тока на вход реле и измерительными приборами приведена на рисунке 7. Красным цветом обведена управляющая цепь, зелёным — рабочая.
Рис. 7. Принципиальная схема электрической цепи с реле
Электрический звонок
Электрический звонок (рис. 2) применяют для звуковой сигнализации, в устройствах автоматического контроля, защиты в быту и на производстве.
Рис. 2. Электрический звонок: 1,2 — контакты, 3 — обмотка электромагнита, 4 — якорь с молоточком, 5 — чашечка звонка
Основной частью электрического звонка является электромагнит. При нажатии на кнопку (в устройствах защиты и контроля это контакты реле или выключателей) электрическая цепь замыкается. Ток, проходя по обмотке электромагнита 3, намагничивает сердечник, который притягивает к себе якорь с молоточком 4 и контактом 2, при этом молоточек ударяет по чашечке звонка 5, контакты 2 и 1 размыкаются, и электрическая цепь разрывается. В результате сердечник размагничивается и отпускает якорь, контакт 2 вследствие упругости снова соединяется с контактом 1, и всё повторяется сначала.
В зависимости от конструкции электрические звонки могут работать как от батарейки, так и от электрической сети.
Правила безопасной работы с электроприборами
- Электрический ток, протекающий через тело человека, опасен для жизни. Нельзя собирать электрические схемы, устранять возникшие неисправности и прикасаться к оголённым проводам и токопроводящим деталям при включённом источнике тока!
- При сборке электрической цепи следите за тем, чтобы изоляция проводов была исправна, а соединения надёжно изолированы.
- Собранную схему можно подключать к источнику тока с напряжением не более 4 В.
- Собранную цепь подключайте к источнику питания только после проверки и с разрешения учителя.
- По окончании работы отключите источник электропитания и разберите цепь
Новые слова и понятия
Электрический звонок, электромагнитное реле, герконовое реле, электромагнит, якорь, контакты реле, возвратная пружина, цепь управления, рабочая цепь .
Проверяем свои знания
1.Как устроено электромагнитное реле?
2. Назовите основные части электромагнитного реле, электрозвонка.
3. Как работает электромагнитное реле?
4. Как зависит выходной ток электромагнитного реле от входного тока?
5. Для каких целей используется реле? Приведите примеры устройств, состав которых входит электромагнитное реле.
6. Где применяются электрозвонки?