По принципу действия реле делятся на

По принципу действия реле делятся на

2. Якорь, который поворачивается вокруг оси.

3. Неподвижная контактная система.

4. Подвижная контактная система.

7. Основание якоря.

При отсутствии тока в обмотке 6 я корь под действием пружины находится на некотором расстоянии от магнитопровода . F пр – сила действия пружины. Имеется основание, которое не позволяет якорю удалится (7). П ри этом контакт реле разомкнут. При прохождении тока по обмотке реле магнитопровод становится электромагнитом и притягивает якорь.

Сила притяжения якоря.

где W _р – число витков обмотки реле;

l – длина магнитных линий;

K – коэффициент пропорциональности.

На величину электромагнитной силы можно воздействовать путем изменения тока в обмотке реле, изменением числа витков обмотки, регулирование воздушного зазора.

Реле сработает, если

F эм > F пр

Реле косвенного действия имеет контактную систему, которая состоит из неподвижной 3 и подвижной 4 частей. Подвижная часть связана с якорем реле. При повороте якоря контакты замыкаются.

Минимальное значение тока I р , при котором якорь притягивается к электромагниту, называется током действия реле I д.р.

Мак­симальный ток в обмотке реле, при кото­ром оно переходит в начальное состояние называется током отпускания – I о.р.

Отношение тока отпускания к току дей­ствия характеризуется коэффициентом отпускания.

Срабатывание максимальных реле совпадает с действием и ток или напряжение дейст­вия соответственно называют током I с.р. или напряжением U с.р сра­батывания реле. Ток и напряжение отпускания называют током I в. р и напряжением U в.р возврата реле, а коэффициент отпуска­ния — коэффициентом возврата k в. Всегда k в. < 1. Для минималь­ных реле срабатывание совпадает с отпусканием. Напряжение срабатывания минимально­го реле равно напряжению отпускания, а напряжение возврата равно напряжению действия. Поэтому значение коэффициента воз­врата минимального реле напряжения равно обратному значению коэффициента возврата максимального реле и всегда больше еди­ницы.

Какие бывают типы реле?

Реле — специальное устройство, предназначенное для автоматической коммутации электроцепей по сигналу, поступающему извне. Если говорить проще, то оно необходимо для соединения и разъединения цепи при заданных заранее условиях. Реле могут принимать разные сигналы и иметь некоторые отличия в конструкции. Они состоят:

• из релейного элемента, имеющего два устойчивых состояния;
• группы электрических контактов, которые замыкаются или размыкаются в зависимости от состояния релейного элемента.

Основное предназначение устройства — контроль над подачей напряжения к оборудованию и приборам, потребляющим электроэнергию. Применение таких устройств полностью автоматизирует рабочие процессы. Этого достигают за счет установки интервала времени для включения и выключения оборудования.

Классификация

По принципу действия устройства бывают:

• электромагнитными;
• индукционными;
• поляризованными;
• магнитоэлектрическими;;
• полупроводниковыми, включая твердотельные.

По области применения:

• реле управления;
• защиты;
• автоматизации электрических систем.

По воздействию на управляющую часть:

• контактные;
• бесконтактные;

По типу регулируемого параметра:

• реле контроля напряжения;
• мощности;
• сдвига фаз;
• симметричных составляющих;
• направления мощности;
• реле контроля тока;
• частоты;
• сопротивления.

В отдельную группу выделяют следующие виды устройств.

• Промежуточное реле. Управляет несколькими цепями в сетях мощных устройств. Применяется, когда нужно замкнуть или разомкнуть несколько взаимосвязанных цепей одновременно. К примеру, одним необходимо произвести выключение, а другим — вывести аварийный сигнал на табло прибора.
• Указательное. Указывает на совершение операции внутри контролируемого устройства. Используется в автоматике, телемеханике, оперативных схемах.
• Сигнальное реле. Используется в схемах сигнализации для подключения различных систем оповещения персонала с помощью звука или света. Контакты работают с токами, как правило, не превышающими 2 А.
• Реле времени. Работает по принципу механического замедления с выдержкой от 1–15 секунд до 24 часов. Применяется для задержки отключения освещения и автоматизации процессов производства. Имеет широкий диапазон временных интервалов, которые можно настраивать.
• Импульсное реле. Еще называется бистабильным, поскольку переключение происходит в момент подачи сигнала на управляющий вход, и в таком положении устройство остается после окончания входного сигнала.

Большинство устройств являются электромагнитными. Срабатывание происходит после поступления на устройство определенного сигнала. Цепи, которые управляются устройством, называются управляемыми, а те, что подают сигнал, — управляющими. Реле усиливает поступающие сигналы, что позволяет замкнуть мощную цепь даже при подаче на оборудование небольшого количества электричества.

По типу тока

Реле от постоянного тока бывают нескольких видов.

• Нейтральные, поляризованные или комбинированные.
  В нейтральных якорь отклоняется в одну сторону вне зависимости от того, в какую сторону движется ток. Для поляризованных характерна чувствительность к полярности тока, т. е. якорь отклоняется в разные стороны в зависимости от того, подается на контакт + или -.
• Электромагнитные и индукционные.
  В электромагнитных под воздействием магнитного поля в катушке якорь притягивается к сердечнику. Индукционные работают под воздействием переменного магнитного поля, индуцируемого в подвижном элементе. Главный плюс реле постоянного тока — устойчивость к пульсациям, перепадам напряжения и помехам. Их используют для управления автоматикой в различных производственных областях.

Реле от переменного тока оснащаются специальным блоком питания, поэтому могут подключаться непосредственно в контролируемую сеть переменного напряжения. Из недостатков отмечаются:

• более низкая чувствительность, чем у реле постоянного тока;
• вибрации при работе и необходимость их предотвращения.

Учитывая подобные нюансы, реле переменного тока рекомендуют использовать для контроля бытовых приборов, небольших станков или промышленных установок.

По типу контролируемых величин

В зависимости от контролируемых величин конструкции устройства делятся на следующие виды:

• электронные;
• герконовые;
• электротепловые.

Электронные

Предназначены для замыкания-размыкания электрических цепей, подачи и отключения напряжения. Используются при больших силовых нагрузках. Электронные реле оснащаются полупроводниками:

• транзисторами;
• конденсаторами;
• диодами;
• микросхемами и пр.

Именно полупроводниковые элементы реагируют на изменение параметров напряжения. Часто подобные устройства можно встретить в электрической системе транспортных средств. Пример – блок электронных реле, предназначенный для контроля расхода энергии и величины напряжения на аккумуляторных клеммах, а также контроля системы освещения.

Герконовые

В их основе лежит герконовая катушка, представляющая собой баллон с вакуумом. Геркон (электромеханическое коммутационное устройство) размещается внутри электромагнита, а баллон периодически наполняется определенным видом газа. Состояние подключенной электроцепи изменяется при воздействии поля от постоянного магнита.

В зависимости от действия герконовые устройства бывают:

• размыкающими;
• замыкающими;
• переключающими.

Плюсы герконовых реле:

• доступная цена;
• отсутствие трущихся частей (обеспечивает повышенный ресурс);
• небольшие размеры;
• полная защита контактной группы от влаги (располагается в условиях вакуума или газа, что повышает надежность).

Герконовые реле нужно использовать в отдалении от источников ультразвука, поскольку они отрицательно влияют на электрические параметры датчика. Еще нужно учитывать, что такие устройства не переносят механические повреждения, поскольку применяемая в них колба зачастую изготавливается из стекла.

Электротепловые (тепловые, температурные)

Принцип работы заключается в отличии коэффициентов теплового расширения при нагреве пластин. В основе устройств — биметаллические пластины в виде слоев из разных металлов. Когда степень нагрева достигает определенного уровня, тепловое реле отключает или переключает параметры электрического тока.

Самое частое применение таких устройств — подключение электродвигателей. Тепловое реле позволяет прекратить подачу питания на оборудование. Это бывает необходимо, когда при увеличении нагрузки оно начинает работать на износ. В таких ситуациях через устройство начинает проходить больше тока, что приводит к его перегреву и возникновению аварийных ситуаций. Именно поэтому в таких случаях применяется тепловое реле. При достижении определенного нагрева оно отключает питание.

Виды тепловых устройств:

• для трехфазных и обычных электроцепей;
• с контролем температуры при помощи чувствительного щупа (прикладывается к оборудованию);
• с пластинами из металла или специального сплава.

При нагреве сплавы полностью расплавляются, разрывая цепь. Подобные устройства очень быстро срабатывают и по принципу действия схожи с предохранителями. Для продолжения работы достаточно заменить расплавленный проводник.

Что такое реле: виды, принцип действия и устройство

Реле – одно из наиболее распространенных устройств, применяемых для автоматизации процессов в электротехнике. По факту, это автоматический выключатель, который соединяет или разъединяет электроцепи при достижении установленных значений или под внешним воздействием. Реле применяются в промышленности для автоматизации технологических процессов, в бытовой технике, которая есть в каждом доме, например в холодильниках и стиральных машинках, для защиты сети от слишком высоких или слишком низких параметров тока. Выбор нужного устройства упрощает классификация реле по различным признакам.

Общее описание конструкции

Понятие «реле» объединяет целое семейство устройств разной конструкции. Но в общем случае реле состоит из трех основных функциональных элементов:

• Воспринимающий. Это первичный элемент, который воспринимает контролируемую величину и преобразует ее в другую физическую величину.
• Промежуточный. Сравнивает полученное значение с заданным параметром. Если это значение выше или ниже заданного параметра, то на исполнительный элемент передается первичное воздействие.
• Исполнительный. Этот элемент передает воздействие в цепи, управляемые реле. В результате такого воздействия может произойти: размыкание или соединение управляемой цепи, переключение параметров тока.

Исполнение и принцип действия первичного элемента зависят от того, какое назначение имеет реле и на какую физическую величину (сила тока, напряжение, свет, тепло и т.п.) оно настроено.

Основные характеристики реле

Независимо от вида и принципа действия реле, выделяют несколько параметров, на которые обращают внимание при выборе этого прибора:

• Время срабатывания – промежуток времени между поступлением управляющего сигнала и воздействием на управляемые цепи.
• Коммутируемая мощность – допустимая мощность электроцепи или электроустановки, которой будет управлять реле.
• Уставка – обычно это регулируемый параметр, который определяет величину поступающего параметра (тока, напряжения, частоты, давления, температуры), при которой происходит срабатывание реле.

Виды реле: контактные и бесконтактные

По устройству исполнительного компонента реле делят на контактные и бесконтактные.

Контактные

Воздействуют на управляемую цепь с помощью электрических контактов. Их размыкание или замыкание полностью разъединяет или замыкает электроцепь. Для изготовления контактов используются: медь, серебро, вольфрам. Количество контактов – до 10 штук. Четырех- и пятиконтактные реле используются в электрических схемах автомобилей для включения и переключения цепей.

Бесконтактные

Такие реле воздействуют на управляемую цепь способом изменения электрических параметров выходных электроцепей – емкости, сопротивления, индуктивности, величины тока или напряжения.

Классификация реле по способу включения

Первичные

Эти устройства включаются непосредственно в цепь элемента, для защиты которого они предназначены. Их преимущества – не требуются измерительные трансформаторы, источники оперативного тока, контрольные кабели.

Вторичные

Подключаются в цепь с использованием вторичных трансформаторов. Это наиболее распространенный вид реле. Их преимущества – изоляция от высокого напряжения, возможность расположить устройство в месте, удобном для обслуживания. Вторичные реле выпускаются стандартными. Они рассчитаны на ток 5 (1) А и напряжение 100 В и могут устанавливаться в любые электроцепи, независимо от их тока и напряжения.

Виды реле по назначению

По назначению эти устройства бывают трех типов – управления, защиты, сигнализации.

Реле управления

Эти реле являются первичными. Монтируются непосредственно в электроцепь. Их роль – включение и выключение отдельных элементов схемы. Могут использоваться самостоятельно или в качестве комплектующих низковольтных комплектных устройств – ящиков, панелей, шкафов.

Реле защиты

Выполняют функции включения, отключения и защиты устройств, имеющих термические контакты – электродвигателей, вентиляторов. При превышении температуры термические контакты размыкаются. Оборудование может восстановить работу только после остывания термоконтактов до установленной температуры.

Сигнализации

Такие реле устанавливают в охранных системах автотранспорта, предприятий, придомовых территорий. Служат для формирования сигнала при достижении установленной величины параметра, который находится под контролем (ток, напряжение, частота, давление, температура, акустические параметры и другие).

Разновидности электромеханических реле

Наиболее распространенный вид электрических реле – электромеханические. К ним относятся: электромагнитные, индукционные, электротепловые устройства.

Электромагнитные

Один из видов электрических реле электромагнитное. В конструкции этого устройства имеются: обмотка со стальным сердечником, группа подвижных контактов, замыкающих и размыкающих управляемую электроцепь. Рассмотрим принцип их действия:

• На катушку сердечника подается управляющий ток.
• В сердечнике под воздействием электрического тока создается магнитное поле, притягивающее контактную группу.
• В зависимости от типа реле, контакты замыкают или размыкают электрическую цепь.

Разновидность электромагнитных реле – поляризованные, которые отличаются от нейтральных способностью реагировать на полярность управляющего сигнала. Размыкание или замыкание контактов зависит от полярности подключения электромагнита. Обладают более высокой чувствительностью, по сравнению с нейтральными реле. Такие устройства могут использоваться только в цепях постоянного тока.

Электротепловые (термические)

Тепловые реле представляют собой комплекс биметаллических пластин, для изготовления которых используются металлы с разным коэффициентом расширения при нагреве. Такие реле могут использоваться в качестве защитных устройств: при превышении температуры, установленной регулятором, контакты разъединяются, и поступление тока на потребителя прекращается.

Обычно тепловые реле используются в бытовых одно- и трехфазных сетях при подключении электрических двигателей. При увеличении нагрузки на двигатель выше установленной величины происходит нагрев биметаллического реле, которое при достижении определенной температуры размыкает электрическую цепь. Двигатель прекращает работу. После остывания биметаллических пластин цепь замыкается и двигатель возобновляет работу. Термические устройства могут оснащаться колесиком, с помощью которого регулируется температура отключения двигателя, и кнопкой принудительного запуска.

Существует разновидность термических реле, в которых биметаллические пластины заменены легкоплавящимся сплавом. Они срабатывают практически мгновенно – при достижении определенной температуры металл расплавляется и цепь размыкается. Принцип действия таких устройств похож на принцип действия предохранителей. После срабатывания такое реле, установленное непосредственно на оборудовании в качестве последней защиты от перегорания, подлежит замене.

Индукционные

Принцип действия этих устройств основан на взаимодействии между переменными магнитными потоками и токами, которые формируют переменные магнитные потоки. Индукционные приборы рассчитаны только на использование в цепях переменного тока. Существуют три типа индукционных реле – с рамкой, диском, цилиндрическим ротором («стаканом»). Эти устройства широко востребованы в системах релейной защиты и автоматики.

Другие виды электрических реле

Твердотельные

Эти электронные устройства компактны и долговечны, благодаря отсутствию трущихся механических частей. Работу механики здесь выполняют полупроводниковые элементы – биполярные и МОП-транзисторы, тиристоры, симисторы. По сравнению с твердотельными, они имеют следующие преимущества:

• Низкий уровень шума при работе.
• Очень высокая наработка на отказ, которая в 100 раз и более превышает ресурс электромагнитных устройств.
• Быстродействие, составляющее доли миллисекунд, у электромагнитных 50 мс – 1с.
• Электропотребление ниже на 95 %.

Однако твердотельные реле имеют не только достоинства, но и недостатки. Одним из них является слабая устойчивость к импульсным перенапряжениям, которые электромагнитным реле практически не страшны. При использовании твердотельных реле необходимо предусмотреть схемотехническое решение, которое ограничивает эти импульсы. Есть и еще минусы – нагрев при работе, наличие токов утечки, приводящих к наличию напряжения на фазном проводе даже при отключенном реле.

Твердотельные реле применяют в системах регулирования температуры, в которых в качестве нагревателей используются ТЭНы, в промышленной автоматике, телеметрии, механизмах оборудования, используемого в металлургической и химической индустрии, в медоборудовании, военной электронике.

Герконовые

Реле этого типа представляют собой герконовую катушку. Это баллон, заполненный инертным газом, или внутри которого создан вакуум. Внутри баллона располагают соединительные элементы из пермаллоя – прецизионного сплава (сплава с точно заданным химическим составом), включающего железо и никель. Эти соединительные элементы имеют вид проволоки с контактами. Их покрывают серебряным или золотым напылением. Геркон размещают в середине электрического магнита или в пределах действия его поля. При подаче тока на обмотку электромагнита образуется магнитный поток, который запирает контакты. Герконовые реле могут выполнять функции: замыкающие, переключающие, размыкающие. Преимущества этих устройств – компактные габариты, доступная цена, отсутствие трущихся частей, что продлевает срок службы. Тот факт, что контактная группа располагается в инертном газе или вакууме и надежно защищена от влаги, повышает надежность реле.

При использовании герконовых реле следует избегать:

• близкого присутствия источника ультразвука, который будет негативно влиять на работоспособность;
• воздействия постороннего магнитного поля;
• механических повреждений.

Колба изготавливается обычно из стекла, поэтому ее нужно всячески оберегать от механических воздействий. При разбитой колбе контактная группа срабатывать не будет. Герконовые реле можно использовать только в системах, в которых параметры электропитания находятся в пределах, установленных в технической документации. При подаче слишком высоких токов произойдет размыкание контактов. Нарушения в работе герконовых реле наблюдаются и в случаях подачи тока слишком низкой частоты.

Фотоэлектронные (фотореле)

Основой фотоэлектронного реле является полупроводниковый элемент – фоторезистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от изменения освещенности. Фотореле – прибор, широко применяемый коммунальными службами. Он надежен в работе и обеспечивает существенную экономию электроэнергии и безопасность на улицах. При повышении освещенности все осветительное оборудование отключается, а при наступлении темноты – включается. Большинство таких приборов оснащено регулятором порога срабатывания и механическим выключателем.

Виды реле по типу поступающего параметра

По этому параметру разделяют реле: тока, мощности, частоты, напряжения, давления, акустических величин, количества газа. Устройства могут быть максимальными и минимальными. Реле, которые срабатывают при превышении заданной величины, называют «максимальными», а при ее падении ниже заданного уровня – «минимальными».

Реле тока

Реле тока реагируют на резкие перепады тока и при необходимости отключают отдельную нагрузку или всю систему электроснабжения. Величина максимального тока, при которой необходимо отключить потребителей, устанавливается регулятором.

Реле напряжения

Реле напряжения реагируют на величину напряжения и включаются через трансформаторы напряжения. Используются для контроля фаз напряжения в электросетях и защиты электроприборов. Основой такого реле является контроллер быстрого реагирования, отслеживающий отклонения напряжения за установленные пределы. Общепринятый стандарт срабатывания таких реле – ниже 170 В и выше 250 В.

Реле частоты

Служат для контроля частоты переменного тока, которая должна быть равна 50 или 60 Гц в одно- и трехфазных сетях. Обычно имеют фиксированные задержки срабатывания. Пороги размыкания цепи, которая находится под контролем, можно регулировать. Режим работы этого устройства может предусматривать наличие «памяти» аварии.

Реле мощности

Устройство, ограничивающее мощность, действует аналогично ограничителю тока нагрузки. При превышении установленного порога мощности происходит отключение потребителя. Реле ограничения мощности часто оснащаются функцией автоматического повторного включения. То есть, после снижения нагрузки работа оборудования возобновляется автоматически.

Реле давления

Реле давления – важнейший прибор, используемый в насосном оборудовании для контроля перепадов давления воды, масла, нефти, воздуха. Различают два основных типа таких приборов – электромеханические и электронные.

Электромеханические реле имеют в конструкции особый элемент, реагирующий на изменение давления в системе, – гибкую мембрану, которая изгибается под напором жидкости (воздуха) в системе. Она соединяется с двумя пружинами, одна из которых настраивается на минимально допустимый напор, а вторая – на разницу между верхней и нижней границами давления в системе. При снижении давления в системе ниже минимального порога реле включает насосное оборудование, при превышении верхнего порога – отключает. Это простые и надежные устройства, но не очень удобные в эксплуатации. Оператору приходится регулярно проверять настройки и при необходимости их корректировать.

Электронные устройства имеют более сложную конструкцию. Пределы можно устанавливать очень точно и при эксплуатации контролировать их не требуется. Электронные приборы чувствительны к гидроударам, поэтому их оснащают небольшими гидробаками (объем – примерно 400 мл). Электронное реле давления устанавливается между насосным оборудованием и первой точкой водоразбора.

Реле акустические

Акустические реле реагируют на изменение акустических величин – частоты звуковой волны, ее давления или акустических характеристик материалов – коэффициентов поглощения и отражения. Принцип действия может быть механическим или электрическим. В акустических приборах механического действия предусмотрена мембрана, которая прогибается под давлением звуковых волн, и при достижении определенной величины давления происходит замыкание контакта. В состав электрических акустических приборов входят: воспринимающий орган (микрофон, фильтр), усилитель, выходное электрическое реле.

Устройства, срабатывающие на любой шум, часто используются совместно с системой освещения. Они реагируют на любой возникающий шум в помещении и дают сигнал на включение света. Обычно их устанавливают в коридорах и на лестничных площадках. Также акустические реле широко используются в охранных системах, «интеллектуальных» игрушках.

Газовые реле

Эти приборы применяются для обеспечения газовой защиты. Они представляют собой металлический корпус, врезанный в маслопровод. Реле в нормальном состоянии заполнено маслом, а его контакты находятся в разомкнутом состоянии. При повышении содержания газов они заполняют верхнюю часть реле с одновременным вытеснением масла. Поплавок, имеющийся в конструкции, с понижением уровня масла опускается, поворачивается вокруг своей оси и вызывает замыкание контактов в сигнальной цепи. Сформированный сигнал предупреждает о высокой загазованности среды.

Промежуточные реле

«Промежуточным» называют реле, которое играет в цепи не главную, а вспомогательную роль. Рассчитано на установку в автоматических схемах и цепях управления. Его функции – увеличение числа контактов основного реле, когда необходимо замкнуть или разомкнуть несколько цепей, замкнуть одну и одновременно разомкнуть другую цепь, выполнить другие задачи. Они используются в схемах усиления и преобразования электрических сигналов, запоминания информации и программирования, распределения электрической энергии с управлением работой отдельных элементов, сопряжения элементов радиоэлектронной аппаратуры с разными принципами действия.

Часто функции промежуточных выполняют электромагнитные реле, в которых в зависимости от конструкции и области применения имеются контакты следующих типов:

• Нормально разомкнутые (замыкающие). При отсутствии электропитания находятся в разомкнутом состоянии. При подаче напряжения происходит их замыкание.
• Нормально замкнутые (размыкающие). В нормальном состоянии такие контакты находятся в замкнутом состоянии, а при поступлении электропитания контакты размыкаются.
• Перекидные. В таких реле при отсутствии напряжения имеется средний контакт, замкнутый с одним из неподвижных контактов. При подаче тока средний контакт разрывает связь с первым неподвижным контактом и замыкается со вторым неподвижным контактом.

Обозначение реле на схеме

На электрических схемах реле обозначается прямоугольником, от наибольших сторон которого показаны выводы питания. Функциональное назначение реле указывается на схеме буквами:

• 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.

Описание и принцип работы реле

Реле — одно из наиболее распространенных устройств для автоматизации электротехнических систем и механизмов. Целевым назначением автоматического выключателя служит соединение или разъединение электрической цепи в определенный момент, когда достигаются установленные значения или оказывается воздействие внешних факторов. Реле нашло широкое применение в промышленности и быту.

Что такое реле, история создания

Реле является коммутационным устройством, с помощью которого соединяют или разъединяют цепь электронной или электрической схемы во время перепадов входных величин тока.

Большая популярность реле обусловлена высокими эксплуатационными качествами и надежностью работы. С помощью эффективного коммутационного устройства повышается эффективность и долговечность оборудования и техники.

В науке есть несколько мнений о том, кто из исследователей впервые описал принцип работы реле. По некоторым данным, известно, что устройство было спроектировано в 1830–1832 гг. ученым из России Шиллингом П.Л. Тогда это был основной элемент телеграфа, который сконструировал изобретатель.

По мнению других ученых, изобретение принадлежит физику Дж. Генри. Реле было разработано в 1835 году с целью модернизации телеграфного аппарата, который был создан в 1831 году. Первый соленоид представлял собой некоммутационное устройство, функционирующее на электромагнитной индукции.

Как самостоятельное устройство реле было запатентовано Самуэлем Морозе. Таким образом, впервые изобретение служило одним из важных компонентов телеграфа, а затем, по мере развития технологий, стало активно использоваться для электрического и электронного оборудования.

Устройство и принцип работы реле

Реле представляет собой катушку, состоящую из:

• немагнитного основания с обмоткой из меди, дополненной тканевой, синтетической изоляцией или (чаще) диэлектрическим лаковым покрытием;
• металлического сердечника;
• пружин;
• якоря;
• соединителей;
• контактной пары.

Когда ток подается на обмотку электромагнита или соленоида, якорь, соединенный с контактом, притягивается к сердечнику, происходит замыкание электрической или электронной цепи. Если сила тока уменьшается до заданного показателя, пружина воздействует на якорь, который в свою очередь возвращается в исходное положение, цепь размыкается, происходит отключение потребителей.

Резисторы обеспечивают более плавную и точную работу. С помощью конденсаторов системы защищают от перепадов напряжения и искрения.

Электромагнитный соленоид (простейшая схема):

Большинство модификаций электромагнитных реле оснащены несколькими парами контактов, что обеспечивает одновременное управление несколькими цепями. Принцип работы коммутационного устройства представляет собой электромагнитную индукцию. Простота эксплуатации обеспечивает безотказную работу устройств.

Ключевые характеристики реле:

• чувствительность — то есть реакция на силу, с которой ток подается на обмотку, чтобы устройство включилось;
• сопротивление обмотки электромагнита;
• напряжение срабатывания обозначает минимальную величину тока для переключения контактов;
• напряжение отпускания в виде параметра тока, при котором коммутационное устройство отключается;
• время, за которое притягивается и отпускается якорь;
• частота срабатывания с рабочей нагрузкой на контактах.

Как обозначается на схеме

Ремонт, подключение или разработка электрооборудования выполняются с помощью специальных схем. Так как реле является важным компонентом системы, важно знать, как оно обозначается схематично. Существует международный классификатор с буквенно-графическими обозначениями коммутационного устройства. На электрических схемах реле представлено в виде прямоугольника. Выводы питания показывают от наибольших его сторон. Буквенное обозначение функционального назначения реле:

• 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.

Схематичное обозначение коммутационного устройства:

Виды реле, контактные и бесконтактные

Реле отличаются по устройству исполнительного компонента. Исходя из данного признака, выделяют контактные и бесконтактные КУ. В первом случае устройства оказывают действие на управляемую цепь через электрические контакты:

1. При размыкании контактов цепь разъединяется.
2. При соединении контактов цепь замыкается.

Контакты могут быть изготовлены из разных металлов:

Стандартным количеством контактов считается 10. Реле с четырьмя или пятью контактами в основном применяются для оснащения электрических схем в автотранспорте для размыкания и замыкания цепи.

Воздействие реле на управляемую цепь бесконтактным способом заключается в изменении электрических характеристик выходных электроцепей. К ним относятся такие параметры тока и напряжения, как:

• емкость;
• сопротивление;
• индуктивность;
• величина.

Виды реле по назначению

Реле обладают определенными техническими характеристиками и эксплуатационными качествами. Данные параметры устройств определяются их целевым назначением. Существует три типа реле:

1. Управления.
2. Защиты.
3. Сигнализации.

Реле управления представляют собой первичные устройства, которые устанавливаются непосредственно в электрическую цепь. Данный тип КУ необходим, чтобы включать и выключать определенные компоненты схемы. Такие реле применяются в качестве самостоятельного элемента схемы или представляют собой комплектующие низковольтных комплектных устройств:

Коммутационное устройство защиты включается и отключатся элементами сети с термическими контактами. К такому оборудованию относятся электродвигатели и вентиляторы. Если температура повышается, термические контакты размыкаются. Со временем, когда температурный режим достигнет рабочих значений, работа оборудования восстанавливается.

Реле сигнализации являются важным элементом охранных систем, устанавливаемых на автомобильный транспорт, на предприятиях и придомовых территориях. Коммутационное устройство формирует сигнал в случае, когда достигается установленная величина параметра, находящегося под контролем. К таким характеристикам могут относиться:

• ток;
• напряжение;
• частота;
• давление;
• температура;
• акустические параметры.

Классификация реле по способу включения

Исходя из методики установки, реле подразделяются на первичные и вторичные.

К первой категории относятся устройства, которые подключаются непосредственно в цепь элемента, на защиту которого они направлены. Преимуществом таких реле является отсутствие необходимости в измерительных трансформаторах, источниках оперативного тока, контрольных кабелях.

Вторичные реле подключаются в цепь с помощью вторичных трансформаторов. Они обладают стандартными характеристиками, рассчитаны на эксплуатацию при токе 5 А и напряжении 100 В. Устройства данной категории пользуются большой популярностью и характеризуются широкими сферами применения. Основные достоинства вторичных КУ:

• наличие изоляции, защищающей от высокого напряжения;
• универсальность применения для любых электросетей с разными характеристиками тока и напряжения;
• возможность поместить реле в место, которое удобно обслуживать.

Виды реле по типу поступающего параметра

По данному критерию устройство классифицируют как реле:

• тока;
• мощности;
• частоты;
• напряжения;
• давления;
• акустических величин;
• количества газа.

Реле могут быть максимальными и минимальными. К первой категории относятся коммутационные устройства, срабатывающие в случае, когда превышается заданный показатель. Минимальные реле реагируют на снижение определенных характеристик.

Реле тока

Данные КУ срабатывают при резких перепадах тока. В случае необходимости они отключают отдельную нагрузку или всю электрическую систему. Регулятор устанавливает величину максимального тока, при достижении которой потребители отключаются.

Реле напряжения

Режим работы устройств этого типа определяется величиной напряжения. Реле, подключенные через трансформаторы, реагируют при перепадах показателей, таким образом контролируют фазы напряжения в электросетях и защищают приборы от поломок. В основе устройства — контроллер оперативного реагирования, с помощью которого отслеживают изменения напряжения. Общепринятым стандартом срабатывания КУ является диапазон меньше 170 В и более 250 В.

Реле частоты

Специальные устройства контролируют частоту переменного тока. Для однофазных или трехфазных сетей данный показатель должен соответствовать 50 или 60 Гц. Как правило, реле частоты характеризуются фиксированными задержками реагирования. Пороги размыкания контролируемой цепи можно регулировать. Рабочий режим такого коммутационного устройства нередко дополняется опцией «памяти» аварии.

Реле мощности

Коммутационное устройство, служащее для ограничения мощности, характеризуется принципом работы, аналогично ограничителю тока нагрузки. Если установленный порог превышается, то потребители отключаются от цепи. Данный тип реле нередко дополняют опцией повторного автоматического включения. Таким образом, при восстановлении нормальных параметров нагрузки оборудование начинает функционировать в нормальном режиме автоматически.

Реле давления

Данный тип коммутационного устройства является важным прибором, который нашел широкое применение в электротехнике. Наиболее часто реле давления устанавливается в насосных системах, чтобы контролировать скачки давления воды, масла, нефти, воздуха. Существует два типа таких устройств:

• электромеханические;
• электронные.

Электромеханические устройства оснащены особым элементом, который реагирует на перепады давления в системе. Он представляет собой гибкую мембрану, изгибающуюся под напором рабочей среды. Компонент соединен с двумя пружинами. Одна из них настроена на минимально допустимые характеристики напора, а вторая — на разницу между верхним и нижним пределами давления в системе. Если давление снижается и преодолевает минимальный порог, с помощью реле включается насосное оборудование. В случае, когда давление превышает максимальный лимит, насосы отключаются.

Реле характеризуются простотой и надежностью, но предусматривают некоторые сложности при эксплуатации. К примеру, оператор должен постоянно контролировать настройки и при необходимости выполнять их корректировку.

Устройства электронного типа отличаются более сложной конструкцией. Однако применение передовых технологий при конструировании КУ позволяет задавать пределы давления с высокой точностью. Кроме того, такие реле не нуждаются в регулярном контроле. Электронные приборы обладают чувствительностью к гидроударам, что объясняет необходимость оснащения устройств небольшими гидробаками объемом около 400 миллилитров. Реле устанавливают на отрезке цепи между насосным оборудованием и начальной точкой водозабора.

Реле акустические

Данные коммутационные устройства срабатывают во время перепадов акустических величин, включая частоту звуковой волны и ее давление, или акустических характеристик материалов таких, как коэффициенты поглощения и отражения. Реле различают по принципу действия:

• механический;
• электрический.

Акустические приборы механического типа оснащены мембраной, способной прогибаться под давлением звуковых волн. Когда достигается заданная величина давления, контакты замыкаются. Акустические приборы состоят из следующих компонентов:

1. Воспринимающий орган в виде микрофона и фильтра.
2. Усилитель.
3. Выходное электрическое реле.

Существует ряд устройств, которые срабатывают при любом шуме. Нередко такие устройства встраивают в системы освещения. Какой-либо звук, возникающий в помещении, провоцирует реакцию прибора, и свет включается. Целесообразно устанавливать подобные комплексы в коридорах и на лестничных площадках. Акустические реле также нашли широкое применение в конструировании охранных систем и «интеллектуальных» игрушек.

Газовые реле

Специальные коммутационные устройства обеспечивают газовую защиту. Реле оснащено металлическим корпусом, в который встроен в маслопровод. Нормальное состояние устройства подразумевает полное заполнение маслом и разомкнутое положение контактов. В случаях, когда концентрация газа в среде возрастает, верхняя часть устройства заполняется, а масло вытесняется из конструкции. При этом контакты в сигнальной цепи замыкаются благодаря сигналам поплавка, который при понижении уровня масла опускается и поворачивается вокруг своей оси. Таким образом формируется сигнал о высокой загазованности среды.

Промежуточные реле

Коммутационные устройства промежуточного типа обладают вспомогательными функциями. Они устанавливаются в автоматических схемах и цепях управления. Основными задачами, которые решает реле, являются замыкание или размыкание сразу нескольких цепей, замыкание одной и одновременное размыкание другой цепи и другие функции. Данные устройства применяются при реализации схем усиления и преобразования электрических сигналов, фиксировании данных и программировании, распределении электроэнергии с контролем рабочих характеристик определенных компонентов, сопряжении составляющих радиоэлектронной аппаратуры с разными принципами действия.

В качестве промежуточных устройств нередко используются электромагнитные реле. Исходя из особенностей конструкции и целевого назначения, они дополнены контактами следующих типов:

1. Нормально-разомкнутого (замыкающегося). Контакты отключены, если электропитание отсутствует, и замыкаются при подаче напряжения.
2. Нормально замкнутого (размыкающегося). Нормальный режим работы предполагает замкнутое состояние контактов. Подача электричества сопровождается размыканием контактов.
3. Перекидного. В данном случае реле дополнены средним контактом, который замкнут с неподвижным контактом. При подаче тока средний контакт отключается от первого неподвижного контакта и замыкает второй неподвижный контакт.

Реле является полезным изобретением, с помощью которого современная электротехника достигла высокого уровня и продолжает развиваться. Для правильного применения коммутационных устройств следует хорошо разбираться в электрических схемах, а также производить точные расчеты. Иногда студентам бывает сложно разобраться в физических величинах. На этот случай есть сервис Феникс.Хелп, компетентные специалисты которого помогут решить задачи любой сложности.