Электромагнитное реле, что это такое, какой принцип действия?

Виды электромагнитных реле

Первая классификация — по питанию. Есть электромагнитные реле постоянного и переменного тока. Реле постоянного тока могут быть нейтральными или поляризованными. Нейтральные срабатывают при подаче питания любой полярности, поляризованные реагируют только на положительное или на отрицательное (зависят от направления тока). 

Виды электромагнитных реле по типу питающего напряжения и внешний вид одной из моделей. Компания «Электрорадиолом приокский» принимает реле и другие детали на лом, чтобы обсудить условия, нажмите сюда.

По электрическим параметрам

Еще делят электромагнитные реле по чувствительности:

  • Мощность для сработки 0,01 Вт и меньше — высокочувствительные.
  • Потребляемая обмоткой мощность при срабатывании — от 0,01 Вт до 0,05 Вт — чувствительные.
  • Остальные — нормальные. 

В первую очередь стоит определиться с электрическими параметрами.

Первые две группы (высокочувствительные и чувствительные) могут управляться от микросхем. Они вполне могут выдавать требуемый уровень напряжения, так что промежуточное усиление не требуется.

По уровню коммутируемой нагрузки есть такое деление:

  • Не больше 120 Вт переменного и 60 Вт постоянного тока — слаботочные.
  • 500 Вт переменного и 150 Вт постоянного — повышенной  мощности;
  • Более 500 Вт переменного тока — контакторы. Применяются в силовых цепях.

Есть еще деление по времени срабатывания. Если контакты замыкаются не более чем после 50 мс (миллисекунд) после подачи питания на катушку — это быстродействующее. Если проходит от 50 мс до 150 мс — это нормальная скорость, а все которые требуют для сработки контактов больше 150 мс — замедленные.

По исполнению

Есть еще электромагнитные реле с различной степенью герметичности.

  • Открытые электромагнитные реле. Это те, у которых все части «на виду».
  • Герметичные. Они запаяны или заварены в металлический или пластиковый корпус, внутри которого воздух или инертный газ. Доступа к контактам и катушке нет, доступны только выводы для подачи питания и подключения цепей.
  • Зачехленные. Есть чехол, но он не припаян, а соединяется с корпусом при помощи защелок. Иногда присутствует накидная проволочная петля, которая удерживает крышку. 

По массе и размерам отличия могут быть очень существенными.

И еще один принцип деления — по размерам. Есть микроминиатюрные — они весят менее 6 граммов, миниатюрные — от 6 до 16 граммов, малогабаритные имеют массу от 16 гр до 40 гр, а остальные — нормальные.

Технические характеристики и параметры

Неизменной составной частью реле являются, как мы выяснили, контакты.

Основными их электрическими характеристиками являются коммутируемые напряжения и ток. Кроме того, критичным может оказаться время переключения – реле устройство достаточно инерционное, причем за счет нескольких конструктивных особенностей:

Электромагнит, являясь катушкой индуктивности, при подаче тока оказывает сопротивление его резкому нарастанию. Соответственно магнитное поле тоже запаздывает и обеспечивает нужное усилие притяжения якоря с задержкой. Контактная группа и якорь, имея определенную массу тоже инертны и вносят свой вклад в формирование задержки срабатывания.

Кстати, здесь еще не упоминалось герконовое реле, по сути тоже являющееся электромагнитным. Но разница в том, что сердечника оно не имеет. Магнитное поле воздействует непосредственно на контактные пластины, помещенные в вакуумную трубку.

За счет этого достигается высокое быстродействие. Но минус есть – низкие коммутируемые мощности. Больших токов геркон не потянет.

Это основное что касается контактов. Переходим к катушке управления.

Как уже говорилось, она может быть рассчитана на работу в цепях переменного и постоянного тока. Кроме того, катушка тоже имеет свои рабочие ток и напряжение, причем параметры эти могут значительно различаться в зависимости от типа реле. Очевидно, чем мощнее контактная группа, тем она массивней и тем большая мощность требуется для управления ею. 

Вкратце это основные параметры, на которые нужно обращать внимание при выборе коммутационных изделий типа реле. 

Но есть еще несколько моментов:

  • степень защиты от внешних воздействий (пыли, влаги и пр.);
  • исполнение, определяющее безопасность применения во взрывоопасных зонах.

Кроме того, некоторые типы, например с открытыми контактами, при эксплуатации в сетях с напряжением 220 В без дополнительной защиты могут представлять опасность с точки зрения поражения электрическим током. 

Применение электромагнитных реле

Пожалуй, наиболее широкое распространение реле, работающие с использованием электромагнитного принципа получили в сфере распределения и производства электрической энергии.

Релейная защита высоковольтных линий обеспечивает безаварийный режим работы подстанций и другого подключенного оборудования.

Управляющие элементы, используемые в установках релейной защиты рассчитаны на коммутацию присоединения при рабочих напряжениях, достигающих нескольких сотен тысяч вольт. Широкое распространение релейной защиты высоковольтных линий обусловлено:

  • высокой долговечностью релейных элементов;
  • быстрой реакцией на изменение параметров подключенных линий;
  • способностью работы в условиях высокой напряженности электромагнитных полей и нечувствительностью к появлению паразитных электрических потенциалов.

Также посредством установок релейной защиты осуществляется резервирование линий электропередач и моментальный вывод из работы поврежденных участков электросети, к примеру, при замыкании линии на землю или обрыве токоведущих частей. На сегодняшний день еще не изобретены более надежные средства защиты линий электропередач чем релейная защита.

Кроме того, в настоящее время электромагнитный тип реле широко используется в системах управления производственными, конвейерными линиями. Чаще всего данный вид систем управления используется на производствах с наличием высоких паразитных потенциалов делающих невозможным использование полупроводниковых систем управления.

К примеру, известен случай, когда при модернизации систем управления конвейерными линиями на одном из элеваторов новое оборудование, построенное новейших полупроводниковых элементах, постоянно выходило из строя.

Как позже выяснилось причиной поломки стало статическое электричество, возникающее при движении зерна по конвейерной ленте, а так как система выравнивания потенциалов была не предусмотрена в данных помещениях, то стал вопрос о переносе пульта управления в защищенное помещение.

Это было сопряжено с огромными материальными затратами. В результате было принято решение перейти на релейные блоки управления, нечувствительные к статическому напряжению.

Принципы работы заложенные в основу функционирования электромагнитных реле используются в устройствах дистанционного управления нагрузкой — пускателях или контакторах.

Принцип работы этих устройств во многом напоминает работу реле, с той лишь разницей, что предназначены данные устройства для коммутации силовых цепей сила тока, в которых может достигать 1000 А, а в случае особо мощных установок и выше.

Помимо низковольтного оборудования релейные блоки используются для управления, конденсаторными установками, которые используются для плавного пуска электрических двигателей высокой мощности.

Но самым знаковым применением реле электромагнитного типа является их использование в первых электронно-вычислительных машинах, в качестве логических элементов способных выполнять простейшие логические операции. Не смотря на низкое быстродействие эти первые компьютеры по надежности превосходили следующее поколение ламповых вычислительных комплексов.

Простейшими примерами использования электромагнитного реле в повседневной жизни являются реле управления в различных видах бытовой техники: холодильниках, стиральных машинах и т.п.

 

Основные технические характеристики, плюсы и минусы, область применения

Как любые электротехнические детали, электромагнитное реле подбирают по параметрам. Сначала определяются с составом контактных групп, затем — с питанием. Затем наступает пора выбора характеристик.

  • Ток или напряжение срабатывания. Самое низкое значение тока или напряжения, при котором контакты уверенно переключаются.
  • Ток или напряжение отпускания. Максимальное значение параметров, при которых пружина оторвет якорь от катушки.
  • Чувствительность. Минимальный уровень мощности, при котором реле срабатывает.
  • Сопротивление обмотки. Измеряется при температуре +20°C.
  • Рабочий ток или напряжение. Это диапазон значений, при которых реле точно сработает в эксплуатационных условиях.
  • Время срабатывания. Промежуток от момента подачи питания на обмотку до переключения первого контакта.
  • Время отпускания. Через какой промежуток времени после снятия питания «отлипнет» якорь.
  • Частота коммутации. Сколько раз может сработать реле за определенный промежуток времени. 

Электромеханические реле имеют большой рабочий ресурс, невысокую цену. Еще один плюс — малое падение мощности при переключении. Но они создают помехи при работе, возможен дребезг контактов, скорость срабатывания совсем невысокая, есть проблемы с индуктивными нагрузками.

Все эти свойства определяют область применения. Обычно это коммутация питания приборов, работающих от 220 В переменного тока или 12 В и 24 В постоянного. Чаще всего нагрузкой являются электродвигатели невысокой мощности, еще подключают освещение, другую индуктивную и активную нагрузку. Мощность коммутируемой нагрузки от 1 Вт до 2-3 кВт.

Краткая историческая справка создания реле

Большинство исторических документов указывают, что первые действующие экземпляры электрических устройств аналогичных современным реле, которые использовали принцип электромагнитного действия, были получены американским физиком Джозефом Генри в 1835 году. Они стали результатом работы над усовершенствованием телеграфного аппарата, который был изобретён Дж. Генри в 1831 году. Уже в 1837 г. устройство поступило в массовое производство и получило широкое применение в телеграфии. Однако следует отметить, что первые полученные устройства являлись некоммутационными, то есть не выполняли основные функции, возложенные теперь на релейные механизмы управления.

В соответствии с другими источниками первые релейные устройства были созданы в период с 1830 по 1932 гг. русским ученым изобретателем Шиллингом П.Л. Они использовались в вызывном устройстве электромагнитного телеграфного аппарата, разработанного совместно с механиком И. А. Швейкиным, который был продемонстрирован 21 октября 1832 года. Однако большое количество электрокабелей, необходимых для функционирования этого устройства, сделали его дальнейшую эксплуатацию нецелесообразной и релейные элементы в его схеме не получили широкой известности.

В качестве самостоятельного устройства, известного под своим названием, реле упоминаются в патентных заявках на телеграфный аппарат Самюэля Морзе в 1837 году.

Телеграфный аппарат Шиллинга — электромагнитный, шестимультипликаторный вариант. Производился ограниченной серией

Основные виды реле и их назначение

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

Электромагнитные реле

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

Принцип работы электромагнитного соленоида

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

Реле переменного тока

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

Промежуточное реле 220 В

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

Реле переменного тока широко применяются в промышленном оборудовании и бытовой технике

Работает это таким образом:

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

С каждым годом реле становятся эффективней и компактней

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

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

Реле постоянного тока

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

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

Четырехконтактное автомобильное реле

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

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

Watch this video on YouTube

Электронное реле

Электронное реле управления в схеме прибора

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

Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwitterВКонтакте
Напишите комментарий