Принцип действия реле тока

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.

Основные рабочие характеристики

Промышленное реле на 24В

Итак, реле переменного тока является промежуточным элементом, который приводит в действие управляемую электрическую цепь.

Для этого устройства характерны следующие параметры:

• Мощность срабатывания (Р ср – измеряется в Ваттах) – ток минимальной мощности, который должен подаваться на реле для его нормальной активации. Номинально этот параметр подбирается согласно общим конструктивным и электрическим параметрам реле.
• Мощность управления (Р упр – измеряется в Ваттах) – максимальная мощность тока, которую способно передать реле в коммутируемой сети. Данное значение определяется параметрами рабочих контактов реле.

• Время срабатывания (Т ср – измеряется в секундах) – разница во времени от момента поступления сигнала на управляющий контакт до смыкания или размыкания контактов.
• Допустимая разрывная мощность (Р р – измеряется в Ваттах) – этот параметр можно встретить в сильноточных реле. Он обозначает мощность при определенном токе, которая при разрыве не позволит создать устойчивую электрическую дугу.

Как работает реле

Диаграмма работы реле во времени

Для управляющей цепи и самого реле характерна некоторая инертность, из-за чего входной ток на реле растет и убывает не мгновенно, а изменяется в некоторых пределах в течение времени, что прекрасно видно на показанной выше схеме, из которой так же понятно, что рабочий цикл состоит из трех этапов:

• Срабатывание;
• Работа;
• Возврат.

Давайте в качестве примера, для понимания основных принципов возьмем электромагнитное реле постоянного тока.

Назад в будущее: реле из 1983 года

• Внутри такого реле имеется катушка индуктивности, благодаря которой и происходит постепенное изменение параметров тока. Сама же работа реле для каждого этапа складывается из определенных временных отрезков.
• Срабатывание – имеет два таких интервала: время трогания (tтр) и время на движение якоря(tдв). То есть Т ср = tтр+tдв – все просто.
• Работа – также два участка, которые обозначены на временной линии отрезками АВ и ВС. На первом этапе ток продолжает еще какое-то время расти, пока не будет достигнуто установленное значение, что позволяет обеспечить надежное притяжение между якорем и сердечником, препятствующим вибрации якоря. На втором участке никаких изменений величины тока не происходит.
• Возврат – аналогично, 2 участка. На первом происходит отпускание реле, а на втором – возврат в исходное состояние. На протяжении всего периода сила тока падает.

Трехфазное реле переменного тока

Прочие характеристики

Помимо перечисленного, у реле разных типов в ходу следующие параметры:

• Коэффициент возврата (Kb) – отношение отпускающего тока к срабатывающему. Обычно данное значение варьируется от 0,4 до 0,8. Рассчитывается по формуле: Iот/Iср < 1.
• Коэффициент запаса (К зап) – это отношение тока установившегося (I уст), то есть максимального  к току срабатывания. Это значение  показывает, насколько надежен выбранный прибор.
• Последний параметр называется коэффициентом управления (К упр) и представлен отношением мощности управления к мощности срабатывания. То есть если реле используется как усилитель, то мы видим коэффициент этого усиления.

Зачем нужен ограничитель переходных процессов и как работают реле?

Реле нуждаются в ограничителе переходных процессов, чтобы предотвратить возможность выхода из строя коммутационного устройства в цепи из-за индуктивного обратного хода. Он обеспечивает пропускание тока после отключения индуктора.

Замкнутый контур с обратным диодом

На рисунке выше показано, что полярность блока питания и диода противоположны друг другу. Таким образом, диод находится в обратном смещении, когда переключатель замкнут. Поскольку это обратное смещение, это не повлияет на схему, потому что диод не пропускает ток.

Обрыв цепи с обратным диодом

На рисунке выше показана разомкнутая цепь, в которой индуктивность поменяла полярность, а диод находится в прямом смещении. В этом варианте диод позволяет пропускать и рассеивать ток с той скоростью, которая необходима индуктивности. Добавление диода дает возможность прохождению тока.

Таким образом, катушка индуктивности должна создавать лишь небольшое падение напряжения для развития идеального протекания тока, поскольку диоды имеют почти нулевое сопротивление при прямом смещении. При таком построение схемы, коммутационное устройство не будет повреждено. Следовательно, когда переключатель разомкнут, обратная полярность катушки индуктивности будет соответствовать полярности диода и предотвратит скачок напряжения обратного хода.

Нормально открытая, нормально закрытая и общая клемма

• Нормально открытая (NO) клемма — подключите ваше устройство (например, светодиод или любую нагрузку) к этой клемме, если вы хотите, чтобы устройство было выключено, когда реле не запитано, и включено, когда реле запитано.
• Нормально замкнутая (NC) клемма — подключите к этой клемме, если вы хотите, чтобы ваше устройство было выключено, когда реле включено, и нормально включено, когда реле не запитано.
• Общая клемма — это терминал реле, к которому вы подключаете первую часть вашей цепи. Когда реле находится под напряжением, а переключатель замкнут, общая клемма и нормально разомкнутый контакт имеют непрерывность цепи. В другом случае, когда реле не запитано, а переключатель разомкнут, общая клемма и нормально замкнутый контакт имеют так же непрерывность цепи.
• COIL — клеммы, на которые вы подаете напряжение для последующего прохождения питания на катушки, которые в конечном итоге замыкают переключатель. Здесь полярность не важна. Любая из сторон может быть отрицательной или положительной. Однако при использовании диода полярность имеет значение.

Пример схемы с использованием реле SRD-05VDC-SL-C 5V

Контактный разъем (S) — является входом. Контакт (+) подключается к источнику питания +5V постоянного тока, а контакт (-) подключается к заземлению источника питания. Реле и светодиод будут работать при наличии высокого сигнала на входе (S). Диод на катушке реле предназначен для предотвращения ЭДС. Транзистор обеспечивает усиление по току, а небольшой входной ток может переключать относительно большой ток, необходимый для работы катушки реле.

Вы можете подключить вход S платы реле к любому из цифровых выходов Arduino Uno. В данном случае он подключен к выводу 13, который можно включать и выключать. Лампочка и аккумулятор на 12V подключены последовательно к общей клемме и нормально разомкнутым штыревым контактам на модуле реле. Реле сработает и включит лампочку, когда на выходе Arduino высокий уровень. Добавление другой лампочки к нормально замкнутому штыревому контакту реле приведет к попеременному миганию лампочек.

Отличие ручных моделей

Назначение и способы подключения

Регулировка тока возврата токового реле

ТР является основной составляющей всех защитных устройств, устанавливаемых в силовых цепях. Исходя из этого, следует рассматривать особенности применения прибора.

Основное его назначение – служить исполнительным элементом в составе автоматических выключателей, устройств защитного отключения и многих подобных им приборов. В соответствии с этим определяется область их применения совместно с обозначенными выше устройствами.

• Силовые цепи высоковольтных линий и имеющееся в их составе защитное оборудование.
• Коммутационные распределительные щиты, в которые ТР входят отдельно или в составе других устройств.
• Бытовые однофазные вводы и распределительные (линейные) приборы, устанавливаемые в пределах домашних щитков.

Трехфазный асинхронный двигатель

В соответствии с назначением коммутирующих приборов выбираются схемы их включения.

Чтобы подключить релейный автомат к действующим электросетям или другим цепям могут использоваться несколько способов. Они различаются по типу защищаемого оборудования:

• трехфазные асинхронные двигатели;
• потребители, включенные в силовые сети 380 Вольт;
• нагрузки, подключаемые на выходе цепей с питающим напряжением 220 Вольт.

В соответствии с первым из этих пунктов ТР используются в качестве э/м расцепителей, отключающих цепь при превышении рабочими токами допустимого уровня. При установке в трехфазные цепи они выполняют ту же функцию, но в более широком диапазоне функциональных возможностей. Как расцепители они входят в состав мощных контакторных устройств и э/м пускателей.

Несколько иное назначение имеют реле, устанавливаемые во вводные (линейные) автоматы и УЗО. Здесь они выполняют функцию чувствительных элементов, обеспечивающих срабатывание по отсечке тока (уставке). При включении они настраиваются на такие предельные режимы работы, как перегрузка по току, короткое замыкание и утечки.

Согласно принятой в электротехнике терминологии в двух первых случаях они логически позиционируются как реле максимального тока.

Внутривидовые отличия

Кроме основной классификации, стоит выделить отличия внутри существующих видов ТТР.

Выделяются такие типы:

• ТРЕХФАЗНЫЕ — способны проводить токи величиной 10-120 Ампер одновременно в трех фазах.
• РЕВЕРСИВНЫЕ — устройства, построенные на полупроводниковом принципе, способные работать в схемах с постоянным и переменным током. По назначению и принципу действия они идентичны однофазным. Обязательное условие — наличие управляющей цепи, защищающей устройство от ложного срабатывания. К преимуществам твердотельных трехфазных реле стоит отнести способность работать одновременно по 3-м фазам, а также продолжительный ресурс. Повышенный срок службы объясняется наличием надежной изоляции и продуманной управляющей цепи. В процессе применения твердотельных моделей нет шума, искр, дребезжания при переключениях и других негативных факторов.
• ОДНОФАЗНЫЕ — изделия, обеспечивающие разделение цепи при переходе синусоиды через ноль. ТТР работает в следующем диапазоне — 10-500 А. Управление осуществляется несколькими способами.

Из чего лучше строить дом для постоянного проживания (пмж)?

Нюансы подключения и регулировки

После установки промежуточного механизма его необходимо подключить к электросхеме. Для этого будут задействованы контакты катушки, а также дополнительные связующие элементы. Обычно, в устройстве насчитывается несколько контактных пар: NO – нормально-открытые и нормально-закрытые (NC).

Распределение групп в представленной электросхеме: 10-11 – нормально-замкнутые контакты; 11-12 – нормально-разомкнутые; контакты 1 (фаза) – 3 (ноль) – напряжение питания реле

В первой позиции предполагается полное лишение подачи сигнала на катушку. Поскольку в ней нет полярности, внутреннее соединение контактной группы может выполняться в хаотичном порядке.

Для подключения обзорного механизма рассмотрим схематические указания. Предполагаемое напряжение в катушке может составлять: 12, 24 или 220 В.

Электросхема прибора без подключения к сети. Его установка осуществляется в схемах управления и автоматики. Месторасположение – между главным исполнителем и источником задачи

Регулирование электронного пускателя разберем на примере самой распространенной модели РП-23.

Процесс состоит из следующих этапов:

1. Проверяя напряжение пуска и возврата с подачей источника гальванического тока на катушку, осуществляем нерезкое регулирование.
2. На момент притягивания якоря у подвижного узла системы должен быть совместный ход 0,1-1,5 мм. Методом подгиба хвостовика на Г-образную пластину осуществляем корректировочную процедуру.
3. Между активным и неактивным контактом уровень зазора устанавливается в пределах значений 1,5-2,5 мм. Настройка прогиба выполняется поджиманием угольника неподвижных контактов и верхнего упора подвижной системы.
4. При конечном расположении якоря (замыкание) провал неактивных контактов будет 0,3-0,4 мм.
5. В середине плоскости подвижные и неподвижные контакты должны совпадать. Корректировка производится путем перемещения пластины и направляющей скобы.

Таким же методом воспроизводится и настройка параметров реле РП-25, однако исключается зазор между катушкой с сердечником и якорем в притянутом состоянии.

Основные технические характеристики реле

Независимо от принципа действия существуют общепринятые параметры, на которые необходимо ориентироваться при выборе устройства:

• Время срабатывания – величина, определяющая временной промежуток с момента поступления на вход управляющего сигнала и до момента воздействия на электрическую цепь;
• Коммутируемая мощность – мощность электрической цепи или установки, которой способно управлять реле;
• Мощность срабатывания – минимальная величина необходимая для срабатывания устройства;
• Уставка – величина тока срабатывания, как правило, это изменяемый показатель;
• Величина тока/напряжения втягивание/отпадания – данные параметры характеризуются минимальным и максимальным значением характеристик электричества, при которых осуществляется втягивание якоря или его отпадание от контактов, то есть прерывание электроцепи.

Промежуточное реле РП-25 УХЛ4220 В и его основные характеристики

Недостатки

Кроме положительных качеств твердотельных реле, стоит выделить и ряд недостатков:

• В открытом виде происходит нагрев изделия из-за высокого сопротивления в цепи p-n перехода. Чтобы избежать негативных последствий в приборах, пропускающих через себя повышенные токи, требуется предусмотреть охлаждение.
• В закрытом виде сопротивление увеличивается, и появляется обратный ток утечки (измеряется в мА).
• При съеме вольтамперной характеристики заметен ее нелинейный характер.
• Некоторые виды твердотельных реле требуют строго соблюдения полярности при подключении выходных цепей. Это касается тех приборов, которые рассчитаны на работу в условиях постоянного тока.
• В случае поломки высок риск перекрытия контактов на входе. Причиной может стать пробой силового ключа. Для сравнения контакты классических реле (при выходе из строя) остаются в разомкнутом виде.
• Требуется защита от ошибочных срабатываний, вызванных бросками напряжения. Это обусловлено высокой скоростью срабатывания.
• Твердотельные реле пропускают ток по обратному пути с небольшой задержкой, что обусловлено применением полупроводниковых элементов в схеме.

Основные виды и технические характеристики электромагнитных реле

Различают следующие типы:

1. Реле тока – по своему принципу действия практически не отличается от реле напряжения. Принципиальная разница заключается лишь в конструкции электромагнитной катушки. Для реле тока катушка наматывается проводом большого сечения, и содержит небольшое количество витков, ввиду чего имеет минимальное сопротивление. Реле тока может быть подключено через трансформатор либо напрямую к контактной сети. В любом случае оно корректно контролирует силу тока в управляемой сети, на основании чего осуществляются все процессы коммутации.
2. Реле времени (таймеры) – обеспечивает задержку времени в сетях управления, необходимую в некоторых случаях для включения устройств в соответствии с определенным алгоритмом. Такие реле имеют расширенный диапазон настроек, необходимый для обеспечения высокой точности их работы. К любому таймеру времени предъявляются отдельные требования. Например, низкое потребление электрической энергии, небольшие габариты, высокая точность работы, наличие мощных контактов и т. д. Стоит отметить, что для реле времени, которые включают в конструкцию электропривода, дополнительные повышенные требования не предъявляются. Главное, чтобы они имели прочную конструкцию и обладали повышенной надежностью, поскольку им приходится постоянно функционировать в условиях повышенных нагрузок.

Любой из типов электромагнитных реле имеет свои определенные параметры

Во время выбора необходимых элементов стоит уделить внимание составу и свойствам контактных пар, определиться с особенностью питания. Далее следует изучить их основные характеристики:

• Напряжение либо ток сработки – минимальная величина силы тока либо напряжения, при которой осуществляется переключение контактных пар электромагнитного реле.
• Напряжение либо ток отпускания – максимальная величина, управляющая ходом якоря.
• Чувствительность – минимальная величина мощности, необходимая для сработки реле.
• Сопротивление обмотки.
• Рабочее напряжение и сила тока – величины этих параметров, необходимые для оптимальной работы электромагнитного реле.
• Время сработки – период времени от начала подачи питания на контакты реле до его включения в работу.
• Время отпускания – период, во время которого якорь электромагнитного реле займет свое изначальное положение.
• Частота коммутации – количество раз сработки электромагнитного реле за отведенный временной интервал.

Контактные и бесконтактные

В соответствии с конструкционными особенностями исполнительных элементов, все электромагнитные реле делятся на два типа:

1. Контактные – имеют группу электрических контактов, которые обеспечивают работу элемента в электрической сети. Коммутация осуществляется за счет их замыкания либо размыкания. Являются универсальными реле, используются практически во всех типах автоматизированных электрических сетей.
2. Бесконтактные – их главная особенность в отсутствии исполнительных контактных элементов. Процесс коммутации осуществляется за счет регулировки параметров напряжения, сопротивления, ёмкости и индуктивности.

По сфере применения

Классификация электромагнитных реле согласно области их использования:

• цепи управления;
• сигнализация;
• автоматические системы противоаварийной защиты (ПАЗ, ESD).

По мощности управляющего сигнала

Все типы электромагнитных реле имеют определенный порог чувствительности, в связи с этим они делятся на три группы:

1. маломощные (менее 1 Вт);
2. среднемощные (до 9 Вт);
3. высокомощные (более 10 Вт).

По быстродействию управления

Любое электромагнитное реле отличается быстродействием управляющего сигнала, в связи с чем они делятся на:

• регулируемые;
• замедленные;
• быстродействующие;
• безынерционные.

По типу управляющего напряжения

Реле разделяют на следующие категории:

1. постоянного тока (DC);
2. переменного тока (AC).

На фото ниже видно, что на катушке указано рабочее напряжение 24 VDC, то есть 24 В постоянного тока.

Антигрибковая грунтовка: виды и особенности использования

Критерии выбора

Современный рынок снабжен большим выбором токового реле от различных производителей. Выбирая данный товар необходимо ориентироваться на техническое задание, то есть для чего приобретается прибор.

Реле максимального тока

Учитывается показатель токовой нагрузки, а также способы крепления. Существуют модели, которые имеют несколько вариаций крепежа: на дин-рейку в электрических шкафах или просто на поверхность стены.Также в продаже имеются товары, которые обладают рядом преимуществ:

• наличие световой и звуковой индикации;
• небольшие габариты;
• наличие жидкокристаллического дисплея, способного выдавать цифровой результат показателей;
• возможность выставления большого диапазона порогового значения.

Приобретая определенную модель необходимо обратить внимание на климатические условия, при которых сохраняется работоспособность устройства, а также уровень защищенности прибора. Стоит учитывать технические характеристики, коими обладают данные приспособления: показатель тока; наличие управления некоторыми характеристиками; номинальный ток нагрузки; правила эксплуатации; временная задержка

Стоит учитывать технические характеристики, коими обладают данные приспособления: показатель тока; наличие управления некоторыми характеристиками; номинальный ток нагрузки; правила эксплуатации; временная задержка.

Одновременно с этим стоит обратить внимание на герметичность прибора, которое исключает попадание воды, устойчивость к коррозии и влияние химических веществ, а также механического воздействия. Заявленный производителями гарантийный срок может говорить о надежности прибора

Современные устройства отличаются большим диапазоном настройки, удобством в использовании.

Эркеры