Что такое реле: устройство, виды, характеристики, производители

Как правильно выбрать реле

Итак, начнем с приведения информации об основных технических характеристиках реле, произведенных в нашей стране:

Номинальное напряжением – 12В;
Управляющий ток – не более 0,2А;
Напряжение срабатывания – не менее 8,0В;
Напряжение отпускания – 1,5 – 5,0В;
Наибольший коммутируемый ток – 30А;
Сопротивление обмотки – 80 Ом.

Производят отечественные реле в следующих видах:

3747-10 – пластиковый корпус, отсутствует ушко крепления;
3747 – пластиковый корпус, присутствует ушко крепления;
3747 – корпус выполнен из металла с ушком крепления;
3747 – 10 – корпус из металла, нет ушка крепления;
3747 – 10 – металлический корпус, отсутствует ушко крепления.

Прибегать к установке нового. более мощного реле необходимо, если вам нужно увеличить допустимое значение токов нагрузки (20-40А), что заметно больше, чем может обеспечить управляющий выход ( обычно не более, чем 0,2 А).

Как правило, силовые реле имеют две пары контактов: силовые и управляющие. Силовые контакты обозначаются цифрами 30, 87, 87а, в то время как управляющие имеют индексы 85 и 86.

Видео-обзор силовых реле для автомобиля:

Что такое электромагнитное реле?

Cразу отметим, что из всего многообразия реле мы рассмотрим лишь электромагнитные реле. А из множества электромагнитных реле рассмотрим те, которые наиболее широко применяются в околокомпьютерных устройствах.

Электромагнитное реле (далее — реле) – это устройств, позволяющее посредством небольших токов управлять большими токами.

Мы уже сталкивались ранее с подобными устройствами. Да, когда изучали биполярные и полевые транзисторы. Так, в биполярном транзисторе небольшой ток базы управляет гораздо большим (в десятки и сотни раз) током коллектора.

Отметим, что транзисторы, в отличие от реле, гораздо более быстродействующие приборы, и могут управлять более высокочастотными сигналами. Но реле в целом более надежная штука, чем полупроводниковый транзистор.

В электромагнитном реле, в отличие от биполярного транзистора, управляющая цепь гальванически развязана от силовой, что, в общем случае, является преимуществом.

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 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.

Обозначение реле на схеме

Чтобы отремонтировать или создать новое электрооборудование, мало знать как работает реле, нужно знать как оно выглядит на схемах. В приведенной ниже таблице показаны самые основные буквенно-графические обозначения КУ принятые в международном классификаторе.

Основные обозначения

Изображение	Описание
	Схематически обмотка соленоида выглядит как прямоугольник, от наибольших сторон которого отходят выводы питания электромагнита – А и А1. Также на схеме это коммутационное устройство может обозначаться буквой К.
	Контакты КУ на схеме изображаются точно так же как и контакты переключателей.

	Поляризованное реле на схеме изображается в виде прямоугольника с жирной точкой на одном из выводов контакта. Буквенное обозначение P внутри прямоугольника также говорит о полярности устройства.
	Иногда внутри прямоугольника указывают параметры или конструктивные особенности. Так, например, две наклонные линии могут обозначать, что в устройстве имеется 2 обмотки.

Подробнее, с символическим обозначением реле и других элементов электронных и электрических схем, можно ознакомиться, заглянув в специальные справочники, которых в интернете довольно много.

Разновидности реле

Для решения практических задач применяются виды реле, отличающиеся по характеристикам действия, включения и наличия защиты.

По принципу работы

Герконовое реле

К данным типам реле относятся:

Электромагнитные – модели электромеханического типа, работающие от магнитного поля тока обмотки, воздействующего на якорь. Электромагнитный коммутатор бывает нейтральным с реакцией на параметры тока и поляризованным с реакцией на токовую величину и полярность.
Электронные – будут работать в условиях больших нагрузок. Конструкция представлена полупроводниковыми элементами для подачи и выключения напряжения.
Герконовые – выполняются в виде баллона с вакуумной или заполненной инертным газом катушки. Геркон расположен по центру магнита или подвергается воздействию поля. Эта разновидность активируется при подаче тока на обмотку. После образования магнитного потока и намагничивания пружин закрываются контакты.
Электротепловые – функционируют на основе разницы коэффициента расширения при нагреве биметаллических пластин. Тип назначения реле определяется количеством фаз сети.

По типу включения воспринимающего элемента

Реле промежуточное РП-18-54 220В DC

Существуют модификации:

Первичные – подключаются в цепь элемента. Могут применяться без трансформаторов измерения, кабелей, источников быстрых токов.
Вторичные – подсоединяются посредством трансформаторов с реакцией на колебания тока и напряжения.
Промежуточные – ставятся в качестве вспомогательного устройства, усиливают или трансформируют сигналы вторичных моделей.

Тип воспринимающего элемента зависит от устройства реле. Это может быть электромагнит, магнитоэлектрическая, индукционная, электродинамическая система.

По способу воздействия

В зависимости от того, как исполнительный элемент действует на управляемый показатель, бывают приборы:

прямого действия – исполнительный элемент воздействует непосредственно на управляющую цепь;
косвенного действия – для воздействия на цепь применяются вспомогательные аппараты.

Устройства защиты

Цифровое реле задержки отключения нагрузки

Автоматика срабатывает при колебаниях сопротивления, мощности и напряжения. Бывают реле таких типов:

максимальной защиты по току – МТЗ срабатывают по достижению током установленного предела;
направленной защиты – помимо тока осуществляется контроль мощности;
дифференциальной защиты – устройства реагируют, когда резко изменяется напряжение оборудования или на неисправности в самой сети;
дистанционные приборы – защита осуществляется на стандартной и высокой частоте при обнаружении снижения сопротивления или коротких замыканий;
дифференциально-фазные аппараты – ДФЗ контролируют фазы с двух концов линии запитки.

Основные виды и технические характеристики электромагнитных реле

Различают следующие типы:

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.
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.

Конструкция термогенератора

Как уже было сказано, термогенератор предназначался для использования в сельской местности, где для освещения использовались керосиновые лампы «молния». Такая лампа, оснащенная термогенератором, становилась не только источником света, но и электричества. При этом дополнительных затрат топлива не требовалось, ведь в электричество превращалась именно та часть керосина, которая просто улетала в трубу. К тому же, такой генератор был всегда готов к работе, конструкция его была такова, что ломаться в нем просто нечему. Генератор мог просто лежать без дела, работать без нагрузки, не боялся коротких замыканий. Срок службы генератора, по сравнению с гальваническими батареями, казался просто вечным.

Роль вытяжной трубы у керосиновой лампы «молния» играет удлиненная цилиндрическая часть стекла. При использовании лампы совместно с термогенератором стекло делалось укороченным, и в него вставлялся металлический теплопередатчик 1, как показано на рис. 4.

Рис. 4. Керосиновая лампа с термоэлектрическим генератором

Внешняя часть теплопередатчика имеет форму многогранной призмы, на которой установлены термобатареи. Чтобы увеличить эффективность теплоотдачи теплопередатчик внутри имел несколько продольных каналов. Проходя по этим каналам горячие газы уходили в вытяжную трубу 3, попутно нагревая термобатарею, точнее, ее горячие спаи. Для охлаждения холодных спаев использовался радиатор воздушного охлаждения. Он представляет собой металлические ребра, прикрепленные к внешним поверхностям блоков термобатарей.

Термогенератор – ТГК3 состоял из двух независимых секций. Одна из них вырабатывала напряжение 2В при токе нагрузки до 2А. Эта секция использовалась для получения анодного напряжения ламп с помощью вибропреобразователя. Другая секция при напряжении 1,2В и токе нагрузки 0,5А использовалась для питания нитей накала ламп.

Нетрудно подсчитать, что термогенератор имел мощность не превышающую 5 Ватт, но для приемника ее вполне хватало, что позволяло скрашивать долгие зимние вечера. Сейчас, конечно, это кажется просто смешным, но в те далекие времена такое устройство было, несомненно, чудом техники.

Лабораторная работа № 02

«Исследование электрических параметров и характеристик реле»

Цель работы: Исследование электрических параметров и характеристик реле.

Выполнил студент группы № АТ-511в Любушкин Алексей Владимирович

Допуск к выполнению работы______________________________________

1. Титульный лист, оформленный по ГОСТ

2. Содержание отчета.

3. Вопросы и ответы на вопросы.

4. Таблицы с заполненными графиками испытаний и расчетов.

5. Выводы и анализ по заданию №3.

6. Графики нагрузочной характеристики и совмещенные с ней в одних координатах механической и тяговой.

7. Теоретический расчет тяговой характеристики исследуемого реле КДР по заданному варианту.

3. вопросы и ответы на вопросы в соответствии с вариантом

1. назовите электрические параметры реле.

2. у каких реле электрические параметры измеряются в размерности тока, у каких в размерности напряжения.

3. что называют параметром притяжения.

4. что называется параметром отпадания.

5. что называется коэффициента возврата и как зависит работа от его величины.

6. что называется коэффициента запаса, и как зависят параметры эксплуатации реле от его величины.

7. для какой цели на якорь ставится штифт или пластина.

8. как и какой параметр изменяется при увеличении высоты штифта.

9. что такое механическая характеристика реле.

10.что такое нагрузочная характеристика.

11.что такое тяговая характеристика.

12.назовите условия согласования тяговой и механической характеристик для срабатывания якоря.

13.каково условие согласования тех же характеристик для отпадания якоря.

14.почему поляризованный якорь КМШ чувствительнее нейтрального.

15.объясните последовательность работы нейтрального и поляризованного якоря при включении тока:

16.укажите последовательность работы якоря КМШ в момент полярности тока в обмотке.

1. в работе изучаются электрические параметры, и характеристики воспринимающей части электромагнитного реле, принцип действия которого основан на притяжении якоря электромагнитном потоком, создаваемым обмоткой реле. Нейтральное электромагнитное реле не реагирует на направление тока в обмотке, поэтому оно является двоичным элементом, т.е. якорь этого реле имеет только два положения: притянутое и отпавшее в выключенном состоянии. В связи с этим реле имеет следующие электрические параметры:

· параметры срабатывания – это минимальная электрическая величина, при которой якорь переходит в рабочее состояние , замыкая фронтовые контакты (например Uср);

· параметры отпускания – максимальная электрическая величина, при которой якорь переходит из рабочего состояния в выключенное и замыкаются тыловые контакты (например Uотп) для точного измерения параметра необходимо насыщение магнитной цепи;

· рабочий параметр –величина большая, чем параметр срабатывания, которая гарантирует надежность работы якоря и обеспечивает заданное контактное давление.

· Параметр прямого подъема – ЕХ: Iпр – ток прямого подъема – минимальное значение тока, при котором замыкается фронтовой и общий контакт, но не обеспечивается заданное контактное давление (при этом якорь еще не притянулся к сердечнику – возможен его дальнейший ход)

· Параметр полного подъема — ЕХ:Iпп – ток полного подъема – значение тока, при котором обеспечивается заданное контактное давление.

2. электрические параметры реле могут иметь размерность мощности, ампер-витков, тока или напряжения . так обычно у низкоомных реле параметрами являются токи Iср, Iот, Iр, а у высокоомных — напряжения Uср, Uот, Uр.

3. параметры срабатывания – это минимальная электрическая величина, при которой якорь переходит в рабочее состояние , замыкая фронтовые контакты (например Uср);(ЕХ: минимальное значение тока, при котором реле отпускает якорь)

4. параметры отпускания – максимальная электрическая величина, при которой якорь переходит из рабочего состояния в выключенное и замыкаются тыловые контакты (например Uотп) для точного измерения параметра необходимо насыщение магнитной цепи; (EX: – максимальное значение тока, при котором реле отпускает якорь)

5. коэффициент возврата — Kв – отношение тока отпускания якоря к току полного объема . У путевого реле рельсовых цепей он называется коэффициентом безопасности. Кв аналогично Кз вычисляются по мощности, напряжению и ампер-виткам.

6. коэффициент запаса по срабатыванию – обычно его берут в пределах 1-3, и он выражается (как и электрические параметры) в следующих размерностях:

иногда Кз называется коэффициентом надежности по срабатыванию.

7. на якорь (подвижную часть магнитопровода, действующую на контактную систему) ставится штифт антимагнитный, для исключения магнитного залипания якоря.

Лабораторная работа № 9

Твердотельное реле

И вот, если мы соберем все плюсы механических и электронных импульсных реле, то получим достоинства твердотельных.

Суть работы твердотельного реле заключается в использовании эффекта воздействия света на pn-переход. В отличие от механических реле у твердотельных реле отсутствуют механические замыкания и размыкания контактов. Для этих целей в твердотельных реле используются полупроводниковые элементы.

Фото твердотельных реле Schneider Electric с охладителями

Принцип работы

Мы подаем ток на светодиод, и он, в свою очередь, воздействует на pn-переход коммутационной сети, замыкая или размыкая ее.

Твердотельные реле делятся на два основных вида. Это реле постоянного и переменного тока.

Твердотельные реле постоянного тока

Твердотельные реле постоянного тока очень надежны. Их срок службы, по сравнению с механическими, практически бесконечен. Работают они при температурах от -30 +70 градусов Цельсия.

Твердотельные реле переменного тока

Основная особенность твердотельных реле переменного тока — это пониженный уровень электромагнитных помех, малый расход энергии, абсолютная бесшумность и практически мгновенное срабатывание.

Достоинства

Бесшумные.
Отсутствуют подвижные детали. Срок службы — десятки лет.
Коммутация с минимумом помех.
Практически мгновенное срабатывание.
Малое потребление электроэнергии.
Очень малые размеры, при этом могут работать с большими токами.
Широкая сфера применения. Благодаря минимальным размерам и большому количеству настроек срабатывания, используются практически везде.
Благодаря большому расстоянию между цепью управления и управляемой цепью обеспечивается надежная изоляция.
Очень прочные. Почти безразличны к вибрациям и ударам.

Недостатки

Казалось бы, давайте заменим все реле на твердотельные, и бед знать не будем, но здесь не все так просто. Два недостатка у твердотельных реле все же есть. И порой они становятся решающими.

Сильный нагрев.
Высокая цена.

При малых токах величина нагрева, конечно же, не существенна. Однако когда мы говорим о больших потребителях электричества, например, требуется коммутировать электрический обогреватель, то величина нагрева увеличиваются значительно. А если в цепи произойдет короткое замыкание, то полупроводники в твердотельных реле расплавятся очень быстро. Да, реле, конечно, может быть защищено от короткого замыкания и оснащено системой охлаждения, но при этом оно становится достаточно дорогим.

Абсолютная тишина. Можно монтировать на этаже

Полное отсутствие шума в процессе работы этих реле позволяет выполнять монтаж твердотельных реле, где угодно. Можно монтировать в электрических щитах на этажах, здесь ограничений нет.

Твердотельное реле в системах управления и автоматики

Как и электромагнитное реле, твердотельное реле работает, удерживает цепь замкнутой, только в течение того времени, пока на реле подается напряжение. То есть это не тот случай, как с триггером или поляризованным реле, когда подал управляющее напряжение, и «забыл» — цепь будет замкнута сколько угодно долго до следующего отключающего сигнала. Для замыкания цепи на твердотельное реле должно подаваться напряжение постоянно, поэтому это реле не может работать с кнопками без контроллера.

Между кнопками включения света и твердотельным реле всегда требуется контроллер, который подает на реле удерживающее коммутацию напряжение.

Меры предосторожности при замене предохранителей

Когда есть все необходимое для того, чтобы самостоятельно выяснить причину неисправности авто, нужно быть предельно аккуратным при вмешательстве в блок предохранителей

Ведь их замена подразумевает соблюдение ряда мер предосторожности:

Перед тем как открывать крышку предохранительного блока, следует выключить мотор и отключить зажигание.
Все операции следует проводить аккуратно.
Предохранители извлекаются осторожно.
Не нужно надеяться лишь на визуальный осмотр предохранителя, его также необходимо проверить приборами.
Перед тем как заниматься самостоятельной диагностикой и заменой предохранителей, следует внимательно изучить информацию о том, какой предохранитель за что отвечает.
Новый предохранитель должен соответствовать требованиям и рекомендациям автомобильного производителя, которые предъявляются к техническим параметрам устройства.

Вышеперечисленные меры предосторожности позволят не только «бескровно» починить автомобиль и заменить вышедшие из строя предохранители, но и обезопасить ремонтирующего от удара током, а автомобиль — от возгорания. Игнорирование же вышеперечисленных рекомендаций может вызвать возгорание проводки транспортного средства, а также достаточно серьезные повреждения от электричества

При этом не стоит оставлять без внимания и откладывать замену сгоревших предохранителей. Если ездить с неисправными предохранителями, то при следующем скачке напряжения велик риск, что системы автомобиля, которые остались без защиты, выйдут из строя. А их замена гораздо дороже, чем замена предохранителей.

Что такое реле: разновидности, область использования, основные характеристики