Разновидности реле тока и принципы их работы

НАЗНАЧЕНИЕ РЕЛЕ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

Итак, попробуем просто и доходчиво ответить на вопросы:

1. из чего состоит реле и как работает;
2. в чем его назначение;
3. отличия реле постоянного и переменного тока.

1. Минимально реле представляет собой группу контактов, управляемых электромагнитом. При протекании по его катушке электрического тока, магнитное поле изменяет положение якоря, механически связанного с контактными пластинами.

2. Основных предназначений несколько, что определяется следующими свойствами:

• небольшие токи, протекающие через катушку управляют контактами, способными коммутировать значительно большие мощности (своего рода усилитель);
• за счет использования нескольких контактных групп один сигнал может управлять несколькими независимыми направления (разветвитель);
• при использовании нормально замкнутых контактов подача на катушку напряжения будет вызывать разрыв (отключение) цепи (инверсия);
• поскольку управляющие и коммутационные части устройства электрической связи между собой не имеют – осуществляется гальваническая развязка цепей.

За счет простоты и надежности конструкции реле нашли применение в системах автоматики, защиты, управления, сигнализации.

3. Если вспомнить курс физики, то направление магнитного поля зависит от направления протекания электрического тока. Таким образом, при постоянном напряжении на обмотке реле магнитное поле не меняется и якорь всегда находится в притянутом состоянии.

Если без дополнительных доработок подать на электромагнит переменный ток, то магнитное поле будет меняться в соответствии с его частотой. В свою очередь это вызовет дребезг якоря и контактов.

Для реле, используемых в цепях переменного тока применяются конструктивные решения, позволяющие компенсировать пульсации.

Как проверить электромагнитное реле

Работоспособность электромагнитного реле зависит от катушки. Поэтому в первую очередь проверяем обмотку. Ее прозванивают мультиметром. Сопротивление обмотки может быть как 20-40 Ом, так и несколько кОм. При измерении просто выбираем подходящий диапазон. Если есть данные о том, какая величина сопротивления должна быть — сравниваем. В противном случае довольствуемся тем, что нет короткого замыкания или обрыва (сопротивление стремится к бесконечности).

Проверить электромагнитное реле можно при помощи тестера/мультиметра

Второй момент — переключаются или нет контакты и насколько хорошо прилегают контактные площадки. Проверить это немного сложнее. К выводу одного из контактов можно подключить источник питания. Например — простую батарейку. При срабатывании реле потенциал должен появиться на другом контакте или исчезнуть. Это зависит от типа проверяемой контактной группы. Контролировать наличие питания также можно при помощи мультиметра, но его надо будет перевести в соответствующий режим (контроль напряжения проще).

Если мультиметра нет

Не всегда под рукой есть мультиметр, но батарейки есть почти всегда. Давайте рассмотрим пример. Есть какое-то реле в герметичном корпусе. Если знаете или нашли его тип, можно посмотреть характеристики по названию. Если данные не нашли или нет названия реле, смотрим на корпус. Обычно тут указывается вся важная информация. Напряжение питания и коммутируемые токи/напряжения есть обязательно.

Проверка обмотки электромагнитного реле

В данном случае имеем реле, которое работает от 12 V постоянного тока. Хорошо если есть такой источник питания, тогда используем его. Если нет, собираем несколько батареек (последовательно, то есть одну за одной), чтобы суммарно получить требуемое напряжение.

При последовательном соединении батареек их напряжение суммируем

Получив источник питания нужного номинала, подключаем его к выводам катушки. Как определить где выводы катушки? Обычно они подписаны. Во всяком случае, есть обозначения  «+» и «-» для подключения источников постоянного питания и знаки для переменного  типа таких «≈».  На соответствующие контакты подаем питание. Что происходит? Если катушка реле рабочая, слышен щелчок — это притянулся якорь. При снятии напряжения он слышен снова.

Проверяем контакты

Но щелчки — это одно. Это значит, что катушка работает, но надо еще контакты проверить. Возможно они окислились, цепь замыкается, но сильно падает напряжение. Может они стерлись и контакт плохой, может, наоборот, закипели и не размыкаются. В общем, для полноценной проверки электромагнитного реле необходимо еще проверить работоспособность контактных групп.

Проще всего объяснить на примере реле с одной группой. Они обычно стоят в автомобилях. Автолюбители называют их по числу выводов: 4 контактные или 5 контактные. В обоих случаях там всего одна группа. Просто четырех контактное реле содержит нормально замкнутый или нормально разомкнутый контакт, а пятиконтактное — переключающую группу (перекидные контакты).

Электромагнитное реле 4 и 5 контактное: расположение контактов, схема подключения

Как видите, питание подается в любом случае на выводы, которые подписаны 85 и 86. А к остальным подключается нагрузка. Для проверки 4-контактного реле можно собрать простейшую связку из маленькой лампочки и батарейки нужного номинала. Концы этой связки прикрутить к выводам контактов. В 4-контактном реле это выводы 30 и 87. Что получится? Если контакт на замыкание (нормально разомкнутый), при сработке реле лампочка должна загореться. Если группа на размыкание (нормально замкнутый) должна потухнуть.

В случае с 5-контактным реле схема будет чуть сложнее. Тут потребуется две связки из лампочки и батарейки. Используйте лампы разного формата, цвета или каким-то образом их разделите. При отсутствии питания на катушке у вас должна гореть одна лампочка. При срабатывании реле она гаснет, загорается другая.

Электромагнитные реле на схемах: обмотки, контактные группы

Особенность реле в том, что оно состоит из двух частей — обмотки и контактов. Обмотка и контакты имеют различное обозначение. Обмотка графически выглядит как прямоугольник, контакты разного таки имеют каждый свое обозначение. Оно отражает их название/назначения, так что проблем с идентификацией обычно не возникает.

Типы контактов электромагнитных реле и их обозначение на схемах

Иногда рядом с графическим изображением ставят обозначение типа — НЗ (нормально замкнутый)  или НО (нормально открытый). Но чаще прописывают принадлежность к реле и номер контактной группы, а тип контакта понятен по графическому изображению.

Вообще, искать контакты реле надо по всей схеме. Ведь физически оно находится в одном месте, а разные его контакты являются частью разных цепей. Это и отображается на схемах. Обмотка в одном месте — в цепи подачи питания. Контакты разбросаны в разных местах — в цепях, в которых они работают.

Пример схемы на электромагнитных реле: контакты находятся в соответствующих цепях (см. цветовую маркировку)

Для примера посмотрите на схему с реле. Реле КА, КV1 и КМ имеют одну контактную группу, КV3 — две, KV2 — три. Но три — это далеко не предел. Контактных групп в каждом реле может быть и десять-двенадцать и больше. И схема на рисунке простая. А если она занимает пару листов формата А2 и в ней масса элементов…

Технические характеристики, на которые стоит обратить внимание

Что такое токовое реле, наверняка понятно. А от чего зависят его параметры? На что обратить внимания, выбирая устройство для той или иной цели? Основными характеристиками реле являются:

1. Номинальные данные по току, напряжению, времени, а также другим параметрам, задающих алгоритм работы устройства.
2. Пределы срабатывания. Нижний и верхний порог, при котором устройство включается или отключается (временной, токовый, звуковой или световой).
3. Значения величин. Иногда такие устройства настраиваются на замыкание цепи при подаче мгновенного импульса, а размыкается цепь по истечении определенного времени.

А это автомобильное реле и схема его подключения

Если характеристики не соблюдены, то тут два варианта. Либо устройство не сработает, либо выйдет из строя, проще говоря, сгорит. Имеет смысл рассмотреть несколько основных видов реле и понять, в чем отличия одного вида от другого, а так же возможно ли применение в той или иной области.

Реле переменного тока: отличия и особенности

Первое, о чем стоит сказать, такие устройства имеют недостатки. Переменный ток имеет отличия от постоянного, что наглядно видно на графиках. Синусоида переменного тока не позволяет равномерную подачу тока, в результате чего при срабатывании, магнитный сердечник вибрирует. Это неудивительно – ток в катушке индуктивности дважды за период входного напряжения проходит через ноль. Проще говоря при частоте тока в сети 50 Гц (50 колебаний в секунду), напряжение в катушке упадет на ноль 100 раз за период (1 с). Производятся как малогабаритные реле переменного тока на 220 В, так и устройства больших размеров.

Такие миниатюрные устройства работают не хуже крупногабаритных
Интересная информация! Для уменьшения износа якоря применяют дифференциальные сердечники или фазосдвигающие элементы, уменьшающие количество периодов прохождения тока через нулевую отметку.

Отличия реле постоянного тока

По сути то же устройство с отличием только способа питания. На катушку подается постоянный ток, что увеличивает срок службы деталей, избавляя от вибрации. При работе, к примеру, промежуточного реле 220 В постоянного тока, не будет слышно гудения, присущего устройствам, работающим на переменке.

Электронные устройства из Китая работают не хуже отечественных

Электронное реле: области применения и особенности устройства

Электронные устройства нашли применение в автомобилестроении, производстве бытовой техники. Их отличает компактность и долговечность за счет отсутствия механических частей. Работу механики на себя взяли транзисторы, выполняющие роль ключей. Если рассматривать электрическую схему автомобиля, то на вопрос, где находится реле, можно ответить одним словом – везде. Это и включение-выключение, и работа поворотников, зажигания, фар.

В отличие от электронного реле, электромеханическое имеет большие габариты. Оно применяется в монтаже производственной автоматики.

Иногда несколько устройств объединяется в релейный модуль

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.

Основные сферы применения в системах автоматики

В большинстве случаев ЭМР применяют для переключений нагрузок при коммутационном токе 10–16 А в сетях переменного (220 В) или постоянного (5–24 В) тока. Такие технические характеристики позволяют использовать реле для защиты таких электроустановок как маломощные двигатели, нагреватели, электромагниты, другие потребители мощностью до 4 кВт. Кроме того, реле применяют для управления цепями

• КИПиА;
• систем сигнализации;
• промышленной автоматики;
• систем удалённого регулирования.

Особенно эффективны ЭМР при работе с низковольтными индуктивными нагрузками с малой постоянной времени (до 10 мс). При этом токовые перегрузки при пуске невелики, а при отключении оборудования не происходят скачки напряжения. Способность устройства коммутировать сложные нагрузки обеспечивается их комплектацией контактными группами, рассчитанными на соответствующие токи.

Характеристика реле

Существует несколько основных характеристик реле, которые подходят всем устройствам не зависимо от принципа работы:

1. Чувствительность – обозначает, включится ли устройство, если на обмотку подать ток определенной силы.
2. Сопротивление, возникающее на обмотке катушки.
3. Ток срабатывания – показывает минимальное значение силы тока, при котором переключатся контакты.
4. Ток отпускания – это величина, при которой устройство отключится, т. е. прервется электроцепь.
5. Время срабатывания – это значение, которое определяется количеством времени от поступления сигнала, до момента воздействия на электрическую цепь.
6. Частота срабатывания реле, когда есть нагрузка на контакты.

Реле времени

Реле времени (ЭВ) применяют для создания независимых от тока требуемых выдержек времени, обеспечивая, таким образом, селективную работу отдельных защит. Реле времени конструктивно имеют много разновидностей. Разберем работу реле времени на примере электромагнитных реле с часовым механизмом серий ЭВ – 100 и ЭВ – 200.

Реле серии ЭВ – 100 применяют в цепях оперативного постоянного тока на напряжения в 24, 48, 110 и 220 В, а ЭВ – 200 для работы в оперативных цепях переменного тока на напряжения 127, 220 и 380 В.

На рисунке ниже показано устройство реле времени ЭВ – 100:

Работа реле осуществляется следующим образом. Когда обмотка электромагнита 1 обесточена, рычаг часового механизма 17 отведен вверх до упора и удерживается на месте якорем 23 действием пружины якоря 22, при этом ведущая пружина 8 растянута (заведена). При замыкании контакта основного (пускового) реле по обмотке электромагнита ЭВ, включенной в оперативную цепь последовательно, потечет ток. Под действием электромагнитных сил якорь 23 втянется, и рычаг часового механизма опустится вместе с якорем, при этом зубчатый сегмент 13 под действием пружины 8 начнет вращаться по часовой стрелке, а ведущая шестерня 12 вместе с подвижным контактом 11 – против часовой стрелки. С помощью фрикционного сцепления на одном валу посажен часовой механизм (детали 2, 3, 4, 5, 6, 7, 14, 15, 16), который обеспечивает постоянную частоту вращения подвижного контакта 11. Когда подвижной контакт доходит до неподвижных контактов 10 и замыкает их, оперативная цепь тоже замкнется и реле даст импульс на отключение выключателя.

Изменение уставок реле (выдержки времени) осуществляют путем изменения расстояния между подвижными и неподвижными контактами (увеличением или уменьшением расстояния). Время срабатывания реле устанавливается на шкале 9, отградуированной в секундах. Контакты 18, 20, 21и поводок 19 используются тогда, когда требуется мгновенное срабатывание реле (без выдержки времени).

При исчезновении тока в катушке (линия отключена) якорь под действием пружины 22 поднимается вверх, а с ним и рычаг часового механизма и реле будут готовы для работы.

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.

Как проверить электромагнитное реле

Давайте же проверим реле с помощью мультиметра  и блока питания. Прозваниваем контакт 1 и 7 и смотрим, что у нас они звонятся, значит эти контакты соединены. Видно даже визуально.

Подаем напряжение на катушку  12 Вольт  с блока питания и смотрим, что у нас получилось.

В результате у нас ярмо «приклеилось» к электромагниту (катушке)  и потянула за собой коммутационный контакт. Цепь 1 и 7 у нас оборвалась, но зато восстановилась цепь контактов 7 и 4. Вот таким образом проверяются контакты реле.

Если контакты с налетом, то следует протереть их карандашным ластиком. Если прилично поджарились, а другого реле под рукой нет, то здесь поможет только шкурка-микронка. Но этот случай уже критический, так как наждачная бумага сдирает тонкий слой из благородного металла, которым покрыты «пипочки».

Целостность катушки реле проверяется с помощью мультиметра в режиме омметра. Для этого проверяем сопротивление катушки. Оно  зависит от самого реле. У всех  оно разное. Если сопротивления нет или оно очень маленькое  — порядка пару Ом, то значит в катушке либо обрыв, либо короткое замыкание.

На схемах электромагнитные реле обозначаются вот так:

Также контакты обозначают уже просто цифрами. В данном случае:

11 — это общий контакт

11-12 — это нормально замкнутые контакты

11-14 — нормально разомкнутые контакты

Прямоугольником обозначается сама катушка реле, а выводы катушки обозначаются буквами A1 и A2.

При подаче напряжения на катушку в данном реле у нас контакт перекинется, то есть картина будет выглядеть следующим образом:

Без подачи напряжения:

После подачи напряжения:

Где используется и как выбрать электромагнитное реле

Сложно в это поверить, но самое простое реле стало причиной быстрого развития компьютеров и компьютерной техники и вот почему: в нем бывает два состояния вкл/выкл, а именно эти два состояния схожи с двоичным кодом транзисторов процессора.

Также это простое устройство нашло широкое применение в промышленности, в транспорте, в бытовом оборудовании, энергетики, космонавтике, медицине и.т.д. С ним мы сталкиваемся ежедневно, но не замечаем этого. Например, в ИБП или стабилизаторе напряжения, мгновенно реагирующим на перепады напряжения.

Справочник по слаботочным электрическим реле 3-е издание – скачать

Использование поляризованного реле в автомобиле.

Материал от Максима с сайта: https://www.drive2.ru

Итак очередная полезная доработка минимальной сложности. При частых и не очень длинных поездках в течение дня приходится каждый раз выходя из машинки отключать габариты и магнитолу, а возвратившись – включать все обратно. Вот и задумался над задачей — как автоматизировать этот процесс, поручив его блоку автосигнализации, при этом предусмотрев блокировку отключения габаритов, когда это необходимо по соображениям безопасности на дороге.

Заранее прошу — комментарии, наподобие «А у меня магнитола замком зажигания отключается, и нафиг это все надо?» не писать, просто закройте эту страничку. Цель этой статьи, как и остальных в моем блоге – доступно описать подход и применяемую элементную базу в реализации задачи. Сразу оговорюсь, изложенное ниже применимо для охранных систем, имеющих дополнительные программируемые выходы (сервисные каналы). Например, у StarLine, Sheriff, Pantera и др. предусмотрено от 4 и более дополнительных каналов. В моем, достаточно бюджетном варианте Sheriff-ZX725 – 6 доп. каналов. Постепенно были задействованы 4 канала — упр. замком багажника; доводчик стекол, упр. магнитолой и габаритами, вежливый свет при снятии с охраны. . Если этих каналов нет – возможно подключение к дверным актуаторам ЦЗ, как вариант. Требования к доработке: — простота и повторяемость; — минимальный ток потребления (а еще лучше — его отсутствие!); — надежность; — низкая стоимость деталей. Если Вы, уважаемый читатель, полистаете форумы — найдете множество схем на обычных реле, подключенных к центрозамку, сигнализации (к каналам блокировки двигателя). Основной их недостаток – ток потребления реле во включенном состоянии, а это порядка 0,05-0,2А (в зависимости от типа). Получается следующее: реле под током либо при выключенной сигнализации, либо при включенной – в зависимости от конкретного схемного решения. А между тем, существует еще одна разновидность электромагнитного реле – поляризованное реле – достаточно интересное по своему функционалу и широко применяемое в средствах автоматики. Более подробно описано тут: electricalschool.info/spr…lektromagnitnye-rele.html

Итак: находим реле HFD2/012-M-L2-D, (HFD2/012-S-L2-D), RT314F12 или аналогичные, широко доступные в продаже. Стоимость (на сегодня) порядка 50 грн. / 100 руб. ($2,1). Ссылка на параметры: www.dart.ru/cataloguenew/…relays_hf/html/hfd2.shtml

Поляризованное реле

Кратко о теории. Поляризованное реле содержит две независимых обмотки и две группы (мех. связанных) переключающих контактов как у обычного реле. Принцип действия несколько отличается от обычного реле – для переключения контактных групп достаточно короткого, порядка 0,1с импульса., поданного на одну из обмоток. При подаче импульса на другую обмотку – контактные группы переключаются в противоположное состояние. Все предельно просто. Реле больше похоже на «ячейку памяти» — удерживает свое состояние без питания. Вот это очень привлекательно в данной задаче. Теперь о подключении.

Программируем алгоритм работы дополнительных каналов. В различных охранных системах они называются по разному, потому назовем их условно «канал А, канал В». Канал А должен быть запрограммирован на появление отрицательного импульса (замыкание на массу от 0,5 с и более) при постановке авто на охрану, канал В – отрицательный импульс при снятии с охраны. Эти же каналы в моем случае используются для управления доводчиком стекол PWM-200. Схему можно собрать «навесным монтажом» припаяв провода к выводам, загнув их и поместив в термоусадку или разместить все на макетной плате с клеммами под винт. Диоды — защитные, можно и не устанавливать. Одну группу контактов используем для управления магнитолой ( в разрыв красного провода). Вторая группа контактов разрывает цепь габаритных огней, (в разрыв бело-черного провода) от выключателя габаритов. Кнопка с фиксацией SB1 — предназначена для блокировки отключения габаритов, например при парковке на проезжей части и др. случаи, на усмотрение водителя и по соображениям дорожной безопасности.