Магнитное реле: разновидности, характеристики, принцип действия, достоинства и недостатки

Области применения

Электромагнитная коммутация используется в схемах автоматики, управления электроприводами, электроэнергетическими и технологическими установками, в системах контроля и т. п. Реле электромагнитное позволяет регулировать напряжения и токи, выполнять функции запоминающих и преобразующих устройств, фиксировать отклонения параметров от заданных значений.

Все детали крепятся на основании. Якорь выполнен с возможностью поворота и удерживается пружиной. Когда на обмотку катушки подается напряжение, по ее виткам протекает электрический ток, создавая электромагнитные силы в сердечнике. Они притягивают якорь, который поворачивается и замыкает подвижные контакты с парными неподвижными. При отключении тока якорь возвращается пружиной обратно. Вместе с ним перемещаются подвижные контакты.

Разновидности устройств

Все существующие магнитные реле подразделяются на несколько разновидностей в зависимости от своих конструктивных особенностей, сферы применения, мощности сигнала управления, вида электротока, скорости действия управления.

По особенностям устройства реле могут быть:

Контактными. Они воздействуют на цепь несколькими контактами. Их замыкание или размыкание способствует обеспечению коммутации — силовая цепь либо соединяется, либо разрывается.
Бесконтактными. Влияют на цепь иначе. Эти
устройства резко изменяют ее характеристики.

По сфере использования бывают сигнализационными, защитными и предназначенными для цепей управления.

По скорости действия устройства коммутации подразделяются на четыре типа:

Регулируемые. При их использовании можно устанавливать любую скорость.
Замедленные. Они срабатывают не ранее, чем через 0,05 с.
Быстродействующие. Такие реле начинают действовать уже через миллисекунду.
Безинерционные. Устройства этого типа действуют даже до того, как истечет одна миллисекунда.

В зависимости от того, какой мощностью обладает сигнал управления, реле может принадлежать к одной из трех основных разновидностей. Мощность может быть:

высокой, если ее значение превышает 10 Вт;
средней при значении до 10 Вт, но при этом не менее 1 В;
малой, значение которой измеряется в долях Ватта.

Реле может использоваться в сетях переменного или постоянного тока. Последние бывают поляризованными и нейтральными.

Магнитное устройство обладает множеством характеристик. Самые важные его параметры следующие:

Существуют электромагнитные реле с встроенными электронными компонентами в виде конденсатора, подключенного параллельно контактам для уменьшения помех и образования искр, а также сопротивления, подключенного к катушке, для четкой работы реле.

Реле времени

В большинстве случаев реле времени устанавливают при необходимости формирования каскадов пуска при подключении оборудования высокой мощности. Такой подход позволяет избежать резких скачков нагрузки в момент включения техники, превышающих допустимые значения. Задержка по времени обеспечивается за счёт дополнительного короткозамкнутого контура, роль которого выполняет надетая на сердечник медная гильза.

Принцип работы реле времени основан на «гашении» напряжённости электромагнитного поля за счёт наличия противоположно направленного тока. В итоге формируется задержка, величина которой может составлять 0.07–0.15 с. Регулировка выполняется пружиной якоря ЭМР. Тот же эффект наблюдается при выключении электропитания, но задержка может составлять 0.5–2 с.

Реле ЭМР принято классифицировать по нескольким параметрам. Исходя из особенностей конструкции, разделяют контактные и бесконтактные устройства. В первом случае речь идёт об устройствах, которые при срабатывании воздействуют контактной группой на силовую цепь, обеспечивая соединение или разрыв в ней. Во втором — аналогичный результат достигается изменением одного из параметров (напряжения, силы тока, ёмкости, сопротивления).

Достоинства и недостатки электромагнитных реле

Электромагнитное реле обладает рядом преимуществ, отсутствующих у полупроводниковых конкурентов:

способность коммутации нагрузок мощностью до 4 кВт при объеме реле менее 10 см3;

устойчивость к импульсным перенапряжениям и разрушающим помехам, появляющимся при разрядах молний и в результате коммутационных процессов в высоковольтной электротехнике;

исключительная электрическая изоляция между управляющей цепью (катушкой) и контактной группой — последний стандарт 5 кВ является недоступной мечтой для подавляющего большинства полупроводниковых ключей;

малое падение напряжения на замкнутых контактах, и, как следствие, малое выделение тепла: при коммутации тока 10 А малогабаритное реле суммарно рассеивает на катушке и контактах менее 0,5 Вт, в то время как симисторное реле отдает в атмосферу более 15 Вт, что, во-первых, требует интенсивного охлаждения, а во-вторых, усугубляет парниковый эффект на планете;

экстремально низкая цена электромагнитных реле по сравнению с полупроводниковыми ключами

Отмечая достоинства электромеханики, отметим и недостатки реле: малая скорость работы, ограниченный (хотя и очень большой) электрический и механический ресурс, создание радиопомех при замыкании и размыкании контактов и, наконец, последнее и самое неприятное свойство — проблемы при коммутации индуктивных нагрузок и высоковольтных нагрузок на постоянном токе.

Задание 3: в) Назовите известные вам элементы показанные на схеме рис. 2.2.7

Рис.2.2.7.

Вопрос 3.Контакторы

Контакторы – это аппараты дистанционного действия, предназначенные для частых включений и отключений силовых электрических цепей при нормальных режимах работы. Контактор – это, пожалуй, самый старый аппарат, который применялся для управления электродвигателями. Наибольшее распространение во всем мире получили электромагнитные контакторы. Они являются основными коммутирующими аппаратами схем с токами более 50 А.

Классификация контакторов

Все контакторы классифицируются:

по роду тока главной цепи и цепи управления (включающей катушки) – постоянного, переменного, постоянного и переменного тока;

по числу главных полюсов – от 1 до 5;

по номинальному току главной цепи – от 1,5 до 4800 А;

по номинальному напряжению главной цепи: от 27 до 2000 В постоянного тока; от 110 до 1600 В переменного тока частотой 50, 60, 500, 1000, 2400, 8000, 10 000 Гц;

по номинальному напряжению включающей катушки: от 12 до 440 В постоянного тока, от 12 до 660 В переменного тока частотой 50 Гц, от 24 до 660 В переменного тока частотой 60 Гц;

по наличию вспомогательных контактов – с контактами, без контактов.

Рис.2.2.8. Общий вид контактора

Контакторы состоят из системы главных контактов, дугогасительной, электромагнитной систем и вспомогательных контактов.

Рис.2.2.9.Схема электромагнитного контактора

2.2.10.Устройство электромагнитного контактора: а)общий вид, б)дугогасительная система и контактная система , в)электромагнитная система

На металлической рейке 5 скобой 17 закреплены сердечник 2 магнитопровода с катушкой 4. Сердечник 2 имеет короткозамкнутый виток 3 и амортизирован пружиной 18. Через изоляционную колодку 15 на рейке крепятся три блока 1 полюсов, имеющие неподвижные контакт-детали 9 и дугогасительную катушку 16. Подвижная система контактора установлена на изолированном валу 7 и вращается в подшипниках 6. Подвижная контакт-деталь 11 закреплена в контактодержателе 13 и подпружинена пружиной 12. Соединение с контактным болтом обеспечивается гибкой связью 14. Каждый блок имеет дугогасительную камеру 10. На валу установлены также вспомогательные контакты 8.

Главные контакты осуществляют замыкание и размыкание силовой цепи. Они должны быть рассчитаны на длительное проведение номинального тока и на производство большого числа включений и отключений при большой их частоте. Нормальным считают положение контактов, когда втягивающая катушка контактора не обтекается током и освобождены все имеющиеся механические защелки.

Главные контакты могут выполняться рычажного и мостикового типа. Рычажные контакты предполагают поворотную подвижную систему, мостиковые – прямоходовую. На рисунке 2.2.11 представлена последовательно кинематика движения контакта контактора при замыкании.

Рис.2.2.11.

Как правило, у рычажных контактов оси вращения контакта не совпадают. Кроме того, контакты касаются раньше чем подвижная система достигнет конечного положения. В результате этого при замыкании и размыкании происходит перекатывание и проскальзывание подвижного контакта по неподвижному. Поэтому начальная точка касания при замыкании и она же, конечная точка касания и, соответственно, точка, где возникает дуга при размыкании оказывается смещенной по отношению к точке конечного касания контактов. Благодаря этому поверхности, которые обеспечивают длительное проведение тока и которые определяют переходное сопротивление контакта, отдалены от места возникновения дуги. Ну а проскальзывание контактов при достаточном контактном нажатии приводит к стиранию окисной пленки и различной скопившейся грязи с поверхности контакта, т. е. происходит самоочистка контактов. Так как контакты в коммутационных аппаратах являются, пожалуй, самыми слабыми частями аппарата, то мы видим, что в данном случае, сама конструкция силовых контактов контакторов позволяет длительно сохранять стабильным переходное контактное сопротивление, что в свою очередь, очень сильно влияет на надежность и безотказность работы контактора в целом. Но ничего не бывает идеальным, поэтому и у этой рычажных контактов есть свои недостатки. Проскальзывание при той шероховатости, которую обычно имеют поверхности контактов (в особенности работающих), вызывают дополнительный дребезг контактов при замыкании, а следовательно, и повышенный износ. Ну а полный отказ от проскальзывания и при недостаточно высоком нажатии приведет к быстрому перегреву контактов за счет их окисления. Поэтому тут приходится выбирать из дух зол меньшее.

Задание 4.а)Назовите три достоинства рычажных контактов, изображенных на рис. 2.2.11

Рычажные контакты требуют гибкой связи для присоединения к токопроводу, но и гибкая связь в ряде случаев является слабым местом контактной системы. Ее трудно осуществить на большие токи и ее механическая износостойкость оказывается ниже, чем других деталей.

Дальше разберемся с назначением и возможными конструкциями дугогасительной системы контакторов. Дугогасительная система обеспечивает гашение электрической дуги, которая возникает при размыкании главных контактов. Способы гашения дуги и конструкции дугогасительных систем определяются родом тока главной цепи и режимом работы контактора. Дугогасительные системы контакторов постоянного тока отличаются от дугогасительных систем контакторов переменного тока из за того, что сами принципы гашения дуги при постоянном и переменном токе отличаются.

Дугогасительные камеры контакторов постоянного тока построены на принципе гашения электрической дуги поперечным магнитным полем в камерах с продольными щелями. Магнитное поле, в подавляющем большинстве конструкций, возбуждается последовательно включенной с контактами дугогасительной катушкой. В 60-х годах прошлого столетия в СССР были созданы конструкции с постоянными магнитами, но распространения они не получили. Камеры с узкими щелями, которые могут быть прямыми и зигзагообразными значительно повышают отключающую способность и ограничивают размеры дуги и ее пламени за пределами камеры, однако полного гашения электрической дуги в объеме камеры с помощью этой камеры добиться не удается.

Контакторы переменного тока выполняются с дугогасительными камерами с деионной решеткой. При возниконовении дуга движется на решетку, разбивается на ряд мелких дуг и в момент перехода тока через ноль гаснет. Погасить дугу на переменном токе в принципе легче чем на постоянном, поэтому контакторы постоянного тока имеют более сложную систему дугогашения.

Электромагнитная система контактора обеспечивает дистанционное управление контактором, т. е. включение и отключение. Конструкция системы определяется родом тока и цепи управления контактора и его кинематической схемой.

Электромагнитная системасостоит из сердечника, якоря, катушки и крепежных деталей. На рисунке 6 показана схема включения электродвигателя с помощью электромагнитного контактора.

Вспомогательные контакты. Производят переключения в цепях управления контактора, а также в цепях блокировки и сигнализации. Они рассчитанны на длительное проведение тока не более 20 А, и отключение тока не более 5 А. Контакты выполняются как замыкающие, так и размыкающие, в подавляющем большинстве случаев мостикового типа.

Задание 4.б)Заполните таблицу 1

Таблица 1

Назначение контактора

Основные конструктивные единицы контактора

Назначение основных элементов контактора

Устройство электромагнитной системы контактора

Принцип действия контактора. В исходном отключенном положении, когда напряжения с катушки снято, подвижная система под действием пружины находится в нормальном положении. Контактор включают путем нажатия кнопки «Пуск». В катушке создается магнитный поток, который притягивает якорь к сердечнику. Одновременно с главными контактами замыкаются дополнительные (вспомогательные) контакты , которые блокируют(шунтируют) контакты кнопки «Пуск». Контактное нажатие осуществляется пружиной. На якоре установлена прокладка из немагнитного материала , которая уменьшает силу притяжения и при снятии напряжения с катушки якорь сразу отходит и не залипает.

Задание 4.в)Постройте логическую цепочку операций принципа действия контактора (всего семь пунктов)

Последнее изменение этой страницы: 2016-12-09; Нарушение авторского права страницы

Задание 4.б)Заполните таблицу 1

Достоинства и недостатки электромагнитных реле

Электромагнитное реле обладает рядом преимуществ, отсутствующих у полупроводниковых конкурентов:

способность коммутации нагрузок мощностью до 4 кВт при объеме реле менее 10 см3;
устойчивость к импульсным перенапряжениям и разрушающим помехам, появляющимся при разрядах молний и в результате коммутационных процессов в высоковольтной электротехнике;
исключительная электрическая изоляция между управляющей цепью (катушкой) и контактной группой;
малое падение напряжения на замкнутых контактах, и, как следствие, малое выделение тепла: при коммутации тока 10 А малогабаритное реле суммарно рассеивает на катушке и контактах менее 0,5 Вт;
низкая цена электромагнитных реле по сравнению с полупроводниковыми ключами.

Недостатки реле: малая скорость работы, ограниченный (хотя и очень большой) электрический и механический ресурс, создание радиопомех при замыкании и размыкании контактов.

Условные обозначения реле в схемах

1 – обмотка реле (управляющая цепь), 2 – контакт замыкающий, 3 – контакт размыкающий, 4 – контакт, замыкающий с замедлителем при срабатывании, 5 – контакт замыкающий с замедлителем при возврате, 6 – контакт импульсный замыкающий, 7 – контакт замыкающий без самовозврата, 8 – контакт размыкающий без самовозврата, 9 – контакт размыкающий с замедлителем при срабатывании, 10 – контакт размыкающий с замедлителем при возврате.

Схема включения

Принципиальная схема включения вторичного реле максимального тока прямого действия приведена на рис. 59. Обмотка реле 1, подключенная к вторичной обмотке трансформатора тока 5, обтекается вторичным током и отделена от высокого напряжения и токоведущих частей.

При увеличении тока в реле до тока срабатывания якорь 2 преодолевает усилие пружины 6, втягивается и ударяет бойком 3 по защелке 4, удерживающей механизм привода выключателя во включенном положении. Защелка, поворачиваясь, освобождает механизм привода выключателя, который отключается под действием пружины 7. После отключения выключателя прохождение тока в обмотке реле прекращается и сердечник с бойком и защелка возвращаются в исходное положение.

Принципиальная схема включения реле

Таким образом реле при срабатывании производит непосредственное отключение выключателя путем механического воздействия на его привод, развивая при этом значительное усилие порядка 4,9—9,8 Н и более. Для создания такого усилия реле потребляет от трансформаторов тока большую мощность.

Реле времени создает выдержку временив системе автоматического регулирования. Многодиапазонное реле времени, предназначено для коммутации электрических цепей с определенными, предварительно установленными выдержками времени, применяется в системах управления объектами народного хозяйства. Выдержка времени– это интервал времени от момента подачи напряжения на обмотку реле до момента изменения положения его контактов.

Реле времени

Исполнительные механизмы.

Исполнительные механизмы предназначены для перемещения регулирующих органов в соответствии с командными сигналами, поступающими от регулирующих и управляющих устройств.

Исполнительные механизмы классифицируют по ряду признаков:

– по виду используемой энергии: электрические, пневматические, гидравлические и комбинированные;

– по конструктивному исполнению: мембранные и поршневые;

– по характеру обратной связи — периодического и непрерывного действия.

Электрическим исполнительным механизмом в системах управленияназывают устройство, предназначенное для перемещения рабочего (регулирующего) органа в соответствии с сигналами, поступающими от управляющего устройства.

Как электрические исполнительные механизмы с контактным управлением, так и бесконтактные можно подразделять также по следующим признакам.

По назначению: с вращательным движением выходного вала — однооборотные; с вращательным движением выходного вала — многооборотные; с поступательным движением выходного вала — прямоходные.

Выходной вал однооборотных исполнительных механизмов может вращаться в пределах одного полного оборота. Такие механизмы характеризуются величиной крутящего момента на выходном валу и временем его полного оборота. В отличие от однооборотных многооборотные механизмы, выходной вал которых может осуществлять перемещение в пределах нескольких, иногда значительного количества, оборотов, характеризуются также полным числом	Электрический исполнительный механизм
оборотов выходного вала.
ВНЕШНИЙ ВИД	НАИМЕНОВАНИЕ	ПРИНЦИП РАБОТЫ	НАЗНАЧЕНИЕ
	Механизм электрический исполнительный однооборотный МЭО	Преобразование электрического командного сигнала поступающего от регулирующего или управляющего устройство во вращательное перемещение выходного вала
	Механизм электрический исполнительный многооборотный МЭМ	Преобразование электрического командного сигнала во вращательное перемещение выходного органа механизма.

Состоит из следующих основных частей:

Червячно-цилиндрического редуктора электродвигателя, блока сигнализации положения, панели, интенсивного разъема, рычага и ручного привода.

Движение от электродвигателя передается на выходной вал через цилиндрическую или червячную зубчатые передачи редуктора. Редуктор является основным узлом, на котором устанавливаются составные части механизма. В корпусе редуктора размещены многоступенчатая цилиндрическая передача, устройство для ручного управления механизмом и механическое тормозное устройство ( далее тормоз). Вращательное движение передается с вала электродвигателя через полумуфту, тормоз и ряд ступеней цилиндрической передачи на выходной вал. Ручное управление перемещением выходного вала механизмов осуществляется вращением ручки ручного привода. Для ограничения величины выбега выходного вала и предотвращения перемещения его от усилия регулирующего органа при отсутствии напряжения на двигателе в механизмах предусмотрен механический тормоз .

Привод к блоку сигнализации положения происходит от выходного вала. Блок сигнализации положения служит для преобразования положения выходного органа механизма в пропорциональный электрический сигнал, а также для сигнализации и блокирования в крайних или промежуточных положениях выходного органа. В состав блока входят два основных узла:блок микропереключателей и узел датчика.Для подключения внешних электрических цепей служит штепсельный разъем.

На МЭО предусмотрен маховик для ручного воздействия на рычаг.

Механизмы исполнительные электрические

Пневматические и гидравлические исполнительные механизмы,использующие энергию сжатого воздуха и минеральных масел (несжимаемой жидкости), делят на самостоятельные и на работающие совместно с усилителями. Принцип действия этих двух видов механизмов схож между собой.К самостоятельным механизмам относят цилиндры с поршнем и штоком одно- и двустороннего действия.По виду используемой энергии исполнительные механизмы делятся на пневматические, гидравлические и электрические. Пневматические исполнительные механизмы бывают мембранными и поршневыми.

Мембранный исполнительный механизмсостоит из корпуса головки 1, мембраны из прорезиненной ткани 2, металлического диска 3, штока. 4, жестко соединенного с диском, и пружины 5.

1 – корпус головки, 2 – мембрана, 3 – диск, 4 – шток, 5 – пружина

1 – цилиндр, 2 – поршень, 3 – шток

Схема мембранного и поршневого исполнительных механизмов

При отключении регулируемой величины от заданного значения давление воздуха Р, поступающего от пневматического регулятора в полость над мембраной и диском, изменяется. Шток перемещается либо вниз (при увеличении давления), либо вверх (при уменьшении давления). Шток, связанный с регулирующим органом (РО) непосредственно или через рычаг, перемещает его в новое положение.

В тех случаях, когда мембранный исполнительный механизм предназначен для управления регулирующим клапаном, их конструктивно объединяют.

Поршневой исполнительный механизмсостоит из цилиндра 1 с поршнем 2, шток которого 3 соединяется с регулирующим органом (РО). В зависимости от того, в какую полость цилиндра (А или Б) будет поступать управляющий сигнал от регулятора, поршень со штоком будет перемещаться либо вправо, либо влево.

Пневматические средства управления и регулирования удовлетворяют самым жёстким требованиям пожаро- и взрывобезопасности, могут работать в системах газоснабжения и применяются для автоматизации производственных процессов.

Рис. 82. Схема пневматического мембранного исполнительного механизма а) – односедельный; б) – двухседельный

Принцип действия мембранного исполнительного механизма заключается в том, что под действием давления воздуха Р, подаваемого на мембранный механизм сверху, шток, преодолевая противодействие пружины, изменяет положение затвора, тем самым изменяя проходное сечение клапана. Степень открытия сечения клапана пропорциональна давлению воздуха Р, подаваемого на мембранный механизм. По своей конструкции подобные клапаны выпускают двух типов: одно- и двухседельные.

Односедельные клапаны имеют одностороннее действие давления среды. Оно выражается в “затягивании” или “отжатии” самого седла при изменении направления движения среды через регулирующий орган. Такой эффект является нежелательным, так как нарушает процесс регулирования. Для устранения этого используют двухседельный клапан, которые считаются разгруженными.

Гидравлические исполнительные механизмыпредназначены для преобразования сигнала, поступающего от гидравлического регулятора в перемещение регулирующего органа. Выпускается два типа гидравлических исполнительных механизмов: прямого хода и кривошипные. По принципу действия они аналогичны пневматическому поршневому исполнительному механизму.

Цены на реле промежуточные электромагнитные

В зависимости от принципа действия ЭМХР могут быть:

Контактная группа изображается в форме ключей из прямых линий. Внутри прямоугольника могут быть изображены буквенные или численные значения.

Рисунок 2 – схема подключения реле поворотника в авто

Электромагнитные реле управления, как работает реле

Реле́ – электрический аппарат, предназначенный для коммутации электрических цепей (скачкообразного изменения выходных величин) при заданных изменениях электрических или не электрических входных величин.

Релейные элементы (реле) находят широкое применение в схемах управления и автоматики, так как с их помощью можно управлять большими мощностями на выходе при малых по мощности входных сигналах; выполнять логические операции; создавать многофункциональные релейные устройства; осуществлять коммутацию электрических цепей; фиксировать отклонения контролируемого параметра от заданного уровня; выполнять функции запоминающего элемента и т. д.

Первое реле было изобретено американцем Дж. Генри в 1831 г. и базировалась на электромагнитном принципе действия, следует отметить что первое реле было не коммутационным, а первое коммутационное реле изобретено американцем С. Бризом Морзе в 1837 г. которое в последствии он использовал в телеграфном аппарате. Слово реле возникло от английского relay, что означало смену уставших почтовых лошадей на станциях или передачу эстафеты (relay) уставшим спортсменом.

Реле классифицируются по различным признакам: по виду входных физических величин, на которые они реагируют; по функциям, которые они выполняют в системах управления; по конструкции и т. д. По виду физических величин различают электрические, механические, тепловые, оптические, магнитные, акустические и т.д. реле. При этом следует отметить, что реле может реагировать не только на значение конкретной величины, но и на разность значений (дифференциальные реле), на изменение знака величины (поляризованные реле) или на скорость изменения входной величины.

Реле обычно состоит из трех основных функциональных элементов: воспринимающего, промежуточного и исполнительного.

Воспринимающий (первичный) элемент воспринимает контролируемую величину и преобразует её в другую физическую величину.

Промежуточный элемент сравнивает значение этой величины с заданным значением и при его превышении передает первичное воздействие на исполнительный элемент.

Исполнительный элемент осуществляет передачу воздействия от реле в управляемые цепи. Все эти элементы могут быть явно выраженными или объединёнными друг с другом.

Воспринимающий элемент в зависимости от назначения реле и рода физической величины, на которую он реагирует, может иметь различные исполнения, как по принципу действия, так и по устройству. Например, в реле максимального тока или реле напряжения воспринимающий элемент выполнен в виде электромагнита, в реле давления – в виде мембраны или сильфона, в реле уровня – в вице поплавка и т.д.

По устройству исполнительного элемента реле подразделяются на контактные и бесконтактные.

Контактные реле воздействуют на управляемую цепь с помощью электрических контактов, замкнутое или разомкнутое состояние которых позволяет обеспечить или полное замыкание или полный механический разрыв выходной цепи.

Бесконтактные реле воздействуют на управляемую цепь путём резкого (скачкообразного) изменения параметров выходных электрических цепей (сопротивления, индуктивности, емкости) или изменения уровня напряжения (тока).

Основные характеристики реле определяются зависимостями между параметрами выходной и входной величины.

Различают следующие основные характеристики реле.

1. Величина срабатывания Хср реле – значение параметра входной величины, при которой реле включается. При Х

2. Мощность срабатывания Рср реле – минимальная мощность, которую необходимо подвести к воспринимающему органу для перевода его из состояния покоя в рабочее состояние.

3. Управляемая мощность Рупр – мощность, которой управляют коммутирующие органы реле в процессе переключении. По мощности управления различают реле цепей малой мощности (до 25 Вт), реле цепей средней мощности (до 100 Вт) и реле цепей повышенной мощности (свыше 100 Вт), которые относятся к силовым реле и называются контакторами.

4. Время срабатывания tср реле – промежуток времени от подачи на вход реле сигнала Хср до начала воздействия на управляемую цепь. По времени срабатывания различают нормальные, быстродействующие, замедленные реле и реле времени. Обычно для нормальных реле tср = 50…150 мс, для быстродействующих реле tср 1 с.

Принцип действия и устройство электромагнитных реле

Электромагнитные реле, благодаря простому принципу действия и высокой надежности, получили самое широкое применение в системах автоматики и в схемах защиты электроустановок. Электромагнитные реле делятся на реле постоянного и переменного тока. Реле постоянного тока делятся на нейтральные и поляризованные. Нейтральные реле одинаково реагируют на постоянный ток обоих направлений, протекающий по его обмотке, а поляризованные реле реагируют на полярность управляющего сигнала.

Работа электромагнитных реле основана на использовании электромагнитных сил, возникающих в металлическом сердечнике при прохождении тока по виткам его катушки. Детали реле монтируются на основании и закрываются крышкой. Над сердечником электромагнита установлен подвижный якорь (пластина) с одним или несколькими контактами. Напротив них находятся соответствующие парные неподвижные контакты.

В исходном положении якорь удерживается пружиной. При подаче напряжения электромагнит притягивает якорь, преодолевая её усилие, и замыкает или размыкает контакты в зависимости от конструкции реле. После отключения напряжения пружина возвращает якорь в исходное положение. В некоторые модели, могут быть встроены электронные элементы. Это резистор, подключенный к обмотке катушки для более чёткого срабатывания реле, или (и) конденсатор, параллельный контактам для снижения искрения и помех.

Управляемая цепь электрически никак не связана с управляющей, более того в управляемой цепи величина тока может быть намного больше чем в управляющей. То есть реле по сути выполняют роль усилителя тока, напряжения и мощности в электрической цепи.

Реле переменного тока срабатывают при подаче на их обмотки тока определенной частоты, то есть основным источником энергии является сеть переменного тока. Конструкция реле переменного тока напоминает конструкцию реле постоянного тока, только сердечник и якорь изготавливаются из листов электротехнической стали, чтобы уменьшить потери на гистерезис и вихревые токи.

Достоинства и недостатки электромагнитных реле

способность коммутации нагрузок мощностью до 4 кВт при объеме реле менее 10 см3;
устойчивость к импульсным перенапряжениям и разрушающим помехам, появляющимся при разрядах молний и в результате коммутационных процессов в высоковольтной электротехнике;
исключительная электрическая изоляция между управляющей цепью (катушкой) и контактной группой — последний стандарт 5 кВ является недоступной мечтой для подавляющего большинства полупроводниковых ключей;
малое падение напряжения на замкнутых контактах, и, как следствие, малое выделение тепла: при коммутации тока 10 А малогабаритное реле суммарно рассеивает на катушке и контактах менее 0,5 Вт, в то время как симисторное реле отдает в атмосферу более 15 Вт, что, во-первых, требует интенсивного охлаждения, а во-вторых, усугубляет парниковый эффект на планете;
экстремально низкая цена электромагнитных реле по сравнению с полупроводниковыми ключами

Отмечая достоинства электромеханики, отметим и недостатки реле: малая скорость работы, ограниченный (хотя и очень большой) электрический и механический ресурс, создание радиопомех при замыкании и размыкании контактов и, наконец, последнее и самое неприятное свойство — проблемы при коммутации индуктивных нагрузок и высоковольтных нагрузок на постоянном токе.

Типовая практика применения мощных электромагнитных реле — это коммутация нагрузок на переменном токе 220 В или на постоянном токе от 5 до 24 В при токах коммутации до 10–16 А. Обычными нагрузками для контактных групп мощных реле являются нагреватели, маломощные электродвигатели (например, вентиляторы и сервоприводы), лампы накаливания, электромагниты и прочие активные, индуктивные и емкостные потребители электрической мощности в диапазоне от 1 Вт до 2–3 кВт.

Поляризованные электромагнитные реле

Разновидностью электромагнитных реле являются поляризованные электромагнитные реле. Их принципиальное отличие от нейтральных реле состоит в способности реагировать на полярность управляющего сигнала.

Самые распространенные серии электромагнитных реле управления

Реле промежуточное серии РПЛ . Реле предназначены для применения в качестве комплектующих изделий в стационарных установках, в основном в схемах управления электроприводами при напряжении до 440В постоянного тока и до 660 В переменного тока частотой 50 и 60 Гц. Реле пригодны для работы в системах управления с применением микропроцессорной техники при шунтировании включающей катушки ограничителем ОПН или при тиристорном управлении. При необходимости на промежуточное реле может быть установлена одна из приставок ПКЛ и ПВЛ. Номинальный ток контактов – 16А

Реле промежуточное серии РПУ-2М. Реле промежуточные РПУ-2М предназначены для работы в электрических цепях управления и промышленной автоматики переменного тока напряжением до 415В, частоты 50Гц и постоянного тока напряжением до 220В.

Реле серии РПУ-0, РПУ-2, РПУ-4. Реле изготавливаются с втягивающими катушками постоянного тока на напряжения 12, 24, 48, 60, 110, 220 В и токи 0,4 – 10 А и втягивающими катушками переменного тока – на напряжения 12, 24, 36, 110, 127, 220, 230, 240, 380 и токаи 1 – 10 А. Реле РПУ-3 с втягивающими катушками постоянного тока – на напряжения 24, 48, 60, 110 и 220 В.

Реле промежуточное серии РП-21 предназначены для применения в цепях управления электроприводами переменного тока напряжением до 380В и в цепях постоянного тока напряжением до 220В. Реле РП-21 комплектуются розетками под пайку, под дин. рейку или под винт.

Основные характеристики реле РП-21. Диапазон напряжений питания, В: постоянного тока – 6, 12, 24, 27, 48, 60, 110 переменного тока частоты 50 Гц – 12, 24, 36, 40, 110, 127, 220, 230, 240 переменного тока частоты 60 Гц – 12, 24, 36, 48, 110, 220, 230, 240 Номинальное напряжение цепи контактов, В: реле постоянного тока – 12. 220, реле переменного тока – 12. 380 Номинальный ток – 6,0 А Количество контактов замык. / размык. / перекл. – 0. 4 / 0. 2 / 0. 4 Механическая износостойкость – не менее 20 млн. циклов.

Большое распространение в системах автоматики станков, механизмов и машин получили электромагнитные реле постоянного тока серии РЭС-6 в качестве промежуточного реле напряждением 80 – 300 В, коммутируемый ток 0,1 – 3 А

В качестве промежуточных применяются также электромагнитные реле серий РП-250, РП-321, РП-341, РП-42 и ряд других, которые могут использоваться и как реле напряжения.

Как выбрать электромагнитное реле

Рабочие напряжения и токи в обмотке реле должны находится в пределах допустимых значений. Уменьшение рабочего тока в обмотке приводит к снижению надежности контактирования, а увеличение к перегреву обмотки, снижению надежности реле при максимально-допустимой положительной температуре. Нежелательна даже кратковременная подача на обмотку реле повышенного рабочего напряжения, так как при этом возникают механические перенапряжения в деталях магнитопровода и контактных групп, а электрическое перенапряжение обмотки при размыкании ее цепи может вызвать пробой изоляции.

При выборе режима работы контактов реле необходимо учитывать значение и род коммутируемого тока, характер нагрузки, общее количество и частоту коммутации.

При коммутации активных и индуктивных нагрузок наиболее тяжелым для контактов является процесс размыкания цепи, так как при этом из-за образования дугового разряда происходит основной износ контактов.

О применении импульсных поляризованных реле в автоматике

Импульсное поляризованное реле работает, как триггер. Оно длительно находится в одном из двух устойчивых состояний (включено, выключено) и чередует их под воздействием внешних сигналов. То есть свет включается и выключается этими реле следующим образом:

Подал на это реле сигнал управляющей кнопкой всего один раз, реле замкнуло цепь, и свет включился.
Нужно выключить свет, еще раз нажимаем на кнопку, на реле идет управляющий сигнал, реле переключается, цепь размыкается, свет гаснет.
Подавать управляющее напряжение на это реле постоянно, чтобы оно удерживало включенную электрическую цепь, не требуется.

Этот момент обеспечивает применение импульсных поляризованных реле в системах освещения, подсоединяя кнопку (нефиксируемый переключатель) включения, выключения света напрямую к источнику света через это реле. Принцип работы реле подробно разобран в видеоролике ниже.

Дополнительных контроллеров, которые обеспечивают простейшее управление светом, подающие напряжение, как в случае с обычными электромагнитными реле, чтобы электрическая цепь удерживалась, здесь не требуется. То есть в данном случае с импульсными поляризованными реле можно применять кнопки, которые не имеют функций фиксируемого выключателя. О кнопках и выключателях уже было написано выше, но повторим еще раз:

Выключатель с фиксацией «запоминает» внешнее воздействие (сигнал) человека. Если нажать клавишу выключателя в положение «включено», цепь будет замкнута до тех пор, пока кто-либо не изменит положение выключателя.
Кнопка таким свойством не обладает. Механическая кнопка самостоятельно возвращается в исходное положение, как только на нее перестают нажимать, или же, как в случае с электронной кнопкой — подает только кратковременный управляющий сигнал в момент нажатия.

Этот момент запоминания состояния переключения в данном типе реле делает их более универсальными в применении, но портит свойство превосходности их шумность.

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».

Основные характеристики КУ

К основным характеристикам, на которые следует обратить внимание при выборе данного вида коммутационного устройства, относят:

чувствительность – срабатывание от подаваемого на обмотку тока определенной силы, достаточной для включения устройства;
сопротивление обмотки электромагнита;
напряжение (ток) срабатывания – минимально допустимое значение, достаточное для переключения контактов;
напряжение (ток) отпускания – значение параметра, при котором происходит отключение КУ;
время притягивания и отпускания якоря;
частота срабатывания с рабочей нагрузкой на контактах.

управление электрическими и электронными системами;
защита систем;
автоматизация систем.

По области применения:

Реле сигнализации.
Реле защиты.
Реле цепей управления.

Сам принцип работы довольно прост, благодаря чему электромагнитные реле остаются самыми надежными устройствами. Заключается этот принцип в использовании электромагнитных сил, образующихся в металлическом сердечнике, когда по катушке проходит электрический ток.

По быстродействию управления

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

регулируемые;
замедленные;
быстродействующие;
безынерционные.

Реле разделяют на следующие категории:

З.4 Электромагнитные реле. Устройство и принцип действия реле

Силовые (коммутационные) электромагнитные реле по своим характеристикам близки к аппаратам управления. Основными представителями таких реле являются промежуточные реле, а основная их особенность — возможность управления одним входным сигналом большим количеством выходных сигналов, гальванически не связанных между собой и с входным сигналом. Причем мощность, коммутируемая выходными цепями, может намного превышать мощность входного канала управления (см. рис. 3.5).

Конструктивно электромагнитные реле делятся на реле постоянного и переменного тока, с токовой обмоткой или обмоткой напряжения, с контакт-деталями мостикового типа или пластинчатыми (упругими), с замыкающими, размыкающими и (или) переключающими контактами. Остановимся на реле с контакт-деталями пластинчатого типа, поскольку принцип действия реле с мостиковыми контактами аналогичен работе пускателя.

На рис. 3.15 показаны такие реле постоянного (рис. 3.15, а) и переменного (рис. 3.15, б) тока.

Реле постоянного тока с замыкающими контактами 1, выполненными в виду упругих контакт-деталей (например, бериллиевая бронза) с контактными накладками (например, на основе серебра). Электромагнит клапанного типа состоит из магнитопровода 2, якоря 3 и катушки 4, расположенной на сердечнике 5.

При подаче напряжения (или тока) на катушку 4 якорь 3 электромагнита замыкается под действием электромагнитной силы, перемещаясь на упоре 6. При этом он воздействует на одну из контакт-деталей и замыкает выходную цепь. Контакт-детали 1 крепятся в изоляционной колодке 7. К концам контакт-деталей припаиваются (присоединяются) соединительные провода выходных цепей. Количество пар контакт-деталей и их разновидности (замыкающие, размыкающие, переключающие) могут быть различными, достигающими 10 и более.

На рис. 3.15, б показано реле переменного тока с контакт-деталыо 1 переключающего типа. Как и в пускателе, приводной электромагнит снабжен короткозамкнутым витком 8 па полюсе сердечника 5 для снижения вибрации якоря.

Если в приведенной конструкции реле постоянного тока роль контактной и возвратной пружин выполняют сами контакт-детали, то в приведенной конструкции реле переменного тока используется дополнительная возвратная пружина 9 (витая цилиндрическая). Наличие в качестве возвратной дополнительной цилиндрической пружины обусловлено мощностью реле и массой его подвижной системы.

Рис. 3.15. Электромагнитное реле:

а — постоянного; б — переменного тока

Кроме основных технических параметров, свойственных контакторам и пускателям (аппаратам управления в целом), применительно к реле следует выделить: чувствительность и коэффициент возврата. Чувствительность реле характеризуется минимальным параметром срабатывания: для реле тока — минимальным током срабатывания, для реле напряжения — минимальным напряжением срабатывания и т.д.

Коэффициент возврата реле характеризуется отношением параметра отпускания к параметру срабатывания, например для токовых реле

где /_отп и /_сраб — токи отпускания и срабатывания соответственно.

По аналогии находится К_в и для реле напряжения. Коэффициент возврата реле лежит в диапазоне от 0,3 до 0,95.

Важный входной параметр реле — потребляемая мощность цепи управления. Так, цепь управления реле переменного тока К серии Tesys потребляет 4,5 В • А, а реле постоянного тока серии РП-17 — 3,5 Вт.

Для оценки коммутационной способности реле часто используется понятие коммутируемая мощность, произведение максимального коммутируемого тока на коммутируемое напряжение при заданном характере нагрузки (coscp — для переменного тока их — для постоянного тока). Электромагнитные реле, как правило, не имеют дополнительных дугогасительных устройств, в ряде случаев используется гашение дуги в замкнутом объеме. Поэтому коммутируемая мощность реле определяется раствором контактов (3, который не может превышать 10 мм из-за роста размеров привода, а гашение дуги достигается путем разведения контактов.

Таким образом, явления в выходном контуре реле (па силовых контактах) достаточно предсказуемы. Больший интерес представляют процессы в цепи управления, которые сказываются на динамических характеристиках реле.

Рассмотрим реле постоянного тока с контакт-деталью в виде упругой пластины и контактных накладок (рис. 3.16).

Магнитная система реле клапанного типа состоит из магнитопровода с сердечником 1, якоря 2 и обмотки управления 3. Две контакт-детали 4 и 5, закрепленные в изоляционной колодке 9, образуют контактную пару замыкающих контактов с раствором контактов (3. Пластины контакт-деталей упругие и играют роль контактных и возвратных пружин. Система имеет три упора 6, 7 и 8. Упор 6 ограничивает перемещение якоря (устанавливает начальный рабочий зазор 8„ электромагнита). Упор 7 расположен на якоре 2 и, с одной стороны, осуществляет перемещение контакт- детали 5 замыкающего контакта в направлении замыкания с контактом 4, а с другой стороны, создает предварительное натяжение контактной пружины Р_кн1 (контакт-детали 5), что необходимо для снижения вибрации контактов при включении. Аналогичную роль играет и упор 8 для контакт- детали 4, создавая натяжение Р_кн2.

При подаче управляющего сигнала /_у на обмотку 3 якорь перемещается относительно оси О, воздействует на контакт-деталь 5 до се замыкания с контакт-деталью 4. Включается силовая цепь.

Рис. 3.16. Электромагнитное реле с замыкающим контактом:

а — плоские консольно закрепленные пластины; 6 — характеристики привода реле:

1 — противодействующая (механическая); 2 — статическая тяговая

Критический зазор, по которому согласуются тяговые и противодействующие усилия электромагнита с учетом коэффициента запаса К₃ (отношение МДС при установившемся токе управления к МДС срабатывания), выбирается при 8_кр = 8_И, но проверяется при 8_кр= 8! (в момент касания контактов).

Аналогично рассматриваются конструктивные исполнения и характеристики реле с размыкающими и переключающими контактами, с набором различных типов контактов. Следует обратить еще раз внимание на места приложения усилий, создаваемых упорами и подвижной системой электромагнита, и на выбор точки приложения, относительно которой приводятся все усилия системы, чтобы построить характеристики Р = /(8).