Реле — электромагнитное реле, принцип работы и виды¶

Реле — это электрический аппарат (выключатель), управляющий сигналом в одном или нескольких электрических цепях с помощью управляющего воздействия, существенно отличающегося по мощности от управляемого сигнала. Реле относится к классу коммутационных аппаратов и широко применяется в системах автоматики, защиты, телемеханики, промышленной автоматизации и бытовой электротехнике. Принцип работы реле основан на преобразовании одного вида сигнала (обычно электрического тока в управляющей обмотке) в механическое перемещение подвижного контакта, замыкающего или размыкающего управляемую цепь.

¶Принцип работы электромагнитного реле

Наиболее распространённый тип — электромагнитное реле. Его основные элементы:

• Катушка (обмотка) — проволока, намотанная на каркас, при прохождении тока создаёт магнитное поле.
• Якорь — подвижная ферромагнитная пластина, притягиваемая магнитным полем катушки.
• Ярмо — неподвижная часть магнитопровода.
• Контактная группа — набор подвижных и неподвижных контактов, замыкающих или размыкающих управляемую цепь.
• Возвратная пружина — возвращает якорь и контакты в исходное положение при обесточивании катушки.

Принцип действия: при подаче напряжения на катушку в ней возникает ток, создающий магнитный поток. Магнитное поле притягивает якорь к ярму. Якорь, соединённый с подвижным контактом, замыкает (или размыкает) управляемую цепь. При снятии напряжения с катушки магнитное поле исчезает, и пружина возвращает якорь в исходное положение, размыкая (или замыкая) цепь обратно.

По сути, реле работает как электрически управляемый выключатель: слабый ток в цепи катушки управляет коммутацией цепи с гораздо большим током или напряжением. Отсюда и название «реле» — от французского «relais», означающего «смена, передача».

¶Основные параметры реле

¶Виды реле

¶По типу управляющего сигнала

• Электромагнитные — управляются током в катушке; самый распространённый тип.
• Электронные (полупроводниковые) — управляются электрическим сигналом, коммутация выполняется транзистором, симистором или оптроном; не имеют подвижных частей.
• Реле времени — срабатывают с задержкой, задаваемой RC-цепью, микропроцессором или механическим механизмом.
• Термореле — управляются изменением температуры (биметаллическая пластина).
• Реле максимального тока (защитные) — срабатывают при превышении тока выше порога.
• Реле минимального напряжения — контролируют падение напряжения ниже установленного значения.
• Газовые реле (газовое реле Бухгольца) — применяются в силовых трансформаторах для защиты при газообразовании в масле.

¶По типу контактов

• Нормально разомкнутые (NO) — в обесточенном состоянии разомкнуты, замыкаются при подаче напряжения на катушку.
• Нормально замкнутые (NC) — в обесточенном состоянии замкнуты, размыкаются при срабатывании.
• Переключающие (перебрасывающие) — имеют общий подвижный контакт, который переключается между двумя неподвижными.

¶По конструктивному исполнению

• Электромеханические — с подвижными контактами; дешёвые, но с ограниченным ресурсом.
• Герметизированные — контакты заключены в герметичный корпус, наполненный инертным газом, что увеличивает ресурс и устойчивость к окислению.
• СМД (поверхностного монтажа) — для монтажа на печатные платы.
• Промежуточные — используются для размножения сигналов и гальванической развязки цепей.
• Контакторы — мощные реле для коммутации цепей нагрузки (электродвигателей, нагревателей).

¶Схемы подключения

Простейшая схема включения электромагнитного реле включает источник управляющего напряжения, катушку реле и нагрузку, подключённую к контактам. Для защиты транзистора или микроконтроллера, управляющего катушкой, параллельно катушке устанавливают обратный диод (гасящий контур), снимающий ЭДС самоиндукции при обесточивании.

В схемах автоматики реле объединяются в логические цепи, реализующие функции «И», «ИЛИ», «НЕ», что позволяет строить управляющие устройства без микропроцессоров. Такие схемы широко применялись в промышленных системах автоматики и телемеханике до массового внедрения программируемых логических контроллеров.

¶Применение

Реле применяются в электрических распределительных щитах (реле защиты линий), в автомобильной электротике (реле стартера, звукового сигнала, подогрева сидений), в промышленной автоматике (управление электродвигателями), в системах сигнализации и пожарной защиты, в бытовой технике (холодильники, стиральные машины), в железнодорожной автоматике и телемеханике.

В России производством реле занимались предприятия «Реле и автоматика» (Москва), «Электротехнический завод имени Крупской» (Санкт-Петербург), а также современные заводы «Полонс», «Фибер» и другие.

¶Электронные реле и современные аналоги

Полупроводниковые реле (SSR, solid-state relay) не имеют подвижных контактов и коммутируют нагрузку с помощью тиристоров, симисторов или полевых транзисторов. Их преимущества: отсутствие искрения, бесшумность, практически неограниченный ресурс, высокая скорость срабатывания. Недостатки: наличие остаточного тока утечки, необходимость отвода тепла, чувствительность к перенапряжениям.

В современных системах управления электромеханические реле постепенно вытесняются программируемыми логическими контроллерами (ПЛК) и микропроцессорными устройствами, однако реле продолжают применяться там, где требуется гальваническая развязка, устойчивость к помехам и простота схемы.

Источники:

• ГОСТ Р 50030.5.1 — МЭК 60947-5-1. Аппараты коммутационные низковольтные. Часть 5-1. Реле и контакторы с гибкими элементами управления
• Клименко В. К. «Реле и схемы на реле»
• Розенберг С. Я. «Реле в автоматике и телемеханике»
• ГОСТ 19834-74. Реле электромагнитные. Общие технические условия