Принцип работы и виды электрических реле

Для бытовых и промышленных электросетей, управления ДВС и иллюминации используется специальный прибор. Реле – это прерыватель электромагнитного или электрического типа со срабатыванием при механическом, электронном либо электроимпульсе. Понимание принципов работы и особенностей конструкции устройства поможет самостоятельно решить ряд задач по электротехнике.

История создания

Некоторые источники сообщают, что реле в качестве вызывного элемента на телеграф установил русский ученый П. Шиллинг (1830-1832 гг.). Существует другое мнение, приписывающее авторство регулятора Дж. Генри. Американский физик создал устройство контактного типа с электромагнитным принципом действия в 1835 году.

Если рассматривать значение слова, «реле» с французского переводится как передача эстафеты на соревнованиях или замена почтовых лошадей. Впервые регулятор как самостоятельный элемент упомянул С. Морзе, создавший телеграф.

Теория устройств релейного типа начала развиваться в 1925-1930 гг., но после того как в 1936-1938 гг. В. Шестаков, А. Накашима и К. Шеннон задействовали математическую логику для решения вопроса реле, теоретическая база получила старт.

На международных симпозиумах неоднократно поднимались проблемы теоретического значения релейного коммутатора, автоматов конечного типа. Первый консилиум провели в 1957 году в США, второй – в СССР (1962 г.).

Специфика релейных элементов

Под релейным элементом понимается совокупность узлов и связей, которая при воздействиях на вход изменяется в виде скачков. По этой причине для характеристики элементов используются критерии влияний на выход и вход:

• Срабатывание – на входе воздействие минимальное, возрастает медленно, что приводит к изменению состояния элемента и одновременному воздействию на выход.
• Отпускание – уменьшение минимального действия на вход так, чтобы элемент вернулся в изначальное состояние.
• Возврат – параметр, определяющий максимальное влияние воздействия в случае возрастания, при котором релейный узел возвращается к первоначальному состоянию.
• Быстродействие – зависит от соотношения времени срабатывания ко времени возврата или отпускания.

Под электрическим реле понимается элемент, тип действия которого зависит от протекания тока или проводимости.

Принцип работы коммутатора

Реле – коммутационный прибор, соединяющий или разъединяющий цепь схемы при колебаниях токовых параметров. Аппарат активируется, когда достигнут предел значения условий (напряжения или тока), замыкая или размыкая линию.

Для понимания принципа действия реле требуется уточнить его составные узлы. Конструкция прибора включает катушку индуктивности, якорь и коммутационные каналы. При включении в цепь в катушки индуктивности с намагниченным проводом возникает ЭДС самоиндукции, т.е. фаза отстает от напряжения. В процессе подачи тока на катушку элементом притягивается якорь с контактами, замыкающий цепь.

Аппарат имеет цепи двух типов:

• управляемая – замыкается якорем в момент срабатывания;
• управляющая – через нее ток поступает на катушку.

Контроль больших токов в цепи управления осуществляется посредством слаботочной управляющей связи.

Релейный аппарат электромагнитного типа срабатывает по принципу гистерезиса – активации через некоторое время после поступления токового импульса. Ток в катушке нарастает петлеобразно, достигая необходимого значения. По причине гистерезиса релейные устройства не применяются для быстросрабатывающего оборудования.

Управляющие и управляемые контакты, допустимые параметры напряжения и тока указываются на корпусе.

Параметры чувствительности

Чувствительность – принцип работы реле, при котором прибор реагирует даже на незначительные отклонения показателей и быстро возвращается в стандартный режим.

Высокочувствительные модели воспринимают показатели меньше 10 мВт, нормальные – от 1 до 5 Вт, низкочувствительные – от 10 до 20 Вт.

Разновидности реле

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

По принципу работы

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 ток 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.

Электротепловые модели подходят для производств или в качестве электродвигателя.

По типу включения воспринимающего элемента

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.

В качестве исполнительного элемента электромеханических устройств применяется активная система контактов.

Устройства защиты

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.

В бытовых условиях допускается применение МТЗ-устройств электромагнитного типа.

Обозначение на схемах

Международный классификатор позволяет починить или сконструировать оборудование. Схема отличается буквенно-графическими маркерами:

• прямоугольник с горизонтальными линиями по бокам, отмеченные буквами А и А1 – обмотка соленоида с выводами питания; иногда обозначается литерой К;
• контакты переключателей – контакты стабилизатора;
• прямоугольник с жирной точкой на одном контактном выводе или буква Р внутри фигуры – поляризованная модификация;
• прямоугольник с двумя наклонными линиями – наличие двух обмоток.

На схемах обозначения бытового реле также указывается тип контактов, особенности размыкания и наличие самовозврата.

Сферы использования

Контактный прибор эксплуатируется с целью:

• управления электросистемами – можно поставить стабилизатор постоянного, переменного тока или защиты;
• предотвращения влияния перепадов напряжения на узлы бытовой техники – коммутатор создает устойчивый тип связи;
• бесперебойности работы промышленного и производственного оборудования;
• автоматизации электроприборов, применяемых в быту;
• усиления сигналов управления на схемах.

Коммутационный аппарат настраивается изготовителем так, чтобы он мог сработать при определенных ситуациях.

Требования к стабилизатору

Вне зависимости от способа воздействия, включения и наличия защиты при выборе нужно учитывать технические характеристики:

• время срабатывания – период с поступления сигнала управления на вход до момента влияния на параметры сети;
• мощность коммутации – допустимый предел мощности для оборудования или сети;
• мощность по срабатыванию – минимальный показатель, при котором аппарат начнет работать;
• уставку – изменяемый параметр, обозначающий величину тока срабатывания.

Модели современных производителей имеют простой тип конструкции либо оснащаются микропроцессорами, системами управления, датчиками.

Соблюдая требования по выбору и зная сферы применения реле, легко обеспечить бесперебойность функционирования электросети в условиях колебания напряжения и мощности.