Устройство и принцип действия
В общем смысле слова реле – это электротехнический механизм, который замыкает или разрывает электрическую цепь, исходя из определенных электрических или иных параметров, которые на него воздействуют.
Его не коммутационная конструкция была изобретена еще в 1831 году Дж. Генри. А через два года стали применять для обеспечения функционирования телеграфа С. Морзе.
Можно выделить две основные группы: электромеханические и электронные. В первом типе устройства работу осуществляет механизм, а во втором за все отвечает печатная плата с микроконтроллером. Его работу удобно рассмотреть на примере электромеханического реле, которое является импульсным.
При выборе режима работы реле необходимо руководствоваться частотой включений, родом и величиной тока, характером испытываемых нагрузок
Конструктивно его можно представить следующим образом:
- Катушка – это медный провод, намотанный на основание из немагнитного материала. Он может быть в тканевой изоляции или покрывается лаком, не пропускающим электричество.
- Сердечник, содержащий железо и приходящий в действие при прохождении электрического тока через витки катушки.
- Подвижный якорь – это пластина, которая крепится к якорю и оказывает воздействие на замыкающие контакты.
- Контактная система – непосредственно переключатель состояния цепи.
В основе работы реле лежит явление электромагнитной силы. Она появляется в ферромагнитном сердечнике катушки, когда через нее пускается ток. Катушка в этом случае является втягивающим устройством.
Сердечник в ней связан с подвижным якорем, который и приводит в действие силовые контакты, осуществляя коммутацию. Они могут быть нормально открытого/нормально закрытого типа. Иногда блок контактов может содержать одновременно разомкнутые и замкнутые виды соединения.
При включении цепи механизм фиксирует это положение, которое меняется при повторной подаче импульса и снова фиксируется до следующего изменения
К катушке дополнительно может подключаться резистор, увеличивающий точность срабатывания, а также полупроводниковый диод, ограничивающий перенапряжение на обмотке. Кроме этого, в конструкции может присутствовать конденсатор, установленный параллельно контактам, для уменьшения искрения.
Более понятно работу устройства можно представить, разбив его на несколько блоков:
- исполняющий – это контактная группа, которая замыкает/размыкает электрическую цепь;
- промежуточный – катушка, сердечник и подвижный якорь задействуют исполняющий блок;
- управляющий – в этом реле преобразует электрический сигнал в магнитное поле.
Так как для переключения положения контактов необходим однократный электрический импульс, то можно сделать вывод о том, что эти приборы потребляют напряжение только в момент переключения. Это значительно экономит электроэнергию, в отличие от обычных проходных выключателей.
Второй разновидностью импульсного реле является электронный тип. За работу в нем отвечает микроконтроллер. Промежуточным блоком здесь служит катушка или полупроводниковый ключ. Использование в схеме таких элементов, как программируемые логические контроллеры, позволяет дополнить реле, например, таймером.
В устройстве этого вида нет механических подвижных элементов. Работу осуществляет датчик, распознающий сигнал управления и твердотельная электроника, которая коммутирует цепь
Параметры изделий
РП разного типа имеют свой набор параметров в отношении технических характеристик. Необходимость в тех или иных данных возникает исходя из задач, предъявляемых прибору. Основные характеристики, ответственные за нормальную работу реле:
- чувствительность;
- ток (напряжение) срабатывания, отпускания, удержания;
- коэффициент запаса;
- рабочий ток;
- сопротивление обмотки;
- коммутационная способность;
- габариты;
- электрическая изоляция.
РП – важная и неотъемлемая составляющая большинства цепей в энергетике. Разнообразие моделей свидетельствует о том, что такой коммутационный прибор способен в полном объеме выполнять множество функций в любой схеме.
ТИПЫ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ РЕЛЕ
Питание схем защиты и автоматики осуществляется от специальных цепей оперативного тока. По типу оперативный ток может быть переменным или постоянным.
Источниками напряжения постоянного оперативного тока могут служить аккумуляторные батареи, батареи конденсаторов или выпрямительные устройства, шинки переменного опертока питаются напряжением от трансформаторов собственных нужд.
Поскольку работают промежуточные реле в цепях оперативного напряжения, в зависимости от его типа они производятся с катушками на постоянный и переменный ток.
РП – 23.
Данный тип промежуточного реле предназначен для работы в цепях постоянного напряжения. РП – 23 состоит из катушки напряжения с магнитным сердечником. Подвижной частью магнитной системы является якорь, который при подаче напряжения на катушку притягивается к сердечнику.
С якорем механически связана траверса, на которой закреплены четыре контактных мостика. Притягиваясь к сердечнику, якорь опускает траверсу, сжимая пружину, на которой она установлена. При этом происходит замыкание нормально разомкнутых контактов и размыкание нормально замкнутого.
Неподвижные контакты РП – 23 выполнены в форме уголков из тонких медных пластин. Каждый из уголков может быть установлен одним из двух способов. Благодаря этому можно получить четыре типа комбинаций вариантов контактных групп (р – группа на размыкание, з – группа на замыкание):
- 1 р, 4 з;
- 2 р, 3 з;
- 3 р, 2 з;
- 4 р, 1 з.
Такая инвариантность позволяет приспособить этот прибор к работе в составе любой схемы.
При размыкании создаётся два воздушных промежутка на каждый контакт, благодаря чему повышается их дугогасительная способность.
Это свойство важно при работе релейного аппарата в цепях отключения высоковольтных выключателей, соленоиды которых обладают большой индуктивностью и поддерживают напряжение электрической дуги при разрыве цепи.
РП – 23 выпускается в различных модификациях для работы в оперативных цепях напряжением 24 В, 48 В, 110 В и 220 В.
РП – 25.
Внутренняя схема электрических соединений промежуточного реле этого типа аналогична РП – 23. Катушка РП – 25 предназначена для работы на переменном напряжении. Варианты исполнения оснащаются катушками на напряжение 100 В, 127 В или 220 В.
Рабочий ресурс электромагнитного механизма промежуточных реле РП – 23 и РП – 25 составляет 100000 срабатываний. Контактная группа выдерживает 10000 циклов замыкания – размыкания с полной электрической нагрузкой по току и напряжению.
Контакты реле.
В зависимости от конструктивных особенностей контакты промежуточных реле бывают нормально разомкнутые (замыкающие), нормально замкнутые (размыкающие) или перекидные.
3.1. Нормально разомкнутые контакты.
Пока напряжение питания не подано на катушку реле, его нормально разомкнутые контакты всегда разомкнуты. При подаче напряжения реле срабатывает и его контакты замыкаются, замыкая электрическую цепь. На рисунках ниже показана работа нормально разомкнутого контакта.
3.2. Нормально замкнутые контакты.
Нормально замкнутые контакты работают наоборот: пока реле обесточено, они всегда замкнуты. При подаче напряжения реле срабатывает и его контакты размыкаются, размыкая электрическую цепь. На рисунках показана работа нормально разомкнутого контакта.
3.3. Перекидные контакты.
У перекидных контактов при обесточенной катушке средний контакт, закрепленный на якоре, является общим и замкнут с одним из неподвижных контактами. При срабатывании реле средний контакт вместе с якорем перемещается в сторону другого неподвижного контакта и замыкается с ним, одновременно разрывая связь с первым неподвижным контактом. На рисунках ниже показана работа перекидного контакта.
Многие реле имеют не одну, а несколько контактных групп, что позволяет осуществлять управление несколькими электрическими цепями одновременно.
К контактам промежуточных реле предъявляются особые требования. Они должны иметь малое переходное сопротивление, большую износоустойчивость, малую склонность к привариванию, высокую электропроводность и большой срок службы.
В процессе работы контакты своими токоведущими поверхностями прижимаются друг к другу с определенным усилием, создаваемым возвратной пружиной. Токоведущая поверхность контакта, соприкасающаяся с токоведущей поверхностью другого контакта называется контактной поверхностью, а место перехода тока из одной контактной поверхности в другую называется электрическим контактом.
Соприкосновение двух поверхностей происходит не по всей кажущейся площади, а лишь отдельными площадками, так как даже при самой тщательной обработке контактной поверхности на ней все равно будут оставаться микроскопические бугорки и шероховатости. Поэтому общая площадь соприкосновения будет зависеть от материала, качества обработки контактных поверхностей и усилия сжатия. На рисунке показаны контактные поверхности верхнего и нижнего контактов в сильно увеличенном виде.
В месте перехода тока с одного контакта в другой возникает электрическое сопротивление, которое называется переходным сопротивлением контакта. На величину переходного сопротивления существенное влияние оказывает величина контактного нажатия, а также сопротивление окисных и сульфидных пленок, покрывающих контакты, так как они являются плохими проводниками.
В процессе длительной работы поверхности контактов изнашиваются и могут покрываться налетами копоти, окисными пленками, пылью, непроводящими частицами. Также износ контактов может быть вызван механическими, химическими и электрическими факторами.
Механический износ происходит при скольжении и ударах контактных поверхностей. Однако главной причиной разрушения контактов являются электрические разряды, возникающие при размыкании и замыкании цепей в особенности цепей постоянного тока с индуктивной нагрузкой. В момент размыкания и замыкания на контактных поверхностях происходят явления плавления, испарения и размягчения контактного материала, а также перенос металла с одного контакта на другой.
В качестве материалов для контактов реле применяют серебро, сплавы твердых и тугоплавких металлов (вольфрам, рений, молибден) и металлокерамические композиции. Наибольшее применение получило серебро, обладающее малым контактным сопротивлением, высокой электропроводностью, хорошими технологическими свойствами и относительно невысокой стоимостью.
Следует помнить, что абсолютно надежных контактов нет, поэтому для повышения их надежности применяют параллельное и последовательное включение контактов: при последовательном включении контакты могут разорвать большой ток, а параллельное включение повышает надежность замыкания электрической цепи.
Назначение и область применения промежуточных реле
Трудно перечислить отрасли промышленности, отдельные направления индустрии в которых используются промежуточные реле. Во всех отраслях промышленности, приборах для бытового применения, особенно в элементах систем с электронным, электротехническим оборудованием может быть установлено промежуточное реле.
Можно выделить несколько случаев как используют вспомогательные реле в сложных электротехнических комплексах:
- Для коммутации участков в различных независимых друг от друга сетях;
- Для увеличения задержки срабатывания защитных элементов в цепях большими токами нагрузки;
- Во вторичных цепях, для контроля параметров и режимов работы отдельных элементов в цепях высокого напряжения;
Одно реле на производственной линии может выполнять одновременно или последовательно несколько коммутаций в цепях питания или управления. В системах подогрева и водоснабжения при включении глубинного насоса, подается питание на катушку реле, при замыкании группы контактов включается система контроля, за работой насоса. На дисплее оператора отображаются основные параметры наличие напряжения, на насосе, токи нагрузки на каждой фазе, температура и другие в зависимости от сложности схемы, по мере необходимости.
Другая пара одновременно замкнет контакты подачи питания на катушку магнитного пускателя, при срабатывании которого ток пройдет на все три фазы электродвигателя насоса. В случае если пускатель собран по реверсивной схеме, другая группа одновременно отключает реверсивную схему, исключая короткое замыкание.
В системе подогрева сигнал со слабыми токами не способен включать катушки мощных магнитных пускателей или реле. Поэтому промежуточное реле выступает как усилитель управляющего сигнала, сигнал с теплового датчика включает промежуточное реле, контакты которого подают напряжение на обмотки магнитного пускателя, контакты которого замыкаются и питание подается на тэны, кипятильники или другие мощные нагревательные приборы.
Виды промежуточных реле
Промежуточное реле на Din-рейку
По конструкции они разделяются на реле электромагнитные промежуточные или механические и электронные приборы. Механические реле могут работать в разных условиях. Это долговечные и надежные приборы, но недостаточно точные. Поэтому чаще в цепь монтируют их аналоги – электронные реле на дин-рейку. Также реле можно установить на ровную поверхность. Для этого фиксаторы замков нужно раздвинуть.
По назначению устройства делятся на следующие категории.
- Комбинированные взаимозависимые приборы, функционирующие в группе.
- Логические устройства, которые работают на микропроцессорах в цепи с цифровыми реле.
- Измерительные, с механизмом подстройки, срабатывающие на определенный уровень сигнала.
По способу работы РП бывают прямые, которые непосредственно размыкают или замыкают цепь, и косвенные, работающие вместе с другими устройствами. Они не размыкают цепь сразу после поступившего сигнала.
Есть приборы максимального типа переключения, когда срабатывание происходит в момент увеличения порогового значения параметра цепи. Минимальный тип срабатывает во время снижения характеристик.
По способу подключения в цепь есть первичные, которые можно подключать в цепь напрямую. Вторичные устанавливают через катушки индуктивности или конденсаторы.
