Разновидности электромагнитных реле

Основной составляющей частью кибернетики и систем автоматики являются процессы коммутации. Первыми устройствами, выполняющими коммутацию в автоматических электрических цепях, были электромагнитные реле.

Благодаря техническому прогрессу появились полупроводниковые коммутаторы. Однако электромагнитные реле не теряют своей популярности по применению в различном электрооборудовании и устройствах. Широкое использование реле обуславливается их неоспоримыми достоинствами, к которым относятся свойства металлических контактов.

Сопротивление контактов реле наименьшее, в отличие от коммутаторов на основе полупроводниковых элементов.

Контакты реле выдерживают намного выше токовые перегрузки, чем полупроводниковые коммутаторы. Реле нормально функционируют при наличии статического электричества, радиационного излучения. Основным положительным качеством реле является гальваническая изоляцияцепи управления и коммутации без дополнительных элементов.

Содержание

Устройство и принцип действия

Структуру электромагнитного реле можно разделить на его отдельные составные элементы следующим образом:

Первичный(чувствительный) элемент преобразует электрический сигнал управления в магнитную силу. Обычно этим элементом является катушка.Промежуточныйэлемент может состоять из нескольких частей.

Он приводит в работу исполнительный механизм. Таким элементом является якорь с подвижными контактами и пружиной.Исполнительный элемент выполняет передачу воздействия на силовую цепь. Таким элементом чаще всего выступает группа силовых контактов реле.

Электромагнитные реле имеют довольно простой принцип работы, вследствие чего имеют повышенную надежность. Они являются незаменимыми элементами в схемах защиты и автоматики. Действие реле заключается в применении электромагнитных сил, появляющихся в металлическом сердечнике при протекании электрического тока по катушке.

Элементы реле устанавливаются на закрывающемся крышкой основании.

Подвижная пластина (якорь) с контактом установлена над сердечником электромагнита. Подвижных контактов может быть несколько. Напротив них расположены соответствующие пары неподвижных контактов.

1 — Катушка реле 2 — Сердечник 3 — Стержень 4 — Подвижный якорь 5 — Группа контактов 6 — Пружина

7 — Питание катушки

В первоначальном положении пружина удерживает подвижную пластину.

При подключении питания срабатывает электромагнит и притягивает к себе эту пластину, являющуюся якорем, преодолевая усилие пружины. В зависимости от устройства реле контакты при этом размыкаются или замыкаются. После выключения питания якорь под действием пружины возвращается в исходное положение.

Elektromagnitnye rele vremeni

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.

По силовой цепи, которая подключается контактами, может протекать электрический ток намного больше тока управления. Эта цепь гальванически развязанас цепью управления электромагнитом. Другими словами реле играет роль усилителя мощности, напряжения и тока в электрической цепи.

Реле переменного тока приводятся в действие при подключении к ним переменного тока частотой 50 герц. Устройство такого реле практически не отличается от реле постоянного тока, кроме сердечника электромагнита, который в данном случае выполняется из листовой электротехнической стали. Это делается для снижения потерь энергии от вихревых токов.

Разновидности электромагнитных реле

По различным признакам и факторам такие реле делятся на виды. Рассмотрим подробнее основные виды электромагнитных реле.

По конструктивным особенностям исполнительных элементов электромагнитные реле делятся на:

    Контактные реле, которые оказывают воздействие на силовую цепь группой электрических контактов. Их разомкнутое или замкнутое состояние способно обеспечить коммутацию (разрыв или соединение) выходной силовой цепи.Бесконтактные реле оказывают действие на силовую цепь методом резкого изменения ее параметров (емкости, индуктивности, сопротивления), либо силы тока и напряжения.

По области применения:

    Реле сигнализации.Реле защиты.Реле цепей управления.

По мощности сигнала управления:

    Высокой мощностиболее 10 ватт.Средней мощности1-9 ватт.Малой мощностименее 1 ватта.

По быстродействию управления:

    Безинерционныеменее 0,001 с.Быстродействующие0,001-0,05 с.Замедленные0,05-1 с.Регулируемые.

По виду напряжения управления:

    Переменного тока.Постоянноготока(поляризованные и нейтральные).

Рассмотрим подробнее реле постоянного тока, которые делятся на два подвида – нейтральные и поляризованные. Они имеют отличие в том, что поляризованные устройства имеют чувствительность к полярности подключаемого напряжения. Якорь изменяет направление движения в зависимости от подключенных полюсов питания.

Реле постоянного тока разделяют:

    2-х позиционные.2-х позиционные с преобладанием.3-позиционные с нечувствительной зоной.

Функционирование нейтральных электромагнитных реле не зависит от порядка подключения полюсов напряжения. Недостатками реле постоянного тока является потребность в блоке питания, а также высокая стоимость.

Реле переменного тока не имеют таких недостатков, у них есть свои отрицательные моменты:

    Вибрация при эксплуатации, необходимость ее устранения.Параметры работы намного хуже, чем у реле постоянного тока. К ним относятся: магнитное поле, чувствительность.

К достоинствам устройств реле постоянного тока можно отнести отсутствие необходимости в блоке питания, и возможности непосредственного подключения в сеть переменного напряжения.

По защищенности от внешних факторов реле разделяют:

    Герметичные.Зачехленные.Открытые.

Реле тока

Структура реле напряжения и тока очень похожа.

Их отличие заключается только в конструкции катушки. Токовое реле имеет катушку с небольшим числом витков и малым сопротивлением. Намотка провода на катушку осуществляется толстым проводником.

Elektromagnitnye rele ustroistvo

Обмотка реле напряжения выполняется с большим числом витков.

Каждое из этих реле выполняет контроль определенных параметров с помощью системы автоматического отключения и включения электрического устройства.Реле тока осуществляет контроль силы тока в цепи потребителя, к которой оно подключено. Данные поступают в другую цепь с помощью подключения сопротивления контактом реле. Подключение может осуществляться как непосредственно к силовой цепи, так и через измерительные трансформаторы.

Реле времени

В цепях автоматики часто требуется образование задержки при включении устройств, либо подачи сигнала для выполнения определенного технологического процесса по некоторому алгоритму. Для таких целей предназначены специальные устройства, способные коммутировать цепи с некоторой задержкой времени.

 

К таким реле времени предъявляются специальные требования:

    Необходимая и достаточная мощность контактов.Малые габаритные размеры, вес и небольшой расход электроэнергии.Стабильные рабочие параметры задержки времени, не зависящие от внешних воздействий.

Для реле времени, управляющим электрическими приводами, повышенные требования не предъявляются. Их задержка равна от 0,25 до 10 с. Эксплуатационная надежность таких реле должна быть очень высока, так как условия работы предполагают наличие вибрации.

Параметры электромагнитных реле

Основными характеристиками таких реле являются зависимости между входным и выходным параметром.

Рассмотрим основные параметры реле:

Время срабатыванияреле – характеризует промежуток времени от момента подачи сигнала на вход реле до момента начала действия на силовую цепь.Управляемая мощность– это мощность, которой способны управлять контакты реле при коммутации цепи.Мощность срабатывания– это наименьшая мощность, требуемая для чувствительного элемента реле, для перехода в рабочее состояние.Величина тока срабатывания.Такое регулируемое значение называется уставкой.Сопротивление обмотки катушки.Ток отпускания– максимальная величина тока на клеммах обмотки реле, при котором якорь отпадает в исходное положение.Время отпусканияякоря.Частота коммутаций с нагрузкой– частота, с которой может осуществляться подключение и отключение силовой цепи.

Преимущества

    Возможность коммутации силовых цепей с мощностью потребителя до 4 киловатт при объеме реле меньше 10 куб. см.Невосприимчивость к пульсациям и чрезмерным напряжениям, а также устойчивость к помехам от молнии и работы устройств высокого напряжения.Гальваническая развязка между цепью управления и силовыми контактами.Незначительное снижение напряжения на замкнутых контактных группах, вследствие чего низкое тепловыделение.Невысокая стоимость электромагнитного реле в отличие от полупроводниковых устройств.

Недостатки

    Низкое быстродействие.Небольшой срок службы.Образование радиопомех при коммутации цепей.Проблемы при подключении и отключении высоковольтных нагрузок постоянного тока и индуктивных потребителей.

Сфера использования

Широкую популярность получили реле в области производства и распределения электрической энергии. Безаварийный режим эксплуатации обеспечивает релейная защита линий высокого напряжения на подстанциях и в других местах.

Элементы управления, применяемые в релейной защите, способны на подключение высоковольтных цепей. Электромагнитные реле, функционирующие в качестве релейной защиты, получили популярность из-за следующих достоинств:

    Возможность работы с невосприимчивостью к возникающим паразитным потенциалам.Высокая скорость реагирования на изменение параметров подключенных цепей.Повышенная долговечность.

С помощью релейной защиты выполняется резервирование линий питания и оперативное отключение неисправных участков цепи. Реле являются наиболее надежной защитой, в отличие от релейных устройств.

Электромагнитные реле применяется в управлении производственными линиями, конвейерами, на участках с повышенными паразитными потенциалами, там, где нельзя использовать полупроводниковые элементы.

Принцип действия, по которому работают такие устройства реле, применяется в оборудовании для удаленного управления потребителями, а именно в контакторах, пускателях. По сути дела, это такие же электромагнитный вид реле, только рассчитанные для очень больших токов, достигающих несколько тысяч ампер.

Релейные блоки применяются для управления емкостных установок, служащих для плавного запуска электродвигателей повышенной мощности.

Реле применялись даже в первых вычислительных комплексах.

В них реле использовались как логические элементы, выполняющие простые логические операции. Скорость работы таких электронно-вычислительных машин была низкая. Однако такие своеобразные компьютеры были более надежными, в отличие от последующего поколения ламповых моделей вычислительных машин.

Сегодня можно привести множество примеров применения электромагнитных реле в бытовых устройствах: стиральных машинах, холодильниках и т.д.

Рекомендации по выбору

Прежде всего, необходимо выяснить параметры рабочего напряжения и тока реле. Рабочая величина тока и напряженияобмотки реле должна соответствовать сети питания места подключения.

Если рабочий ток будет меньше допустимого, то это приведет к ненадежному контакту при работе реле. Если ток будет больше допустимого, то обмотка реле будет перегреваться, что приведет к падению надежности работы реле при наибольшей допустимой температуре.Режим действия контактов реле зависит от вида управляемого тока, частоты коммутации, вида нагрузки. Поэтому при выборе необходимо учитывать эти условия работы.

Похожие темы:

Реле — это элемент автоматического устройства, который при воздействии на его вход наружных физических явлений скачко­образно воспринимает значение выходной величины.Этих значений, в большинстве случаев у выходной величины бывает два: к примеру, в электро­магнитном реле два устойчивых состояния контактов – замкнутое и разомкнутое.

Электрическое релереагирует на изменение каких-то определенных характеристик замыканием либо размыка­нием собственных контактов. Контакты реле врубаются в цепь, котораяпроизводит контроль либо управление аппаратами, включенными в силовую цепь, для коммутации, к примеру: производит управление контакторами и др.

Реле могут работать под воздействием самых разных факто­ров: электронного тока, световой энергии,давления воды либо газа, уровня воды и т. п.

По методу присоединения различают первичные, вторичныеи промежные реле.

Первичные релеврубаются конкретно в цепь управле­ния.

Вторичные релеврубаются через измерительные трансфор­маторы тока либо напряжения.

Промежные релеработают от исполнительных органов других реле и предназначаются для уси­ления и размножения сигнала, т. е. рассредотачивания воздействия на несколько цепей.

Основными параметрами реле являются:

а)  номинальные данные—ток, напряжение, время и другие величины, на которые рассчитаны реле,

б)  величина срабатывания,т. е. то значение параметра (ток, напряжение, время и пр.), при котором происходит автоматическое действие реле; реле реагирует на тот параметр, на который оно было сделано,

в) уставка реле– значение величины срабатывания, на которую отрегулировано данное реле (реле, имеет некое количество уставок, фиксирующих величину срабатывания в определенных границах).

Электрические реле характеризуются последующими основ­ными параметрами:

1)   напряжением (током) втягивания, т. е. минимальным значе­нием напряжения (либо тока) на зажимах катушки реле, при ко­тором якорь втягивается;

2)   напряжением (током) отпадения– большим значением напряжения (либо тока) на зажимах катушки реле, при котором происходит отпадение якоря;

3)    коэффициентом возврата реле– отношением напряжения (тока) отпадения к напряжению (току) втягивания.

Электрические реле по времени срабатывания (tср) бывают: безынерционные (tср< 0,001сек);быстродействующее(tcр< 0,05сек),обычные (tср= 0,05 +- 0,15сек);замедленные (tср= 0,15 +- 1сек)и реле времени, у каких время срабатыва­нияtср>1сек, при этом его можно регулировать.

Реле состоит обычно из 3-х органов:1) воспринимающего, 2) промежногои 3) исполнительного.

Воспринимающий(чувствительный орган)реагирует на вход­ной параметр и конвертирует его в физическую величину, необхо­димую для работы реле; чувствительным органом является, на­пример, катушка реле.

Промежныйорганассоциирует перевоплощенную величину с образцом и по достижении данного значения передает воздей­ствие воспринимающего органа исполнительному. Промежуточ­ными органами контактных реле являются противодействующие пружины и успокоители. Успокоители используются для успокоения колебаний подвижных частей, а в реле времени – для получе­ния данной выдержки времени.

Исполнительный органповлияет на управляемую цепь; исполнительными органами контактных реле являются контакты.

Разглядим устройство электронного реле, работающего по электрическому принципу (рис. 1). Реле состоит из следую­щих главных частей: якоря 3, являющегося подвижной частью, сердечника2, который является недвижной частью катушки реле l, насаженной на сердечник магнитопровода; замыкающих контактов6, размыкающих контактов5и пружины 7.

При включении катушки якорь реле притягивается, а соеди­ненный с ним шток4с металлическими мостиками замыкает либо размыкает надлежащие контакты.

Слаботочные электрические реле, применявшиеся ранее исключительно в области связи, находят все боль­шее применение в автоматике. Это разъясняется тем, что слаботоч­ные (телефонные) реле имеют число контактов в пару раз большее, чем в обыденных электрических реле; это позволяет уменьшить полное количество реле в схеме. Не считая того, такие реле потребляют малые токи, по этому они могут работать с датчи­ками, которые на огромные токи не рассчитаны (к примеру, полупро­водниковые термо- и фотосопротивления).

Разглядим два типа реле, которые отыскали более общее применение.

Реле типа РПНнеизменного тока (реле плоское обычное) – это электрическое однокатушечное реле с плоским сердечником. Оно создано для коммутации электронных цепей в раз­личных схемах стационарных устройств.

Ток срабатывания этих реле очень мал – порядка нескольких 10-ов миллиампер. Пакет контактных групп реле состоит из одной либо нескольких групп, любая из которых состоит, в свою очередь, из набора контактов (от 2-ух до 5); композиции контактов могут быть самыми разными. Наружные провода подключаются к концам хвостов пружин с помощью пайки.

Для цепей переменного тока выпускаются реле РПП анало­гичного устройства.

Реле МКУ-48представляет собой многоконтактное реле. Кон­структивно выпускаются реле в кожухе и без кожуха. Наружные провода подключаются к реле без кожуха с помощью пайки.

Контактные группы реле производятся с разными комбина­циями контактов. К примеру, реле для переменного тока напря­жением 220визготовляется с числом контактов от 2 до 8; при всем этом выпускаются реле с 2, 4 и 8 замыкающими контактами; с 2 замы­кающими и 2 размыкающими контактами; с 4 размыкающими кон­тактами и т. д.

Рабочий ток реле мал: для неких реле он составляет 0,0045а.Потребляемая мощность реле > либо = 5вт.              На рис 2 пока­зано устройство реле типа МКУ-48 с кожухом.

Поляризованное релепредставляет собой электрическое реле, у которого направление переме­щения якоря находится в зависимости от направления намагничивающего тока. В отличие, от обыденного электрического реле по­ляризованное имеет два направления перемещения якоря; оно дополнительно снабжено неизменными магнитами.

Принципная схема конструк­ции поляризованного реле представле­на на рис.

3 Основными деталями являются намагничивающая катушка4, создающая в железном сердечнике5магнитный поток Фэ, и неизменный маг­нит 3, образующий магнитный поток Фп. Магнитный потокФэпроходит через металлической подвижный якорь2и разветвляется на два потока Фэ: 2, один из ко­торых совпадает, а другой противоположен по направлению маг­нитному сгустку неизменного магнита. На конце якоря имеется средний контакт, замыкающийся, зависимо от полярности управляющего сигнала в намагничивающих катушках, с левым либо правым недвижными контактами 1.

При отсутствии управляющего сигнала и, как следует, пото­ка Фэ, на якорь, установленный в нейтральное положение, дейст­вуют слева и справа однообразные силы притяжения.

Если подать в обмотку реле управляющий сигнал в направле­нии, показанном на рисунке, то в правом стержне магнита потоки и Фпбудут складываться, потому что они будут совпадать, а результирующий поток вырастет:

в левом стержне магнитные потоки будут вычитаться:

и общий поток в правом стержне окажется больше магнитного потока в левом стержне (Ф’>Ф”). В итоге якорь реле при­тянется на право и замкнет правый контакт. Если поменять поляр­ность сигнала, то якорь реле перебросится на левый контакт.

Электромагнитные реле предназначены для коммутации электри­ческих цепей в схемах РЭА, аппаратуры автоматики, телемехани­ки и связи. Электромагнитные реле (рис. 7.22) состоят из трех ос­новных частей: электромагнита с магнитопроводом (воспринимающий орган); якоря (промежуточный орган); электрических контактов (исполнительный орган).

Электромагнитные реле классифицируют: 1) по принципу устройства воспринимающих органов — на нейтральные и поляри­зованные. Работа нейтральных реле не зависит, а поляризованных зависит от направления тока в управляющей обмотке;

7.11. Принцип действия основных типов электромагнитных реле

(7.20)

Для большинства конструкции релеRCT<< Rδи, следовательно, Fм~ФRδТаким образом, к воздушному зазору прикладывается

Реле постоянного тока. Магнитодвижущая силаFMэлектромаг­нита 3 (рис. 7.22), по обмотке которого протекает ток I, создает магнитный поток Ф. Он замыкается по сердечнику4,магнитопрово- ду 5, якорю2 и воздушному зазору длиной δ. Уравнение магнит­ной

цепи можно записать в виде

практически вся магнитодвижущая сила электромагнита, под дей­ствием которой в зазоре развивается тяговое усилие (сила притяже­ния),

[Н], (7.21)

где SB— площадь взаимного перекрытия стержня и якоря, м2. Поскольку сила притяжения пропорциональна квадрату тока, текущего через обмотку электромагнита, она не зависит от направ­ления тока. Под действием силы притяжения, которая должна быть больше сил сопротивления контактных и возвратных пружин, якорь притягивается к сердечнику реле (реле срабатывает) и пере­ключает контакты.

Реле переменного тока.

Для уменьшения потерь магнитопровод 1, якорь2 и сердечник 5 реле переменного тока (рис. 7.23,а)на­бирают из пластин листовой электротехнической стали. Если к электромагниту подвести переменное напряжение, то в момент перехода тока через нуль сила притяжения якоря электромагнита

становится равной нулю.

Якорь отходит от сердечника, а затем снова притягивается. Если не предпринять специальных мер, якорь и кон­такты реле будут вибрировать. Для устранения вибраций подвиж­ной системы на стержне электромагнита около воздушного зазора делается паз, в который вкладывается короткозамкнутый виток.

Виток охватывает от 0,5 до 0,8 площади торца стержня. Магнитный поток, созданный обмоткой электромагнита 4, разветвляется на две составляющие Ф1`и Ф2`, замыкающиеся через обе части сердечника. Магнитный поток Ф1«, пересекая короткозамкнутый виток, наво­дит в нем э.

д. с. ев(рис.

7.23, б), которая вызывает ток 1Е, отстающий от евна угол, близкий к 90°. Ток Iв вызывает совпадающий с ним по направлению маг­нитный поток Фв. Таким об­разом, на участке 3 маг­нитопровода результирующий магнитный поток

Ф2= Ф1«+ Фв. (7.22)

На рис.

7.23, б видно, что между магнитными потоками Ф1`и Ф2существует фазовый сдвиг и, следовательно, ре­зультирующий магнитный по­ток в сердечнике Ф∑ никогда не достигает нулевого зна­чения. Минимальный магнитный поток Ф∑ выбирается всегда боль­ше величины, достаточной для удержания якоря. Сила притяжения электромагнита Fa=Ф2/2μ0Sв.

В реле переменного тока вибрации подвижной системы могут быть устранены также созданием нескольких магнитных потоков, сдвинутых по фазе друг относительно друга, или увеличением мас­сы подвижной системы.

Поляризованные реле.В поляризованных реле (рис. 7.24) поло­жение перекидного якоря 3 зависит от направления тока в обмотке электромагнита. Для этого в реле используется разветвленный элект­ромагнит, в котором образуются два потока—управляющий и поля­ризующий. Катушки2 и6 создают в магнитопроводе 1 управляю­щий магнитный поток Ф0в одном направлении. Поляризующий маг­нитный поток Ф0постоянного магнита 7 проходит через подвижный якорь 3 и разветвляется налево и направо на потоки Ф01и Ф02. Один из этих потоков совпадает, а» второй противоположен по на­правлению потоку Фу. На конце подвижного якоря 3 имеется кон­такт 5, который замыкается с левым или правым неподвижным контактом Если отсутствует управляющий магнитный поток Фу, а якорь 3 находится в среднем положении, то Ф01= Ф02=Ф0/2

и на якорь действуют равные и противоположные силы.

Однако такое равновесие является неустойчивым. Незначительное смеще­ние якоря от нейтрального йоложения приводит к изменению маг­нитных сопротивлений воздушных зазоров и, следовательно, маг­нитных потоков. Магнитные потоки принимают значения

Ф01= Ф0/2 + ΔФ, Ф02= Фо/2 — ΔФ, (7.23)

где ΔФ — изменение величины магнитных потоков Ф01и Ф02 при перемещении якоря.

Таким образом, силы, действующие на якорь слева и справа, не равны. Вследствие этого результирующая сила

(7.24)

переместит якорь в сторону первоначального смещения (рис.

7.24), т. е. влево.

Для перемещения якоря слева направо необходимо на обмотку реле подать управляющий сигнал такой полярности, чтобы Фу складывался с Ф02и вычитался из Ф01. В этом случае результирующие потоки будут определяться выражениями

Флев= Фо/2 + ΔФ — фу, Фпр= Ф0/2 — ΔФ + Фу. (7.25)

Флев= Фо/2 — 2ΔФ, Фпр- Ф0/2 + 2ΔФ.

При условии, что Фу> ΔФ, якорь перейдет в правое положение. Знаки при ΔФ в выражениях (7.25) изменятся на противоположные. Полагая, что Фу= ΔФ, выражения для магнитных потоков для правого положения якоря можно записать в виде

Таким образом, при наличии управляющего сигнала сила притяже­ния будет в два раза больше, чем при его отсутствии. Если изменить полярность управляющего сигнала, то якорь реле вернется в левое положение.

Сила притяжения якоря зависит от разности магнитных потоков и определяется выражением

Постоянный магнит реле выполняет и дополнительную роль, аналогичную роли упругих пружин электромагнитного реле. Од­нако в характере их действия имеется принципиальное различие. При перемещении якоря к нейтральному положению постоянный магнит создает противодействующее усилие, уменьшающееся до нуля. После перехода нейтрального положения усилия, создавае­мые постоянным магнитом и управляющим сигналом, складывают­ся. Благодаря этому поляризованные реле имеют высокую чувстви­тельность и малое время срабатывания.

Источники:

  • electrosam.ru
  • elektrica.info
  • studfiles.net

Поделиться:
Нет комментариев