Принцип работы и схема токового реле

Обозначение на корпусе

На каждом устройстве имеется цифробуквенная маркировка. Она сообщает специалисту следующую информацию:

1. Номинальное напряжение управляющей катушки. Бывает постоянного тока или переменного.
2. Мощность устройства. Указывают редко.
3. Диапазон рабочих напряжений управляемых контактов. Может отличаться для разных цепей.
4. Производственная информация. Тип прибора (РП), год выпуска, производитель.
5. Схема включения контактов. У некоторых моделей устройств по 20-30 выводов. Их назначение указано на корпусе. Нет нужды бегать искать обозначение на схеме в технической документации.

Выше был рассмотрен пример использования РПУ-21. В данном случае аббревиатура означает следующее:

• Р — реле;
• П — промежуточное;
• У — универсальное;
• 21 — номер серии.

Напряжение питания катушки

На корпусе реле написано, например, 12 В, что означает для его срабатывания потребуется 12 В. Вот только редко бывает напряжение точно требуемого значения. И что делать если напряжение в схеме упадёт до 9 В или повыситься до 15 В?

Если напряжение будет слишком высоким, катушка соленоида, обычно герметично закрытая в небольшом пластиковом корпусе, просто перегреется. Закон Джоуля здесь неумолим. К счастью производители предоставляют некоторый запас по напряжению. И наоборот, если напряжение слишком низкое, через катушку постоянного сопротивления будет протекать меньший ток, что сделает якорь менее слабым на притягивание. А если сила тока слишком низкая, якорь вообще не сдвинется с места.

Это значение, при котором производитель гарантирует замыкание контакта. Оно дается для строго определенной температуры, чаще всего комнатной или аналогичной. При более высоких температурах сопротивление провода увеличивается, поэтому приложение того же напряжения к катушке вызовет протекание более низкого тока (что может быть недостаточно для перемещения якоря).

Напряжение отключения (отпускания) информирует, до какого значения необходимо снизить напряжение питания катушки, чтобы контакты вернулись в исходное положение. Часто это всего лишь 10% от номинального напряжения! Таким образом, реле с напряжением питания 5 В, указанным на корпусе, отключится когда падение напряжения упадёт до 0,5 В, что даже меньше прямого напряжения кремниевых p-n переходов. Разница в процентах вызвана магнитным гистерезисом ферромагнитного материала, из которого изготовлен сердечник электромагнита. 

Это очень удобно, поскольку позволяет значительно снизить энергопотребление катушки в установившемся режиме. Реле с номинальным напряжением питания 12 В достаточно для подачи напряжения выше 8,4 В, а затем его понижения (например до 2 В). Экономия электроэнергии, важная для схем с батарейным питанием, будет огромной.

Фактическое напряжение питания катушки может отличаться от указанного на корпусе, и в довольно широких пределах. Об этом стоит помнить. Подтянув якорь электромагнитом, можно снизить напряжение питания катушки и сэкономить энергию.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Электромагнитное реле — это коммутационный прибор, который содержит следующие компоненты:

• электромагнит, состоящий из электрической катушки и магнитного сердечника (ярма);
• якорь — подвижный элемент реле;
• выходной контакт или контактная группа.

Принцип работы электромагнитного реле заключается в следующем.

При подаче напряжения на выводы катушки по её обмотке начинает протекать ток, который индуцирует магнитное поле в сердечнике (ярме). Под воздействием магнитной силы подвижный якорь, имеющий пружинную подвеску, притягивается к ярму.

То есть, происходит срабатывание механизма. Якорь имеет механическую рычажную связь с контактной группой. Поэтому контакты группы при перемещении якоря меняют своё состояние. Контакты, которые в обесточенном состоянии катушки находились в разомкнутом состоянии, замыкаются. Те же, что были замкнутыми, размыкаются.

При прерывании электрического питания катушки происходит обратный процесс. Когда исчезает магнитная сила после отключения катушки от источника напряжения, якорь под воздействием возвратной пружины вновь занимает своё исходное положение. Возврат якоря вызывает обратное переключение контактов, которые также принимают своё исходное состояние.

Примечание.

Для определения типов контактов устройств релейного типа существует специальная терминология. Контакты, находящиеся в замкнутом состоянии при отсутствии напряжения на катушке, называются нормально замкнутыми (иногда используется термин «нормально закрытые»).

Контакты, разомкнутые при обесточенной катушке — соответственно называют нормально разомкнутыми или нормально открытыми.

Сочетание электромагнитной системы с механическим приводом контактной группы послужило причиной того, что данное реле называют также электромеханическим.

Очень полезным свойством приборов рассматриваемого типа является отсутствие гальванической связи электрических цепей управления катушкой с цепями контактов. Благодаря этому свойству исполнительные органы релейного типа широко используются в тех схемах, где необходимо разделение цепей управления и нагрузки.

Характеристики автомобильного реле

Так как реле призвано работать с высокими токами, то одной из важных характеристик является ток, с которым оно может работать. То есть встречается маркировка 20А, 30 А, 40 А и более

На этот показатель необходимо обращать внимание при подборе реле для нагрузки известной мощности. Ведь такие большие токи при бортовом напряжении в 12 вольт на самом деле выдают не такую уж большую итоговую мощность

То есть если у нас лампы на фарах по 55 Вт, то в сумме 110 Вт. По формуле P=U*I, получается ток 110:12=9,1 А. В итоге получается, что одно реле может разом коммутировать 2 группы фар, не более. Если это целая «люстра» то ток реле выбираем исходя из мощности нагрузки, используя формулу выше… Пример приведен.

Основные виды и технические характеристики электромагнитных реле

Различают следующие типы:

1. Реле тока – по своему принципу действия практически не отличается от реле напряжения. Принципиальная разница заключается лишь в конструкции электромагнитной катушки. Для реле тока катушка наматывается проводом большого сечения, и содержит небольшое количество витков, ввиду чего имеет минимальное сопротивление. Реле тока может быть подключено через трансформатор либо напрямую к контактной сети. В любом случае оно корректно контролирует силу тока в управляемой сети, на основании чего осуществляются все процессы коммутации.
2. Реле времени (таймеры) – обеспечивает задержку времени в сетях управления, необходимую в некоторых случаях для включения устройств в соответствии с определенным алгоритмом. Такие реле имеют расширенный диапазон настроек, необходимый для обеспечения высокой точности их работы. К любому таймеру времени предъявляются отдельные требования. Например, низкое потребление электрической энергии, небольшие габариты, высокая точность работы, наличие мощных контактов и т. д. Стоит отметить, что для реле времени, которые включают в конструкцию электропривода, дополнительные повышенные требования не предъявляются. Главное, чтобы они имели прочную конструкцию и обладали повышенной надежностью, поскольку им приходится постоянно функционировать в условиях повышенных нагрузок.

Любой из типов электромагнитных реле имеет свои определенные параметры

Во время выбора необходимых элементов стоит уделить внимание составу и свойствам контактных пар, определиться с особенностью питания. Далее следует изучить их основные характеристики:

• Напряжение либо ток сработки – минимальная величина силы тока либо напряжения, при которой осуществляется переключение контактных пар электромагнитного реле.
• Напряжение либо ток отпускания – максимальная величина, управляющая ходом якоря.
• Чувствительность – минимальная величина мощности, необходимая для сработки реле.
• Сопротивление обмотки.
• Рабочее напряжение и сила тока – величины этих параметров, необходимые для оптимальной работы электромагнитного реле.
• Время сработки – период времени от начала подачи питания на контакты реле до его включения в работу.
• Время отпускания – период, во время которого якорь электромагнитного реле займет свое изначальное положение.
• Частота коммутации – количество раз сработки электромагнитного реле за отведенный временной интервал.

Контактные и бесконтактные

В соответствии с конструкционными особенностями исполнительных элементов, все электромагнитные реле делятся на два типа:

1. Контактные – имеют группу электрических контактов, которые обеспечивают работу элемента в электрической сети. Коммутация осуществляется за счет их замыкания либо размыкания. Являются универсальными реле, используются практически во всех типах автоматизированных электрических сетей.
2. Бесконтактные – их главная особенность в отсутствии исполнительных контактных элементов. Процесс коммутации осуществляется за счет регулировки параметров напряжения, сопротивления, ёмкости и индуктивности.

По сфере применения

Классификация электромагнитных реле согласно области их использования:

• цепи управления;
• сигнализация;
• автоматические системы противоаварийной защиты (ПАЗ, ESD).

По мощности управляющего сигнала

Все типы электромагнитных реле имеют определенный порог чувствительности, в связи с этим они делятся на три группы:

1. маломощные (менее 1 Вт);
2. среднемощные (до 9 Вт);
3. высокомощные (более 10 Вт).

По быстродействию управления

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

• регулируемые;
• замедленные;
• быстродействующие;
• безынерционные.

По типу управляющего напряжения

Реле разделяют на следующие категории:

1. постоянного тока (DC);
2. переменного тока (AC).

На фото ниже видно, что на катушке указано рабочее напряжение 24 VDC, то есть 24 В постоянного тока.

Тестирование контактных групп

На последок не помешает прозвонить контактную группу. Разбираясь, для чего нужно реле, становится понятно, что это – электромеханический переключатель. При подаче тока, он замыкает два контакта и передает ток дальше. Выглядит это так.

Можно понять, что при разомкнутом положении, когда ток на реле не подается, контакты не должны между собой коротить в принципе. Когда электричество поступает наоборот, площадки соединяются между собой. Это и отражает диодная прозвонка.

Действуйте так:

1. Щупами коснитесь пары. Устанавливать их нужно так же, как и раньше.
2. Без подачи напряжения, тестер не должен издавать звуков в режиме прозвонки.
3. Затем подайте напряжение и смотрите на прибор. Во-первых, должен появиться характерный громкий писк. Во-вторых, на экране забегают цифры.

Имейте в виду, что биперы могут ломаться. Поэтому до того, как прозвонить пятиконтактное реле – проверьте их. Можно просто коснуться щупами жала отвертки или закоротить их.

Добавочное ВР стартера

На современных автомобилях априори предусмотрено добавочное ВР стартера. На старых авто реле устанавливается и подключается уже самостоятельно.

Преимущества установки дополнительного ВР налицо:

• Защищает стартерное устройство от выгорания контактов в замке, что происходит по разным причинам (долгий запуск, банальный износ и т.д.);
• Влияет положительно на загрузке контактов того же замка зажигания, вследствие чего контакты дольше остаются работоспособными;
• Защита стартера от ситуации, когда по причине «глюка» ключа в замке зажигания (мотор запустился, а стартер продолжает крутиться).

Проверить, установлено ли добавочное ВР на автомобиле, можно так:

• Посмотреть в «черном ящике» (блоке предохранителей);
• Включить стартерное устройство в режиме продувки мотора – если добавочное реле стоит, то стартер обязан самостоятельно отключиться через несколько секунд.

Подключение добавочного ВР

Вот как осуществляется подключение:

• Зафиксировать реле в любом удобном месте (можно на шпильке бачка жидкости для очистки стёкол);
• Подвести кабель к стартеру;
• Снять с плоской клеммы основного реле красный проводок, а на его место вставить проводку от добавочного ВР;
• Другой провод нового ВР с наконечником на 8 мм соединить с плюсом стартера;
• Контакт 30 добавочного ВР надеть на освобождённый контакт основного ВР;
• Прикрутить к корпусу (массе) короткий проводок под номером 85.

Добавочные реле можно приобрести в магазинах. Они продаются в комплекте, где всё предусмотрено для правильной самостоятельной установки.

• Абсолютно легально (статья 12.2.4).
• Скрывает от фото-видеофиксации.
• Устанавливается самостоятельно за 2 минуты.
• Не видна человеческому глазу, не портится из-за погоды.
• Гарантия 2 года,

Где используются?

Твердотельные реле — уникальные устройства, которые после монтажа не требуют особого обслуживания. Здесь работает принцип «установил и забыл». К примеру, в простых моделях очистка контактной группы осуществляется с определенной периодичностью — как правило, через определенное число циклов. Если изделие работает редко, это не вызывает проблем.

Но как быть с аппаратурой, для работы которой требуется частое срабатывание — один раз в секунду или даже чаще? Пример такой техники — станок с клапанами соленоидного типа.

Подача напряжения происходит через реле, которому приходится разрывать до десяти ампер индуктивного I. Если поставить контактное устройство, его замену придется осуществляться раз в 1-2 месяца. Если поставить твердотельный аналог, об этом можно забыть на долгие годы.

Несмотря на надежность работы, ТТР требуют периодического осмотра. Базовые рекомендации в этом вопросе дает производитель изделия. Как правило, речь идет о проверке факта замыкания контактов, целостности корпуса и изоляции.

Классификация и виды реле

Все реле классифицируются по различным признакам:

• По области применения они разделяются на реле управления, защиты и автоматизации электрических систем.
• По принципу работы они могут быть электромагнитными, магнитоэлектрическими, индукционными, полупроводниковыми и тепловыми.
• В зависимости от поступающего параметра устройства разделяются на реле тока, мощности, частоты и напряжения.
• По своему воздействию на управляющую часть они могут быть контактными и бесконтактными.

В зависимости от контролируемых величин, конструкции реле разделяются на несколько основных видов:

• Электрические. С их помощью выполняется включение и выключение электрических цепей. Они незаменимы при работе c большими силовыми нагрузками.
• Герконовые. В этих устройствах используется катушка с герконом, представляющим собой баллон с вакуумом. Иногда он наполняется определенным видом газа. Геркон размещается внутри электромагнита.
• Электротепловые. В работе этих устройств используется принцип линейного расширения металлов.

Существуют и другие виды реле, например, реле времени, работающее по особым схемам с использованием специальных реактивных компонентов.

Для чего нужна установка реле в автомобиле ? Начнем с определения:

Реле — электрическое устройство (выключатель), предназначенное для замыкания и размыкания различных участков электрических цепей при заданных изменениях электрических или неэлектрических входных величин.Типы реле могут различаться по управляющему сигналу и по исполнению, не будем останавливаться на этом, тем более все это есть на той же википедии. Отметим лишь, что наибольшее распространение получили электрические (электромагнитные) реле.

Понять для чего нужно реле из определения трудно, поэтому разжуем на простых словах:Реле предназначено для коммутации больших токов нагрузки. Другими словами является переключателем, а еще проще — принцип работы реле — малым током (например сигналом кнопки) включать цепи с большим током. А используют реле, когда исполнительное устройство (стартер, генератор, вентилятор, обогрев зеркал, клаксон и т.д.) потребляет больший ток (до 30-40 ампер).

НАПРИМЕР: Для того чтобы с маленькой кнопочки завести двигатель, необходимо, чтобы включился стартер, который потребляет от 80 до 300 ампер. Если не использовать реле, тогда кнопка не выдержит большого тока и расплавится, также как и не предназначенная для больших токов проводка. Поэтому, делают подключение через реле (между кнопочкой и стартером устанавливают реле), которое по импульсу малого тока кнопки внутри себя замыкает мощные контакты, тем самым включая стартер. Как это происходит ?***********************************************************************************************************************Устройство реле

Электромагнитное реле состоит из:электромагнита (представляет собой электрический провод, намотанный на катушку с сердечником из магнитного материала).якоря (пластина из магнитного материала, через толкатель управляющая контактами).переключателя (могут быть замыкающими, размыкающими, переключающими).

Контакты реле:Контакты 85 и 86 — это катушка.Контакт 30 — общий контакт, всегда присутствует в реле. Он, без подачи напряжения на контакты обмотки, постоянно замкнут на контакт 87а.Контакт 87А — нормально-замкнутый контакт.Контакт 87 — нормально-разомкнутый контакт.Силовые контакты имеют всегда маркировку 30, 87 и 87а.

Реле – коммутационное устройство (КУ), соединяющее или разъединяющее цепь электронной или электрической схемы при изменении входных величин тока. Прежде чем мы перейдем к детальному рассмотрению того, что такое реле, как устроено, по какому принципу работает и где применяется, пожалуй, нужно узнать, когда это устройство впервые появилось и кто его изобретатель.

Вот таких типоразмеров может быть это устройство

Основные виды реле и их назначение

Производители настраивают современные коммутационные устройства таким образом, чтобы срабатывание происходило только при определенных условиях, например, при увеличении силы тока, поступающего на входные клеммы КУ. Ниже мы вкратце рассмотрим основные виды соленоидов и их назначение.

Электромагнитные реле

Электромагнитное реле – это электромеханическое коммутационное устройство, принцип действия которого основан на воздействии магнитного поля, созданного током в статичной обмотке, на якорь. Этот вид КУ разделяется собственно на электромагнитные (нейтральные) устройства, которые реагируют лишь на значение тока, подаваемого на обмотку, и поляризованные, работа которых зависит как от токовой величины, так и от полярности.

Принцип работы электромагнитного соленоида

Используемые в промышленном оборудовании электромагнитные реле находятся на промежуточной позиции между сильноточными устройствами (магнитными пускателями, контакторами и т.д.) и слаботочным оборудованием. Наиболее часто данный вид реле применяется в цепях управления.

Реле переменного тока

Срабатывание этого вида реле, как видно из названия, происходит при подаче на обмотку переменного тока определенной частоты. Данное коммутирующее устройство для переменного тока с контролем перехода фазы через ноль или без такового, представляет собой блок из тиристоров, выпрямительных диодов и управляющих схем. Реле переменного тока могут быть выполнены в виде модулей на основе трансформаторной или оптической развязки. Данные КУ применяются в сетях переменного тока с максимальным напряжением 1,6 кВ и средним током нагрузки до 320 A.

Промежуточное реле 220 В

Иногда работа электросети и приборов не возможна без использования промежуточного реле на 220 В. Обычно КУ данного типа применяется, если необходимо разомкнуть или разомкнуть разнонаправленные контакты цепи. К примеру, если используется осветительный прибор с датчиком движения, то один проводник присоединяется к сенсору, а другой подводит электроэнергию к светильнику.

Реле переменного тока широко применяются в промышленном оборудовании и бытовой технике

Работает это таким образом:

1. подача тока на первое коммутационное устройство;
2. от контактов первого КУ ток поступает на следующее реле, которое имеет более высокие характеристики, чем у предыдущего и способно выдерживать токи с высокими значениями.

С каждым годом реле становятся эффективней и компактней

Функции малогабаритного реле переменного тока с напряжением 220 В весьма разнообразны и широко используются в качестве вспомогательного устройства в самых различных областях. Данный вид КУ применяется в тех случаях, когда основное реле не справляется со своей задачей или же при большом количестве управляемых сетей которые уже не в состоянии обслужить головное устройство.

Промежуточное коммутационное устройство применяется в промышленном и медицинском оборудовании, транспорте, холодильном оборудовании, телевизорах и прочей бытовой технике.

Реле постоянного тока

Реле постоянного тока делятся на нейтральные и поляризованные. Отличие между ними состоит в том, что поляризованные КУ постоянного тока чувствительны к полярности подаваемого напряжения. Якорь коммутационного устройства меняет направление движения в зависимости от полюсов питания. Нейтральные электромагнитные реле постоянного тока не зависят от полярности напряжения.

Электромагнитные КУ постоянного тока в основном используют, когда нет возможности подключения к электрической сети переменного тока.

Четырехконтактное автомобильное реле

К недостаткам соленоидов постоянного тока относят необходимость использования блока питания и более высокую стоимость в сравнении с КУ переменного тока.

Данное видео демонстрирует схему подключения и объясняет принцип работы 4 контактного реле:

Watch this video on YouTube

Электронное реле

Электронное реле управления в схеме прибора

Разобравшись с тем, что такое токовое реле, рассмотрим электронный тип этого устройства. Конструкция и принцип действия электронных реле практически те же, что и в электромеханических КУ. Однако, для выполнения необходимых функций в электронном устройстве используется полупроводниковый диод. В современных транспортных средствах большинство функций реле и переключателей выполняют электронные релейные блоки управления и на данный момент невозможно полностью от них отказаться. Так, например, блок электронных реле позволяет контролировать расход энергии, величину напряжения на клеммах аккумуляторных батарей, управлять системой освещения и т.д.

Схемы подключения реле тока

Как и во всех случаях использования классической электропроводки, есть трехфазовое питание и рассчитанное на одну линию. Соответственно делятся по подключению и защитные реле тока.

Простое подключение трехфазового реле тока:

Для одной фазы картина будет немного иной

На схеме далее, следует обратить внимание на соединение замеряемой линии напрямую и через токовый трансформатор к автомату. Во втором случае ширина рабочего диапазона увеличивается

Использование нагрузки в обоих вариантах цепи замера обязательно, так как производится определение количества ампер линии, для которого нужно обеспечить течение в ней тока.

Однофазовое подключение:

Развитие технологий привело к разделению устройств потребления на приоритетные и второстепенные. К первым относятся компьютеры, телевизоры, приставки и все оборудование, отключение которого не желательно. Ко второму относится остальная аппаратура, разрыв контакта питания которой от линии допустимо. Многие реле тока позволяют управлять двумя видами устройств раздельно — приоритетными и второстепенными.

Схема подключения приоритетной и второстепенной нагрузки:

Последняя схема интересна еще и тем, что в качестве измерителя течения тока используется индукционный метод, для которого достаточно расположить линию снабжения потребителей электроэнергией между соответствующими датчиками. То есть, раздельная нагрузка не нужна — в ее роли выступают приоритетные устройства, а отдельный токовый трансформатор заменен на встроенный. Причем его второй обмоткой выступает сам канал питания клиентского оборудования.

И схема, относящаяся конкретно к защитным цепям электродвигателя. Ее основная ниша применения —производство, так как мощные трехфазовые моторы в быту используются редко.

Схема защиты электродвигателя с помощью реле максимального тока:

Каждая конкретная модель реле тока, в зависимости от своих функциональных возможностей и внутреннего устройства, имеет нюансы подключения. Желательно с ними ознакомиться в инструкции по эксплуатации, во избежание последующих аварийных ситуаций.

Реле тока — это автомат, защищающий оборудование от перепадов электроэнергии. Срабатывание его обуславливается скачками ампер, которые происходят в результате коротких замыканий, слишком высоких нагрузок или иных форс-мажорных обстоятельств. При этом реле аналогичного вида не чувствительны к временному поднятию силы тока.