Что такое электромагнитное реле, их виды и принцип работы

Выбор и подключение

При выборе определённой модели реле специалист руководствуется рядом факторов

Важно обращать внимание даже на малейшие детали. Необходимо учитывать токовую нагрузку. Современные устройства могут крепиться к плоским поверхностям или же устанавливаться на рейках в распределительном шкафу

Современные устройства могут крепиться к плоским поверхностям или же устанавливаться на рейках в распределительном шкафу

Современные устройства могут крепиться к плоским поверхностям или же устанавливаться на рейках в распределительном шкафу.

Некоторые модели имеют довольно маленькие габариты. Желательно отдавать предпочтение аппаратам, где можно легко регулировать диапазон пороговых значений. Удобно, когда при срабатывании возникает звуковая и световая индикация. Для этого может быть светодиодный или жидкокристаллический дисплей. На выбор влияет также степень защищённости реле и климатические условия, где будет размещаться аппарат.

Инструкция по установке и подключению у каждого прибора своя. Монтаж реле вида ЕРР происходит следующим образом:

1. Питание полностью отключается.
2. Реле устанавливается на шине распределительного щита.
3. Подсоединение к питанию проводится по правилам, которые указаны в техдокументации.
4. Через сквозной канал для подключения реле проводится кабель измеряемой линии.
5. Провод питания сигнализации подсоединяется по очереди к контактам устройства для контроля тока.

При установке устройства неопытный мастер может допустить ошибку. Не следует забывать, что электромагнитные конструкции в высокогорье могут работать с перебоями. Это объясняется изменениями в атмосферном давлении. Поэтому перед установкой прибора необходимо внимательно изучить его описание. Обычно в инструкции указывается, что его можно применять при максимальной высоте в 2 тыс. м над уровнем море. Специалисты должны учитывать этот факт в работе с авиационной техникой.

Что такое реле времени, для чего нужно и где используется

Это устройство, предназначенное для включения и выключения электрической цепи в автоматическом режиме, через определенный интервал времени, используется в электротехнике и чаще в быту. По принципу работы разделяются на следующие виды:

1. Электромагнитные
2. Пневматические
3. С часовым механизмом
4. Моторные
5. Электронные

В электротехнике также существуют интервальные реле, они используются для создания интервального включения цепи с определенной выдержкой по времени после заданного сигнала, когда необходимо выполнить включение с интервалом после включения или выключения.

Бытовые приборы бывают механические и электронные. Сегодня на рынке чаще можно встретить электронные устройства с большим набором функций. Конструкция представляет из себя простую схему с магнитной катушкой и контактной группой, основным отличием от других устройств, является встроенная интегральная схема, управляющая питанием катушки.

В механических приборах интегральную схему заменяет специальный механизм, напоминающий вращающийся диск. За счет вращения диска и перемещения на нем специальных рисок происходит включение или отключение цепи в определенное время.

Реле времени невероятно полезное устройство, нашедшее свое применение во многих сферах жизни, активно применяется для управления питанием электрических приборов от 220В, управлением духовых шкафов, теплых полов, стиральных машин, отопления и систем кондиционирования.

Например, когда необходимо включить электропитание водяного насоса на даче для набора воды без вашего участия и вовремя отключить, чтобы уберечь его от сухого хода. Или полностью обесточить электросеть в определённые часы с целью сбережения электроэнергии.

Возможные схемы подключений

Схемы подключения твердотельных реле могут быть самые разнообразные. Каждая электрическая цепь строится, исходя из особенностей подключаемой нагрузки. В схему могут добавляться дополнительные предохранители, контроллеры и регулирующие устройства.

Благодаря тому, что цепи управления и нагрузки в приборе не перекрываются, их электрические характеристики могут отличаться любыми параметрами (+)

Далее будут представлены наиболее простые и распространенные схемы подключения ТТР:

• нормально-открытая;
• со связанным контуром;
• нормально-закрытая;
• трехфазная;
• реверсивная.

Нормально-открытая (разомкнутая) схема – реле, нагрузка в котором находится под напряжением при наличии управляющего сигнала. То есть подключенная техника оказывается в отключенном состоянии при обесточенных входах 3 и 4.

Перед покупкой реле необходимо определиться с требуемым типом его первоначального состояния (замкнутое или разомкнутое), чтобы обеспечить правильную работу подключенной техники (+)

Нормально-замкнутая схема – подразумевается реле, нагрузка в котором находится под напряжением при отсутствии управляющего сигнала. То есть подключенная техника оказывается в рабочем состоянии при обесточенных входах 3 и 4.

Существует схема подключения твердотельного реле, в которой управляющее и нагрузочное напряжение одинаково. Такой способ можно использовать одновременно для работы в сетях постоянного и переменного тока.

Трехфазные реле подключаются несколько по иным принципам. Контакты могут соединяться в вариантах «Звезда», «Треугольник» или «Звезда с нейтралью».

Выбор трехфазной схемы подключения реле во многом зависит от особенностей работы техники, подключенной к нему в качестве нагрузки

Реверсные твердотельные реле применяются в электродвигателях в соответствующем режиме. Они изготавливаются в трехфазном варианте и включают два контура управления.

Если для реле важно соблюдение полярности подключения контактов, то на маркировке всегда будет указано, куда подключать фазу и ноль

Собирать электрические цепи с ТТР необходимо только после их предварительной прорисовки на бумаге, потому что неверно подключенные устройства могут выйти из строя из-за короткого замыкания.

Назначение и где применяется

Этот переключатель предназначен для включения или отключения нагрузки при подаче сигнала на контакты. Реле называется бистабильным, потому что переключение в состояние включено-выключено происходит именно тогда, когда сигнал подается на управляющий вход. И в этом же положении реле остается после окончания входного сигнала.

Примечательно, что даже после отключения от электросети импульсное реле «запоминает» последнее положение контактов, а при включении возобновляет то состояние, которое было до выключения.

В быту данное устройство используется очень часто благодаря своему удобству, так как освещение можно контролировать как минимум из двух точек. Например, включение света произошло в спальне, а выключение – в коридоре перед выходом из квартиры. Такая система придется кстати в случае, когда помещения очень длинные и масштабные по размерам.

Ещё схемы на реле

Схема  автоматического переключения фаз от городской электросети и генератора с защитой от дурака:

Схема автоматического переключения фаз от городской электросети и генератора с защитой от дурака

Схема автоматического переключения фаз от городской электросети и генератора с защитой от дурака. За монтаж извиняюсь, тут главное принцип.

Схема автоматического переключения фаз от городской электросети и генератора с защитой от дурака

Подобные схемы у меня рассматриваются в статье про подключение генератора к домашней электросети.

Вот другая схема, управление по двум проводам тремя нагрузками. Автор подробно рассказывает на видео, как и что работает:

Где купить твердотельные реле

Если вы живете в крупном городе, то лучше конечно поехать в ближайший магазин — и через час реле можно устанавливать. Но, например, у меня в Таганроге такие реле — только под заказ, и купить их можно только через фирмы в Ростове.

Другой вариант — заказать через АлиЭкспресс. Цены примерно те же, но минус в том, что доставка может быть более месяца.

Вот, наискал для примера несколько ссылок, какие реле и почём можно купить:

DC/AC, 1 фаза, 40А. Fotek SSR-40DA

AC/AC, 1 фаза, 40А. SSR-40AA-H. Можно коммутировать 220В-220В переменки.

DC/AC, 3 фазы, 40А. 40DA TSR-40DA-H. (Платная доставка, в других пунктах доставка входит в цену сразу). Превосходный вариант для удаленной коммутации нагрузки 380В. По двужильному кабелю подаем питание 4…32 Вольта постоянного тока, а на удалении стоит этот девайс и включает наш двигатель или ТЭН.

AC/AC, 3 фазы, 25А. SSR3-A4825HK 25A AC-AC. Можно без проблем включать трехфазный двигатель мощностью до 3 кВт или ТЭН мощностью до 5 кВт. Внимательно подходите к вопросу защиты! В случае с двигателем реле надо защищать трехполюсным автоматом 6 или 10А с характеристикой С или D, при этом двигатель защищать тепловым реле, с уставкой соответственно току двигателя. С ТЭНом — свободы немного больше, поскольку пусковых токов нет. Автомат — до 16А, хар-ка В или С.

Общее устройство реле

Простейшая схема реле включает в свой состав якорь, магниты и соединяющие элементы. Когда на электромагнит подается ток, происходит замыкание якоря с контактом и дальнейшее замыкание всей цепи.

При уменьшении тока до определенной величины, давящая сила пружины возвращает якорь в исходное положение, в результате, наступает размыкание цепи. Более точная работа устройства обеспечивается использованием резисторов. Для защиты от искрения и перепадов напряжения применяются конденсаторы.

В большинстве электромагнитных реле устанавливается не одна пара контактов, а несколько. Это дает возможность управления сразу многими электрическими цепями.

Параметры контактов

Сопротивление контактов

Переходное сопротивление замкнутого контакта (Contact Resistance) обычно не превышает 100 мОм (миллиом).

Помните, мы рассматривали полевой транзистор как аналог реле?

Так вот, сопротивление канала мощного полевого транзистора может быть на порядки меньше — сотые и тысячные доли Ома.

Чем меньше сопротивление, тем меньше греется контакт (или канал полевого транзистора).

Напомним, что контакты реле покрывают специальными сплавами. В нашем случае это сплав серебра и оксида олова (AgSnO), обладающий высокой температурой плавления и устойчивостью к сварке и электрической эрозии при коммутации сильноточных и индуктивных нагрузок.

Следует отметить, что коммутация индуктивных нагрузок (что и происходит в ИБП) – это самый тяжелый режим для контактов реле. При этом между ними может возникнуть электрическая дуга, что сильно сокращает срок их службы.

В даташите обязательно оговаривается величина коммутируемого контактами максимального тока (Contact Rating).

Время срабатывания

Время срабатывания (Operate Time) — это время, за которое реле переходит из состояния «выключено» в состояние «включено». Для разных типов реле этот параметр лежит в пределах примерно от 1 до 200 миллисекунд.

Время срабатывания определяется конструкцией механической части реле — массой якоря и упругостью его пружины.

В нашем случае время срабатывания не превышает 10 мс.

Время отпускания

Время отпускания реле (Release Time) – это время, за которое оно переходит из состояния «включено» в состояние «выключено».

Обратите внимание: как правило, время отпускания (кроме специальных случаев) меньше времени срабатывания. В нашем случае оно составляет величину не более 5 мс

В нашем случае оно составляет величину не более 5 мс.

Если внимательно рассмотреть графики, приведенные в даташите, то можно увидеть, что временем срабатывания можно в некоторой степени управлять, меняя напряжение на обмотке.

Так, для напряжения 75% от номинального, время срабатывания будет иметь величину примерно 10 мс, при номинальном напряжении – около 5,5 мс, а при максимальном рабочем напряжении – около 3,5 мс.

Интересно отметить, что при этом напряжение отпускания почти не изменяется.

Ресурс контактов

В завершение упомянем о ресурсе контактов реле (Life Expectancy).

В справочных данных могут приводиться отдельные значения для количества срабатываний контактов как механической системы (Life Expectancy Mechanical) и как электрической системы (Life Expectancy Electrical).

В нашем случае это, соответственно, 10 000 000 и 100 000.

В общем случае, ресурс реле определяется, естественно, меньшей цифрой.

Но следует отметить, что цифра 100 000 «электрических» срабатываний приведена для максимальных токов.

Если посмотреть на график, то можно убедиться, что при коммутации малых токов эта цифра будет существенно больше.

А если превысить коммутируемые токи, то цифра будет существенно меньше  :))

Реле — в целом штука весьма надежная, но нужно использовать его разумно.

Можно еще почитать:

Защитные функции реле

В процессе работы холодильного агрегата могут возникнуть «нештатные» ситуации, причина которых может быть в неправильной работе компрессора. Часто это бывает из-за чрезмерной нагрузки на валу двигателя. Например, при заклинивании ротора. Сила тока через обмотку возрастает, но не настолько, чтобы сравнялась по значению с токами КЗ, и сработала автоматика распределительного щитка. Двигатель начинает перегреваться, и обмотка может просто «сгореть».

Чтобы избежать перегрева, и не ремонтировать холодильник путем замены компрессора, предусмотрена токовая защита. Её элементы могут позиционно находиться в одном корпусе с пускателем. И такие модели называют «пускозащитными реле».

Действие защитной части узла основано на свойствах биметаллической пластины. Благодаря разным коэффициентам теплового расширения, при прохождении через неё тока определенной величины, она нагревается и изгибается. Один конец пластины постоянной закреплен на контакте. Другой может перемещаться. В «холодном» состоянии он замыкает цепь, при нагревании — размыкает.

Схему можно усовершенствовать, если в цепь пускового конденсатора включить реле времени.

Если компрессор заработает, то неисправно пусковое реле.

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.

Виды устройств

Для корректной работы твердотельного реле при маленьких токах нагрузки соизмеримых с током утечки необходимо устанавливать шунтирующее сопротивление параллельно нагрузке. В соотношении с методом коммукации выделяют: устройства, выполняющие нагрузки емкостного типа, редуктивного типа, слабой индукции; реле со случайным или мгновенным включением, используются в том случае, когда требуется мгновенное срабатывание; реле с наличием фазового управления, позволяют производить настройку нагревательных элементов, ламп накаливания.

Остальное наглядно демонстрирует схема: Схема включения твердотельного реле Характеристики Естественно, у каждой фирмы, предлагающей такие приборы, свои параметры и модели. А теперь давайте рассмотрим более детально процесс изготовления устройства.

Параметры мощности — от 3 до 32 Вт.

Обобщённая схема ТТР, наглядно показывающая, каким образом функционирует электронный прибор: 1 — источник напряжения управления; 2 — оптопара внутри корпуса реле; 3 — источник тока нагрузки; 4 — нагрузка Проходящий через фотодиод ток приходит на управляющий электрод ключевого транзистора или тиристора. Чтобы избежать возникновения перенапряжений при использовании реле, следует обязательно приобрести варистор или предохранитель быстрого действия. Выбор и покупка твердотельного реле Чтобы купить твердотельное реле, следует обратиться в специализированный магазин электроники, в котором опытные специалисты помогут подобрать устройство, в соотношении с необходимой мощностью.

Характеристики твердотельного реле

Сначала давайте рассмотрим входные характеристики оптоизолятора MOC доступны другие опто-триаки. В устройствах которые работают при переменном токе это тиристор или симистор, а для приборов с постоянным током — транзистор. От типа и особенностей развязки зависят общие конечные характеристики прибора и особенности его работы.

Отличия несущественные, на работу не влияют никак. Высокий уровень быстродействия позволяет избежать дребезга контактов во время работы устройства.

Комментарии

Таким образом, при использовании ТТР следует обращать внимание на характеристики переключаемых напряжений. Такие схемы отличаются высокой сложностью и лучше купить готовый прибор

Остальное наглядно демонстрирует схема: Схема включения твердотельного реле Характеристики Естественно, у каждой фирмы, предлагающей такие приборы, свои параметры и модели. Например, во время эксплуатации мощных устройств возникает необходимость в применении дополнительного элемента для отвода тепловой энергии.

Проверим это на практике, допустим вы столкнулись с таким изделием как на рисунке ниже, и хотите узнать, что оно собой представляет. Охлаждение Еще одним немаловажным фактором для надежной работы твердотельных реле является его рабочая температура. В его конструкции имеются силовые ключи на симисторах, тиристорах или транзисторах.
Твёрдотельное реле. Что это такое и как работает? Испытание на практике

Герконовые реле

Существует такая разновидность электромагнитных реле как герконовое реле.

Геркон — это сокращение от слов «герметизированный контакт».

В обычном реле в большинстве случаев контакты работает в окружающем воздухе, в котором содержатся водяные пары, пыль и кислород, способствующий окислению рабочих поверхностей.

В герконах же контакты находятся в герметичной стеклянной капсуле, которая может быть заполнена осушенным воздухом, инертным газом или вакуумом.

Капсула с контактами помещается внутри обмотки.

Следствием этого является гораздо больший ресурс работы, превышающий на порядок ресурс обычных контактов.

Так, обычно реле должно обеспечить порядка 100 000 срабатываний контактов.

Герконовое же может обеспечить миллион срабатываний и более.

Впечатляющая разница, не так ли?

Капсула с контактами может быть заполнена ртутью для уменьшения электрического сопротивления.

Составляющие электромагнитного реле

Обычно реле может состоять из:

1. Воспринимающего. Этот элемент будет реагировать на входной параметр и преобразовывать его физическую величину.
2. Промежуточного. Позволяет сравнивать величину с эталоном. Когда заданное значение будет достигнуто информация будет передаваться к исполнительному элементу. Промежуточными составляющими контактных реле будут считаться противодействующими пружинами и успокоителями. Успокоители необходимы для того, чтобы успокоить колебания подвижных частей.
3. Исполнительного. Этот элемент будет устанавливаться на управляемую цепь.

Теперь пришло время рассмотреть устройство электрического реле, которое будет работать по электромагнитному принципу. Реле МКУ-48 будет состоять из:

• Якоря с подвижной частью.
• Сердечника, который является неподвижным.
• Катушки реле.
• Размыкающих контактов.
• Пружины.

Слаботочные электромагнитные реле ранее применяли только в автоматике. Сейчас они активно применяются в автоматике. Это объясняется тем, что количество контактов достаточно большое и это позволяет уменьшить количество реле в определенной схеме. Кроме этого, подобные реле способны применять слаботочные токи и это позволяет осуществлять работу с датчиками, которые не рассчитаны на высокие токи.

Рекомендации по выбору

В связи с электрическими потерями на силовых полупроводниковых элементах твердотельные реле нагреваются при коммутации нагрузки. Это накладывает ограничение на величину коммутируемого тока. Температура 40 градусов Цельсия не вызывает ухудшения рабочих параметров устройства. Однако нагрев выше 60С сильно снижает допусимую величину коммутируемого тока. Реле в этом случае может перейти в неуправляемый режим работы и выйти из строя.

Поэтому, при длительной работе реле в номинальных, и особенно, «тяжелых» режимах (при длительной коммутации токов свыше 5 А) требуется применение радиаторов. При повышенных нагрузках, например, в случае нагрузки «индуктивного» характера (соленоиды, электромагниты и т.п.), рекомендуется выбирать устройства с большим запасом по току – в 2-4 раза, а в случае управления асинхронным электродвигателем необходим 6-10 кратный запас по току.

При работе с большинством типов нагрузок включение реле сопровождается скачком тока различной длительности и амплитуды, величину которого необходимо учитывать при выборе:

• чисто активные (нагреватели) нагрузки дают минимально возможные скачки тока, которые практически устраняются при использовании реле с переключением в «0»;
• лампы накаливания, галогенные лампы при включении пропускают ток в 7…12 раз больше номинального;
• флуоресцентные лампы в течение первых секунд (до 10 с) дают кратковременные скачки тока, в 5…10 раз превышающие номинальный ток;
• ртутные лампы дают тройную перегрузку по току в течение первых 3-5 мин.;
• обмотки электромагнитных реле переменного тока: ток в 3…10 раз больше номинального в течение 1-2 периодов;
• обмотки соленоидов: ток в 10…20 раз больше номинального в течение 0,05 – 0,1 с;
• электродвигатели: ток в 5…10 раз больше номинального в течение 0,2 – 0,5 с;
• высокоиндуктивные нагрузки с насыщающимися сердечниками (трансформаторы на холостом ходу) при включении в фазе нуля напряжения: ток в 20…40 раз больше номинального в течение 0,05 – 0,2 с;
• емкостные нагрузки при включении в фазе, близкой к 90°: ток в 20…40 раз больше номинального в течение времени от десятков микросекунд до десятков миллисекунд.

Будет интересно Герконовое реле: устройство и принцип работы

Способность выдерживать токовые перегрузки характеризуются величиной «ударного тока». Это – амплитуда одиночного импульса заданной длительности (обычно 10 мс). Для реле постоянного тока эта величина обычно в 2 – 3 раза превосходит значение максимально допустимого постоянного тока, для тиристорных реле это соотношение около 10. Для токовых перегрузок произвольной длительности можно исходить из эмпирической зависимости: увеличение длительности перегрузки на порядок ведет к уменьшению допустимой амплитуды тока. Расчет максимальной нагрузки представлен в таблице ниже.

Таблица расчета максимальной нагрузки для твердотелого реле.

Выбор номинального тока для конкретной нагрузки должен заключаться в соотношении между запасом по номинальному току реле и введением дополнительных мер по уменьшению пусковых токов (токоограничивающие резисторы, реакторы и т.д.).

Для повышения устойчивости устройства к импульсным помехам параллельно коммутирующим контактам ставится внешняя цепь, состоящая из последовательно включенных резистора и емкости (RC-цепь). Для более полной защиты от источника перегрузки по напряжению со стороны нагрузки необходимо включить защитные варисторы параллельно каждой фазе твердотельного реле.

Схема подключения твердотельного реле.

При коммутации индуктивной нагрузки использование защитных варисторов обязательно. Выбор необходимого наминала варистора зависит от величины напряжения питающего нагрузку, и расчитывается по формуле: Uваристора = (1,6…1,9)хUнагрузки.

Тип варистора определяется на основе конкретных характеристик работы устройства. Наиболее популярными отечественными варисторами являются серии: СН2-1, СН2-2, ВР-1, ВР-2. Твердотельное реле обеспечивает хорошую гальваническую изоляцию входных и выходных цепей, а также токоведущих цепей от элементов конструкции прибора, поэтому дополнительных мер изоляции цепей не требуется.

Где используется и как выбрать электромагнитное реле

Сложно в это поверить, но самое простое реле стало причиной быстрого развития компьютеров и компьютерной техники и вот почему: в нем бывает два состояния вкл/выкл, а именно эти два состояния схожи с двоичным кодом транзисторов процессора.

Также это простое устройство нашло широкое применение в промышленности, в транспорте, в бытовом оборудовании, энергетики, космонавтике, медицине и.т.д. С ним мы сталкиваемся ежедневно, но не замечаем этого. Например, в ИБП или стабилизаторе напряжения, мгновенно реагирующим на перепады напряжения.

Справочник по слаботочным электрическим реле 3-е издание – скачать

Источник: ledsshop.ru