Электромагнитное реле: что это, как работает, виды, проверка

Устройство и принцип работы реле

Реле представляет собой катушку, состоящую из немагнитного основания, на которое намотан провод из меди с тканевой или синтетической изоляцией, но чаще всего с диэлектрическим лаковым покрытием. Внутри катушки установленной на нетокопроводящее основание, размещается металлический сердечник. Также в устройстве имеются пружины, якорь, соединительные элементы и пары контактов.

При подаче тока на обмотку электромагнита (соленоида) сердечник притягивает якорь, который соединяется с контактом и электрическая или электронная цепь замыкается. При снижении силы тока до определенного значения, якорь, под действием пружины, возвращается на исходную позицию, вследствие чего происходит размыкание цепи.

Более плавная и точная работа достигается благодаря использованию резисторов, а защиту от скачков напряжения и искрения обеспечивает установка конденсаторов.

У большинства электромагнитных реле имеется не одна, а несколько пар контактов, что позволяет управлять несколькими цепями одновременно.

Простейшая схема устройства электромагнитного соленоида

Если в двух словах, то этот вид коммутационного устройства работает по принципу электромагнитной индукции. Благодаря довольно простому принципу действия реле имеют высокую надежность в эксплуатации.

Параметры реле

Правильный выбор реле важен. Часто критерий выбора ограничивается ценой в магазине или запасом в радиолюбительской мастерской. Просто берут подходящее по току/напряжению. Но к этому вопросу следует подходить более профессионально. Давайте обсудим менее популярные параметры и посмотрим на них под другим углом, потому что многие из них часто слишком поверхностны.

Основные технические характеристики реле

Независимо от принципа действия существуют общепринятые параметры, на которые необходимо ориентироваться при выборе устройства:

• Время срабатывания – величина, определяющая временной промежуток с момента поступления на вход управляющего сигнала и до момента воздействия на электрическую цепь;
• Коммутируемая мощность – мощность электрической цепи или установки, которой способно управлять реле;
• Мощность срабатывания – минимальная величина необходимая для срабатывания устройства;
• Уставка – величина тока срабатывания, как правило, это изменяемый показатель;
• Величина тока/напряжения втягивание/отпадания – данные параметры характеризуются минимальным и максимальным значением характеристик электричества, при которых осуществляется втягивание якоря или его отпадание от контактов, то есть прерывание электроцепи.

Промежуточное реле РП-25 УХЛ4220 В и его основные характеристики

Классификация 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).

Обратите внимание! Катушка реле может быть рассчитана на рабочее напряжение 24 В, но при этом контакты реле вполне могут работать с напряжением до 220В. Данная информация указана на корпусе реле.

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

По степени защиты от внешних факторов

Все электромагнитные реле имеют следующие типы конструкции:

• открытые;
• зачехленные;
• герметичные.

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

Наиболее распространенная разновидность релейных устройств. Получила широкую популярность из-за значительных преимуществ перед полупроводниковыми аналогами:

1. Коммутация электросетей совокупной мощности до 4 кВт при незначительных размерах самого устройства (в среднем до 10 см³).
2. Устойчивость к внешним помехам и перенапряжению, возникающему внутри коммутируемых сетей из-за работы высоковольтного оборудования.
3. Высокая надежность и безопасность. Между электромагнитной катушкой и группой коммутируемых контактов существует изоляция выдерживающая, в соответствии с последними требованиями, до 5 кВ.
4. Низкий уровень тепловыделения.

Пример! При коммутации 10 А тока в электромагнитной катушки рассеивается не более 0,5 Вт. Для сравнения, в симисторных устройствах сопоставимой коммутационной мощности на нагрев уходит до 15 Вт, что требует решать проблему охлаждения коммутационных шкафов.

Однако электромагнитные релейные устройства имеют ряд определенных недостатков:

• низкая скорость работы;
• ограниченный электромеханический ресурс функционирования;
• возникновение электромагнитных помех при срабатывании контактов;
• серьёзные недостатки при коммутации высоковольтных токов с индуктивными нагрузками.

Релейная вычислительная машина РВМ-1 конструкции Н. И. Бессонова созданная в 1956 году

Реле переменного тока

Реле переменного тока не нуждаются в специальном блоке питания и могут подключаться непосредственно в контролируемую электросеть переменного напряжения. Однако, они тоже не лишены определенных недостатков, к наиболее значимым относятся:

• возникновение вибрации при функционировании и необходимость ее предотвращения;
• чувствительность намного хуже, чем устройство постоянного тока.

В связи с этим данная аппаратура управления используется, чаще всего, для контроля бытовых приборов и небольших промышленных установок и станков.

Реле на 220В переменного тока, малогабаритное, модель Ap-50A, используется в качестве управляющего модуля терморегулятора для теплого электрического пола

Реле постоянного тока

Реле постоянного тока могут быть электромагнитными, у которых якорь притягивается к сердечнику вследствие возникновения магнитного поля в обмотке катушки, и индукционными, функционирующими под воздействием магнитного поля переменного типа, которые индуцируется непосредственно в подвижном элементе. Реле постоянного тока могут быть: нейтральными, поляризованными или комбинированными.

Преимуществом таких устройств можно считать устойчивость к помехам различного типа, перепадам напряжения и пульсации. Из недостатков следует отметить потребность в специальном блоке питания, и как следствие довольно высокая стоимость и сложность при подключении.

Реле постоянного тока используются для управления автоматикой в различных отраслях производства, транспорта (в частности железнодорожного) и т.п.

Нейтральное электромагнитное реле постоянного тока

Электронные релейные устройства

В последнее время на замену аналоговым реле приходят электронные релейные устройства. Они имеют значительные преимущества в точности определения исходного напряжения, видов подаваемых нагрузок, мощности и в других рабочих параметрах. Получили широкое применение для подключения установок с большими силовыми нагрузками. Однако их высокая стоимость и низкая надежность не дают им полностью вытеснить аналоговые устройства.

Электронное релейное устройство управление насосным оборудованием

Реле времени

Принцип функционирования основан на механическом замедлении. Реализуется с применением маятников, электродвигателей или электромагнитного эффекта. При этом выдержка замедления для всех трех типов составляет: 1÷15 сек, до 24 часов, до 5 сек соответственно. Используется как для автоматизации процессов производства, так и в бытовых целях для задержки отключения освещения и т.п.

Двухканальное реле времени РЭВ-201

Тепловые/температурные релейные устройства

Принцип действия тепловых релейных приборов основан на воздействии температуры на биметаллическую пару контактных пластин, которые имеют различный коэффициент температурного расширения. Температурное воздействие может осуществляться как от тока нагрузки, так и от специально нагревателя.  Тепловые релейные приборы используются, в основном, для защиты электрооборудования от перегрева.

Цифровое температурное реле TР-100

Плюсы и минусы

Как и у любого элемента, у реле есть свои преимущества и недостатки, тем не менее несмотря на минусы, в некоторых случаях без применения эти устройств просто не обойтись.

Плюсы

1. Простая конструкция
2. Легко ремонтируется, всегда можно разобрать чтобы подчистить контакты, заменить отдельные элементы
3. Низкое сопротивление на контактах

Минусы

1. Ограниченный ресурс, так как используются механические элементы
2. Контакты иногда обгорают
3. Низкая скорость при срабатывании в отличие от полупроводниковых элементов, механическое устройство в сто раз медленнее электронного, но при этом скорость срабатывания все равно достаточно велика
4. Возможно дребезжание контактов при недостаточном напряжении на катушке
5. Щелчки при переключении

Обозначение реле на схеме

Чтобы отремонтировать или создать новое электрооборудование, мало знать как работает реле, нужно знать как оно выглядит на схемах. В приведенной ниже таблице показаны самые основные буквенно-графические обозначения КУ принятые в международном классификаторе.

Основные обозначения

Изображение	Описание
	Схематически обмотка соленоида выглядит как прямоугольник, от наибольших сторон которого отходят выводы питания электромагнита – А и А1. Также на схеме это коммутационное устройство может обозначаться буквой К.
	Контакты КУ на схеме изображаются точно так же как и контакты переключателей.
	Поляризованное реле на схеме изображается в виде прямоугольника с жирной точкой на одном из выводов контакта. Буквенное обозначение P внутри прямоугольника также говорит о полярности устройства.
	Иногда внутри прямоугольника указывают параметры или конструктивные особенности. Так, например, две наклонные линии могут обозначать, что в устройстве имеется 2 обмотки.

Подробнее, с символическим обозначением реле и других элементов электронных и электрических схем, можно ознакомиться, заглянув в специальные справочники, которых в интернете довольно много.

Как расшифровывается vdc, vac и что означают значения на корпусе реле

Как мы выяснили ранее, реле — это специальное исполнительное устройство коммутирующее различные направления электрической цепи. Обозначение VDC на корпусе означает максимальную нагрузку: DC –постоянный ток, V– вольтаж (12V). VAC на корпусе означает V-вольты, AC – переменный ток. Например 12А/35VAC.

Основными параметрами реле являются: напряжение питания соленоида, максимально допустимый ток и напряжение через контакты, эти параметры указаны на корпусе.

Основные производители реле

Aleph International — более 30 лет на рынке электроники, электротехнических товаров и средств автоматизации. Продукция считается одной из наиболее надежных.

Axicom — подразделение швейцарской фирмы Alcatel Switzerland Ltd. с  1999 года входит в концерн  Tyco Electronics. Производит чрезвычайно качественные изделия. Все предлагаемые на российском рынке релейные устройства полностью отвечают требованиям отечественных нормативов по электрической надежности и прочности диэлектриков;

CIT RELAY & SWITCH (Чжэцзян, Китай) — компания специализируется на релейных устройствах, используемых в телекоммуникациях, автоиндустрии и безопасности. Имеет широкую номенклатуру продукции, главным достоинством является доступной цена изделий;

Finder — Европейский производитель специализирующееся на выпуске реле и таймеров. Занимает 3 место в Европе по выпуску электромеханических релейных автоматов промышленного и бытового назначения. Вся продукция сертифицирована по стандартам  ISO 9001 и ISO 14001.

NAiS под этой торговой маркой выпускается продукция компании Matsushita Electric Works (Япония). Изделия сертифицированы по стандартам ISO 9001:2000. Номенклатура продукции включает электромеханические и PhotoMOS реле, различные контроллеры и микровыключатели как для промышленного, так и для бытового использования.

Ведущие производители реле

Производитель	Изображение	Описание
Finder(Германия)		Компания Финдер производит реле и таймеры и занимает среди европейских производителей третье место. Производитель выпускает реле: общего назначения; твердотельные; силовые; РСВ; времени; интерфейсные и многие другие. Продукция компании имеет сертификаты ISO 9001 и ISO 14001.
АО НПК «Северная заря»(Россия)		Основная продукция российского производителя – якорные электромагнитные коммутационные устройства для специального и индустриального использования, а также слаботочные реле времени с контактными и бесконтактными выходами.
Omron (Япония)		Японская компания производит высоконадежные радиоэлектронные компоненты, среди которых: твердотельные и электромеханические реле; низковольтные КУ; кнопочные переключатели; устройства контроля и управления цепи.
COSMO Electronics (Тайвань)		Корпорация производит радиотехнические компоненты, среди которых можно выделить релейные компоненты, которые с 1994 года получили сертификат по стандарту ISO 9002. Продукция компании широко применяется в телекоммуникации, промышленном и медицинском оборудовании, бытовой технике и автомобильном оборудовании.
American Zettler		Более 100 лет компания Zettler держит лидерство и устанавливает стандарты работы и качества электротехнических элементов. Этот производитель выпускает более 40 видов КУ, которые удовлетворяют потребности самых различных проектов. Продукция компании широко применяется в телекоммуникации, периферийной вычислительной технике, средствах управления и прочих типах электронного и электрического оборудования.

Где приобрести реле и их стоимость

Реле в зависимости от типа КУ, производителя, сферы применения и продавца могут стоить от 15$ до нескольких сотен. Приобрести необходимое коммутационное устройство можно непосредственно у производителя в традиционных специализированных магазинах или интернете. В настоящее время купить нужное реле любого типа и назначения не составит труда. Существуют специальные каталоги, в которых указывается маркировка, компания-производитель, параметры и стоимость изделия.

Как проверить реле?

Электромагнитное реле можно проверить обычным мультиметром в режиме омметра. Так как обмотка катушки реле обладает активным сопротивлением, то его можно легко измерить. Сопротивление обмотки реле может варьироваться от нескольких десятков ом (Ω), до нескольких килоом (kΩ). Обычно самое низкое сопротивление обмотки имеют миниатюрные реле, которые рассчитаны на номинальное напряжение 3 вольта. У реле, номинальное напряжение которых составляет 48 вольт, сопротивление обмотки намного выше. Это прекрасно видно по таблице, в которой указаны параметры реле серии Bestar BS-115C.

Отметим, что потребляемая мощность всех типов реле этой серии одинакова и составляет 360 mW.

Электромагнитное реле является электромеханическим прибором. Это, наверное, является самым большим плюсом и в то же время весомым минусом.

При интенсивной эксплуатации любые механические части изнашиваются и приходят в негодность. Кроме этого, контакты мощных реле должны выдерживать огромные токи. Поэтому их покрывают сплавами драгоценных металлов, таких как платина (Pt), серебро (Ag) и золото (Au). Из-за этого качественные реле стоят довольно дорого. Если ваше реле всё-таки вышло из строя, то замену ему можно купить здесь.

К положительным качествам электромагнитных реле можно отнести устойчивость к ложным срабатываниям и электростатическим разрядам.

Как это работает. Видео

Заключение

Как следует из этого обзора, реле является неотъемлемой частью практически любой электрической и электронной схемы промышленного оборудования и бытовой техники. Полную информацию об этом виде коммутационного устройства сложно втиснуть в рамки одной статьи. Если у вас возникнут какие-либо вопросы по этой теме, то задавайте и будем вместе разбираться.

1. Электромагнитные реле не уйдут с рынка электронных компонентов ещё много лет, несмотря на прогресс и миниатюризацию деталей. Напротив, производители продолжают развивать и инвестировать в эту технологию, о чем свидетельствует спектр доступных реле на рынке.
2. Бистабильные реле становятся все более популярными. Цена у них доступная, что побуждает к внедрению. Акцент на сокращении потребления электроэнергии электронными схемами, вероятно, подтолкнет проектировщиков внимательнее присмотреться к этой архитектуре, особенно там, где автономное питание.

Используйте реле по назначению, соблюдая естественно требование максимального коммутируемого тока, и они будут служить долго и безотказно.

Как видите, реле это уникальное и очень простое электромеханическое устройство, применяемое практически во всех сферах жизни, полезность которого трудно переоценить, способное работать даже в космосе. Легко ремонтируется в случае поломки, способно защитить электросеть от опасной ситуации и сберечь время.

Помогла ли вам статья?