Реле тока максимального и минимального: принцип работы

Токовое реле: что это и для чего используется?

В любом оборудовании, которое используется в быту или промышленности, требуется наличие специальной защиты, предохраняющая эти приборы от перегрузок, скачков напряжения, перегорания, а также коротких замыканий. Реле тока, и выполняет эту функцию. Такие устройства используются для контроля электродвигателей, защиты трансформаторов и других сложных дорогостоящих электроприборов, насосов, компрессоров. Нередко, ставят такие реле и в домашнем хозяйстве, чтобы уберечь бытовую технику.

Реле тока реагирует на внезапные изменения тока и в случае его превышения, прекращает подачу электричества в цепь. Сам принцип работы такого реле основан на сравнении электрических сигналов и мгновенном реагировании, при их несовпадении с заданным уровнем. В статье расскажем о работе и устройстве прибора, также читатель может посмотреть интересные видеоролики по теме и скачать в заключении интересный материал, посвященный выбранной теме.

Устройство токового реле.

Виды реле тока

Существуют такие виды приборов постоянного и переменного тока:

  1. Промежуточные;
  2. Защитные;
  3. Измерительные;
  4. Давления;
  5. Времени.

Промежуточное устройство или реле максимального тока (РТМ, РСТ 11М, РС-80М, РЭО-401) применяется для размыкания или замыкания цепей определенной электрической сети при достижении определенного значения тока. Чаще всего используется в квартирах или домах с целью повышения защиты бытового оборудования от скачков напряжения и силы тока. Принцип действия теплового или защитного прибора основан на контроле температуры контактов определенного прибора. Оно используется для защиты приборов от перенагревания. К примеру, если утюг перегреется, то такой датчик автоматически отключит питание и включит его после остывания прибора.

Однофазные реле контроля тока.

Статическое или измерительное реле (РЭВ) помогает замыкать контакты цепи при появлении определенного значения электрического тока. Его главное назначение – это сравнение имеющихся параметров сети и необходимых, а также быстрое реагирование на их изменение. Реле давления (РПИ-15, 20, РПЖ-1М, FQS-U, FLU и прочие) необходимо для контроля жидкости (воды, масла, нефти), воздуха и т. д. Используется для отключения насоса или прочего оборудования при достижении установленных показателей давления. Часто используются в водопроводных системах и на станциях техобслуживания авто.

Реле выдержки времени (производитель EPL, Danfoss, а также модели РТВ) необходимы для управления и замедления реагирования определенных приборов при обнаружении утечки тока или других неполадках в сети. Такие приборы релейной защиты применяются как в быту, так и в промышленности. Они препятствуют преждевременному включению аварийного режима, срабатыванию УЗО (оно же дифференциальное реле) и автоматических выключателей. Схема их установки часто сочетается с принципом включения в сеть защитного оборудования и дифов.

Токовое реле: что это и для чего используется?

Помимо этого также бывают электромагнитные реле напряжения и тока, механические, твердотельные и т. д. Твердотельное реле – это однофазное устройство для коммутации больших токов (от 250 А), обеспечивающее гальваническую защиту и изоляцию электрических цепей. Это, в большинстве случаев, электронное оборудование, предназначенное для быстрого и точного реагирования на возникновение проблем в сети. Еще одним преимуществом является то, что такое токовое реле можно сделать своими руками.

По конструкции реле классифицируются на механические и электромагнитные, а сейчас уже, как сказано выше, на электронные. Механическое может использоваться в различных условиях работы, для его подключения не требуется сложная схема, оно долговечное и надежное. Но вместе с этим, недостаточно точное. Поэтому сейчас в основном используются его более современные электронные аналоги.

Простейшее токовое реле.

В связи с этим следует учитывать возможное время задержки срабатывания. Оно достаточно мало, но в некоторых ситуациях может оказывать влияние на работу других элементов схемы. Электромагнитные реле можно классифицировать по следующим признакам:

  • области применения:
  • для цепей управления, защиты или сигнализации;
  • мощности управления:
  • малой мощности, управляющий сигнал ≤1 Вт, средней мощности, сигнал управления находится в пределах от 1 до 9 Вт, высокой мощности – мощность сигнала ≥10 Вт;
  • времени реакции на сигнал управления:
  • безынерционные время реакции ≤ 0,001 сек., быстродействующие — время реакции от 0,001 до 0,05 сек., замедленные время реакции от 0,05 до 1 сек., а также реле времени с регулируемой задержкой срабатывания.
  • характеру управляющего напряжения:
  • постоянного тока —нейтральные, поляризованные и переменного тока.

Отдельно стоит остановиться на особенностях реле постоянного тока. Как было выше сказано они подразделяются на нейтральные и поляризационные. Главное отличие этих двух групп заключается в том, что поляризационные устройства чувствительны к полярности приложенного напряжения, то есть подвижный сердечник меняет свое направление с правого на левое или наоборот в зависимости от полярности напряжения.

Электромагнитные реле постоянного тока делятся на:

  • двухпозиционные;
  • двухпозиционные с преобладанием;
  • трехпозиционные или реле с нечувствительной зоной.

Срабатывание же устройств нейтрального типа не зависит от полярности подаваемого напряжения. К недостаткам реле использующих, в качестве управляющего сигнала, постоянный ток можно отнести необходимость установки блоков питания, для подачи постоянного тока и высокая стоимость самого устройства. Реле переменного тока этого лишены, но и у них есть свои недостатки такие как — необходимость доработки конструкции для устранения вибрации сердечника. Рабочие параметры хуже, чем у устройств использующих линейную форму управляющего сигнала, а именно — хуже чувствительность, гораздо меньшее электрическое усилие. Но в тоже время они могут напрямую подключаться к электрической сети переменного тока.

Токовое реле.

Как оно работает

Реле тока представляет собой устройство (как правило, электромагнитное или электронное), реагирующее на превышение контролируемой величины во входной цепи. При превышении установленной величины выходные контакты переключаются, и этот сигнал используется для управления цепями сигнализации или устройствами силовой коммутации (отключения нагрузки).

При снижении тока ниже установленного значения, реле тока возвращается в исходное состояние, и его выходной сигнал обрабатывается цепями автоматики, управляющей силовыми цепями. Реле с интегрированным токовым трансформатором, позволяет протянуть через переднюю панель изделия провод, в котором происходит замер тока. От провода с контролируемым переменным током осуществляется питание реле.

Конструкция и принцип работы

Реле постоянного тока состоит из следующих элементов:

  1. Электромагнита;
  2. Контактов;
  3. Якоря;
  4. Пружин;
  5. Отводы для соединения с сетью.

Когда регулятор включается в сеть, катушка начинает получать электрическую энергию. После этого якорь притягивается к металлическому сердечнику и происходит перелет контактов. Вместе с этим происходит замыкание контактов приборов, подключённых в цепь реле. При этом если электрический ток не подается (к примеру, при отсутствии электричества) или подается, но неравномерно (в сети наблюдаются скачки), то контакты присоединенных устройств оттягиваются вверх, после чего цепь размыкается. Свойства реле тока представлены в таблице ниже.

Реле тока свойства

Токовое реле: что это и для чего используется?

Действие может варьироваться в зависимости от конструкции и назначения прибора. К примеру, твердотельные реле (ТТР) типа KIPPRIBOR содержат в конструкции дополнительные силовые ключи на симисторах и тиристорах, что повышает их эффективность. Отдельно нужно отметить пропускную способность, ведь есть устройства, рассчитанные на малые токи и большие.

Вторичные реле максимального тока прямого действия

Из числа токовых реле, которые выпускает промышленность, наиболее простыми являются реле максимального тока прямого действия. Несмотря на различные конструкции данных реле, вся их работа основана на электромагнитном принципе. Последовательно с вторичной обмоткой измерительного трансформатора тока6 подключается катушка реле 3. Когда по питающей линии А протекает рабочий ток (нормальный режим работы электроприемника), электромагнитный сердечник 4 не будет втянут в катушку, поскольку электромагнитная сила Fэ, которую создает обомотка реле, будет значительно меньше, чем противодействующая ей сила пружины Fп.

В случае возниконевения на линии А короткого замыкания ток катушки реле значительно возрастет и станет больше установленного значения. В таком случае электромагнитная сила катушки Fэ превысит противодействующую ей силу пружины Fп, что приведет к втягиванию сердечника в катушку реле. После втягивания сердечника в катушку, подвижная система 2 отопрет защелку выключателя Б, удерживающую выключатель во включенном положении. Под действием отключающей пружины 1 выключатель разорвет цепь линии А.

Промышленность изготавливаются вторичные реле максимального тока типа РТВ (реле токовое с выдержкой времени) и РТМ (реле токовое мгновенного действия). У РТМ есть поворотный переключатель, с помощью которого можно изменять количество витков катушки, что, в свою очередь, будет менять значение уставки тока срабатывания. Уставка тока – это настройка реле на заданный ток срабатывания. Стандартом предусмотрены следующие уставки: 5, 7, 9, 13 и 15 А. Ток срабатывания реле – минимальное значение протекающего через обмотку тока, при котором происходит срабатывание реле (Iср).

В случае необходимости отключения участка электрической цепи с выдержкой времени применяют РТВ, которое, как правило, имеет ту же конструкцию, но дополнительно оборудовано механизмом выдержки времени (часовым механизмом). Данный механизм, прикрепленный к сердечнику, удерживает его от мгновенного втягивания в катушку, тем самым изменяя уставку его времени срабатывания. Скорость работы часового механизма напрямую зависит от тока, протекающего в катушке реле.

Установка времени – это настройка механизма выдержки времени на определенное значение в секундах. Реле имеет уставки тока 5, 6, 7, 8, 9, 10 А. РТВ и РТМ называют встроенными, так как они встраиваются непосредственно в приводы выключателей. Для непосредственного отключения выключателя эти реле должны развивать огромные усилия, что делает их конструкции громоздкими, а это влияет на точность.

Применение

Пожалуй, наиболее широкое распространение реле, работающие с использованием электромагнитного принципа получили в сфере распределения и производства электрической энергии. Релейная защита высоковольтных линий обеспечивает безаварийный режим работы подстанций и другого подключенного оборудования. Управляющие элементы, используемые в установках релейной защиты рассчитаны на коммутацию присоединения при рабочих напряжениях, достигающих нескольких сотен тысяч вольт.

Широкое распространение релейной защиты высоковольтных линий обусловлено:

  • высокой долговечностью релейных элементов;
  • быстрой реакцией на изменение параметров подключенных линий;
  • способностью работы в условиях высокой напряженности электромагнитных полей и нечувствительностью к появлению паразитных электрических потенциалов.

Также посредством установок релейной защиты осуществляется резервирование линий электропередач и моментальный вывод из работы поврежденных участков электросети, к примеру, при замыкании линии на землю или обрыве токоведущих частей. На сегодняшний день еще не изобретены более надежные средства защиты линий электропередач чем релейная защита.

Кроме того, в настоящее время электромагнитный тип реле широко используется в системах управления производственными, конвейерными линиями. Чаще всего данный вид систем управления используется на производствах с наличием высоких паразитных потенциалов делающих невозможным использование полупроводниковых систем управления. К примеру, известен случай, когда при модернизации систем управления конвейерными линиями на одном из элеваторов новое оборудование, построенное новейших полупроводниковых элементах, постоянно выходило из строя.

Как позже выяснилось причиной поломки стало статическое электричество, возникающее при движении зерна по конвейерной ленте, а так как система выравнивания потенциалов была не предусмотрена в данных помещениях, то стал вопрос о переносе пульта управления в защищенное помещение. Это было сопряжено с огромными материальными затратами. В результате было принято решение перейти на релейные блоки управления, нечувствительные к статическому напряжению. Принципы работы заложенные в основу функционирования электромагнитных реле используются в устройствах дистанционного управления нагрузкой — пускателях или контакторах.

Токовое реле разных размеров.

Заключение

Принцип работы этих устройств во многом напоминает работу реле, с той лишь разницей, что предназначены данные устройства для коммутации силовых цепей сила тока, в которых может достигать 1000 А, а в случае особо мощных установок и выше. Помимо низковольтного оборудования релейные блоки используются для управления, конденсаторными установками, которые используются для плавного пуска электрических двигателей высокой мощности.

Но самым знаковым применением реле электромагнитного типа является их использование в первых электронно-вычислительных машинах, в качестве логических элементов способных выполнять простейшие логические операции. Не смотря на низкое быстродействие эти первые компьютеры по надежности превосходили следующее поколение ламповых вычислительных комплексов. Простейшими примерами использования электромагнитного реле в повседневной жизни являются реле управления в различных видах бытовой техники: холодильниках, стиральных машинах и т.п.

Реле постоянного и переменного тока

В любом жилом помещении или промышленном учреждении требуется устанавливать специальные защитные устройства, которые предохраняют от перенагрузок сети и коротких замыканий. Реле тока используется для контроля работы двигателя, трансформаторов и прочих электрических приборов.

Назначение и виды

Реле контроля тока – это устройство, которое реагирует на резкие перепады величины поступающего электрического тока и при необходимости отключает питание определенного потребителя или всей системы электрообеспечения. Его принцип действия основан на сравнивании внешних электрических сигналов и мгновенном реагировании при их несовпадении с параметрами работы прибора. Используется для работы генератора, насоса, двигателя автомобиля, станочного оборудования, бытовых приборов и прочего.

OptiDin ОМ-110

Фото — OptiDin ОМ-110

Существуют такие виды приборов постоянного и переменного тока:

  1. Промежуточные;
  2. Защитные;
  3. Измерительные;
  4. Давления;
  5. Времени.

Промежуточное устройство или реле максимального тока (РТМ, РСТ 11М, РС-80М, РЭО-401) применяется для размыкания или замыкания цепей определенной электрической сети при достижении определенного значения тока. Чаще всего используется в квартирах или домах с целью повышения защиты бытового оборудования от скачков напряжения и силы тока.

схема РТЗ – 50

Фото — схема РТЗ – 50

Принцип действия теплового или защитного прибора основан на контроле температуры контактов определенного прибора. Оно используется для защиты приборов от перенагревания. К примеру, если утюг перегреется, то такой датчик автоматически отключит питание и включит его после остывания прибора.

РСТ-80АВ

Фото — РСТ-80АВ

Статическое или измерительное реле (РЭВ) помогает замыкать контакты цепи при появлении определенного значения электрического тока. Его главное назначение – это сравнение имеющихся параметров сети и необходимых, а также быстрое реагирование на их изменение.

Реле давления (РПИ-15, 20, РПЖ-1М, FQS-U, FLU и прочие) необходимо для контроля жидкости (воды, масла, нефти), воздуха и т. д. Используется для отключения насоса или прочего оборудования при достижении установленных показателей давления. Часто используются в водопроводных системах и на станциях техобслуживания авто.

Реле выдержки времени (производитель EPL, Danfoss, а также модели РТВ) необходимы для управления и замедления реагирования определенных приборов при обнаружении утечки тока или других неполадках в сети. Такие приборы релейной защиты применяются как в быту, так и в промышленности. Они препятствуют преждевременному включению аварийного режима, срабатыванию УЗО (оно же дифференциальное реле) и автоматических выключателей. Схема их установки часто сочетается с принципом включения в сеть защитного оборудования и дифов.

Помимо этого также бывают электромагнитные реле напряжения и тока, механические, твердотельные и т. д.

Твердотельное реле – это однофазное устройство для коммутации больших токов (от 250 А), обеспечивающее гальваническую защиту и изоляцию электрических цепей. Это, в большинстве случаев, электронное оборудование, предназначенное для быстрого и точного реагирования на возникновение проблем в сети. Еще одним преимуществом является то, что такое токовое реле можно сделать своими руками.

По конструкции реле классифицируются на механические и электромагнитные, а сейчас уже, как сказано выше, на электронные. Механическое может использоваться в различных условиях работы, для его подключения не требуется сложная схема, оно долговечное и надежное. Но вместе с этим, недостаточно точное. Поэтому сейчас в основном используются его более современные электронные аналоги.

РТ85

Фото — РТ85

Конструкция и принцип работы

Реле постоянного тока состоит из следующих элементов:

  1. Электромагнита;
  2. Контактов;
  3. Якоря;
  4. Пружин;
  5. Отводы для соединения с сетью.

Когда регулятор включается в сеть, катушка начинает получать электрическую энергию. После этого якорь притягивается к металлическому сердечнику и происходит перелет контактов. Вместе с этим происходит замыкание контактов приборов, подключённых в цепь реле. При этом если электрический ток не подается (к примеру, при отсутствии электричества) или подается, но неравномерно (в сети наблюдаются скачки), то контакты присоединенных устройств оттягиваются вверх, после чего цепь размыкается.

Читайте также:  Отводы канализационные пластиковые 110 размеры и виды тройников

чертеж

Фото — чертеж

Действие может варьироваться в зависимости от конструкции и назначения прибора. К примеру, твердотельные реле (ТТР) типа KIPPRIBOR содержат в конструкции дополнительные силовые ключи на симисторах и тиристорах, что повышает их эффективность. Отдельно нужно отметить пропускную способность, ведь есть устройства, рассчитанные на малые токи и большие.

конструкция

Фото — конструкция

Технические характеристики

Выбор реле – это довольно серьезная задача, для осуществления которой очень важно подобрать максимально подходящий прибор. Рассмотрим описание и параметры нескольких популярных устройств отечественного и зарубежного производства.

РП 8 – промежуточная модель, включаются только для временного контроля, не используются для постоянного мониторинга. Доступные и простые в эксплуатации.

Ток, А8
Напряжение, В24
Отключение Uн, В0,7
Климат–20 +40° С
Долговечность, число срабатываний1 млн
Сопротивление, Ом92
Время срабатывания, сек0,6

SG/C-1RW – это калориметрическое однофазное реле вентилятора для контроля потока воздуха. Инструкция по эксплуатации также говорит о том, что их можно использовать в системах кондиционирования.

Ток, А6
Напряжение, кВ1,5
Изменение потока, м/с0,1–30
Температурный градиент, градусы15
Рабочее давление, бар10
ЗащитаIP67

Нейтральные малогабаритные реле тока чаще всего используются в железнодорожном транспорте, рассмотрим характеристики модели НМШМ1-1000/560 на 24 В и параметрами срабатывания 45.

ОбмоткаМедная
Сопротивление катушек, Ом1000/560
Перегрузка, В45 В
Напряжение, В24

РТД – это двухстабильное устройство, которое применяется в системах аварийного обеспечения, они работают как от постоянного, так и от переменного электричества. Главным отличием является то, что устройство может использоваться для включения в сеть при повышенных вибрациях и даже сейсмологической активности. РТД 11:

Напряжение, В40
Ток, А0,05
Время срабатывания, с0,1
Износостойкость, млн4
Погрешность срабатывания, %10

Отдельно нужно сказать про трехфазное реле максимального тока РТ40, которое используется в сетях аварийного обеспечения, как устройство косвенного действия. РТ40/2:

Уставки тока, А0,5…2,0
Срабатывание, А0,5…1,0
Износостойкость40млн
Напряжение, В24
Климатическое исполнениеУХЛ

РТФ-8 – реле обратного действия или последовательности. Обозначение:

Датчик-реле потока воздуха ДРПВ-1:

Скорость потока, м/секот 4,0 до 10
Сечение воздуховода, мм150х180
Взрывозащита1ExdIIBT4
Выходной сигнал0,05 до 0,5 А
Параметры окружающей средыот — 10 до + 50 98% при температуре 35°С
Габаритные размеры, мм276x143x248

Видео: реле контроля тока

Обзор цен

Купить любое реле для контроля тока можно в специальных электромагазинах. Цена зависит от марки и области использования определенной модели:

Принцип действия реле тока – упрощенный вариант

Токовое электромеханическое реле

Что такое реле тока? Такой вопрос часто возникает у студентов и электриков самоучек. Ответ на него достаточно прост, но в учебниках и многих статьях в интернете он содержит огромное количество формул и отсылок к разнообразным законам. В нашей статье мы постараемся объяснить, что это такое, и как оно работает буквально на пальцах.

Устройство реле тока

Для начала давайте разберем принцип реле тока и его устройство. На данный момент существуют электромагнитные, индукционные и электронные реле.

Мы будем разбирать устройство наиболее распространенных электромагнитных реле. Тем более, что они дают возможность наиболее наглядно понять их принцип работы.

Устройство электромагнитного реле тока

  • Начнем с основных элементов любого реле тока. Оно в обязательном порядке имеет магнитопровод. Причем, этот магнитопровод имеет участок с воздушным зазором. Таких зазоров может быть 1, 2 или более — в зависимости от конструкции магнитопровода. На нашем фото таких зазора два.
  • На неподвижной части магнитопровода имеется катушка. А подвижная часть магнитопровода закреплена пружиной, которая противодействует соединению двух частей магнитопровода.

Принцип действия электромагнитного токового реле

  • При появлении на катушке напряжения, в магнитопроводе наводится ЭДС. Благодаря этому, подвижная и неподвижная части магнитопровода становятся как два магнита, которые хотят соединиться. Не дает им это сделать пружина.
  • По мере увеличения тока в катушке, ЭДС будет нарастать. Соответственно, будет нарастать притяжение подвижного и неподвижного участка магнитопровода. При достижении определенного значения силы тока, ЭДС будет настолько велико, что преодолеет противодействие пружины.
  • Воздушный зазор между двумя участками магнитопровода начнет сокращаться. Но как говорит инструкция и логика, чем меньше воздушный зазор, тем больше становится сила притяжения, и тем с большей скоростью магнитопроводы соединяются. В результате, процесс коммутации занимает сотые доли секунды.

Существуют токовые реле разных типов исполнения

  • К подвижной части магнитопровода жестко прикреплены подвижные контакты. Они замыкаются с неподвижными контактами и сигнализируют, что сила тока на катушке реле достигла установленного значения.

Регулировка тока возврата токового реле

  • Для возврата в исходное положение, сила тока в реле должна уменьшиться как на видео. Насколько оно должно уменьшится, зависит от так называемого коэффициента возврата реле.

Оно зависит от конструкции, а также может настраиваться индивидуального для каждого реле за счет натяжения или ослабления пружины. Это вполне можно сделать своими руками.

Назначение и способы подключения токового реле

Реле тока и напряжения, являются основными элементами практически всех основных защит. Поэтому, давайте более детально разберемся с их сферой применения и схемой подключения.

Назначение токового реле

И в первую очередь, давайте разберемся, а зачем собственно говоря нужно это токовое реле? Для ответа на этот вопрос нам следует немного погрузиться в теорию. Но мы постараемся сделать это максимально поверхностно и доступно.

  • Любая электроустановка имеет два основных параметра своей работы — это ток и напряжение. Контролируя эти два параметра, можно оценить работоспособность оборудования и вероятные неисправности.
  • Реле тока, как несложно догадаться, контролирует ток. И если его уменьшение говорит лишь о снижении нагрузки, то его увеличение в большинстве случаев говорит о серьезных неисправностях. Дабы не рассматривать вопрос более детально, давайте возьмем в качестве примера электродвигатель.

Релейная схема защит электродвигателя

  • Электродвигатель имеет номинальный ток, например, 50А. Незначительное увеличение тока, допустим до 55А, сигнализирует о перегрузе. В этом случае, двигатель не должен отключаться немедленно, ведь перегруз может носить временный характер, и согласно ПУЭ, большинство электродвигателей допускается периодически перегружать.
  • Но длительный режим работы с повышенным номинальным током может сигнализировать о неисправности механической части или других проблемах. Поэтому, после нагрузки, через определенный промежуток времени, двигатель должен быть отключен.
  • Схема реле тока и реле времени позволяет обеспечить такую защиту. При увеличении тока выше номинального значения в 50А, срабатывает токовое реле. Своими контактами оно запускает в работу реле времени, которое отсчитывает допустимое время работы двигателя в перегаженном состоянии. Если за этот период времени токовое реле не отпало, то реле времени срабатывает и отключает электродвигатель.

Обратите внимание! Защита от перегруза должна быть отстроена от времени пуска двигателя. Как известно, при пуске пусковой ток может доходить до десятикратного номинального (обычно пяти- или шестикратное). Поэтому, для исключения ложного срабатывания защиты от перегруза, время срабатывания реле времени должно быть больше времени разворота двигателя.

  • Теперь возьмем другую ситуацию. На нашем двигателе происходит короткое замыкание. Его необходимо отключить в максимально сжатые сроки. Короткое замыкание характеризуется резким возрастанием тока. В зависимости от вида короткого замыкания, эти токи могут превышать значения 10-кратного номинального значения.
  • Исходя из этого, нам нужно поставить реле тока, схема которого будет реагировать на такой ток, и сразу же отключать его. Такую защиту называют токовой отсечкой. Когда защита мгновенно отключает электрооборудование при достижении определенного значения тока.

Токовые реле с выдержкой времени

  • Но бывают короткие замыкания, которые имеют не такие большие токи. В этом случае, реле тока и схема его подключения несколько изменяется. Ее принцип действия похож на защиту от перегруза, только чем больше ток, тем быстрее она отключит наш электродвигатель. Достигается это за счет объединения в одном устройстве и реле времени и тока. Такая защита называется максимальной токовой.

Токовые защиты, встроенные в выключатель

  • Существуют так же защиты от однофазных замыканий на землю, защиты от токов обратной последовательности, дифференциальные защиты, дистанционные защиты и множество других релейных схем, которые используют реле тока.

Но это уже более специфические защиты, которые требуют более глубоко понимания процессов. Поэтому в нашей статье мы не будем их рассматривать.

Схемы подключения токовых реле

Разобрав устройство и назначение реле тока, можно перейти к вопросу их подключения. Существует два основных варианта – непосредственно или через трансформатор тока.

Давайте рассмотрим каждый из этих вариантов:

  • Непосредственно могут подключаться реле к электроустановкам напряжением до 1000В. Это связано с тем, что при большем напряжении размеры реле пришлось бы значительно увеличивать для обеспечения соответствующей изоляции и протекания больших токов. А из-за этого увеличилась бы и цена реле.

Непосредственное подключение токового реле

  • Потребители до 1000В обычно не самые ответственные, поэтому защита реализуется на одной или двух фазах. Но возможен вариант реализации защит и на всех трех фазах. Для этого просто последовательно с нагрузкой включается катушка токового реле на одной или нескольких фазах.

Токовое реле

  • Многие токовые реле содержат две катушки. Для них может применяться последовательное или параллельное соединение обмоток реле тока. Это необходимо для изменения пределов срабатывания реле.
  • В качестве примера, возьмем реле РТ 40. При параллельном подключении катушек, ток срабатывания варьирует в пределах 0,1 – 100А. При последовательном подключении обмоток, предел срабатывания можно регулировать в пределах 0,2 – 200А.

Обратите внимание! Если вам необходим предел срабатывания в 0,1 – 100А, то в принципе вы можете вовсе не подключать вторую обмотку.

Трансформатор тока 6 – 10кВ

Трансформатор тока 110кВ и выше

  • Значительно чаще, электрические схемы соединения реле тока предполагают использование трансформаторов тока. Эти устройства позволяют преобразовать любой ток до значений в 1 или 5 А.

Схема подключения реле тока через трансформатор тока

  • Такие потребители обычно относятся к ответственным, поэтому токовые защиты реализуются по каждой фазе. Принцип подключения прост. Катушка реле просто подключаются к выводам трансформатора тока.

Внимание! Но тут следует помнить, что трансформаторы тока и вся вторичная коммутация работают в режиме близком к короткому замыканию. Поэтому разкорачивание таких цепей чревато повреждением трансформатора тока, а также серьезными последствиями для человека. Поэтому прежде чем выполнять какие-либо переключения в токовых цепях их следует закоротить перемычкой. Или же производить переключения на электрооборудовании, выведенном в ремонт.

Вывод

Реле тока и электрическая схема его подключения имеет множество нюансов. Если вдаваться в каждый, то получится полноценный учебник. Наша же цель была дать вам общие представления о данном реле максимально доступным языком. Поэтому некоторые вопросы в нашей статье раскрыты не полностью или же упрощенно. Более детально по каждому аспекту следует разбираться, исходя из существующих условий.

Реле переменного тока – принципы работы и разновидности

Реле переменного тока твердотельное

Схемотехника различных электрических и электро-механических устройств предполагает наличие элемента, который должен в определенный момент времени включать и отключать подачу электрического тока. Если говорить техническим языком, то релейный элемент – это устройство с несколькими состояниями равновесия, каждое из которых может быть сменено на другое при определенных внешних воздействиях или направленном управлении.

Реле переменного тока – прибор для коммутации в автоматическом режиме для электрических цепей по управляющему сигналу. Помимо этого эти устройства могут дополнительно выступать в роли усилителей, элементами управления к электродвигателям и исполнительным устройствам.

  • Основные рабочие характеристики Как работает реле
  • Прочие характеристики
    Электромагнитные реле Механическая и тяговая характеристики устройств

Назначение и виды

Реле контроля тока – это устройство, которое реагирует на резкие перепады величины поступающего электрического тока и при необходимости отключает питание определенного потребителя или всей системы электрообеспечения. Его принцип действия основан на сравнивании внешних электрических сигналов и мгновенном реагировании при их несовпадении с параметрами работы прибора. Используется для работы генератора, насоса, двигателя автомобиля, станочного оборудования, бытовых приборов и прочего.

OptiDin ОМ-110

Фото — OptiDin ОМ-110

Существуют такие виды приборов постоянного и переменного тока:

  1. Промежуточные;
  2. Защитные;
  3. Измерительные;
  4. Давления;
  5. Времени.

Промежуточное устройство или реле максимального тока (РТМ, РСТ 11М, РС-80М, РЭО-401) применяется для размыкания или замыкания цепей определенной электрической сети при достижении определенного значения тока. Чаще всего используется в квартирах или домах с целью повышения защиты бытового оборудования от скачков напряжения и силы тока.

схема РТЗ – 50

Фото — схема РТЗ – 50

Принцип действия теплового или защитного прибора основан на контроле температуры контактов определенного прибора. Оно используется для защиты приборов от перенагревания. К примеру, если утюг перегреется, то такой датчик автоматически отключит питание и включит его после остывания прибора.

РСТ-80АВ

Фото — РСТ-80АВ

Статическое или измерительное реле (РЭВ) помогает замыкать контакты цепи при появлении определенного значения электрического тока. Его главное назначение – это сравнение имеющихся параметров сети и необходимых, а также быстрое реагирование на их изменение.

Реле давления (РПИ-15, 20, РПЖ-1М, FQS-U, FLU и прочие) необходимо для контроля жидкости (воды, масла, нефти), воздуха и т. д. Используется для отключения насоса или прочего оборудования при достижении установленных показателей давления. Часто используются в водопроводных системах и на станциях техобслуживания авто.

Реле выдержки времени (производитель EPL, Danfoss, а также модели РТВ) необходимы для управления и замедления реагирования определенных приборов при обнаружении утечки тока или других неполадках в сети. Такие приборы релейной защиты применяются как в быту, так и в промышленности. Они препятствуют преждевременному включению аварийного режима, срабатыванию УЗО (оно же дифференциальное реле) и автоматических выключателей. Схема их установки часто сочетается с принципом включения в сеть защитного оборудования и дифов.

Помимо этого также бывают электромагнитные реле напряжения и тока, механические, твердотельные и т. д.

Твердотельное реле – это однофазное устройство для коммутации больших токов (от 250 А), обеспечивающее гальваническую защиту и изоляцию электрических цепей. Это, в большинстве случаев, электронное оборудование, предназначенное для быстрого и точного реагирования на возникновение проблем в сети. Еще одним преимуществом является то, что такое токовое реле можно сделать своими руками.

По конструкции реле классифицируются на механические и электромагнитные, а сейчас уже, как сказано выше, на электронные. Механическое может использоваться в различных условиях работы, для его подключения не требуется сложная схема, оно долговечное и надежное. Но вместе с этим, недостаточно точное. Поэтому сейчас в основном используются его более современные электронные аналоги.

РТ85

Фото — РТ85

Преимущества и недостатки использования ЭМР

Основными аргументами в пользу использования в схеме управления электрическими цепями электромагнитного реле становится:

  • стойкость к воздействию на сети импульсных перенапряжений;
  • способность электроизоляции выдерживать до 5 кВ между контактами и управляющей катушкой;
  • незначительное падение напряжения на контактах в замкнутом состоянии;
  • возможность коммутации нагрузок до 4 кВт при размере менее 10 см³;
  • низкие показатели тепловыделения;
  • наличие гальванической развязки между контактной группой и цепями управления;
  • сравнительно доступная стоимость.

Среди «минусов» такого технического решения стоит выделить ограниченный механический ресурс оборудования, высокое потребление тока, создание помех в момент срабатывания.

Читайте также:  Правильное утепление стен изнутри частного дома своими руками несколькими способами

Конструкция и принцип работы

Реле постоянного тока состоит из следующих элементов:

  1. Электромагнита;
  2. Контактов;
  3. Якоря;
  4. Пружин;
  5. Отводы для соединения с сетью.

Когда регулятор включается в сеть, катушка начинает получать электрическую энергию. После этого якорь притягивается к металлическому сердечнику и происходит перелет контактов. Вместе с этим происходит замыкание контактов приборов, подключённых в цепь реле. При этом если электрический ток не подается (к примеру, при отсутствии электричества) или подается, но неравномерно (в сети наблюдаются скачки), то контакты присоединенных устройств оттягиваются вверх, после чего цепь размыкается.

чертеж

Фото — чертеж

Действие может варьироваться в зависимости от конструкции и назначения прибора. К примеру, твердотельные реле (ТТР) типа KIPPRIBOR содержат в конструкции дополнительные силовые ключи на симисторах и тиристорах, что повышает их эффективность. Отдельно нужно отметить пропускную способность, ведь есть устройства, рассчитанные на малые токи и большие.

конструкция

Фото — конструкция

Основные сферы применения в системах автоматики

В большинстве случаев ЭМР применяют для переключений нагрузок при коммутационном токе 10–16 А в сетях переменного (220 В) или постоянного (5–24 В) тока. Такие технические характеристики позволяют использовать реле для защиты таких электроустановок как маломощные двигатели, нагреватели, электромагниты, другие потребители мощностью до 4 кВт. Кроме того, реле применяют для управления цепями

  • КИПиА;
  • систем сигнализации;
  • промышленной автоматики;
  • систем удалённого регулирования.

Особенно эффективны ЭМР при работе с низковольтными индуктивными нагрузками с малой постоянной времени (до 10 мс). При этом токовые перегрузки при пуске невелики, а при отключении оборудования не происходят скачки напряжения. Способность устройства коммутировать сложные нагрузки обеспечивается их комплектацией контактными группами, рассчитанными на соответствующие токи.

контактные группы

Технические характеристики

Выбор реле – это довольно серьезная задача, для осуществления которой очень важно подобрать максимально подходящий прибор. Рассмотрим описание и параметры нескольких популярных устройств отечественного и зарубежного производства.

РП 8 – промежуточная модель, включаются только для временного контроля, не используются для постоянного мониторинга. Доступные и простые в эксплуатации.

Ток, А8
Напряжение, В24
Отключение Uн, В0,7
Климат–20 +40° С
Долговечность, число срабатываний1 млн
Сопротивление, Ом92
Время срабатывания, сек0,6

SG/C-1RW – это калориметрическое однофазное реле вентилятора для контроля потока воздуха. Инструкция по эксплуатации также говорит о том, что их можно использовать в системах кондиционирования.

Ток, А6
Напряжение, кВ1,5
Изменение потока, м/с0,1–30
Температурный градиент, градусы15
Рабочее давление, бар10
ЗащитаIP67

Нейтральные малогабаритные реле тока чаще всего используются в железнодорожном транспорте, рассмотрим характеристики модели НМШМ1-1000/560 на 24 В и параметрами срабатывания 45.

ОбмоткаМедная
Сопротивление катушек, Ом1000/560
Перегрузка, В45 В
Напряжение, В24

РТД – это двухстабильное устройство, которое применяется в системах аварийного обеспечения, они работают как от постоянного, так и от переменного электричества. Главным отличием является то, что устройство может использоваться для включения в сеть при повышенных вибрациях и даже сейсмологической активности. РТД 11:

Напряжение, В40
Ток, А0,05
Время срабатывания, с0,1
Износостойкость, млн4
Погрешность срабатывания, %10

Отдельно нужно сказать про трехфазное реле максимального тока РТ40, которое используется в сетях аварийного обеспечения, как устройство косвенного действия. РТ40/2:

Уставки тока, А0,5…2,0
Срабатывание, А0,5…1,0
Износостойкость40млн
Напряжение, В24
Климатическое исполнениеУХЛ

РТФ-8 – реле обратного действия или последовательности. Обозначение:

Датчик-реле потока воздуха ДРПВ-1:

Скорость потока, м/секот 4,0 до 10
Сечение воздуховода, мм150х180
Взрывозащита1ExdIIBT4
Выходной сигнал0,05 до 0,5 А
Параметры окружающей средыот — 10 до + 50 98% при температуре 35°С
Габаритные размеры, мм276x143x248

Видео: реле контроля тока

Проверка при первом включении

После монтажа нового устройства или отремонтированного ЭМР (после перемотки его катушек) обязательно проведение проверки оборудования. Полный комплекс работ включает в себя следующие операции.

  • Внешний осмотр, внутренняя диагностика и обслуживание (чистка, целостность пломб, состояние уплотнений, выводов).
  • Проверка контактной группы, механизма. При обнаружении дефектов выполняется их регулировка.
  • Тестирование ЭМР на соответствие фактических технических характеристик номинальным параметрам при срабатывании реле, возврате, удержании.
  • Проверка электрической прочности изоляции.
  • Проверка времени задержки при срабатывании или возврате.
  • Тестирование системы в условиях работы при пониженном напряжении.

Тестирование системы

Принцип действия

Принцип действия электромагнитного токового реле
Электромагнитный прибор срабатывает за счет э/м связи, создаваемой при протекании переменного тока через катушку и вызывающей притягивание обеих половинок сердечника. В этом простом на первый взгляд действии скрыты некоторые нюансы:

  • имеющаяся на подвижной части пружина противодействует сближению двух его половинок;
  • преодолеть ее сопротивление удается только при определенной силе тока в катушке;
  • это значение и является основным показателем, характеризующим работу токового реле.

При появлении тока в катушке в сердечнике наводится ЭДС, за счет которой половинки притягиваются, но не до конца – сделать это им мешает пружина. При достижении им определенного значения ЭДС становится настолько большой, что преодолевает ее сопротивление.

Для возврата системы в первоначальное положение силу тока в реле потребуется уменьшить до определенной величины, зависящей от коэффициента возврата. Этот показатель связан с особенностями конструкции реле токов и напряжений и настраивается для каждого из них индивидуально. Для этого достаточно отрегулировать силу натяжения пружины, что можно сделать самостоятельно.

Устройство и принцип действия реле минимального тока

Применение реле тока и напряжения

Реле минимального тока — это защитное устройство, которое помогает предотвратить резкие перепады в сети и уберечь различные электрические приборы от поломок. Принцип его действия основан на контроле напряжения и отключении всей цепи в случае снижения этого показателя ниже установленного значения. Это приспособление используется для защиты трансформаторов, приводов электромоторов и прочих дорогостоящих устройств.

Общие сведения об устройстве

Перед тем как устанавливать токовое реле, необходимо подробно изучить его составные части, принцип действия и разновидности. Вся эта информация поможет выбрать максимально эффективный вариант для каждого конкретного устройства.

Устройство реле напряжения

Это защитное приспособление считается одним из наиболее эффективных и надёжных. Свою популярность оно получило благодаря простой конструкции и лёгкости установки. Реле качественно выполняет свои функции и помогает предотвратить поломку оборудования в случае возникновения аварийной ситуации.

Реле тока состоит из следующих элементов:

  • электромагнит, имеющий один или несколько участков с воздушным зазором;
  • катушка;
  • пружина;
  • возвратная пружина;
  • колодка;
  • полюсный наконечник;
  • якорь;
  • корончатая гайка;
  • регулировочный винт;
  • контакты.

Принцип действия

Токовое реле, как и любая другая защитная конструкция, используется для аварийного отключения цепи от источника питания. Оно помогает продлить срок службы оборудования и избежать негативного воздействия различных факторов.

Принцип работы устройства:

Реле тока и напряжения

  1. Регулируется величина тока срабатывания путём изменения силы натяжения возвратной пружины. Делается это при помощи корончатой гайки и винта, определяющего величину воздушного зазора в электромагните.
  2. Катушка подключается к цепи возбуждения аппарата, на котором установлено реле минимального тока.
  3. Как только ток в цепи достигнет величины срабатывания (минимально допустимого значения), сила притяжения якоря к полюсному наконечнику станет больше противодействующей силы пружины, закреплённой в колодке.
  4. Всё это приведёт к включению приспособления, а также замыканию и размыканию контактов.

Разновидности приспособлений

Разновидности реле тока

В бытовых и промышленных приборах используется большое количество различных реле тока (максимального и минимального). Все они выполняют одни и те же функции, но обладают рядом отличительных характеристик. Благодаря этому можно подбирать оптимальную конструкцию для каждого конкретного устройства.

Индукционные реле — эта разновидность токового реле применяется для защиты устройств, работающих на переменном токе. Принцип их действия основывается на взаимодействии электрического тока, индуцированного в проводнике, и переменного магнитного потока.

Специалисты разделяют все индукционные реле на 3 основные группы:

  1. С диском. Это наиболее распространённые и часто используемые приспособления. Широкое применение они получили благодаря простоте конструкции и большому моменту вращения. Главная их деталь представляет собой диск из алюминия с контактной системой, закреплённой на его оси. Кроме этого, реле содержит стальной магнитопровод с обмоткой. При прохождении по нему переменного тока возникает магнитный поток, замыкающийся на полюсах. В результате этого образовывается электродвижущая сила и проходит ток, создающий ещё один магнитный поток. Оба они взаимодействуют между собой и позволяют реле отключать цепь.
  2. С рамкой. Это устройство используется немного реже, но также обладает рядом достоинств. Среди них выделяется максимальная скорость срабатывания и повышенная чувствительность к резким падениям напряжения. Недостаток у него один — слабый момент вращения. В индукционных реле такого типа магнитный поток способствует созданию тока в рамке (замкнутой обмотке), находящейся в магнитном поле другого потока, сдвинутого по фазе. Всё это приводит в действие защитный механизм и позволяет ему сработать в нужное время.
  3. Со стаканом. Это приспособление оснащено специальным подвижным элементом (стаканом). Он совершает вращательные движения в магнитном поле потоков системы, расположенных под прямым углом по отношению друг к другу. Стакан оснащён небольшой цилиндрической деталью из стали, предназначенной для уменьшения показателей магнитного сопротивления. Такое защитное устройство хоть и имеет сложную конструкцию, но позволяет достичь максимально быстрого времени срабатывания защитного механизма (примерно 0,02 секунды).

Приборы электромагнитного действия

Электромагнитные реле тока разделяются на несколько подвидов. Все они имеют похожую конструкцию, но немного отличаются по принципу действия.

Электромагнитное реле тока

Среди них выделяются следующие:

  1. Нейтральные. Эти приспособления отличаются способностью эффективно работать при постоянном токе, проходящем во всех направлениях. Профессионалы выделяют 2 вида нейтральных реле: с втягивающим якорем и с угловым его перемещением. Принцип их работы примерно одинаковый и заключается в противодействии силе натяжения пружины, которая мешает прижиманию якоря к сердечнику. Этот процесс происходит только в том случае, если на обмотку поступает сигнал управления.
  2. Поляризованные. В отличие от нейтральных реле, у поляризованных имеется дополнительная обмотка и сердечник, а также контактная тяга, постоянный магнит. Устройство срабатывает только при поступлении сигнала управления нужной полярности. Всё это позволяет изменять направление тока на обмотке.
  3. Переменного тока. Исходя из названия можно понять, что это реле работает от стандартной электросети. Из-за этого величина его силы будет значительно меньше, чем у конструкций, функционирующих на постоянном токе.

У электромагнитных реле тока и напряжения, как и у любого подобного приспособления, имеются свои преимущества и недостатки. С их помощью можно выбрать наиболее подходящий вариант, который надёжно защитит аппарат от аварий и поломок.

К преимуществам относят:

Конструкция электромагнитного реле напряжения

  • сравнительно низкая стоимость;
  • отсутствие необходимости охлаждения;
  • падение напряжения на контактах практически не наблюдается;
  • высокая степень электрической изоляции;
  • способность работать при больших нагрузках;
  • отсутствие восприимчивости к различным помехам и импульсным нагрузкам.

Несмотря на большое количество преимуществ, у электромагнитных реле есть и несколько недостатков. Их обязательно нужно брать во внимание перед установкой приспособления и началом его использования. В противном случае можно столкнуться с различными непредвиденными ситуациями, которые затруднят работу прибора и приведут к возникновению поломок.

Среди недостатков выделяются:

  • появление радиопомех, возникающих во время работы силовых контактов;
  • довольно низкая скорость работы;
  • недолговечность;
  • неспособность работать при постоянном токе высокого напряжения;
  • проблемы при подключении индуктивных потребителей.

Дифференциальные и электронные

Электронное реле тока

В большинстве случаев дифференциальные токовые реле используются для обеспечения безопасной работы силовых трансформаторов. При нормальной работе цепи показатели тока на входе и выходе будут примерно одинаковыми, но при появлении каких-либо проблем этот баланс нарушится. Реле фиксирует значения тока и в случае выявления отклонений от нормы замыкает контакты. Следствием этого становится подача команды на отключение аварийного участка от электроснабжения.

Довольно часто такие реле используются в бытовых и промышленных приборах. Они помогают уберечь такие устройства:

  • бойлеры;
  • оргтехника;
  • различные бытовые аппараты;
  • осветительные приборы.

Кроме этого, дифференциальные реле защищают человека от поражения электрическим током, которое может произойти из-за контакта с корпусом неправильно работающего устройства.

Электронные реле, работающие на интегральных микросхемах, производят из полупроводниковых элементов. Они используются только в промышленности, где требуется стабильная работа устройств в условиях повышенной вибрации.

Критерии выбора

Для того чтобы надёжно защитить какое-либо устройство, необходимо правильно подобрать для него реле тока (минимального и максимального). При этом важно руководствоваться основными факторами, которые могут повлиять на работу всего механизма.

Выбор реле тока и напряжения

Основные критерии, которые следует учитывать при выборе защитного устройства:

  • минимальное значение тока, при котором оборудование будет работать эффективно;
  • показатели напряжения и силы тока в электросети;
  • условия помещения, в котором будет установлен механизм;
  • назначение устройства;
  • наличие дополнительных элементов конструкции (механизм задержки срабатывания реле);
  • диапазон показателей, которые можно настроить.

Все разновидности приспособлений имеют небольшие габариты, поэтому их легко можно установить практически на любое оборудование.

Купив требуемую модель, необходимо правильно её настроить. Эту процедуру можно выполнить при помощи специально встроенных деталей. Токовое реле легко подобрать не только для первичного монтажа, но и для замены вышедшего из строя прибора.

Техника безопасности

Токовое реле может не только защищать устройство от поломок, но и причинять вред здоровью. Это происходит в тех случаях, когда люди пренебрегают правилами техники безопасности и не берут во внимание рекомендации опытных специалистов.

Необходимые меры безопасности:

Рекомендации по эксплуатации реле тока

  • Любые работы по регулировке или проверке токового реле следует выполнять с соблюдением мер предосторожности.
  • Ремонтные или профилактические мероприятия имеют право проводить только высококвалифицированные сотрудники, имеющие большой опыт подобной работы.
  • Выполнять установку реле могут только люди, ознакомленные с инструкцией прибора и правилами техники безопасности.
  • Запрещается проводить ремонт при включённом в сеть устройстве. В противном случае есть высокая вероятность поражения электрическим током, который может стать причиной серьёзных проблем со здоровьем.
  • Нельзя использовать в работе устройство, имеющее видимые повреждения одного или нескольких элементов.
  • Перед включением оборудования необходимо проверить все контакты токового реле на наличие повреждений и каких-либо дефектов. В случае их обнаружения следует аккуратно устранить проблему при помощи специальных инструментов или их аналогов.
  • Любая износившаяся деталь конструкции должна быть сразу же заменена на новую.
  • Запрещается использовать защитное устройство при сильных вибрациях и чрезмерной запылённости.
  • Нельзя применять приспособление для защиты оборудования, работающего в помещениях с высокой влажностью или большой вероятностью попадания какой-либо жидкости.
  • Некоторые активные химические пары и газы способны разрушить изоляционный слой. Из-за этого не рекомендуется подключать реле в потенциально опасных помещениях.
  • Запрещено использовать защитное реле в помещениях, где хранятся легковоспламеняющиеся и взрывоопасные материалы.
  • Защитное устройство может работать только при температуре от -20 до +40 градусов по Цельсию и влажности не более 80%.
  • Все составные части конструкции должны соответствовать стандартам и быть правильно промаркированными. Если используется какой-либо несоответствующий элемент, то может возникнуть аварийная ситуация, которая повлечёт за собой множество дополнительных проблем.

Реле минимального тока — это эффективное защитное устройство, которое помогает избежать эксплуатации оборудования при заниженных показателях в сети. При правильном использовании и соблюдении всех рекомендаций специалистов можно значительно увеличить продолжительность работы приспособления и избежать каких-либо проблем.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ РЕЛЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Электромагнитные реле – электромеханические устройства, работа которых основана на явлениях, известных по экспериментам с электромагнетизмом. Известно, что принцип действия обычных контактных выключателей заключается в том, что металлические элементы соприкасаются и через них может течь ток. Когда они разомкнуты, воздух между ними становится непроходимой преградой для тока. А эти контакты перемещаются электромагнитом, управляемым отдельной схемой.

Читайте также:  Новогодние фотообои: как украсить дом к празднику

Электромагнит был изобретен ещё 200 лет назад и с тех пор в его конструкции мало что изменилось. Но теперь есть больше знаний и технологических возможностей для изготовления миниатюрных электромагнитов с низким энергопотреблением, с возможностью питания постоянного или переменного тока и других особенностей. Электромагнитные реле (или просто реле) – это компоненты, которые чаще всего закрываются в прямоугольный корпус с выводами для пайки или установки в разъём. Внутри находится электромагнит, металлический якорь, который перемещает контакты.

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.

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.

Термин «напряжение питания катушки» неточен, потому что каждый производитель реле должен предоставить по крайней мере два разных напряжения характеризующих катушку. Первое – это напряжение срабатывания, а второе – напряжение отпускания. Напряжение переключения близко к напряжению, указанному на корпусе.

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.

Максимальная переключаемая мощность

При поиске реле на сайтах магазинов можно встретить такие описания, как «максимальная коммутируемая мощность: 4000 ВА». Это соответствует значению, указанному производителями в примечаниях и означает произведение максимального тока на максимальное напряжение, которое может проводить данное реле. Для 16 А и 250 В переменного тока это ровно 4000 ВА.

На самом деле это бесполезное число. На это указывает диаграмма зависимости напряжения в коммутируемой обратной цепи от тока (максимальная коммутируемая мощность). В то время как для переменного тока параметры, такие как 16 А и 250 В переменного тока, верны, для постоянного тока – не совсем.

График зависимости между максимальным напряжением и максимальным током для реле определённой модели

Постоянный ток имеет очень нежелательную особенность для контактных элементов. При их отключении (размыкании) возникает электрическая дуга, которая не гаснет сразу, а продолжается до тех пор, пока расстояние между контактами не станет достаточно большим.

Во время дуги контакты плавятся, как при сварке. Переменный ток более «мягкий» по своей природе, потому что напряжение между контактами упадет до нуля максимум за половину периода, что для цепей, работающих с частотой 50 Гц, составляет всего 10 мс. Следовательно, максимальная мощность которую может переключить то же реле, размещенное в цепи постоянного тока, будет значительно ниже “переменных” 4000 Вт. При высоком напряжении 300 В максимальный ток может составлять только 200 мА, поэтому нагрузка будет потреблять только 60 Вт.

Большинство имеющихся на рынке реле средней мощности предназначены для работы в цепях переменного тока (особенно в более низком ценовом диапазоне). Постоянный ток требует оснащения реле дополнительными элементами, ускоряющими гашение электрической дуги, что увеличивает его стоимость.

Параметр минимального прямого тока и минимальной коммутируемой мощности часто указывается не в примечаниях напрямую, а в виде комментариев. Например, в спецификации к типовому реле только на третьей странице можно найти информацию, написанную маленькими буквами, о том, что минимальное коммутируемое напряжение составляет 5 В постоянного тока, а минимальный коммутируемый ток составляет 10 мА (в реле с позолоченными контактами). Эти условия должны выполняться одновременно.

Причина указанного ограничения кроется в самом характере работы контактных элементов. Когда они проводят электричество достаточно высокой интенсивности, искры, образующиеся при подключении и отключении, могут очистить их поверхность от оксидов, сульфидов и других примесей. Это называется эффект самоочищения. Для этого производители реле должны выбрать силу, с которой контакты прижимаются друг к другу, чтобы этот слой мог стираться.

Если этот процесс не выполняется должным образом, контактное сопротивление может медленно увеличиваться, пока не возникнут проблемы с проводимостью тока. Эффект особенно заметен при использовании реле, предназначенных для переключения нагрузок средней или большой мощности, в местах где протекающие токи прослеживаются, например в тракте аудиосигнала.

Явление видно еще лучше, когда реле не имеет герметичного корпуса и атмосфера внутри него содержит загрязняющие вещества из воздуха (главный виновник здесь – сера и ее соединения). Поэтому так называемые реле малосигнальные должны иметь герметичный корпус. Только в этом случае можно гарантировать, что они будут исправно работать в течение многих лет в средах с различной степенью загрязнения.

Кроме того, контакты следует покрыть подходящим металлом. Чаще всего для гальваники используют золото, но бывают и сплавы серебра и палладия, которые характеризуются гораздо меньшим сопротивлением.

Контактный ток передачи

И контакты, и металлические выводы к ним, представляют собой элементы с конечной площадью поперечного сечения. Существует ограничение на количество тока, который может проходить через них без опасения перегрева.

На значение этого параметра влияют форма контактов, контактная поверхность, материал контактов и сила их давления. Как для нормально разомкнутых (NO), так и для нормально замкнутых (NC) контактов, идентичность первых трех параметров легко достигается. Достаточно если они будут из одного материала, с использованием одинаковых форм.

Параметр усилия нажима повторить сложнее. Контакты сталкиваются с большой силой и затем удерживаются на месте якорем. Давление на замыкающие контакты обеспечивается только пружиной, которая не должна быть слишком сильной, чтобы электромагнит реле мог ее согнуть. По этой причине ток, который могут проводить замыкающие контакты, может быть больше чем ток, протекающий через замыкающие контакты. Некоторые производители правда оговаривают, что максимальный прямой ток замыкающих контактов доступен при номинальном напряжении питания катушки. Многие производители учитывают это и проектируют свою продукцию таким образом, чтобы не было разницы в параметрах между нормально разомкнутыми и нормально замкнутыми контактами.

Тип нагрузки реле

Максимальный прямой ток контактов – это параметр, который может различаться для постоянного и переменного тока. Он также может различать резистивные и реактивные нагрузки. Чаще всего резистивная нагрузка может потреблять больше тока, чем реактивная.

Некоторые производители предоставляют более подробную спецификацию в своих примечаниях к реле, например с учетом нагрузки на двигатель. Например несмотря на высокий максимальный прямой ток контактов, который достигает 16 А, максимальная мощность управляемого двигателя может составлять всего 650 Вт. Причина проста – индуктивная нагрузка представляет собой проблему для контактов из-за возникающего перенапряжения, да и пусковые токи. Поэтому с виду «сильного» реле может оказаться недостаточно.

Время переключения

Понятно что реле работают медленнее полупроводниковых приборов. В некоторых устройствах необходимо ввести соответствующие последовательности переключения. Те же пассивные регуляторы громкости. Быстрое переключение резисторов в резистивном делителе необходимо, чтобы получить ощущение плавности при быстром изменении громкости звука. Здесь следует помнить, что оставление цепи разомкнутой даже на мгновение, когда одно реле уже отключилось, а соседнее еще не сработало, может привести к очень неприятному потрескиванию из динамиков. Это недопустимо в аудиоаппаратуре высокого класса, а в студии звукозаписи вообще нонсенс.

Следует учитывать время включения следующего реле до того, как предыдущее перестанет работать. И учитывать возможное отклонение напряжения питания в сторону уменьшения, а также повышенную температуру окружающей среды, что увеличивает время переключения. Поэтому лучше предполагать, что время вдвое больше, чем указано в даташитах на реле.

Корпуса электромагнитных реле

Все большую популярность приобретают реле с герметичными корпусами, но все еще доступны реле и в негерметичном корпусе в виде пластиковой крышки, устанавливаемой на защелки. При разработке оборудования для дома или в офисе, это не имеет особого значения. Но в загрязненной или сырой среде на это стоит обратить внимание.

Разумеется только герметичные реле следует размещать в среде с повышенной влажностью. Но есть и помещения с совершенно другой спецификой, например, котельные. Воздух в них обычно сухой и теплый, но загрязнен угольной пылью и выхлопными газами. Примеси богаты серой, которая является неотъемлемым спутником всех видов углерода. Если сжигание в небольших котельных оказывает незначительное влияние на окружающую среду, то электроника внутри котельной может это сразу почувствовать. Большинство реле средней мощности имеют контакты из сплава серебра, идеально реагирующие с серой с образованием сульфида серебра, который нерастворим и не электропроводен. То есть контакты реле за короткое время сульфатируются.

Возникала такая ситуация в контроллере тонкой печи центрального отопления, где использовались реле без герметизации. Через два года печь стала «странно работать» и окончательно перестала включать насосы. Причина – сильно сульфатированные контакты реле. Внутри они были липкими от смолистой пыли. После замены на герметичный кожух печь безупречно работает долгие годы.

В своих примечаниях производители обращают внимание на использование реле с негерметичным корпусом только в местах, свободных от пыли, соединений серы и азота. Это сказывается и на классе герметичности – блоки с герметичным корпусом обычно имеют класс IP67, а обычные только IP40.

Установка элемента в разъём

Реле являются электромеханическими компонентами, поэтому они подвержены износу. В большинстве серийно выпускаемых устройств этим можно пренебречь – срок службы реле обычно больше ожидаемого срока службы устройства. Даже если реле выходит из строя (например, при сварке контактов) или преждевременно изнашивается, это простая и рутинная операция по замене компонента в сервисном центре.

Иная ситуация с приборами промышленной автоматики. В тех случаях, когда твердотельные реле (SSR) не могут быть использованы или устройство не новое, остается регулярная замена реле. Следует учитывать, что устройства часто работают в очень плохих условиях, например, с повышенной влажностью (вызывающей коррозию клемм), вибрацией, пылью (ухудшающей изоляцию) или чрезвычайно высокой или чрезвычайно низкой температурой. Тогда не остается ничего другого, как использовать розетку для реле. Некоторые из них имеют клеммы, которые позволяют как пайку в печатную плату, так и установку в розетку с прижимным зажимом, чтобы предотвратить их выпадение.

Во многих розетках контакты расположены на том же расстоянии, что и реле, установленные в них. Благодаря этому в устройство можно добавить гнездо для реле, не меняя конструкции печатной платы. Это особенно важно, когда на этапе проектирования неизвестно будет ли данное реле часто выходить из строя. Учтите что реле встроенное в розетку, обычно имеет меньший допустимый прямой ток контактов.

Бистабильное и моностабильное

Бистабильные реле становятся дешевле и доступнее, но многие разработчики пока не обращают на них внимания. В схемах с питанием от сети энергоэффективность не очень важна, но где требуется экономия энергии, они могут оказаться большим подспорьем. Для удержания якоря в одном положении не требуется приложения энергии. Потребление тока происходит при переключении контактов, которое длится несколько десятков миллисекунд, после чего его источник может быть отключен. Устройство будет оставаться в устойчивом состоянии столько, сколько надо, отсюда и название.

Типичные реле имеют только одно стабильное положение, а поддержание другого требует непрерывного протекания тока через катушку.

Есть два типа бистабильных реле: с одной катушкой и с двумя. В случае двухкатушечных реле все просто, потому что одна из них используется для «включения», а другая для «выключения», то есть для переключения контактов в положения 1 и 2.

Бистабильные реле доступны как реле малой мощности, так и средней, для переключения устройств с питанием от сети с потреблением тока в несколько ампер. Практически каждая крупная компания занимающаяся производством реле, имеет их в своем предложении, поэтому выбор действительно велик.

Использование в электронике

Помимо защиты электроники от разрушительных последствий переключения катушки (имеется в виду импульс самоиндукции, возникающий при затухании тока в катушке), стоит защитить ее и от помех, создаваемых искрящими контактами. Особенно страдают микроконтроллеры, работающие рядом с реле, что может вызвать сбой программы. Наблюдения показывают, что это особенно верно для нагрузок с высокой индуктивностью, таких как электромагнитные клапаны 220 В переменного тока. Примером такой схемы защиты является последовательная RC-цепь. Это могут быть другие конфигурации, включая, например, переходной диод или, в цепях постоянного тока, быстродействующий полупроводниковый диод.

Выводы

  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.

Форум по обсуждению материала ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ РЕЛЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА

В каком направлении течет ток – от плюса к минусу или наоборот? Занимательная теория сути электричества.

Обзор ещё нескольких схем и готовых конструкций Gauss Gun с Алиэкспресс.

Микрофоны MEMS – новое качество в записи звука. Подробное описание технологии.

Что такое OLED, MiniLED и MicroLED телевизоры – краткий обзор и сравнение технологий.

Ссылка на основную публикацию