Електричне реле пристрій, в якому при досягненні виразно значення вхідної величини, вихідна величина змінюється стрибком - вихідні контакти або замикаються - у керованому ланцюзі з'являється струм (Напруга), або розмикаються. Реле застосовують в ланцюгах управління з струмом менше 1 А. Вхідний величиною реле можуть бути механічні, теплові, електричні і інші зовнішні впливи.
Широке поширення отримали електричні реле (електромагнітні, магнітоелектричні, електродинамічні, індукційні), які реагують на зміни струму (напруги) в обмотці управління (намагничивающей обмотці).
На рис 2.15, а показано пристрій найпростішого електромагнітного реле клапанного типу: при певній МДС в ланцюзі управління виникає електромагнітна сила F тяжіння якоря 3 до ярму 1 перевищує силу протидіє пружини 2. Реле спрацьовує, повітряний зазор зменшується, клапан 4 натискає на рухливий контакт 5 і притискає його з силою F, яка залежить від значення повітряного зазору в кінці ходу якоря, до нерухомого контакту 6.
Керована ланцюг (ланцюг управління) замикається, виконавчий елемент 7 виробляє потрібні дії. Контакти реле в початковому положенні можуть бути як розімкнуті, так і замкнуті, в останньому випадку при спрацьовуванні реле вони розмикаються - дія яких-небудь пристроїв припиняється. Спочатку відкриті (прикінцеві) контакти зображують на схемах, як показано на рис. 2.16, а, спочатку закриті (розмикаючих) контакти мають умовне позначення, показане на рис. 2.16, б.
Багато електромагнітні реле мають кілька контактних пар, тоді їх використовують для управління декількома електричними ланцюгами.
Електричні реле виконують безліч функцій, пов'язаних з контролем режимів роботи важливих елементів електричного кола генераторів, трансформаторів, ліній передач, різних приймачів.
Цікаве відео про роботу реле дивіться нижче:
При порушенні нормального режиму того чи іншого елемента відповідне реле пускає в хід апаратуру, яка або відновлює нормальний режим роботи, або відключає пошкоджену ділянку. Такі реле - реле захисту - можуть «спостерігати» за струмом в ланцюзі (струмовий захист), напругою на окремих ділянках (захист по напрузі), змін потужності ( реле потужності ), Зміною частоти струму і т. Д.
Залежно від значення або напрямку вхідної величини, що приводить до спрацьовування реле, розрізняють реле : Максимальні, мінімальні, направленої дії, диференціальні та ін.
Залежно від часу спрацьовування - відрізка часу від моменту появи керуючого впливу до моменту замикання контактів реле - розрізняють реле швидкодіючі (tср <0,05 с), нормальні (t ср = 0,05-0,25 с) і з витримкою часу ( реле часу ).
Якщо реле «реагує» тільки на значення вхідної величини (струму) і «не реагує» на напрям цієї величини, то його називають нейтральним. Реле, «відчувають» полярність (напрямок) вхідної величини (напруги, струму), називаються поляризованими.
Реле за способом впливу
За способом впливу виконавчого елемента реле на керовану величину розрізняють:
- реле прямої дії, в яких виконавчий елемент (у електромеханічних реле виконавчим елементом є рухома контактна система) безпосередньо впливає на ланцюг управління,
- реле побічної дії, в яких виконавчий елемент впливає на контрольоване коло через інші апарати.
Реле за способом включення сприймає елемента
За способом включення сприймає елемента розрізняють первинні, вторинні і проміжні реле.
Сприймає елементом електромагнітних реле є електромагніт, що перетворює керуючий струм (Напруга) в переміщення якоря щодо ярма.
Що сприймають елементами інших електричних реле можуть бути електромагнітний механізм, індукційна система, електродинамічний механізм і т. Д.
Сприймає елемент первинних реле включається безпосередньо в контрольовані ланцюга. У вторинних реле сприймає елемент включається в контрольовані ланцюга через вимірювальні трансформатори. Проміжні реле працюють в ланцюгах виконавчих елементів інших реле і призначаються для посилення і перетворення сигналів первинних або вторинних реле.
реле захисту
Розглянемо пристрій і принцип дії електромагнітних реле струмового захисту - реле максимального струму. Електромагнітні реле, які отримали дуже широке поширення, за конструктивним виконанням сприймає елемента бувають клапанного типу і з поворотним якорем.
Реле клапанного типу (див. Рис. 2.15, б) широко застосовують в якості реле максимального струму. Позначення на рис. 2.15, б: 1 - котушка збудження; 2 - ярмо; 3 - клапан (якір); 4 - контактна група.
Котушка збудження реле струму РТ включається послідовно в контрольоване коло (рис. 2.17)
. При токах / в цьому ланцюзі, що перевищують допустимі значення, сила тяжіння якоря до ярму долає опір пружини і призводить до розмикання або замикання контактів Р ~ в ланцюзі управління іншого апарату (рис. 2.17, а, б) - апарату КМ.
Розмикання контактів РТ в ланцюзі апарату (реле) КМ (рис. 2.17, а) призводить до розмикання контактів КМ в контрольованому колі живлення приймача, т. Е. Ланцюг струму / розривання (одночасно розмикаються контакти КМЬ шунтуватися кнопку «Пуск»). Зникнення струму / в ланцюзі збудження реле струму Рт призводить знову до замикання його контактів Рт (контакти цього реле при відсутності струму в його обмотці завжди замкнуті), але тепер ланцюг збудження реле КМ розімкнути, так як кнопка «Пуск» не включена і розімкнуті контакти KMj . Для включення ланцюга живлення приймача слід знову натиснути кнопку «Пуск», реле КМ спрацює і замкне свої контакти КМ}.
Кнопку «Пуск» після цього можна відпустити, так як ланцюг збудження реле КМ продовжує бути замкнутої через шунтуючі кнопку «Пуск» контакти КМР. Спрацьовування реле Рт на схемі рис. 2.17, 6 призводить до замикання спочатку розімкнутих контактів Рт в ланцюзі реле КМ.
Реле КМ спрацьовує і розмикає свої спочатку замкнуті контакти КМ, шунтуватися резистор R в ланцюзі живлення приймача.
При цьому послідовно з приймачем включається резистор з опором R і тим самим значення струму в ланцюзі обмежується. коли струм знизиться до нормального значення, реле РТ «відпустить» свої контакти Рт, реле КМ відключиться і резистор R буде знову зашунтірован контактами КМ.
В якості струмових реле застосовують також реле з поворотним якорем (рис. 2.18), де між полюсами електромагніту / поміщений якір 3 з магнітомягкого матеріалу. За відсутності струму в обмотці збудження 2 пружина 4 утримує якір в такому положенні, що контакти 5 і 6 розімкнуті, т. Е. Ланцюг управління розімкнути. коли струм в обмотці збудження електромагніта досягне значення, при якому сила, яка прагне повернути якір до ярму, перевищить силу протидії пружини, якір повернеться, контакти 5 і 6 замкнуться, в керованої ланцюга відбудеться бажану зміну режиму.
Ще одне відео про роботу електромагнітного реле:
Обертання повідця, пов'язаного з пружиною, викликає зміна сили протидії пружини 4 і, отже, настройку реле на необхідний струм спрацьовування.
Значення струмів спрацьовування вказують на шкалі. Це ж реле може бути використано для контролю значення напруги на какомлибо елементі. В цьому випадку його обмотка збудження, очевидно, повинна мати значно більшу кількість витків із проведення меншого діаметра в порівнянні з обмоткою струму.
Захист приймача від неприпустимого зниження напруги на ньому можна здійснити за допомогою реле мінімальної напруги, включеного за схемою рис. 2.19.
якщо напруга джерела відповідає необхідному напрузі, то реле Рн спрацьовує і його спочатку розімкнуті контакти Рн замикаються (позиції 5 і 6 на рис. 2.18). Натиснувши кнопку «Пуск», замикають ланцюг збудження реле К і за допомогою його контактів До приймач підключається до джерела.
якщо напруга джерела зменшується нижче допустимої межі (що визначається настроюванням реле Рн), то сила протидії пружини 4 (див. рис. 2.18) долає силу тяжіння якоря 3 до ярму 1 і контакти 5, 6 розмикаються. Ланцюг струму збудження реле К (рис. 2.19) розмикається, і приймач відключається від джерела.
Для захисту електротехнічних пристроїв від струмів перевантаження, коли тривала експлуатація пристрою в такому режимі може викликати вихід його з ладу за рахунок неприпустимого перегріву, застосовують теплові реле .
Теплове реле (рис. 2.20, а) складається з біметалічної пластини 2, яка знаходиться в тепловому полі нагрівача 7, включеного послідовно з контрольованим об'єктом (приймачем), і контактів 4. Якщо контрольований струм / Більше допустимого, то через деякий час біметалічна пластина 2 під дією надлишкової теплоти нагрівача 1 зігнеться, так як її нижній шар розширюється (подовжується) більше, ніж верхній. Пластина 2 звільняє засувку 3, яка під дією пружини повертається, і контакти 4размикаются. Схема включення теплового реле представлена, наприклад, на рис. 2.20, 6, де видно, що при спрацьовуванні теплового реле його контакти розривають ланцюг харчування реле К і відключають приймач від джерела. Після охолодження біметалічної пластини, реле механічним шляхом повертається у вихідне положення.
Реле управління і автоматики ( вказівні та сигнальні реле ). Електромеханічні реле управління являють собою слабкострумові апарати, призначені для виконання логічних і вимірювальних функцій у системах управління. Для характеристики роботи реле вводять ряд коефіцієнтів. Якщо розглядати реле в якості нелінійного елемента, зв'язок вхідний / вх і вихідний / вих величин яких зображена на рис. 2.21, то можна ввести коефіцієнт повернення Кв як відношення вхідної величини / п, при якій реле спрацьовує, до значення цієї ж величини / відп, при якій реле відпускає.
Цей коефіцієнт залежить від співвідношення тягової характеристики Fx (/ в) реле (рис. 2.22) і характеристики Fnp (lB) протидіє пружини.
На початку процесу спрацювання реле при Iвх = Iп зазор максимальний (l в нач) і сила тяжіння F1 якоря до ярму трохи більше сили стиснення Fnp протидіє пружини. В кінці процесу спрацювання реле зазор мінімальний (/ в кін) і сила Fx тяжіння якоря до ярму при тому ж струмі / п вже більше сили F, що необхідно для надійного замикання контактів реле. Відключення реле відбудеться при струмі / вх, рівному струму / відп, т. Е. Коли сила F = F2 стане менше сили Fnp. Чим менше величина ДР = Fl - F2 (рис. 2.22), тим, очевидно, вище коефіцієнт повернення, менше різниця в значеннях струму спрацьовування / п і струму відпускання / відп. Забезпечити високий коефіцієнт повернення можна лише у реле з малим ходом якоря, при зменшенні тертя в механізмі, використання феромагнітних матеріалів з вузькою петлею гистерезиса. Для підвищення надійності спрацьовування реле потрібно забезпечити виконання умови / вх> / п. Необхідна перевищення струму / вх над значенням 1п називають коефіцієнтом запасу.
чутливість реле
Важливим параметром реле є чутливість, т. Е. Потужність Ру в ланцюзі управління, при якій спрацьовує реле.
У високочутливих реле Ру <10 мВт, реле нормальної чутливості спрацьовують при Ру = 1-5 Вт, реле низької чутливості при Ру = 10-20 Вт.
Потужність в ланцюзі, яку коммутируют контакти реле Р к, значно перевищує потужність ланцюга управління. Ставлення цих потужностей називають коефіцієнтом посилення (управління) реле:
Значення Ку у високочутливих реле досягає декількох тисяч.
За значенням потужності Рк реле поділяють на сільноточние (Рк> 500 Вт), нормальної потужності або проміжні (Рк <150 Вт в ланцюгах постійного струму і Рк <500 ВА в ланцюгах змінного струму) та слабкострумові реле систем автоматики, управління, зв'язку (Рк < 50 Вт в ланцюгах постійного струму і Рк <120 ВА в колі змінного струму).
Конструкції проміжних реле досить різноманітні. Застосовуються реле клапанного типу (рис. 2.23), призначені для роботи в колах постійного і змінного струмів. На рис. 2.23 видно контактна система 7, яка містить кілька пар контактів, комутуючих ланцюги ab, cd, ef. Магнітна ланцюг реле має центральний сердечник (ярмо) 4, обмотку збудження 5, що включається в ланцюг керуючого сигналу / у, і якір J, який при своєму русі до ярму 4 за допомогою траверси 2 замикає контактні групи ab, cd9 ef. Якщо це реле призначене для роботи в ланцюгах змінного струму, то муздрамтеатр виконують шихтованим.
У конструкції слабкострумових реле прагнуть зменшити габаритні розміри, але одночасно підвищити розриваємо потужність (Рк) і швидкодія.
Сучасні слабкострумові реле здатні виробляти 200-300 млн спрацьовувань за термін служби. Одна з конструкцій слабкострумових реле показана на рис. 2.24.
Всі розглянуті реле відносяться до типу нейтральних, т. Е. Які не реагують на полярність електричного сигналу в ланцюзі управління вони спрацьовують при будь-якому напрямку струму в обмотці збудження. У випадках, коли потрібно, щоб реле спрацьовувало при певному напрямку струму, застосовують поляризовані реле.
У поляризованому реле в магнітну ланцюг включається постійний магніт 2 (рис. 2.25). Цей магніт створює основний магнітний потік Ф 0, і якщо якір J реле займає середнє положення в зазорі магнітної системи, то на нього діють дві рівні за значенням і протилежні по напрямку сили тяжіння до полюсів постійного магніту. Положення якоря нестійкий, і для утримання його в середньому положенні якір зміцнюють на плоскій пружині, пружність якої створює стійкість. Якщо в котушці електромагніта 1 з'являється струм / У, то порушується додатковий магнітний потік Фу того чи іншого напрямку в залежності від напрямку магніторушійної сили.
Таким чином, змінюються результуючі магнітні потоки в зазорах між якорем і полюсами N-S постійного магніту (рис. 2.25): в одному з цих зазорів магнітний потік збільшується, в іншому - зменшується. Сила тяжіння якоря пропорційна квадрату магнітного потоку, і, отже, якір, долаючи опір пружини, притягається до того чи іншого полюсу постійного магніту - реле спрацьовує - контакти 4 замикають одну або іншу ланцюг в залежності від напрямку струму управління.
Поляризовані реле є досить швидкодіючими (час спрацьовування досягає тисячних часток секунди), чутливими (Ру = 0,01-5 мВт), дозволяють комутувати струми 0,21 А при напрузі до 24 В. Висока швидкодія дає можливість використовувати їх для комутації з частотою включень 100-200 Гц.
Тенденція до зменшення габаритних розмірів електромагнітних пристроїв зумовила появу мініатюрних герметичних електромагнітних реле, порівнянних за розмірами з напівпровідниковими елементами. Широке поширення отримують герконові реле, що володіють високою швидкодією, надійністю і дуже великим терміном служби.
Особливий клас апаратів з герконами складають реле з електромагнітної пам'яттю (рис. 2.26). Геркон / поміщений в магнітне поле магнітотверді фериту 4 з наконечниками 2. Імпульс струму в котушці 3 призводить до спрацьовування реле контакти 5 замикаються, залишаючись замкнутими і після закінчення імпульсу струму управління за рахунок намагнічування ферритового сердечника. Для відпускання реле необхідно подати імпульс струму зворотного напрямку.
Значення цього зворотного струму повинне бути таким, щоб феритовий сердечник розмагнітився, але не перемагнитилось, інакше контакти знову замкнуться.
