Люди все чаще используют в быту высоковольтные устройства, например, генераторы в качестве источника питания, трансформаторы и т. п. Поэтому нередко приходится контролировать уровень поступления тока в цепи. Именно в таком контроле заключается назначение реле.
Реле — это электрический выключатель, предназначенный для соединения и разъединения цепи при создании определенных условий. Это устройство относится к категории приборов, которые регулируют работу управляемых объектов при поступлении сигнала. Реле регулирует электрическую цепь, которая является управляемой. А цепь, через которую проходит сигнал, является управляющей.
Классификация и назначение реле
Существует основная классификация разновидностей реле, согласно которой, их принято подразделять на следующие категории и виды.
По предназначению различают такие виды реле:
- Реле управления. Применяются в низковольтных устройствах в качестве комплектующих элементов, а также как самостоятельные элементы управления;
- Реле защиты. Предназначены для защиты устройств с термоконтактами, например, электродвигателями, вентиляторами;
- Сигнализационные. Используются в автомобилях, домах, организациях, для охраны территории частного сектора, производстве и т. д.
По принципу действия подразделяются на:
- Электромагнитные. Являются более сложными устройствами и применяются в автоматике и системах контроля;
- Магнитоэлектрические. Функционируют только если присутствует постоянный ток;
- Индукционные релейные устройства работают по принципу взаимодействия магнитных потоков с индуцированными токами;
- Тепловые используются в качестве предохранителей в электрических двигателях, защищающих от перегрева;
- Полупроводниковые или твердотельные реле эффективно применяются в системах регулирования точного уровня температуры.
По контролируемой величине могут быть:
- Токовые, то есть принцип действия таких устройств основан на поступлении тока на определенный элемент конструкции, чаще всего в качестве такового выступает якорь или катушка;
- Реле мощности. Устройство работает под влиянием определенной силы, которая создается в управляемой среде;
- Устройства, работающие под действием какой-нибудь частоты на обмотку;
- Функционирующие в условиях определенного напряжения.
По способу воздействия на управляющий элемент различают:
- контактные, как видно из названия, в таких реле используются контакты, которые создают силовое поле, соприкасаясь друг с другом;
- бесконтактные реле, в них замыкание и размыкание цепи происходит посредством изменения одного из параметров цепи.
По конструкции они подразделяются на:
- электрические — применяются для включения и выключения цепи в устройствах, требующих большой нагрузки;
- герконовые — в своей конструкции имеют геркон с катушкой, то есть небольшой вакуумный баллончик, который наполняется газом;
- электротепловые, принцип работы таких реле основан на линейном расширении металлов.
Существует и много других видов, которые применяются в узкоспециализированных сферах. В качестве примера можно привести реле времени, напряжения, промежуточные и другие.
Конструкция релейных устройств
Релейные устройства простой схемы состоят из магнитов, якоря и контактов. Замыкание цепи в таком устройстве происходит посредством подачи тока на магнит, которая затем замыкает якорь с контактом. То есть, замыкание цепи является результатом замыкания якоря. Размыкание цепи происходит в обратном порядке. Когда уменьшается подача тока на магнит, якорь возвращается на первоначальное состояние, то есть размыкается, а затем размыкает цепь.
Кроме перечисленных выше составных элементов, в конструкцию релейных коммутаторов могут входить резисторы. Они обеспечивают более точную и стабильную работу устройств, а также выступают в роли конденсаторов, предотвращающих появление искр в проводе и резких скачков напряжения.
Что касается реле электромагнитного типа, то они являются более сложными устройствами как по принципу действия, так и по конструкции. Они состоят из следующих элементов:
- контактов;
- якоря;
- плоской пружины;
- обмотки;
- сердечника;
- ярмо;
- каркаса;
- основания.
Устройство включается, когда на обмотку поступает электрический ток. При достижении величины тока, необходимой для создания электромагнитной волны, пружина начинает перемещаться к поверхности ярма, при этом пружина слегка прогибаясь под воздействием магнитной волны. Действие якоря приводит в движение контакт, который оказывает воздействие на внешний контакт. А он соприкасается с проводником и цепь замыкается.
Стабильная работа реле напрямую зависит от количества электрического тока, поступающего на обмотку. Если ее будет недостаточно, то магнитная волна не может образоваться, а без нее не может работать якорь. Поэтому даже при незначительном сокращении подачи тока, устройство прекращает работу и выключается.
Некоторые из этих устройств оснащаются несколькими парами контактов, что позволяет замыкать и размыкать множество электрических цепей одновременно.
Применение на производстве и в быту
Электромагнитные коммутационные устройства являются самыми распространенными. Их часто используют в сфере производства электроэнергии. Они обеспечивают защиту высоковольтных линий и поддерживают безаварийный режим всех подключенных устройств.
Управляющие элементы релейной конструкции позволяют работать с высоким напряжением до нескольких сотен тысяч вольт.
Популярность электромагнитных реле объясняется следующим:
- элементы, которые входят в конструкцию, имеют длительный срок эксплуатации;
- имеют мгновенную реакцию на отклонение параметров, подключенных устройств от нормы ;
- могут функционировать в условиях высокого напряжения магнитных полей и исключают образование посторонних электрических потенциалов.
Электромагнитные коммутаторы применяются в целях резервирования линий электропередач и для вывода поврежденного участка из сети. Релейные устройства, а именно защита, которую они обеспечивают на сегодняшний день, считается самой эффективной.
Они также применяются в конвейерных системах управления производством. Поскольку в таких системах часто образуются паразитные потенциалы высокой мощности, которые способны легко вывести из строя полупроводниковые реле и другое подключенное к ним оборудование. Полупроводниковые системы выходят из строя из-за высокого статического электричества, которое может привести к поломке. Поэтому их заменили электромагнитными реле, а они нейтральны к статическому электричеству.
Устройства коммутации электромагнитного типа эффективно применяются в устройствах с дистанционным управлением и даже ЭВМ в качестве элементов, которые выполняют элементарные логические операции. Именно благодаря использованию таких коммутаторов ЭВМ превзошли по надежности компьютеры, которые появились позже.
Примеры по использованию реле можно привести и из жизни. Все люди используют в своей деятельности бытовую технику, холодильники, стиральные машины, телевизор и другие приборы. Их принцип работы основан на работе электромагнитных реле.
Преимущества и недостатки коммутаторов
Широкое применение электромагнитных реле в самых разных сферах деятельности обусловлено наличием ряда преимуществ по сравнению с полупроводниковыми и другими видами. Среди преимуществ можно отметить:
- способность замыкания и размыкания цепей с общей мощностью, не превышающей 4 киловатт, с объемом не более 10 кубических сантиметров;
- устойчивость к условиям резкой смены уровня напряжения в сетях, которое может возникнуть из-за разряда молнии или при работе с высоковольтным оборудованием;
- особенность конструкции, которая обеспечивает электрическую изоляцию,
- способность выделять небольшое количество тепла при низком напряжении;
- стоят гораздо дешевле относительно полупроводниковых реле.
Из недостатков выделяют:
- низкую скорость работы;
- наличие ограничений касательно ресурса как механического, так и электрического;
- образование помех в радиоволнах во время коммутационных процессов;
- наличие серьезных проблем во время замыкания и размыкания высоковольтных и индуктивных цепей постоянного тока.
Электромагнитные реле применяется в управлении производственными линиями, конвейерами, на участках с повышенными паразитными потенциалами, там, где нельзя использовать полупроводниковые элементы.
