Электромагнитное реле: устройство, маркировка, виды и особенности подключения и настройки

Электрические сигналы преобразуются в различные физические величины — такие как движение, сила, звук и т. д. — с использованием приводов. Данное устройство можно классифицировать как преобразователь, поскольку оно меняет один тип физической величины на другой.

Как правило, привод управляется или активируется сигналом низкого напряжения и дополнительно делится на двоичные и непрерывные устройства в зависимости от количества устойчивых состояний. Таким образом, электромагнитное реле представляет собой двоичный привод, поскольку имеет два стабильных состояния: включено и выключено.

Электромагнитные реле имеют широкий спектр применения, начиная от бытовой техники, где они используются для управления освещением и другими устройствами, и заканчивая промышленностью, где они могут контролировать сложные системы автоматизации. В зависимости от назначения, реле могут различаться по конструкции, размерам и рабочим параметрам.

Существует несколько видов электромагнитных реле, включая электромеханические, твердотельные и реле с промежуточными контактами. Каждое из этих устройств обладает уникальными характеристиками, которые позволяют использовать их в разных условиях. Например, твердотельные реле, благодаря отсутствию движущихся частей, отличаются высокой надежностью и долговечностью.

Маркировка реле содержит важную информацию о его характеристиках, таких как максимальное напряжение, ток, номер модели и другие специфические параметры. Она помогает правильно выбрать устройство для конкретного применения и избежать ошибок при подключении.

При подключении и настройке электромагнитного реле важно учитывать его электрические характеристики и условия эксплуатации. Неправильное подключение может привести к выходу устройства из строя или к снижению его производительности. Обычно реле имеет три основных вывода: два для контактов и один для катушки, которая отвечает за переключение состояния.

В заключение, понимание принципов работы, маркировки и характеристик электромагнитного реле, а также правильное его подключение, позволяют эффективно использовать эти устройства в различных областях, обеспечивая безопасность и надежность электрических систем.

Основные характеристики привода

Термин «реле» относится к устройствам, которые обеспечивают электрическую связь между несколькими точками через управляющий сигнал.

Самым распространенным и часто применяемым типом электромагнитного реле (ЭМР) считается электромеханическая конструкция.

Представленная информация описывает одну из множества конструкций, называемых электромагнитными реле. На изображении можно увидеть закрытый вариант механизма с прозрачной крышкой из оргстекла.

В базовой схеме управления любым оборудованием всегда предусмотрена возможность его включения и выключения. Наиболее простым способом реализации этих функций являются переключатели для блокировки подачи электрической энергии.

Хотя переключатели с ручным управлением могут использоваться для управления, у них есть свои недостатки. Основной проблемой является необходимость физически устанавливать состояния «включено» или «отключено» вручную.

Обычно устройства ручного контроля имеют крупные размеры и медленно действуют, позволяя осуществлять коммутацию лишь небольших токов.

Механизм ручного переключения можно рассматривать как «дальний родственник» электромагнитных реле. Он выполняет ту же функцию — управление рабочими линиями, однако исключительно вручную.

С другой стороны, электромагнитные реле преимущественно представлены переключателями с электрическим управлением. Эти устройства отличаются различными формами, размерами и делятся по уровню номинальных мощностей, что создает широкие возможности их применения.

Такое оборудование, в зависимости от наличия одной или нескольких пар контактов, может быть частью более крупных силовых исполнительных механизмов, таких как контакторы, которые используются для коммутации сетевого напряжения или высоковольтных устройств.

Основные принципы работы электромагнитного реле

Электромагнитные реле традиционно используются в электрических (электронных) схемах для управления коммутацией и могут быть установлены как непосредственно на печатных платах, так и в свободном состоянии.

Общая структура устройства

Токи нагрузки в применяемых устройствах обычно варьируются от долей ампера до 20 А и более. Релейные цепи широко используются в области электроники.

Существует множество вариантов приборов, которые предназначены для установки на монтажных платах или могут функционировать как отдельные устройства.

Конструкция электромагнитного реле преобразует магнитный поток, создаваемый подводимым переменным или постоянным напряжением, в механическое усилие. Это усилие управляет контактной группой.

Наиболее типичной является конструкция, состоящая из следующих компонентов:

• катушки возбуждения;
• стального сердечника;
• опорного шасси;
• контактной группы.

Стальной сердечник включает в себя неподвижную часть, называемую коромыслом, и подвижный якорь, который поддерживается пружиной.

По сути, якорь замыкает магнитную цепь, закрывая воздушный зазор между неподвижной электрической катушкой и подвижной арматурой.

Детальная структура устройства: 1 – пружина возврата; 2 – стальной сердечник; 3 – якорь; 4 – нормально закрытый контакт; 5 – нормально открытый контакт; 6 – общий контакт; 7 – катушка из медного провода; 8 – коромысло.

Арматура движется на шарнирах или вращается свободно под воздействием созданного магнитного поля, при этом замыкаются электрические контакты, прикрепленные к арматуре.

Существующая между коромыслом и якорем пружина (или несколько пружин) обеспечивает возвращение контактов в исходное положение, когда катушка реле обесточена.

Работа релейной электромагнитной системы

Простая классическая конструкция ЭМР включает две конструкции электропроводящих контактов.

Соответственно, реализуются два состояния контактной группы:

1. Нормально разомкнутый контакт.
2. Нормально замкнутый контакт.

Таким образом, пара контактов классифицируется как нормально открытые (NO) или нормально закрытые (NC) в зависимости от состояния.

Для реле с нормально разомкнутыми контактами состояние «замкнуто» достигается только при прохождении тока возбуждения через индуктивную катушку.

Один из двух вариантов установки контактной группы подразумевает, что в обесточенном состоянии катушки контакты находятся в нормально замкнутом положении по умолчанию.

В другом варианте нормально замкнутый статус сохраняется, когда катушка не подает ток возбуждения. Этот статус возвращает контакты переключателя в их нормальное замкнутое состояние.

Таким образом, термины «нормально открытый» и «нормально закрытый» отражают состояние электрических контактов при обесточенной катушке реле.

Электрические контактные группы реле

Контакты реле обычно выполнены из проводящих металлических материалов и контактируют друг с другом, замыкая цепь, аналогично обычному выключателю.

Когда контакты разомкнуты, сопротивление между нормально открытыми контактами имеет высокое значение, измеряемое в мегомах, тем самым создавая условие разомкнутой цепи.

Контактная группа любого электромеханического устройства в разомкнутом состоянии имеет сопротивление в сотни мегом. Это значение может немного варьироваться в зависимости от модели.

Когда контакты замкнуты, теоретически их контактное сопротивление должно равняться нулю, что соответствует короткому замыканию.

Тем не менее, это состояние не всегда наблюдается. Контактная группа каждого конкретного реле имеет определенное контактное сопротивление в замкнутом состоянии, которое называется устойчивым.

Особенности прохождения токов нагрузки

При установке нового электромагнитного реле контактное сопротивление обычно остается низким, менее 0,2 Ом.

Это объясняется тем, что новые контактные наконечники остаются чистыми, однако с течением времени их сопротивление неизбежно возрастает.

К примеру, при токе нагрузки в 10 А падение напряжения составит 0,2 х 10 = 2 вольта (по закону Ома). Исходя из этого, если подводимое напряжение к контактной группе составляет 12 вольт, то напряжение на нагрузке будет 10 вольт (12-2).

По мере износа контактных металлических наконечников и отсутствия должной защиты от высоких индуктивных или емкостных нагрузок, возникает риск повреждения от электрической дуги.

Электрическая дуга, возникающая на одном из контактов устройства, может повредить контактную группу при отсутствии необходимой защиты.

Возникновение электрической дуги приводит к увеличению контактного сопротивления и, как следствие, к физическим повреждениям.

При продолжении эксплуатации реле в таком состоянии контактные наконечники могут полностью утратить свои контактные свойства.

Существует также более серьезная проблема: при повреждении контактами дуги они могут свариваться, создавая условия для короткого замыкания.

В таких случаях может возникнуть риск повреждения цепи, управляемой ЭМР.

Если контактное сопротивление, увеличенное электрической дугой, достигло 1 Ом, то падение напряжения на контактах при том же токе нагрузки возрастает до 1×10 = 10 вольт постоянного тока.

Это падение напряжения может стать неприемлемым для схемы нагрузки, особенно при работе с напряжениями 12-24 В.

Материалы контактных элементов реле

Для уменьшения влияния электрической дуги и высоких сопротивлений контактные наконечники современных электромеханических реле изготавливаются или обрабатываются сплавами на основе серебра.

Такой подход заметно увеличивает срок службы контактной группы.

На практике используются различные материалы для обработки наконечников контактных групп электромагнитных (электромеханических) реле:

• Ag — серебро;
• AgCu — серебро-медь;
• AgCdO — серебро-оксид кадмия;
• AgW — серебро-вольфрам;
• AgNi — серебро-никель;
• AgPd — серебро-палладий.

Увеличение срока службы контактных наконечников достигается также за счет подключения резисторно-конденсаторных фильтров, которые называются RC-демпферами.

В подобных электрических схемах используются элементы, работающие параллельно с контактными группами электромеханических реле. Пиковое напряжение, зафиксированное в момент размыкания контактов, в этом случае является достаточно кратким и безопасным.

С помощью RC-демпферов можно эффективно гасить электрическую дугу, возникающую на концах контактов.

Стандартные разновидности контактов электромеханических реле

В дополнение к традиционным нормально открытым (NO) и нормально закрытым (NC) контактам, механизмы релейной коммутации также делятся на категории в зависимости от их функционала.

Особенности конструкции контактных элементов

В версии реле электромагнитного типа предусмотрена возможность наличия одного или нескольких самостоятельно функционирующих переключателей.

Такой прибор можно представить в конфигурации SPST – одномоментном однополюсном. При этом существуют и альтернативные исполнения.

Разновидности контактов обозначаются набором аббревиатур:

• SPST (Single Pole Single Throw) – однополюсный однонаправленный;
• SPDT (Single Pole Double Throw) – однополюсный двунаправленный;
• DPST (Double Pole Single Throw) – двухполюсный однонаправленный;
• DPDT (Double Pole Double Throw) – двухполюсный двунаправленный.

Каждый из таких компонентов называется «полюсом». Все они могут подключаться и отключаться, одновременно активируя катушку реле.

Тонкости функционирования реле

Несмотря на простоту конструкции электромагнитных коммутаторов, есть определённые нюансы, которые следует учитывать при их использовании.

К примеру, специалисты крайне не советуют подключать параллельно все контакты реле для управления цепью с высоким током.

Это означает, что не рекомендуется подключать нагрузку на 10 А через два контакта, каждый из которых расчитан на 5 А в параллельном соединении.

Такое подключение может привести к перегрузке одного из контактов, так как они не замыкаются и не размыкаются одновременно.

Как следствие, один из контактов оказывается перегруженным, что в свою очередь приведет к преждевременному выходу из строя устройства.

Неправильное использование и подключение реле в соответствии с установленными нормативами обычно заканчивается серьезными повреждениями внутри устройства.

Электромагнитные реле могут успешно функционировать в схемах с низким энергопотреблением, где используются как коммутаторы для высоких токов и напряжений.

Тем не менее, совершенно недопустимо пропускать рядом различное напряжение нагрузки через соседние контакты одного прибора.

Так, следует избегать соединения 220 В переменного тока и 24 В постоянного тока. Для каждого варианта напряжения должны использоваться отдельные реле, чтобы обеспечить безопасность.

Методы защиты от обратного напряжения

Неотъемлемой частью любого электромеханического реле является катушка, обладающая высокой индуктивностью благодаря проводному наматыванию.

Каждая катушка из провода имеет определенный импеданс, включающий индуктивность L и сопротивление R, образуя последовательную цепь LR.

При прохождении тока через катушку создается магнитное поле. Когда ток в катушке прекращается, магнитный поток увеличивается (согласно теории трансформации), вызывая высокое обратное напряжение ЭДС.

Это индуцированное обратное напряжение может значительно превышать значение рабочего напряжения.

В результате этого возникает вероятность повреждения полупроводниковых компонентов, расположенных близко к реле, например, биполярных или полевых транзисторов, которые используются для питания катушки реле.

Чтобы защитить полупроводниковые элементы, такие как транзисторы, микросхемы и микроконтроллеры, используются различные схемные решения.

Одним из таких решений является подключение диода, работающего в обратном смещении, в цепь катушки реле.

Когда ток, протекающий через катушку, после её отключения индуцирует обратно направленную ЭДС, это напряжение открывает подключенный диод.

С помощью полупроводника распасывается накопленная энергия, предотвращая повреждение управляющего полупроводникового компонента – транзистора, тиристора или микроконтроллера.

Часто в этой цепи используется полупроводник, который также называют:

• сглаживающий диод;
• шунтирующий диод;
• обратный диод.

При этом все они выполняют одну и ту же функцию, и, помимо использования диодов с обратным смещением, для защиты полупроводников могут применяться и другие устройства.

К ним относятся RC-цепочки, металло-оксидные варисторы (MOV) и стабилитроны.

Маркировка электромеханических реле

Технические обозначения, которые содержат информацию о реле, обычно находятся на самих корпусах этих устройств.

Эти обозначения представлены в виде сокращений и чисел.

Каждое электромеханическое реле имеет свою маркировку. На его корпусе или шасси можно увидеть набор символов и цифр, указывающих на определенные характеристики.

Вот пример маркировки корпусного электромеханического реле:

РЭС32 РФ4.500.335-01

Данная запись расшифровывается следующим образом: это электромагнитное реле малой мощности, серии 32, соответствующее паспорту РФ4.500.335-01.

Но подобные обозначения не так часто встречаются. Чаще можно увидеть упрощенные варианты без явного указания нормативов:

РЭС32 335-01

Также на корпусе устройства отображается дата его производства и номер партии. Полные сведения можно найти в техническом паспорте, который прилагается к каждому устройству или партии.

Резюме и рекомендованное видео по теме

Видеоматериал доступно демонстрирует работу электромеханической электроники в области коммутаторов. В нем подробно рассматриваются особенности конструкций, подключений и другие важные аспекты:

Электромеханические реле используются как компоненты электронной техники уже достаточно долго. Тем не менее, данный тип реле можно считать морально устаревшим. На смену им приходят более современные устройства, ориентированные на чистую электронику. Примером таких аппаратов служат твердотельные реле.

Если у вас имеются вопросы, замечания или интересные идеи на данную тему, не стесняйтесь делиться ими в комментариях под статьей!

Видео:

Как подключить реле. Простая схема подключения через реле