Реле – это переключатель. Причем не совсем обычный. Когда в подъезде лампочка загорается от звука шагов, это не волшебство, это работает реле. В этой статье расскажем о назначении реле и принципе его работы.

Существует очень много типов и классификаций реле. Но мы поговорим не только о них, но и о том, что такое реле и как оно работает. Поехали!

Что такое реле

Определение реле таково:

Реле – это электромагнитное коммутационное устройство, предназначенное для установки и разрыва соединений в электрических цепях. Реле срабатывает при скачкообразном изменении входной величины.

Говоря проще, когда входная величина меняется (ток, напряжение), реле замыкает или размыкает цепь. При этом в зависимости от типа реле входная величина не обязательно имеет электрическую природу.

Слово «реле» происходит от французского relay . Это понятие обозначало смену почтовых лошадей или передачу эстафеты.

Как работает реле?

Во-первых, вспомним Джозефа Генри , с именем которого связано понятие индуктивности. Провод, по которому течет ток, является магнитом. Если мы намотаем провод витками на сердечник, то получится катушка индуктивности.

Как катушка индуктивности ведет себя в цепи переменного тока? Если катушку включить в цепь, то фаза тока в цепи будет отставать от напряжения. Другими словами, при максимальном значении напряжения ток будет минимален и наоборот.

Это связано с тем, что когда катушка включена в цепь, в ней возникает ЭДС самоиндукции , которая препятствует росту основного тока через катушку.

Теперь вернемся к реле. Простейшее электромагнитное реле состоит из электромагнита (катушки), якоря и соединяющих элементов. При подаче электрического тока на катушку она притягивает якорь с контактом, который замыкает цепь.

Чтобы представить все это, посмотрим на рисунок:

Здесь 1 - катушка, 2 - якорь, 3 - коммутационные контакты.

Реле имеет две цепи: управляющую и управляемую. Управляющая цепь – это цепь, через которую ток подается на катушку. Управляемая – цепь, которую и замыкает якорь при срабатывании реле.

Таким образом, реле позволяет контролировать большие токи в управляемой цепи при помощи слаботочной управляющей цепи.

На каждом реле есть обозначения контактов управляемой и управляющей цепи. Также на корпусе изделия указаны значения тока и напряжения, на которые рассчитано реле.

Электромагнитное реле, рассмотренное выше, не работает мгновенно. После подачи тока на катушку должно пройти какое-то время, и лишь потом реле сработает. Это связано с таким явлением, как гистерезис. Гистерезис переводится с латинского как отставание или запаздывание .

Типы реле

В зависимости от входной величины, на которую реагирует реле, бывают:

• реле тока;
• реле напряжения;
• реле частоты;
• реле мощности.

Также в зависимости от принципа действия различают:

• электромагнитные реле;
• магнитоэлектрические реле;
• тепловые реле;
• индукционные реле;
• полупроводниковые реле.

Применение реле

В основном реле применяются для защиты силовой аппаратуры от перенапряжений, в электронике автомобилей. Реле также присутствуют во многих бытовых приборах. В чайнике используется тепловое реле. В каждом холодильнике есть пусковое реле.

Джозеф Генри изобрел реле в 1835 году. Первые реле нашли свое предназначение в телеграфии.

Например, логично предположить, что реле тока служит для контроля силы тока в цепи.

Так, при перегрузках на электродвигателе включается реле тока, которое своими контактами включает реле времени. По прошествии допустимого времени работы двигателя в режиме перегрузки реле времени разрывает цепь.

Конечно, сначала все это может показаться сложным и запутанным. Однако если начать разбираться и приложить немного усилий, вы в скором времени сами сможете не только рассказать про устройство и принцип действия реле, но и успешно заняться его подключением. А в будущем, возможно, стать специалистом по релейной защите.

Когда есть студенческий сервис , специалисты которого готовы оказать помощь в любое время, больше не нужно бояться трудных предметов и строгих преподавателей.

Напоследок видео, в котором подробно, наглядно и просто рассказывается о том, как работает реле:

Электромагнитное реле - это коммутационное устройство для переключения электрических цепей электромагнитным полем.

Области применения

Электромагнитная коммутация используется в схемах автоматики, управления электроприводами, электроэнергетическими и технологическими установками, в системах контроля и т. п. Реле электромагнитное позволяет регулировать напряжения и токи, выполнять функции запоминающих и преобразующих устройств, фиксировать отклонения параметров от заданных значений.

Принцип работы

Электромагнитное реле, принцип действия которого является общим для любого типа, состоит из следующих элементов:

1. Основание.
2. Якорь.
3. Катушка из витков провода.
4. Подвижные и закрепленные контакты.

Все детали крепятся на основании. Якорь выполнен с возможностью поворота и удерживается пружиной. Когда на обмотку катушки подается напряжение, по ее виткам протекает электрический ток, создавая электромагнитные силы в сердечнике. Они притягивают якорь, который поворачивается и замыкает подвижные контакты с парными неподвижными. При отключении тока якорь возвращается пружиной обратно. Вместе с ним перемещаются подвижные контакты.

От типовой конструкции отличаются только герконовые реле, где контакты, сердечник, якорь и пружина совмещены в единой паре электродов.

Электромагнитное реле, схема которого изображена ниже, является коммутирующим устройством.

Она типична и в целом показывает, как электрическая энергия преобразуется в магнитную, которая затем преодолевает усилие пружины и перемещает контакты.

Электрические цепи катушки и коммутации ничем не связаны. За счет этого малые токи могут управлять большими. В результате реле электромагнитное является усилителем тока или напряже-ния. Функционально оно включает три основных элемента:

• воспринимающий;
• промежуточный;
• исполнительный.

Первым из них является обмотка, создающая электромагнитное поле. По ней проходит контролируемый ток, при достижении которым заданного порогового значения происходит воздействие на исполнительный элемент - электрические контакты, замыкающие или размыкающие выходную цепь.

Классификация

Реле классифицируются следующим образом:

1. По способу управления контактами - якорные и герконовые. В первом случае замыкание-размыкание контактов производится при перемещении якоря. В герконовых переключателях сердечник отсутствует и магнитное поле воздействует непосредственно на ферромагнитные электроды с контактами.
2. Управляющий ток может быть постоянным или переменным. В последнем случае якорь и сердечник выполняются из пластин электротехнической стали для уменьшения потерь. Для постоянного тока устройства бывают нейтральными и поляризованными.
3. По быстродействию срабатывания реле делятся на 3 группы: до 50 мс, до 150 мс и более 1 с.
4. Защита от внешних воздействий предусматривает устройства герметизированные, зачехленные и открытые.

При всем многообразии типов, представленных ниже, действие электромагнитного реле основано на общем принципе коммутации контактов.

Устройство электромагнитного реле спрятано внутри корпуса, снаружи выступают только выводы обмотки и контактов. Они большей частью пронумерованы, для каждой модели дается схема подключения.

Параметры

Основными характеристиками реле являются:

1. Чувствительность - переключение от подаваемого в обмотку сигнала определенной мощности, достаточной, чтобы происходило включение.
2. Сопротивление обмотки.
3. Напряжение (ток) срабатывания - минимальное пороговое значение параметра, при котором контакты переключаются.
4. Напряжение (ток) отпускания.
5. Время срабатывания.
6. Рабочий ток (напряжение) - величина, при которой происходит гарантированное включение в процессе эксплуатации (значение указывается в заданных пределах).
7. Время отпускания.
8. Частота включений с нагрузкой на контактах.

Достоинства и недостатки

Реле электромагнитное имеет следующие преимущества над полупроводниковыми конкурентами:

• коммутация больших нагрузок при малых габаритах;
• гальваническая развязка между цепью управления и группой коммутации;
• низкое тепловыделение на контактах и катушке;
• небольшая цена.

Устройству присущи также недостатки:

• медленное срабатывание;
• относительно небольшой ресурс;
• радиопомехи при переключении контактов;
• сложность коммутации на постоянном токе высоковольтных и индуктивных нагрузок.

Рабочие напряжение и ток катушки не должны выходить за заданные пределы. При их низких значениях становится ненадежным контактирование, а при высоких - перегревается обмотка, увеличивается механическая нагрузка на детали и может произойти пробой изоляции.

Долговечность реле зависит от вида нагрузки и тока, частоты и количества коммутаций. Больше всего контакты изнашиваются при размыкании, образующем дугу.

Бесконтактные аппараты имеют преимущество, поскольку у них не появляется дуга. Но есть также масса других недостатков, что не дает возможности заменить реле.

Электромагнитные реле тока

Реле тока и напряжения отличаются, хотя структура у них похожа. Различие состоит в исполнении катушки. Реле тока имеет малое количество витков на катушке, сопротивление которого невелико. При этом намотка производится толстым проводом.

Обмотка реле напряжения образуется большим количеством витков. Ее обычно включают в действующую сеть. Каждое устройство контролирует свой определенный параметр с автоматическим включением или отключением потребителя.

С помощью реле тока контролируют его силу в нагрузке, к которой подключается обмотка. Информация передается в другую цепь посредством подключения к ней сопротивления коммутирующим контактом. Подключение производится в силовую схему напрямую или через измерительные трансформаторы.

Защитные устройства отличаются быстродействием и имеют время срабатывания в несколько десятков миллисекунд.

Реле времени

В схемах автоматики нередко возникает необходимость создавать запаздывания при срабатывании аппаратов или выдавать сигналы для технологических процессов в определенной последовательности. Для этого служат переключатели с задержкой по времени, к которым предъявляются следующие требования:

• стабильность выдержки независимо от воздействия внешних факторов;
• небольшие габариты, масса и потребляемая энергия;
• достаточная мощность системы контактов.

Для управления электроприводами высокие требования к точности не предъявляются. Выдержка составляет 0,25-10 с. Надежность должна быть высокая, поскольку работа часто производится в условиях тряски и вибрации. Защитные устройства энергосистем должны работать точно. Выдержка не превышает 20 сек. Срабатывание происходит довольно редко, поэтому высокие требования к износостойкости не предъявляются.

Электромагнитные реле времени работают на следующих принципах замедления:

1. Пневматическое - за счет наличия пневматического демпфера.
2. Электромагнитное - при постоянном токе существует дополнительная короткозамкнутая обмотка, в которой наводится ток, препятствующий нарастанию главного магнитного потока при срабатывании, а также его снижению при отключении.
3. С анкерным или часовым механизмом, который заводится от электромагнита, и контакты срабатывают после отсчета времени.
4. Моторное - подача напряжения одновременно на электромагнит и двигатель, вращающий кулачки, приводящие в действие систему контактов.
5. Электронное - с помощью интегральных цепей или цифровой логики.

Заключение

С наступлением эры электроники реле электромагнитное постепенно вытесняется, но оно все же развивается, достигая новых возможностей. Ему трудно найти альтернативу в местах, где имеют место перепады тока и напряжения при пуске и отключении устройств, использующих электричество.

Схемы импульсного включения и отключения реле за счет токов получили распространение на автоматических линиях в машиностроении.

В схеме, приведенной на рис. 1, а, реле К срабатывает при замыкании контакта командного реле KQ за счет тока заряда конденсатора С и возвращается в исходное состояние после окончания заряда. Длительность включенного состояния реле определяется емкостью конденсатора и питающим напряжением.

Резистор R служит для разряда конденсатора С после размыкания контакта KQ. Резистор R выбирается таким, чтобы ток через него был меньше тока удержания реле К. Однако увеличение сопротивления приводит к увеличению времени разряда конденсатора, т. е. длительности паузы между двумя импульсными включениями реле К. Этого недостатка лишена схема рис. 1, б, в которой в цепь резистора с небольшим сопротивлением R введен размыкающий контакт реле KQ.

Для уменьшения паузы можно также использовать схему рис. 1, в, в которой разряд конденсатора С происходит по цепи R2-R1-VD. Однако в этой схеме при небольшом сопротивлении резистора R2 на нем выделяется значительная мощность.

Более совершенной является схема рис. 1, г с вспомогательным реле К2. При замыкании контакта KQ срабатывает основное реле К1, а затем - реле К2, отключающее резистор R в цепи катушки К1. Последнее удерживается некоторое время за счет тока заряда конденсатора С. Реле К2 возвращается при размыкании контакта KQ.

Рис. 1. Схемы импульсного включения реле токами заряда конденсатора

Описанные схемы чувствительны к резким колебаниям питающего напряжения, которые могут приводить к ложным срабатываниям реле. В сетях с нестабильным напряжением рекомендуются схемы импульсного включения реле током разряда конденсатора (рис. 2, а-д).

В схеме рис. 2, а при подаче напряжения питания заряжается конденсатор С. При срабатывании командного реле KQ конденсатор разряжается на обмотку реле К, которое импульсно включается. Резистор R ограничивает зарядный ток конденсатора.

Рис. 2. Схемы импульсного включения и отключения реле токами разряда конденсатора

В схеме рис. 2, б конденсатор С заряжается при срабатывании реле KQ, а разряжается на обмотку выходного реле К после отключения KQ.

В схеме рис. 2, в после включения первого командного реле KQ1 реле К срабатывает и самоблокируется. Когда срабатывает второе командное реле KQ2, реле К возвращается с выдержкой времени, определяемой временем разряда конденсатора С.

Для импульсного включения выходного реле К при отключении командного реле KQ применяют схему рис. 2,г. При срабатывании KQ конденсатор С заряжается по цепи VD1 - R - KQ - С - VD2. Когда реле KQ возвращается, конденсатор разряжается на обмотку реле К, которое импульсно срабатывает.

В схеме рис. 2, д реле К импульсно срабатывает при срабатывании и возврате реле KQ за счет тока заряда и разряда конденсатора С соответственно.

Реле — электро-механическое устройство, предназначенное для замыкания и размыкания электроцепи при определенном входящем сигнале или напряжении.

Простыми словами: Подавая определенный ток на электроцепь с реле, оно замыкает (размыкает) другую электроцепь. Схема для наглядности:

Так же рассмотрим анимированный ролик работы реле в качестве включения электро духовки. Когда замыкается цепь 5V, релейный электромагнит притягивает якорь на пружине и замыкает цепь питания духовки.

Как выглядит реле

Обычно реле состоит из электромагнита (катушка с ферромагнитной серцевиной), пары контактов, и якоря, который соединяет контакты. Все это располагается в токо- не проводящем корпусе. На вид это пластиковый коробочек, размерами в основном 5см х 5см х 5см, имеющий минимум четыре выходящих контакта. Размеры могут быть как сильно больше, так и сильно меньше. Материал оболочки реле может быть и прозрачный и не прозрачный. Прозрачный корпус лучше, тем, что вы безошибочно определите какие контакты за что отвечают. Т.е. детально рассмотрите строение реле и какие контакты за что отвечают.

Как обозначается реле

При обозначении на принципиальной схеме, реле имеет несколько обозначений, в зависимости от типа реле. Основные графические обозначения большинства типов реле.

Существует три большие группы релюшек.

1. Нормально разомкнутые. В холостом состоянии такие реле размыкают цепь и при подаче управляющего сигнала (тока) замыкают цепь. Таких реле большинство.
2. Нормально замкнутые. В холостом состоянии цепь замкнута, а при срабатывании, цепь размыкается. И у первой и во второй группы, обычно 4 выходящих контакта: 2 на управляющий сигнал и 2 на цепь, которую нужно замыкать (размыкать)
3. Универсальные. С переключающимися контактами. Такое реле может работать и на замыкание и на размыкание.

Каждое реле, помимо типа, различается ещё и по отдельным параметрам.

1. По входящему (управляющему) току (вольт).
2. По силе тока, которую реле может пропускать в цепи (ампер).

Входящий (управляющий) ток, указывается либо на корпусе либо непосредственно на катушке, если корпус прозрачный. Сила тока указывается на корпусе в амперах.

Как подключить реле

Подключение реле следует проводить в зависимости от его типа. Тип, а так же какие контакты за что отвечают, указано на пластиковом корпусе. Если корпус прозрачный, и схемы подключения нет, первоначально смотрите на расположение катушки, выходящие контакты из катушки будут управляющими контактами. Далее, смотрите какие контакты с какими будут соединяться, если запитать катушку и она притянет к себе якорь. В любом случае, если вы покупаете новое реле в радиомагазине, продавец всегда расскажет и покажет, что к чему подсоединять. Если вы меняете реле, то посмотрите, как было подключено старое реле.

Как проверить реле

Для проверки реле на работоспособность, хорошо бы заиметь мультиметр или тестер с функцией прозвонки.

Если сопротивление больше во много крат от рекомендуемого или вообще контакты катушки звонятся «на коротко», скорее всего катушка и реле в общем — неисправны.

Так же, хорошо подать управляющий ток на катушку реле и замерить мультиметром, замыкается ли цепь. Неисправность в таком случае может проявляться в обугливании замыкающих контактов. В таком случае следует заменить реле, так как оно рано или поздно все равно выйдет из строя.

Зачем нужно реле

Реле в основном примеряется в силовых платах или в исполняющих элементах. Реле само по себе в схему не ставится.

Рассмотрим применение реле управления работы ТЭНа в кофейном автомате.

Есть две платы: плата процессора, в которой заложены все параметры (температура, рецептура, цены…) и силовая плата, которая на основании указаний от процессора управляет моторами, ТЭНами, электро-клапанами. Тен нагревает воду в бойлере автомата. Допустим в меню заложена минимальная температура 90 градусов Цельсия. Обычно в бойлере установлено 2 термодатчика: аварийный, для предотвращения перегрева и основной.

Когда процессор кофейного автомата, через основной термодатчик, «видит» снижение температуры ниже заданной, он (процессор) посылает управляющий сигнал на реле управления теном на силовой плате. Реле замыкается и ТЭН нагревает воду в бойлере. Когда вода нагревается до положенных 90°С, процессор «видит» это через термодатчик и отключает реле, цепь размыкается и ТЭН обесточивается.

Обычно процессор или мозг устройства работает при напряжении 1,5V — 5V. А исполнительные механизмы работают при напряжении 220 и более вольт. Реле используется, как посредник между платой процессора и силовой платой.

Как сделать из «минуса» «плюс» и наоборот? Как подцепиться к электроприводу? Как открыть багажник с брелока сигнализации? Как заблокировать запуск двигателя? На все эти вопросы есть ответ: с помощью реле.

Зная, как работает реле, Вы сможете осуществить различные схемы подключения к электропроводке автомобиля.

Обычно реле имеет 5 контактов (бывают и 4-хконтактные и 7-ми и т.д.). Если Вы посмотрите на реле внимательно, то увидите, что все контакты подписаны. Каждый контакт имеет своё обозначение. 30, 85, 86, 87 и 87А. На рисунке видно где, какой контакт.

Контакты 85 и 86 - это катушка. Контакт 30 - общий контакт, контакт 87А - нормально-замкнутый контакт, контакт 87 - нормально-разомкнутый контакт.

В состоянии покоя, т.е., когда на катушке нет питания, контакт 30 замкнут с контактом 87А. При одновременной подаче питания на контакты 85 и 86 (на один контакт «плюс» на другой - «минус», без разницы куда что) катушка «возбуждается», то есть срабатывает. Тогда контакт 30 отмыкается от контакта 87А и соединяется с контактом 87. Вот и весь принцип действия. Вроде бы ничего сложного.

Реле часто приходит на выручку во время установки дополнительного оборудования. Давайте рассмотрим простейшие примеры применения реле.

Блокировка двигателя

В качестве блокируемой цепи может быть что угодно, лишь бы машина не заводилась при разорванной цепи (стартер, зажигание, бензонасос, питание форсунок и т.д.).

Один контакт питания катушки (пусть 85) соединяем с проводом сигнализации, на котором появляется «минус» при постановке в охрану. На другой контакт катушки (пусть 86) подаём +12 Вольт при включении зажигания. Контакты 30 и 87А подцепляем в разрыв блокируемой цепи. Теперь, если попытаться завести автомобиль при включенной охране, контакт 30 разомкнётся с контактом 87А и не даст завести двигатель.

Эта схема используется, если у вас «минус» с сигнализации на блокировку выходит при постановке в охрану. Если у вас «минус» с сигнализации на блокировку выходит при снятии с охраны, тогда вместо контакта 87А используем контакт 87, т.е. разрыв цепи теперь будет на контактах 87 и 30. При таком подключении реле будет всегда в рабочем состоянии (разомкнутом) при работающем двигателе.

Инвертируем полярность сигнала (с «минуса» делаем «плюс» и наоборот) и подключаемся к слаботочным транзисторным выходам сигнализации

Допустим, нам надо получить «минус», но у нас есть только «плюсовой» сигнал (например, у автомобиля положительные концевики, а у сигнализации нет входа положительных концевиков, а есть только вход отрицательных). На помощь опять приходит реле.

Подаём на один из контактов катушки (86) наш «плюс» (с концевиков автомобиля). На другой контакт катушки (85) и на контакт 87 подаём «минус». В итоге на выходе (контакт 30) получаем нужный нам «минус».

Если нам надо, наоборот, из «минуса» получить «плюс», то маленько меняем подключение. На контакт 86 подаём исходный «минус», а на контакты 85 и 87 подаём «плюс». В итоге на выходе (контакт 30) получаем нужный нам «плюс».

Если нам надо из слаботочного отрицательного выхода сигнализации (в сигнализации такие выходы могут называться по-разному и их назначение тоже различное: выход на 3-е зажигание, выход на открытие багажника, выход на закрытие стёкол и т.д.) сделать хороший мощный «минус» или «плюс», то тоже используем эту схему.

На контакт 85 подаём выход с сигнализации. На контакт 86 подаём «плюс». На контакт 87 подаём сигнал той полярности, который нам надо получить на выходе. В итоге на контакте 30 мы имеем ту полярность, которая на контакте 87.

Открытие багажника с брелока автосигнализации

Если в автомобиле стоит электрический привод багажника, то можно подключиться к нему автосигнализацией для открытия его с брелока сигнализации. Если с сигнализации выходит слаботочный сигнал на открытие багажника (а чаще всего так и есть), то используем эту схему.

Прежде всего, находим провод на привод багажник, где появляется +12 Вольт при открытии багажника. Разрезаем этот провод. Тот конец разрезанного провода, который идёт к приводу, подцепляем к контакту 30. Другой конец провода подцепляем к контакту 87А. Выход с сигнализации подцепляем к контакту 86. Контакты 87 и 85 подцепляем на +12 Вольт.

Теперь, при подаче сигнала с сигнализации на открытие багажника, реле сработает и на провод электропривода багажника пойдёт «плюс». Привод сработает, и багажник откроется.

Это лишь немногие схемы подключения с использованием реле. Ещё немного схем с использованием реле можете найти на сайте в категории