Назначение устройство и классификация электромагнитных реле: Реле: устройство и принцип работы

Величина срабатывания реле может быть как переменного, так и постоянного тока. В реле постоянного тока электромагнитная сила притяжения постоянна. В случае реле переменного тока через катушку протекает синусоидальный ток, и, следовательно, сила притяжения определяется выражением

. Из приведенного выше выражения можно понять, что общая сила представляет собой пульсирующую силу с двойной частотой. Поэтому, когда частота удваивается, это может вызвать вибрацию якоря. Следовательно, реле издает гудящий звук и вызывает сильный шум. Эту трудность можно преодолеть, сделав полюс электромагнита заштрихованной конструкции. В качестве альтернативы электромагнит может быть снабжен двумя катушками. Одна катушка находится под напряжением с управляющей величиной. Другая катушка получает питание через фазосдвигающую цепь.

Удерживающая сила обеспечивается пружиной. Коэффициент возврата к срабатыванию для реле с втянутым якорем составляет от 0,5 до 0,9. Для этого типа реле коэффициент для реле переменного тока выше, чем для реле постоянного тока. Реле мгновенного действия. Скорость работы очень высокая. Для современного реле время срабатывания составляет около 5 мс. Это быстрее, чем индукционные дисковые и чашечные реле.

Реле с втянутым якорем компактны, прочны и надежны. На них влияют переходные процессы, поскольку они быстрые и работают как на постоянном, так и на переменном токе. Ток короткого замыкания содержит постоянную составляющую в начале в течение нескольких циклов. Из-за наличия переходного процесса постоянного тока реле может сработать, хотя установившееся значение тока повреждения может быть меньше его срабатывания. Модифицированная конструкция, показанная на рис. (b), снижает влияние переходных процессов постоянного тока.

На рисунке ниже показано балансирное реле, которое является еще одним типом реле с притягивающимся якорем. Как следует из названия, реле состоит из луча, на концах которого расположены два электромагнита. Один электромагнит дает рабочий крутящий момент, а другой дает крутящий момент переобучения. Балка расположена посередине и при нормальных условиях остается горизонтальной.

Когда рабочий крутящий момент превышает/пересекает ограничивающий момент, якорь, установленный на одном конце балки, натягивается, и его контакты размыкаются. Хотя сейчас этот тип реле устарел, в прошлом он был популярен для создания импедансных и дифференциальных реле. На смену ему пришли компараторы выпрямительного моста и реле с подвижной катушкой на постоянных магнитах. Реле балочного типа является надежным и быстрым в работе, обычно требуется только 1 цикл, но оно не является точным, так как на него влияют переходные процессы постоянного тока.

На рисунке (a) показано реле с подвижной катушкой на постоянных магнитах. Его также называют реле с подвижной катушкой поляризованного постоянного тока. Он реагирует только на управляющие величины постоянного тока. Его можно использовать с приводными величинами переменного тока в сочетании с выпрямителями. Реле с подвижной катушкой являются наиболее чувствительным типом электромагнитных реле. Современные реле имеют чувствительность 0,1 мВт. Эти реле дороже, чем индукционные чашки или реле с подвижным железом. Нагрузка ВА реле с подвижной катушкой очень мала. Они используются в качестве ведомых реле с мостовыми компараторами выпрямителя.

Существует два типа реле с подвижной катушкой: с вращающейся катушкой и с аксиально подвижной катушкой.

На рисунке выше показана конструкция типа вращающейся подвижной катушки. Компонентами являются постоянный магнит, катушка, намотанная на немагнитный каркас, железный сердечник, спиральная пружина из фосфористой бронзы для обеспечения крутящего момента возврата, подшипник с драгоценными камнями, шпиндель и т. д. Узел подвижной катушки несет рычаг, который замыкает контакт. Демпфирование обеспечивается алюминиевым каркасом. Время работы около 2 циклов. Медный каркас можно использовать для более сильного демпфирования и более медленной работы. Рабочий момент создается за счет взаимодействия между полем постоянного магнита и полем катушки. Рабочий крутящий момент пропорционален току, проходящему через катушку. Крутящий момент пружины пропорционален прогибу. Реле имеет обратнозависимую характеристику время/ток. Рисунок (b): Реле с аксиально подвижной катушкой

На рисунке (b) показана конструкция с аксиально подвижной катушкой. Поскольку этот тип имеет только один воздушный зазор, он более чувствителен, чем реле с вращающейся подвижной катушкой. Это быстрее, чем реле с вращающейся подвижной катушкой из-за легких деталей. Можно получить время работы порядка 30 мс. Можно получить чувствительность всего 0,1 мВт. Его катушки намотаны на цилиндрический каркас, подвешенный горизонтально. Катушка имеет только осевое перемещение. Реле имеет обратнозависимую характеристику время/ток. Реле с осевой подвижной катушкой является хрупким реле, и, поскольку зазор между контактами мал, с ним необходимо обращаться осторожно.

На рисунке показано типичное реле с поляризованным подвижным элементом. Конструкция, показанная на рисунке, представляет собой конструкцию якорного типа со смещением потока. Поляризация увеличивает чувствительность реле. Для поляризации используется постоянный магнит. Постоянный магнит создает поток в дополнение к основному потоку. Это поляризованное реле постоянного тока, предназначенное для использования только с постоянным током. Однако его можно использовать с переменным током с выпрямителями.

Современные реле имеют чувствительность в диапазоне от 0,03 до 1 мВт, в зависимости от их конструкции. Используя транзисторные усилители, чувствительность реле можно увеличить до 1 мВт на срабатывание.

Используется как ведомое реле с компараторами выпрямительного моста. Поскольку его токонесущая катушка является стационарной, оно более надежно, чем поляризованное реле постоянного тока с подвижной катушкой. Его время работы составляет от 2 мс до 15 мс в зависимости от типа конструкции. Обычное реле с притягивающимся якорем не чувствительно к полярности управляющей величины, тогда как поляризованное реле постоянного тока будет работать только при правильной полярности на входе.

Герконовое реле состоит из катушки и никель-железных полосок (герконов), запечатанных в закрытую стеклянную капсулу, как показано на рисунке. Катушка окружает геркон. Когда катушка находится под напряжением, создается магнитное поле, которое заставляет язычки смыкаться и замыкать контакт. Герконовые реле очень надежны и не требуют обслуживания. Что касается их конструкции, то это электромагнитные реле. Но с точки зрения обслуживания они служат статическими реле. Они используются для контроля и других целей. Их также можно использовать в качестве защитного реле. Герконовые реле вполне подходят для использования в качестве ведомых реле.

Потребляемая мощность этого реле составляет от 1 Вт до 3 Вт, а скорость составляет 1 или 2 мс. Они полностью лишены дребезга и больше подходят для нормально закрытых приложений. Сверхмощные герконовые реле могут замыкать контакты, несущие 2 кВт при максимальном токе 30 А или при максимальном напряжении питания 300 В постоянного тока. Напряжение, выдерживаемое емкостью изоляции между катушкой и контактами, составляет около 2 кВ. Открытые контакты выдерживают напряжение от 500 В до 1 кВ.

Индукционные реле работают по принципу электромагнитной индукции. Принцип их работы такой же, как и у однофазного асинхронного двигателя. Следовательно, они могут использоваться только для переменного тока.

Два типа конструкции этих реле: (1) индукционный диск и (2) индукционная чашка.

В обоих типах асинхронных реле подвижный элемент, такой как диск или чашка, эквивалентен ротору асинхронного двигателя. Есть одно отличие от асинхронного двигателя, т. е. железо, связанное с ротором в реле, неподвижно. Подвижный элемент действует как носитель токов ротора, тогда как магнитная цепь замыкается за счет неподвижных магнитных элементов.

Существует два типа конструкции индукционных дисковых реле, а именно тип
с заштрихованным полюсом и тип с ваттметром. Рисунок: Реле с экранированными полюсами

В конструкции с экранированными полюсами используется С-образный электромагнит. Половина каждого полюса электромагнита окружена медной полосой, известной как затеняющее кольцо. Заштрихованная часть полюса создает поток, смещенный в пространстве и времени по отношению к потоку, создаваемому незатененной частью полюса. Таким образом, два смещенных в пространстве и времени переменных потока разрезают диск и создают в нем вихревые токи. Крутящий момент создается взаимодействием каждого потока с вихревым током, создаваемым другим потоком. Результирующий крутящий момент заставляет диск вращаться.

В конструкции ваттметрического типа используются два электромагнита: верхний и нижний. Каждый магнит создает переменный поток, который разрезает диск. Для получения сдвига фаз между двумя потоками, создаваемыми верхним и нижним электромагнитами, их катушки могут питаться от двух разных источников. Если они питаются от одного и того же источника, сопротивления и реактивные сопротивления двух цепей делаются разными, так что между двумя потоками будет достаточная разность фаз.

На рисунке ниже показано реле индукционного стакана. Неподвижный железный сердечник помещается внутрь вращающейся чашки для уменьшения воздушного зазора без увеличения инерции. Шпиндель чашки несет рычаг, который замыкает контакты. Пружина используется для создания крутящего момента возврата в исходное положение. Когда применяются две управляющие величины, одна может создавать рабочий крутящий момент, а другая может создавать ограничивающий крутящий момент. Тормозные магниты не используются с индукционными реле чашечного типа. Он работает по тому же принципу, что и асинхронный двигатель с 8-полюсной конструкцией. Рисунок: Реле индукционного стакана

Ротор представляет собой полый цилиндр (перевернутый стакан). Две пары катушек, как показано на рисунке, создают вращающееся поле, которое индуцирует ток в роторе. Крутящий момент создается за счет взаимодействия между вращающимся потоком и индуцированным током, вызывающим вращение. Инерция чашки намного меньше, чем у диска. Магнитная система более эффективна и, следовательно, магнитная утечка в магнитопроводе минимальна. Этот тип магнитной системы также снижает сопротивление пути индуцированного тока в роторе. Благодаря небольшому весу ротора и эффективной магнитной системе его крутящий момент на вольт-ампер примерно в три раза больше, чем у конструкции индукционного дискового типа. Таким образом, его вольт-амперная нагрузка значительно снижается. Обладает высокой чувствительностью, быстродействием и выдает устойчивый безвибрационный крутящий момент. Его паразитные моменты, вызванные только током или напряжением, малы. Его время работы составляет порядка 0,01 секунды. Таким образом, благодаря высокому соотношению крутящий момент/инерция он вполне подходит для работы на более высоких скоростях.

Магнитного насыщения можно избежать за счет правильной конструкции, а характеристики реле можно сделать линейными и точными в широком диапазоне с очень высоким коэффициентом возврата к срабатыванию. Он по своей природе является самокомпенсирующимся для переходных процессов постоянного тока. Другими словами, он менее чувствителен к переходным процессам постоянного тока. Другие переходные процессы в системе, а также переходные процессы, связанные с трансформаторами тока и релейными цепями, также можно свести к минимуму за счет надлежащего проектирования. Однако на величину крутящего момента влияет изменение частоты системы.

Индукционные реле чашечного типа широко использовались для дистанционных и направленных реле. Позже их заменили статические реле мостового выпрямительного типа.

Электромагнитное реле — OMCH

Введение

Реле можно найти практически в любой машине, имеющей электрическую систему.

От бытовой техники, такой как стиральные машины и холодильники, до промышленного оборудования, такого как топливные насосы, системы управления двигателем и многое другое. Реле используются для управления высоковольтными и сильноточными устройствами.

В этой статье мы подробно рассмотрим электромагнитные реле, их принцип работы, характеристики и типы реле, которые используются в приложениях промышленной автоматизации.

Что такое электромагнитное реле?

Электромагнитное реле — это переключающее устройство, в котором используется магнит для включения или выключения переключателя. Они относятся к категории электромеханических устройств.

Электромеханические устройства используют физические контакты для переключения выходов. Из-за движений, происходящих внутри переключателя, во время работы они издают характерный «тикающий» звук.

Реле используются для управления большой электрической нагрузкой с помощью слабого входного сигнала. Например, ввод с маленькой кнопки может активировать реле и тем самым управлять большим асинхронным двигателем; где одной кнопки недостаточно для непосредственного включения/выключения двигателя.

Реле в основном состоит из катушки и набора подпружиненных подвижных контактов. Существует несколько типов реле в зависимости от их конструкции и принципа действия. Давайте рассмотрим основные функции электромагнитного реле.

Как работают электромагнитные реле?

Существует множество типов реле. Из-за простоты конструкции давайте рассмотрим реле с притянутым якорем и принцип его работы. На приведенной ниже схеме показана типичная конструкция такого реле с однополюсной конфигурацией на два направления (SPDT).

Основными компонентами реле являются соленоид/электромагнит , узел якоря-пружины и контакты . Давайте обсудим их индивидуальные задачи и то, как они работают вместе, чтобы действовать как переключатель.

Соленоид (также известный как электромагнит) представляет собой медную катушку, намотанную на ферромагнитный материал. Обычно это твердый железный сердечник. Когда на катушку подается напряжение, вокруг катушки создается магнитное поле.

Железный сердечник концентрирует это магнитное поле, превращаясь в магнит до тех пор, пока не будет снято напряжение с катушки.

Соленоиды обычно работают от постоянного тока и не совместимы с источниками переменного тока. Однако также доступны реле, работающие от переменного тока.

Реле переменного тока имеют в электромагните дополнительный компонент под названием «затеняющее кольцо». Это предотвращает размагничивание электромагнита всякий раз, когда питание переменного тока пересекает нулевую точку. Следовательно, якорь может оставаться притянутым к электромагниту до тех пор, пока на катушку подается питание.

Якорь-пружина в сборе представляет собой подвижный компонент реле. Якорь расположен так, что при включении электромагнита он может отклонять якорь к себе.

Имеется возвратная пружина, обеспечивающая возврат якоря в исходное положение, когда на катушку не подается питание. Якорь является проводящим, так как он должен проводить коммутационный ток от общей клеммы к выходным клеммам.

Контакты являются следующими по важности и наиболее часто используемыми частями реле. При переключении нагрузки якорь перемещает контакты между неподвижными контактами. Это приводит к возникновению искр. Если коммутируемая нагрузка является высокоиндуктивной нагрузкой, такой как двигатель, иногда также можно увидеть дуги.

Поэтому материал контактов выбирается так, чтобы он выдерживал электрическую коррозию. Обычно они изготавливаются из серебряного никеля, серебряного оксида кадмия и серебряного оксида олова.

Когда на катушку подается питание, срабатывает электромагнит. Это заставляет якорь притягиваться к электромагниту, что, в свою очередь, обеспечивает соединение между общим контактом и нормально разомкнутым контактом.

При этом разрывается связь между нормально замкнутым контактом и общим контактом.

Существует несколько типов электромагнитных реле. Некоторые из них используются для управления тяжелыми нагрузками, а другие используются в основном в качестве защитных устройств.

Типы электромагнитных реле

• Реле с притянутым якорем
  • Реле с втянутым якорем — простейший тип электромагнитных реле. Реле с притягивающимся якорем бывают двух типов: с навесным якорем и плунжерного типа. Шарнирная арматура типа является наиболее распространенной.

• Когда на катушку подается питание, контакты размыкаются/замыкаются в зависимости от нормально разомкнутого/замкнутого режима выхода.
• Реле с втянутым якорем обычно работают на постоянном токе, и после активации контакты не возвращаются в исходное положение. Их необходимо сбросить вручную.
• Электромагнитные реле с втянутым якорем используются в устройствах безопасности в качестве реле защиты от перегрузки по току, перенапряжения и пониженного напряжения, а иногда также используются в качестве вспомогательных реле.

• Индукционное реле дискового типа
  • Следуя принципу электромагнитной индукции и принципу Феррари, индукционные дисковые реле в основном используются в качестве защитных реле в системах переменного тока.
  • При подаче питания диск внутри реле начинает вращаться. Подвижный контакт также вращается вместе с диском и может соприкасаться с полевым контактом, замыкая цепь. Обесточивание реле заставляет пружину вращать диск в противоположном направлении и возвращаться в исходное положение.

• Индукционное реле дискового типа специально разработано для работы с системами переменного тока и не работает с непрерывными источниками постоянного тока.

• Реле индукционного типа
  • Индукционные реле чашечного типа аналогичны индукционным реле дискового типа. Основное отличие состоит в том, что в реле дискового типа вращающийся диск заменен алюминиевой чашкой С-образной формы. Это снижает инерцию диска и позволяет работать быстрее.

• Реле индукционного типа используются в высокоскоростных приложениях, таких как приложения направленного или фазового сравнения. Это возможно благодаря их высокой чувствительности, виброустойчивости и меньшей инерционности.
• Существует два основных типа реле индукционного типа: реле реактивного сопротивления или реле типа Mho (для измерения реактивного сопротивления в цепях), направленное или силовое реле (обеспечивают максимальный крутящий момент для срабатывания контактов в условиях неисправности).

• Реле балансирного типа
  • Электромагнитные реле балансного типа также относятся к типу реле с притягивающимся якорем. У них шарнир расположен в середине арматуры, а не на конце. Два конца имеют независимые электромагниты, один обеспечивает удерживающий/удерживающий крутящий момент (слева), а другой обеспечивает рабочий крутящий момент (справа).

• При нормальной работе сила притяжения, создаваемая удерживающим электромагнитом, достаточна для того, чтобы якорь оставался притянутым к нему. В этот момент поле рабочей катушки нейтрализуется ею. В условиях неисправности, когда рабочий ток высок, сила притяжения от управляющего электромагнита становится больше, чем от удерживающего электромагнита. Это заставляет луч отклоняться и входит в контакт с контактами цепи отключения.
• Эти реле, как правило, быстрее, однако любые переходные процессы постоянного тока (всплески) также могут вызывать их срабатывание. Поэтому эти реле обычно не используются.

• Реле с подвижной катушкой
  • Среди семейства электромагнитных реле реле с подвижной катушкой являются наиболее чувствительными. Они используются в приложениях дистанционной и дифференциальной защиты из-за их высокой чувствительности и работают только с системами постоянного тока. Для систем переменного тока их можно дооснастить дополнительными цепями выпрямителей.

• В этом типе реле подвижная катушка может быть типа осевой или поворотной . Осевой тип имеет в два раза большую чувствительность, чем роторный тип. Катушка намотана на подвижную часть (шпиндель), как показано на рисунке выше. Подача тока через катушку заставляет ее вращаться из-за отталкивания, вызванного полюсами постоянного магнита. Вращение приводит к тому, что подвижный контакт замыкает контакты цепи отключения.

• Реле с поляризованным подвижным элементом
  • Реле поляризованного типа, как следует из названия, имеют поляризованную катушку. Это означает, что реле будет работать только при определенной полярности напряжения, подаваемого на катушку. Реле этого типа особенно подходят для высокочувствительных приложений, где системы работают от источников постоянного тока.
  • Конструкция этих реле аналогична конструкции реле с подвижной катушкой, но поляризующие реле также содержат в себе постоянные магниты, обеспечивающие полярность катушки.

Электромагнитное реле Символ

Электромагнитные реле представлены на электрических схемах различными способами. Некоторые из них содержат общие символы, а некоторые схемы могут иметь сложные символы, указывающие на тип срабатывания и количество полюсов/выходов реле. Давайте посмотрим на некоторые из наиболее распространенных символов реле, встречающихся на электрических чертежах.

• Реле — электромагнитное — SPST
  • Это реле имеет только один замыкающий или размыкающий контакт. Левая часть представляет собой катушку, а правая часть представляет собой два контакта переключателя. Иногда катушку изображают так, как показано на правом изображении. Реле SPST имеют 4 контакта.

• Реле – SPDT – однополюсное, двухпозиционное
  • Это реле аналогично модели SPST, но имеет два выхода. Пока он не активен, вход COM соединен с выходом NC. При подаче питания реле размыкает контакт с НЗ и замыкает контакт с НР выходом. Всего у него 5 контактов.

• Реле — DPST — двухполюсное, однонаправленное
  • Это реле имеет два изолированных переключателя, которые можно использовать для двух разных задач. Он имеет 6 контактов, включая 2 контакта для катушки.

В зависимости от количества выводов, количества полюсов/ходов и технологии на электрических чертежах используется множество других стандартных символов. На веб-сайте Electrical-symbols есть подробное руководство по этим символам.

Применение электромагнитных реле

Электромагнитные реле используются там, где необходимо переключать большие электрические нагрузки с помощью слабого сигнала. Реле также используются для обеспечения электрической изоляции между системами высокого и низкого напряжения, чтобы обеспечить защиту систем низкого напряжения и пользователей.

Реле находят применение в

• Автомобили
  • Топливный насос, звуковые сигналы, стартеры, ветровое стекло
• Автоматизация зданий
  • Системы контроля доступа, лифты, панели управления
• Промышленная автоматизация
  • Контроллеры двигателей, контроллеры освещения, распределение электропитания и коммутация
• Бытовые электроприборы
  • Духовки, стиральные машины, внутренние/наружные блоки кондиционирования воздуха

И многое другое.

Как долго работает электромагнитное реле?

Поскольку реле содержит движущиеся части и постоянно включается/отключается, их ожидаемый срок службы относительно меньше, чем у их полупроводниковых аналогов.

Как правило, первой частью реле, которая выходит из строя, являются контакты. По данным FDA, ожидаемый срок службы реле составляет 100 000 операций для их контактов и 10 миллионов операций в целом.

Однако, если реле постоянно находятся под большой нагрузкой, ожидаемый срок их службы может быть значительно ниже. Например, если реле используется для переключения нагрузок, намного превышающих его номинальное значение, контакты могут изнашиваться быстрее и в конечном итоге могут сплавиться вместе, создавая опасную ситуацию.

Как проверить электромагнитное реле

Электромагнитные реле можно проверить с помощью нагрузки или мультиметра. Процедура проверки реле с помощью мультиметра следующая:

1. Установите режим мультиметра в режим непрерывности/зуммера . Подсоедините щупы к клеммам катушки реле. Если звучит зуммер, катушка исправна и исправна.

Проверку катушки можно также выполнить в режиме измерения сопротивления . Функциональная катушка будет иметь сопротивление около 10-500 Ом.

1. Подключите датчики к контактам NO и COM. В этот момент зуммер не должен звонить. Если звучит зуммер, реле неисправно.
2. Аналогичным образом подключите датчики к клеммам NC и COM. Теперь должен звучать зуммер (если измеритель находится в режиме сопротивления, он должен показывать 0 Ом). . Если этого не происходит, значит реле неисправно.

Сколько контактов у электромагнитного реле?

Электромагнитные реле доступны в различных формах и размерах. В зависимости от конфигурации реле может иметь количество выводов от 4, 5, 8, а иногда и больше. Есть несколько конфигураций реле, которые широко доступны:

• SPST – однополюсный, однонаправленный
• SPDT – однополюсный двухпозиционный
• DPST – двухполюсный, однонаправленный
• DPDT – двухполюсный на два направления

В дополнение к контактным клеммам имеются две дополнительные клеммы, которые подключаются к катушке.