Реле́ (фр. relais ) — элемент автоматических устройств, который при воздействии на него внешних физических явлений скачкообразно принимает конечное число значений выходной величины. [1]
По виду физических величин, на которые реагируют реле, они делятся на: электрические, механические, тепловые, оптические, магнитные, акустические. Часто реле, которые должны реагировать на неэлектрические величины, выполняют с помощью датчиков, соединенных с электрическими релейными элементами. [2]
Реле называют различные таймеры, например таймер указателя поворота автомобиля, таймеры включения/выключения различных приборов и устройств, например бытовых приборов (реле времени).
Содержание
История [ править | править код ]
Некоторые историки науки утверждают, что реле впервые было разработано и построено русским учёным П. Л. Шиллингом в 1830—1832 гг. Это реле составляло основную часть вызывного устройства в разработанном им телеграфе [3] .
Другие историки [4] [5] [6] [7] отдают первенство известному американскому физику Дж. Генри (его именем названа единица индуктивности — генри), который сконструировал контактное реле в 1835 году при попытках усовершенствовать изобретённый им в 1831 г. телеграфный аппарат. В 1837 году устройство получило применение в телеграфии. Фактически первое реле было изобретено американцем Джозефом Генри в 1831 г. и основывалось на электромагнитном принципе действия. Следует отметить, что первое реле Дж. Генри было не коммутационным.
Слово «реле» возникло от французского relay, — процедура смены уставших почтовых лошадей на станциях или передача эстафеты в спортивных эстафетных состязаниях.
Как самостоятельное устройство реле впервые упомянуто в патенте на телеграф Самюэля Морзе.
Первые попытки создания научной методики для построения структуры релейных устройств относятся к 1925—1930 годам (работы ученых СССР Кутти А, Цимбалистый М, а также работы иностранных авторов). [8] [9] Однако началом развития теории релейный устройств является 1936—1938 года, когда В.Шестаков, [10] К.Шеннон, [11] и А. Накашима [en] , [12] применили для решения задач релейными устройствами аппарат математической логики; указание на возможность применения этого аппарата было сделано ещё в 1910 году ученым П.Эренфестом. [13]
Существенную роль в развитии релейных устройств сыграли международные симпозиумы по теории релейных устройств и конечных автоматов. Первый из них (1957 г.) имел место в США [14] , а второй (1962 г.) — в СССР. [15]
Релейные элементы [ править | править код ]
Релейный элемент — минимальная совокупность деталей и связей между ними, имеющая релейную характеристику, то есть скачкообразно изменяющаяся при поступлении фиксированных воздействий на вход, воздействие на выходах, переходя от одного фиксированного воздействия к другому. [2] У релейных многопозиционных элементов воспринимающие или исполнительные органы могут находиться более чем в двух состояниях. Примером такого устройства может служить шаговый искатель. [16]
Релейные элементы характеризуются параметрами, относящиеся к входным и выходным воздействиям:
срабатывание — минимальное значение воздействия (на входе) при таком его возрастании, что релейный элемент изменяет свое состояние и одновременно воздействует на выходе в соответствии с релейной характеристикой;
отпускание — минимальное значение воздействия на входе при таком его уменьшении, что релейный элемент возвращается в свое первоначальное состояние.
В связи с не идеальностью релейной характеристики эти величины обычно не совпадают друг с другом (гистерезис). В ряде случаев релейный элемент может обладать свойствами фиксации, то есть оставаться в занятом им состоянии и после снятия воздействия на входе. В этом случае релейный элемент возвращается в первоначальное состояние обычно после подачи воздействия на другой его вход (или воздействие противоположного знака воздействия на тот же вход). Максимальное значение такого воздействия при его возрастании, вызывающее возвращение релейного элемента в первоначальное состояние, называется параметром возврата. Отношение параметра отпускания к параметру срабатывания называется коэффициентом отпускания. Характеристикой релейного элемента служит так же его быстродействие, определяемое временем срабатывания и временем отпускания или возврата. В ряде случаев важными характеристиками релейного элемента являются: потребление энергии, вес, занимаемый объём и т. п.
По виду физических явлений, используемых для действия релейных элементов, они делятся на механические и электрические. [2] Которые в свою очередь могут быть контактные и бесконтактные.
Электрический [ править | править код ]
Чаще всего под термином «реле» подразумевается электрический релейный элемент — релейный элемент, действие которого основано на явлениях, вызванных протеканием электрического тока, изменением электрического поля или явлениями, связанными с электрической проводимостью. [17] В рамках системы стандартизации термин «электрическое реле» используется исключительно для реле, выполняющего только одну операцию преобразования между его входными и выходными цепями. [18]
Классификация [ править | править код ]
По виду физических явлений, используемых для действия [2] : [ править | править код ]
- электромагнитные
- нейтральные;
- поляризованные;
По виду физических величин, на которые реагируют [2] : [ править | править код ]
- электрические
- ток;
- напряжение;
- мощность
- активная;
- реактивная;
- активно-реактивная;
По назначению делятся на: [17] [ править | править код ]
- аварийные
- аварийного отключения;
- повторного включения;
- включения резерва;
Обозначение на схемах [ править | править код ]
На принципиальных электрических схемах реле обозначается следующим образом:
1 — обмотка реле (A1, A2 — управляющая цепь),
2 — контакт замыкающий,
3 — контакт размыкающий,
4 — контакт замыкающий с замедлителем при срабатывании,
5 — контакт замыкающий с замедлителем при возврате,
6 — контакт импульсный замыкающий,
7 — контакт замыкающий без самовозврата,
8 — контакт размыкающий без самовозврата,
9 — контакт размыкающий с замедлителем при срабатывании,
10 — контакт размыкающий с замедлителем при возврате.
11 — общий контакт,
На некоторых схемах ещё можно встретить обозначения по ГОСТ 7624-55.
Стандартное реле представляет собой электрический аппарат, предназначенный для производства коммутации в электрических цепях, с целью изменения входных величин электрического или не электрического происхождения. Для чего нужно реле на самом деле, если рассматривать этот вопрос упрощенно? Реле регулирует работу электрической цепи, согласно сигналу, полученному извне.
Необходимость реле
Следует подробно рассмотреть все составляющие, от которых зависит его нормальная работа. В первую очередь, это внешний сигнал. Он оказывает свое воздействие на механизм и побуждает его к дальнейшим действиям, т.е. срабатыванию. В роли сигнала могут выступать различные действия: скачки напряжения, изменение давления, обычное механическое воздействие.
Электрическими цепями, по-простому, называют провода, где протекает электрический ток. И, наконец, понятие коммутации. Самое простое определение коммутации – это переключение. Но для реле данное определение не совсем подходит, здесь получается более сложный процесс. Чтобы окончательно прояснить понятие коммутации относительно реле, необходимо рассмотреть принцип его работы.
Принцип работы реле
Любое электромагнитное реле использует электромагнитные силы, которые возникают в металлическом сердечнике, когда по виткам его катушки проходит электрический ток. В верхней части металлического сердечника устанавливается пластина, называемая подвижным якорем, в котором имеются один или несколько контактов. Напротив этих подвижных контактов, соответственно устанавливаются неподвижные контакты.
Исходное положение якоря фиксируется с помощью пружины. Когда подается напряжение, происходит притяжение якоря электромагнитом. При этом, сопротивление пружины преодолевается, и контакты, в зависимости от модели реле, замыкаются или размыкаются. После того, как напряжение отключается, пружина приводит якорь в первоначальное положение.
Отдельные конструкции имеют дополнительные электронные детали:
- Резистор, подключаемый к обмотке катушки и обеспечивающий более четкое срабатывание;
- Конденсатор, подсоединяемый параллельно с контактами, чтобы понизить искрение и различные помехи;
- Для катушек постоянного тока установлен гасящий выпрямительный диод;
- Для катушек переменного тока, с целью погашения перенапряжения устанавливается варистор;
- Индикатором работы реле служит светодиод.
Завершая рассматривать что такое реле, можно сделать вывод, что данный прибор применяется в электрических цепях для отключения какого-либо участка или прибора в определенное, заданное время.
Реле — электромеханическое устройство, предназначенное для коммутации электрических цепей, цепей сигнализации и управления. Чаще всего реле используется в системах управления и зачастую являются как коммутационными, так и усиливающими элементами цепи.
Следует помнить, что по характеру включения сеть устройства могут быть первичными и вторичными. Первичные реле включаются непосредственно в управляющие цепи управления, вторичные подключаются через измерительные трансформаторы, лабораторные резисторы, шунтирующие сопротивления.
Также одним из достоинств релейных устройств и элементов является очень высокое сопротивление между открытыми контактами, что выгодно отличает их твердотелых реле, использующих вместо катушки полупроводниковые элементы.
Твердотельные устройства очень чувствительны к качеству управляющего сигнала и имеют высокую вероятность ложного срабатывание в результате внештатного электромагнитного импульса или при увеличении напряжения в управляемой сети сверх оптимальных значений.
Помимо стандартных электромагнитных реле некоторые источники относят к этой группе устройств и герконовые реле, главной отличительной чертой которых является использование, в качестве управляющего сигнала, вместо электрического сигнала магнитное поле вырабатываемое постоянным или электромагнитом.
УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО РЕЛЕ
Конструктивно электромагнитное реле представляет собой катушку выполняющую роль втягивающего устройства. Она состоит из основания из немагнитного материала, на которое намотан медный провод, который, в зависимости от исполнения, может быть в изоляции из тканевых, синтетических материалов, но в большинстве случаев проводник покрывается диэлектрическим лаком.
При подаче напряжения на катушку происходит втягивание металлического сердечника, связанного с толкателем, который приводит в движение контакты.
В зависимости от назначения контактный блок реле может состоять из нормально открытых (разомкнутых) или нормально закрытых (замкнутых) контактов, в некоторых случаях блок контактов может совмещать в себе оба типа контактов.
Более подробно устройство реле можно понять если разбить его составляющие на блоки:
- управляющий — служит для преобразования управляющего сигнала (в нашем случае из электрического — в магнитное поле);
- блок промежуточных элементов — приводит в действие исполнительный механизм;
- исполнительный блок — воздействует непосредственно на управляемую цепь. В качестве исполнительного блока можно рассматривать контактную группу устройства.
Также, при проектировании управляющих цепей с использованием электромагнитных реле необходимо учитывать, что ввиду того что чувствительным элементом является электромагнитная катушка, то ток в обмотке увеличивается или уменьшается не мгновенно, а в течении некоторого времени.
В связи с этим следует учитывать возможное время задержки срабатывания. Оно достаточно мало, но в некоторых ситуациях может оказывать влияние на работу других элементов схемы.
Электромагнитные реле можно классифицировать по следующим признакам:
для цепей управления, защиты или сигнализации;
малой мощности, управляющий сигнал ≤1 Вт, средней мощности, сигнал управления находится в пределах от 1 до 9 Вт, высокой мощности — мощность сигнала ≥10 Вт;
времени реакции на сигнал управления:
безынерционные время реакции ≤ 0,001 сек., быстродействующие — время реакции от 0,001 до 0,05 сек., замедленные время реакции от 0,05 до 1 сек., а также реле времени с регулируемой задержкой срабатывания.
характеру управляющего напряжения:
постоянного тока —нейтральные, поляризованные и переменного тока.
Отдельно стоит остановиться на особенностях реле постоянного тока. Как было выше сказано они подразделяются на нейтральные и поляризационные. Главное отличие этих двух групп заключается в том, что поляризационные устройства чувствительны к полярности приложенного напряжения, то есть подвижный сердечник меняет свое направление с правого на левое или наоборот в зависимости от полярности напряжения.
Электромагнитные реле постоянного тока делятся на:
- двухпозиционные;
- двухпозиционные с преобладанием;
- трехпозиционные или реле с нечувствительной зоной.
Срабатывание же устройств нейтрального типа не зависит от полярности подаваемого напряжения. К недостаткам реле использующих, в качестве управляющего сигнала, постоянный ток можно отнести необходимость установки блоков питания, для подачи постоянного тока и высокая стоимость самого устройства.
Реле переменного тока этого лишены, но и у них есть свои недостатки такие как — необходимость доработки конструкции для устранения вибрации сердечника. Рабочие параметры хуже, чем у устройств использующих линейную форму управляющего сигнала, а именно — хуже чувствительность, гораздо меньшее электрическое усилие. Но в тоже время они могут напрямую подключаться к электрической сети переменного тока.
ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ РЕЛЕ
Пожалуй, наиболее широкое распространение реле, работающие с использованием электромагнитного принципа получили в сфере распределения и производства электрической энергии. Релейная защита высоковольтных линий обеспечивает безаварийный режим работы подстанций и другого подключенного оборудования.
Управляющие элементы, используемые в установках релейной защиты рассчитаны на коммутацию присоединения при рабочих напряжениях, достигающих нескольких сотен тысяч вольт. Широкое распространение релейной защиты высоковольтных линий обусловлено:
- высокой долговечностью релейных элементов;
- быстрой реакцией на изменение параметров подключенных линий;
- способностью работы в условиях высокой напряженности электромагнитных полей и нечувствительностью к появлению паразитных электрических потенциалов.
Также посредством установок релейной защиты осуществляется резервирование линий электропередач и моментальный вывод из работы поврежденных участков электросети, к примеру, при замыкании линии на землю или обрыве токоведущих частей. На сегодняшний день еще не изобретены более надежные средства защиты линий электропередач чем релейная защита.
Кроме того, в настоящее время электромагнитный тип реле широко используется в системах управления производственными, конвейерными линиями. Чаще всего данный вид систем управления используется на производствах с наличием высоких паразитных потенциалов делающих невозможным использование полупроводниковых систем управления.
К примеру, известен случай, когда при модернизации систем управления конвейерными линиями на одном из элеваторов новое оборудование, построенное новейших полупроводниковых элементах, постоянно выходило из строя.
Как позже выяснилось причиной поломки стало статическое электричество, возникающее при движении зерна по конвейерной ленте, а так как система выравнивания потенциалов была не предусмотрена в данных помещениях, то стал вопрос о переносе пульта управления в защищенное помещение.
Это было сопряжено с огромными материальными затратами. В результате было принято решение перейти на релейные блоки управления, нечувствительные к статическому напряжению.
Принципы работы заложенные в основу функционирования электромагнитных реле используются в устройствах дистанционного управления нагрузкой — пускателях или контакторах.
Принцип работы этих устройств во многом напоминает работу реле, с той лишь разницей, что предназначены данные устройства для коммутации силовых цепей сила тока, в которых может достигать 1000 А, а в случае особо мощных установок и выше.
Но самым знаковым применением реле электромагнитного типа является их использование в первых электронно-вычислительных машинах, в качестве логических элементов способных выполнять простейшие логические операции. Не смотря на низкое быстродействие эти первые компьютеры по надежности превосходили следующее поколение ламповых вычислительных комплексов.
Простейшими примерами использования электромагнитного реле в повседневной жизни являются реле управления в различных видах бытовой техники: холодильниках, стиральных машинах и т.п.
—>
© 2012-2019 г. Все права защищены.
Все представленные на этом сайте материалы имеют исключительно информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов
