Реле. Загальна характеристика реле

Реле — це електричний апарат, у якому при плавній зміні вхідної (керуючої) величини і досягненні нею певного значення, відбувається стрибкоподібна зміна вихідної (керованої) величини.

Функції, виконувані реле, і їх конструкції надзвичайно різноманітні. У зв'язку із цим і класифікують реле по ряду різних ознак. Найбільше доцільно класифікувати реле по роду фізичної величини, на яку вони реагують. Відповідно до цього розрізняють реле струмові, напруги, потужності, теплові, оптичні і т.п. При цьому слід зазначити, що реле може реагувати не тільки на значення конкретної величини, але й на різницю значень (диференціальні реле), на зміну знака величини (поляризовані реле) або на швидкість зміни вхідної величини.

Реле звичайно складається із трьох основних функціональних елементів: сприймаючого, проміжного і виконавчого. Сприймаючий, (первинний елемент) сприймає контрольовану величину хі перетворить її в іншу фізичну величину у(наприклад, у контактні реле — у механічну силу).

Проміжний елемент (у контактних реле — це звичайно пружина) порівнює значення перетвореної величини із заданим значенням і при перевищенні встановленого (заданого) значення передає первинний вплив на виконавчий елемент.

Виконавчий елемент (у контактних реле — рухлива контактна система) впливає безпосередньо на керований ланцюг, замикаючи або розмикаючи свої контакти.

У ряді конструктивних виконань реле може бути четвертий елемент — елемент, що створює витримку часу між моментом часу і моментом спрацьовування виконавчого елемента.

Сприймаючий елемент залежно від призначення реле і роду фізичної величини на яку він реагує, може мати різні виконання як за принципом дії, так і по пристрою. Наприклад, у реле максимального струму або реле напруги сприймаючий елемент виконаний у вигляді електромагніту, у реле тиску — у вигляді мембрани або сильфона, у реле рівня — у вигляді поплавця і т.д. Сприймаючий елемент електричних реле за принципом дії може бути електромагнітної системи, індукційної, тепловий і т.д. У зв'язку із цим розрізняють, наприклад, реле струму електромагнітне, реле струму індукційне й т.п.

Нейтральні електричні реле. Залежно від способу включення сприймаючого елемента розрізняють реле первинні, вторинні й проміжні. Первинні реле включаються безпосередньо в контрольований ланцюг. Вторинні реле включаються в контрольований ланцюг через вимірювальні трансформатори струму або напруги. Сприймаючі елементи проміжних реле включаються в ланцюг через виконавчі органі первинних або вторинних реле і служать звичайно для розмноження і (або) посилення сигналу.

За принципом дії виконавчих елементів розрізняють реле контактні й безконтактні. Контактні реле впливають на керований ланцюг шляхом замикання або розмикання її своїми контактами. Безконтактні реле здійснюють керування шляхом стрибкоподібного (релейного) зміни параметрів свого виконавчого елемента, включеного в керований ланцюг.

Залежно від області застосування ( тобто за функціональною ознакою) реле діляться на реле захисту, керування, автоматики й зв'язку.

Розглянемо принцип роботи реле із замикаючим контактом (мал. 2.22, а). При відсутності вхідного сигналу контакти виконавчого елемента реле розімкнуті й струм у керованому ланцюзі дорівнює нулю. Значення вхідної величини, при якій відбувається спрацьовування реле, називається значенням величини спрацьовування — х_ср.

Доти, поки х<х_ср,вихідна величина у=0 (або у=у_min для безконтактних реле). При х=х_ср вихідна величина стрибком змінюється від 0 до у_тах (мал. 2.22, г), відбувається спрацьовування реле (контакт замикається). Якщо вхідну величину х зменшити, то при досягненні х≤х_отп відбудеться відпускання реле (вихідна величина прийме, нульове значення — контакти реле розімкнуться).

Значення вхідної величини, при якій відбувається стрибкоподібне зменшення вихідної величини від у_тах до 0, називається значенням величини відпускання.

Задане значення величини спрацьовування або відпускання, на яке відрегульовано реле, називається уставкой по величині, що впливає.

Рис. 2.22. Реле: а — електромагнітне; б— геркон; в — поляризоване; г — статична характеристика електромагнітного реле; 1 — рухливий якір; 2 — нерухливий сердечник; 3 — обмотка електромагніту; 4 — пружина протидіюча; 5 — контакти; 6— штифт відлипання.

Час із моменту подачі сигналу на спрацьовування до моменту стрибкоподібної зміни вихідної величини називається часом спрацьовування. Цей час залежить від конструкції реле й значення вхідного параметра (звичайно t_ср=0,001…0,25 с). Чим більше значення вхідного параметра в порівнянні з x_cр, тем швидше й надійніше працює реле. Відношення робочого значення вхідного параметра до величини спрацьовування називається коефіцієнтом запасу

(2.67)

Відношення величини відпускання до величини спрацьовування називається коефіцієнтом повернення

(2.68)

Час із моменту подачі сигналу на відключення до моменту припинення впливу виконавчого елемента на керований ланцюг називається часом відключення або часом відпускання.

Досить важливим параметром, що характеризують підсилювальні властивості реле, є відношення потужності керування Р_кер до мінімальної потужності вхідного сигналу Р_ср, при якім відбувається спрацьовування реле:

(2.69)

До реле керування й автоматики пред'являються підвищені вимоги у відношенні комутаційної й механічної зносостійкості. Найбільш слабкий елемент контактних реле — контактна система, Виходячи з вимог зносостійкості для реле встановлюються припустима частота спрацьовування в одиницю часу й термін служби (або наробіток).

Найбільш широке поширення одержали електромагнітні реле, принцип дії яких заснований на взаємодії магнітного поля котушки, обтічної струмом, з феромагнітним якорем. Сприймаючим органом електромагнітних реле є обмотка, а комутуючим — контакти. По роду вхідного струму розрізняють реле постійного й змінного струму. У свою чергу, реле постійного струму підрозділяють на нейтральні електромагнітні й поляризовані реле, робота яких залежить від полярності сигналу.

Електромагнітні реле одержали широке поширення завдяки своїй простоті й високим комутаційним властивостям (опір між розімкнутими контактними парами звичайно становить 1*10¹…1*10⁸ Ом, а замкненому стані 1*10^-1…1*10^-3 Ом). У конструктивнім відношенні нейтральні електромагнітні реле можуть бути з поворотним або якорем, що втягує, а також без’якорні: фериди та геркони.

Широке поширення одержали реле серій РПУ-1, РПУ-2, ПЭ, РЭС і ін.

Геркони. В останні роки широко почали застосовуватися реле з герметизованими контактами (геркони). При проходженні струму по обмотці реле 2 (мал. 2.22, б) виникає магнітне поле, що намагнічує контакти 1, розташовані усередині скляного балона 3, заповненого інертним газом. При цьому контакти 1 замикають електричне коло керування.

Реле на герконах випускаються з пам'яттю, тобто, що зберігають положення контактів і після припинення дії керуючого сигналу, і без наявності пам'яті, що забезпечують повернення контактів у розімкнуте (вихідне) стан після зняття керуючого сигналу.

Залежно від споживаної потужності реле на герконах можна розділити на високочутливі ( до 100 мВт) і слабкострумові ( до 50 Вт постійного струму й 500 ВА змінного струму).

Поляризоване реле на відміну від нейтрального електромагнітного реле постійного струму має додатковий постійний магніт, внаслідок чого напрямок переміщення якоря реле залежить від напрямку струму, що протікає по його обмотці (мал. 2.22, в). Потік Ф₀, створюваний постійним магнітом, проходить через якір і кожну з напівгалузей магнітного ланцюга. При цьому якщо якір буде в початковому стані перебувати в положенні 1 (ліве положення якоря), те повітряний зазор між лівим полюсом сердечника реле і якорем буде менше, чим між правим полюсом і якорем, δ₁<δ₂. У зв'язку із цим потік Ф₀₁>Ф₀₂. Отже, електромагнітна сила, що притягає якір реле до лівого полюса сердечника, буде більше електромагнітної сили, що притягає якір до правого його полюса (якір залишається при цьому в положенні 1).

При подачі напруги в обмотку поляризованого реле струм, що проходить по ній, створює електромагнітний потік Ф. Його напрямок визначається напрямком струму в обмотці реле ( за правилом буравчика). У лівому зазорі потоки Ф и Ф₀₁ мають протилежний напрямок, а в правом Ф и Ф₀₂ збігаються по напрямкові. Отже вектор, що результуючий, потоку Ф₊Ф02 буде більше Ф₊Ф01 і якір реле перекинеться в положення II (праве положення). Вітчизняна промисловість випускає поляризовані реле серії РП, що допускають максимальну частоту перемикань До 200 у секунду. Вони мають високу чутливість, стійкість до перевантажень і швидкодією (час спрацьовування 1,5...2 мс).