Главная
Электромагнитное реле — реле, которое реагирует на величину электрического тока посредством притяжения ферромагнитного якоря или сердечника при прохождении тока через его обмотку.
Воспринимающий орган электромагнитного реле — обмотка и магнитная система с подвижной частью (якорем или сердечником). Исполнительный орган — контакты. Орган сравнения образуется подвижной частью и дополнительными грузами и пружинами (возвратными и контактными). По характеру движения подвижной системы электромагнитные реле разделяются на втяжные и поворотные. Как втяжные так и поворотные реле могут быть уравновешенными или неуравновешенными по отношению к воздействующим на них ускорениям.
Во втяжных электромагнитных реле имеется подвижный сердечник, который движется в направляющей втулке из немагнитного материала. Конфигурация «стопы» неподвижного сердечника и обращенного к нему конца подвижного сердечника определяют вид тяговой характеристики реле. Если втяжное реле не имеет магнитопровода, то его часто называют соленоидным.
В поворотных электромагнитных реле имеется подвижный якорь. Если угол поворота небольшой (5-10°), то поворотное реле часто называют клапанным.
Основные характеристики воспринимающего органа электромагнитного реле — тяговая и механическая (нагрузочная). Тяговая характеристика определяется изменением усилия притяжения P w {displaystyle P_{w}} при изменении рабочего воздушного зазора δ между неподвижной и подвижной (якорем или сердечником) частями магнитной системы при определенной намагничивающей силе обмотки F {displaystyle F} . Она определяется для реле постоянного тока, как:
P w = d w m , v d δ = − F v 2 8 π ∗ 981 ∗ d G v d δ = − 6 , 2 ∗ 10 − 5 ( I ∗ w v ) 2 d G v d δ {displaystyle P_{w}={dw_{m,v} over ddelta }=-{F_{v}^{2} over 8pi *981}*{dG_{v} over ddelta }=-6,2*10^{-5}{igl (}I*w_{v})^{2}{dG_{v} over ddelta }}
где, F v {displaystyle F_{v}} - часть намагничивающей силы, создаваемой обмоткой реле, идущая на проведение магнитного потока через рабочий воздушный зазор.
Значение F v = F ∗ k {displaystyle F_{v}=F*k} , где k = R m , v / ( R m , v + R m , c ) {displaystyle k=R_{m,v}/(R_{m,v}+R_{m,c})} ; R m , v = 1 / G v {displaystyle R_{m,v}=1/G_{v}} и R m , c {displaystyle R_{m,c}} - магнитные сопротивления рабочего воздушного зазора и магнитопровода,
d G v d δ {displaystyle {dG_{v} over ddelta }} - производная изменения магнитной проводимости рабочего воздушного зазора по ходу якоря или сердечника.
Воспринимающий орган электромагнитных реле переменного тока обычно имеют магнитную систему, состоящую из магнитопровода I- , П- или Ш-образной формы, собранного из листовой электротехнической стали, обладающие малыми потерями на гистерезис и вихревые токи. Так как при переменном токе I = I m sin ω t {displaystyle I=I_{m}sin {omega t}} и
( I w ) 2 = ( I m ) 2 m sin 2 ω t = ( I w m / 2 ) m 2 ( 1 − cos 2 ω t ) {displaystyle (Iw)^{2}={(Im)_{2}^{m}}sin ^{2}omega t={(Iw_{m}/2)}_{m}^{2}(1-cos 2omega t)} , то тяговые усилия (или тяговый момент) будут меняться по закону
P w = C 0 2 ( I w ) m 2 − C 0 2 ( I w ) m 2 cos 2 ω t = P w , 0 − P w , 0 cos 2 ω t {displaystyle P_{w}={C_{0} over 2}(Iw)_{m}^{2}-{C_{0} over 2}(Iw)_{m}^{2}cos 2omega t=P_{w,0}-P_{w,0}cos 2omega t}
что приводит к непостоянству работы контактов и к механическому износу подвижной системы реле. Для устранения этого разбивают магнитный поток в рабочем воздушном зазоре на два потока, сдвинутые по фазе на угол φ. Это достигается охватом 1/2 или 2/3 полюсного наконечника короткозамкнутым витком. При этом тяговые усилия равны
P w = P w , 0 − P w , 01 cos 2 ω t − P w , 02 cos 2 ( ω t − ψ ) {displaystyle P_{w}=P_{w,0}-P_{w,01}cos 2omega t-P_{w,02}cos 2(omega t-psi )}
Быстродействующие электромагнитные реле выполняются с небольшими весами и моментом инерции подвижных частей, с магнитной системой, изготовленной из листовой стали или стали, содержащей около 4 % кремния.
В электромагнитных реле замедленного действия подвижные части выполняются с большим моментом инерции с надетым на сердечник короткозамкнутым витком или втулкой из меди или алюминия. Часто для замедления срабатывания и отпускания применяют схемы замедления с помощью которых достигается удлинение переходных процессов, происходящих в его обмотках. Как время срабатывания так и время отпускания реле складывается из времени трогания, то есть времени нарастания (или спадания) тока в обмотке до момента трогания якоря, и времени движения якоря до замыкания (или размыкания) контактов. Схемы замедления воздействуют на продолжительность времени трогания.
Основные части электромагнитного реле: электромагнит, якорь и переключатель. Электромагнит представляет собой электрический провод, намотанный на катушку с ярмом из магнитомягкого материала. Якорь — обычно пластина из магнитного материала, через толкатели воздействующая на контакты.
В исходном положении якорь удерживается пружиной. При подаче управляющего сигнала электромагнит притягивает якорь, преодолевая её усилие, и замыкает и/или размыкает контакты в зависимости от конструкции реле. После отключения управляющего напряжения пружина возвращает якорь в исходное положение. В некоторые модели могут быть встроены электронные элементы. Это резистор, подключенный к обмотке катушки для более чёткого срабатывания реле, или (и) конденсатор, параллельный контактам для снижения искрения и помех или полупроводниковый диод, служащий для блокировки перенапряжений на обмотке реле при его обесточивании вследствие электромагнитной индукции.
Управляемая цепь электрически никак не связана с управляющей, то есть они гальванически изолированы друг от друга (электротехниками нередко используется калька с английского dry contact термин «сухой контакт» вместо более русскоязычного словосочетания «изолированный контакт»). Более того, в управляемой цепи величина тока может быть намного больше, чем в управляющей. Источником управляющего сигнала могут быть слаботочные электрические схемы (например, дистанционного управления), различные датчики (света, давления, температуры и т. п.), и другие приборы которые выдают малые величины тока и/или напряжения. Таким образом, реле, по сути, выполняют роль дискретного усилителя тока, напряжения и мощности в электрической цепи. Это свойство реле, кстати, имело широкое применение в самых первых дискретных (цифровых) вычислительных машинах. Впоследствии реле в цифровой вычислительной технике были вытеснены сначала лампами, потом транзисторами и микросхемами — работающими в ключевом (переключательном) режиме. В настоящее время производятся попытки возродить релейные вычислительные машины с использованием нанотехнологий.
Как правило, электромеханическое реле имеет ярко выраженную петлю гистерезиса функции входной ток — состояние контактов (то есть работают как Триггер Шмитта). Соответственно, для некоторых реле указывают два порога этой петли гистерезиса — ток срабатывания и ток отпускания. Ток срабатывания указывает при каком токе реле переходит из состояния выключено в состояние включено. Ток отпускания (иногда называют током удержания) указывает при каком токе реле переходит из состояния включено в состояние выключено.
В момент переключения реле в активный режим требуется значительно больший ток, чем для удерживания, поскольку вблизи к магниту поле значительно сильнее, чем на удалении.
В наши дни в электронике и электротехнике реле используют в основном для управления большими токами. В цепях с небольшими токами для управления чаще всего применяются транзисторы или тиристоры.
При работе со сверхбольшими токами (десятки-сотни ампер; например, при очистке металла методом электролиза) для исключения возможности пробоя контакты управляемой цепи исполняются с большой контактной площадью и погружаются в масло (так называемая «масляная ячейка»).
Реле до сих пор очень широко применяются в бытовой электротехнике, в особенности для автоматического включения и выключения электродвигателей (пускозащитные реле), а также в электрических схемах автомобилей. Например, пускозащитное реле обязательно имеется в бытовом холодильнике, а также в стиральных машинах. В этих устройствах реле намного надёжнее электроники, так как оно устойчиво к броску тока при запуске электродвигателя и особенно к сильному броску напряжения при его отключении.