Электромагнитное реле: устройство, виды, маркировка, подключение и регулировка

Назначение устройства

Высокая нагрузка, которую испытывают электродвигатели, обусловливает рост потребления электроэнергии в процессе функционирования. Это часто приводит к превышению нормативных параметров работы оборудования. Перегрузка в электрической цепи является причиной быстрого роста температуры. А она, в свою очередь, вызывает появление неисправностей и аварий.

Назначение теплового реле состоит в создании предпосылок для поддержания нормальных условий эксплуатации посредством возможности отключения электроэнергии при перегрузках и риске аварии.

Это устройство замыкает или размыкает цепь по сигналу, поступающему от агрегата в зависимости от текущей рабочей температуры. В результате электродвигатель защищается от токовых перегрузок.

Среди преимуществ данного устройства можно отметить:

Но при этом потребуется периодическая проверка работоспособности и настройка.

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.

Помимо низковольтного оборудования релейные блоки используются для управления, конденсаторными установками, которые используются для плавного пуска электрических двигателей высокой мощности.

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.

Как обозначается реле на схеме

Для проведения ремонта оборудования, в котором установлено коммутационное устройство, следует знать, как оно выглядит на схеме.

Итак, обмотка катушки на схеме представляет собой прямоугольник, от которого выходят контакты: А1 и А2. Само реле подписывается буквой К.

Поляризованное реле на схеме также представляет собой прямоугольник, только с большой черной точкой, на одном из контактов. Такое реле обозначается буквой Р.

Это основные обозначения устройства на схеме. Для более подробного ознакомления с другими видами изображений можно ознакомиться в справочнике по электронике.

Условное обозначение

На электрической схеме реле принято обозначать прямоугольником, от больших сторон которого отходят линии соленоидных выводов питания.

Графические маркеры

Условное обозначение реле на схемах

Графический способ изображения элементов реализуется посредством геометрических фигур:

контакты – аналогично контактам переключателей;
устройства с контактами около катушки – соединение штриховой линии;
контакты в различных местах – порядковый номер рядом с прямоугольником;
полярное реле – прямоугольник с двумя выводами и точкой около разъема;
фиксирование коммутатора при срабатывании – жирная точка у неподвижного контакта;
замкнутые контакты реле после того, как снято напряжение – на обозначении замкнутого или разомкнутого контакта рисуют кружок;
магнитоуправляемые контакты (геркон) в корпусе – окружность;
количество обмоток – наклонные линии;
подвижный контакт – стрелочка;
однолинейная токопроводящая поверхность – прямая линия с выводами ответвления;
кольцевая или цилиндрическая токоотводящая поверхность – окружность;
перемычки (реле как делитель напряжения) для рассекания сети – линия с символами разъемного соединения;
перемычка переключения – П-образная скобка.

Буквенное обозначение

УГО реле бывает недостаточно для правильного прочтения схемы. В этом случае используется буквенный способ маркировки. Код реле – английская литера К. Для наглядного понимания, что может обозначать буква на релейной схеме, стоит обратиться к таблице.

Буквы	Расшифровка
AK	Блок-реле/защитный комплекс
AKZ	Комплект реле сопротивления
KA	Реле тока
KAT	Р. тока с БНТ
KAW	Р. тока с торможением
KAZ	Токовое реле с функциями фильтра
KB	Р. блокировки
KF	Р. частоты
KH	Указательное
KL	Промежуточное
F	Плавкий предохранитель
XN	Неразборное соединение
XT	Разборное соединение
KQC	Реле «вкл»
KQT	Реле «откл»
KT	Р. времени
KSG	Тепловое
KV	Р. напряжения
K 2.1, K 2.2, K 2.3	Контактные группы
XT	Клеммы
E	Элементы, к которым подключается реле
NO	Нормально разомкнутые контакты
NC	Нормально замкнутые контакты
COM	Общие (переключающиеся) контакты
mW	Мощность потребления
mV	Чувствительность
Ω	Сопротивление обмотки
V	Номинал напряжения
mA	Номинальный ток

Основные производители реле

Aleph International — более 30 лет на рынке электроники, электротехнических товаров и средств автоматизации. Продукция считается одной из наиболее надежных.

Axicom — подразделение швейцарской фирмы Alcatel Switzerland Ltd. с 1999 года входит в концерн Tyco Electronics. Производит чрезвычайно качественные изделия. Все предлагаемые на российском рынке релейные устройства полностью отвечают требованиям отечественных нормативов по электрической надежности и прочности диэлектриков;

CIT RELAY & SWITCH (Чжэцзян, Китай) — компания специализируется на релейных устройствах, используемых в телекоммуникациях, автоиндустрии и безопасности. Имеет широкую номенклатуру продукции, главным достоинством является доступной цена изделий;

Finder — Европейский производитель специализирующееся на выпуске реле и таймеров. Занимает 3 место в Европе по выпуску электромеханических релейных автоматов промышленного и бытового назначения. Вся продукция сертифицирована по стандартам ISO 9001 и ISO 14001.

NAiS под этой торговой маркой выпускается продукция компании Matsushita Electric Works (Япония). Изделия сертифицированы по стандартам ISO 9001:2000. Номенклатура продукции включает электромеханические и PhotoMOS реле, различные контроллеры и микровыключатели как для промышленного, так и для бытового использования.

Контакты реле.

В зависимости от конструктивных особенностей контакты промежуточных реле бывают нормально разомкнутые (замыкающие), нормально замкнутые (размыкающие) или перекидные.

3.1. Нормально разомкнутые контакты.

Пока напряжение питания не подано на катушку реле, его нормально разомкнутые контакты всегда разомкнуты. При подаче напряжения реле срабатывает и его контакты замыкаются, замыкая электрическую цепь. На рисунках ниже показана работа нормально разомкнутого контакта.

3.2. Нормально замкнутые контакты.

Нормально замкнутые контакты работают наоборот: пока реле обесточено, они всегда замкнуты. При подаче напряжения реле срабатывает и его контакты размыкаются, размыкая электрическую цепь. На рисунках показана работа нормально разомкнутого контакта.

3.3. Перекидные контакты.

У перекидных контактов при обесточенной катушке средний контакт, закрепленный на якоре, является общим и замкнут с одним из неподвижных контактами. При срабатывании реле средний контакт вместе с якорем перемещается в сторону другого неподвижного контакта и замыкается с ним, одновременно разрывая связь с первым неподвижным контактом. На рисунках ниже показана работа перекидного контакта.

Многие реле имеют не одну, а несколько контактных групп, что позволяет осуществлять управление несколькими электрическими цепями одновременно.

К контактам промежуточных реле предъявляются особые требования. Они должны иметь малое переходное сопротивление, большую износоустойчивость, малую склонность к привариванию, высокую электропроводность и большой срок службы.

В процессе работы контакты своими токоведущими поверхностями прижимаются друг к другу с определенным усилием, создаваемым возвратной пружиной. Токоведущая поверхность контакта, соприкасающаяся с токоведущей поверхностью другого контакта называется контактной поверхностью, а место перехода тока из одной контактной поверхности в другую называется электрическим контактом.

Соприкосновение двух поверхностей происходит не по всей кажущейся площади, а лишь отдельными площадками, так как даже при самой тщательной обработке контактной поверхности на ней все равно будут оставаться микроскопические бугорки и шероховатости. Поэтому общая площадь соприкосновения будет зависеть от материала, качества обработки контактных поверхностей и усилия сжатия. На рисунке показаны контактные поверхности верхнего и нижнего контактов в сильно увеличенном виде.

В месте перехода тока с одного контакта в другой возникает электрическое сопротивление, которое называется переходным сопротивлением контакта. На величину переходного сопротивления существенное влияние оказывает величина контактного нажатия, а также сопротивление окисных и сульфидных пленок, покрывающих контакты, так как они являются плохими проводниками.

В процессе длительной работы поверхности контактов изнашиваются и могут покрываться налетами копоти, окисными пленками, пылью, непроводящими частицами. Также износ контактов может быть вызван механическими, химическими и электрическими факторами.

Механический износ происходит при скольжении и ударах контактных поверхностей. Однако главной причиной разрушения контактов являются электрические разряды, возникающие при размыкании и замыкании цепей в особенности цепей постоянного тока с индуктивной нагрузкой. В момент размыкания и замыкания на контактных поверхностях происходят явления плавления, испарения и размягчения контактного материала, а также перенос металла с одного контакта на другой.

В качестве материалов для контактов реле применяют серебро, сплавы твердых и тугоплавких металлов (вольфрам, рений, молибден) и металлокерамические композиции. Наибольшее применение получило серебро, обладающее малым контактным сопротивлением, высокой электропроводностью, хорошими технологическими свойствами и относительно невысокой стоимостью.

Следует помнить, что абсолютно надежных контактов нет, поэтому для повышения их надежности применяют параллельное и последовательное включение контактов: при последовательном включении контакты могут разорвать большой ток, а параллельное включение повышает надежность замыкания электрической цепи.

Выбор и подключение

При выборе определённой модели реле специалист руководствуется рядом факторов

Важно обращать внимание даже на малейшие детали. Необходимо учитывать токовую нагрузку. Современные устройства могут крепиться к плоским поверхностям или же устанавливаться на рейках в распределительном шкафу

Современные устройства могут крепиться к плоским поверхностям или же устанавливаться на рейках в распределительном шкафу

Современные устройства могут крепиться к плоским поверхностям или же устанавливаться на рейках в распределительном шкафу.

Некоторые модели имеют довольно маленькие габариты. Желательно отдавать предпочтение аппаратам, где можно легко регулировать диапазон пороговых значений. Удобно, когда при срабатывании возникает звуковая и световая индикация. Для этого может быть светодиодный или жидкокристаллический дисплей. На выбор влияет также степень защищённости реле и климатические условия, где будет размещаться аппарат.

Инструкция по установке и подключению у каждого прибора своя. Монтаж реле вида ЕРР происходит следующим образом:

Питание полностью отключается.
Реле устанавливается на шине распределительного щита.
Подсоединение к питанию проводится по правилам, которые указаны в техдокументации.
Через сквозной канал для подключения реле проводится кабель измеряемой линии.
Провод питания сигнализации подсоединяется по очереди к контактам устройства для контроля тока.

При установке устройства неопытный мастер может допустить ошибку. Не следует забывать, что электромагнитные конструкции в высокогорье могут работать с перебоями. Это объясняется изменениями в атмосферном давлении. Поэтому перед установкой прибора необходимо внимательно изучить его описание. Обычно в инструкции указывается, что его можно применять при максимальной высоте в 2 тыс. м над уровнем море. Специалисты должны учитывать этот факт в работе с авиационной техникой.

НАЗНАЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ РЕЛЕЙНЫХ ПРИБОРОВ

Ток, протекающий через катушку релейного коммутатора обычно очень мал, в то время как контакты способны коммутировать мощные электрические цепи. Токовые возможности контактов зависят от их конструктивного исполнения.

Таким образом, одним из главных смыслов применения электроприборов данного типа является возможность управлять большими электрическими нагрузками посредством малых токов.

Примером разновидностей электромагнитных коммутаторов, использующих данное свойство, могут служить магнитные пускатели и контакторы.

Ещё одной широко распространённой причиной использования релейных приборов электромагнитного типа — необходимость размножения какого-либо сигнала или увеличения его мощности. Такая потребность часто возникает в системах управления, защиты и автоматики.

Например, при срабатывании какого-либо сенсорного органа (играющего роль датчика какого-либо параметра), среагировавшего на какой-нибудь внешний фактор, необходимо выполнить несколько действий.

Каждое из этих действий требует коммутации отдельной электрической цепи, то есть, наличия персонального контакта.

Поскольку сам сенсорный орган обычно не обладает необходимым количеством контактов достаточной мощности, в такой ситуации используют так называемое промежуточное электромагнитное реле.

В этом случае выходная цепь сенсорного устройства подаёт питание на катушку промежуточного реле, имеющего необходимое количество контактов требуемого типа и мощности. При срабатывании сенсора срабатывает промежуточное релейное устройство и своей контактной группой запускает требуемые процессы.

Резюмируя описание примеров, для чего служит электромагнитное реле, основные направления его использования можно выразить следующим образом:

применение в качестве органов реагирования в защитах по току и напряжению;
использование в качестве промежуточного исполнительного органа в различных системах;
применение как коммутатора мощной электрической нагрузки, управляемой посредством небольшой мощности.

* * *

Назначение и область применения промежуточных реле

Трудно перечислить отрасли промышленности, отдельные направления индустрии в которых используются промежуточные реле. Во всех отраслях промышленности, приборах для бытового применения, особенно в элементах систем с электронным, электротехническим оборудованием может быть установлено промежуточное реле.

Можно выделить несколько случаев как используют вспомогательные реле в сложных электротехнических комплексах:

Для коммутации участков в различных независимых друг от друга сетях;
Для увеличения задержки срабатывания защитных элементов в цепях большими токами нагрузки;
Во вторичных цепях, для контроля параметров и режимов работы отдельных элементов в цепях высокого напряжения;

Одно реле на производственной линии может выполнять одновременно или последовательно несколько коммутаций в цепях питания или управления. В системах подогрева и водоснабжения при включении глубинного насоса, подается питание на катушку реле, при замыкании группы контактов включается система контроля, за работой насоса. На дисплее оператора отображаются основные параметры наличие напряжения, на насосе, токи нагрузки на каждой фазе, температура и другие в зависимости от сложности схемы, по мере необходимости.

Другая пара одновременно замкнет контакты подачи питания на катушку магнитного пускателя, при срабатывании которого ток пройдет на все три фазы электродвигателя насоса. В случае если пускатель собран по реверсивной схеме, другая группа одновременно отключает реверсивную схему, исключая короткое замыкание.

В системе подогрева сигнал со слабыми токами не способен включать катушки мощных магнитных пускателей или реле. Поэтому промежуточное реле выступает как усилитель управляющего сигнала, сигнал с теплового датчика включает промежуточное реле, контакты которого подают напряжение на обмотки магнитного пускателя, контакты которого замыкаются и питание подается на тэны, кипятильники или другие мощные нагревательные приборы.

Обозначение на корпусе

На каждом устройстве имеется цифробуквенная маркировка. Она сообщает специалисту следующую информацию:

Номинальное напряжение управляющей катушки. Бывает постоянного тока или переменного.
Мощность устройства. Указывают редко.
Диапазон рабочих напряжений управляемых контактов. Может отличаться для разных цепей.
Производственная информация. Тип прибора (РП), год выпуска, производитель.
Схема включения контактов. У некоторых моделей устройств по 20-30 выводов. Их назначение указано на корпусе. Нет нужды бегать искать обозначение на схеме в технической документации.

Выше был рассмотрен пример использования РПУ-21. В данном случае аббревиатура означает следующее:

Р — реле;
П — промежуточное;
У — универсальное;
21 — номер серии.

Технология монтажа РН

Перед тем как подключать реле напряжения, следует внимательно изучить предлагаемую электрическую схему. И хотя практически все однофазные приборы защиты коммутируются идентично, все же могут иметься определенные отличия.

В данном обзоре мы рассмотрим алгоритм установки и электрического подключения классического реле напряжения, оснащенного тремя выводами:

1 – ноль вход (N);
2 – фаза вход (Lвх);
3 – фаза выход (Lвых).

Итак, первым делом следует обесточить место проведения работ и исключить вероятность ошибочной подачи напряжения. Вдобавок, необходимо удостовериться в отсутствии питающего напряжения при помощи специализированного прибора (мультиметра).

Далее следует закрепить реле напряжения в непосредственной близости от автоматических выключателей (в распределительном щитке), для чего применяется DIN-рейка или саморезы. При этом следует проследить за тем, чтобы прибор был жестко зафиксирован и не мог демонтироваться самопроизвольно.

После проведения механических работ, следует выполнить электромонтажные операции, которые желательно производить в следящей очередности:

Определяется фазный проводник, отходящий от АВ;
Данный провод отсоединяется от клеммы автомата и переподключается на выходную клемму реле напряжения (в нашем случае 3 клемма);
Между отходящей клеммой АВ (L) и подходящей клеммой 2 реле напряжения (Lвх) устанавливается перемычка, для чего применяется изолированный проводник, соответствующего сечения. (О том как рассчитать сечение провода можно узнать здесь). Причем если применяется многопроволочный провод, то места подключения желательно облудить или оснастить обжимными гильзами;
Между отходящей клеммой АВ (N) и подходящей клеммой РН (N) также устанавливается перемычка по идентичной методике.

В принципе на этом монтаж считается завершенным и после проверки качества работ (проводники должны иметь надежное подключение) можно приступать к этапу отладки прибора.

Устройство и принцип работы реле

Реле представляет собой катушку, состоящую из немагнитного основания, на которое намотан провод из меди с тканевой или синтетической изоляцией, но чаще всего с диэлектрическим лаковым покрытием. Внутри катушки установленной на нетокопроводящее основание, размещается металлический сердечник. Также в устройстве имеются пружины, якорь, соединительные элементы и пары контактов.

При подаче тока на обмотку электромагнита (соленоида) сердечник притягивает якорь, который соединяется с контактом и электрическая или электронная цепь замыкается. При снижении силы тока до определенного значения, якорь, под действием пружины, возвращается на исходную позицию, вследствие чего происходит размыкание цепи.

Более плавная и точная работа достигается благодаря использованию резисторов, а защиту от скачков напряжения и искрения обеспечивает установка конденсаторов.

У большинства электромагнитных реле имеется не одна, а несколько пар контактов, что позволяет управлять несколькими цепями одновременно.

Простейшая схема устройства электромагнитного соленоида

Если в двух словах, то этот вид коммутационного устройства работает по принципу электромагнитной индукции. Благодаря довольно простому принципу действия реле имеют высокую надежность в эксплуатации.

В видеоролике ниже разъясняется принцип действия электромагнитного КУ:

Преимущества и недостатки использования ЭМР

Основными аргументами в пользу использования в схеме управления электрическими цепями электромагнитного реле становится:

стойкость к воздействию на сети импульсных перенапряжений;
способность электроизоляции выдерживать до 5 кВ между контактами и управляющей катушкой;
незначительное падение напряжения на контактах в замкнутом состоянии;
возможность коммутации нагрузок до 4 кВт при размере менее 10 см³;
низкие показатели тепловыделения;
наличие гальванической развязки между контактной группой и цепями управления;
сравнительно доступная стоимость.

Среди «минусов» такого технического решения стоит выделить ограниченный механический ресурс оборудования, высокое потребление тока, создание помех в момент срабатывания.

Нормально замкнутый и нормально разомкнутый контакт

Различают два основных вида контактов реле: нормально закрытые (НЗ) и нормально открытые (НО). Названия отражают состояние контактов в «нормальном», когда на катушке реле НЕТ напряжения. Нормально закрытые контакты замкнуты в нормальном состоянии, а нормально открытые – разомкнуты.

Ещё одни тип контактов – перекидные. Их нельзя назвать ни нормально закрытыми, ни нормально открытыми, поскольку они имеют и тот и другой контакт. При переключении реле, такой контакт размыкает одну цепь и замыкает другую. Это станет понятнее, когда мы посмотрим их графическое обозначение на схеме.

Обозначение

На электрических схемах реле обозначают как несколько отдельных элементов:

катушка

НЗ контакт
НО контакт
Перекидной

Условное деление на разные элементы вводится исключительно для удобства. Это позволяет размещать катушку и контакты в разных частях схемы, чтобы она получилась более компактной и читаемой. При этом все элементы одного реле обозначаются одним и тем же буквенным кодом, т.к. конструктивно – это один элемент.

Также для удобства некоторые элементы реле могут изображаться на схеме и совместно. Например, так может быть обозначена группа нормально открытых контактов:

Примечания

Храмой А. В. [www.booksite.ru/elektr/1950/1950_12.pdf О двух важных этапах в истории электроавтоматики] (рус.) // Электричество : журнал. — 1950. — Декабрь. — С. 72—77.
[books.google.com/books?id=WKuG-VIwID8C&pg=PA153&dq=Invention+of+the+relay&hl=en&sa=X&ei=-mnmT5bJK4no9AT8l4mMAQ&ved=0CF8Q6AEwCA#v=onepage&q=Invention%20of%20the%20relay&f=false Icons of Invention: The Makers of the Modern World from Gutenberg to Gates]. — ABC-CLIO. — P. 153.
[history-computer.com/ModernComputer/Basis/relay.html The electromechanical relay of Joseph Henry]. Georgi Dalakov.
[books.google.com/books?id=pDbQVE3IdTcC&pg=PA311&dq=relay+Joseph+Henry+1835&hl=en&sa=X&ei=GNSIT6PyMJP02wXO3K3GCQ&ved=0CFoQ6AEwBg#v=onepage&q=relay%20Joseph%20Henry%201835&f=false Scientific American Inventions and Discoveries: All the Milestones in Ingenuity—From the Discovery of Fire to the Invention of the Microwave Oven]. — John Wiley & Sons. — P. 311.
Thomas Coulson. Joseph Henry: His Life and Work. — Princeton: Princeton University Press, 1950.
[www.electromonter.info/handbook/symbol_762455.html УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМАХ ПО ГОСТ 7624-55]

Преимущества и недостатки использования ЭМР

стойкость к воздействию на сети импульсных перенапряжений;
способность электроизоляции выдерживать до 5 кВ между контактами и управляющей катушкой;
незначительное падение напряжения на контактах в замкнутом состоянии;
возможность коммутации нагрузок до 4 кВт при размере менее 10 см³;
низкие показатели тепловыделения;
наличие гальванической развязки между контактной группой и цепями управления;
сравнительно доступная стоимость.