Подключение электромагнитного реле. Электроника для чайников: что такое реле и зачем оно нужно. Устройство, типы, описание. Ошибки при монтаже и эксплуатации

Реле - устройство для включения и выключения электрических цепей, один из «долгожителей» среди радиотехнических элементов. Несмотря на относительно простую конструкцию, оно обладает высокой эффективностью и надежностью. Даже в настоящее время в некоторых устройствах не существует альтернативы. Несмотря на существование силовых полупроводниковых приборов, контакты реле до сих пор являются самым простым способом коммутации мощных нагрузок в слаботочных цепях.

Назначение

Элементарная электрическая схема состоит из источника питания, выключателя и нагрузки. В идеале все три элемента должны соответствовать друг другу по напряжению, а главное - по току. Это обязательное условие нормальной работы цепи. Если допустимый ток через выключатель больше, чем потребляемый нагрузкой, ничего страшного не произойдет. Более того, такой размыкатель прослужит гораздо дольше. Когда же ток, протекающий через выключатель, превышает предельно допустимый, начинаются проблемы.

Выражаются они в искрении контактов, что в конечном счете сказывается на сроке их службы. Казалось бы, достаточно установить соответствующий нагрузке выключатель и все будет нормально. Это так, но не всегда возможно. Дело в том, что чем выше допустимый ток, тем больше габариты размыкателя. При этом нагрузка может быть достаточно большой, а управлять ею приходится, например, с пульта на котором нет места для крупного выключателя.

В этом случае и устанавливают реле. Для его включения требуется относительно маленький ток. Мощность нагрузки может быть весьма значительной, при этом реле можно вынести за пределы того же пульта управления и установить в месте, где габариты не имеют принципиального значения.

Сразу следует отметить, что существует большое разнообразие приборов контроля напряжения. В статье будет рассмотрено наиболее распространенное электромагнитное реле. Состоит оно из следующих частей:

• электромагнитная катушка с сердечником;
• якорь;
• коммутируемые контакты реле;
• возвратная пружина.

Реле выполнено в закрытом, иногда герметичном корпусе. Это предохраняет его механизм от попадания пыли и влаги. Для подключения устройства снаружи корпуса имеются выводы контактов и обмотки катушки.

Принцип работы

Ключевым элементом реле является электромагнитная катушка, в данном случае ее называют обмоткой. В конструкции она выполняет функцию соленоида. При протекании тока через катушку возникает магнитное поле, за счет которого к сердечнику притягивается якорь, жестко соединенный с подвижным контактом реле. Он при перемещении замыкает электрическую цепь. После того как напряжение с обмотки будет снято, якорь под действием пружины возвращается в исходное положение, размыкая при этом контакты реле.

Сопротивление катушки, а значит, и количество витков, зависят в основном от мощности подключаемой нагрузки. В соответствии с этим растут и габариты обмотки и реле. Однако в любом случае, ток, потребляемый катушкой, в десятки, а то и сотни раз меньше коммутируемого контактами. Это свойство и позволяет использовать реле в качестве промежуточного. Сначала слаботочным выключателем запитывается само реле, а затем оно своими контактами подает напряжение потребителю. Такое использование устройства стало основным и получило наиболее широкое распространение. В этом случае специалисты говорят, что нагрузка подключена через контакты промежуточного реле. Таким образом, исключается зависимость выключателя от мощности запитываемого устройства.

Что такое контакты

Применительно к реле, это вопрос не праздный, как может показаться. Дело в том, что в этом случае имеются в виду не только механические контакты, которые переключаются внутри устройства. Когда говорят о реле, подразумевают все выводы, находящиеся на его корпусе. Разделить их можно на два вида:

1. Контакты обмотки. Иногда на реле их может быть больше двух.
2. Коммутируемые.

Чтобы избежать путаницы, эти выводы часто называют контактами подключения реле. Иногда их количество может достигать 10. При этом из-за отсутствия стандартизации не всегда понятно, куда какую цепь подключать. Разобраться поможет распиновка контактов реле, которая почти всегда нанесена на его корпус. Если нет - придется искать описание. Контакты обмотки подключены непосредственно к ее выводам. На них подается напряжение, от которого срабатывает реле. Обмоток может быть несколько и у каждой будет своя пара контактов. Иногда катушки могут быть соединены между собой проводниками, если необходимо обеспечить определенный алгоритм их срабатывания.

Материал коммутируемых контактов

Срок службы некоторых реле составляет десятки лет. При этом все его детали испытывают большие нагрузки, особенно контакты. Во-первых, они испытывают механические воздействия, связанные с перемещением якоря. Во-вторых, на них негативно влияют большие токи нагрузки. Поэтому контакты реле должны соответствовать следующим требованиям:

1. Высокая электропроводность. Обеспечивает малое падение напряжения.
2. Хорошие антикоррозийные качества.
3. Высокая температура плавления.
4. Малая эрозия. Контакты должны быть стойки к переносу металла, который неизбежен при постоянном замыкании и размыкании.

Все перечисленные качества напрямую зависят от используемого материала. Рассмотрим основные металлы, используемые для изготовления реле:

1. Медь полностью отвечает выдвигаемым требованиям, за исключением стойкости к коррозии. Поэтому часто используется в контактах реле с герметичным корпусом. Кроме того, медь обладает еще одним плюсом - относительно низкой стоимостью, по сравнению с другими металлами. Единственным ее недостатком является склонность к окислению при длительной работе. Поэтому используется она там, где предусмотрен кратковременный режим работы, например, в контактах реле поворотов.
2. Серебро обладает отличной проводимостью и износоустойчивостью. Не вызывает искрения при коммутации индуктивной нагрузки. При этом серебряные контакты не обладают достаточной дугостойкостью, поэтому не могут использоваться для управления нагрузками значительной мощности. Кроме того, у них достаточно высокая стоимость. Поэтому контакты имеют комбинированную конструкцию - медь с напылением серебра.
3. Вольфрам обладает большой износоустойчивостью и стойкостью к высокой температуре. Изготовленные из него контакты способны коммутировать очень высокие токи (десятки ампер).

Кроме материала, контакты реле различаются по способу коммутации.

Нормально разомкнутые

Именно такие контакты рассматривались до сих пор. В нейтральном положении, т. е. когда на обмотку реле не подается питание, они разомкнуты. После включения напряжения якорь притягивается к сердечнику и контакты замыкаются. Нормально разомкнутые контакты чаще других используются в различных электрических схемах, в основном в качестве промежуточных.

Нормально замкнутые

Алгоритм их работы прямо противоположен. Контакты замкнуты при обесточенном реле, и отключаются при появлении на обмотке напряжения. Используется это при реализации различных блокировок и в цепях сигнализации. Типичным примером использования нормально замкнутых контактов является механическое реле регулятор. Коротко о его работе поговорим ниже.

Через нормально замкнутые контакты подается напряжение на обмотку возбуждения. Соответственно, при отпущенном якоре генератор вырабатывает электрический ток. Происходит подзарядка аккумулятора. Как только напряжение в бортовой сети превышает установленное значение, якорь притягивается, контакты реле-регулятора отпускаются, обмотка возбуждения обесточивается. В итоге снижается напряжение на выходе генератора.

Кстати, несмотря на то, что давно появились электронные реле-регуляторы, владельцы старых автомобилей не спешат ставить их вместо механических. Связано это с безотказной работой последних в течение многих лет. Это к вопросу о надежности.

Переключающие

В этом случае у реле есть и нормально замкнутый, и разомкнутый контакты. Причем всего их не четыре, как может показаться, а три. Дело в том, что один из них общий. Всего на корпусе реле 5 контактов (два вывода обмотки и три коммутируемых). Благодаря своей универсальности радиотехнические элементы этого типа получили самое широкое распространение. Поэтому большинство современных реле имеют переключающие контакты, иногда даже несколько групп.

Маркировка

Все данные о технических характеристиках реле, как правило, нанесены на его корпус. Это совсем не лишняя информация, т. к. иногда одинаковые на вид приборы имеют разное предназначение и возможности. Более того, некоторые отечественные реле еще и называются одинаково, различаясь только так называемым паспортом. В этом случае приходится обращаться к описанию.

Что касается импортных реле, которых сейчас большое количество, то маркировка на их корпусе, хоть и различается в зависимости от производителя, но интуитивно понятна. Как правило, там приведена информация о рабочем напряжении обмотки и максимальном токе, проходящим через коммутируемые контакты. Кроме того, на корпусе реле обязательно нанесено обозначение контактов реле.

Реле - это электрический выключатель, который разъединяет или соединяет цепь при создании определенных условий. Различаются реле по конструкционным особенностям и по типу поступающего сигнала. Электрические устройства наиболее востребованы и широко применяются во всех отраслях промышленности и обслуживающей сферы.

Применение и принцип действия

Реле — это электромагнитное переключающее устройство, регулирующее работу управляемых объектов при поступлении необходимого значения сигнала. Электрическая цепь, которую регулируют при помощи реле, называют управляемой, а цепь, по которой идет сигнал к устройству называется управляющей.

Реле выступает, своего рода, усилителем сигнала, т.е. при помощи небольшой подачи электричества на это устройство, замыкается более мощная цепь. Различают реле, работающие от постоянного тока и переменного. Устройство переменного тока срабатывает при прохождении входного сигнала определенной частоты. Реле постоянного тока могут приходить в рабочее состояние при одностороннем протекании тока (поляризованные), и при движении электричества в двух направлениях (нейтральные).

Устройство реле

Наиболее простая схема устройства реле состоит из якоря, магнитов и соединяющих элементов. При подачи тока на электромагнит, он замыкает якорь с контактом, в результате чего цепь замыкается. Когда ток становится меньше определенной величины, якорь под действием давящей силы пружины возвращается в первоначальное положение и цепь размыкается. На ряду с основными элементами, в состав реле могут входить резисторы для более точной работы устройства и конденсаторы, обеспечивающие защиту от искрения и скачков напряжения.

Устройство электромагнитных реле

Электромагнитное реле включается под действием электрического тока, поступающего на обмотку. На рисунке изображен принцип работы клапанного реле. Когда достигается нужная величина силы тока, в системе возникает электромагнитная сила, которая притягивает якорь (3) к поверхности ярма(1), при чем пружина (2) под действием электромагнитного поля прогибается. Вместе с якорем движется контакт (4) и давит на контакт внешней цепи (5), который при достижении определенной силы соприкасается с другим проводником (6).

После замыкания цепи срабатывает управляемый элемент (7), который производит определенное действие. Исходное положение может быть разомкнутым, как в данном примере, так и замкнутым. В последнем случае управляемый элемент выключается, при достижении определенного значения поступающего тока.

Когда силы тока становится недостаточно, чтобы удерживать якорь в нижнем положении, когда контакты 5 и 6 соприкасаются, пружина отводит якорь и размыкает цепь. Управляющее устройство перестает снабжаться электричеством и прекращает свою работу.

Большинство электромагнитных реле снабжаются не одной парой контактов, как в приведенном примере, а несколькими. В этом случае можно управлять одновременно многочисленными электрическими цепями.

Назначение

Реле широко применяются во многих областях и сферах. Эти устройства имеют сложную классификацию, попробуем для наглядности их поделить на несколько групп:

1. Подразделяются по области применения на:
   • Управления электрических систем
   • Защита систем
   • Автоматизация систем
2. В зависимости от принципа действия подразделяются:
   • Электромагнитные
   • Магнитолектические
   • Тепловые
   • Индукционные
   • Полупроводниковые
3. От вида поступающего параметра, реле делятся на:
   • Мощности
   • Частоты
   • Напряжения
4. По принципу воздействия на управляющую часть:
   • Контактные
   • Безконтактные

Требования к реле

К различным видам реле предъявляются различные требования. Например, электромагнитные устройства должны обладать высокой надежностью, чувствительностью, быстродействием и селективностью.

Селективность - это способность реле реагировать на изменения параметров в выборочном порядке. Например, при возникновении аварийных ситуаций, отключать только поврежденные участки системы, оставляя в полной рабочей способности действующие элементы.

Реле имеет важное значение для систем автоматизации и управления нагрузками. Кроме того, реле являются лучшим способом для гальванической развязки между высоковольтными и низковольтными участками цепи. Существует огромное множество различных типов реле. Давайте для начала выясним, как работает реле.

Как работает реле?

Шаг первый — контакты

Каждое реле имеет внутри как минимум два контакта. Контакты реле работают, так же как и контакты простого переключателя или кнопки. Вы можете рассмотреть работу контактов на следующем рисунке:

Обе клеммы работают как переключатель. Когда контакты замкнуты, то ток течет от вывода 1 к выводу 2.

Существует два типа контактов:

• нормально разомкнутые (N.O.)
• нормально замкнутые (N.C.)

При нормально разомкнутых контактах (N.O.) в обесточенном (нормальном) состоянии ток не может пройти через эти контакты. И, наоборот, у обесточенного реле при нормально замкнутых контактах (N.C.) ток свободно протекает через контакты.

Ниже на анимации показано как реле с нормально разомкнутыми контактами включает лампочку:

Что касается реле с нормально замкнутыми контактами, то оно работает с точностью до наоборот. Смотрите следующую анимацию:

Шаг второй — комбинация контактов

Реле может иметь комбинацию вышеупомянутых контактов. Посмотрите на рисунке ниже

В этом случае имеется 3-й контакт, называемый «Общий». В связи с этим, выводы NC и NO работают только с этим общим контактом. Между выводами NC и NO не существует контакта! Следующая анимация показывает, как работает эта пара:

Шаг третий – что определяет нормальное состояние?

Хорошо, в реле мы имеем нормально разомкнутые и нормально замкнутые контакты. Но какое состояние считается нормальным? Сделаем еще один шаг в направлении объяснения принципа работы реле – взглянем на рисунок ниже. К предыдущему рисунку добавился новый элемент — пружина.

Эта пружина определяет нормальное положение общего контакта. Если вы обратили внимание на предыдущей анимации, сила переключения (F) через раз оказывает свое воздействие на общий контакт, поскольку существует другая (противоположная) сила, которая постоянно тянет контакт в обратном направлении. Эта сила исходит от пружины:

Таким образом, пружина определяет нормальное состояние контактов. Другими словами, нормальное состояние – это такое положение контактов, при котором нет никакого воздействия на общий вывод, кроме действия пружины.

Шаг четвертый – что заставляет перемещаться общий контакт?

Элемент, который заставляет перемещаться общий контакт, на самом деле является электромагнитом! Катушка электромагнита расположена прямо под контактом.

Когда ток протекает через эту катушку, создается магнитное поле. Сила магнитного поля преодолевает силу пружины и притягивает общий контакт к себе, меняя его положение. Ниже приведена полная анимация работы электромагнитного реле:

Что такое реле тока? Такой вопрос часто возникает у студентов и электриков самоучек. Ответ на него достаточно прост, но в учебниках и многих статьях в интернете он содержит огромное количество формул и отсылок к разнообразным законам. В нашей статье мы постараемся объяснить, что это такое, и как оно работает буквально на пальцах.

Для начала давайте разберем принцип реле тока и его устройство. На данный момент существуют электромагнитные, индукционные и электронные реле.

Мы будем разбирать устройство наиболее распространенных электромагнитных реле. Тем более, что они дают возможность наиболее наглядно понять их принцип работы.

• Начнем с основных элементов любого реле тока. Оно в обязательном порядке имеет магнитопровод. Причем, этот магнитопровод имеет участок с воздушным зазором. Таких зазоров может быть 1, 2 или более — в зависимости от конструкции магнитопровода. На нашем фото таких зазора два.
• На неподвижной части магнитопровода имеется катушка. А подвижная часть магнитопровода закреплена пружиной, которая противодействует соединению двух частей магнитопровода.

• При появлении на катушке напряжения, в магнитопроводе наводится ЭДС. Благодаря этому, подвижная и неподвижная части магнитопровода становятся как два магнита, которые хотят соединиться. Не дает им это сделать пружина.
• По мере увеличения тока в катушке, ЭДС будет нарастать. Соответственно, будет нарастать притяжение подвижного и неподвижного участка магнитопровода. При достижении определенного значения силы тока, ЭДС будет настолько велико, что преодолеет противодействие пружины.
• Воздушный зазор между двумя участками магнитопровода начнет сокращаться. Но как говорит инструкция и логика, чем меньше воздушный зазор, тем больше становится сила притяжения, и тем с большей скоростью магнитопроводы соединяются. В результате, процесс коммутации занимает сотые доли секунды.

• К подвижной части магнитопровода жестко прикреплены подвижные контакты. Они замыкаются с неподвижными контактами и сигнализируют, что сила тока на катушке реле достигла установленного значения.

• Для возврата в исходное положение, сила тока в реле должна уменьшиться как на видео. Насколько оно должно уменьшится, зависит от так называемого коэффициента возврата реле.

Оно зависит от конструкции, а также может настраиваться индивидуального для каждого реле за счет натяжения или ослабления пружины. Это вполне можно сделать своими руками.

Назначение и способы подключения токового реле

Реле тока и напряжения, являются основными элементами практически всех основных защит. Поэтому, давайте более детально разберемся с их сферой применения и схемой подключения.

Назначение токового реле

И в первую очередь, давайте разберемся, а зачем собственно говоря нужно это токовое реле? Для ответа на этот вопрос нам следует немного погрузиться в теорию. Но мы постараемся сделать это максимально поверхностно и доступно.

• Любая электроустановка имеет два основных параметра своей работы — это ток и напряжение. Контролируя эти два параметра, можно оценить работоспособность оборудования и вероятные неисправности.
• Реле тока, как несложно догадаться, контролирует ток. И если его уменьшение говорит лишь о снижении нагрузки, то его увеличение в большинстве случаев говорит о серьезных неисправностях. Дабы не рассматривать вопрос более детально, давайте возьмем в качестве примера электродвигатель.

• Электродвигатель имеет номинальный ток, например, 50А. Незначительное увеличение тока, допустим до 55А, сигнализирует о перегрузе. В этом случае, двигатель не должен отключаться немедленно, ведь перегруз может носить временный характер, и согласно ПУЭ, большинство электродвигателей допускается периодически перегружать.
• Но длительный режим работы с повышенным номинальным током может сигнализировать о неисправности механической части или других проблемах. Поэтому, после нагрузки, через определенный промежуток времени, двигатель должен быть отключен.

• Схема реле тока и реле времени позволяет обеспечить такую защиту. При увеличении тока выше номинального значения в 50А, срабатывает токовое реле. Своими контактами оно запускает в работу реле времени, которое отсчитывает допустимое время работы двигателя в перегаженном состоянии. Если за этот период времени токовое реле не отпало, то реле времени срабатывает и отключает электродвигатель.

Всем привет.

В сегодняшнем обзоре я поделюсь с вами своими впечатлениями о 5-ти контактном автомобильном реле, приобретенном на eBay, а так же покажу один из возможных вариантов его использования.

Реле заказывалось почти одновременно с комплектом ДХО, о котором я рассказывал несколько дней назад. Зачем? Потому что при использовании стандартного подключения, при включении габаритов или ближнего/дальнего света, ДХО все так же продолжали светиться. Хорошего в этом я ничего не нашел, а потому стал задумываться об автоматизации их отключения при включении габаритов или ближнего света. Самым простым и логичным вариантом мне показалось использование реле.


К слову, это одна из тех немногих покупок, перед совершением которых я отправился в местный магазин автозапчастей. Каково же было мое удивление, когда в ВАЗовском магазине я увидел цену: реле - 5 рублей (где-то 2,5$), колодка к нему - 2,5 рубля (1$). Итого, 3,5$ за комплект оффлайн у нас без ожидания против $1,66 у них. Выбор очевиден:) Я заказывал сразу 2 реле, так как изначально планировал установить по одному на каждую лампочку.

Посылку продавец отправил через несколько дней после оплаты, присвоив ей трек, все доступные события по которому можно посмотреть .

На то, чтобы попасть из Китая в Беларусь у посылки ушел примерно месяц, после чего она была благополучно получена в моем почтовом отделении. Поставляются они в обычных полиэтиленовых пакетиках без каких-либо опознавательных знаков и надписей (если не считать наклейку со штрих-кодом).


Внешне реле мало чем отличаются от тех, что можно увидеть на полках в родных магазинах. Особых претензий к их качеству изготовления у меня нет. Непосредственно реле так вообще выглядят очень даже прилично. Контакты надежно залиты герметиком очень напоминающим смолу:


Как видно на фото, каждый контакт подписан, так что проблем с подключением возникнуть не должно:)

Сверху на реле изображен принцип работы реле, а так же указан производитель и краткие характеристики.


Как видно, данное реле рассчитано на напряжение в 12-14 В и максимальный ток 40А. Способно ли оно и вправду пережить такую нагрузку сказать не могу, так как ничего подходящего для проверки данного параметра у меня на момент подключения под рукой не оказалось:(У меня же в сети максимальная нагрузка около 4А, так что проблем с этим нет.

Для крепления реле в конструкции предусмотрена металлическая пластинка, которую можно без проблем снять, если в том будет необходимость.


В комплект поставки входит само реле и колодка к нему. Колодка идет сразу с проводами, что существенно облегчает процесс установки. Качество изготовления колодки будет несколько похуже. Основной минус - обилие облоя, не удаленного после отлива колодки. Длина проводов, идущих к колодке около 15 сантиметров.


Но тут скорее страдает внешний вид, так как на функционале это никак не сказывается. Если верить описанию, то каждое реле способно отработать 10 000 циклов включения-выключения, что достаточно неплохо.

В принципе, больше ничего интересного во внешнем виде реле нет, а значит можно переходить к проверке их работоспособности. Но перед тем, как это сделать, думаю, будет не лишним напомнить зачем эти реле вообще надо.

В обычном состоянии в реле 2 контакта постоянно замкнуты. Это контакты, обозначенные на реле цифрами 30 и 87а (в некоторых случаях 88). При при подаче напряжения на контакты 86 и 85, цепь 30-87а разрывается, а 86-85 замыкается. На свободном контакте (87) находится свободный плюс (нам он не нужен). Так что удаляем из колодки провод, идущий к 87 контакту.


Итак, приступим. Первым делом разрезаем плюсовой провод, идущий к ДХО. Поскольку в моих он общий, то можно обойтись одним реле, установив его около места его подключения. В разрез подключаем провода, идущие к контактам 30 и 87а. 86 контакт подключил к массе, а 85 к плюсовому проводу, идущему к габаритным огням. Места соединения проводов изолируем и крепим реле где-нибудь под капотом. У меня это получилось примерно так (к болту крепления подвел провод массы):


Осталось дело за малым - проверить как все работает. Включаем зажигание и видим, что наши ДХО светятся. Значит хуже не сделали.


Далее включаем габариты/ближний свет:


Как видно, все работает так, как и задумывалось. При включении габаритов/ближнего света лампочки ДХО отключается. Для большей наглядности снял небольшое видео на тему того, как это выглядит в живую:

При желании реле можно использовать в массе самых разнообразных вариаций. На сколько я знаю, некоторые на них даже противоугонные устройства собирают:)

На этом, пожалуй, все. Спасибо за внимание и потраченное время.