Конструкция электромагнитного реле. Электромагнитные реле: принцип работы, устройство и применение

Что такое электромагнитное реле и как оно работает. Какие бывают виды реле. Из каких основных частей состоит реле. Где применяются электромагнитные реле. Каковы преимущества и недостатки реле. Как правильно выбрать реле для конкретной задачи.

Принцип работы электромагнитного реле

Электромагнитное реле — это коммутационное устройство, которое позволяет управлять электрической цепью с помощью электромагнита. Принцип его работы основан на взаимодействии магнитного поля, создаваемого катушкой с током, и подвижного ферромагнитного якоря.

Как работает электромагнитное реле?

1. При подаче тока на обмотку катушки возникает магнитное поле
2. Магнитное поле притягивает подвижный якорь
3. Якорь механически связан с контактной группой
4. При движении якоря происходит замыкание или размыкание контактов
5. При снятии тока с катушки пружина возвращает якорь в исходное положение

Таким образом, небольшой управляющий ток в катушке позволяет коммутировать гораздо более мощную нагрузку в силовой цепи.

Основные элементы конструкции реле

Типичное электромагнитное реле состоит из следующих основных частей:

• Электромагнит (катушка с сердечником)
• Якорь (подвижный ферромагнитный элемент)
• Контактная группа (подвижные и неподвижные контакты)
• Возвратная пружина
• Магнитопровод (ярмо, сердечник)
• Корпус

Катушка электромагнита наматывается на каркас из диэлектрика, внутрь которого помещается ферромагнитный сердечник для усиления магнитного поля. Якорь изготавливается из магнитомягкого материала и может совершать линейное или поворотное движение. Контакты делаются из материалов с хорошей электропроводностью и стойкостью к эрозии (серебро, золото, палладий).

Виды электромагнитных реле

Существует множество разновидностей электромагнитных реле, различающихся по конструкции и назначению:

По роду тока в обмотке:

• Реле постоянного тока
• Реле переменного тока

По времени срабатывания:

• Быстродействующие реле
• Реле с нормальным быстродействием
• Замедленные реле (реле времени)

По принципу действия:

• Нейтральные реле
• Поляризованные реле

По назначению:

• Промежуточные реле
• Реле тока
• Реле напряжения
• Реле мощности
• Реле частоты

Какой тип реле выбрать для конкретной задачи? Это зависит от многих факторов: требуемого быстродействия, коммутируемой мощности, условий эксплуатации и др. Например, для коммутации больших токов подойдут силовые контакторы, а для слаботочных цепей управления — миниатюрные сигнальные реле.

Преимущества и недостатки электромагнитных реле

Почему электромагнитные реле до сих пор широко применяются, несмотря на развитие полупроводниковой техники?

Преимущества реле:

• Полная гальваническая развязка цепей управления и нагрузки
• Возможность коммутации как постоянного, так и переменного тока
• Малое сопротивление замкнутых контактов
• Высокая перегрузочная способность по току
• Простота конструкции и надежность
• Нечувствительность к электромагнитным помехам

Недостатки реле:

• Наличие подвижных механических частей, подверженных износу
• Относительно невысокое быстродействие
• Возможность дребезга контактов при коммутации
• Большие габариты по сравнению с полупроводниковыми аналогами
• Ограниченный ресурс по числу коммутаций

Несмотря на указанные недостатки, реле остаются незаменимыми во многих областях техники благодаря своей простоте, надежности и невысокой стоимости.

Области применения электромагнитных реле

Где используются электромагнитные реле в современной технике?

• Системы автоматики и телемеханики
• Устройства защиты электрооборудования
• Пускорегулирующая аппаратура электроприводов
• Бытовая техника (стиральные машины, холодильники и т.д.)
• Автомобильная электроника
• Системы сигнализации и безопасности
• Телекоммуникационное оборудование
• Медицинская техника

В каждой из этих областей реле выполняют функции коммутации, управления, защиты и сигнализации. Их применение позволяет создавать надежные и недорогие устройства автоматики.

Особенности выбора и эксплуатации реле

На что следует обращать внимание при выборе электромагнитного реле для конкретного применения?

• Напряжение и ток коммутируемой цепи
• Напряжение и мощность катушки управления
• Быстродействие (время срабатывания и отпускания)
• Количество и тип контактов (замыкающие, размыкающие, переключающие)
• Механическая и электрическая износостойкость
• Допустимые режимы эксплуатации (температура, влажность, вибрации)
• Габаритные размеры и способ монтажа

При эксплуатации реле важно соблюдать режимы работы, указанные производителем. Превышение допустимых токов и напряжений может привести к повреждению контактов или перегреву катушки. Для увеличения срока службы рекомендуется применять защитные цепи (RC-цепочки, варисторы) для подавления помех при коммутации индуктивной нагрузки.

Современные тенденции в развитии реле

Какие инновации появляются в области электромагнитных реле?

• Миниатюризация конструкции
• Применение новых контактных материалов
• Повышение быстродействия
• Увеличение коммутационной способности
• Интеграция с электронными компонентами
• Разработка реле для специальных применений (автомобильные, высоковольтные, сверхминиатюрные)

Несмотря на конкуренцию со стороны полупроводниковых устройств, электромагнитные реле продолжают совершенствоваться и находить новые области применения. Их простота, надежность и универсальность обеспечивают им стабильный спрос в различных отраслях промышленности и бытовой технике.

Электромагнитное реле — устройство и принцип действия

Управляемые процессы коммутации являются основой автоматики и кибернетики. Электромагнитные реле были первыми устройствами, которые выполняли коммутацию в электрических цепях. И, несмотря на несколько десятилетий своего существования и появление полупроводниковых коммутаторов они продолжают использоваться в различных устройствах.

Наиболее весомыми преимуществами реле являются свойства металлических контактов. Их сопротивление минимально по сравнению с полупроводниковыми коммутаторами и не имеет какой-либо связи с тем, какой ток по ним течёт – постоянный или переменный. Кроме выше упомянутого замкнутые контакты способны к значительно большим токовым перегрузкам, нежели полупроводники. Реле также работоспособны при радиационном облучении, электростатике. И, конечно же, важнейшим преимуществом является полная развязка управляющей и коммутируемой цепей реализуемая самим реле, без каких либо вспомогательных элементов.

Функционирование электромагнитного реле обусловлено необходимостью создания магнитного поля для воздействия на контакты. Обычно для этого применяется электромагнит, к которому притягивается металлический рычаг, называемый якорем. Якорь имеет связь с контактами. Поэтому притяжение якоря к электромагниту вызывает перемещение контактов. В зависимости от конструкции число контактов может быть различным.

Для контактов существует два определения, которые обусловлены их состоянием при отсутствии тока в катушке электромагнита:

• нормально замкнутые;
• нормально разомкнутые.

На изображении принципа действия реле левый и средний контакты являются нормально замкнутыми, а средний и правый нормально разомкнутыми. В целом такой контакт называют переключающим.

О герконах

Кроме электромагнитного реле с механическим управлением контактами существует и другая конструкция. В ней используется катушка без металлического сердечника. Внутри неё помещен специальный элемент геркон. Его контакты при внешнем магнитном поле приобретают свойства полюсов магнита противоположных знаков. Такое поле создаёт катушка с током. В результате они притягиваются друг к другу, и замыкают цепь.

Использование герконов делает возможным значительно увеличить скорость срабатывания. Содержащая большое число витков, катушка с сердечником имеет значительную индуктивность. Поэтому ток в ней нарастает тем медленнее, чем больше индуктивность. На скорость срабатывания оказывает влияние и масса якоря. В конструкции с герконами нет сердечника, что существенно уменьшает индуктивность. Нет в них и якоря.

Но герконы чувствительны к внешним магнитным полям. Поэтому для их надёжной работы необходим экран. Не рекомендуется использование этих контактов для отключения мощностей, при которых возможно искрение и подгорание. В таких случаях может потребоваться зачистка или разделение слипшихся контактов. А получить доступ к ним невозможно из-за герметичной стеклянной колбы – корпуса.

Технические особенности электромагнитных реле

В технической литературе встречаются определения для реле в зависимости от того, в какой цепи задействована его катушка:

• если она включена в цепи управления, то реле именуется первичным;
• при соединении с выводами обмотки трансформатора – вторичным;
• при соединении с контактами иного реле – промежуточным.

Для любых контактов существуют номинальные и максимальны величины напряжения и тока. Электромагнитная часть характеризуется величинами срабатывания и отпускания якоря, как по току, так и по напряжению. Ток и напряжение срабатывания всегда больше тока и напряжения отпускания. Частное от деления соответствующей величины срабатывания на соответствующую величину отпускания называется «коэффициент возврата реле».

В технической литературе также используются специальные наименования для отдельных элементов. Катушка именуется воспринимающим, якорь с пружинами – промежуточным, контакты – исполнительным элементом. Существует такая конструкция реле, в которой промежуточный элемент помещён в поле постоянного магнита в разрыве замкнутого магнитопровода. Это реле называется поляризованным.

В нём появляется возможность перемещать промежуточный элемент в зависимости от направления тока в катушке, то есть реагировать на полярность напряжения на её выводах. При отсутствии этого напряжения якорь располагается посередине между крайними точками своего перемещения.

Такая конструкция расширяет возможности реле и позволяет использовать его не только для систем управления. Например, поляризованным реле, можно выпрямлять переменный ток низкой частоты. При работе на постоянном токе можно получать такие коммутационные комбинации, которые невозможно получить никакими иными компонентами.

Электромагнитное реле прочно занимают свою нишу среди прочих элементов автоматики и кибернетики. И скорее всего это продлится ещё долго.

Добавить отзыв

Электромагнитные реле — Мир авто

Электрическое реле — это аппарат, предназначенный для скачкообразного изменения величин в выходных цепях при заданных значениях воздействующих величин на входе.

Реле при срабатывании замыкает или размыкает свои контакты, включенные в цепи управления, защиты или сигнализации. В зависимости от контролируемой величины реле могут быть: электрическими, реагирующими на изменение тока, напряжения, мощности, сопротивления; механическими, срабатывающими при изменении давления, скорости, уровня жидкости, направления вращения; тепловыми, реагирующими на изменение температуры.

Механические реле получили название датчиков.

Реле, реагирующие на изменение электрических параметров цепи, построены на электромагнитном принципе. Электромагнитное реле — это электрическое реле, работа которого основана на воздействии магнитного поля неподвижной обмотки на подвижный ферромагнитный элемент.

Электромагнитные реле бывают постоянного и переменного тока. Электромагнитное реле переменного тока отличается от реле постоянного тока тем, что его магнитная система набрана из листов электротехнической стали и в торцах сердечника встроены короткозамкнутые витки. Срабатывание реле после наступления причины срабатывания происходит мгновенно или с выдержкой времени (эти реле называют реле времени или замедляющими реле). Реле мгновенного действия разделяют на реле напряжения и реле тока. Минимальное значение напряжения или тока, при котором якорь электромагнитного реле может полностью притянуться к сердечнику, называется напряжением или током втягивания реле. Максимальное значение напряжения или тока, при котором якорь может вернуться в исходное положение, называется напряжением или током отпускания реле. Отношение напряжения (тока) отпускания к напряжению (току) втягивания называют коэффициентом возврата реле:

У обычных реле а у специальных достигает значений 0,85-0,95.

Значение напряжения или тока, при котором реле срабатывает, называется уставкой реле. Реле, срабатывающее при возрастании напряжения или тока до уставки, называется максимальным, а срабатывающие при уменьшении этих значений до уставки — минимальным. Уставка максимального реле равна или больше значения втягивания, уставка минимального реле равна или меньше значения отпускания. У электромагнитных реле времени уставкой или выдержкой времени называют время с момента включения или выключения тока в цепи катушки реле до момента срабатывания. Одно и то же реле можно настроить на разные уставки.

Рисунок 3.5 – Конструкция электромагнитных реле

Электромагнитные реле, якоря которых при снижении контролируемой величины до значения напряжения или тока отпускания возвращаются в положение, которое они занимали до срабатывания, называются реле с самовозвратом. Реле, у которых якоря при таких же обстоятельствах не возвращаются в исходное положение, называются реле без самовозврата. Чтобы вернуть якорь такого реле в начальное положение, нужно сбросить удерживающую его защелку. Различают реле с ручным и дистанционным возвратом. Во втором случае защелку сбрасывают, подавая ток на специальную электромагнитную катушку возврата.

Для защиты ЭД постоянного тока от недопустимых перегрузок служат реле максимального тока (рис.3.5). На сердечнике 2 ярма магнитопровода 4 расположена электромагнитная катушка 1. Ее включают в цепь главного тока ЭД, поэтому она наматывается толстым проводом и имеет мало витков. При увеличении тока в этой цепи до уставки реле якорь 3 притягивается к сердечнику, преодолевая при этом силу сопротивления отключающей пружины 6, и размыкает мостиковые контакты 8, Эти контакты обычно включены в цепь катушки контактора, обеспечивающего своими главными контактами питание

ЭД. Поэтому размыкание контактов реле приводит к отключению ЭД от сети. Уставку реле регулируют, изменяя натяжение пружины при помощи гайки 5. На шкале 7 нанесены метки, соответствующие 110, 220 и 350% номинального тока катушки.

Ток уставки можно регулировать в этих пределах. Катушки реле рассчитаны на номинальное токи от 5до1200А После исчезновения тока в цепи катушки якорь реле, изображенный на рис. 60, а, возвращается в исходное положение сам. В реле с ручным возвратом, притянутый к сердечнику якорь защелкивается в этом положении Г-образной защелкой 10, на которую действует пружина 9. Для возврата якоря в исходное положение нужно нажать вручную на хвостовик защелки. Аналогично защелкивается якорь и в реле с дистанционным возвратом (рис. 60, в). Для возврата надо подать ток на электромагнитную катушку возврата, в результате защелка притягивается к сердечнику этой катушки и освобождает якорь реле.

• < Предохранители судовые
• Замена свечей зажигания Хонда crv 2 >

Проектирование и изготовление реле

Проектирование и изготовление реле обычно делится на следующие этапы:

• Выбор рабочих характеристик.
• Выбор правильной конструкции.
• Конструкция контактного движения с точки зрения максимальной надежности.

Рабочая характеристика реле должна совпадать с ненормальной рабочей характеристикой системы. Другими словами, он должен четко показывать условия отключения при различных нештатных режимах работы.

Наиболее важными аспектами проектирования и изготовления реле являются надежность, простота конструкции и схемы.

Проектирование и строительство реле подразделяется на:

1. Контакты;

2. Подшипники;

3. Электромеханическая конструкция; и

4. Наконечники и корпус.

1. Контакты: Характеристики контактов, вероятно, являются наиболее важным элементом, влияющим на надежность реле. Коррозия или отложение пыли могут привести к выходу из строя реле, поэтому большое значение имеют материал и форма контактов.

Хорошая конструкция контактной системы обеспечивает ограниченное контактное сопротивление, а также меньший износ контактов. В качестве контактных материалов используются золото, сплавы золота, платина, палладий и серебро. Выбор материала контактов зависит от ряда факторов, таких как напряжение на размыкание контакта, ток размыкания, а также тип атмосферного загрязнения, при котором эти контакты работают. Однако не существует идеального контактного материала, который можно было бы использовать универсально в любых условиях. Также не существует метода, с помощью которого можно было бы определить пригодность контактного материала для использования в любых условиях.

При выборе подходящего контактного материала необходимо учитывать следующие факторы.

1. Характер отключаемого тока, т. е. постоянный или переменный.
2. Напряжение при отключении и включении.
3. Значение отключаемых токов.
4. Частота работы.
5. Фактическая скорость контакта при замыкании или размыкании (включая длительность дуги и дребезг контактов).
6. Форма контакта.
7. Сила замыкания контакта.

На основе практического опыта ниже приведены некоторые правила, рекомендуемые при проектировании контактной системы реле:

• Контакты должны быть защищены от дребезга, чтобы избежать искрения на контактах, тем самым сокращая техническое обслуживание, которое в конечном итоге приводит к увеличивая его жизнь.
• Контактное давление – еще один очень важный фактор, который следует учитывать Увеличение контактного давления приводит к уменьшению падения напряжения или контактного сопротивления.
• Чтобы повысить точность и избежать заедания после длительного бездействия, реле должно быть рассчитано на максимальное отношение крутящий момент/трение.
• Значение тока, которое может быть отключено парой контактов переменного тока. цепи в 2-8 раз больше, чем при постоянном токе. схема.

Обычно контакты куполообразной формы или цилиндрические контакты под прямым углом обеспечивают наилучшие характеристики.

2. Подшипник: Используются различные варианты:

• Одиночные шарикоподшипники: Используется для обеспечения высокой чувствительности и низкого трения, используется одиночный шарикоподшипник между двумя чашеобразными сапфировыми камнями.
• Многошарикоподшипники: Миниатюрные подшипники диаметром менее 1,6 мм. Они обеспечивают низкое трение и большую устойчивость к ударам, а также сочетают в одном подшипнике боковое и осевое усилие.
• Шарнирные и ювелирные подшипники: Это наиболее распространенный тип для прецизионных реле, например индукционные реле. Современные реле имеют подпружиненные драгоценные камни, так что удары принимаются на плечо, а не на драгоценный камень.
• Ножевые подшипники: Используются для шарнирных реле якоря, которые обычно работают со многими контактами.

3. Электромеханическая конструкция: Состоит из конструкции магнитопровода и механических приспособлений сердечника, ярма и якоря.

Сопротивление магнитного пути сведено к минимуму за счет увеличения поверхности полюса, что делает магнитную цепь более эффективной.

Электромагниты постоянного тока обычно дешевле и эффективнее, чем электромагниты переменного тока. электромагниты. Но маленький переменный ток. довольно распространены электромагниты из мягкого железа с сердечником из низкоуглеродистой стали, имеющие прорезь для установки заштрихованного кольца.

Ток катушки реле обычно ограничивается 5 А, а напряжение катушки — 220 В, однако изоляция катушки реле рассчитана на напряжение не менее 4 кВ.

Катушка реле рассчитана на передачу примерно в 15 раз больше нормального тока в течение одной секунды. Из соображений механической прочности желательно, чтобы диаметр проводника был не менее 0,05 см, даже если выполняются вышеуказанные соображения.