Реле электромагнитные

Добавлено 30.10.2025

Реле электромагнитные: принцип действия, конструкция, классификация и применение

Реле электромагнитное — это электромеханическое коммутационное устройство, предназначенное для замыкания или размыкания электрических цепей при заданных изменениях входных электрических величин (тока, напряжения) или неэлектрических величин (давления, температуры, уровня), преобразованных с помощью датчиков в электрический сигнал. Его работа основана на воздействии магнитного поля неподвижной обмотки (катушки) при протекании через нее управляющего тока на подвижный ферромагнитный элемент (якорь), механически связанный с контактной группой или группой контактов.

Принцип действия и базовая конструкция

Основу любого электромагнитного реле составляют три функциональных элемента: электромагнитная система, контактная система и система возврата.

Электромагнитная система: Состоит из магнитопровода (сердечника, ярма, якоря), выполненного из магнитомягкого материала (обычно электротехническая сталь), и одной или нескольких катушек управления. При подаче напряжения на катушку по ней протекает ток, создающий магнитный поток в магнитопроводе. Этот поток намагничивает сердечник, который притягивает подвижный якорь, преодолевая усилие противодействующей пружины.
Контактная система: Представляет собой одну или несколько контактных групп, механически связанных с якорем. Контакты могут быть нормально разомкнутыми (NO, замыкающими), нормально замкнутыми (NC, размыкающими) или перекидными (переключающими, CO). При срабатывании реле якорь перемещает контактный мостик, изменяя состояние цепи. Контакты изготавливаются из материалов с высокой электропроводностью и стойкостью к эрозии (серебро, сплавы серебра, золото для слаботочных цепей).
Система возврата: Обеспечивает возврат якоря и контактов в исходное положение после снятия управляющего сигнала. Чаще всего это возвратная пружина. В некоторых конструкциях используется магнитный поток от постоянного магнита (поляризованные реле) или вес якоря.

Классификация электромагнитных реле

Электромагнитные реле классифицируются по множеству признаков, определяющих их область применения и характеристики.

По роду управляющего тока

Реле постоянного тока: Катушка рассчитана на питание постоянным током. Магнитопровод обычно выполнен сплошным.
Реле переменного тока: Катушка питается переменным током. Для предотвращения вибрации якоря с частотой сети (50/60 Гц) применяются меры: использование экранирующего витка (короткозамкнутого кольца) на части полюса магнитопровода, разделение полюса на две части с разными фазами магнитного потока или применение ферромагнитных шунтов.

По назначению и защищенности

Реле общего применения (управления): Предназначены для коммутации цепей в системах автоматики, управления, сигнализации. Имеют открытое, в кожухе или герметичное исполнение.
Реле промежуточные: Служат для усиления и преобразования сигналов, размножения контактов (когда одним сигналом необходимо управлять несколькими цепями), гальванической развязки цепей.
Реле защиты: Высоконадежные реле, используемые в релейной защите и автоматике электроэнергетических систем (максимальные, минимальные, дифференциальные, дистанционные реле). Отличаются высокой точностью уставок и быстродействием.
Реле времени: Создают выдержку времени между моментом подачи управляющего сигнала и моментом переключения контактов. В электромеханических реле времени выдержка создается пневматическими, анкерными или часовыми механизмами, либо магнитным демпфированием (реле с замедлением при срабатывании или отпускании).

По конструкции контактной системы

С размыкающими контактами (NC).
С замыкающими контактами (NO).
С переключающими контактами (CO).
Комбинированные (с несколькими группами контактов разного типа).

Основные параметры и характеристики

Выбор реле для конкретного применения осуществляется на основе анализа его технических параметров.

**Таблица 1. Ключевые параметры электромагнитных реле**
Параметр	Обозначение/Единица измерения	Описание и практическое значение
Номинальное напряжение (ток) срабатывания катушки	U_ср.ном, В; I_ср.ном, А	Значение напряжения (тока) на катушке, при котором реле надежно срабатывает. Рабочий диапазон обычно составляет 0.7-1.2 U_ном для постоянного тока и 0.8-1.1 U_ном для переменного.
Мощность срабатывания катушки	P_ср, Вт или В·А	Мощность, потребляемая катушкой при номинальном напряжении. Важный параметр для расчета источника питания.
Сопротивление катушки	R_к, Ом	Постоянный или активный (для AC) сопротивление обмотки. Определяет ток катушки по закону Ома.
Номинальный ток контактов	I_ном.к, А	Максимальный ток, который могут коммутировать контакты длительное время без превышения допустимой температуры и чрезмерного износа.
Коммутационная способность контактов	—	Зависит от характера нагрузки. Для активной (лампы, нагреватели) она максимальна. Для индуктивной (катушки, двигатели) и емкостной — значительно ниже из-за возникновения дуги и бросков тока. Указывается отдельно для разных типов нагрузок.
Напряжение изоляции	U_изол, В	Напряжение, которое может выдержать изоляция между разомкнутыми контактами, а также между катушкой и контактами.
Время срабатывания и отпускания	t_ср, t_отп, мс	Интервалы от момента подачи/снятия напряжения на катушке до момента замыкания/размыкания контактов. Зависит от индуктивности катушки, массы якоря, наличия демпфирования.
Механическая и электрическая износостойкость	Количество циклов	Механическая — число срабатываний без нагрузки. Электрическая — число срабатываний под номинальной нагрузкой. У электромеханических реле механическая износостойкость (10⁷-10⁸ циклов) обычно на порядок выше электрической (10⁵-10⁶ циклов).

Схемы подключения и особенности применения

В силовых и управляющих цепях реле используются по определенным схемам. Для защиты полупроводниковых элементов (транзисторов, микроконтроллеров), управляющих катушкой реле, обязательно применение защитных элементов. При отключении катушки индуктивности энергия магнитного поля приводит к возникновению ЭДС самоиндукции в сотни вольт, которая может вывести из строя управляющий ключ.

Защитный диод (обратный диод): Подключается параллельно катушке постоянного тока в обратной полярности (катод к «+»). При отключении ток замыкается через диод, рассеивая энергию. Недостаток — увеличение времени отпускания реле.
Варистор: Подключается параллельно катушке. Ограничивает пики напряжения до безопасного уровня как для постоянного, так и для переменного тока.
RC-цепь (снаббер): Последовательно соединенные резистор и конденсатор, подключенные параллельно контактам реле, коммутирующим индуктивную нагрузку (например, другую катушку). Снижает искрение и эрозию контактов.

Преимущества и недостатки электромагнитных реле

Несмотря на развитие полупроводниковых ключей (симисторов, твердотельных реле), электромеханические реле сохраняют значительные позиции на рынке.

Преимущества:

Гальваническая развязка: Полная изоляция между цепью управления (катушкой) и силовой (коммутируемой) цепью. Напряжение изоляции может достигать нескольких киловольт.
Низкое контактное сопротивление: В замкнутом состоянии сопротивление контактов составляет единицы или доли миллиома, что приводит к минимальным потерям мощности и тепловыделению.
Устойчивость к импульсным перенапряжениям и перегрузкам: Контакты физически инертны к кратковременным превышениям тока.
Универсальность по роду тока нагрузки: Одни и те же контакты могут коммутировать как постоянный, так и переменный ток.
Визуальный контроль состояния: Во многих конструкциях можно визуально или акустически определить положение якоря.

Недостатки:

Ограниченное быстродействие: Время срабатывания порядка 5-20 мс, что неприемлемо для высокочастотных коммутаций.
Ограниченный механический и электрический ресурс: Износ контактов и механических частей, особенно при коммутации больших токов.
Чувствительность к вибрациям и ударам: Могут происходить ложные срабатывания или дребезг контактов.
Образование дуги при размыкании: Требует мер по гашению дуги, особенно в цепях постоянного тока.
Шум при работе (для AC реле).
Потребление мощности для удержания якоря.

Области применения в электроэнергетике и промышленности

Релейная защита и автоматика (РЗА): Максимально-токовые реле, реле напряжения, промежуточные и указательные реле в схемах защиты линий, трансформаторов, генераторов.
Системы управления электроприводами: Пускатели и контакторы по сути являются мощными электромагнитными реле. Промежуточные реле используются в цепях управления станками, конвейерами.
Автоматика зданий (АСУ ТП): Управление освещением, вентиляцией, насосами.
Транспорт: Системы управления в железнодорожном транспорте, автомобильной электронике (например, реле поворотов, стартера).
Телекоммуникации: Исторически — для коммутации каналов связи, сейчас в основном в цепях управления источниками питания.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается реле от контактора?

Контактор — это специализированный вид электромагнитного реле, предназначенный для частых коммутаций больших токов (десятки-тысячи ампер) в силовых цепях. Он имеет дугогасительные камеры, рассчитан на большое число электрических циклов (до нескольких миллионов) и, как правило, управляет трехфазными нагрузками (двигателями). Реле общего применения обычно коммутирует меньшие токи (до 10-16 А), может иметь несколько изолированных групп контактов разного типа и часто используется в цепях управления и сигнализации.

Почему реле переменного тока гудит?

Гул (вибрация) возникает из-за того, что магнитный поток в катушке переменного тока пульсирует с частотой сети (50/60 Гц), дважды за период проходя через ноль. В эти моменты сила притяжения якоря падает, и он пытается отойти под действием возвратной пружины, после чего снова притягивается. Для подавления вибрации на часть полюсного наконечника устанавливают короткозамкнутый виток (экранирующую катушку). Индуцируемые в нем токи создают магнитный поток, сдвинутый по фазе относительно основного, что обеспечивает ненулевое результирующее усилие притяжения в течение всего периода.

Как проверить исправность электромагнитного реле?

Внешний осмотр: Отсутствие механических повреждений, следов перегрева, копоти.
Проверка катушки: Мультиметром в режиме омметра замеряется сопротивление катушки. Оно должно соответствовать паспортному значению и не быть равным нулю (КЗ) или бесконечности (обрыв).
Проверка на срабатывание: Подать номинальное напряжение на катушку. Должен быть четко слышен щелчок срабатывания.
Проверка контактов: В обесточенном состоянии прозвонить нормально замкнутые контакты (должны звониться), нормально разомкнутые (должны быть разомкнуты). После срабатывания реле ситуация должна смениться на противоположную. Сопротивление замкнутых контактов должно быть близко к нулю.
Проверка изоляции: Мегомметром проверяется сопротивление изоляции между разомкнутыми контактами и между катушкой и контактами. Оно должно быть не менее нормированного (обычно >10 МОм).

Что такое «сухой контакт» реле?

«Сухой контакт» (dry contact) — это контакт реле, который не имеет внутреннего соединения с источником напряжения или другим потенциалом. Он полностью изолирован и при замыкании просто соединяет две внешние цепи. Это ключевое преимущество реле, обеспечивающее гибкость и гальваническую развязку. Например, одним «сухим контактом» можно замыкать цепь сигнализации 24 В постоянного тока, а другим — цепь управления освещением 230 В переменного тока.

Почему для управления катушкой реле постоянного тока необходим защитный диод?

Катушка реле представляет собой индуктивность. При резком отключении тока в ней возникает ЭДС самоиндукции (L·di/dt), направленная в сторону поддержания тока. Эта ЭДС может в десятки раз превышать напряжение питания и суммироваться с ним, создавая на выводах катушки и на размыкающем ключе (транзисторе) высоковольтный выброс, способный пробить изоляцию или разрушить полупроводниковый прибор. Защитный диод, включенный в обратном направлении относительно напряжения питания, при отключении шунтирует катушку, позволяя току индуктивности плавно спадать, рассеивая энергию в активном сопротивлении катушки и диода.

Как выбрать реле для конкретной задачи?

Алгоритм выбора включает следующие шаги:

Определить параметры цепи управления: Род тока (AC/DC), номинальное напряжение и ток катушки, доступная мощность источника.
Определить параметры коммутируемой (нагрузочной) цепи: Род тока, максимальное рабочее напряжение, номинальный и пусковой ток нагрузки, характер нагрузки (активная, индуктивная, ламповая, двигательная).
Выбрать тип контактов: Количество, тип (NO, NC, CO), материал.
Учесть условия эксплуатации: Температурный диапазон, наличие вибраций, влажности, агрессивной среды (требует герметичного исполнения).
Проверить соответствие требованиям по быстродействию, износостойкости и стандартам безопасности.
Выбрать монтажное исполнение: Для печатной платы (с выводами под пайку), под винтовые клеммы, на DIN-рейку.

Реле электромагнитные