Реле промежуточное (РП) – это электромагнитное коммутационное устройство, предназначенное для размножения и усиления сигналов управления, гальванической развязки цепей, согласования уровней напряжений и мощностей между различными элементами систем автоматики, релейной защиты и управления. Оно не выполняет функцию прямой защиты от перегрузок или коротких замыканий, как, например, тепловое или максимальное реле, а служит вспомогательным элементом в сложных логических схемах.
Принцип действия промежуточного реле основан на преобразовании электрической энергии входного сигнала в механическое перемещение якоря, которое замыкает или размыкает контакты выходной цепи. При подаче напряжения на обмотку электромагнита создается магнитный поток, который притягивает подвижный якорь, преодолевая усилие возвратной пружины. Якорь механически связан с подвижными контактами, которые замыкаются с неподвижными контактами. При снятии напряжения с обмотки пружина возвращает якорь и контакты в исходное положение.
Основные конструктивные узлы классического электромагнитного промежуточного реле:
Промежуточные реле классифицируются по ряду ключевых признаков, определяющих их область применения и характеристики.
| Категория | Тип нагрузки | Пример применения | Особенности коммутации |
|---|---|---|---|
| AC-1 | Активная или слабоиндуктивная нагрузка | Нагревательные элементы, цепи управления | Наиболее легкие условия |
| AC-15 | Управление электромагнитами переменного тока | Катушки контакторов, соленоидов | Высокие пусковые токи (6-10 Iн) |
| DC-1 | Активная нагрузка постоянного тока | Цепи постоянного тока | |
| DC-13 | Управление электромагнитами постоянного тока | Катушки реле, соленоиды на DC | Проблема с гашением дуги при размыкании |
При выборе промежуточного реле для конкретной схемы необходимо учитывать комплекс параметров.
| Параметр | Описание | Типовые значения/Единицы измерения |
|---|---|---|
| Напряжение срабатывания (Uср) | Минимальное напряжение на катушке, при котором реле гарантированно срабатывает. | 0.7-0.8 Uн для постоянного тока; 0.85-0.9 Uн для переменного. |
| Напряжение отпускания (Uотп) | Напряжение, при котором реле возвращается в исходное положение. | 0.1-0.3 Uн (зависит от конструкции и гистерезиса). |
| Время срабатывания (tср) | Интервал от момента подачи напряжения на катушку до момента замыкания контактов. | 5-20 мс (для быстродействующих – менее 5 мс). |
| Время отпускания (tотп) | Интервал от момента снятия напряжения с катушки до размыкания контактов. | 5-30 мс. |
| Мощность срабатывания (Pср) | Мощность, потребляемая катушкой в момент срабатывания. | От 0.5 до 5 Вт, зависит от типа. |
| Мощность удержания (Pуд) | Мощность, потребляемая катушкой в удержанном состоянии (для реле с экономичной схемой). | Может быть в 2-3 раза меньше Pср. |
| Механическая износостойкость | Количество циклов срабатывания без электрической нагрузки. | 10-30 млн. циклов. |
| Коммутационная износостойкость | Количество циклов срабатывания под номинальной электрической нагрузкой. | 0.1-1 млн. циклов (зависит от категории). |
| Степень защиты (IP) | Класс защиты корпуса от проникновения твердых тел и воды. | IP20 (для щитов), IP40, IP54. |
Промежуточные реле с функцией выдержки времени. Бывают двух типов: с задержкой на срабатывание (при подаче напряжения на катушку контакты переключаются через установленное время) и с задержкой на отпускание (при снятии напряжения контакты возвращаются в исходное состояние через установленное время). Принцип создания выдержки: электромагнитный, пневматический, моторный или электронный (наиболее современный и точный).
Имеют два устойчивых состояния. Переключаются коротким импульсом на соответствующую катушку (или одну катушку, но разной полярности). После снятия импульса положение контактов сохраняется за счет постоянного магнита или механической защелки. Экономят энергию, так как не требуют постоянного питания для удержания состояния.
Предназначены для коммутации цепей постоянного тока высокого напряжения (например, в цепях возбуждения синхронных генераторов) или для работы в условиях сильных помех. Обеспечивают высокую надежность и гальваническую развязку.
Вместо электромагнита и механических контактов используют полупроводниковые элементы (оптосимисторы, тиристоры, транзисторы). Обладают высоким быстродействием, неограниченным количеством срабатываний, бесшумностью. Чувствительны к перегрузкам по току и температуре.
Монтаж должен производиться в соответствии с проектной документацией. Для электромеханических реле важно обеспечить отсутствие вибраций, которые могут вызвать ложные срабатывания. При коммутации индуктивных нагрузок (катушки, соленоиды) параллельно контактам или нагрузке необходимо устанавливать защитные элементы (варисторы, RC-цепи, диодные снабберы) для подавления перенапряжений и искрения.
Основные неисправности: подгорание или приваривание контактов (при коммутации токов выше номинала или КЗ), обрыв или межвитковое замыкание в катушке, механический износ или заедание подвижных частей. Диагностика включает визуальный осмотр, проверку сопротивления изоляции, измерение сопротивления катушки, проверку напряжений срабатывания и отпускания, а также временных параметров.
Промежуточное реле предназначено для коммутации цепей управления (сигнальных, логических) с относительно небольшими токами (до 10-16 А). Контактор – это аппарат для частых коммутаций силовых цепей под нагрузкой с токами в сотни ампер. Контактор, как правило, имеет мощные дугогасительные камеры и одну-две дополнительные контактные группы для цепей управления, которые по сути являются встроенным промежуточным реле.
Категорически не рекомендуется. Катушка реле переменного тока имеет низкое активное сопротивление и рассчитана на большое индуктивное сопротивление при номинальной частоте. При подключении к постоянному току ток через катушку будет ограничиваться только активным сопротивлением, что приведет к ее перегреву и сгоранию. Катушка реле постоянного тока, подключенная к переменному току, будет иметь большое полное сопротивление, реле может не сработать, а из-за переменного магнитного потока якорь будет сильно вибрировать.
Это контакт, который не имеет собственного источника питания и не вносит никакого дополнительного напряжения в коммутируемую цепь. Он просто замыкает или размыкает внешнюю цепь. Все контакты обычных электромеханических промежуточных реле являются «сухими». Это ключевое свойство для гальванической развязки.
Цифровая маркировка стандартизирована (по МЭК) для облегчения монтажа и чтения схем. Для реле с одной катушкой: выводы катушки обычно обозначаются A1 и A2. Контакты обозначаются двузначными числами, где первая цифра – порядковый номер, а вторая – тип контакта: 1 и 2 – для нормально-замкнутого (НЗ), 3 и 4 – для нормально-разомкнутого (НО), 5 и 6/7 и 8 – для переключающего (например, общий – 5, НЗ – 6, НО – 8).
Пусковые токи ламп накаливания и особенно двигателей могут в 5-15 раз превышать номинальный рабочий ток. Поэтому категория применения и номинальный ток контактов реле должны быть выбраны с запасом. Для ламп накаливания выбирают реле категории AC-12, для двигателей – AC-3 или AC-4. Часто практикуется каскадное подключение: слаботочный сигнал -> промежуточное реле -> катушка контактора -> силовая нагрузка.
Для схем, где реле срабатывает редко, но под полной нагрузкой (например, аварийная сигнализация), ключевым параметром является коммутационная износостойкость. Для схем с частыми переключениями, но малой нагрузкой (логические схемы, передача сигналов от датчиков), более важна механическая износостойкость.
Преимущества SSR: Высокое быстродействие, бесшумность, отсутствие дребезга контактов, огромная механическая износостойкость, виброустойчивость.
Недостатки SSR: Более высокая стоимость, наличие собственного падения напряжения (потери на нагрев), чувствительность к перегрузкам и температурному режиму, возможность ложных срабатываний от помех, наличие токов утечки в выключенном состоянии.