Реле промежуточные
Реле промежуточные: принцип действия, конструкция, классификация и применение
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 и базовая конструкция
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:
- Магнитная система: Состоит из сердечника, катушки (обмотки) и ярма. Изготавливается из магнитомягкого материала.
- Подвижная часть (якорь): Пластина из ферромагнитного материала, шарнирно закрепленная и возвращаемая пружиной.
- Контактная система: Включает в себя подвижные и неподвижные контакты, выполненные из материалов с высокой электропроводностью и стойкостью к эрозии (серебро, серебро-никелевый сплав, золото для слаботочных цепей).
- Возвратная пружина: Обеспечивает возврат якоря в исходное состояние при обесточивании катушки.
- Корпус (основание): Изолирующий элемент, на котором монтируются все узлы. Обеспечивает защиту от пыли, влаги и механических воздействий.
- Реле постоянного тока: Катушка рассчитана на работу от источника постоянного тока. Могут быть нейтральными (срабатывают при любой полярности) и поляризованными (чувствительны к полярности управляющего сигнала).
- Реле переменного тока: Катушка рассчитана на работу от источника переменного тока. Для уменьшения вибрации якоря часто оснащаются короткозамкнутым витком на сердечнике.
- Реле открытого исполнения: Для монтажа в защищенных шкафах и панелях.
- Реле в защищенном корпусе: Имеют пластиковый или металлический кожух.
- Реле для установки на DIN-рейку: Наиболее распространенный современный вариант для модульного оборудования.
- Реле панельного (фронтального) монтажа: Устанавливаются на лицевую панель щита.
- Реле штепсельные (разъемные): Корпус с контактами вставляется в ответную розетку, что упрощает замену без отключения проводки.
- Количество: Обычно от 2 до 12 контактных групп (например, 4НО + 4НЗ или 8 переключающих).
- Тип контактов:
- Нормально-разомкнутые (НО, замыкающие) – контакты разомкнуты в обесточенном состоянии.
- Нормально-замкнутые (НЗ, размыкающие) – контакты замкнуты в обесточенном состоянии.
- Переключающие (перекидные) – имеют общий подвижный контакт, который при срабатывании размыкает одну цепь и замыкает другую.
- Номинальное напряжение катушки (Uc): Постоянного тока: 5, 12, 24, 48, 60, 110, 220 В. Переменного тока: 24, 36, 110, 127, 220, 380 В.
- Номинальный ток контактов (Iн): Определяет максимальный длительный ток, который могут коммутировать контакты. Обычно от 2 до 16 А для стандартных реле.
- Категория применения (AC/DC): По ГОСТ и МЭК определяет характер нагрузки (активная, индуктивная, ламповая, двигательная) и соответствующие коммутационные способности.
- Системы релейной защиты и автоматики (РЗА): Размножение сигналов от измерительных реле (токовых, напряжения) на несколько отключающих или сигнальных цепей. Создание логических схем «И», «ИЛИ». Организация блокировок и сигнализации.
- Цепи управления силовыми аппаратами: Усиление слаботочного сигнала от кнопки, контроллера или датчика для подачи на катушку мощного контактора или пускателя.
- Гальваническая развязка цепей: Разделение цепей различного напряжения и назначения (например, цепей постоянного оперативного тока 220В и цепей переменного тока 380В).
- Схемы сигнализации и индикации: Включение/выключение ламп, светодиодов, звуковых сигналов при наступлении определенных событий.
- Логические схемы автоматических систем: Построение простейших автоматов на базе реле (релейно-контактные схемы) для управления технологическими процессами.
Классификация промежуточных реле
Промежуточные реле классифицируются по ряду ключевых признаков, определяющих их область применения и характеристики.
1. По типу управляющего сигнала (роду тока в цепи катушки):
2. По конструкции и способу монтажа:
3. По количеству и типу контактов:
4. По номинальным параметрам:
| 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 |
Основные технические характеристики и параметры выбора
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. |
Специализированные виды промежуточных реле
Реле времени (таймеры)
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).
Реле импульсные (бистабильные, блокировочные)
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.
Реле-повторители
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.
Реле электронные (твердотельные, SSR)
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.
Области применения в энергетике и промышленной автоматике
Особенности монтажа, эксплуатации и диагностики
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.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается промежуточное реле от контактора?
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.
Можно ли использовать реле переменного тока для постоянного тока и наоборот?
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.
Что такое «сухой контакт» реле?
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.
Почему контакты реле обозначают цифрами? Как их расшифровать?
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).
Как правильно подобрать реле для коммутации ламповой нагрузки или двигателя?
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.
Что важнее при выборе: механическая или коммутационная износостойкость?
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.
Каковы преимущества и недостатки электронных (твердотельных) реле по сравнению с электромеханическими?
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.