Весёлый Карандашик

Как появилось электромагнитное реле.

С какой лёгкостью ныне обходится написание и отправка писем друзьям и родственникам, да и кому угодно, если использовать возможности сети интернета. Раньше почтовые курьеры только мечтали о таком способе доставки важных поручений и не могли представить, как быстро передаётся сообщение сейчас.

Пеших гонцов со срочным поручением(франц. estafette) заменили верховыми, специально посланными курьерами, которые меняли(relay — англ. смена) лошадей на почтовых станциях и продолжали свой путь, передавая срочное сообщение до указанного адресата.

Сейчас не много осталось памятников архитектуры, объединяющих релейные почтовые станции.

В сентябре 1837 года Самюэл Финли Бриз Морзе продемонстрировал работу изобретённого аппарата, который смог передать электрический сигнал по проволоке длиной около 1000 футов( 305 м). Это была предельная длина, которую можно было использовать для передачи, так как в цепи аппарата использовалась всего лишь одна маломощная электрическая батарея, напряжение которой значительно падало и электромагниту, находящемуся на обратном конце линии, не хватало электрического тока из-за препятствующего электрического сопротивления линии передачи.

Джозеф Генри оказал огромную помощь Самуэлю Морзе, предложив использовать изобретённое Генри в 1831 году электромагнитное устройство — ‘предок’ нынешнего электромагнитного реле.

По предложению Генри, электрическая цепь передатчика не должна соединяться непосредственно с приёмником, а с устройством из подковообразного сердечника, сделанного из мягкого железа, с обмотанным проводом, и между полюсами магнита что бы помещался металлический якорь.

Обзор электромеханических реле

Чтобы управлять электроприборами с помощью микроконтроллера существует специальный тип выключателей — электромагнитные реле. Электромагнитное реле замыкает цепь нагрузки с помощью электромагнита. При подаче напряжения на катушку, в ней возникает поле, которое притягивает металлическую лапку, которая замыкает контакты нагрузки. Для работы с Arduino подойдут реле, которые управляются напряжением 5В. Такие реле способны коммутировать нагрузку до 10А 30В постоянного тока или до 10А 250В переменного тока. Но напрямую к выводу Arduino подключить реле не получится, т.к. пины Arduino не могут обеспечить мощность, необходимую для работы катушки реле. Поэтому в схему управления реле включается транзистор по схеме с общим эмиттером для усиления управляющего тока. Схема управления реле с вывода Arduino с использованием npn-транзистора показана на рис. 1. Необходима установка ограничительного резистора между выводом Arduino и базой транзистора.

Рисунок 1. Схема управления реле с помощью npn-транзистора (p-канальное управление)

При подаче на вывод Arduino сигнала HIGH реле включается, при подаче сигнала LOW – выключается. Но гораздо чаще используется используется n-канальное управление (с помощью pnp-транзистора (рис. 2)). При таком управлении реле включается подачей на вывод Arduino низкого уровня LOW.

Рисунок 2. Схема управления реле с помощью pnp-транзистора (n-канальное управление)

Для работы с Arduino используют релейные модули на несколько реле (см. рис. 3), которые кроме схемы управления реле реле содержит еще и гальваническую развязку с помощью оптрона, которая защищает контроллер от скачков напряжения на катушке.

Рисунок 3. Релейный модуль на 8 каналов

Релейные модули содержат от 1 до 8 каналов реле (n-канальное управление) , которые управляются с помощью напряжение 5В. Модули специально разработаны для управления с помощью Arduino.

Основные виды и технические характеристики электромагнитных реле

Различают следующие типы:

  1. Реле тока – по своему принципу действия практически не отличается от реле напряжения. Принципиальная разница заключается лишь в конструкции электромагнитной катушки. Для реле тока катушка наматывается проводом большого сечения, и содержит небольшое количество витков, ввиду чего имеет минимальное сопротивление. Реле тока может быть подключено через трансформатор либо напрямую к контактной сети. В любом случае оно корректно контролирует силу тока в управляемой сети, на основании чего осуществляются все процессы коммутации.
  2. Реле времени (таймеры) – обеспечивает задержку времени в сетях управления, необходимую в некоторых случаях для включения устройств в соответствии с определенным алгоритмом. Такие реле имеют расширенный диапазон настроек, необходимый для обеспечения высокой точности их работы. К любому таймеру времени предъявляются отдельные требования. Например, низкое потребление электрической энергии, небольшие габариты, высокая точность работы, наличие мощных контактов и т. д. Стоит отметить, что для реле времени, которые включают в конструкцию электропривода, дополнительные повышенные требования не предъявляются. Главное, чтобы они имели прочную конструкцию и обладали повышенной надежностью, поскольку им приходится постоянно функционировать в условиях повышенных нагрузок.

Любой из типов электромагнитных реле имеет свои определенные параметры. Во время выбора необходимых элементов стоит уделить внимание составу и свойствам контактных пар, определиться с особенностью питания. Далее следует изучить их основные характеристики:

  • Напряжение либо ток сработки – минимальная величина силы тока либо напряжения, при которой осуществляется переключение контактных пар электромагнитного реле.
  • Напряжение либо ток отпускания – максимальная величина, управляющая ходом якоря.
  • Чувствительность – минимальная величина мощности, необходимая для сработки реле.
  • Сопротивление обмотки.
  • Рабочее напряжение и сила тока – величины этих параметров, необходимые для оптимальной работы электромагнитного реле.
  • Время сработки – период времени от начала подачи питания на контакты реле до его включения в работу.
  • Время отпускания – период, во время которого якорь электромагнитного реле займет свое изначальное положение.
  • Частота коммутации – количество раз сработки электромагнитного реле за отведенный временной интервал.

Контактные и бесконтактные

В соответствии с конструкционными особенностями исполнительных элементов, все электромагнитные реле делятся на два типа:

  1. Контактные – имеют группу электрических контактов, которые обеспечивают работу элемента в электрической сети. Коммутация осуществляется за счет их замыкания либо размыкания. Являются универсальными реле, используются практически во всех типах автоматизированных электрических сетей.
  2. Бесконтактные – их главная особенность в отсутствии исполнительных контактных элементов. Процесс коммутации осуществляется за счет регулировки параметров напряжения, сопротивления, ёмкости и индуктивности.

По сфере применения

Классификация электромагнитных реле согласно области их использования:

  • цепи управления;
  • сигнализация;
  • автоматические системы противоаварийной защиты (ПАЗ, ESD).

По мощности управляющего сигнала

Все типы электромагнитных реле имеют определенный порог чувствительности, в связи с этим они делятся на три группы:

  1. маломощные (менее 1 Вт);
  2. среднемощные (до 9 Вт);
  3. высокомощные (более 10 Вт).

По быстродействию управления

Любое электромагнитное реле отличается быстродействием управляющего сигнала, в связи с чем они делятся на:

  • регулируемые;
  • замедленные;
  • быстродействующие;
  • безынерционные.

По типу управляющего напряжения

Реле разделяют на следующие категории:

  1. постоянного тока (DC);
  2. переменного тока (AC).

Обратите внимание! Катушка реле может быть рассчитана на рабочее напряжение 24 В, но при этом контакты реле вполне могут работать с напряжением до 220В. Данная информация указана на корпусе реле.

На фото ниже видно, что на катушке указано рабочее напряжение 24 VDC, то есть 24 В постоянного тока.

По степени защиты от внешних факторов

Все электромагнитные реле имеют следующие типы конструкции:

  • открытые;
  • зачехленные;
  • герметичные.

Открытие багажника с брелока автосигнализации

Если в автомобиле стоит электрический привод багажника, то можно подключиться к нему автосигнализацией для открытия его с брелока сигнализации. Если с сигнализации выходит слаботочный сигнал на открытие багажника (а чаще всего так и есть), то используем эту схему.

Читайте также  Свет для аквариума своими руками

Прежде всего, находим провод на привод багажник, где появляется +12 Вольт при открытии багажника. Разрезаем этот провод. Тот конец разрезанного провода, который идёт к приводу, подцепляем к контакту 30. Другой конец провода подцепляем к контакту 87А. Выход с сигнализации подцепляем к контакту 86. Контакты 87 и 85 подцепляем на +12 Вольт.

Теперь, при подаче сигнала с сигнализации на открытие багажника, реле сработает и на провод электропривода багажника пойдёт «плюс». Привод сработает, и багажник откроется.

Это лишь немногие схемы подключения с использованием реле. Ещё немного схем с использованием реле можете найти на сайте в категории схемы хитрушек и в разделе схемы подключения к центральному замку.

Фотореле со звуковой сигнализацией

Фотореле (рис. 6) является таковым не в полной мере, поскольку реагирует на изменение освещенности плавным изменением частоты генерируемых колебаний [B.C. Иванов].

Рис. 6. Принципиальная схема фотореле со звуковой сигнализацией.

В то же время это устройство может работать совместно с измеряющими частоту приборами, частотно-избирательными реле, сигнализировать высотой звукового сигнала об изменении освещенности, что может быть весьма актуально для слабовидящих.

Основные виды реле и их назначение

Производители настраивают современные коммутационные устройства таким образом, чтобы срабатывание происходило только при определенных условиях, например, при увеличении силы тока, поступающего на входные клеммы КУ. Ниже мы вкратце рассмотрим основные виды соленоидов и их назначение.

Электромагнитные реле

Электромагнитное реле – это электромеханическое коммутационное устройство, принцип действия которого основан на воздействии магнитного поля, созданного током в статичной обмотке, на якорь. Этот вид КУ разделяется собственно на электромагнитные (нейтральные) устройства, которые реагируют лишь на значение тока, подаваемого на обмотку, и поляризованные, работа которых зависит как от токовой величины, так и от полярности.

Принцип работы электромагнитного соленоида

Используемые в промышленном оборудовании электромагнитные реле находятся на промежуточной позиции между сильноточными устройствами (магнитными пускателями, контакторами и т.д.) и слаботочным оборудованием. Наиболее часто данный вид реле применяется в цепях управления.

Реле переменного тока

Срабатывание этого вида реле, как видно из названия, происходит при подаче на обмотку переменного тока определенной частоты. Данное коммутирующее устройство для переменного тока с контролем перехода фазы через ноль или без такового, представляет собой блок из тиристоров, выпрямительных диодов и управляющих схем. Реле переменного тока могут быть выполнены в виде модулей на основе трансформаторной или оптической развязки. Данные КУ применяются в сетях переменного тока с максимальным напряжением 1,6 кВ и средним током нагрузки до 320 A.

Промежуточное реле 220 В

Иногда работа электросети и приборов не возможна без использования промежуточного реле на 220 В. Обычно КУ данного типа применяется, если необходимо разомкнуть или разомкнуть разнонаправленные контакты цепи. К примеру, если используется осветительный прибор с датчиком движения, то один проводник присоединяется к сенсору, а другой подводит электроэнергию к светильнику.

Реле переменного тока широко применяются в промышленном оборудовании и бытовой технике

Работает это таким образом:

  1. подача тока на первое коммутационное устройство;
  2. от контактов первого КУ ток поступает на следующее реле, которое имеет более высокие характеристики, чем у предыдущего и способно выдерживать токи с высокими значениями.

С каждым годом реле становятся эффективней и компактней

Функции малогабаритного реле переменного тока с напряжением 220 В весьма разнообразны и широко используются в качестве вспомогательного устройства в самых различных областях. Данный вид КУ применяется в тех случаях, когда основное реле не справляется со своей задачей или же при большом количестве управляемых сетей которые уже не в состоянии обслужить головное устройство.

Промежуточное коммутационное устройство применяется в промышленном и медицинском оборудовании, транспорте, холодильном оборудовании, телевизорах и прочей бытовой технике.

Реле постоянного тока

Реле постоянного тока делятся на нейтральные и поляризованные. Отличие между ними состоит в том, что поляризованные КУ постоянного тока чувствительны к полярности подаваемого напряжения. Якорь коммутационного устройства меняет направление движения в зависимости от полюсов питания. Нейтральные электромагнитные реле постоянного тока не зависят от полярности напряжения.

Электромагнитные КУ постоянного тока в основном используют, когда нет возможности подключения к электрической сети переменного тока.

Четырехконтактное автомобильное реле

К недостаткам соленоидов постоянного тока относят необходимость использования блока питания и более высокую стоимость в сравнении с КУ переменного тока.

Данное видео демонстрирует схему подключения и объясняет принцип работы 4 контактного реле:

Обозначения в эл. схемах

Обозначения буквенно-цифровые в электрических схемах. ГОСТ 2.710-81 (фрагмент).

Буквенные коды наиболее распространенных видов элементов.

Примеры двухбуквенных кодов

Примеры видов элементов, помеченные * добавлены автором.

Комментарии

1. Если УГО стандартами не установлено, то разработчик выполняет УГО на полях схемы и дает пояснения (ГОСТ 2.702-2011).
То-есть, если в стандартах условное обозначение какого-то электрического устройства отсутствует, можно придумать свое (желательно используя имеющиеся в стандартах элементы условных обозначений). А на свободном поле чертежа, отобразить данное обозначение и дать разъяснения о его назначении, функции.
Например фотоконденсатор:

2. По буквенному обозначению, если уж в стандартах все фотоэлементы: и фоторезистор, и фотодиод, и фототранзистор обозначают одинаково — BL, то наверное будет логичнее и фотоконденсатор у присвоить тот-же буквенный код BL.

3. Фотоэлектрохими ческий суперконденсато р, при беглом ознакомлении, совмещает в себе полупроводников ый солнечный элемент собственно суперконденсато р. Возможно его можно изобразить таким образом:

Буквенный код, тот-же применяйте на Ваше усмотрение (возможно в данном случае, можно применить обозначение как для источника питания — G) и расшифруйте в пояснениях.
Но, это предположительн о. Нужно внимательней изучить конструкцию (у меня на это нет времени)

Доброго времени суток!
Меня очень сильно интересуют 3 вопроса.
1. Как обозначаются фотоконденсатор ы на электрических схемах (по логике должно быть обозначение аналогично фоторезистору: сам элемент (конденсатор в данном случае) взять в кружок и поставить 2 стрелки направленные на него; но проблема в том, что я не нашёл ни одного подтверждения этого как в каталогах, так и вообще в статьях в Интернете).
2. Если обозначения какого-либо элемента пока не существует, то можно ли его обозначать сочетанием букв, либо сочетанием элемента и букв? Например, в данном случае пусть не существует обозначения фотоконденсатор а. Какими из следующих вариантов тогда можно его обозначить: тремя буквами «BLC» или «CBL», взятыми в кружок (кстати, если это правильно, то какой из этих 2-х вариантов верен?), или же нарисовать конденсатор, а рядом поставить буквы «BL»?
3. Как обозначаются подтипы элементов на электрических схемах? Например, существует фотоэлектрохими ческий суперконденсато р (PES-фотоконден сатор, от англ. Photoelectroche mical Supercapacitor) . Как его обозначить на схеме? Конденсатором с рядом расположенными буквами PES? Или опять сочетанием каких-либо букв, например, «PES-С» (кстати, чисто из любопытства вопрос: если такое обозначение верно, то нужно ли ставить дефис?)?
Извините, что задал столько вопросов (наверное, глупых к тому же)! Я не очень в этой сфере разбираюсь. Но мне правда очень нужно это.
Заранее благодарю!

Читайте также  Крепление кабеля к потолку

Схема обозначений, используемых в реле.

Схема обозначений, используемых в реле.

1. Обозначение контактов реле.

COM – общий контакт реле, который является подвижным. Зачастую обозначается, как BASE или COMMON. Общий контакт еще называется полюс, а те, с которыми он соединяется – направлениями.

NC (Normal Close) – контакт с которым общий нормально замкнут (нормально закрытый). Это значит, что контакты замкнуты, когда реле обесточено и размыкаются, когда подается ток на управляющую катушку.

NO (Normal open) – контакт с которым общий нормально разомкнут (нормально открытый). Т.е. когда реле обесточено контакты разомкнуты, а когда на катушку подается напряжение, то контакты замыкаются.

В схеме с NC мы видим, что ток протекает через реле при обесточенной катушке и, чтобы разомкнуть цепь нам нужно подать напряжение на катушку, а во втором случае в с обесточенной катушкой и через контакты реле ток не протекает.

Нормальное состояние — это изначальное состояние реле. Но стоить отметить, что есть типы реле, например, поляризованные для которых понятия нормального состояния нет, поскольку оно может меняться, а соответственно контакт NO может стать NC и наоборот.

2. Типы переключателей.

По типу переключения все реле можно поделить на 2 основных типа:

— реле размыкает или замыкает контакт (SPST). Такое реле имеет один вход и один выход, и работает как ключ. При этом одно такое реле может содержать несколько пар независимых контактов, т.е. иметь несколько баз со своими контактами (DPST).

— реле переключается между двумя и более контактами (SPDT. Здесь имеется одна база, но может быть несколько выходов. Такие реле так же могут иметь в себе несколько пар контактов (DPDT).

SPDT (Single Pole, Double Throw). Один полюс, два направления. Т.е. Есть один общий контакт, который может переключаться с двумя направлениями.

DPDT (Double Pole, Double Throw). Два полюса на два направления, т.е. 2 группы переключателей. По сути это два реле SPDT в одном, но имеющие общую катушку. Иногда реле типа DPDT так и обозначается -2SPDT. Таким образом может быть реализовано и реле с гораздо большим количеством переключателей.

SPST (Single Pole, Single Throw). Один полюс на одно направление. Формально это управляемый ключ, который может быть либо нормально замкнутым, либо нормально разомкнутым.

DPST (Double Pole, Single Throw). Два полюса на одно направление. Реле DPST с двойным полюсом эквивалентно двум переключателям SPST (NO нормально разомкнутый и NC нормально замкнутый) и может использоваться для переключения двух разных нагрузок.

У нас есть 2 сценария в зависимости от типа реле

Без напряжения на катушке:

С NO, нагрузки будут ОТКЛЮЧЕНЫ, поскольку ток не может протекать.

С NC нагрузки будут ВКЛЮЧЕНЫ, поскольку ток может протекать

С напряжением на катушке:

С NO, нагрузки будут ВКЛЮЧЕНЫ, поскольку ток может протекать.

С NC нагрузки будут ОТКЛЮЧЕНЫ, поскольку ток не может протекать.

4. Варианты обозначений.

На сложных комбинациях реле можно встретить детализированные обозначения типов переключателей. Как уже писалось выше, реле DPDT может обозначаться, как 2SPDT, хотя здесь все и так понятно, но в случае с DPST NC-NO мы можем не какое из направлений нормально замкнутое, а какое нормально разомкнутое, поэтому вводится обозначение типа 2SPST-1NC-1NO.

Мы должны понимать, что в данной ситуации DPST NC-NO = 2SPST-1NC-1NO.

Установка реле напряжения в щиток

Во время установки в щиток следует руководствоваться некоторыми важными правилами.

В зависимости от того сколько фаз вы используете при монтаже электропроводки, будет зависеть количество реле напряжения. На каждую фазу одно устройство.

Каждую из фаз, а также нулевой провод «N» надо подключать сразу к соответствующему устройству после вводного автомата. Контроллеры будут анализировать каждую фазу и управлять напряжением включения и отключения. Как было сказано УЗО можно ставить, как до реле, так и после него.


Перед использованием данного устройства нужно будет установить на нем пороги включения и отключения (минимальное и максимальное значения).

На рисунке ниже используется три реле напряжения с тремя УЗО соответственно, подключенные после контроллеров.

Реле контроля напряжения предотвращает негативное воздействие электрической системой на приборы в доме, квартире или же на промышленном объекте. Именно поэтому использованием таких устройств в последнее время становится все более популярным. Главное — правильная их установка в соответствии с имеющимися правилами и нормами.