Реле. Устройство и принцип работы. Электромагнитное и твердотельное реле.
Теория
КОМПОНЕНТЫ
- Адресуемая светодиодная лента
- Геркон
- Диод
- Зуммер
- Кнопка
- Кварцевый резонатор
- Конденсатор
- Макетная плата
- Резистор
- Реле
- Светодиод
- Светодиодные индикаторы
- Сервопривод
- Симистор
- Транзистор
ARDUINO
- Что такое Arduino?
- Среда разработки Arduino IDE
- Сравнение плат Arduino. Какую выбрать?
- Как прошить плату Arduino с помощью другой Arduino (ArduinoISP)
- Онлайн-сервис TinkerCAD – эмулятор Arduino
- Визуальная среда разработки Mixly для Arduino
- Настройка поддержки чипа STM32F103C8T6 средой Arduino IDE
RASPBERRY
ИНТЕРФЕЙСЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
![](/images/relay_prin.png)
Простыми словами: подавая определенный ток на электроцепь с реле, оно замыкает (размыкает) другую электроцепь. Схема для наглядности:
Реле имеет 2 раздельных цепи: цепь управления (контакты А1, А2) и управляемая цепь (контакты 1, 2, 3). Цепи никак не связаны между собой.
Между контактами А1 и А2 установлен металлический сердечник, при протекании тока по которому к нему притягивается подвижный якорь (2). Контакты же 1 и 3 неподвижны. Стоит отметить, что якорь подпружинен и пока мы не пропустим ток через сердечник, якорь будет удерживается прижатым к контакту 3. При подаче тока, как уже говорилось, сердечник превращается в электромагнит и притягивается к контакту 1. При обесточивании пружина снова возвращает якорь к контакту 3.
![](/images/relay_inside.jpg)
![Реле Реле](/images/relay-types.jpg)
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ РЕЛЕ
Устройство реле достаточно просто. Его основой является катушка, состоящая из большого количества витков изолированного провода.
Внутрь катушки устанавливается стержень из мягкого железа. В результате получается электромагнит. Также в конструкции реле присутствует якорь. Он закреплён на пружинящем контакте. Сам же пружинящий контакт закреплён на ярме. Вместе со стержнем и якорем ярмо образует магнитопровод.
Если катушку подключить к источнику тока, то образовавшееся магнитное поле намагничивает сердечник. Он в свою очередь притягивает якорь. Якорь укреплён на пружинящем контакте. Далее пружинящий контакт замыкается с другим неподвижным контактом. В зависимости от конструкции реле, якорь может по-разному механически управлять контактами.
![Электромагнитное реле Электромагнитное реле](/images/elec-relay.jpg)
Устройство электромагнитного реле
![Устройство реле Устройство реле](/images/relay-ustroystvo.png)
Данное реле без защитного корпуса. Как видим, реле имеет катушку, стержень, пружинящий контакт, на котором закреплен якорь, а также исполнительные контакты.
На принципиальных схемах электромагнитное реле обозначается следующим образом:
![Обозначение реле Обозначение реле](/images/relay-oboznachenie.png)
Условное обозначение реле на схеме состоит как бы из двух частей. Одна часть (К1) – это условное обозначение электромагнитной катушки. Она обозначается в виде прямоугольника с двумя выводами. Вторая часть (К1.1; К1.2) – это группы контактов, которыми управляет реле. В зависимости от своей сложности реле может иметь достаточно большое количество коммутируемых контактов. Они разбиваются на группы. Как видим, на обозначении изображены две группы контактов (К1.1 и К1.2).
Как работает реле?
![Пример реле Пример реле](/images/rabota-relay.png)
Как только мы замкнём управляющую цепь выключателем SA1, ток от батареи питания G1 поступит на реле K1. Реле сработает, и его контакты K1.1 замкнут исполнительную цепь. На нагрузку поступит напряжение питания от батареи G2 и лампа HL1 засветится. Если разомкнуть цепь выключателем SA1, то с реле K1 будет снято напряжение питания и контакты реле K1.1 вновь разомкнуться и лампа HL1 выключится.
Коммутируемые контакты реле могут иметь своё конструктивное исполнение. Так, например, различают нормально-разомкнутые контакты, нормально-замкнутые контакты и контакты на переключение (перекидные).
Нормально разомкнутые контакты
![Нормально разомкнутые контакты Нормально разомкнутые контакты](/images/releno.png)
Нормально замкнутые контакты
![Нормально замкнутые контакты Нормально замкнутые контакты](/images/relenc.png)
Переключающиеся контакты
![Переключающиеся контакты Переключающиеся контакты](/images/releperekl.png)
Современные широко распространённые реле, как правило, имеют переключающиеся контакты, но могут встречаться и реле, которые имеют в своём составе только нормально-разомкнутые контакты.
У импортных реле нормально-разомкнутые контакты реле обозначаются сокращением NO. А нормально-замкнутые контакты NC. Общий контакт реле имеет сокращение COM (от слова common – «общий»).
Параметры электромагнитных реле
![Реле SONGLE SRD-12VDC-SL-C Реле SONGLE SRD-12VDC-SL-C](/images/relay-srd12vdc-sl-c.jpg)
12VDC – это номинальное напряжение срабатывания реле (12V). Поскольку это реле постоянного тока, то указано сокращённое обозначение постоянного напряжения (сокращение DC обозначает постоянный ток/напряжение).
Далее на реле указаны электрические параметры его контактов. Понятно, что мощность контактов реле может быть разная. Это зависит как от габаритных размеров контактов, так и от используемых материалов. При подключении нагрузки к контактам реле нужно знать мощность, на которую они рассчитаны. Если нагрузка потребляет мощность больше той, на которую рассчитаны контакты реле, то они будут нагреваться, искрить, “залипать”. Естественно, это приведёт к скорому выходу из строя контактов реле.
Для реле, как правило, указываются параметры переменного и постоянного тока, которые способны выдержать контакты.
Так, например, контакты реле SONGLE SRD-12VDC-SL-C способны коммутировать переменный ток в 10 А и напряжение 125 В / 250 В. Эти параметры зашифрованы в надписи 10А 250VAC / 10А 125VAC (сокращение AC обозначает переменный ток).
Также реле способно коммутировать постоянный ток силой 10 А и напряжением 28 В. Об этом свидетельствует надпись 10A 28VDC. Это были силовые характеристики реле, точнее его контактов.
ТВЕРДОТЕЛЬНОЕ РЕЛЕ
![Твердотельное реле Твердотельное реле](/images/omron.jpg)
По сути, твёрдотельное реле является аналогом всем знакомого электромеханического, но выполненного по полупроводниковой технологии.
Такие реле, в зависимости от типа, могут работать как в цепях переменного, так и постоянного тока.
Принцип работы твердотельного реле
![Упрощённое устройство твердотельного реле Упрощённое устройство твердотельного реле](/images/ttp-sch.jpg)
Таким образом, вся работа твёрдотельного реле осуществляется в нескольких ступенях разделённых между собой:
- входная цепь (излучающий диод);
- оптическая развязка;
- фотодиод с триггером управления (схема управления);
- цепь коммутации (симистор);
- цепь защиты выходного ключа (варистор и т.п.).
В зависимости от назначения и параметров твердотельного реле оно может иметь различное устройство. Как уже говорилось, в качестве силового ключевого элемента, который коммутирует ток нагрузки, может быть использован симистор, МДП-транзистор, тиристор, диод, биполярный транзистор или IGBT-транзистор. Благодаря этому в продаже можно найти твердотельное реле под любую задачу.
Основные параметры твердотельного реле:
- коммутируемое напряжение Uмакс;
- коммутируемый ток Iмакс;
- управляющий сигнал;
- скорость переключения.
Качественные отличия твердотельных реле от электромеханических
По сравнению с электромагнитными реле, твёрдотельные обладают рядом несомненных преимуществ:
- Допускается не менее миллиарда переключений, что в тысячу раз превышает этот показатель у обычных электромеханических.
- Совместимость с уровнями логических микросхем. То есть ТТР можно управлять прямо с выхода микросхем.
- Отсутствие контактов и, соответственно, дребезга.
- Бесшумная работа, вибростойкость, высокое быстродействие.
- Очень малое энергопотребление.
Следует отметить, что твердотельные реле очень чувствительны к превышению, как напряжения, так и тока. Поэтому, выбирая твердотельное реле необходимо всегда учитывать запас минимум в 20 %. Также эти устройства очень боятся перегрева, а при работе полупроводниковая структура сильно нагревается, поэтому наличие радиатора необходимо. Очень часто коммутируемую цепь шунтируют варистором для защиты от импульсных выбросов.