Реле

Для управления различными исполнительными устройствами, коммутации цепей, управления приборами в электронике активно применяется 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.

В большинстве случаев реле монтируется в защитном корпусе. Он может быть как металлическим, так и пластмассовым. Рассмотрим устройство реле более наглядно, на примере импортного электромагнитного реле. Взглянем на то, что внутри этого реле.

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:

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).

Принцип работы реле наглядно иллюстрирует следующая схема. Есть управляющая цепь. Это само электромагнитное реле K1, выключатель SA1 и батарея питания G1. Также есть исполнительная цепь, которым управляет реле. Исполнительная цепь состоит из нагрузки HL1 (лампа сигнальная), контактов реле K1.1 и батареи питания G2. Нагрузкой может быть, например, электрическая лампа или электродвигатель. В данном случае в качестве нагрузки используется сигнальная лампа HL1.

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).

Как правило, размеры самих реле позволяют наносить на корпус их основные параметры. В качестве примера, рассмотрим реле SONGLE SRD-12VDC-SL-C. На его корпусе нанесены следующие надписи.

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 служит для управления силовыми цепями с помощью низковольтной цепи управления. В качестве коммутатора силовой цепи используются мощные ключи на полупроводниковых структурах, выполненных по типу: транзистора, тиристора или симистора.

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.

Работает твердотельное реле следующим образом: управляющий сигнал подаётся на светодиод. Оптическое излучение вызывает на фотоприёмнике (фотодиоде) появление ЭДС. Это напряжение подаётся на управляющую схему, которая вырабатывает сигнал для управления выходным ключом.

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 U_макс;
• коммутируемый ток I_макс;
• управляющий сигнал;
• скорость переключения.

Почему твердотельные полупроводниковые реле всё активнее занимают место “классических” электромеханических? Как известно, у электромеханических реле недостатков много: большое время срабатывания, подгорание контактов (как следствие, низкая надёжность), дребезг контактов, искрение (вызывает помехи в работе аппаратуры).

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.