Такой электронный компонент как реле в современном мире можно найти повсюду, от небольшого контроллера светофора до сложной распределительной станции высокого напряжения. Если говорить в общем, то реле похожи на любой другой переключатель, который может либо замыкать, либо разрывать соединение, то есть оно может либо соединять две точки, либо разъединять их, поэтому реле обычно используются для включения или выключения электронной нагрузки. Но это очень обобщенное утверждение: существует много типов реле и каждое реле ведет себя по-разному в зависимости от его применения. Одним из наиболее часто используемых реле является электромеханическое реле, и поэтому в этой статье мы сосредоточимся в основном на нем. Несмотря на различия в конструкции, основной принцип работы реле один и тот же, поэтому давайте более подробно рассмотрим основные принципы работы реле и его конструкцию.

Что такое реле?

Реле — это электромеханическое устройство, которое можно использовать для замыкания или разрыва электрического соединения. Оно состоит из гибкой движущейся механической части, которой можно управлять электронно через электромагнит. По сути, реле похоже на механический переключатель, но вы можете управлять им с помощью электронного сигнала вместо того, чтобы вручную включать или выключать его. Рассмотренный принцип работы подходит только для электромеханического реле. 

Существует много типов реле и каждое из них имеет свое применение. Стандартное и чаще всего используемое реле состоит из электромагнитов, которые обычно используются в качестве переключателя. В англоязычном словаре говорится, что реле означает акт передачи чего-либо от одного объекта к другому. То есть сигнал, полученный с одной стороны устройства, управляет операцией переключения на другой стороне. Таким образом, реле — это переключатель, который электромеханически управляет цепями (размыканием и замыканием). Основная работа этого устройства заключается в замыкании или разрыве контакта с помощью сигнала без участия человека с целью его включения или выключения. В основном оно используется для управления цепью высокой мощности с использованием сигнала малой мощности. Как правило, сигнал постоянного тока используется для управления цепью, которая приводится в действие высоким напряжением, например, для управления бытовой техникой переменного тока с помощью сигналов постоянного тока от микроконтроллеров, подобное применение реле можно часто встретить в различных проектах автоматизации дома.

Конструкция реле

На следующем рисунке показано как реле выглядит внутри и каким образом его можно сконструировать.

На кожухе размещен сердечник с намотанными на него медными обмотками (образует катушку). Подвижный якорь состоит из пружинной опоры или конструкции, напоминающей подставку, соединенной с одним концом, и металлического контакта, соединенного с другой стороной. Все эти устройства расположены над сердечником так, что, когда на катушку подается напряжение, он притягивает якорь. Подвижный якорь обычно рассматривается как общий вывод, который должен быть подключен к внешней схеме. Реле также имеет два контакта, а именно нормально замкнутый и нормально разомкнутый (NC и NO), нормально замкнутый контакт подключен к якорю или общей клемме, тогда как нормально разомкнутый контакт остается свободным (когда катушка не находится под напряжением). Когда на катушку подается напряжение, якорь перемещается и соединяется с нормально разомкнутым контактом до тех пор, пока через катушку течет ток. При обесточивании он возвращается в исходное положение.

Общая схема реле показана на рисунке ниже.

Что находится внутри реле 

Электромеханическое реле в основном спроектировано с использованием нескольких механических частей, таких как электромагнит, подвижный якорь, контакты, ярмо и пружина/рама/подставка. Эти части реле показаны на следующих рисунках.

Электромагнит:  Электромагнит играет важную роль в работе реле. Это металл, который не обладает магнитными свойствами, но его можно превратить в магнит с помощью электрического сигнала. Мы знаем, что при прохождении тока по проводнику он приобретает свойства магнита. Таким образом, когда металл намотан медным проводом и приводится в движение достаточным источником питания, этот металл может действовать как магнит и притягивать металлы в пределах своего диапазона.

Подвижная арматура. Подвижная арматура представляет собой простую металлическую деталь, балансирующую на шарнире или подставке. Она помогает установить или разорвать соединение с подключенными к нему контактами.

Контакты: это проводники, которые существуют внутри устройства и подключаются к клеммам.

Ярмо: это небольшая металлическая деталь, закрепленная на сердечнике, которая притягивает и удерживает якорь, когда катушка находится под напряжением. 

Пружина (дополнительно): Некоторым реле не нужна пружина, но если она используется, то ее подключают к одному концу якоря, чтобы обеспечить ее легкое и свободное движение. Вместо пружины можно использовать металлическую конструкцию, похожую на подставку.

Принцип работы реле 

Теперь разберемся как работает реле в нормально замкнутом и нормально разомкнутом состоянии. 

Реле в НОРМАЛЬНО ЗАМКНУТОМ состоянии:

Когда к сердечнику не приложено напряжение, он не может генерировать магнитное поле и не действует как магнит. Следовательно, он не может притягивать подвижный якорь. Таким образом, само исходное положение – это якорь, включенный в нормально замкнутое положение (НЗ).

Реле в НОРМАЛЬНО РАЗОМКНУТОМ состоянии:

Когда к сердечнику прикладывается достаточное напряжение, он начинает создавать вокруг себя магнитное поле и действует как магнит. Поскольку подвижный якорь находится в пределах его действия, он притягивается к магнитному полю, создаваемому сердечником, поэтому положение якоря изменяется. Теперь он подключен к нормально разомкнутому контакту реле, и подключенная к нему внешняя цепь работает по-другому.

Итак, когда катушка находится под напряжением, якорь притягивается, и можно увидеть действие переключения; если катушка обесточена, она теряет свои магнитные свойства, и якорь возвращается в исходное положение. Принцип работы реле более наглядно можно посмотреть на следующих анимациях. 

Различные типы реле

Помимо электромагнитного реле, существует множество других типов реле, которые работают по другим принципам. Их можно классифицировать следующим образом.

Виды реле по принципу действия

• Электротермическое реле:

Когда два разных материала соединяются вместе, они образуют биметаллическую полосу. Когда эта полоска находится под напряжением, она имеет тенденцию сгибаться, это свойство используется таким образом, что природа изгиба обеспечивает соединение с контактами.

• Электромеханическое реле:

С помощью нескольких механических деталей и на основе свойств электромагнита осуществляется соединение с контактами.

• Твердотельное реле:

Вместо использования механических частей, как в электротермических и электромеханических реле, здесь используются полупроводниковые устройства. Таким образом, скорость переключения устройства можно сделать проще и быстрее. Основными преимуществами этого реле являются его больший срок службы и более быстрое переключение по сравнению с другими реле.

• Гибридное реле:

Это комбинация электромеханических и твердотельных реле.

Типы реле в зависимости от полярности

• Поляризованное реле:

Они похожи на электромеханические реле, но в них присутствуют как постоянный магнит, так и электромагнит, движение якоря зависит от полярности входного сигнала, подаваемого на катушку. Используется в телеграфных приложениях.

• Неполяризованное реле:

Катушка в этих реле не имеет полярности и ее работа остается неизменной даже при изменении полярности входного сигнала.

Количество полюсов и перемычек

Реле также можно классифицировать по количеству комбинаций полюсов и перемычек. Полюс можно рассматривать как входную клемму и подключенную к ней подвижную часть, тогда как перемычку можно рассматривать как выходную клемму. Классификация реле по данным свойствам следующая.

Однополюсное, однопозиционное реле (SPST)

Он состоит всего из одного полюса и одной перемычки. Как правило, путь прохождения тока либо закрыт, либо открыт (остается нетронутым для любого терминала). Кнопка является лучшим примером этого типа. Когда мы нажимаем кнопку, контакт находится в закрытом положении, а при отпускании контакт находится в открытом положении, что можно понять из изображения ниже.

Однополюсное, двойное реле (SPDT)

Этот тип реле состоит только из одного полюса, но имеет два положения. Таким образом, контакт всегда осуществляется с любой из клемм. В качестве примера можно рассмотреть ползунковый переключатель. Ползунок всегда подключен к любому из контактов, т.е. замкнутый путь всегда существует, если обе клеммы подключены к цепи.

Двухполюсное, однонаправленное (DPST)

Имеет два полюса и одно направление включения/выключения. Контакты его либо размыкаются, либо замыкаются, что происходит одновременно. 

Двухполюсное, двунаправленное реле (DPDT)

Реле этого типа имеют два полюса, но каждый полюс имеет два хода. Переключение выполняется одинаково и одновременно для обоих полюсов. К примеру, реле в стандартном триммере DPDT типа, потому что пока мы заряжаем триммер переключатель на триммере находится во включенном состоянии, но когда он зарядится он автоматически прекращает зарядку, что означает, что переключатели внутри цепи зарядки размыкаются.

Применение реле

Реле в современной электронике применяются очень широко, его основной функцией является управление цепью высокого напряжения (цепь переменного тока 230 В) с источником питания низкого напряжения (напряжение постоянного тока).

• Реле используются не только в больших электрических цепях, но и в схемах компьютеров для выполнения в них арифметических и математических операций.
• Используется для управления переключателями электродвигателей. Для включения электродвигателя нам необходим источник питания переменного тока 230 В, но в некоторых случаях/приложениях может возникнуть ситуация, когда необходимо включить двигатель с напряжением питания постоянного тока. В таких случаях можно использовать реле.
• Автоматические стабилизаторы - одно из применений, в котором используется реле. Когда напряжение питания отличается от номинального, комплект реле распознает изменения напряжения и управляет цепью нагрузки с помощью автоматических выключателей.
• Используется для выбора контура, если в системе существует более одного контура.
• Используется в телевизорах. Внутренняя схема старого кинескопного телевизора работает с напряжением постоянного тока, но кинескопу требуется очень высокое переменное напряжение, поэтому для включения кинескопа от источника постоянного тока мы можем использовать реле.
• Используется в регуляторах светофоров, регуляторах температуры.

261 просмотров