Что такое реле: разновидности и принцип действия

Реле — это важная составляющая электроустановочных систем, обеспечивающая стабильную и безопасную эксплуатацию оборудования, предупреждающая возникновение аварий, повреждение или поломку технической аппаратуры. Это коммутационное устройство предназначено для замыкания и размыкания различных участков электроцепи при резком изменении входных параметров тока, напряжения, давления. Устройство выполняет функцию автоматического выключателя и способствует автоматизации различных электротехнических процессов, используется в промышленности и быту. 

Прибор защищает силовую аппаратуру от перенапряжения и сеть от повышения или понижения силы тока. Реле применяется в электронике и автоматике, в схемах сигнализации, контроля, управления, а также в бытовых электроприборах — электрочайниках, холодильниках, вентиляторах и других. Если нет этого защитного устройства, то при возникновении резких скачков напряжения происходит поломка техники. На реле любого вида производители ставят обозначение контактов, расчетную величину тока и напряжения. 

Конструкция и принцип работы 

Простейшая конструкция реле включает катушку индуктивности с металлическим сердечником, якорь, подвижные и неподвижные контакты. Якорь — это пластина из магнитного материала, которая притягивается к катушке при поступлении тока. Он нарастает постепенно, а не мгновенно, это объясняется явлением гистерезиса (в переводе с латинского — «отставание»). Поэтому реле не используют в аппаратуре быстрого действия, где время срабатывания сводится к минимуму. 

Катушка получает сигнал, и контакты подключаются к цепи, по которой происходит подача электричества. У реле имеется две цепи: через слаботочную управляющую цепь ток подается на катушку, а через управляемую с большим током происходит замыкание якоря при срабатывании устройства. 

Основные характеристики 

Коммутационные устройства выпускаются разных видов и типов, но неизменными остаются ключевые характеристики: 

• реле бывают однофазными, обозначаются SSR и трехфазными TTR; 
• напряжение для классических реле колеблется в диапазоне от нижней границы 170 до верхней 260 В; 
• разрешенная или оптимальная мощность это сумма потребляемой мощности «ВА» и активной (индуктивной) «ВТ» соответствует потребляемой энергии осветительными и бытовыми приборами, установкой; 
• быстрота срабатывания — показатель временного промежутка между подачей сигнала о выходе тока или других величин за пределы допустимых норм и отключением/включением электрической цепи; 
• максимально разрешенное значение тока зависит от места, где устанавливается устройство; 
• напряжение — величина, при достижении которой реле сработает. 

Виды и типы реле 

Промышленность выпускает разные виды реле, отличающиеся конструкцией и функциональностью, компоненту исполнения и назначению, способу подключения и ценовому диапазону. 

По методу подключения в сеть реле бывают первичными, когда не требуются дополнительные устройства и вторичными — для подключения нужен трансформатор. Назначение реле бывает защитным, управляющим, сигнализирующим. 

В зависимости от характерных особенностей поступающего сигнала реле подразделяется на следующие типы: 

• тока — устройство реагирует на резкий перепад электроэнергии, при необходимости приводит к отключению всей системы или отдельных участков нагрузки; 
• напряжения — контролирует фазы напряжения в электросети, отслеживает отклонения от стандартных показателей — менее 175 и более 255 В; 
• частоты — осуществляет контроль частоты переменного тока в соответствии с величиной от 50 до 60 Гц; 
• мощности — ограничивает нагрузку, если повышается установленная норма, то отключает сеть от потребления; 
• давления — такой прибор контролирует перепады давления в системах, где транспортируется жидкость или газ, используется в установках с насосами. 

Принцип действия реле отличается, поэтому классифицируется на следующие виды: 

• электромагнитные, где управляющий ток поступает на катушку и создает магнитное поле; 
• тепловые, где под действием нагрева расширяются биметаллические пластины, а при повышении температуры происходит разъединение контактов; 
• индукционные, их работа основана на взаимодействии тока и формирующего от него магнитного потока; 
• твердотельные, их работа связана с действием полупроводников. 

Особенности работы

Особенности функций реле зависят от параметра, который он контролирует. При «мониторинге» напряжения устройство замеряет текущий и эталонный уровень напряжения. В простых моделях минимальная и максимальная величина задается производителем, в более сложных предоставлена возможность самостоятельно изменять настройки. Участок цепи может отключиться, если значение напряжения выходит за пределы установленных значений. 

Контроль величины тока происходит даже после отключения цепи, а когда показатель достигает допустимых значений, подача тока вновь возобновляется. Реле чувствительно в случае обрыва нулевого провода, короткого замыкания, перекоса фаз и других негативных явлений.

Отличительные особенности элементов всех видов реле: 

• воспринимающие отвечают за восприятие наблюдаемого параметра и его преобразование; 
• промежуточные сравнивают контролируемый параметр с эталонным показателем, при его понижении или повышении подает сигнал; 
• исполнительные отвечают за передачу воздействий в цепи и переключают значение тока из-за ее смыкания или рассоединения. 

В зависимости от устройства исполнительного компонента реле бывают контактными, действующими на управляемую цепь с помощью медных, серебряных или вольфрамовых контактов, которые ее замыкают или разъединяют; бесконтактными, воздействующими на управляемую цепь, изменяя сопротивление и индуктивность выходных цепей. 

Реле по способу включения бывают первичными, которые без применения измерительного трансформатора, источника оперативного тока и контрольных кабелей включаются непосредственно в цепь и вторичными, они подключаются с использованием вторичных трансформаторов, создают изоляцию от высокого напряжения и предоставляют возможность устанавливать устройство в удобном для обслуживания месте. 

Реле может находиться в двух состояниях. Первое — когда сердечник и якорь существуют изолированно друг от друга, а контакты находятся в изначальном положении. Второе — якорь притягивается к сердечнику, когда на катушку подается напряжение, создается магнитное поле, контакты перемещаются толкателем и происходит переключение реле. 

Как выбрать реле 

Бытовые приборы имеют простую конструкцию, незначительную величину переходных контактных сопротивлений, большое число допустимых срабатываний и доступную цену. Для установки в квартире или доме подойдет однофазный вариант. Для бытовой электросети оптимальное значение напряжения 220 В (170-250), поэтому следует выбирать модели с разрешенным значением тока 30 - 40 А, на входе в дом можно установить вариант со значением 40 А и выше. 

В случае необходимости визуально оценивать текущее значение контролируемой величины следует приобретать устройство с цифровым индикатором. Есть варианты реле с возможностью настраивать продолжительность отключения и устанавливать временной промежуток, по его истечению реле вновь включит нагрузку. Эта функция исключает слишком частые срабатывания, что особенно актуально для моделей с компрессорами. Функция защиты от перегревания дает гарантию максимальной безопасности эксплуатации устройства. 

В статье рассмотрены конструкция, основные характеристики, функции, виды, особенности и принцип работы реле. При выборе реле необходимо учитывать все нюансы и тип помещения, где устройство будет устанавливаться. Правильно выбранный вариант будет эффективно и продолжительно защищать электрическую сеть от нежелательных происшествий.