Зміст

8.1.1. Електромагнітне реле

8.1.2. Герконове реле

8.1.3. Твердотільне реле

8.1.1. Електромагнітне реле

Одним із електричних елементів у схемах автоматики є електромагнітне реле. Реле - це автоматичний прилад, який замикає або розмикає електричне коло залежно від певних зовнішніх факторів, на які він реагує. Основною властивістю реле є можливість керувати досить потужними виконавчими електричними механізмами.

Типова практика застосування потужних електромагнітних реле - це комутація навантажень змінного струму напругою 220 В або постійного струму від 5 до 24 В при струмах комутації до 10-16 А. Звичайними навантаженнями для контактних груп потужних реле є нагрівані, вентилятори, нагрівальні прилади, лампи розжарювання, електромагніти та інші активні, індуктивні і ємнісні споживачі електричної потужності в діапазоні від 1 Вт до 2-3 кВт. На практиці навантаження зазвичай відрізняються малою індуктивністю, точніше, малою сталою часу (інерційністю) - не більше 10 мс, невеликими перевантаженнями за струмом при вмиканні й відсутністю викидів напруги при вимиканні.

Контакти реле добре комутують низьковольтні індуктивні навантаження, але у разі зростання напруги від ЗО В поступово з'являються технічні проблеми й наростають у міру збільшення потужності навантаження (при напрузі вище 100 В та струмі навантаження більше 0,1 А).

Зі змінним струмом все набагато складніше, особливо якщо треба комутувати індуктивні навантаження при напрузі, скажімо, 220 В. Електродвигуни, наприклад, не тільки створюють при вмиканні десятикратні перевантаження за струмом, а й віддають у коло живлення високовольтні сплески напруги при вимкненні. Контакти реле тут отримують подвійне навантаження: перший раз від перевантаження за струмом при вмиканні електродвигуна, другий раз - від іскріння, викликаного високою напругою самоіндукції.

Подібно до електродвигуна працює й соленоїд, повним аналогом якого є звичайний у промисловій електротехніці магнітний пускач. Для таких випадків комутації основне навантаження на контакти реле створює перевантаження за струмом, наприклад, при розгоні електродвигунів, і за напругою -високовольтна самоіндукція, характерна, наприклад, для електромагнітних клапанів.

Особливими є навантаження від ламп розжарювання: при вмиканні холодна нитка розжарювання має в 10 разів менший опір, ніж коли вона розі-

гріта. Час розігрівання нитки досить тривалий: за змінного струму тривалість прогрівання для лампи потужністю 100 Вт становить 300 мс, тому лампа розжарювання сильно навантажує контакти реле.

На рис. 8.1 зображена схема електромагнітного реле.

При проходженні струму і в обмотці котушки якір притягується до осердя, замикаючи контакти, які приварені до пружних пластин із фосфористої бронзи. Усі металеві деталі кріпляться на ебонітовій основі.

При знеструмленні обмотки реле якір 5 повертається у вихідний стан пружиною 3 і струмопровідні контакти реле б розмикаються.

Реле спрацьовує (замикаються контакти) при певному струмі - струмі спрацювання /_сс. Для отримання надійного контакту обмотку осердя реле живлять струмом, який у 3-4 рази перевищує струм спрацювання. Струм, при якому якір відривається від осердя, називають струмом відпускання /_ВІДП. Внаслідок гістерезису магнітної системи реле струм відпускання стає у декілька разів меншим за струм спрацювання.

Електромагнітне реле можна зробити чуттєвим до полярності напруги, підведеної до обмотки осердя. Цього досягають завдяки деяким ускладненням конструкції реле та підмагнічуванню осердя за допомогою вбудованого постійного магніту. При цьому керуюча напруга позитивної полярності викликає замикання однієї пари контактів, а при зміні полярності напруги якір відхиляється в протилежну сторону та замикає іншу пару контактів. Таке реле називається поляризованим.

8.1.2. Герконове реле

Ще один різновид реле - герконове. Загальний вигляд реле і самих герконів зображено на рис. 8.2. Геркон - герметичний контакт, керований магнітним полем, що створюється спеціальною котушкою індуктивності.

Перший геркон був розроблений у 1936 р. американською компанією Bell Telephone Laboratories.

На основі герконів випускаються датчики магнітного поля для різних сфер - від побутової техніки до авіації та космонавтики.

Схематичне зображення будови геркона розміщено на рис. 8.3. Геркон складається з двох феромагнітних провідників, що мають плоскі контакти, розміщених у скляній капсулі. Без зовнішнього магнітного поля контакти ро-зімкнуті і між ними є невеликий діелектричний зазор. У магнітному полі контакти замикаються. У порожнину капсули зазвичай закачують азот.

Геркони комутують електричні ланцюги постійного і змінного струму частотою до 10 кГц з активним та індуктивним навантаженням напругою до 300 В, силою струму до 4 А. Вітчизняною промисловістю геркони випускаються на замкнення, розімкнення і на переключення. Умовне позначення геркона складається з шести елементів. Перший елемент визначає умовне найменування геркона: МК - контакт герметизований. Другий елемент вказує на схему комутації геркона: А - замикає, В - розмикає, 3 - перемикає, Д - пе-

рекидає. Третій елемент - Р - присутній тільки у ртутних герконах. Четвертий елемент вказує на довжину геркона в міліметрах і складається з двох цифр. П'ятий елемент вказує на функціональне призначення герконів: 1 - малої і середньої потужності, 2 - підвищеної потужності, 3 - потужні, 4 - високовольтні, 5 - високочастотні, б - з «пам'яттю», 7 - спеціальні, 8 - вимірювальні. У позначенні можуть зазначатися одна або дві ознаки. Геркони, що характеризуються двома ознаками, позначаються двома цифрами, які розташовують у порядку зростання. Геркони, що характеризуються однією ознакою, позначаються цифрою, після якої додається нуль. Наприклад: геркон МКА-27101 замикає, з балоном довжиною 27 мм, малої та середньої потужності, першої модифікації для застосування в комутаційних матрицях і інших ланцюгах; геркон МКС-15101, що переключає, з балоном довжиною 15 мм, малої та середньої потужності, першої модифікації.

8.1.3. Твердотільне реле

Твердотільне реле - електронний пристрій, що функціонально є реле без механічних рухомих частин, тобто служить для вмикання і вимикання потужного ланцюга за допомогою низької напруги, яка здійснює відповідне керування. Твердотільне реле зображено на рис. 8.4.

Твердотільне реле - це електричний пристрій, побудований на напівпровідникових елементах і силових ключах, таких як симістори чи транзистори.

Як електромагнітні реле, так і інші комутаційні прилади призначені, щоб слабким сигналом керувати навантаженням з великою напругою або струмом.

У твердотільних реле немає котушки керування і немає рухомої контактної групи. У них замість силових контактів використовують напівпровідникові ключі: транзистори, симістори, тиристори та інші електричні елементи залеж

но від сфери застосування. Це є головною відмінністю напівпровідникового реле від електромагнітного. У зв'язку з цим у твердотільного реле значно більший термін служби, оскільки немає механічного зносу контактної групи. Також варто відзначити, що і швидкодія напівпровідникових реле вища, ніж електромагнітних.

Крім відсутності механічного зносу, немає й іскор або дуг при комутації, як і звуків від ударів контактів при перемиканні. До речі, якщо немає іскор і дугових розрядів при комутації, твердотільні реле можуть працювати у вибухонебезпечних приміщеннях.

Це матеріал з підручника "Електротехніка та основи електроніки" Гуржій 2020