Твердотельное реле: устройство, принцип работы, схемы подключения
При организации логических схем управления оборудованием в качестве коммутаторов используются различные виды реле. В связи с развитием и совершенствованием полупроводниковых приборов на смену классическим логическим элементам пришло твердотельное реле (ТТР). Для чего используется, как устроен и как функционирует данный вид устройств, мы рассмотрим в данной статье.
Сфера применения твердотельного реле достаточно обширна и охватывает самые разнообразные отрасли промышленности и народного хозяйства. Их используют в таких системах, где по условиям эксплуатации можно исключить периодический контроль состояния коммутатора. Твердотельные приборы устанавливаются в оборудовании с частыми коммутациями, где классические подвижные контакты не справляются с работой и перегорают. Или в таких электроустановках, где недопустимо искрообразование при разрывании или замыкании цепи контактной группой.
Помимо этого твердотельные реле характеризуются малыми габаритами, что делает их весьма привлекательной альтернативой для слаботочного оборудования. Они применяются в электронике и бытовых устройствах, а также труднодоступных местах, где после ввода прибора в работу отсутствует возможность технического обслуживания.
Основными направлениями, в которых вы часто встретите твердотельное реле, являются:
- нагревательные электроприборы с ТЭНами, спиралями для контроля температуры нагревания;
- контроль температурных режимов в технологических процессов;
- отслеживание рабочих режимов силовых трансформаторов;
- регулировка степени освещенности или включение освещения в зависимости от времени суток;
- применение в качестве датчика движения;
- включение и отключения электродвигателей, переключение различных режимов их работы;
- в качестве электронных ключей силовых и слаботочных электроустановок;
- как коммутаторы станочного оборудования, в котором нужна высокая частота срабатывания;
- для переключения позиций в источниках бесперебойного питания.
Стоит отметить, что повсеместная автоматизация технологических процессов все чаще задействует твердотельное реле в качестве коммутационного устройства.
Конструкция
Существует множество модификаций промежуточных приборов. Однако по принципу действия и устройству все они похожи. Есть управляемые контакты. В зависимости от модели их бывает от 2 до нескольких десятков. Обычно достаточно 4 перекидных контакта. Они выполняются нормально-замкнутыми или нормально-разомкнутыми. Есть и управляющие контакты. Для включения прибора на них необходимо подать напряжение.
Это интересно. В конструкции реле часто используются драгоценные металлы. Например, в некоторых моделях контакты покрыты золотом или платиной. В других они полностью выполнены из электротехнического серебра высокой пробы. Драгоценные металлы применяются с целью повышения проводимости контактов и устойчивости к коррозии.
Шаг третий – что определяет нормальное состояние?
Хорошо, в реле мы имеем нормально разомкнутые и нормально замкнутые контакты. Но какое состояние считается нормальным? Сделаем еще один шаг в направлении объяснения принципа работы реле – взглянем на рисунок ниже. К предыдущему рисунку добавился новый элемент — пружина.
Эта пружина определяет нормальное положение общего контакта. Если вы обратили внимание на предыдущей анимации, сила переключения (F) через раз оказывает свое воздействие на общий контакт, поскольку существует другая (противоположная) сила, которая постоянно тянет контакт в обратном направлении. Эта сила исходит от пружины:
Таким образом, пружина определяет нормальное состояние контактов. Другими словами, нормальное состояние – это такое положение контактов, при котором нет никакого воздействия на общий вывод, кроме действия пружины.
Контакты реле.
В зависимости от конструктивных особенностей контакты промежуточных реле бывают нормально разомкнутые (замыкающие), нормально замкнутые (размыкающие) или перекидные.
3.1. Нормально разомкнутые контакты.
Пока напряжение питания не подано на катушку реле, его нормально разомкнутые контакты всегда разомкнуты. При подаче напряжения реле срабатывает и его контакты замыкаются, замыкая электрическую цепь. На рисунках ниже показана работа нормально разомкнутого контакта.
3.2. Нормально замкнутые контакты.
Нормально замкнутые контакты работают наоборот: пока реле обесточено, они всегда замкнуты. При подаче напряжения реле срабатывает и его контакты размыкаются, размыкая электрическую цепь. На рисунках показана работа нормально разомкнутого контакта.
3.3. Перекидные контакты.
У перекидных контактов при обесточенной катушке средний контакт, закрепленный на якоре, является общим и замкнут с одним из неподвижных контактами. При срабатывании реле средний контакт вместе с якорем перемещается в сторону другого неподвижного контакта и замыкается с ним, одновременно разрывая связь с первым неподвижным контактом. На рисунках ниже показана работа перекидного контакта.
Многие реле имеют не одну, а несколько контактных групп, что позволяет осуществлять управление несколькими электрическими цепями одновременно.
К контактам промежуточных реле предъявляются особые требования. Они должны иметь малое переходное сопротивление, большую износоустойчивость, малую склонность к привариванию, высокую электропроводность и большой срок службы.
В процессе работы контакты своими токоведущими поверхностями прижимаются друг к другу с определенным усилием, создаваемым возвратной пружиной. Токоведущая поверхность контакта, соприкасающаяся с токоведущей поверхностью другого контакта называется контактной поверхностью, а место перехода тока из одной контактной поверхности в другую называется электрическим контактом.
Соприкосновение двух поверхностей происходит не по всей кажущейся площади, а лишь отдельными площадками, так как даже при самой тщательной обработке контактной поверхности на ней все равно будут оставаться микроскопические бугорки и шероховатости. Поэтому общая площадь соприкосновения будет зависеть от материала, качества обработки контактных поверхностей и усилия сжатия. На рисунке показаны контактные поверхности верхнего и нижнего контактов в сильно увеличенном виде.
В месте перехода тока с одного контакта в другой возникает электрическое сопротивление, которое называется переходным сопротивлением контакта. На величину переходного сопротивления существенное влияние оказывает величина контактного нажатия, а также сопротивление окисных и сульфидных пленок, покрывающих контакты, так как они являются плохими проводниками.
В процессе длительной работы поверхности контактов изнашиваются и могут покрываться налетами копоти, окисными пленками, пылью, непроводящими частицами. Также износ контактов может быть вызван механическими, химическими и электрическими факторами.
Механический износ происходит при скольжении и ударах контактных поверхностей. Однако главной причиной разрушения контактов являются электрические разряды, возникающие при размыкании и замыкании цепей в особенности цепей постоянного тока с индуктивной нагрузкой. В момент размыкания и замыкания на контактных поверхностях происходят явления плавления, испарения и размягчения контактного материала, а также перенос металла с одного контакта на другой.
В качестве материалов для контактов реле применяют серебро, сплавы твердых и тугоплавких металлов (вольфрам, рений, молибден) и металлокерамические композиции. Наибольшее применение получило серебро, обладающее малым контактным сопротивлением, высокой электропроводностью, хорошими технологическими свойствами и относительно невысокой стоимостью.
Следует помнить, что абсолютно надежных контактов нет, поэтому для повышения их надежности применяют параллельное и последовательное включение контактов: при последовательном включении контакты могут разорвать большой ток, а параллельное включение повышает надежность замыкания электрической цепи.
Применение реле
В основном реле применяются для защиты силовой аппаратуры от перенапряжений, в электронике автомобилей. Реле также присутствуют во многих бытовых приборах. В чайнике используется тепловое реле. В каждом холодильнике есть пусковое реле.
Джозеф Генри изобрел реле в 1835 году. Первые реле нашли свое предназначение в телеграфии.
Например, логично предположить, что реле тока служит для контроля силы тока в цепи.
Так, при перегрузках на электродвигателе включается реле тока, которое своими контактами включает реле времени. По прошествии допустимого времени работы двигателя в режиме перегрузки реле времени разрывает цепь.
Конечно, сначала все это может показаться сложным и запутанным. Однако если начать разбираться и приложить немного усилий, вы в скором времени сами сможете не только рассказать про устройство и принцип действия реле, но и успешно заняться его подключением. А в будущем, возможно, стать специалистом по релейной защите.
Когда есть студенческий сервис, специалисты которого готовы оказать помощь в любое время, больше не нужно бояться трудных предметов и строгих преподавателей.
Напоследок видео, в котором подробно, наглядно и просто рассказывается о том, как работает реле:
- Контрольная работа от 1 дня / от 120 р. Узнать стоимость
- Дипломная работа от 7 дней / от 9540 р. Узнать стоимость
- Курсовая работа 5 дней / от 2160 р. Узнать стоимость
- Реферат от 1 дня / от 840 р. Узнать стоимость
Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.
Как расшифровывается vdc, vac и что означают значения на корпусе реле
Как мы выяснили ранее, реле — это специальное исполнительное устройство коммутирующее различные направления электрической цепи. Обозначение VDC на корпусе означает максимальную нагрузку: DC –постоянный ток, V– вольтаж (12V). VAC на корпусе означает V-вольты, AC – переменный ток. Например 12А/35VAC.
Основными параметрами реле являются: напряжение питания соленоида, максимально допустимый ток и напряжение через контакты, эти параметры указаны на корпусе.
Более подробнее об электромеханических реле, высокочастотных, для авто и других можете ознакомиться в нашем каталоге – ссылка на каталог
Схемы подключения
Схем подключения реле, как и самих его видов, большое количество. Для общего понимания представляем самые популярные схемы использования в различных устройствах. Задавайте ваши вопросы в комментариях, благодаря вам мы постараемся расширить этот список более подробно.
Рисунок 1 – общая схема подключения
Рисунок 2 – схема подключения реле поворотника в авто
На рисунке 3 показана схема подключения реле ардуино
Схемы подключения реле тока
Как и во всех случаях использования классической электропроводки, есть трехфазовое питание и рассчитанное на одну линию. Соответственно делятся по подключению и защитные реле тока.
Простое подключение трехфазового реле тока:
Для одной фазы картина будет немного иной. На схеме далее, следует обратить внимание на соединение замеряемой линии напрямую и через токовый трансформатор к автомату. Во втором случае ширина рабочего диапазона увеличивается. Использование нагрузки в обоих вариантах цепи замера обязательно, так как производится определение количества ампер линии, для которого нужно обеспечить течение в ней тока.
Развитие технологий привело к разделению устройств потребления на приоритетные и второстепенные. К первым относятся компьютеры, телевизоры, приставки и все оборудование, отключение которого не желательно. Ко второму относится остальная аппаратура, разрыв контакта питания которой от линии допустимо. Многие реле тока позволяют управлять двумя видами устройств раздельно — приоритетными и второстепенными.
Схема подключения приоритетной и второстепенной нагрузки:
Последняя схема интересна еще и тем, что в качестве измерителя течения тока используется индукционный метод, для которого достаточно расположить линию снабжения потребителей электроэнергией между соответствующими датчиками. То есть, раздельная нагрузка не нужна — в ее роли выступают приоритетные устройства, а отдельный токовый трансформатор заменен на встроенный. Причем его второй обмоткой выступает сам канал питания клиентского оборудования.
И схема, относящаяся конкретно к защитным цепям электродвигателя. Ее основная ниша применения —производство, так как мощные трехфазовые моторы в быту используются редко.
Схема защиты электродвигателя с помощью реле максимального тока:
Каждая конкретная модель реле тока, в зависимости от своих функциональных возможностей и внутреннего устройства, имеет нюансы подключения. Желательно с ними ознакомиться в инструкции по эксплуатации, во избежание последующих аварийных ситуаций.
Реле тока — это автомат, защищающий оборудование от перепадов электроэнергии. Срабатывание его обуславливается скачками ампер, которые происходят в результате коротких замыканий, слишком высоких нагрузок или иных форс-мажорных обстоятельств. При этом реле аналогичного вида не чувствительны к временному поднятию силы тока.
