что такое реле фото
Что такое реле: виды, принцип действия и устройство
Реле – одно из наиболее распространенных устройств, применяемых для автоматизации процессов в электротехнике. По факту, это автоматический выключатель, который соединяет или разъединяет электроцепи при достижении установленных значений или под внешним воздействием. Реле применяются в промышленности для автоматизации технологических процессов, в бытовой технике, которая есть в каждом доме, например в холодильниках и стиральных машинках, для защиты сети от слишком высоких или слишком низких параметров тока. Выбор нужного устройства упрощает классификация реле по различным признакам.
Содержание статьи
Общее описание конструкции
Понятие «реле» объединяет целое семейство устройств разной конструкции. Но в общем случае реле состоит из трех основных функциональных элементов:
Исполнение и принцип действия первичного элемента зависят от того, какое назначение имеет реле и на какую физическую величину (сила тока, напряжение, свет, тепло и т.п.) оно настроено.
Основные характеристики реле
Независимо от вида и принципа действия реле, выделяют несколько параметров, на которые обращают внимание при выборе этого прибора:
Виды реле: контактные и бесконтактные
По устройству исполнительного компонента реле делят на контактные и бесконтактные.
Контактные
Воздействуют на управляемую цепь с помощью электрических контактов. Их размыкание или замыкание полностью разъединяет или замыкает электроцепь. Для изготовления контактов используются: медь, серебро, вольфрам. Количество контактов – до 10 штук. Четырех- и пятиконтактные реле используются в электрических схемах автомобилей для включения и переключения цепей.
Бесконтактные
Такие реле воздействуют на управляемую цепь способом изменения электрических параметров выходных электроцепей – емкости, сопротивления, индуктивности, величины тока или напряжения.
Классификация реле по способу включения
Первичные
Эти устройства включаются непосредственно в цепь элемента, для защиты которого они предназначены. Их преимущества – не требуются измерительные трансформаторы, источники оперативного тока, контрольные кабели.
Вторичные
Подключаются в цепь с использованием вторичных трансформаторов. Это наиболее распространенный вид реле. Их преимущества – изоляция от высокого напряжения, возможность расположить устройство в месте, удобном для обслуживания. Вторичные реле выпускаются стандартными. Они рассчитаны на ток 5 (1) А и напряжение 100 В и могут устанавливаться в любые электроцепи, независимо от их тока и напряжения.
Виды реле по назначению
По назначению эти устройства бывают трех типов – управления, защиты, сигнализации.
Реле управления
Эти реле являются первичными. Монтируются непосредственно в электроцепь. Их роль – включение и выключение отдельных элементов схемы. Могут использоваться самостоятельно или в качестве комплектующих низковольтных комплектных устройств – ящиков, панелей, шкафов.
Реле защиты
Выполняют функции включения, отключения и защиты устройств, имеющих термические контакты – электродвигателей, вентиляторов. При превышении температуры термические контакты размыкаются. Оборудование может восстановить работу только после остывания термоконтактов до установленной температуры.
Сигнализации
Такие реле устанавливают в охранных системах автотранспорта, предприятий, придомовых территорий. Служат для формирования сигнала при достижении установленной величины параметра, который находится под контролем (ток, напряжение, частота, давление, температура, акустические параметры и другие).
Разновидности электромеханических реле
Наиболее распространенный вид электрических реле – электромеханические. К ним относятся: электромагнитные, индукционные, электротепловые устройства.
Электромагнитные
Один из видов электрических реле электромагнитное. В конструкции этого устройства имеются: обмотка со стальным сердечником, группа подвижных контактов, замыкающих и размыкающих управляемую электроцепь. Рассмотрим принцип их действия:
Разновидность электромагнитных реле – поляризованные, которые отличаются от нейтральных способностью реагировать на полярность управляющего сигнала. Размыкание или замыкание контактов зависит от полярности подключения электромагнита. Обладают более высокой чувствительностью, по сравнению с нейтральными реле. Такие устройства могут использоваться только в цепях постоянного тока.
Электротепловые (термические)
Тепловые реле представляют собой комплекс биметаллических пластин, для изготовления которых используются металлы с разным коэффициентом расширения при нагреве. Такие реле могут использоваться в качестве защитных устройств: при превышении температуры, установленной регулятором, контакты разъединяются, и поступление тока на потребителя прекращается.
Обычно тепловые реле используются в бытовых одно- и трехфазных сетях при подключении электрических двигателей. При увеличении нагрузки на двигатель выше установленной величины происходит нагрев биметаллического реле, которое при достижении определенной температуры размыкает электрическую цепь. Двигатель прекращает работу. После остывания биметаллических пластин цепь замыкается и двигатель возобновляет работу. Термические устройства могут оснащаться колесиком, с помощью которого регулируется температура отключения двигателя, и кнопкой принудительного запуска.
Существует разновидность термических реле, в которых биметаллические пластины заменены легкоплавящимся сплавом. Они срабатывают практически мгновенно – при достижении определенной температуры металл расплавляется и цепь размыкается. Принцип действия таких устройств похож на принцип действия предохранителей. После срабатывания такое реле, установленное непосредственно на оборудовании в качестве последней защиты от перегорания, подлежит замене.
Индукционные
Принцип действия этих устройств основан на взаимодействии между переменными магнитными потоками и токами, которые формируют переменные магнитные потоки. Индукционные приборы рассчитаны только на использование в цепях переменного тока. Существуют три типа индукционных реле – с рамкой, диском, цилиндрическим ротором («стаканом»). Эти устройства широко востребованы в системах релейной защиты и автоматики.
Другие виды электрических реле
Твердотельные
Эти электронные устройства компактны и долговечны, благодаря отсутствию трущихся механических частей. Работу механики здесь выполняют полупроводниковые элементы – биполярные и МОП-транзисторы, тиристоры, симисторы. По сравнению с твердотельными, они имеют следующие преимущества:
Однако твердотельные реле имеют не только достоинства, но и недостатки. Одним из них является слабая устойчивость к импульсным перенапряжениям, которые электромагнитным реле практически не страшны. При использовании твердотельных реле необходимо предусмотреть схемотехническое решение, которое ограничивает эти импульсы. Есть и еще минусы – нагрев при работе, наличие токов утечки, приводящих к наличию напряжения на фазном проводе даже при отключенном реле.
Твердотельные реле применяют в системах регулирования температуры, в которых в качестве нагревателей используются ТЭНы, в промышленной автоматике, телеметрии, механизмах оборудования, используемого в металлургической и химической индустрии, в медоборудовании, военной электронике.
Герконовые
Реле этого типа представляют собой герконовую катушку. Это баллон, заполненный инертным газом, или внутри которого создан вакуум. Внутри баллона располагают соединительные элементы из пермаллоя – прецизионного сплава (сплава с точно заданным химическим составом), включающего железо и никель. Эти соединительные элементы имеют вид проволоки с контактами. Их покрывают серебряным или золотым напылением. Геркон размещают в середине электрического магнита или в пределах действия его поля. При подаче тока на обмотку электромагнита образуется магнитный поток, который запирает контакты. Герконовые реле могут выполнять функции: замыкающие, переключающие, размыкающие. Преимущества этих устройств – компактные габариты, доступная цена, отсутствие трущихся частей, что продлевает срок службы. Тот факт, что контактная группа располагается в инертном газе или вакууме и надежно защищена от влаги, повышает надежность реле.
При использовании герконовых реле следует избегать:
Колба изготавливается обычно из стекла, поэтому ее нужно всячески оберегать от механических воздействий. При разбитой колбе контактная группа срабатывать не будет. Герконовые реле можно использовать только в системах, в которых параметры электропитания находятся в пределах, установленных в технической документации. При подаче слишком высоких токов произойдет размыкание контактов. Нарушения в работе герконовых реле наблюдаются и в случаях подачи тока слишком низкой частоты.
Фотоэлектронные (фотореле)
Основой фотоэлектронного реле является полупроводниковый элемент – фоторезистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от изменения освещенности. Фотореле – прибор, широко применяемый коммунальными службами. Он надежен в работе и обеспечивает существенную экономию электроэнергии и безопасность на улицах. При повышении освещенности все осветительное оборудование отключается, а при наступлении темноты – включается. Большинство таких приборов оснащено регулятором порога срабатывания и механическим выключателем.
Виды реле по типу поступающего параметра
По этому параметру разделяют реле: тока, мощности, частоты, напряжения, давления, акустических величин, количества газа. Устройства могут быть максимальными и минимальными. Реле, которые срабатывают при превышении заданной величины, называют «максимальными», а при ее падении ниже заданного уровня – «минимальными».
Реле тока
Реле тока реагируют на резкие перепады тока и при необходимости отключают отдельную нагрузку или всю систему электроснабжения. Величина максимального тока, при которой необходимо отключить потребителей, устанавливается регулятором.
Реле напряжения
Реле напряжения реагируют на величину напряжения и включаются через трансформаторы напряжения. Используются для контроля фаз напряжения в электросетях и защиты электроприборов. Основой такого реле является контроллер быстрого реагирования, отслеживающий отклонения напряжения за установленные пределы. Общепринятый стандарт срабатывания таких реле – ниже 170 В и выше 250 В.
Реле частоты
Служат для контроля частоты переменного тока, которая должна быть равна 50 или 60 Гц в одно- и трехфазных сетях. Обычно имеют фиксированные задержки срабатывания. Пороги размыкания цепи, которая находится под контролем, можно регулировать. Режим работы этого устройства может предусматривать наличие «памяти» аварии.
Реле мощности
Устройство, ограничивающее мощность, действует аналогично ограничителю тока нагрузки. При превышении установленного порога мощности происходит отключение потребителя. Реле ограничения мощности часто оснащаются функцией автоматического повторного включения. То есть, после снижения нагрузки работа оборудования возобновляется автоматически.
Реле давления
Реле давления – важнейший прибор, используемый в насосном оборудовании для контроля перепадов давления воды, масла, нефти, воздуха. Различают два основных типа таких приборов – электромеханические и электронные.
Электромеханические реле имеют в конструкции особый элемент, реагирующий на изменение давления в системе, – гибкую мембрану, которая изгибается под напором жидкости (воздуха) в системе. Она соединяется с двумя пружинами, одна из которых настраивается на минимально допустимый напор, а вторая – на разницу между верхней и нижней границами давления в системе. При снижении давления в системе ниже минимального порога реле включает насосное оборудование, при превышении верхнего порога – отключает. Это простые и надежные устройства, но не очень удобные в эксплуатации. Оператору приходится регулярно проверять настройки и при необходимости их корректировать.
Электронные устройства имеют более сложную конструкцию. Пределы можно устанавливать очень точно и при эксплуатации контролировать их не требуется. Электронные приборы чувствительны к гидроударам, поэтому их оснащают небольшими гидробаками (объем – примерно 400 мл). Электронное реле давления устанавливается между насосным оборудованием и первой точкой водоразбора.
Реле акустические
Акустические реле реагируют на изменение акустических величин – частоты звуковой волны, ее давления или акустических характеристик материалов – коэффициентов поглощения и отражения. Принцип действия может быть механическим или электрическим. В акустических приборах механического действия предусмотрена мембрана, которая прогибается под давлением звуковых волн, и при достижении определенной величины давления происходит замыкание контакта. В состав электрических акустических приборов входят: воспринимающий орган (микрофон, фильтр), усилитель, выходное электрическое реле.
Устройства, срабатывающие на любой шум, часто используются совместно с системой освещения. Они реагируют на любой возникающий шум в помещении и дают сигнал на включение света. Обычно их устанавливают в коридорах и на лестничных площадках. Также акустические реле широко используются в охранных системах, «интеллектуальных» игрушках.
Газовые реле
Эти приборы применяются для обеспечения газовой защиты. Они представляют собой металлический корпус, врезанный в маслопровод. Реле в нормальном состоянии заполнено маслом, а его контакты находятся в разомкнутом состоянии. При повышении содержания газов они заполняют верхнюю часть реле с одновременным вытеснением масла. Поплавок, имеющийся в конструкции, с понижением уровня масла опускается, поворачивается вокруг своей оси и вызывает замыкание контактов в сигнальной цепи. Сформированный сигнал предупреждает о высокой загазованности среды.
Промежуточные реле
Часто функции промежуточных выполняют электромагнитные реле, в которых в зависимости от конструкции и области применения имеются контакты следующих типов:
Обозначение реле на схеме
На электрических схемах реле обозначается прямоугольником, от наибольших сторон которого показаны выводы питания. Функциональное назначение реле указывается на схеме буквами:
Примяем фотореле для уличного освещения
Современные фотореле стали использовать на схемах включения линий уличного освещения. Они работают без присутствия человека, имеют 100% уровень срабатывания с приходом темного времени суток, что создает экономию не только энергоресурсов, но и снижение трудозатрат по обслуживанию сетей освещения. Такие схемы фотореле для управления освещением не сложные.
Вполне возможно собрать фотореле своими руками. Перед тем, как подключить фотореле для уличного освещения, нужно выбрать правильную схему обвязки подсоединенного оборудования.
Принцип функционирования фотоэлемента в осветительных сетях
Для того чтобы понять, что такое фотореле в линии освещения, можно рассмотреть простейшую схему, где в роли фотоэлемента с обозначением на схеме — «ФЭ», применяют стандартные фотодиоды, фоторезисторы или фототранзисторы. В стандартных схемах освещения, как правило, предусматривают аналоговый тип срабатывания, имеющий возможность установки градации или чувствительности к уровню природного освещения.
Современные схемы с фотореле (ФР) состоят из следующих важных частей:
Важно! В качестве исполнительных устройств в схеме подключения фотореле для уличного освещения используют электронные схемы на базе транзисторных ключей, функционирующих от низковольтного напряжения 12 В.
Разновидности фотореле и их условные обозначения
По способу монтажа существуют такие типы фотодатчиков:
Наиболее сложные схемы освещения обслуживают модульные приборы с фотореле для уличного освещения, или устанавливаемые в подъездах многоэтажных домов, относящихся к муниципальным хозяйствам, около автомагистралей и других объектов общего пользования. В связи с высокой мощностью потребления таких схем, фотореле устанавливают в электрощитовую. Такая схема фотореле позволяет включать освещение, как напрямую, так и через контактор, если мощности ФР недостаточно для фактической нагрузки.
Важно! В случае технической необходимости, по стандарту безопасной эксплуатации электрического оборудования, модульные реле могут быть установлены на DIN-рейках щитовых, принадлежащим к частным объектам. Такие варианты оговариваются предварительно с заказчиком, и регулируются договорными отношениями, согласно технических условий на электроподключение объекта.
По присутствию дополнительных опций фотореле бывают:
Эти фотоэлементы на схеме обозначаются по-разному. Как правило, это — обозначение используемого чувствительного компонента: транзистора и резистора, со стрелками, устремленными в их сторону. На плане эти элементы обозначаются немного по-другому, в форме квадрата, также имеющего стрелки.
Допустимое место монтажа
Выбрать место для установки фотоэлемента в систему освещения не так-то просто. Порой исполнитель переносит его несколько раз на новое место, пока не будет достигнут максимальный эффект.
Опытные электромонтажники систем освещения советуют при выборе места расположения фотореле учитывать следующие рекомендации:
Правильная регулировка фотоэлемента
Схема регулирования фотореле определяется изготовителем оборудования, каждый элемент настраивается индивидуально в ручном режиме, с помощью поворота определенного регулятора. Даже у однотипных реле добиться равных результатов настройки невозможно, всегда будет существовать между ними определенная погрешность.
Основные показатели, которые изменяют в процессе настройки работы фотоэлемента к уличному освещению:
Схемы подключения
Существует ряд эффективных схем подключения фотореле в линию освещения. Они зависят от мощности токоприемников, протяженности линии, места расположения и мощности фотореле.
С применением распределительной коробки
В первой схеме фазовый проводник от ФР заводят на незанятую клемму распределительной коробки, потом с применением перемычки переходят на надлежащую линию подачи напряжения на лампу освещения.
В том варианте, когда в однолинейной схеме распределительная коробка отсутствует, фотореле подключают непосредственно к фазе и «0». При этом существует несколько схем расключения при установке фотореле для уличного освещения:
Напрямую в трехпроводной сети
Для реализации этого варианта подключения применяют трехпроводную схему. На реле подается 220 В с фазой и «0»-проводом. Аналогичная схема применяется для датчиков движения (ДД). Хотя существуют также схемы с ДД двухпроводные без «0» провода.
Чтобы правильно подключить проводники по фазе и нулю, ориентируются по цветовому оформлению внешнего изоляционного покрытия. Как правило, «0» имеет синий либо зеленый цвет, коричневый (черный) — входная фаза от питающего автомата, а красный — вывод нагрузки. На нем фазовое напряжение возникает при срабатывании фотоэлемента, поэтому ее и заводят в осветительный прибор.
Через выключатель
Схема через выключатель выполняется, если нужно установить дополнительно одноклавишный выключатель, чтобы пользователь не бегал постоянно в щитовую для включения или отключения осветительной линии.
В распредкоробку заводят 4 кабеля. Питание поступает по цепи:
Схемы включения фотоэлемента к фонарю
Исходя от модели фотодатчика, из его корпуса выходят 2, либо 3 провода: L красный — фаза, N синий — «0», РЕ зеленый — заземление.
В фотодатчик водят 2 кабеля, имеющих по 3 разноцветных провода. Первый кабель специализирован для включения к осветительному устройству. Для этого синий провод вводят в N-клемму, а красный — в L-клемму, аналогично они подсоединяются и к осветителю.
Заземляющий проводник объединяется с зелёным проводником второго кабеля фиксирующим винтом. Этот кабель является питающим для лампы освещения, его красный и синий проводники присоединяют соответственно с клеммами: N и L.
Важно! Кроме всего прочего, существуют модели фотодатчиков с 2-мя выводами, у них нет заземляющего проводника. Такие конструкции реле можно устанавливать на объектах, имеющих самостоятельную систему заземления.
Рабочая схема у таких фотоэлементов намного проще. Входной кабель присоединяют соответственно к L-фазовой и N-нулевой клеммам, а для выхода подсоединяют исключительно фазовый кабель. Ноль поступает на прибор освещения через магнитный пускатель, минуя фотоэлемент.
Важно! В том случае, когда фотореле по схеме работает с несколькими светильниками, в схему через пускатель добавляют контроллер к выходным клеммам фотоэлемента и присоединяет дополнительную контактную пару. В этом варианте лампы можно включить параллельно, цепь становится более надежной, поскольку линия освещения будет работать даже при условии выхода из строя одного или нескольких светильников.
Для чего устанавливают датчик движения в цепь освещения
Датчик движения — устройство с инфракрасным элементом, способным обнаруживать движение человека. В связи с чем, выполняет коммутацию фонарей и других электроприборов. Отключение их совершается в тот момент, когда электроцепь размыкается, при отсутствии перемещения.
ДД для подключения с фотореле к светодиодному прожектору, продается со схемой и заводской инструкцией по включению. Серьезные компании, производящие такое оборудование, размещают схему прямо на корпусе такого датчика.
Поэтому вполне можно выполнить сборку цепи самостоятельно. Тем более, что этот процесс похож на вариант подключения стандартного выключателя. Ведь ДД, аналогично ему, замыкает/ размыкает электроцепь с последовательно расположенным в ней прожектором светодиодным.
Схема фотоэлемента своими руками
Устройство фотореле — фотопроводящая клетка является компонентом, используемым в электронике с Arduino для создания светового датчика своими силами.
Принцип работы такой схемы. Фоторезистор обладает переменным сопротивлением, которое меняется в зависимости от окружающего света. Чем больше света, тем интенсивнее уменьшается удельное сопротивление, и, наоборот, при большом количестве света его удельное сопротивление увеличивается. Таким образом, этот полупроводник позволяет электрическому току проходить в большей или меньшей степени.
Этот небольшой компонент недорогой, поэтому многие радиолюбители используют его во многих приложениях в качестве детектора яркости для включения света с заранее установленным временным порогом. При использовании платы Arduino возможности реализации и программирования таких схем безграничны.
Таким образом, домашний мастер сможет установить такой программируемый выключатель у входа в дом или в гараже, который будет учитывать величину естественной освещенности, в зависимости от времени суток или погодных условий.
Алгоритм подключения фоторезистора:
Чтобы сделать сумеречный переключатель с помощью Arduino, потребуются следующие материалы :
Чтобы спроектировать фотореле для уличного освещения своими руками с платой Arduino, нужно будет использовать реле для управления лампой 230 В. Перед лампой должен быть установлен термомагнитный прерыватель цепи для защиты сильноточной части, в случае перегрузки по току или короткого замыкания. Работа фотодатчика обеспечивается фотоэлементом, пороги включения и выключения лампы устанавливаются в программе Arduino.
Программа Arduino автоматизирует включение и выключение сумеречного реле, питающего лампу напряжением 230 В. Две секунды задержки времени, а также два пороговых значения, позволяют убрать резкие колебания в яркости. Таким образом, реле не будет постоянно включаться/выключаться при резких изменениях яркости.
Возможное улучшение схемы — добавить датчик движения, который будет включать лампу ночью только при обнаружении движения.
Таким образом, использования фотореле в линиях уличного освещения создают эффективную энергосберегающую систему, которая способна надежно включать приборы освещения без участия человека. На любом радио рынке можно приобрести все необходимые компоненты, и собрать такую недорогую схему работы осветительных приборов на придомовом участке своими силами.