Реле

Реле – електромагнітний комутаційний прилад для замикання або розмикання електричного кола.

Прилад що працює на слабких струмах за допомогою якого вмикають або вимикають електричні кола з більш високим струмом. Електромагніт приводиться в дію слабкими струмами який притягує якір та замикає контакти електричного кола з високими струмами.

 Головна перевага гарантування високовольтної гальванічної розв’язки між об’єктом управління і виконавчим приладом при низькій вартості і високої надійності самого реле.

Принцип роботи електромагнітного реле

При натисканні на кнопку до котушки починає надходити живлення, котушка притягує феромагнітний стержень який в свою чергу притягує якір та замикає контакти, електричне коло з контактами замикається та живлення надходить до виконавчого механізму, на даному рисунку – це лампочка і вона починає світитись. При розмиканні кнопки, живлення не приходить на котушку і контакти розмикаються. Електричне коло з кнопкою та котушкою називають керуючим (слабкі струми), а електричне коло з лампочкою та контактами – силовим (сильні струми).

Кнопка може знаходитись на пульті управління, реле в електричному щиті, а виконавчий механізм (електричний двигун, лампочка) там де він необхідний. Це робить процес комутації більш безпечнішим та зручним.

Будова реле

Котушка

Котушка – це найважливіший елемент електромагнітного реле, намотана мідним ізольованим проводом діаметром від 0.02 мм. Котушка піддається дії чисельних несприятливих факторів як нагрів в процесі роботи, імпульсні перешкоди так і зовнішнього середовища як наприклад висока вологість повітря та інші. Конструкція котушки повинна забезпечувати надійну роботу при впливах всіх цих факторів.

Робота реле в електричних схемах супроводжується яскраво вираженим негативним ефектом. Котушки електромагнітних реле при знятті напруги живлення поводяться як індуктивність. В результаті в схемі з’являються сплески перенапруг, що в десятки разів перевищують значення напруги живлення. Це відбувається як на котушці DC, так і AC.Такі імпульсні перешкоди можуть мати негативний вплив на роботу електронних систем.

Для котушок DC найпростішим рішенням є підключення паралельно до клем котушки звичайного випрямного діода (Катодом до «+»). У більшості випадків для цієї мети ідеально підходить діод типу 1N4007 (1А / 1000 В).

З котушками АС для гасіння сплесків перенапруг найчастіше застосовується один з двох варіантів: RC-ланцюг або варістор, має характеристики двонаправленого стабілітрона. Деякі типи реле виробляються з уже вбудованими захисними елементами. Для реле, які встановлюються на колодку, передбачені також спеціальні додаткові модулі типу «М» як для постійного струму (діод), так і для змінного (варістор, RC- ланцюг). Для реле, монтаж яких здійснюється на друковані плати, необхідно передбачити захисні елементи, які будуть запаяні якомога ближче до котушки. Завдяки застосуванню елементів захисту можна бути уверним, що сплеск перенапруг, який генерується при відключенні котушки реле, не зробить негативного впливу на схему управління та інші електричні та електронні компоненти пристрою.

Котушки бувають:

– Каркасними, де намотка здійснюється на каркас. В якості каркаса виступає просякнута лаком бумага, картон або пластмаса.

– Безкаркасні, де намотка здійснюється прямо на сердечник магнітної системи. Безкаркасні котушки використовуються рідко. Зазвичай поверх котушка покривається захисними плівками або лаками і епоксидними компаундами.

Контакти

Контакти – це другий за важливістю елемент будь-якого реле.

Струмопровідні елементи виготовляються з пружних матеріалів для забезпечення необхідної сили притискання. Контактні накладки виготовляють з матеріалів з високою провідністю та стійкістю до підгоряння це може бути срібло, платина, золото, вольфрам та інші.

 Контакти бувають різними але найбільш розповсюджені – це плоскі, конічні та напівкруглі.

Матеріал контакту

Вибір матеріалу контакту залежить від застосування реле. Найбільш часто використовуються наступні матеріали:

• Срібло чисте Ag
• Срібло-нікель AgNi сплав (90% Ag, 10% Ni)
• Срібло-оксид олова AgSnO₂
• Срібло-оксид кадмію, AgCdO
• Срібло-нікель + золоте покриття AgNi + Au
• Вольфрам W

Срібло Ag

Чисте срібло (99% Ag) має найвищу електро- і теплопровідність, виняткову в порівнянні з будь-якими відомими металами і має хорошу стійкість до окислення, але в присутності сірки, що міститься в атмосфері на поверхні такого матеріалу формується плівка з сульфіду срібла, що призводить до збільшення контактного опору. Для забезпечення належного електричного контакту з цього матеріалу, комутовані навантаження повинні складати від 100 мА 10 В і вище.

Сплав срібло-нікель (90% Ag, 10% Ni)

Універсальний сучасний матеріал, підходить для роботи з будь-якими видами навантажень постійного (DC) або змінного (AC) струму. Є найбільш підходящим для комутації постійного струму навантаження, при якому характерний процес дифузії матеріалів контактів. Від катода (-) до анода (+), що призводить до швидкого зносу контактів і збільшує зазор між ними.

Срібло-оксид кадмію, AgCdO

Це з’єднання (90% Ag, 10% CdO) має широкий спектр застосування по потужності навантаження в зв’язку з хорошою стійкістю матеріалу до виникаючої при комутації електричній дузі. Його сфера застосування: для резистивних і індуктивних навантажень, таких як двигуни, нагрівальні елементи, лампи розжарювання, соленоїди і ін. від 12 до 380 В і 100 мА до 30 А. Це стандартний матеріал, який використовується найчастіше . Наявність домішок сірки не дає особливого впливу на стан контактів. Останнім часом застосування реле з такими контактами скорочується в зв’язку з токсичністю кадмію.

Срібло-оксид олова AgSnO₂

Матеріал має властивості, аналогічні властивостям срібного сплаву AgCdO, однак, більш теплостійкий, а також стійкий до міграції матеріалу від одного контакту до іншого. Контакти AgSnO₂ характеризуються рівномірним зносом в процесі експлуатації при підвищеній частоті комутації навантажень. Матеріал добре працює з резистивним навантаженням до 16 А. Не є токсичним порівняно з AgCdO.

Срібло-нікель + золоте покриття AgNi + Au

Золоте покриття, що має товщину 0,2-0,5 мкм, використовується для захисту основного матеріалу від окислення при зберіганні. Захисний шар 02-05 мкм швидко руйнується при введенні реле в експлуатацію. Золото має низьку стійкість до механічного зносу, низьку температуру плавлення. При комутації великих струмів (від 1 А) золоте покриття зникає, і контакти реле залишаються з властивостями «срібло-нікель », придатними для комутації стандартних навантажень.

Вольфрам W

Це самий твердий матеріал з високою стійкістю до впливів електричної дуги. Характеризується дуже низькою чутливістю до міграції. Контактний опір вольфраму є відносно високим, отже, такі контакти придатні тільки для комутації навантажень середньої напруги: від 60 В і 1 А. Звичайна сфера застосування: ємнісні навантаження, електромотори, люмінесцентні лампи і так далі. Реле з вольфрамовими контактами зустрічаються відносно рідко.

Корпус, контактні колодки

Корпус слугує захистом від зовнішнього впливу, а також для захисту людини від струмопровідних частин.

Спочатку корпусом були звичайні рамки потім ящики. З розповсюдженням пластмас корпус почав приймати сучасну форму. Розрізняють відкрите, пилозахищене та герметичне. Відкрите реле використовують вкрай рідко.

Контактні колодки слугують захистом для виводів реле.

Використання реле

Використовують в промисловості для автоматизації різноманітних процесів, а також у побуті та побутовій техніці.