Реле — приборы автоматики, которые замыкают или размыкают своими контактами управляемую цепь при определенных, заранее заданных значениях контролируемых величин.
Если контролируемая величина электрическая, прибор называется электрическим реле. Имеются реле, реагирующие на изменение неэлектрических величин: тепловые, пневматические, гидравлические, электронные и др. Наибольшее распространение в схемах автоматизированного электропривода получили электрические реле.
По роду контролируемой величины электрические реле делятся на реле тока, напряжения, частоты, мощности и т. д. При этом реле могут срабатывать при значениях, превышающих заданную величину или меньших ее. Первые реле называют максимальным (например, реле максимального тока), а вторые — минимальными (реле минимального напряжения). Некоторые реле реагируют на изменение знака контролируемой величины, их называют поляризованными.
По принципу действия электрические реле бывают электромагнитные, индукционные, тепловые и др.
По назначению в схеме различают реле защиты, предназначенные для защиты контролируемого ими участка цепи или объекта; реле управления, предназначенные для автоматического управления работой электропривода (пуск, торможение); реле контроля, контролирующие ход технологического процесса (например, изменение скорости, температуры, тока) и вырабатывающие командные импульсы для систем автоматики при отклонении контролируемой величины от заданного значения.
К реле защиты относятся: электротепловые, максимального тока и напряжения, минимального тока и напряжения и др. К реле управления относятся: промежуточные, замедления и др.
Электротепловые реле представляют собой аппараты, предназначенные для защиты электродвигателей и электрических цепей от перегрева токами перегрузки.
Основными элементами теплового реле (рис. 6-13) являются нагревательный элемент 1 и биметаллическая пластина 2.
Рис. 6-13. Принципиальная схема устройства теплового реле:
а — реле до срабатывания; б — реле после срабатывания.
Нагревательный элемент включается в защищаемую электрическую цепь последовательно с электроприемником, например последовательно в силовую цепь электродвигателя. Биметаллическая пластина состоит из сваренных между собой двух металлических пластинок, имеющих различные коэффициенты линейного расширения при нагревании.
Биметаллическая пластина при нагревании изгибается в сторону металла с малым коэффициентом линейного расширения. Так как один конец пластинки закреплен жестко, а второй — свободный, то при нагревании свободный конец перемещается (на рисунке — вверх).
Реле настраивается так, чтобы при протекании по нагревательному элементу тока, превышающего номинальный ток электроприемника на 10—20%, свободный конец пластинки вышел из зацепления и освободил рычаг 3, что приведет к размыканию контактов цепи управления 4. Размыкание контактов является сигналом о перегрузке или командой на отключение перегруженной цепи.
Контакты теплового реле рассчитаны на протекание малых токов (около 2/1), поэтому они используются только для подачи команды на отключение аппарата с более мощными контактами. Обычно для отключения используют контактор, в цепь катушки которого включают блок-контакт теплового реле.
Для возврата элементов реле в исходное состояние (после остывания пластинки) служит шток 5, связанный с кнопкой возврата.
Тепловые реле не защищают электрическую цепь от токов короткого замыкания, так как нагревательные элементы могут сгореть от замыкания раньше, чем сработает реле. Поэтому тепловые реле всегда применяются в сочетании с мгновенно действующими реле максимального тока или с предохранителями.
Рис. 6-14. Конструктивная схема электромагнитного реле тока.
Реле тепловые токовые широко используются в комплекте с магнитными пускателями. Они выпускаются серии ТРН (двухполюсные) и серии ТРП (однополюсные).
Электромагнитные реле тока мгновенного действия (реле максимального тока) имеют широкое применение в качестве реле защиты. Реле (рис. 6-14) состоит из С-образного электромагнита 3 с двумя токовыми катушками 2; z-образного ферромагнитного якоря 1, закрепленного на оси; контактной системы 9 и устройства 7 для регулирования тока срабатывания. Вращение оси якоря задерживается пружиной 8. Токовые катушки могут включаться или непосредственно в силовую цепь или (при большой величине тока) через трансформатор тока. При превышении током, протекающим по катушкам, определенной величины (тока установки) якорь под действием электромагнитных сил поворачивается по часовой стрелке, преодолевая момент сопротивления пружины 8, и замыкает неподвижные контакты реле 9, которые включаются в управляемую ими электрическую цепь с помощью пластинок 10.
Рис. 6-15. Конструктивная схема электромагнитного реле времени:
1 — медная гильза; 2 — С-образный сердечник; 3 — удерживающая пружина; 4 — регулировочный винт; 5 — якорь; 6 — латунная немагнитная прокладка; 7 — втягивающая катушка; 8 — блок-контакты.
Регулирование величины тока срабатывания реле осуществляется двумя способами:
1) грубо — путем переключения катушек обмотки с последовательного соединения, которое соответствует меньшим токам срабатывания, на параллельное, соответствующее вдвое большим токам срабатывания (концы обмоток выведены раздельно на зажимы;
2) плавно — путем изменения начального натяжения пружины 8 с помощью рычага 7 по шкале уставок тока срабатывания (или тока трогания) 6. После исчезновения тока в обмотках реле пружина 8 возвращает якорь и подвижные контакты в начальное положение. На указанном принципе работы выпускаются реле тока типа РТ-40.
Реле времени (реле выдержки времени) широко используются в схемах защиты (для ограничения длительности протекания токов перегрузки), в цепях управления электроприводами (для поочередного закорачивания пусковых ступеней при пуске электродвигателя), для ограничения времени работы станка вхолостую и т. п.
Принцип действия реле времени может быть различным. Они конструируются, как электромагнитные, маятниковые, пневматические; двигательные и другие.
На рис. 6-15 показано устройство одного из типов электромагнитных реле, обеспечивающего выдержки времени от 0,5 до 5 сек.
Регулирование выдержки времени осуществляется изменением степени сжатия удерживающей пружины (точная регулировка), изменением толщины немагнитной латунной прокладки в воздушном зазоре (грубая регулировка) или изменением начального магнитного потока реле путем уменьшения тока втягивающей катушки (в этом случае последовательно с катушкой включается регулировочное сопротивление).
Катушку электромагнитного реле можно включать только в цепь постоянного тока, поэтому реле наиболее широко используют в схемах постоянного тока. В схемах переменного тока катушку реле включают через выпрямители.
Рис. 6-16. Конструктивная схема малогабаритного промежуточного реле (тип МКУ):
1 — катушка; 2 — магнитопровод; 3 — якорь; 4 — замыкающие контакты; 5 — контактный мостик.
При необходимости получения больших выдержек времени применяются реле времени пневматические (выдержка времени от 0,4 сек до 3 мин) и двигательные, имеющие основным элементом синхронный электродвигатель и допускающие максимальные выдержки до нескольких часов.
Промежуточное реле выполняет роль промежуточного звена между двумя (или несколькими) другими реле или аппаратами. Основное назначение промежуточного реле — усиление командного импульса и распределение его по нескольким электрическим цепям. Поэтому эти реле выполняются с большим числом контактов.
Рис. .6-17. Принципиальная схема устройства индукционного реле направления вращения (тип РКС).
В качестве промежуточных реле в современных схемах автоматизированного электропривода широко внедряются малогабаритные реле, выполняемые конструктивно на базе реле телефонного типа, например МКУ-48 (рис. 6-16).
Реле направления вращения (реле скорости) относятся к аппаратам, обеспечивающим контроль неэлектрических величин и предназначенным для контроля направления вращения вала управляемого механизма. Они, например, находят широкое применение в схемах торможения электродвигателей по методу противовключения, когда необходимо отключить электродвигатель при скорости, равной или близкой нулю, чтобы не допустить его реверсирования. Для этой цели используют обычно индукционное реле типа РКС, принципиальное устройство которого приведено на рис. 6-17.
С валом электродвигателя, направление вращения которого необходимо контролировать, механически сочленяется валик реле 1, на котором закреплен намагниченный ротор 2, выполненный из железоникелевого сплава. В отдельных подшипниках закреплен цилиндр 3, представляющий набор колец, из листовой электротехнической стали и имеющий на внутренней поверхности медную стержневую короткозамкнутую клетку 4, аналогичную клетке ротора асинхронного короткозамкнутого электродвигателя.
При вращении ротора поле постоянного магнита пересекает стержни клетки 4 индуктирует в них э. д. с., под действием которой в стержнях будет протекать ток.
Вследствие взаимодействия тока стержней и магнитного потока ротора цилиндр 3 будет поворачиваться в направлении вращения поля. Конструктивно связанный с цилиндром рычаг (упор) 5 также поворачивается и в зависимости от направления вращения ротора воздействует на перекидные контактные пружины 6 и 9, вызывая переключение контактов 7 или 8.
Противодействие повороту рычага 5 со стороны пружинных контактов регулируется специальным винтом так, чтобы переключение контактных систем происходило при скоростях, близких к нулю.
Рассмотренное реле направления вращения работает на индукционном принципе. В простейших случаях такие реле строятся на чисто механическом принципе — центробежные реле.
