Реле — это аппарат, служащий для автоматического замыкания или размыкания вспомогательных электрических цепей (например, цепей управления контакторами) при изменении какого-либо параметра главной силовой цепи; импульс, под воздействием которого происходит приведение в действие контактной системы реле, может быть электрическим и неэлектрическим.
По назначению реле разделяют на две основные группы: реле защиты и реле управления (автоматики).
Реле защиты служат для защиты электрических установок при нарушении нормального режима работы (прежде всего при коротких замыканиях и перегрузках) отключением поврежденного участка. Реле управления предназначаются для управления переходными процессами, поддержания установившейся величины тока в цепи или напряжения, а также для введения в действие отдельных элементов, входящих в цепь управления.
Реле различают по принципу действия, по конструктивному устройству и по назначению. Могут быть реле переменного и постоянного тока. В случае необходимости реле постоянного тока применяют и в цепях переменного тока; для этого последовательно с реле включается полупроводниковый вентиль (выпрямитель).
В конструкциях реле используют главным образом электромагнитный принцип. Однако имеются и другого рода реле: пневматические, тепловые, электронные и др. Для получения в работе реле выдержки времени применяются также механические устройства типа часовых механизмов и др.
Реле выполняются с контактами замыкающими и размыкающими. Так как эти контакты включают вспомогательные цепи, контактная часть реле состоит из маломощных элементов, рассчитанных на малые токи; вместе с тем конструкция подвижной системы и контактов обеспечивает высокую точность и быстроту действия аппарата. С более мощными контактами выпускают специальные типы реле, называемые промежуточными. Действие реле может быть мгновенным и с выдержкой времени. Собственное время автоматического действия реле мгновенного действия составляет 0,01—0,05 с. Выдержка времени может быть различной: от долей секунды до минуты и больше.
Из выпускаемого большого количества типов реле здесь рассматриваются только некоторые, получившие применение для управления и защиты электроприводов.
Максимальные реле, или реле максимального тока, имеют широкое применение в качестве реле защиты. Принцип действия электромагнитного реле максимального тока можно проследить по рис. 12.15, на котором схематически представлено устройство токового реле с вращающимся якорем. Это реле имеет замыкающие контакты. Такие реле выпускают под маркой ЭТ-520. Выпускают также реле указанной серии аналогичной конструкции с размыкающими контактами (типа ЭТ-522).
Реле состоит из электромагнита 1, якорь которого Ζ-образной формы 3 вращается на оси, несущей на себе подвижные контакты в виде мостика 5. Вращение оси задерживается пружинкой 4. Обмотки электромагнита реле 2 могут включаться ими непосредственно в силовую сеть или (при большой силе тока) через трансформатор тока. Если ток, протекающий через обмотки реле, превысит заданную величину, якорь, притягиваясь к сердечнику электромагнита, поворачивается на оси, преодолевая сопротивление пружины, и замыкает при этом контакты реле (подвижные контакты 5 прижимаются к неподвижным контактам 6). Величина тока, при которой реле действует (срабатывает), регулируется натяжением пружины 4 посредством перестановки рычажка — указателя 7 по шкале уставок тока срабатывания (или тока трогания) реле 8. После исчезновения тока в обмотках реле или уменьшения его до величины уставки тока трогания пружина 4 возвращает якорь и подвижные контакты в исходное положение.
Имеются конструкции токовых реле с качающимся якорем и с якорем прямолинейного хода (якорь втягивается в катушку электромагнита).
На рис. 12.16 схематически представлено реле максимального тока с прямолинейным ходом якоря с размыкающими контактами серии Р-4000. Такие реле широко применяют для защиты от перегрузки электродвигателей, в частности, в крановых установках.
Рис. 12.15. Электромагнитное токовое реле серии ЭТ-520
Реле имеет две катушки 1 электромагнита; которые включаются — каждая отдельно в две фазы силовой цепи электродвигателя. Катушки установлены на латунных трубах 2, внутри которых находится якорь (стальной) электромагнита 3 с штоком 4. Якорь опирается на втулку из немагнитного материала 5, положение которой (выше или ниже) регулируется винтом 6 с головкой 7. При превышении в катушках реле определенной величины тока якорь втягивается в катушку, поднимаясь кверху, при этом его шток упирается в коромысло 8, поворачивает его около неподвижной оси, разрывая при этом контакты реле 9 и 10, к которым подводится цепь управления пускателя электродвигателя. После отключения силовой цепи и исчезновения тока в катушках реле якорь под влиянием собственного веса опускается в исходное положение. Ток срабатывания реле регулируется винтом 6 вращением его головки 7: чем ниже будет опущена втулка 5, а с нею и якорь <3, тем больше становится величина тока, который требуется для втягивания якоря. Уставка тока срабатывания при регулировании реле видна на шкале 11.Она принимается обычно равной от 200 до 250% номинального тока электродвигателя.
Описанные выше реле имеют мгновенное действие. Существуют также максимальные электромагнитные и неэлектромагнитные реле, работающие с выдержкой времени, обратно зависимой от величины тока перегрузки. К ним относится и описанное выше тепловое реле, встроенное в магнитный пускатель.
Рис. 12.16. Электромагнитное реле максимального тока серии Р-4000
Промежуточные реле и реле времени, имеющие самое широкое распространение в электрических схемах управления приводами, применяют при необходимости обеспечить последовательность работы элементов механизмов или для одновременного воздействия на ряд независимых электрических цепей. Принцип действия промежуточного реле аналогичен действию любого электромагнитного реле мгновенного действия. При подаче питания на катушку реле якорь притягивает к ярму и перемещает контакты мостикового типа. Промежуточное реле может подавать одновременно импульс на несколько самостоятельных цепей управления и потому выполняется с большим числом контактов.
Контакты промежуточного реле выполняют более мощными, чем контакты первичного реле; это делают с целью включения мощных электромагнитов и выключателей подачей импульса от первичного (главного) реле через посредство промежуточного, обмотка которого включается в сеть контактами первичного реле.
На рис. 12.17 представлено промежуточное реле типа ЭП-41 с четырьмя замыкающими и двумя размыкающими контактами. При подаче напряжения на катушку электромагнита 3 якорь 1 притягивается к сердечнику 2; связанный с ним шток 7 передвигается вверх и производит с помощью закрепленных на нем контактных мостиков замыкание контактов 4 и размыкание контактов 5. После исчезновения тока в катушке реле якорь со штоком и подвижными контактными мостиками вращается в исходное положение под действием пружины 6 и собственного веса.
Реле типа ЭП-41 выпускают с различными сочетаниями числа замыкающих и размыкающих контактов общим их количеством не больше шести.
Реле времени служат для обеспечения работы схем автоматического управления с соблюдением требуемой последовательности и продолжительности включения и отключения аппаратов. Они срабатывают не мгновенно, а по истечении некоторого времени после воздействия импульса. Время от момента подачи импульса на воспринимающую систему до срабатывания контактов называется выдержкой времени реле. Контакты реле времени бывают замыкающими и размыкающими. Принцип их действия различен. Конструируются реле времени как электромагнитные, маятниковые электромагнитные с часовым механизмом, пневматические и др.
Электромагнитные реле времени серии РЭ100 и РЭ180 выпускают для работы на постоянном токе. По конструкции они представляют собой токовое реле с качающимся якорем. Выдержка времени в этих реле — от 0,25 до 1,5 с — достигается при их отключении.
Рис. 12.17. Промежуточное реле типа ЭП-41
Рис. 12.18. Схема устройства маятникового реле времени типа РЭ-218
Получается она за счет того, что якорь некоторое время удерживается в притянутом к сердечнику электромагнита состоянии после отключения тока (вследствие явлений самоиндукции и замедленного исчезновения магнитного потока в сердечнике особой конструкции).
Реле времени постоянного тока в отдельных случаях применяют при автоматизированном управлении электроприводами строительных машин (в частности, башенных кранов), с асинхронными электродвигателями. В этом случае в цепь управления, как уже отмечалось, включают полупроводниковые — селеновые и другие выпрямители (для питания обмоток реле выпрямительным током).
Маятниковое электромагнитное реле времени с часовым механизмом выпускают для работы в цепях как постоянного, так и переменного тока (рис. 12.18). Маятниковые реле типа РЭ-218 дают выдержку времени от 0,25 до 9 с. Величина ее регулируется перестановкой грузика на маятнике и с помощью упорного винта 1 (сокращение длины хода рычага 2 уменьшает выдержку времени).
При необходимости получения больших выдержек времени применяют неэлектрические реле: пневматические и двигательные. Пневматические реле времени дают выдержку времени от 0,4 с до 8 мин, а двигательные (имеющие в своем составе микроэлектродвигатель) — до 20 мин.
В тех случаях, когда необходимо получать выдержки времени от долей секунды до нескольких десятков секунд, пользуются электронными реле времени. Схема включения одного из них приведена на рис. 12.19. Выдержка времени такого реле определяется временем разряда конденсатора С на сопротивление Rc.
Рис. 12.19. Схема включения электронного реле времени
Рис. 12.20. Схема включения фотоэлектронного реле
При отсутствии сигнала о начале действия реле (контакт К замкнут) конденсатор С заряжен; отрицательный потенциал на сетке триода, регулируемый положением движка на реостате R, имеет такую величину, при которой анод ный ток триода равен нулю (лампа заперта) и, следовательно, обмотки электромагнитного промежуточного реле РП, включенного в анодную цепь триода, не обтекаются током.
При получении сигнала (размыканием контакта К) конденсатор С начинает разряжаться на сопротивление Rc\ напряжение на его обкладках постепенно снижается и соответственно уменьшается величина отрицательного потенциала на сетке триода —лампа отпирается. Возникает постепенно возрастающий анодный ток, проходящий через обмотку реле РП. По достижении этим током некоторой определенной величины реле РП срабатывает (замыкает или размыкает свои контакты). Интервал времени между размыканием контакта К и срабатыванием реле составляет выдержку времени электронного реле. Выдержка времени прямо пропорциональна емкости конденсатора С и величине сопротивления Rc.
В приборах автоматики и автоматизированном электроприводе применяют также фотоэлектронные реле. Примером такого реле может служить устройство, схема включения которого приведена на рис. 12.20. В схему входят: фотоэлемент, электронная лампа-триод, сопротивление R, электромагнитное реле РП, обмотка которого включена в анодную цепь триода, и два источника постоянного тока (аккумуляторные батареи). Фотоэлектронное реле этого типа может использоваться в качестве фотопутевого выключателя (в тех случаях, когда по той или иной причине механический путевой выключатель непригоден).
Луч света, освещающий фотоэлемент, пересекается движущейся частью управляемого механизма. Когда фотоэлемент освещен, по левой части схемы (см. рис. 12.20) течет фототок IФ, показанный на схеме стрелкой. Он создает в сопротивлении 7? падение напряжения, равное 7ф7?, в результате на сетке триода поддерживается отрицательный потенциал такой величины, что лампа заперта, анодный ток (в правой части схемы) отсутствует, обмотка реле РП не обтекается током. Как только луч света, освещающий фотокатод, пересекается движущимся предметом (частью механизма), фототок 7ф прекращается, с ним вмёсте исчезает и падение напряжения в сопротивлении R, отрицательный потенциал на сетке триода резко уменьшается (лампа отперта), анодный ток, возникающий в правой части схемы, обтекает обмотку реле РП, которое, срабатывая (замыкая свои контакты), посылает импульс в цепь управления механизмом. Механизм останавливается. Вместо фотоэлемента в подобных схемах могут применяться фотосопротивления, резко снижающие свое сопротивление под воздействием луча света.
