19. Реле. Назначение. Типы реле. Принцип действия.

"Основы теории управления", стр. 73-77.

Реле представляют собой устройство, в котором при плавном изменении входного (управляющего) сигнала и достижении им определённого значения происходит скачкообразное изменение выходного (управляемого) сигнала. Реле используют в автоматических системах в качестве логических элементов. В данном параграфе рассмотрены схемы и принципы действия различных реле.

По физической природе величин, на которые реагируют реле, их делят на электрические, гидравлические, тепловые, магнитные и др.

Реле обычно состоит из трёх функциональных элементов: воспринимающего, промежуточного и исполнительного. Воспринимающий элемент представляет собой преобразователь, в котором входной сигнал преобразуется в другой сигнал, иногда иной физической природы (например, в электрическом контактном реле электрический ток преобразуется электромагнитной системой в механическое усиление).

Промежуточный элемент сравнивает значение преобразованного сигнала с заданным значением и при его превышении передаёт входной сигнал на исполнительный элемент. У контактного реле промежуточным элементом является пружина.

Исполнительный элемент формирует выходной дискретный сигнал. У контактного реле – это подвижная контактная система, замыкающая или размыкающая электрическую цепь.

В ряде конструкций реле может быть четвёртый элемент предназначенный для обеспечения выдержки некоторого интервала времени после достижения равенства преобразованного входного сигнала с заданным его пороговым значением.

Независимо от принципа действия реле характеризуется рядом общих параметров, важнейшими из которых являются параметры срабатывания, параметр возврата, коэффициент возврата, время срабатывания, время возврата, максимальная частота переключения, чувствительность (мощность срабатывания).

Параметры срабатывания и возврата связаны между собой коэффициентом возврата

До тех пор, пока x<xср, выходной сигнал реле y = 0. При x=xср выходной сигнал скачком изменяется от 0 до y max и реле срабатывает. Если входной сигал уменьшает, то при достижении x = xв произойдёт возврат реле в исходное состояние.

При достижении равенства x=xср реле срабатывает не мгновенно, а через некоторый промежуток времени tср, называемый временем срабатывания. Аналогично при равенстве x = xв происходит некоторое время tВ, пока реле вернётся в исходное состояние. Это время называют временем возврата.

По времени срабатывания реле делят на быстродействующие и медленнодействующие. Реле с временем срабатывания менее 0,001 с называют безынерционными, а при tср>1 с – реле времени.

Электрический реле. Существует большое многообразие электрических реле. В автоматических системах в основном используются электромагнитные и электронные реле.

По принципу действия исполнительных элементов различают реле контактные и бесконтактные. Контактные реле действуют на исправляемую электрическую цепь, замыкая или размыкая её своими контактами. Бесконтактные реле осуществляют управление путём скачкообразного (релейного) изменения параметров своего исполнительного элемента, включенного в управляемую цепь сопротивления, ёмкости, индуктивности, ЭДС).

Наиболее часто применяются электромагнитные реле.

Различают реле постоянного и переменного тока. В свою очередь, реле постоянного тока разделяют на нейтральные и поляризованные. Работа последних зависит от полярности входного сигнала.

Принцип действия электромагнитных реле основан на взаимодействии магнитного поля обмотки, по которой протекает ток с ферромагнитным якорем. Воспринимающим элементом электромагнитного реле является обмотка, а исполнительным – контакты.

Основные характеристики электромагнитных реле: время срабатывания 0,001…0,2 с; мощность срабатывания 10^-3…10³ Вт; предельно допустимая мощность 0,1…10^4 Вт; частота переключений до 200 1/с; коэффициент возврата 0,4…0,9.

При необходимости обеспечения выдержки времени электромагнитный реле дополняют элементом, замедляющим нарастание и уменьшение тока в обмотке. Для постоянной выдержки времени используют резисторы, конденсаторы, полупроводниковые диоды, дроссели, короткозамкнутые витки. На рис. 2.18 показаны некоторые схемные способы замедления срабатывания и возврата реле постоянного тока.

При большом числе витков обмотки реле Р весьма эффективным методом является шунтирование обмотки активным сопротивлением или диодом (рис. 2.18, а, б). Сущность методы замедления возврата состоит в том, что ЭДС самоиндукция возникающая в обмотке реле после его отклонения ключом R поддерживает протекание тока в прежнем направлении и удерживает реле в замкнутом состоянии. Выдержка времени составляет 0,4…5 с.

В схеме с конденсатором (рис. 2.18, в) напряжение на обмотке реле Uc при включении возрастает по закону

до значения Ucр, при котором реле срабатывает. Приравнивая Uc = Ucр, найдём время выдержки реле при срабатывании:

При отключении реле конденсатор разряжается на сопротивлении реле Rp и напряжении на нём Uc уменьшается по закону

Выдержка времени с момента начала разряда до момента отпускания якоря реле, которое происходит при Uc = Uотп, равна

Изменяя постоянные времени RC и RpC, можно изменять время задержки срабатывания tcp и возврата tB в широких пределах.

В схеме с короткозамкнутым якорем (рис. 2.18, г) при изменении магнитного потока индуцируется ток, препятствующий своим магнитным полем этому изменению, что приводит к увеличению времени срабатывания реле до 1 с, а возврата – до 10 с.

В электронных реле используют различные полупроводниковые приборы. Эти реле представляют собой разновидность несимметричных триггеров. Триггером называют техническое устройство, обеспечивающее два устойчивых состояния. Триггер имеет два входа и реализует два возможных дискретных значения выходного сигнала. Переход из одного устойчивого состояния в другое происходит скачком и только под действием пускового импульса, подаваемого на один из его входов. Триггер реализует логическую операцию ПАМЯТЬ.

Основные характеристики электронных реле: время обрабатывания 10^-3…10² Вт; частота переключения – до 10^8 1/с; коэффициент возврата может достигать 0,98…0,99.