3.2. Релейные элементы систем автоматики

К релейным элементам автоматики (реле) относятся устройства, преобразующие плавное изменение входной величины в скачкообразное изменение выходной. Реле широко применяют в системах автоматики в качестве элементов управления и защиты, дискретных датчиков и усилителей, размножителей сигналов и логических элементов, в электрических установках, при автоматическом управлении и регулировании различных технологических процессов.

Реле классифицируют по различным признакам: по виду физических величин, поступающих на вход реле, – электрические и неэлектрические; по назначению – реле управления, защиты, сигнализации, связи и т. д.; по принципу воздействия на выходную цепь – контактные и бесконтактные; по роду величины, на которую реагирует реле, – реле токовые, напряжения, мощности, частоты, сопротивления и т. д.; по исполнению – реле открытые, с защитным чехлом, пылебрызгозащищенные и герметические.

Из электрических реле в современных дискретных системах автоматики широко используют электромеханические реле, являющиеся контактными устройствами, магнитные, электронные (ламповые) и полупроводниковые реле, являющиеся бесконтактными устройствами.

В контактных реле скачкообразное изменение выходной величины достигается замыканием или размыканием выходной цепи; в бесконтактных реле – путем резкого изменения параметров выходной цепи (R, L, С).

Основной характеристикой реле является статическая характеристика (характеристика управления), выражающая зависимость выходной величины у от входной х. Для статических характеристик большинства реле характерным является наличие гистерезисной релейной петли, объясняющейся неоднозначностью характеристик при увеличении и уменьшении входного сигнала.

Основные виды статических характеристик реле приведены на рис. 3.34, из которых видно, что при достижении входной величиной х определенного значения происходит скачкообразное изменение выходной величины у. Характеристики на рис. 3.34, а, б принадлежат двухпозиционным нейтральным реле, не реагирующим на знак входного сигнала. При изменении входного сигнала от 0 до х₂ (рис. 3.34, а) реле не изменяет своего состояния. При достижении входным сигналом значения х₂ (параметр срабатывания) выходной сигнал у скачкообразно изменяется от y_min до y_max. Дальнейшее увеличение входного сигнала не изменяет величину выходного сигнала, т. е. y = y_max = const. При уменьшении входного сигнала от значения х > х₂ до значения х = x₁ величина выходного сигнала не изменяется, т. е. у = y_max, а при достижении входным сигналом значения x₁ (параметр отпускания) выходная величина скачкообразно изменится от y_max до y_min.

а б в

г д

Рис. 3.34. Виды статических характеристик релейных элементов

Отличием устройств, имеющих характеристику, изображенную на рис. 3.34, б, от рассмотренной на рис. 3.34, a является инвертирование сигнала. При отсутствии входного сигнала (х = 0) величина выходного у = y_max; при наличии входного сигнала (x = x₂) выходной сигнал отсутствует или имеет минимальное значение (у = y_min). Характеристика двухпозиционных релейных устройств, обладающих двумя устойчивыми состояниями, приведена на рис. 3.34, в. При снятии входного сигнала (х = 0) реле останется в состоянии, в котором находилось до этого. Отличием этой зависимости (рис, 3.34, в) является ее реверсивный характер – при изменении знака сигнала на входе меняется знак сигнала на выходе.

На рис. 3.34, г, д представлены характеристики трехпозиционных релейных элементов с зоной нечувствительности, а для рис. 3.34, г еще и с неоднозначной зависимостью сигнала на выходе от входного сигнала.

К основным характеристикам реле также относятся:

мощность срабатывания Р_ср – это минимальная мощность, потребляемая катушкой реле при срабатывании;

выходная, или коммутируемая, мощность Р_вых – это произведение максимального отключаемого тока на напряжение источника питания выходной цепи;

время срабатывания t_ср – это время от момента подачи на вход реле управляющего сигнала до появления (исчезновения) сигнала на выходе (замыкания или размыкания выходных контактов);

время отпускания t_отп – это время от момента снятия входного сигнала до размыкания (замыкания) выходных цепей, равное времени трогания и времени движения якоря, т. е. t_отп = t_тр + t_дв;

коэффициент возврата реле k_взв есть отношение параметра отпускания реле к параметру срабатывания (k_взв = x_отп / х_ср < 1). Коэффициент возврата характеризует относительную ширину релейной петли статической характеристики;

коэффициент запаса k_зап – это отношение магнитодвижущей силы (МДС) катушки реле при установившемся режиме к МДС при токе срабатывания, т. е. k_зап = I_устw_р / (I_срw_р);

коэффициент управления (усиления) k_y есть отношение максимального значения выходного сигнала к входному при срабатывании, т. е. k_y = у_max / х_cp.

При выборе типа реле принимают во внимание все указанные характеристики и параметры, отдавая предпочтение тем, которые в наибольшей степени удовлетворяют требованиям разрабатываемого устройства и условиям его эксплуатации.