2. Реле і перемикаючі пристрої

Реле — це прилад, який здійснює стрибкоподібні зміни в допоміжних ланцюгах. Прилади релейної дії, що при­значаються для комутації силових ланцюгів (контактори, магнітні пускачі тощо), до реле не належать.

За типом керованих ланцюгів розрізняють реле електричні, гідравлічні, пневматичні, комбіновані. За характером фізичної величини, на яку реагує реле, розрізняють електричні, механіч­ні, теплові, оптичні й акустичні реле. Залежно від вхідної коор­динати реле може займати дві, три й більше позицій. Відповідно до цього розрізняють двопозиційні (включено — виключено) й багатопозиційні реле.

У системах автоматики обладнання закладів ресторанного господарства найширше застосовують електричні реле й значно меншою мірою — гідравлічні й пневматичні. Тому далі розглядатимуться тільки найпоширеніші типи електричних реле.

Під електричними розуміють такі реле, в яких електрична величина перетворюється в механічне переміщення, що спричи­няється до розмикання або замикання контактів. Застосовують такі типи електричних реле: електромагнітні постійного й змін­ного струму, електродинамічні, індукційні й електротермічні.

Електричні реле характеризують такі параметри (рис. 7):

тривалість спрацювання Тспр — проміжок часу від моменту подачі напруги на реле до моменту замикання контактів;

тривалість зрушування Тзр — інтервал від моменту подачі напруги на реле до початку руху якоря, коли струм у котушці реле досягає величини Ізр — струму зрушування, величина яко­го характеризує поріг чутливості реле;

тривалість переходу — тривалість руху якоря реле Тя:

Тспр =Тзр + Тя

струм спрацювання Іспр — величина струму в котушці реле до моменту замикання контактів; значення Іспр характеризує чутливість реле;

коефіцієнт запасу при спрацюванні К1 — для надійного

вдержання контактів у замкненому стані; необ­хідно, щоб усталений ро­бочий струм Ір був дещо більшим від струму спра­цювання Іспр:

Рис 7 - Графік спрацювання реле

значення коефіцієнта К1 звичайно вибирають у межах 1,5—4,0;

тривалісь відпускан­ня Тв— інтервал часу від моменту припинення керуючої дії (напруги) до моменту розми­кання контактів;

тривалість зрушування при відпусканні Тзр.в — проміжок ча­су від моменту припинення керуючої дії до моменту, коли вели­чина струму в котушці реле досягне величини струму зрушуван­ня при відпусканні Ізр.в;

тривалість переходу при відпусканні — тривалість руху яко­ря Тя.б:

Т в =Тзр.в + Тя.в

коефіцієнт повернення реле

де,

Ів— струм відпускання;

звичайно Кп — 0,8/0,9;

коефіцієнт запасу при відпусканні

- потужність спрацювання Рспр — мінімальна потужність, по­трібна для надійного спрацювання реле;

- потужність керування Рк — гранична потужність, яка про­пускається через контакти реле;

- коефіцієнт керування Кк — коефіцієнт підсилення за потужністю:

Між коефіцієнтами К1, К2 і Ка існує такий зв’язок:

Електромагнітні реле є основними в системах автоматики, їх застосовують для перемикання порівняно потужних кіл струму й називають контак­торами.

Рис 8 - Кодове реле типу КДР

Електромагнітні реле по­стійного струму можуть бу­ти поляризованими й нейт­ральними. Нейтральні реле реагують однаковою мірою на струм обох напрямків, який проходить по їх обмот­ках. Поляризовані реле ре­агують на струм різних на­прямків по-різному.

Електромагнітне нейтральне реле складається з нерухомого осердя з обмоткою й рухомого якоря. Осердя і якір реле виго­товляють з магнітом’якого матеріалу.

Конструктивних виконань електромагнітних реле дуже ба­гато. Найпоширенішими є реле з поворотним якорем і реле з втяжним якорем. До реле з поворотним якорем належать так звані кодові й телефонні реле (назви не визначають галузі застосування, вони склались історично).

Будову кодового реле типу КДР показано на рис. 8. Маг­нітне коло реле складають осердя 1, корпус 3 і якір 2, зробле­ний у вигляді букви Г. При проходженні струму через котушку 5 якір 2 притягується до торця осердя, повертаючись навколо опорної грані корпуса. Щоб усунути можливість замикання че­рез гістерезис, у якір впресовують латунний штифт, який не дає йому можливості щільно прилягати до осердя. При пово­роті якір приводить у рух контактну систему, яка може мати до 25 контактних пружин. Для спрацювання реле залежно від кількості контактних пружин потрібно від 150 до 750 ампер-витків, що відповідає потужності спрацювання від 0,1 до 3 вт. Максимальна потужність кола, яке розривається контактами ко­дового реле, становить 80 вт для постійного струму й 400 вт для змінного.

У телефонних реле якір зроблено у вигляді плоскої скоби 2 (рис. 9). Осердя 1 реле виконано з заліза прямокутного пере­різу. Він є одночасно корпусом реле. Якір (плоска скоба) 2 огинає котушку 5 і вільно закріплюється біля його основи. У вільному стані під дією сили ваги він знаходиться в нижньо­му положенні й удержується латунною рамкою 3, яка охоплює осердя 1. При проходженні струму через котушку 5 передня частина якоря 2 притягу­ється до осердя 1, якір повертається навколо сво­єї основи й переміщує за допомогою рамки рухомі контактні пружини 4. Щоб усунути замикання, між якорем і осердям прокладено латунну пла­стинку. На реле встанов­люють до 15 контактних пружин. Залежно від їх кількості по­тужність спрацювання телефонних реле типу РПН становить 0,03—0,07 вт. Потужність контактів телефонних реле нижча, ніж у кодових.

Рис 9 - Телефонне реле типу РПН

Реле з втяжним якорем (рис. 10) має котушку З, встановле­ну в циліндричний корпус 2, і циліндричний якір. Якір і кор­пус виготовляють з магнітного матеріалу. При проходженні струму через котушку З якір 1 втягується все­редину котушки, підій­маючи рухому контакт­ну перемичку 5, яка за­микає контакти 4. При відключенні струму якір під дією сили ва­ги опускається на упо­ри 6 і контакти розми­каються.

Тепер широко зас­тосовують новий тип електромагнітних ре­ле — без якоря (реле язичкового типу або реле з магнітокерованими контактами). Бу­дову без’якірного реле показано на рис. 11. Всередині циліндричної котушки 3 помі­щено герметизовану скляну колбу U наповнену інертним газом. Контактні пружини 2, зроблені у вигляді тонких пружних язич­ків з феромагнітного матеріалу, розміщено всередині скляної колби. Кінці язичків покривають радієм або золотом. При про­пусканні струму по котушці контактні пружини притягуються одна до одної, замикаючи вторинне електричне коло, підключене до штирків 4, які виступають з скляної колби. Таке реле від­значається надійністю й швидкістю дії. Частота спрацювання може становити сотні герців. Розривна потужність контакту 15—20 вт.

Останнім часом широко використовуються мініатюрні реле, які відзначаються дуже малим об’ємом і вагою (V = 2...20 см3, G = 5...40 г) у порівнянні із звичайними телефонними реле (V = 50 ...150 см3, G = 150... 400 г).

Рис 10 - Реле з втяжним Рис 11 - Електромагнітне

якорем реле язичкового типу

Рис 12 - Поляризовані електромагнітні реле з підковоподібним магнітом (а),

з роздвоєним полюсом магніту(б),

з мостовим магнітним колом (в).

Поляризовані реле мають рухомий якір і нерухому обмотку, однак осердя реле містить постійний магніт, який надає реле чутливості до напрямку струму (поляризує реле). Кілька ви­дів конструкцій поляризованих реле зображено на рис. 12.

У першій конструкції (рис. 12, а) магніт 1 має підковопо­дібну форму. Залежно від напрямку струму якір 2 намагнічу­ється в тому або іншому напрямку й, переміщуючись всередині нерухомої котушки З, притягується до одного або другого по­люса магніту 1, замикаючи відповідні контакти 4 або 4’.

У другій конструкції (рис. 12,6) реле з роздвоєним полю­сом магніту /, на магнітопровід 5 надіто дві з’єднані послідовно котушки З і 3’. При певному напрямку струму поле в одному магнітопроводі підсилюється, а в другому — ослаблюється і якір 2 притягується до магнітопроводу, у якого сильніше маг­нітне поле, замикаючи контакти 4’. При зміні напрямку струму замикаються контакти 4.

Третя конструкція поляризованого реле (рис. 12, в) має мостове магнітне коло. Якір 2, перемагнічуючись при зміні на­прямку струму в котушці 5, повертається всередині котушки й замикає контакти 4 або 4’. Мостове магнітне коло може мати різні конструктивні варіанти.

Поляризовані реле характеризуються високими чутливістю й швидкістю дії. Потужність спрацювання реле досягає значень від 10 ¯¹ до 10¯5 вт. Тривалість спрацювання знаходиться в ме­жах 1—5 мсек.

В електромагнітних реле змінного струму необхідно створи­ти два магнітних потоки, зсунутих один відносно одного за фа­зою так, щоб тягове зусилля ніколи не знижувалось до нуля.

Конструкцію реле змінного струму телефонного типу подано на рис. 13. Полюс осердя 1 реле роздвоєно й на одну його половину надіто мідний короткозамкнений виток 2, в якому ви­никає є. р. с, а отже, й струм. Останній створює магнітний потік Ф2, який відстає за фазою на кут φ від магнітного потоку Ф1, що проходить через вільну половину полюса.

Рис 13 - Будова(а), векторна діаграма магнітних потоків (б) і тягових зусиль (в) електромагнітного реле змінного струму

Рис 14 - Реле магнітоелектричне

Конструкцію магнітоелектричного реле показано на рис. 14. Якщо пропустити струм через рамку З, то остання повертатиметься в магнітному полі постійного магніту 4. На рамці закріп­люється важіль 2 з рухомим контактом, який залежно від на­прямку струму в рамці замикається з нерухомим контактом 1 або 1’. При припиненні подачі струму рамка під дією пружини повертається у вихідне положення, а контакти розривають коло.

Магнітоелектричні реле найчутливіші в порівнянні з усіма реле інших типів. Потужність спрацю­вання магнітоелектричних реле мо­же становити лише 10¯10 вт. Трива­лість спрацювання становить деся­ті частки секунди. Недоліком реле є невелика потужність контактів внаслідок малого тиску між ними.

В електротермічних реле використовується розширення твер­дого тіла, рідини або газу при нагріванні електричним струмом. Два типи електротермічних реле показано на рис. 15.

Рис 15 - Електротермічне реле з