Описание и принцип работы реле

Уровни автоматизации процессов

Автоматизация процессов необходима для поддержки управления на всех уровнях иерархии компании. В связи с этим уровни автоматизации определяются в
зависимости от уровня управления, на котором выполняется автоматизация процессов.

Уровни управления принято разделять на оперативный, тактический и стратегический.

В соответствии с этими уровнями выделяют и уровни автоматизации:

• нижний уровень автоматизации или уровень исполнителей. На этом уровне осуществляется автоматизация регулярно выполняющихся процессов. Автоматизация
  процессов направлена на выполнение оперативных задач (например, исполнение производственного процесса), поддержания установленных параметров (например,
  работа автопилота), сохранения определенных режимов работы (например, температурный режим в газовом котле).
• уровень управления производством или тактический уровень. Автоматизация процессов этого уровня обеспечивает распределение задач между различными
  процессами нижнего уровня. Примерами таких процессов являются процессы управления производством (планирование производства, планирование обслуживания),
  процессы управления ресурсами, документами и т.п.
• уровень управления предприятием или стратегический уровень. Автоматизация процессов уровня управления предприятием обеспечивает решение аналитических
  и прогнозных задач. Этот уровень автоматизации необходим для поддержки работы высшего звена управления организацией. Он направлен на финансово-хозяйственное
  и стратегическое управление.

Автоматизация процессов на каждом из указанных уровней обеспечивается за счет применения различных систем автоматизации(CRM
системы, ERP системы, OLAP системы и пр.). Все системы автоматизации можно разделить на
три базовых типа.

Типы систем автоматизации включают в себя:

• неизменяемые системы. Это системы, в которых последовательность действий определяется конфигурацией оборудования или условиями процесса и не может
  быть изменена в ходе процесса.
• программируемые системы. Это системы, в которых последовательность действий может изменяться в зависимости от заданной программы и конфигурации
  процесса. Выбор необходимой последовательности действий осуществляется за счет набора инструкций, которые могут быть прочитаны и интерпретированы
  системой.
• гибкие (самонастраиваемые) системы. Это системы, которые способны осуществлять выбор необходимых действий в процессе работы. Изменение конфигурации
  процесса (последовательности и условий выполнения операций) осуществляется на основании информации о ходе процесса.

Эти типы систем могут применяться на всех уровнях автоматизации процессов по отдельности или в составе комбинированной системы.

Особенности конструкции

Разбираясь с принципом работы «автомата», важно знать об основных компонентах, из которых он состоит. Большинство моделей работает на основе таких узлов:

1. Система расцепления.
2. Контактные соединения.
3. Узел контроля.
4. Прибор для гашения дуги.
5. Расцепители.

Контактная система представляет собой соединение статичных и динамичных контактов, которые закрыты в специальном кожуге. Динамичные контакты удерживаются шарнирами на полуоси рукояти. Их задача заключается в осуществлении одинарного отключения участка цепи.

Устройство для погашения дуги располагается в двух полюсах и предназначается для захвата дуги и ее охлаждения. По своей конструкции механизм представляет собой камеру гашения дуги с деионной решеткой из пластинок. Что касается системы расцепления, то это шарнирный компонент на три или четыре звена. С ее помощью осуществляется мгновенное расцепление и выключение контактной системы. Сферы применения затрагивают и ручные устройства, и автоматические.

Задача электромагнитного расцепителя заключается в выключении всей системы при коротком замыкании. По конструкции он представляет собой обычный электромагнит со специальным крюком. У отдельных моделей может присутствовать система гидравлического замедления. Существует еще один тип расцепителей — тепловой. Элемент является небольшой металлической пластинкой, которая деформируется под воздействием повышенного уровня напряжения и запускает процесс отключения.

Полупроводниковые элементы — это измерительный датчик, магнит и блок реле. Магнит воздействует на всю систему, а измерительный датчик состоит из трансформатора для переменного тока или усилителя для постоянного тока.

Большинство моделей защитных приборов оснащены совмещенными расцепителями, которые работают на основе термоэлементов для защиты от повышения силы тока, а также магнитных катушек для предотвращения коротких замыканий.

Защитные конструкции обладают несколькими компонентами, размещенными внутри или снаружи автомата. В их числе всевозможные расцепители и контакты, приводы для удаленного контроля, сигнализационное оборудование и датчики автоматического отключения.

Как это работает?

Представьте ситуацию: по какой-то причине в здании начось возгорание – датчики дыма вовремя его обнаружили и сработала пожарная сигнализация: включилось аварийное освещение, сработала сирена или эвакуационное сообщение, открылись все запирающие замки на эвак. выходах.

Но для удачной эвакуации людей из всего здания этого недостаточно, ведь в студии танцев в это время шло занятие и громко играла музыка, а в ломбарде не открылись магнитные замки на дверях.

Виды устройств

Изолированный контакт используют в следующих электротехнических устройствах:

• механических: концевой выключатель, кнопка, тумблер;
• электромеханических: разные типы реле, геркон;
• электронных: оптрон, оптореле.

Преимущества и недостатки

Датчики и другие электротехнические устройства с сухим контактом отличаются простотой конструкции, имеют доступную цену.

Они легко встраиваются в существующие цепи, коммутируются с компонентами разных производителей.

Последствия активного и пассивного состояния таких датчиков легко прогнозировать.

Сферы применения

Изолированный контакт используют в конструкции датчиков протечки, открытия помещения, в составе релейной защиты. Устройства применяют для автоматизации технологических процессов, в системах «умный дом».

Сухой контакт может быть нормально замкнутым или нормально разомкнутым, работать в схемах постоянного или переменного тока. Полярность подключения не имеет значения.

Целесообразность использования датчиков с изолированной контактной парой зависит только от условий поставленной задачи.

Что такое электромагнитное реле?

Cразу отметим, что из всего многообразия реле мы рассмотрим лишь электромагнитные реле. А из множества электромагнитных реле рассмотрим те, которые наиболее широко применяются в околокомпьютерных устройствах.

Электромагнитное реле (далее — реле) – это устройств, позволяющее посредством небольших токов управлять большими токами.

Мы уже сталкивались ранее с подобными устройствами. Да, когда изучали биполярные и полевые транзисторы. Так, в биполярном транзисторе небольшой ток базы управляет гораздо большим (в десятки и сотни раз) током коллектора.

Отметим, что транзисторы, в отличие от реле, гораздо более быстродействующие приборы, и могут управлять более высокочастотными сигналами. Но реле в целом более надежная штука, чем полупроводниковый транзистор.

В электромагнитном реле, в отличие от биполярного транзистора, управляющая цепь гальванически развязана от силовой, что, в общем случае, является преимуществом.

Вторичные реле максимального тока прямого действия

Из числа токовых реле, которые выпускает промышленность, наиболее простыми являются реле максимального тока прямого действия. Несмотря на различные конструкции данных реле, вся их работа основана на электромагнитном принципе.  Последовательно с вторичной обмоткой измерительного трансформатора тока6 подключается катушка реле 3. Когда по питающей линии А протекает рабочий ток (нормальный режим работы электроприемника), электромагнитный сердечник 4 не будет втянут в катушку, поскольку электромагнитная сила F_э, которую создает обомотка реле, будет значительно меньше, чем противодействующая ей сила пружины F_п.

Схема реле тока.

В случае возниконевения на линии А короткого замыкания ток катушки реле значительно возрастет и станет больше установленного значения. В таком случае электромагнитная сила катушки F_э превысит противодействующую ей силу пружины F_п, что приведет к втягиванию сердечника в катушку реле. После втягивания сердечника в катушку, подвижная система 2 отопрет защелку выключателя Б, удерживающую выключатель во включенном положении. Под действием отключающей пружины 1 выключатель разорвет цепь линии А.

Промышленность изготавливаются вторичные реле максимального тока типа РТВ (реле токовое с выдержкой времени) и РТМ (реле токовое мгновенного действия). У РТМ есть поворотный переключатель, с помощью которого можно изменять количество витков катушки, что, в свою очередь, будет менять значение уставки тока срабатывания. Уставка тока – это настройка реле на заданный ток срабатывания. Стандартом предусмотрены следующие уставки: 5, 7, 9, 13 и 15 А. Ток срабатывания реле – минимальное значение протекающего через обмотку тока, при котором происходит срабатывание реле (I_ср).

В случае необходимости отключения участка электрической цепи с выдержкой времени применяют РТВ, которое, как правило, имеет ту же конструкцию, но дополнительно оборудовано механизмом выдержки времени (часовым механизмом). Данный механизм, прикрепленный к сердечнику, удерживает его от мгновенного втягивания в катушку, тем самым изменяя уставку его времени срабатывания. Скорость работы часового механизма напрямую зависит от тока, протекающего в катушке реле.

Установка времени – это настройка механизма выдержки времени на определенное значение в секундах. Реле имеет уставки тока 5, 6, 7, 8, 9, 10 А. РТВ и РТМ называют встроенными, так как они встраиваются непосредственно в приводы выключателей. Для непосредственного отключения  выключателя эти реле должны развивать огромные усилия, что делает их конструкции громоздкими, а это влияет на точность.

Характеристики автоматов

При рассмотрении автоматов встречаются типы:

1. Тип А.

Устройство применяется в жилых домах, где наблюдаются временные перезагрузки. Автомат обладает небольшой чувствительностью.

1. Тип В.

Применим в цепях, где есть пусковые токи, однако низкого уровня. Аппараты могут быть рассмотрены для осветительных приборов.

1. Тип C.

Активно устанавливаются для защиты розеточных групп. Они могут использоваться в цепи с низким током. Продукция подходит для жилых помещений.

1. Тип D.

Аппараты отличаются высокой степенью перегрузки, востребованы в промышленной сфере. Они могут эксплуатироваться в цеху со станками, прессами, вибраторами. Устройства подходят для защиты электродвигателей, преобразователей.

1. Тип Z.

Как предыдущий вариант, востребован в промышленной сфере. Аппараты устанавливаются на пару с предохранителями, предназначены для защиты оборудования.

1. Тип Е.

Товары используются в лабораторной, промышленной сфере, рассчитаны на высокую нагрузку.

Разделение модификаций в зависимости от рода тока:

• постоянные;
• переменные;
• комбинированные.

Есть устройства, которые подходят лишь для постоянной или в переменной цепи, и функционируют при определенной температуре окружающей среды. Если брать средние показатели, это 40 градусов. При подборе оборудования необходимо руководствоваться ГОСТом 6827.

Различия по номинальному току:

• 3;
• 10;
• 16;
• 20;
• до 6300 ампер.

Как проверить электромагнитное реле

Работоспособность электромагнитного реле зависит от катушки. Поэтому в первую очередь проверяем обмотку. Ее прозванивают мультиметром. Сопротивление обмотки может быть как 20-40 Ом, так и несколько кОм. При измерении просто выбираем подходящий диапазон. Если есть данные о том, какая величина сопротивления должна быть — сравниваем. В противном случае довольствуемся тем, что нет короткого замыкания или обрыва (сопротивление стремится к бесконечности).

Проверить электромагнитное реле можно при помощи тестера/мультиметра

Второй момент — переключаются или нет контакты и насколько хорошо прилегают контактные площадки. Проверить это немного сложнее. К выводу одного из контактов можно подключить источник питания. Например — простую батарейку. При срабатывании реле потенциал должен появиться на другом контакте или исчезнуть. Это зависит от типа проверяемой контактной группы. Контролировать наличие питания также можно при помощи мультиметра, но его надо будет перевести в соответствующий режим (контроль напряжения проще).

Если мультиметра нет

Не всегда под рукой есть мультиметр, но батарейки есть почти всегда. Давайте рассмотрим пример. Есть какое-то реле в герметичном корпусе. Если знаете или нашли его тип, можно посмотреть характеристики по названию. Если данные не нашли или нет названия реле, смотрим на корпус. Обычно тут указывается вся важная информация. Напряжение питания и коммутируемые токи/напряжения есть обязательно.

Проверка обмотки электромагнитного реле

В данном случае имеем реле, которое работает от 12 V постоянного тока. Хорошо если есть такой источник питания, тогда используем его. Если нет, собираем несколько батареек (последовательно, то есть одну за одной), чтобы суммарно получить требуемое напряжение.

При последовательном соединении батареек их напряжение суммируем

Получив источник питания нужного номинала, подключаем его к выводам катушки. Как определить где выводы катушки? Обычно они подписаны. Во всяком случае, есть обозначения  «+» и «-» для подключения источников постоянного питания и знаки для переменного  типа таких «≈».  На соответствующие контакты подаем питание. Что происходит? Если катушка реле рабочая, слышен щелчок — это притянулся якорь. При снятии напряжения он слышен снова.

Проверяем контакты

Но щелчки — это одно. Это значит, что катушка работает, но надо еще контакты проверить. Возможно они окислились, цепь замыкается, но сильно падает напряжение. Может они стерлись и контакт плохой, может, наоборот, закипели и не размыкаются. В общем, для полноценной проверки электромагнитного реле необходимо еще проверить работоспособность контактных групп.

Проще всего объяснить на примере реле с одной группой. Они обычно стоят в автомобилях. Автолюбители называют их по числу выводов: 4 контактные или 5 контактные. В обоих случаях там всего одна группа. Просто четырех контактное реле содержит нормально замкнутый или нормально разомкнутый контакт, а пятиконтактное — переключающую группу (перекидные контакты).

Электромагнитное реле 4 и 5 контактное: расположение контактов, схема подключения

Как видите, питание подается в любом случае на выводы, которые подписаны 85 и 86. А к остальным подключается нагрузка. Для проверки 4-контактного реле можно собрать простейшую связку из маленькой лампочки и батарейки нужного номинала. Концы этой связки прикрутить к выводам контактов. В 4-контактном реле это выводы 30 и 87. Что получится? Если контакт на замыкание (нормально разомкнутый), при сработке реле лампочка должна загореться. Если группа на размыкание (нормально замкнутый) должна потухнуть.

В случае с 5-контактным реле схема будет чуть сложнее. Тут потребуется две связки из лампочки и батарейки. Используйте лампы разного формата, цвета или каким-то образом их разделите. При отсутствии питания на катушке у вас должна гореть одна лампочка. При срабатывании реле она гаснет, загорается другая.

Основные виды реле и их назначение

Производители настраивают современные коммутационные устройства таким образом, чтобы срабатывание происходило только при определенных условиях, например, при увеличении силы тока, поступающего на входные клеммы КУ. Ниже мы вкратце рассмотрим основные виды соленоидов и их назначение.

Электромагнитные реле

Электромагнитное реле – это электромеханическое коммутационное устройство, принцип действия которого основан на воздействии магнитного поля, созданного током в статичной обмотке, на якорь. Этот вид КУ разделяется собственно на электромагнитные (нейтральные) устройства, которые реагируют лишь на значение тока, подаваемого на обмотку, и поляризованные, работа которых зависит как от токовой величины, так и от полярности.

Принцип работы электромагнитного соленоида

Используемые в промышленном оборудовании электромагнитные реле находятся на промежуточной позиции между сильноточными устройствами (магнитными пускателями, контакторами и т.д.) и слаботочным оборудованием. Наиболее часто данный вид реле применяется в цепях управления.

Реле переменного тока

Срабатывание этого вида реле, как видно из названия, происходит при подаче на обмотку переменного тока определенной частоты. Данное коммутирующее устройство для переменного тока с контролем перехода фазы через ноль или без такового, представляет собой блок из тиристоров, выпрямительных диодов и управляющих схем. Реле переменного тока могут быть выполнены в виде модулей на основе трансформаторной или оптической развязки. Данные КУ применяются в сетях переменного тока с максимальным напряжением 1,6 кВ и средним током нагрузки до 320 A.

Промежуточное реле 220 В

Иногда работа электросети и приборов не возможна без использования промежуточного реле на 220 В. Обычно КУ данного типа применяется, если необходимо разомкнуть или разомкнуть разнонаправленные контакты цепи. К примеру, если используется осветительный прибор с датчиком движения, то один проводник присоединяется к сенсору, а другой подводит электроэнергию к светильнику.

Реле переменного тока широко применяются в промышленном оборудовании и бытовой технике

Работает это таким образом:

1. подача тока на первое коммутационное устройство;
2. от контактов первого КУ ток поступает на следующее реле, которое имеет более высокие характеристики, чем у предыдущего и способно выдерживать токи с высокими значениями.

С каждым годом реле становятся эффективней и компактней

Функции малогабаритного реле переменного тока с напряжением 220 В весьма разнообразны и широко используются в качестве вспомогательного устройства в самых различных областях. Данный вид КУ применяется в тех случаях, когда основное реле не справляется со своей задачей или же при большом количестве управляемых сетей которые уже не в состоянии обслужить головное устройство.

Промежуточное коммутационное устройство применяется в промышленном и медицинском оборудовании, транспорте, холодильном оборудовании, телевизорах и прочей бытовой технике.

Реле постоянного тока

Реле постоянного тока делятся на нейтральные и поляризованные. Отличие между ними состоит в том, что поляризованные КУ постоянного тока чувствительны к полярности подаваемого напряжения. Якорь коммутационного устройства меняет направление движения в зависимости от полюсов питания. Нейтральные электромагнитные реле постоянного тока не зависят от полярности напряжения.

Электромагнитные КУ постоянного тока в основном используют, когда нет возможности подключения к электрической сети переменного тока.

Четырехконтактное автомобильное реле

К недостаткам соленоидов постоянного тока относят необходимость использования блока питания и более высокую стоимость в сравнении с КУ переменного тока.

Данное видео демонстрирует схему подключения и объясняет принцип работы 4 контактного реле:

Watch this video on YouTube

Электронное реле

Электронное реле управления в схеме прибора

Разобравшись с тем, что такое токовое реле, рассмотрим электронный тип этого устройства. Конструкция и принцип действия электронных реле практически те же, что и в электромеханических КУ. Однако, для выполнения необходимых функций в электронном устройстве используется полупроводниковый диод. В современных транспортных средствах большинство функций реле и переключателей выполняют электронные релейные блоки управления и на данный момент невозможно полностью от них отказаться. Так, например, блок электронных реле позволяет контролировать расход энергии, величину напряжения на клеммах аккумуляторных батарей, управлять системой освещения и т.д.

Основные характеристики автоматических выключателей

К основным характеристикам, на которые необходимо обращать внимание при выборе, можно отнести:

• Количество полюсов
• Рабочее напряжение
• Класс токоограничения
• Номинальный ток
• Отключающая способность (ток короткого замыкания)
• Время-токовая характеристика

Количество полюсов

Я думаю, с этим параметром все понятно. В случае однофазной цепи устанавливаются автомат однополюсной или двухполюсной. Для трехфазных цепей  применяют трех и четырехполюсные автоматы.

Единственное, что здесь можно отметить, что конструктивно двух и четырехполюсные автоматы могут быть выполнены  с защитой  всех полюсов, либо только фазных.

Рабочее напряжение

Следующий параметр — рабочее напряжение автомата. Этот параметр должен быть равным или больше номинального напряжения сети.

Класс токоограничения

Данный параметр указывает на время гашения дуги, или если говорить более развернуто,  время от момента начала размыкания силовых контактов автоматического выключателя до момента полного гашения электрической дуги в дугогасительной камере.

Современные выключатели  имеют третий класс, то есть дуга в них гасится за 3-5 миллисекунд.

Номинальный ток (In)

Этот параметр показывает значение допустимого тока автомата, при превышении которого он отключится и разомкнет цепь. Номинальный ток автомата выбирается в зависимости от сечения кабеля и мощности потребителей.

Например, нам надо подобрать автоматический выключатель для комнаты. Для начала определим общую суммарную мощность. Для этого необходимо суммировать мощность всех электроприборов, которые находятся в комнате. Предположим, общая мощность составляет 4000 Вт. Далее рассчитаем силу тока по формуле:

I = P/U

где Р — суммарная мощность всех электроприборов, Вт; U — напряжение сети.

В нашем случае, разделив 4000 на 220 получим 18,18 А. Зная величину тока, подбираем сечение провода. Для 18,18 А, выбираем сечение провода 2,5 кв.мм. Для данного сечения подбираем ближайшее значение номинального тока автомата и округляем в меньшую сторону. Значение номинального тока автомата будет составлять 16 А.

Отключающая способность

Данная характеристика показывает величину максимального тока, которую может выдержать автомат без последствий,  то есть подвижные контакты автомата не приварятся к неподвижным в следствии возникновения и гашения дуги при размыкании.

Чем выше будет отключающая способность автомата, тем больше вероятность, что он прослужит дольше, но при этом и цена будет выше, причем иногда значительно.

Необходимость использования автоматического выключателя, с тем или иным максимальным током  срабатывания,  зависит от места подключения их в цепи по отношению к источнику электроэнергии, протяженности трассы, качества поставляемой электроэнергии. Вообще, при выборе данной характеристики автомата, руководствуются расчетными токами короткого замыкания.

У нас, в жилых помещениях используются автоматы с током срабатывания 4,5 или 6 кА, хотя, насколько мне известно, в Европе запрещено использование автоматических выключателей с отключающей способностью менее 6 кА.

Время-токовые характеристики отключения

Этот параметр показывает, за какой промежуток времени автомат отключится при прохождении через него тока, превышающего номинальный ток.

Существует несколько типов время-токовых характеристик, в зависимости от назначения.

На практике распространение получили только три типа – B, C, D.

• Тип B (кратковременное увеличение тока в 3-5 раз от номинального) применяются для защиты потребителей с преимущественно активной нагрузкой (цепи освещения, обогреватели, печи). Применяются в основном в квартирах и жилых помещениях.
• Тип C (кратковременное увеличение тока в 5-10 раз от номинального) наиболее широко применяемые. Предназначены для защиты цепей установок с небольшими пусковыми токами — розетки, холодильники, кондиционеры, газоразрядные лампы.
• Тип D (кратковременное увеличение тока в 10-50 раз от номинального) применяются в основном для защиты электродвигателей с частым запуском и большим пусковым током. Используются чаще всего на промышленных производствах.

Остальные типы характеристик можно не рассматривать, так как применяются они очень редко и в продаже их найти проблематично.

В завершении статьи хотел бы сказать, что автоматический выключатель устройство хоть и простое, но очень важное,  поэтому выбор автоматического выключателя — дело ответственное, так как в случае возникновения аварийной ситуации правильно выбранный автоматический выключатель защищает не только имущество, электрооборудование, но и вас

Обозначение автомобильного реле на схеме, как подключить

После того как прояснилось все с принципом работы, можно перейти к формальностям. К тому, как же обозначается реле на схеме или как его зарисовывать при создании таких схем. Реле на схеме обозначается как катушка, это прямоугольник с двумя выводами и отдельно группа контактов. То есть сколько контактов, столько и рисуем их на схеме. Здесь схема описывает не только количество контактов, но и их положение. У реле оно бывает нормально замкнутое (НЗ) или нормально разомкнутое (НР). Если при отсутствии напряжения на катушке реле контакты разомкнуты, то реле нормально разомкнутое…

Часто схема подключения есть прям на корпусе самого реле. При этом имеются и общепринятые стандарты. 85, 86 — выводы это питание катушки, при этом 85 подключается на «+».

В большинстве случаев изменение подключения между 85 и 86 контактами не принципиально, но если реле с защитой от индукционного тока, стоит диод, то 85 только на плюс, иначе будет КЗ!!!

 30 – это контакт для силового входящего сигнала и 87, 87а — выходящие коммутируемые силовые контакты.

* — типовая схема подключения реле.