Реле используются там, где необходимо управлять цепью с помощью маломощного сигнала, или когда несколько цепей должны управляться одним сигналом. Реле обеспечивают полную гальваническую развязку между управляющими и управляемыми цепями.

Реле часто используются в цепях для уменьшения тока, протекающего через первичный переключатель управления. Относительно маломощный переключатель, таймер или датчик можно использовать для включения и выключения нагрузки гораздо большей мощности. Мы увидим примеры этого чуть позже в статье.

Основные части реле

В реле есть две основные цепи. Первичная сторона и вторичная сторона.

Первичная цепь обеспечивает управляющий сигнал для работы реле. Это может контролироваться ручным переключателем, термостатом или каким-либо датчиком. Первичная цепь обычно подключается к низковольтному источнику постоянного тока.

Вторичная цепь — это цепь, содержащая нагрузку, которую необходимо переключать и контролировать. Когда мы говорим о нагрузке, мы имеем в виду любое устройство, которое будет потреблять электроэнергию, такое как вентилятор, насос, компрессор или даже лампочка.

На первичной стороне мы находим электромагнитную катушку. Это катушка провода, которая генерирует магнитное поле, когда через нее проходит ток.

Когда электричество проходит по проводу, оно создает электромагнитное поле. Мы можем видеть, что, поместив циркуль вокруг провода, когда мы пропускаем ток через провод, компас меняет направление, чтобы выровняться с электромагнитным полем. Когда мы сворачиваем провод в катушку, магнитное поле каждого провода объединяется вместе, образуя большее и сильное магнитное поле. Мы можем управлять этим магнитным полем, просто контролируя ток.

Кстати, мы рассмотрели, как работают соленоиды и даже как сделать свой собственный соленоид в нашей предыдущей статье. Проверьте это ЗДЕСЬ .

На конце электромагнита находим якорь. Это небольшой компонент, который вращается. Когда электромагнит возбуждается, он притягивает якорь. При обесточивании электромагнита якорь возвращается в исходное положение. Обычно для этого используется небольшая пружина.

Подвижный контактор соединен с якорем. Когда якорь притягивается к электромагниту, он замыкается и замыкает цепь на вторичной стороне.

Как работает электромеханическое реле

У нас есть два основных типа реле: нормально разомкнутое и нормально замкнутое. Существуют и другие типы реле, и мы рассмотрим их позже в этой статье.

При нормально разомкнутом типе ток во вторичной цепи не течет, поэтому нагрузка отключена. Однако, когда ток проходит через первичную цепь, в электромагните индуцируется магнитное поле. Это магнитное поле притягивает якорь и притягивает подвижный контактор до тех пор, пока он не коснется клемм вторичной цепи. Это замыкает цепь и обеспечивает питание нагрузки.

С нормально закрытым типом. Вторичная цепь обычно замкнута, поэтому нагрузка включена. Когда ток проходит через первичную цепь, электромагнитное поле заставляет якорь отталкиваться, что отключает контактор и разрывает цепь, это прерывает подачу электроэнергии на нагрузку.

Работа твердотельных реле или твердотельных реле в принципе аналогична, но в отличие от электромеханических реле они не имеют движущихся частей. Твердотельное реле использует электрические и оптические свойства твердотельных полупроводников для выполнения его входной и выходной изоляции, а также функции переключения.

В этом типе устройства мы видим светодиод на первичной стороне вместо электромагнита. Светодиод обеспечивает оптическую связь, направляя луч света через зазор в приемник соседнего фоточувствительного транзистора. Мы управляем работой этого типа, просто включая и выключая светодиод.

Фототранзистор действует как изолятор и не пропускает ток, если на него не падает свет. Внутри фототранзистора у нас есть разные слои полупроводниковых материалов. Есть N-тип и P-тип, которые склеены между собой. N-тип и P-тип сделаны из кремния, но каждый из них был смешан с другими материалами для изменения их электрических свойств. N-тип был смешан с материалом, который дает ему много дополнительных и ненужных электронов, которые могут свободно перемещаться к другим атомам. P-тип был смешан с материалом, в котором меньше электронов, поэтому на этой стороне много пустого пространства, куда могут двигаться электроны.

Когда материалы соединяются вместе, возникает электрический барьер, препятствующий движению электронов.

Однако, когда светодиод включается, он испускает другую частицу, известную как фотон. Фотон попадает в материал P-типа и выбивает электроны, толкая их через барьер в материал N-типа. Электроны на первом барьере теперь также смогут совершить прыжок, и таким образом возникнет ток. Как только светодиод выключается, фотоны перестают выбивать электроны через барьер, и ток во вторичной обмотке прекращается.

Итак, мы можем управлять вторичной цепью, просто используя луч света.

Типы реле

Существует много типов реле, мы рассмотрим несколько основных, а также несколько простых примеров их использования.

Нормально разомкнутые реле

Как мы видели ранее в этой статье, у нас есть простое нормально разомкнутое реле. Это означает, что нагрузка на вторичной стороне отключена до тех пор, пока цепь не замкнется на первичной. Мы можем использовать это, например, для управления вентилятором, используя биметаллическую пластину в качестве переключателя на первичной стороне. Биметаллическая полоса будет изгибаться при повышении температуры, при определенной температуре она замыкает цепь и включает вентилятор, чтобы обеспечить некоторое охлаждение.

Нормально замкнутое реле

У нас также есть нормально замкнутое реле. Это означает, что нагрузка на вторичной стороне обычно включена. Например, мы могли бы управлять простой насосной системой для поддержания определенного уровня воды в резервуаре для хранения. При низком уровне воды включается насос. Но как только он достигает требуемого нам предела, он замыкает первичную цепь и отключает контактор, что отключает питание насоса.

Блокирующее реле

В стандартном нормально разомкнутом реле, когда первичная цепь обесточена, электромагнитное поле исчезает и пружина возвращает контактор в исходное положение. Иногда мы хотим, чтобы вторичная цепь оставалась под напряжением после размыкания первичной цепи. Для этого мы можем использовать фиксирующее реле.

Например, когда мы нажимаем кнопку вызова в лифте, мы хотим, чтобы свет на кнопке оставался включенным, чтобы пользователь знал, что лифт приближается. Итак, мы можем использовать Latching Relays для этого. Существует множество различных конструкций реле этого типа, но в этом упрощенном примере у нас есть 3 отдельных контура и поршень, который находится между ними. Первая схема — это кнопка вызова. Второй — лампа, а третий — схема сброса.

При нажатии кнопки вызова замыкается цепь и подается питание на электромагнит, который тянет поршень и замыкает цепь для включения лампы. На контроллер лифта также посылается сигнал, чтобы отправить лифт вниз. Кнопка отпускается, это отключает питание начальной цепи, но, поскольку поршень не подпружинен, он остается на месте, а лампа остается включенной.

Когда кабина лифта достигает нижнего этажа, она касается выключателя. Это приводит в действие второй электромагнит и оттягивает поршень, отключая питание лампы.

Блокировочные реле обладают преимуществом «памяти» положения. После активации они останутся в своем последнем положении без необходимости какого-либо дополнительного ввода или тока.

Двойной или однополюсный

Реле могут быть однополюсными или двухполюсными. Термин «полюс» относится к числу контактов, переключаемых при включении реле. Это позволяет питать более одной вторичной цепи от одной первичной цепи.

Мы могли бы, например, использовать двухполюсное реле для управления охлаждающим вентилятором, а также сигнальной лампой. И вентилятор, и лампа обычно выключены, но когда биметаллическая пластина на первичной цепи становится слишком горячей, она изгибается, замыкая цепь. Это создает электромагнитное поле и замыкает оба контактора на вторичной стороне, обеспечивая питание вентилятора охлаждения и сигнальной лампы.

Реле двойного или одинарного действия

При работе с реле вы часто будете слышать термин «броски». Имеется в виду количество контактов или точек подключения. Двухпозиционное реле сочетает в себе нормально разомкнутую и нормально замкнутую цепи. Реле двойного действия также называют реле переключения, так как оно переключается или переключается между двумя вторичными цепями.

В этом примере, когда первичная цепь разомкнута, пружина на вторичной стороне подтягивает контактор к клемме B, питая лампу. Вентилятор остается выключенным, потому что цепь не замкнута.

Когда первичная сторона находится под напряжением, электромагнит притягивает контактор к клемме A и отводит электричество, на этот раз включая вентилятор и выключая лампу. Таким образом, мы можем использовать этот тип реле для управления различными цепями в зависимости от события.

Двухполюсное двухпозиционное реле

Двухполюсное двухпозиционное реле или DPDT используется для управления двумя состояниями двух отдельных цепей.

Здесь мы видим реле DPDT. когда первичная цепь не завершена, клеммы T1 и T2 подключаются к клеммам B и D соответственно.