Современные требования к освещению жилых, офисных и производственных пространств предполагают использование сложных электрических систем. При проектировании таких систем применяется разнообразное оборудование, которое находится в состоянии постоянного совершенствования.
Импульсные реле, позволяющие управлять светом из нескольких точек, были внедрены сравнительно недавно и постепенно заменяют традиционные схемы с проходными выключателями.
Краткое содержание статьи
Где может применяться импульсное реле?
Популярность этого устройства в быту объясняется его удобством, так как дает возможность управлять освещением минимум из двух разных мест.
Например, в квартире можно включить свет у двери в спальню, а выключить его рядом с кроватью. В офисах это актуально для длинных коридоров, лестниц и просторных конференц-залов.
Установка двух выключателей для освещения лестницы стала необходимостью: удобно включить свет на первом этаже и выключить его с помощью второго выключателя на верхнем этаже.
Для реализации трехпозиционного управления используются проходные и перекрестные выключатели, которые хотя и широко применяются, обладают рядом недостатков.
Прежде всего, данная схема отличается сложностью монтажа, так как электрические провода проходят через главный автомат, распределительную коробку до выключателей и лампочек. Во время установки могут возникать ошибки, а при необходимости организации управления из более чем трех мест схема становится еще более запутанной.
На схеме это выглядит следующим образом: от первого выключателя выходят пять проводов, от второго — шесть, а от каждой из подсветок по три кабеля.
Во-вторых, провода имеют одинаковое сечение, поскольку работают от одного напряжения, что влияет на общие расходы. Сюда также включена стоимость проходных выключателей, которая значительно выше цены обычных моделей.
Тем не менее, применение импульсных реле обусловлено не только комфортом. Они также используются для сигнализации и обеспечения безопасности.
К примеру, на промышленных предприятиях эти устройства позволяют запускать процессы, требующие высоких электрических мощностей, обеспечивая безопасность операторов, так как функционируют на малом напряжении или могут управляться удаленно.
Устройство и принцип действия
Реле в общем смысле представляет собой электротехнический механизм, который замыкает или размыкает электрическую цепь в зависимости от определенных параметров, воздействующих на него.
Конструкция его безкоммутационного типа была разработана в 1831 году Дж. Генри, а два года спустя она стала применяться для работы телеграфа С. Морзе.
Различают две основные категории: электромеханические и электронные реле. В первых выполняет работу механизм, во вторых — печатная плата с микроконтроллером. Понятнее всего это можно рассмотреть на примере импульсного электромеханического реле.
При выборе режима работы реле следует учитывать частоту срабатывания, тип и величину тока, а также характер нагрузок.
Конструкция реле включает следующие элементы:
- Катушка — медный провод, намотанный на основу из немагнитного материала, которая может быть изолирована тканью либо покрыта электрозащитным лаком.
- Сердечник, содержащий железные компоненты, которые срабатывают при прохождении токов через катушку.
- Подвижный якорь — металлическая пластина, соединенная с якорем и воздействующая на замыкающие контакты.
- Контактная система — непосредственно переключающее устройство, которое изменяет состояние электрической цепи.
Работа реле основана на явлении электромагнитной силы, которая появляется в ферромагнитном сердечнике катушки, когда через нее проходит ток. В этом случае катушка функционирует как втягивающий механизм.
Сердечник соединен с подвижным якорем, который активирует силовые контакты, обеспечивая их переключение. Контакты могут быть нормально открытыми или нормально закрытыми. В некоторых устройствах контактная группа может содержать как разомкнутые, так и замкнутые соединения.
При срабатывании цепи механизм фиксирует это состояние, которое изменится при очередной подаче импульса и снова останется неизменным до следующего переключения.
К катушке можно дополнительно подключить резистор для повышения точности, а также полупроводниковый диод, который защищает от перенапряжения. Кроме того, в конструкции может быть конденсатор, установленный параллельно контактам для снижения искрения.
Более детальное представление о работе устройства можно получить, разбив его на несколько блоков:
- исполняющий — контактная группа, которая замыкает или размыкает электрическую цепь;
- промежуточный — катушка, сердечник и подвижный якорь, взаимодействующие с исполняющим блоком;
- управляющий — преобразует электрический сигнал в магнитное поле.
Так как переключение контактов требует однократного электрического импульса, можно сделать вывод, что данные устройства потребляют напряжение только во время переключения, что значительно экономит электроэнергию, в отличие от традиционных проходных выключателей.
Второй тип импульсного реле — электронный. В нем функции выполняет микроконтроллер, а промежуточным блоком может служить либо катушка, либо полупроводниковый ключ. Использование программируемых логических контроллеров в таких схемах позволяет, например, дополнить реле таймером.
В электронных реле отсутствуют механические движения; управление осуществляет датчик, который распознает управляющий сигнал, и твердотельная электроника, которая замыкает и размыкает цепь.
Виды, маркировка и преимущества
Основными категориями импульсных реле являются электромеханические и электронные. Первые, в свою очередь, классифицируются по принципу функционирования.
Типы импульсных устройств
Это означает, что переключение силовых контактов может происходить за счет сил, отличных от магнитного воздействия.
Эти устройства делятся на:
- электромагнитные;
- индукционные;
- магнитоэлектрические;
- электродинамические.
Электромагнитные устройства наиболее часто используются в автоматизированных системах благодаря своей высокой надежности, достигаемой благодаря простоте работы, основанной на действиях электромагнитных сил в ферромагнитном сердечнике, когда катушка под напряжением.
Воздействие на контакты электромагнитных реле обеспечивает рамка, которая в одном положении притягивается сердечником, а в другом — возвращается с помощью пружины.
Якорь, представляющий собой магнитосодержащую пластину, притягивается электромагнитом, который является намотанным на катушку медным проводом.
Индукционные реле работают по принципу взаимодействия переменных токов с индуцированными магнитными потоками, что создает вращательный момент и приводит в движение медный диск между двумя электромагнитами. Вращение этого диска замыкает и размыкает контакты.
Работа магнитоэлектрических реле осуществляется за счет взаимодействия тока в поворотном элементе с магнитным полем, создаваемым постоянным магнитом, что управляет замыканием или разрывом контактов при его вращении.
Тем не менее, они обладают высокой чувствительностью и не получили широкого распространения из-за времени срабатывания 0,1-0,2 с, которое считается слишком длительным.
Электродинамические реле функционируют за счет магнитных сил, возникающих между подвижными и неподвижными катушками. Способ замыкания контактов аналогичен тому, который используется в магнитоэлектрических реле, различие лишь в том, что индукция в рабочем зазоре создается электромагнитным способом.
Электронные модели конструктивно похожи на электромеханические. Они имеют те же блоки: исполняющий, промежуточный и управляющий. Главное отличие заключается в управляющем блоке, где коммутация осуществляется полупроводниковым диодом в составе микроконтроллера.
Полупроводниковыми элементами в таких устройствах выступают транзисторы и тиристоры, которые хотя и могут выдерживать неблагоприятные условия, такие как запыленность и вибрации, но более подвержены коротким перегрузкам по току и напряжению.
Эта категория реле может быть дополнена другими модулями, такими как таймер, который позволяет осуществлять управление освещением по установленному графику. Это удобно для энергосбережения в периоды, когда оборудование не требуется, а также предоставляет возможность быстро выключить свет двойным нажатием кнопки.
Преимущества и недостатки основных типов реле
В отличие от полупроводниковых ключей, электромеханические реле имеют несколько преимуществ:
- Сравнительно низкая цена благодаря недорогим компонентам.
- Небольшое количество тепла, выделяемого на включенных контактах, из-за низкого падения напряжения.
- Сильная изоляция в 5 кВ между катушкой и контактной группой.
- Устойчивость к вредным воздействиям, таким как импульсы перенапряжения, молнии и помехи, возникающие в результате работы мощных электросетей.
- Способность управлять линиями с нагрузкой до 0,4 кВ при небольшом размере устройства.
При замыкании цепи с током в 10 А в реле небольшого размера потребляется менее 0,5 Вт, тогда как у электронных аналогов этот показатель может превышать 15 Вт. Это позволяет избежать проблем с охлаждением и вредом для окружающей среды.
Однако среди недостатков этих устройств можно выделить:
- Износ и сложности при работе с индуктивными нагрузками и высокими напряжениями в постоянном токе.
- При включении и отключении электрической цепи возникают радиопомехи. Чтобы минимизировать их влияние, необходимо установить экранирование или увеличить расстояние до чувствительного к помехам оборудования.
- Достаточно длительное время срабатывания.
Кроме того, этот метод имеет недостаток — постоянный механический и электрический износ во время переключений. К числу таких факторов относятся окисление контактов, их повреждение из-за искровых разрядов и деформация пружинных блоков.
Во время установки следует учитывать, что электромеханические контакторы могут работать неправильно, если располагаются горизонтально.
В отличие от электромеханических моделей, электронные реле управляются промежуточным устройством посредством микроконтроллера.
Сравнив устройства производителей F&F и ABB, можно проанализировать преимущества и недостатки электроники и механики.
Отличительные черты электронных переключателей включают:
- высокую степень безопасности;
- большую скорость переключения;
- широкую доступность на рынке;
- индикаторы, информирующие о текущем состоянии работы;
- расширенные функциональные возможности;
- бесшумную работу.
Помимо этого, значительным достоинством является возможность многократного монтажа — их можно устанавливать как на DIN-рейку, так и в подрозетник.
Однако у электронных изделий F&F есть недостатки по сравнению с механикой ABB:
- неустойчивость к сбоям в подаче электроэнергии;
- перегрев при переключении высоких токов;
- возможные неполадки без очевидных причин;
- отключение в случае кратковременного отключения питания;
- высокое сопротивление в замкнутом состоянии;
- некоторые модели работают только с постоянным током;
- полупроводниковые схемы не мгновенно пропускают ток в обратном направлении.
Несмотря на перечисленные недостатки, электронные коммутаторы продолжают развиваться, а их функциональные возможности, превосходящие электромеханические, предполагают их более широкое применение в будущем.
Чтобы избежать путаницы при выборе, производитель предоставляет детальные характеристики продуктов в каталогах и технических паспортах.
Ключевые параметры
В зависимости от их назначения и области применения реле можно классифицировать по нескольким критериям:
- возвратный коэффициент – отношение тока, выходящего из якоря, к току втягивания;
- максимальный ток выхода – предельное значение в зажимах катушки во время выхода якоря;
- минимальный ток втягивания – самый низкий его уровень в зажимах при возвращении якоря;
- уставка – установленный предел величины срабатывания;
- значение срабатывания – величина сигнала, на который устройство автоматически реагирует;
- номинальные характеристики – напряжение, ток и другие важные параметры, определяющие работу реле.
Также электромагнитные устройства можно оценивать по времени срабатывания: реле времени имеют самую длительную задержку — более 1 секунды, которую можно настроить. Дальше идут замедленные — 0,15 секунды, нормальные — 0,05, быстродействующие — 0,05, а самые быстрые — менее 0,001 секунды.
Декодирование маркировки
Марка контактора обычно встречается в каталогах и на самом устройстве. Она предоставляет полное описание его конструкции, назначение и условия применения.
Например, маркировка электромагнитного промежуточного реле РЭП-26, использующегося в цепях переменного тока до 380 В и постоянного — до 220 В.
Чтобы правильно расшифровать маркировку, следует разделить надпись на секции и воспользоваться таблицами, доступными в специальных справочниках.
Возможное обозначение в магазине может выглядеть так: РЭП 26-004А526042-40УХЛ4.
РЭП 26 – ХХХ Х Х ХХ ХХ Х – 40ХХХ4. Это маркование можно расшифровать следующим образом:
- 26 – номер серии;
- ХХХ – тип и количество контактов;
- Х – класс стойкости при коммутации;
- Х – тип активирующей катушки и категории реле;
- ХХ – конструктивные особенности установки и соединения проводников;
- ХХ – показатели тока или напряжения катушки;
- Х – дополнительные конструктивные элементы;
- 40 – уровень защиты по стандартам IP или ГОСТ14254;
- ХХХ4 – климатическая зона применения согласно ГОСТу 15150.
Климатические условия могут быть: УХЛ — для холодного и умеренного климата или О — для тропиков или универсального использования.
По специальным таблицам данная маркировка обозначает электромагнитное промежуточное реле с четырьмя переключающими контактами, классом стойкости А, работающим на постоянном токе. Оно имеет розеточное крепление с ламелями для пайки внешних проводников, катушку на 24 В и ручной манипулятор.
Несколько видов схем подключения
Существует несколько способов монтажа, каждый из которых имеет свои особенности, преимущества и недостатки.
Расшифровка контактов реле РИО-1 выглядит следующим образом:
- N – нулевой провод;
- Y1 – вход для включения;
- Y2 – вход для выключения;
- Y – универсальный вход для включения и выключения;
- 11-14 – коммутирующие контакты нормального открытого типа.
Эти обозначения присутствуют в большинстве моделей реле, но перед подключением к цепи стоит ознакомиться с ними в паспорте изделия.
Представленная схема электрификации применима для управления освещением с трех мест с использованием реле и трех кнопочных выключателей без фиксации положения.
В данной схеме силовые контакты реле работают на токе 16 А. Защита цепей контроля и освещения организована с помощью автоматического выключателя на 10 А. Поэтому провода должны иметь сечение не менее 1,5 мм².
Кнопочные выключатели подключены параллельно. Красный провод — фаза, проходит через все три кнопки к силовому контакту 11. Оранжевый провод — фаза коммутации — поступает на вход Y и, выходя из клеммы 14, направляется к лампочкам. Нулевой провод от шины соединяется с клеммой N и с осветительными приборами.
Если освещение было включено изначально, то при нажатии любой кнопки свет погаснет — произойдет временная коммутация фазного провода на клемму Y и контакты 11-14 разомкнутся. То же самое случится при нажатии на любую другую кнопку. Но контакты 11-14 изменят свое положение, и свет снова включится.
Преимущество данной схемы перед проходными и перекрестными выключателями очевидно. Однако при коротком замыкании выявить неисправность будет сложнее, чем в следующем варианте.
Эта схема предполагает экономию на проводах, так как сечение кабелей управления можно уменьшить до 0,5 мм². Однако потребуется приобрести второй автомат защиты.
Данная схема менее распространена, но похожа на предыдущую, с тем отличием, что у каждой цепи освещения и управления есть свои автоматы защиты на 6 и 10 А соответственно. Это упрощает поиск неисправностей.
Если необходимо управлять несколькими группами освещения с помощью отдельных реле, схема немного модифицируется.
Такой способ подключения удобно использовать для включения и выключения всего освещения сразу. Например, чтобы выключить многоуровневую люстру или освещение всех рабочих мест в производственном помещении.
Еще одним вариантом применения импульсных реле является система с централизованным управлением.
Схема удобна тем, что можно выключить все освещение одним нажатием кнопки при выходе из дома, а при возвращении так же его включить.
В этой схеме добавляют два выключателя для замыкания и размыкания цепи. Первая кнопка служит только для включения группы освещения. Она подает фазу на клеммы Y1 каждого реле, и контакты 11-14 замыкаются.
Выключатель размыкания функционирует аналогично первому, но коммутация происходит на клеммы Y2 каждого контактора, при этом их контакты переходят в положение размыкания цепи.
Выводы и полезное видео по теме
Видеоматериал подробно рассказывает о конструкции, принципе работы и области применения этих устройств:
В следующем сюжете идет речь о работе твердотельных или электронных реле:
Применение импульсных реле продолжает развиваться в современных системах электрификации. Возрастание требований к функциональности и гибкости управления освещением, а также безопасности и экономии материалов, создает постоянный стимул к улучшению контакторов.
Их размеры уменьшаются, конструкция упрощается, и надежность повышается. Новейшие технологии, используемые в производстве, позволяют справляться с трудными условиями, такими как высокая запыленность, вибрация, магнитные поля и влажность.
Пожалуйста, оставляйте комментарии в блоке ниже. Задавайте вопросы, делитесь полезной информацией на тему статьи, которая может помочь другим посетителям сайта. Расскажите о вашем опыте выбора и установки импульсного выключателя.
