Реле – это переключатель с электрическим управлением . Он состоит из набора входных клемм для одного или нескольких сигналов управления и набора рабочих контактных клемм. Переключатель может иметь любое количество контактов различной формы , например, замыкающие контакты, размыкающие контакты или их комбинации.
Реле применяются там, где необходимо управлять цепью независимым маломощным сигналом или когда необходимо управлять несколькими цепями одним сигналом. Реле впервые использовались в междугородных телеграфных цепях в качестве ретрансляторов сигнала: они обновляют сигнал, поступающий из одной цепи, передавая его по другой цепи. Реле широко использовались в телефонных станциях и первых компьютерах для выполнения логических операций.
Традиционная электромеханическая форма реле использует электромагнит для замыкания или размыкания контактов, но также были изобретены реле, использующие другие принципы работы, например, твердотельные реле , которые используют свойства полупроводника для управления, не полагаясь на движущиеся части . Реле с калиброванными рабочими характеристиками, а иногда и с несколькими рабочими катушками используются для защиты электрических цепей от перегрузки или неисправностей; в современных электроэнергетических системах эти функции выполняют цифровые приборы, которые до сих пор называют реле защиты или реле безопасности .
Реле с фиксацией требуют только одного импульса управляющей мощности для постоянного срабатывания переключателя. Другой импульс, подаваемый на второй набор клемм управления, или импульс противоположной полярности сбрасывает переключатель, в то время как повторные импульсы того же типа не оказывают никакого эффекта. Реле с магнитной фиксацией полезны в тех случаях, когда прерывание питания не должно влиять на цепи, которыми управляет реле.
Электрические реле получили свое применение в телеграфах . Часто упоминается, что американский учёный Джозеф Генри изобрел реле в 1835 году, чтобы улучшить свою версию электрического телеграфа , разработанного ранее в 1831 году. [1] [2] [3] [4]
Однако официальный патент на его телеграф, который теперь называется реле, был выдан Сэмюэлю Морзе только в 1840 году. Описанный механизм действовал как цифровой усилитель, повторяя телеграфный сигнал и, таким образом, позволяя распространять сигналы настолько далеко, насколько это необходимо. [5]
Слово «реле» появляется в контексте электромагнитных операций с 1860 года. [6]
Простое электромагнитное реле состоит из катушки с проволокой, обернутой вокруг сердечника из мягкого железа (соленоида), железного ярма, обеспечивающего путь магнитного потока с низким сопротивлением , подвижного железного якоря и одного или нескольких наборов контактов (есть два набора контактов). контакты в реле на фото). Якорь шарнирно прикреплен к ярму и механически связан с одним или несколькими наборами подвижных контактов. Якорь удерживается пружиной, так что при обесточивании реле в магнитопроводе образуется воздушный зазор. В этом состоянии один из двух наборов контактов показанного на рисунке реле замкнут, а другой разомкнут. Другие реле могут иметь больше или меньше наборов контактов в зависимости от их функции. Реле на картинке также имеет провод, соединяющий якорь с ярмом. Это обеспечивает непрерывность цепи между подвижными контактами якоря и дорожкой на печатной плате (PCB) через ярмо , припаянное к печатной плате.
Когда электрический ток проходит через катушку, он генерирует магнитное поле , которое активирует якорь, и последующее движение подвижного контакта(ов) либо устанавливает, либо разрывает (в зависимости от конструкции) соединение с неподвижным контактом. Если при обесточенном реле набор контактов был замкнут, то движение размыкает контакты и разрывает соединение, и наоборот, если контакты были разомкнуты. Когда ток в катушке отключается, якорь возвращается силой, примерно вдвое меньшей магнитной силы, в расслабленное положение. Обычно эта сила создается пружиной, но в промышленных пускателях двигателей также часто используется сила тяжести. Большинство реле изготовлены для быстрой работы. В низковольтных приложениях это снижает шум; в приложениях с высоким напряжением или током он уменьшает искрение.
Когда на катушку подается постоянный ток , обратноходовой диод или снабберный резистор часто размещается поперек катушки для рассеивания энергии коллапсирующего магнитного поля ( обратной ЭДС ) при деактивации, что в противном случае могло бы вызвать всплеск напряжения , опасный для компонентов полупроводниковой схемы. Такие диоды не получили широкого распространения до применения транзисторов в качестве драйверов реле, но вскоре стали повсеместными, поскольку первые германиевые транзисторы легко выходили из строя из-за этого скачка напряжения. Некоторые автомобильные реле содержат диод внутри корпуса реле. Резисторы, хотя и более долговечны, чем диоды, менее эффективны при устранении скачков напряжения, генерируемых реле [7] , и поэтому не так широко используются.
Если реле управляет большой или особенно реактивной нагрузкой, может возникнуть аналогичная проблема с импульсными токами вокруг выходных контактов реле. В этом случае снабберная цепь (конденсатор и резистор, включенные последовательно) на контактах может поглотить перенапряжение. Конденсаторы подходящего номинала и соответствующий резистор продаются как один компонент для этого обычного использования.
Если катушка рассчитана на питание переменным током (AC), используется какой-то метод для разделения потока на две противофазные составляющие, которые складываются вместе, увеличивая минимальное натяжение якоря во время цикла переменного тока. Обычно это делается с помощью небольшого медного «затеняющего кольца», обжатого вокруг части сердечника, которое создает противофазную составляющую с задержкой [8] , которая удерживает контакты во время пересечения нуля управляющим напряжением. [9]
Материалы контактов реле различаются в зависимости от применения. Материалы с низким контактным сопротивлением могут окисляться воздухом или иметь тенденцию «прилипать» вместо того, чтобы четко разделяться при открытии. Материал контактов может быть оптимизирован для обеспечения низкого электрического сопротивления, высокой прочности, чтобы выдерживать повторяющиеся операции, или высокой способности выдерживать нагрев дуги. Там, где требуется очень низкое сопротивление или низкое термоиндуцированное напряжение, можно использовать позолоченные контакты, а также палладий и другие неокисляющиеся полудрагоценные металлы. Для коммутации сигнала используются серебряные или посеребренные контакты. Реле, смоченные ртутью, замыкают и размыкают цепи, используя тонкую самообновляющуюся пленку жидкой ртути. Для реле большей мощности, коммутирующих многие амперы, таких как контакторы цепей двигателей, контакты изготавливаются из смеси оксидов серебра и кадмия, что обеспечивает низкое контактное сопротивление и высокую устойчивость к теплу дуги. Контакты, используемые в цепях с током в десятки или сотни ампер, могут включать дополнительные конструкции для отвода тепла и управления дугой, возникающей при разрыве цепи. [10] Некоторые реле имеют контакты, которые можно заменять в полевых условиях, например, некоторые реле станков; их можно заменять по мере износа или менять состояние с нормально открытого на нормально закрытое, чтобы можно было внести изменения в управляемую цепь. [11]
Поскольку реле являются переключателями , терминология, применяемая к переключателям, также применяется и к реле; реле переключает один или несколько полюсов , каждый из контактов которых можно размыкать , подавая напряжение на катушку. Нормально разомкнутые (НО) контакты соединяют цепь при срабатывании реле; цепь размыкается, когда реле неактивно. Нормально замкнутые (НЗ) контакты размыкают цепь при срабатывании реле; цепь подключается, когда реле неактивно. Все формы контактов включают в себя комбинации НО и НЗ соединений.
Национальная ассоциация производителей реле и ее преемница, Ассоциация производителей реле и переключателей, определяют 23 различные формы электрических контактов , встречающихся в реле и переключателях. [12] Из них обычно встречаются следующие:
Обозначение S ( одиночный ) или D ( двойной ) для количества полюсов можно заменить числом, обозначающим несколько контактов, подключенных к одному приводу . Например, 4PDT обозначает четырехполюсное двухпозиционное реле с 12 переключающими клеммами.
EN 50005 входит в число применимых стандартов нумерации клемм реле; Клеммы типичного реле SPDT, соответствующего стандарту EN 50005, будут иметь номера 11, 12, 14, A1 и A2 для соединений C, NC, NO и катушки соответственно. [14]
DIN 72552 определяет номера контактов в реле для автомобильного применения:
Если радиопередатчики и приемники используют одну антенну, часто в качестве реле TR (передача-прием) используется коаксиальное реле, которое переключает антенну с приемника на передатчик. Это защищает приемник от высокой мощности передатчика. Такие реле часто используются в трансиверах , объединяющих передатчик и приемник в одном блоке. Контакты реле спроектированы так, чтобы не отражать радиочастотную мощность обратно к источнику и обеспечивать очень высокую изоляцию между клеммами приемника и передатчика. Характеристическое сопротивление реле согласовывается с сопротивлением линии передачи системы, например, 50 Ом. [15]
Контактор — это мощное реле с более высокими номинальными токами, [16] используемое для переключения электродвигателей и осветительных нагрузок. Номинальные значения постоянного тока для обычных контакторов варьируются от 10 ампер до нескольких сотен ампер. Сильноточные контакты изготавливаются из сплавов, содержащих серебро . Неизбежное искрение приводит к окислению контактов; однако оксид серебра по-прежнему остается хорошим проводником. [17] Контакторы с устройствами защиты от перегрузки часто используются для запуска двигателей. [18]
Реле с контактами с принудительным управлением имеет контакты реле, которые механически связаны друг с другом, так что, когда катушка реле находится под напряжением или обесточена, все связанные контакты движутся вместе. Если один набор контактов реле заблокируется, ни один другой контакт того же реле не сможет двигаться. Функция контактов с принудительным управлением заключается в том, чтобы дать возможность цепи безопасности проверить состояние реле. Контакты с принудительным управлением также известны как «контакты с принудительным управлением», «невыпадающие контакты», «заблокированные контакты», «механически связанные контакты» или «реле безопасности».
Эти реле безопасности должны соответствовать правилам проектирования и производства, которые определены в одном основном стандарте на оборудование EN 50205: Реле с принудительно управляемыми (механически связанными) контактами. Эти правила проектирования безопасности определены в стандартах типа B, таких как EN 13849-2, как «Основные принципы безопасности» и «Надежные принципы безопасности для машинного оборудования, применимые ко всем машинам».
Контакты с принудительным управлением сами по себе не могут гарантировать, что все контакты находятся в одинаковом состоянии, однако они гарантируют, что при отсутствии серьезных механических неисправностей ни один контакт не находится в противоположных состояниях. В противном случае реле с несколькими нормально разомкнутыми (НО) контактами может залипнуть при включении, при этом некоторые контакты будут закрыты, а другие все еще слегка разомкнуты из-за механических допусков. Аналогичным образом, реле с несколькими нормально замкнутыми (НЗ) контактами может оставаться в обесточенном положении, так что при подаче питания цепь через один набор контактов разрывается с предельным зазором, в то время как другой остается замкнутым. Путем введения в одно и то же реле как НО, так и НЗ контактов или, чаще, переключающих контактов, становится возможным гарантировать, что если какой-либо НЗ контакт замкнут, все НО контакты разомкнуты, и наоборот, если какой-либо НО контакт закрыт, все НЗ контакты открыты. Невозможно надежно гарантировать, что какой-либо конкретный контакт замкнут, за исключением потенциально мешающего и снижающего безопасность измерения состояния его цепи, однако в системах безопасности обычно наиболее важным является состояние NO, и, как объяснялось выше, это достоверно проверяемо путем обнаружения замыкания контакта противоположного смысла.
Реле с принудительным контактом изготавливаются с различными наборами главных контактов (НО, НЗ или переключающими), а также одним или несколькими наборами вспомогательных контактов, часто с пониженным номиналом тока или напряжения, которые используются для системы мониторинга. Контакты могут быть полностью разомкнутыми, полностью размыкающими, переключающими или комбинированными для контактов контроля, чтобы разработчик системы безопасности мог выбрать правильную конфигурацию для конкретного применения. Реле безопасности используются как часть инженерной системы безопасности.
Реле с фиксацией, также называемое импульсным , бистабильным , удерживающим или фиксирующим реле или просто защелкой , поддерживает любое положение контакта в течение неопределенного времени без подачи питания на катушку. Преимущество состоит в том, что одна катушка потребляет мощность только на мгновение, пока реле переключается, и контакты реле сохраняют эту настройку даже при отключении питания. Реле с фиксацией позволяет дистанционно управлять освещением здания без шума, который может создаваться катушкой, находящейся под постоянным напряжением (переменного тока).
В одном механизме две противоположные катушки с расположенной над центром пружиной или постоянным магнитом удерживают контакты на месте после обесточивания катушки. Импульс на одну катушку включает реле, а импульс на противоположную катушку выключает реле. Этот тип широко используется там, где управление осуществляется с помощью простых переключателей или несимметричных выходов системы управления, и такие реле встречаются в авионике и многочисленных промышленных приложениях.
Другой тип защелки имеет остаточный сердечник, который удерживает контакты в рабочем положении за счет остаточного магнетизма сердечника. Этот тип требует импульса тока противоположной полярности для размыкания контактов. В варианте используется постоянный магнит, который создает часть силы, необходимой для замыкания контакта; катушка обеспечивает достаточную силу для открытия или закрытия контакта, помогая или противодействуя полю постоянного магнита. [19] Для управления реле с регулируемой полярностью необходимы переключатели или схема привода H-моста . Реле может быть дешевле, чем другие типы, но это частично компенсируется увеличением стоимости внешней цепи.
В другом типе реле с храповым механизмом имеет храповой механизм, который удерживает контакты замкнутыми после кратковременного подачи питания на катушку. Второй импульс в той же или отдельной катушке размыкает контакты. [19] Этот тип можно встретить в некоторых автомобилях для включения ближнего света фар и других функций, где требуется попеременное срабатывание при каждом нажатии переключателя.
Шаговое реле — это специализированный вид многопутевого реле с фиксацией, предназначенный для первых автоматических телефонных станций .
Автомат защиты от утечки на землю включает в себя специализированное реле с блокировкой.
Очень ранние компьютеры часто хранили биты в реле с магнитной фиксацией, таких как Ferreed или более поздние Remreed в переключателе 1ESS .
Некоторые ранние компьютеры использовали обычные реле в качестве своего рода защелки — они сохраняли биты в обычных проволочных или герконовых реле, подавая выходной провод обратно в качестве входного, что приводило к образованию петли обратной связи или последовательной схемы . Такое реле с электрической фиксацией требует непрерывного питания для поддержания состояния, в отличие от реле с магнитной фиксацией или реле с механическим храповым механизмом. Хотя схемы (само)удержания часто реализуются с помощью реле, их также можно реализовать и другими способами.
В компьютерной памяти реле с фиксацией и другие реле были заменены памятью с линией задержки , которая, в свою очередь, была заменена рядом все более быстрых и все более компактных технологий памяти.
Реле для станков — это тип, стандартизованный для промышленного управления станками , передаточными машинами и другими устройствами последовательного управления. Они характеризуются большим количеством контактов (иногда расширяемых в полевых условиях), легко переводящихся из нормально разомкнутого состояния в нормально замкнутое, легко заменяемыми катушками и форм- фактором , позволяющим компактно устанавливать множество реле в щитке управления. Хотя такие реле когда-то были основой автоматизации в таких отраслях, как сборка автомобилей, программируемый логический контроллер (ПЛК) в основном вытеснил реле станков из приложений последовательного управления.
Реле позволяет переключать цепи с помощью электрического оборудования: например, схема таймера с реле может переключать питание в заданное время. На протяжении многих лет реле были стандартным методом управления промышленными электронными системами. Несколько реле можно использовать вместе для выполнения сложных функций ( релейная логика ). Принцип релейной логики основан на реле, которые включают и обесточивают соответствующие контакты. Релейная логика является предшественником релейной логики , которая обычно используется в программируемых логических контроллерах .
Ртутное реле — это реле, в котором в качестве переключающего элемента используется ртуть. Они используются там, где эрозия контактов может стать проблемой для обычных контактов реле. Из-за экологических соображений, касающихся значительного количества используемой ртути и современных альтернатив, они сейчас встречаются сравнительно редко.
Герконовое реле, смоченное ртутью, представляет собой разновидность герконового реле, в котором используется ртутный переключатель , контакты которого смачиваются ртутью . Ртуть снижает контактное сопротивление и смягчает связанное с этим падение напряжения. Загрязнение поверхности может привести к плохой проводимости слаботочных сигналов. В высокоскоростных приложениях ртуть устраняет дребезг контактов и обеспечивает практически мгновенное замыкание цепи. Реле, смоченные ртутью, чувствительны к положению и должны монтироваться в соответствии со спецификациями производителя. Из-за токсичности и дороговизны жидкой ртути эти реле все чаще выходят из употребления.
Заметным преимуществом является высокая скорость переключения ртутного реле. Капли ртути на каждом контакте сливаются , и время нарастания тока через контакты обычно считается равным нескольким пикосекундам. [ нужна цитация ] Однако в практической схеме это может быть ограничено индуктивностью контактов и проводки. До введения ограничений на использование ртути было довольно обычным явлением использовать ртутное реле в лаборатории в качестве удобного средства генерации импульсов с быстрым нарастанием, однако, хотя время нарастания может составлять пикосекунды, точное время события составляет , как и все другие типы реле, подвержены значительному джиттеру, возможно, миллисекундному, из-за механических изменений.
Тот же процесс слияния вызывает еще один эффект, который в некоторых приложениях доставляет неудобства. Сопротивление контакта не является стабильным сразу после замыкания контакта и дрейфует, в основном вниз, в течение нескольких секунд после замыкания, причем изменение может составлять 0,5 Ом. [ нужна цитата ]
Реле с несколькими напряжениями — это устройства, предназначенные для работы в широком диапазоне напряжений, например от 24 до 240 В переменного и постоянного тока, и в широком диапазоне частот, например от 0 до 300 Гц. Они предназначены для использования в установках, не имеющих стабильного напряжения питания.
Электродвигателям необходима защита от перегрузки по току , чтобы предотвратить повреждение двигателя из-за перегрузки или защитить от коротких замыканий в соединительных кабелях или внутренних неисправностей в обмотках двигателя. [20] Устройства, чувствительные к перегрузке, представляют собой разновидность теплового реле, в котором катушка нагревает биметаллическую полоску или плавится банка с припоем для срабатывания вспомогательных контактов. Эти вспомогательные контакты включены последовательно с катушкой контактора двигателя, поэтому они отключают двигатель при перегреве. [21]
Эта тепловая защита срабатывает относительно медленно, позволяя двигателю потреблять более высокие пусковые токи до того, как сработает реле защиты. Если реле перегрузки подвергается воздействию той же температуры окружающей среды, что и двигатель, обеспечивается полезная, хотя и грубая, компенсация температуры окружающей среды двигателя. [22]
Другая распространенная система защиты от перегрузки использует катушку электромагнита, включенную последовательно с цепью двигателя, которая напрямую управляет контактами. Это похоже на реле управления, но для срабатывания контактов требуется довольно высокий ток повреждения. Чтобы предотвратить появление коротких скачков сверхтока, вызывающих помехи, вызывающие движение якоря, демпфируется приборной панелью . Обнаружение тепловой и магнитной перегрузки обычно используется вместе в реле защиты двигателя. [ нужна цитата ]
Электронные реле защиты от перегрузки измеряют ток двигателя и могут оценивать температуру обмотки двигателя, используя «тепловую модель» системы якоря двигателя, которую можно настроить для обеспечения более точной защиты двигателя. Некоторые реле защиты двигателя имеют входы для датчиков температуры для прямого измерения с помощью термопары или датчика термометра сопротивления , встроенного в обмотку. [23]
Поляризованное реле помещает якорь между полюсами постоянного магнита для повышения чувствительности. Поляризованные реле использовались на телефонных станциях середины 20-го века для обнаружения слабых импульсов и коррекции телеграфных искажений .
Герконовое реле представляет собой геркон , заключенный в соленоид. Выключатель имеет набор контактов внутри вакуумированной или заполненной инертным газом стеклянной трубки, защищающей контакты от атмосферной коррозии ; контакты изготовлены из магнитного материала, что приводит их в движение под действием поля окружающего соленоида или внешнего магнита.
Герконовые реле могут переключаться быстрее, чем более крупные реле, и требуют очень мало энергии от цепи управления. Однако они имеют относительно низкие номинальные ток переключения и напряжение. Хотя это и редкость, трости со временем могут намагничиваться, что заставляет их оставаться включенными даже при отсутствии тока; изменение ориентации язычков или размагничивание переключателя относительно магнитного поля соленоида может решить эту проблему.
Герметичные контакты с контактами, смоченными ртутью, имеют более длительный срок службы и меньшую вибрацию контактов, чем реле любого другого типа. [24]
Реле безопасности – это устройства, которые обычно реализуют функции защиты. В случае возникновения опасности задача такой функции безопасности состоит в том, чтобы использовать соответствующие меры для снижения существующего риска до приемлемого уровня. [25]
Твердотельный контактор — это полупроводниковое реле для тяжелых условий эксплуатации, включающее необходимый радиатор, используемое там, где требуются частые циклы включения-выключения, например, с электрическими нагревателями, небольшими электродвигателями и осветительными нагрузками. Нет движущихся частей, которые могут изнашиваться, и нет отскока контактов из-за вибрации. Они активируются управляющими сигналами переменного или постоянного тока от программируемых логических контроллеров (ПЛК), ПК, источников транзисторно-транзисторной логики (TTL) или других элементов управления микропроцессором и микроконтроллером.
Твердотельное реле (SSR) — это твердотельный электронный компонент, который выполняет функцию, аналогичную электромеханическому реле, но не имеет движущихся компонентов, что повышает долгосрочную надежность. В твердотельном реле для переключения управляемой нагрузки вместо соленоида используется тиристор , симистор или другое полупроводниковое переключающее устройство, активируемое управляющим сигналом. Оптопара ( светодиод (LED), соединенный с фототранзистором ) может использоваться для изоляции управляющих и управляемых цепей. [26]
Статическое реле состоит из электронной схемы, имитирующей все те характеристики, которые достигаются движущимися частями электромагнитного реле.
Реле времени устроены с намеренной задержкой срабатывания своих контактов. При очень короткой (доли секунды) задержке между якорем и подвижным узлом лопастей будет использоваться медный диск. Ток, текущий в диске, сохраняет магнитное поле в течение короткого времени, удлиняя время восстановления. Для чуть большей (до минуты) задержки используется дашпот. Приборная панель — это поршень, наполненный жидкостью, которая медленно вытекает; Используются как воздухонаполненные, так и масляные приборные панели. Период времени можно изменять, увеличивая или уменьшая скорость потока. Для более длительных периодов времени устанавливается механический часовой таймер. Реле могут быть настроены на фиксированный период времени, могут регулироваться на месте или устанавливаться дистанционно с панели управления. Современные реле времени на базе микропроцессора обеспечивают точность отсчета времени в широком диапазоне.
Некоторые реле имеют своего рода «амортизирующий» механизм, прикрепленный к якорю, который предотвращает немедленное полное движение, когда катушка находится под напряжением или обесточена. Это дополнение придает реле свойство срабатывания с задержкой времени. Реле задержки времени могут быть сконструированы так, чтобы задерживать движение якоря при включении катушки под напряжение, отключении питания или при том и другом.
Контакты реле с задержкой времени должны быть указаны не только как нормально разомкнутые или нормально замкнутые, но и в том, действует ли задержка в направлении замыкания или размыкания. Ниже приводится описание четырех основных типов контактов реле времени.
Во-первых, у нас есть нормально разомкнутый контакт с задержкой по времени (NOTC). Этот тип контакта обычно разомкнут, когда катушка обесточена (обесточена). Контакт замыкается при подаче питания на катушку реле, но только после того, как на катушку подается непрерывное питание в течение указанного периода времени. Другими словами, направление движения контакта (либо на замыкание, либо на размыкание) идентично обычному НО контакту, но имеется задержка в направлении замыкания. Поскольку задержка происходит в направлении подачи питания на катушку, этот тип контакта также известен как нормально разомкнутый с задержкой включения.
Вакуумное реле — это чувствительное реле, контакты которого установлены в вакуумированном стеклянном корпусе, позволяющее работать с радиочастотными напряжениями [ необходимы разъяснения ] до 20 000 вольт без перекрытия между контактами, даже если расстояние между контактами составляет всего несколько сотых доли дюйм в открытом состоянии.
Реле используются везде, где необходимо управлять цепью большой мощности или высокого напряжения с помощью цепи малой мощности, особенно когда желательна гальваническая развязка . Первое применение реле было на длинных телеграфных линиях, тогда как слабый сигнал, полученный на промежуточной станции, мог управлять контактом, восстанавливая сигнал для дальнейшей передачи. Устройствами высокого напряжения или сильного тока можно управлять с помощью небольшой низковольтной проводки и пилотных переключателей. Операторы могут быть изолированы от цепи высокого напряжения. Устройства малой мощности, такие как микропроцессоры , могут управлять реле для управления электрическими нагрузками, выходящими за рамки их возможностей прямого управления. В автомобиле реле стартера позволяет управлять высоким током проворачивающего двигателя с помощью небольшой проводки и контактов в ключе зажигания.
Электромеханические коммутационные системы, включая телефонные станции Строугера и перекрестные телефонные станции, широко использовали реле во вспомогательных цепях управления. Компания Relay Automatic Telephone Company также производила телефонные станции, основанные исключительно на методах релейной коммутации, разработанных Готхильфом Ансгариусом Бетуландером. Первая общественная релейная телефонная станция в Великобритании была установлена во Флитвуде 15 июля 1922 года и работала до 1959 года. [27] [28]
Использование реле для логического управления сложными системами коммутации, такими как телефонные станции, было изучено Клодом Шенноном , который формализовал применение булевой алгебры для проектирования релейных схем в «Символическом анализе реле и коммутационных схем» . Реле могут выполнять основные операции булевой комбинаторной логики. Например, булева функция И реализуется путем последовательного соединения нормально разомкнутых контактов реле, функция ИЛИ — путем параллельного соединения нормально разомкнутых контактов. Инверсию логического входа можно выполнить с помощью нормально замкнутого контакта. Реле использовались для управления автоматизированными системами станков и производственных линий. Язык программирования Ladder часто используется для проектирования сетей релейной логики .
Ранние электромеханические компьютеры, такие как ARRA , Harvard Mark II , Zuse Z2 и Zuse Z3, использовали реле для логики и рабочих регистров. Однако электронные устройства оказались быстрее и проще в использовании.
Поскольку реле гораздо более устойчивы к ядерному излучению, чем полупроводники, они широко используются в логике, критически важной для безопасности, например, в панелях управления оборудованием по обращению с радиоактивными отходами. Электромеханические реле защиты применяются для обнаружения перегрузок и других неисправностей электрических линий путем размыкания и включения автоматических выключателей .
Для защиты электрооборудования и линий электропередачи применялись электромеханические реле с точными рабочими характеристиками, обнаруживающие перегрузки, короткие замыкания и другие неисправности. Хотя многие такие реле продолжают использоваться, цифровые реле защиты теперь выполняют эквивалентные и более сложные защитные функции.
Реле железнодорожной сигнализации имеют большие размеры, учитывая в основном небольшие напряжения (менее 120 В) и токи (возможно, 100 мА), которые они коммутируют. Контакты расположены на большом расстоянии друг от друга, чтобы предотвратить перекрытия и короткие замыкания в течение срока службы, который может превышать пятьдесят лет.
Поскольку железнодорожные сигнальные цепи должны быть высоконадежными, для обнаружения и предотвращения сбоев в релейной системе используются специальные методы. Для защиты от ложного питания часто используются двойные переключающие контакты реле как на положительной, так и на отрицательной стороне цепи, поэтому для подачи ложного сигнала необходимы два ложных питания. Не все релейные схемы могут быть проверены, поэтому приходится полагаться на конструктивные особенности, такие как контакты из углерода и серебра, чтобы противостоять сварке контактов, вызванной молнией, и обеспечивать устойчивость к переменному току.
Оптоизоляторы также используются в некоторых случаях в железнодорожной сигнализации, особенно там, где должен переключаться только один контакт.
Выбор подходящего реле для конкретного применения требует оценки множества различных факторов:
Существует множество факторов, связанных с правильным выбором реле управления для конкретного применения, включая такие факторы, как скорость срабатывания, чувствительность и гистерезис . Хотя типичные реле управления работают в диапазоне от 5 до 20 мс, доступны реле со скоростью переключения до 100 мкс . Герконовые реле , которые срабатывают при малых токах и быстро переключаются, подходят для управления малыми токами.
Как и в случае любого переключателя, контактный ток (не связанный с током катушки) не должен превышать заданное значение во избежание повреждения. В цепях с высокой индуктивностью , таких как двигатели , необходимо решать и другие проблемы. Когда индуктивность подключена к источнику питания, существует входной импульсный ток или пусковой ток электродвигателя, превышающий установившийся ток. Когда цепь разорвана, ток не может измениться мгновенно, что создает потенциально опасную дугу на разделяющих контактах.
Следовательно, для реле, используемых для управления индуктивными нагрузками, мы должны указать максимальный ток, который может протекать через контакты реле при его срабатывании, номинал включения ; непрерывный рейтинг; и рейтинг разрыва . Номинал включения может быть в несколько раз больше номинала непрерывного действия, который больше номинала отключения.
Переключение в «мокром» состоянии (под нагрузкой) вызывает нежелательное искрение между контактами, что в конечном итоге приводит к замыканию контактов или выходу из строя из-за накопления поверхностных повреждений, вызванных разрушительной энергией дуги. [29]
Внутри перекрестного переключателя электронной системы переключения номер один (1ESS) и некоторых других высоконадежных конструкций герконовые переключатели всегда переключаются «всухую» (без нагрузки), чтобы избежать этой проблемы, что приводит к значительному увеличению срока службы контактов. [30]
Без адекватной защиты контактов возникновение электрической дуги приводит к значительному ухудшению состояния контактов, что приводит к значительным и видимым повреждениям. Каждый раз, когда контакты реле размыкаются или замыкаются под нагрузкой, между контактами реле может возникнуть электрическая дуга, либо дуга разрыва (при размыкании), либо дуга замыкания / отскока (при замыкании). Во многих ситуациях разрывная дуга более энергична и, следовательно, более разрушительна, особенно при индуктивных нагрузках, но это можно смягчить, шунтируя контакты снабберной схемой . Пусковой ток ламп накаливания с вольфрамовой нитью обычно в десять раз превышает нормальный рабочий ток. Таким образом, в реле, предназначенных для вольфрамовых нагрузок, может использоваться специальный состав контактов, или реле может иметь более низкие номинальные характеристики контактов для вольфрамовых нагрузок, чем для чисто резистивных нагрузок.
Электрическая дуга на контактах реле может быть очень горячей — тысячи градусов по Фаренгейту — в результате чего металл на контактных поверхностях плавится, скапливается и мигрирует вместе с током. Чрезвычайно высокая температура дуги расщепляет окружающие молекулы газа, образуя озон , окись углерода и другие соединения. Со временем энергия дуги медленно разрушает контактный металл, в результате чего часть материала выбрасывается в воздух в виде мелких твердых частиц. Это действие приводит к разрушению и координации материала контактов, что приводит к выходу устройства из строя. Такое ухудшение контактов резко ограничивает общий срок службы реле до диапазона примерно от 10 000 до 100 000 операций, что намного ниже механического срока службы устройства, который может превышать 20 миллионов операций. [31]
{{cite web}}: CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )
СМИ, связанные с реле, на Викискладе?