Co je relé: typy, princip činnosti, reléové zařízení

Relé – jedno z nejběžnějších zařízení používaných k automatizaci procesů v elektrotechnice. Ve skutečnosti se jedná o automatický spínač, který při dosažení nastavených hodnot nebo při vnějším vlivu připojuje nebo odpojuje elektrické obvody. Relé se používají v průmyslu k automatizaci technologických procesů, v domácích spotřebičích, které se nacházejí v každé domácnosti, jako jsou chladničky a pračky, k ochraně sítě před příliš vysokými nebo příliš nízkými parametry proudu. Výběr správného zařízení zjednodušuje klasifikaci relé podle různých kritérií.

Obecný popis návrhu

Koncept „relé“ spojuje celou rodinu zařízení různých konstrukcí. Ale obecně se relé skládá ze tří hlavních funkčních prvků:

• Vnímač. Toto je primární prvek, který vnímá řízenou veličinu a převádí ji na jinou fyzikální veličinu.
• Středně pokročilí. Porovná přijatou hodnotu se zadaným parametrem. Pokud je tato hodnota vyšší nebo nižší než zadaný parametr, pak se primární účinek přenese na akční člen.
• Výkonný. Tento prvek přenáší činnost do obvodů ovládaných relé. V důsledku takového nárazu může dojít k: otevření nebo připojení řízeného obvodu, spínání parametrů proudu.

Konstrukce a princip činnosti primárního prvku závisí na tom, k jakému účelu relé slouží a na jakou fyzikální veličinu (proud, napětí, světlo, teplo atd.) je nastaveno.

Hlavní charakteristiky relé

Bez ohledu na typ a princip činnosti relé existuje několik parametrů, kterým při výběru tohoto zařízení věnujete pozornost:

• Doba odezvy je časový interval mezi příchodem řídicího signálu a účinkem na řízené obvody.
• Spínaný výkon je přípustný výkon elektrického obvodu nebo elektrické instalace, kterou bude relé ovládat.
• Setpoint je obvykle nastavitelný parametr, který určuje hodnotu vstupního parametru (proud, napětí, frekvence, tlak, teplota), při které relé pracuje.

Typy relé: kontaktní a bezkontaktní

Podle provedení výkonné složky se relé dělí na kontaktní a bezkontaktní.

kontakt

Ovlivňují řízený obvod pomocí elektrických kontaktů. Jejich otevření nebo zavření zcela odpojí nebo uzavře elektrický obvod. K výrobě kontaktů se používají tyto materiály: měď, stříbro, wolfram. Počet kontaktů – až 10 kusů. Čtyř- a pětipinová relé se používají v elektrických obvodech automobilů ke spínání a spínání obvodů.

Bezkontaktní

Taková relé působí na řízený obvod změnou elektrických parametrů výstupních elektrických obvodů – kapacity, odporu, indukčnosti, proudu nebo napětí.

Klasifikace relé podle spínací metody

Hlavní

Tato zařízení jsou připojena přímo k obvodu prvku, který mají chránit. Jejich výhodou je, že nejsou potřeba přístrojové transformátory, zdroje provozního proudu a ovládací kabely.

Sekundární

Připojeno k obvodu pomocí sekundárních transformátorů. Toto je nejběžnější typ relé. Jejich předností je izolace od vysokého napětí, možnost umístit zařízení na místo vhodné pro údržbu. Sekundární relé jsou standardně k dispozici. Jsou určeny pro proud 5 (1) A a napětí 100 V a lze je instalovat do libovolného elektrického obvodu bez ohledu na jejich proud a napětí.

Typy relé podle účelu

Podle účelu jsou tato zařízení tří typů – ovládání, ochrana, alarm.

Ovládací relé

Tato relé jsou primární. Montuje se přímo do elektrického obvodu. Jejich úlohou je zapínat a vypínat jednotlivé prvky obvodu. Lze je použít samostatně nebo jako součásti nízkonapěťových kompletních zařízení – krabic, panelů, skříní.

Ochranné relé

Provádějte funkce zapínání, vypínání a ochrany zařízení s tepelnými kontakty – elektromotory, ventilátory. Při překročení teploty se rozpojí tepelné kontakty. Zařízení může obnovit provoz až poté, co tepelné kontakty vychladnou na nastavenou teplotu.

Alarmy

Taková relé jsou instalována v bezpečnostních systémech vozidel, podniků a místních oblastí. Používají se ke generování signálu při dosažení nastavené hodnoty parametru, který je pod kontrolou (proud, napětí, frekvence, tlak, teplota, akustické parametry a další).

Typy elektromechanických relé

Nejběžnějším typem elektrického relé je elektromechanické. Patří sem: elektromagnetická, indukční, elektrotepelná zařízení.

Elektromagnetické

Jeden typ elektrického relé je elektromagnetický. Konstrukce tohoto zařízení zahrnuje: vinutí s ocelovým jádrem, skupinu pohyblivých kontaktů, které vytvářejí a přerušují řízený elektrický obvod. Podívejme se na princip jejich fungování:

• Řídicí proud je přiváděn do cívky jádra.
• V jádru se vlivem elektrického proudu vytváří magnetické pole, které přitahuje kontaktní skupinu.
• V závislosti na typu relé kontakty uzavírají nebo otevírají elektrický obvod.

Polarizovaná jsou různá elektromagnetická relé, která se od neutrálních liší schopností reagovat na polaritu řídicího signálu. Rozepnutí nebo sepnutí kontaktů závisí na polaritě připojení elektromagnetu. Mají vyšší citlivost ve srovnání s neutrálními relé. Taková zařízení lze použít pouze ve stejnosměrných obvodech.

Elektrotermální (tepelný)

Tepelná relé jsou komplexem bimetalových desek, pro jejichž výrobu se používají kovy s různými koeficienty roztažnosti při zahřátí. Taková relé lze použít jako ochranná zařízení: když je překročena teplota nastavená regulátorem, kontakty jsou rozpojeny a tok proudu ke spotřebiteli se zastaví.

Tepelná relé se obvykle používají v domácích jedno- a třífázových sítích při připojování elektromotorů. Při zvýšení zatížení motoru nad nastavenou hodnotu se zahřeje bimetalové relé, které při dosažení určité teploty rozepne elektrický obvod. Motor přestane běžet. Po ochlazení bimetalových desek se okruh uzavře a motor se obnoví. Tepelná zařízení mohou být vybavena kolečkem, které upravuje teplotu vypínání motoru a tlačítkem nuceného startu.

Existuje typ tepelného relé, ve kterém jsou bimetalové desky nahrazeny slitinou s nízkou teplotou tání. Fungují téměř okamžitě – při dosažení určité teploty se kov roztaví a okruh se otevře. Princip fungování takových zařízení je podobný principu fungování pojistek. Po provozu je nutné takové relé, instalované přímo na zařízení jako poslední možnost proti vyhoření, vyměnit.

Indukce

Princip činnosti těchto zařízení je založen na interakci mezi střídavými magnetickými toky a proudy, které vytvářejí střídavé magnetické toky. Indukční zařízení jsou určena pouze pro použití v obvodech střídavého proudu. Existují tři typy indukčních relé – s rámem, diskem a válcovým rotorem („sklo“). Tato zařízení jsou široce žádaná v systémech ochrany relé a automatizace.

Jiné typy elektrických relé

Pevné skupenství

Tato elektronická zařízení jsou kompaktní a odolná díky absenci třecích mechanických částí. Mechanickou práci zde vykonávají polovodičové prvky – bipolární a MOS tranzistory, tyristory, triaky. Ve srovnání s polovodičovými mají následující výhody:

• Nízká hladina hluku během provozu.
• Velmi vysoká střední doba mezi poruchami, která je 100krát nebo více delší než životnost elektromagnetických zařízení.
• Rychlost odezvy je zlomek milisekundy u elektromagnetických 50 ms – 1 s.
• Spotřeba energie je o 95 % nižší.

Polovodičová relé však mají nejen výhody, ale i nevýhody. Jedním z nich je špatná odolnost vůči rázovým napětím, která pro elektromagnetická relé prakticky nejsou nebezpečná. Při použití polovodičových relé je nutné zajistit návrh obvodu, který tyto impulsy omezuje. Existují také nevýhody – zahřívání během provozu, přítomnost svodových proudů, což vede k přítomnosti napětí na fázovém vodiči, i když je relé vypnuto.

Polovodičová relé se používají v systémech regulace teploty, ve kterých se topná tělesa používají jako ohřívače, v průmyslové automatizaci, telemetrii, mechanizmech zařízení používaných v metalurgickém a chemickém průmyslu, ve zdravotnickém zařízení a vojenské elektronice.

Jazýčkové spínače

Tento typ relé je jazýčková cívka. Jedná se o válec naplněný inertním plynem, nebo uvnitř kterého je vytvořeno vakuum. Uvnitř válce jsou spojovací prvky z permalloy – přesné slitiny (slitina s přesně specifikovaným chemickým složením), včetně železa a niklu. Tyto spojovací prvky jsou ve formě drátu s kontakty. Jsou potaženy stříbrem nebo zlatem. Jazýčkový spínač je umístěn uprostřed elektrického magnetu nebo v dosahu jeho pole. Při přivedení proudu na vinutí elektromagnetu se vytvoří magnetický tok, který uzamkne kontakty. Jazýčková relé mohou provádět následující funkce: spínání, spínání, vypínání. Výhodou těchto zařízení jsou kompaktní rozměry, přijatelná cena a absence třecích částí, což prodlužuje jejich životnost. Skutečnost, že kontaktní skupina je umístěna v inertním plynu nebo vakuu a je spolehlivě chráněna před vlhkostí, zvyšuje spolehlivost relé.

Při použití jazýčkových relé je třeba se vyhnout následujícímu:

• těsná přítomnost zdroje ultrazvuku, který negativně ovlivní výkon;
• vystavení cizím magnetickým polím;
• mechanické poškození.

Baňka bývá skleněná, proto je třeba ji všemožně chránit před mechanickými vlivy. Pokud je žárovka rozbitá, skupina kontaktů nebude fungovat. Jazýčková relé lze použít pouze v systémech, ve kterých jsou parametry napájení v mezích stanovených v technické dokumentaci. Pokud je použit příliš vysoký proud, kontakty se otevřou. Poruchy při provozu jazýčkových relé jsou také pozorovány v případech, kdy je proud dodáván s příliš nízkou frekvencí.

Fotoelektronické (fotografické relé)

Základem fotoelektronického relé je polovodičový prvek – fotorezistor, jehož odpor se mění v závislosti na změnách osvětlení. Foto relé je zařízení široce používané veřejnými službami. Je spolehlivý v provozu a poskytuje významné úspory energie a bezpečnost v ulicích. Když se osvětlení zvýší, všechna osvětlovací zařízení se vypnou, a když padne tma, rozsvítí se. Většina těchto zařízení je vybavena prahovým regulátorem a mechanickým spínačem.

Typy relé podle typu vstupního parametru

Podle tohoto parametru se relé dělí na: proud, výkon, frekvence, napětí, tlak, akustické hodnoty, množství plynu. Zařízení mohou být maximální a minimální. Relé, která fungují při překročení dané hodnoty, se nazývají „maximální“, a když klesne pod danou úroveň, nazývají se „minimální“.

Proudové relé

Proudová relé reagují na náhlé změny proudu a v případě potřeby vypínají jednotlivou zátěž nebo celý napájecí systém. Maximální hodnota proudu, při které je nutné odpojit spotřebiče, je nastavena regulátorem.

Napěťové relé

Napěťová relé reagují na úrovně napětí a spínají se přes napěťové transformátory. Používá se k řízení fází napětí v elektrických sítích a ochraně elektrických spotřebičů. Základem takového relé je regulátor s rychlou odezvou, který hlídá odchylky napětí mimo stanovené meze. Obecně přijímaný standard pro provoz takových relé je pod 170 V a nad 250 V.

Frekvenční relé

Používají se k řízení frekvence střídavého proudu, která by měla být rovna 50 nebo 60 Hz v jedno- a třífázových sítích. Obvykle mají pevné zpoždění odezvy. Prahové hodnoty otevření řízeného okruhu lze nastavit. Provozní režim tohoto zařízení může zahrnovat přítomnost „paměti“ nehody.

Výkonové relé

Omezovač výkonu funguje podobně jako omezovač zátěžového proudu. Při překročení nastaveného prahu výkonu se spotřebič vypne. Relé pro omezení výkonu jsou často vybavena funkcí automatického resetu. To znamená, že po snížení zátěže se provoz zařízení automaticky obnoví.

Tlakový spínač

Tlakový spínač je důležité zařízení používané v čerpacích zařízeních pro řízení tlakových rozdílů ve vodě, oleji, oleji a vzduchu. Existují dva hlavní typy takových zařízení – elektromechanické a elektronické.

Elektromechanická relé mají ve své konstrukci speciální prvek, který reaguje na změny tlaku v systému – pružnou membránu, která se ohýbá pod tlakem kapaliny (vzduchu) v systému. Je připojen ke dvěma pružinám, z nichž jedna je nastavena na minimální přípustný tlak a druhá na rozdíl mezi horní a dolní mezí tlaku v systému. Když tlak v systému klesne pod minimální práh, relé zapne čerpací zařízení a při překročení horního prahu se vypne. Jedná se o jednoduchá a spolehlivá zařízení, ale nepříliš snadno se používají. Obsluha musí pravidelně kontrolovat nastavení a v případě potřeby je upravit.

Elektronická zařízení mají složitější konstrukci. Limity lze nastavit velmi přesně a není nutné je během provozu sledovat. Elektronické přístroje jsou citlivé na vodní ráz, proto jsou vybaveny malými hydraulickými nádržkami (objem – cca 400 ml). Mezi čerpacím zařízením a prvním odběrným místem vody je instalován elektronický tlakový spínač.

Akustická relé

Akustická relé reagují na změny akustických veličin – frekvence zvukové vlny, jejího tlaku nebo akustické charakteristiky materiálů – koeficienty absorpce a odrazu. Princip činnosti může být mechanický nebo elektrický. Mechanická akustická zařízení mají membránu, která se pod tlakem zvukových vln prohne a při dosažení určité hodnoty tlaku se kontakt sepne. Mezi elektrická akustická zařízení patří: přijímací orgán (mikrofon, filtr), zesilovač a výstupní elektrické relé.

Zařízení, která reagují na jakýkoli hluk, se často používají ve spojení s osvětlovacím systémem. Reagují na jakýkoli hluk v místnosti a dávají signál k rozsvícení světla. Obvykle jsou instalovány na chodbách a schodištích. Akustická relé jsou také široce používána v bezpečnostních systémech a „chytrých“ hračkách.

Plynová relé

Tato zařízení se používají k zajištění ochrany proti plynu. Jsou to kovové tělo zapuštěné do olejového vedení. Relé je normálně naplněno olejem a jeho kontakty jsou otevřené. Jak se obsah plynu zvyšuje, plní horní část relé a současně vytlačují olej. Plovák, který je součástí konstrukce, se při poklesu hladiny oleje snižuje, otáčí se kolem své osy a způsobuje sepnutí kontaktů v signálním obvodu. Generovaný signál varuje před vysokou kontaminací plynem v prostředí.

Mezilehlá relé

„Intermediate“ je relé, které nehraje hlavní, ale pomocnou roli v obvodu. Určeno pro instalaci do automatických obvodů a řídicích obvodů. Jeho funkcí je zvýšit počet kontaktů hlavního relé, když je nutné sepnout nebo otevřít několik okruhů, uzavřít jeden a současně otevřít další okruh a provádět další úkoly. Používají se v obvodech pro zesilování a konverzi elektrických signálů, ukládání informací a programování, distribuci elektrické energie s řízením činnosti jednotlivých prvků a propojování prvků elektronických zařízení s různými principy činnosti.

Mezilehlé funkce často provádějí elektromagnetická relé, která mají v závislosti na konstrukci a oblasti použití následující typy kontaktů:

• Normálně otevřené (zavírání). Při absenci napájení jsou v otevřeném stavu. Po přivedení napětí se uzavřou.
• Normálně zavřené (otevřené). V normálním stavu jsou takové kontakty v zavřeném stavu a při napájení se kontakty otevřou.
• Reverzibilní. V takových relé je při absenci napětí střední kontakt uzavřený jedním z pevných kontaktů. Při přivedení proudu přeruší střední kontakt spojení s prvním pevným kontaktem a sepne se druhým pevným kontaktem.

Označení relé na schématu

Na elektrických schématech je relé označeno obdélníkem, z jehož největších stran jsou znázorněny napájecí svorky. Funkční účel relé je ve schématu označen písmeny:

• KA – proud;
• KV – napětí;
• KB – blokace;
• KBS – blokace proti opakovanému zapnutí;
• KH – index;
• KL – střední;
• KQ – fixace polohy spínače;
• KSV – řízení napěťového obvodu;
• KSP – regulace tlaku;
• KSH – regulace tlaku;
• KSL – kontrola hladiny kapaliny;
• KSR – rychlost;
• KSQ – látkové složení;
• KW – výkon;
• KZ – odpor.

Elektromagnetické relé je elektromechanické relé, jehož činnost je založena na působení magnetického pole stacionárního vinutí elektrickým proudem na pohybující se feromagnetický prvek – kotvu.

Elektromagnetická relé se dělí na:

1. Neutrální, které reagují pouze na hodnotu elektrického proudu ve vinutí.
2. Polarizovaný, jehož působení je určeno hodnotou elektrického proudu a jeho polaritou.

U průmyslových automatických zařízení zaujímají elektromagnetická relé mezilehlou polohu mezi slaboproudými zařízeními a silnoproudými spínacími zařízeními, jako jsou stykače a magnetické spouštěče. Nejběžnějším typem elektromagnetických relé jsou ovládací relé elektrického pohonu. Taková relé se vyznačují přerušovaným dlouhodobým a přerušovaně krátkodobým provozním režimem s počtem sepnutí až 3600 za hodinu provozu s vysokou odolností sepnutí a mechanickému opotřebení. Ve většině případů se elektromagnetická relé používají v nepřetržitém provozu, proto jsou na ně kladeny zvýšené požadavky týkající se mechanické a spínací odolnosti proti opotřebení.

Magnetoelektrické relé je relé, jehož princip činnosti je založen na interakci magnetického pole permanentního magnetu s elektrickým proudem protékajícím vinutím vytvořeným ve formě otočného rámu.

Níže uvedený obrázek ukazuje příklad obvodu magnetoelektrického relé.

Obrázek 1. Schéma magnetoelektrického relé. Author24 — online výměna studentských prací

Zde: 1 – permanentní magnet; 2 – ocelové jádro; 3 – hliníkový rám; 4 — pohyblivý kontakt; 5, 6 – pevné kontakty.

Magnetoelektrické relé zobrazené na obrázku výše se skládá z permanentního magnetu s ocelovým jádrem mezi jeho pólovými nástavci. V mezeře mezi jádrem a hroty se vytváří rovnoměrné radiálně směrované magnetické pole. V této mezeře je hliníkový rám s vinutím tenkého drátu, který dodává elektrický proud spirálovými pružinami. Takové pružiny vytvářejí protipůsobící moment, který má tendenci umístit rám s vinutím tak, že rovina rámu směřuje podél osy pólů permanentního magnetu. Když elektrický proud prochází vinutím, působí na něj a rám točivý moment, který způsobuje otáčení rámu kolem osy ve směru určeném polaritou proudu. Pohyblivý kontakt je pevně uzavřen jedním z pevných kontaktů.

“Elektromagnetická, magnetoelektrická, indukční a elektrotermická relé”
Pomoc od odborníka na téma práce
Řešení problému s AI za 2 minuty
Pomoc s abstraktem z neuronové sítě

Tepelná a indukční relé

Indukční relé je relé, jehož princip činnosti je založen na interakci střídavých magnetických toků s proudy indukovanými těmito toky v pohyblivé části relé.

Indukční relé lze použít například v reléových ochranných zařízeních a železničních blokovacích systémech, lze je použít jako napěťová, elektrická proudová, výkonová a frekvenční relé. Jejich použití jako ochranných relé je způsobeno pohodlnou změnou jejich proměnných a trakčních parametrů a také snadným nastavením. Hlavní součásti indukčního relé jsou rotor a stator, jako u dvoufázového asynchronního motoru. Stator může mít jedno nebo dvě střídavá vinutí, která indukují střídavé toky v rotoru zařízení. V důsledku interakce indukovaných proudů v rotoru s magnetickým polem statoru vzniká potřebná tažná síla. Indukční relé má nízkou citlivost a výkon odezvy je v rozsahu od 0,5 do 12 wattů. Doba odezvy indukčního relé je několik milisekund.

Elektrotepelné relé je relé, jehož činnost je založena na jevu vytváření tepla elektrickým proudem.

Hlavním účelem elektrotepelného relé je chránit elektrické obvody a elektrická zařízení před přetížením. Tepelná relé se dělí na:

1. Relé s roztahovací tyčí nebo závitem, která využívají lineární roztahování pevných látek. Taková relé se často používají jako časová relé.
2. Bimetalová relé. Tato relé jsou nejběžnější. Taková zařízení se používají v systémech ochrany elektrických zařízení a také jako elektrotepelná časová relé.
3. Tavná relé používaná pro ochranu proti přetížení nízkonapěťových elektromotorů nízkého výkonu.
4. Tavné kovové relé. Jejich oblast použití je podobná oblasti použití tavných relé.