Електромагнітні реле, завдяки простим принципом дії і високої надійності, отримали найширше застосування в системах автоматики і в схемах захисту електроустановок.
Електромагнітні реле діляться на реле постійного і змінного струму.
Реле постійного струму діляться на нейтральні і поляризовані.
Нейтральні реле однаково реагують на постійний струм обох напрямків, що протікає по його обмотці,
Мал. 57 а. Принцип дії реле
а поляризовані реле реагують на полярність керуючого сигналу.
Робота електромагнітних реле заснована на використанні електромагнітних сил, що виникають в металевому сердечнику при проходженні струму по витків його котушки. Деталі реле монтуються на підставі і закриваються кришкою. Над сердечником електромагніта встановлений рухливий якір (пластина) з одним або
Мал. 57 б. схема реле
декількома контактами. Навпаки них знаходяться відповідні парні нерухомі контакти.
У вихідному положенні якір утримується пружиною. При подачі напруги електромагніт притягує якір, долаючи її зусилля, і замикає або розмикає контакти в залежності від конструкції реле. Після відключення напруги пружина повертає якір в початкове положення. В деякі моделі, можуть бути вбудовані електронні елементи. Це резистор, підключений до обмотки котушки для більш чіткого спрацьовування реле, або (і) конденсатор, паралельний контактам для зниження іскріння і перешкод.
Керована ланцюг електрично ніяк не пов'язана з керуючої, більш того в керованої ланцюга величина струму може бути набагато більше, ніж в керуючої. Тобто, реле по суті виконують роль підсилювача струму, напруги та потужності в електричному ланцюзі.
Реле змінного струму спрацьовують при подачі на їх обмотки струму певної частоти, тобто основним джерелом енергії є мережа змінного струму. Конструкція реле змінного струму нагадує конструкцію реле постійного струму, тільки сердечник і якір виготовляються з листів електротехнічної сталі, щоб зменшити втрати на гістерезис і вихрові струми.
Довідка. вихрові струми, струми Фуко (на честь французького фізика Фуко) - вихрові індукційні струми, що виникають в масивних провідниках при зміні пронизливого їх магнітного потоку.
Вперше вихрові струми були виявлені французьким ученим Д.Ф Араго (1786-1853) в 1824 р в мідному диску, розташованому на осі під обертається магнітною стрілкою. За рахунок вихрових струмів диск приходив в обертання. Це явище, назване явищем Араго, було пояснено кілька років по тому M. Фарадеем з позицій відкритого ним закону електромагнітної індукції: обертається магнітне поле наводить в мідному диску струми (вихрові), які взаємодіють з магнітною стрілкою. Вихрові струми були детально вивчені французьким фізиком Фуко (1819-1868 р.р.) і названі його ім'ям. Він відкрив явище нагрівання металевих тіл, що обертаються в магнітному полі, вихровими струмами.
Токи Фуко виникають під впливом змінного електромагнітного поля і по фізичній природі нічим не відрізняються від індукційних струмів, що виникають в лінійних проводах. Вони вихрові, тобто, замкнуті в кільця.
Електричний опір масивного провідника мало, тому струми Фуко досягають дуже великої сили. Відповідно до правила Ленца вони вибирають всередині провідника такий напрямок і шлях, щоб противитися причини, що викликає їх. Тому що рухаються в сильному магнітному полі хороші провідники відчувають сильне гальмування, обумовлене взаємодією струмів Фуко з магнітним полем. Ця властивість використовується для демпфірування рухомих частин гальванометрів, сейсмографів і ін.
Теплова дія струмів Фуко використовується в індукційних печах - в котушку, що живиться високочастотним генератором великої потужності, поміщають провідне тіло, в ньому виникають вихрові струми, що розігрівають його до плавлення.
У багатьох випадках струми Фуко можуть бути небажаними. Для боротьби з ними приймаються спеціальні заходи: з метою запобігання втрат енергії на нагрівання сердечників трансформаторів, ці сердечники набирають з тонких пластин. розділених ізолюючими прошарками. Поява феритів зробило можливим виготовлення цих провідників суцільними.
Ферит (лат. Ferrum - залізо), фазова складова сплавів заліза, що представляє собою твердий розчин вуглецю і легуючих елементів.
Переваги та недоліки електромагнітних реле
Електромагнітне реле має низку переваг, відсутніх у напівпровідникових конкурентів:
здатність комутації навантажень потужністю до 4 кВт при обсязі реле менше 10 см3;
стійкість до імпульсних перенапруг і руйнівним перешкод, що з'являються при розрядах блискавок і в результаті комутаційних процесів в високовольтної електротехніці;
виняткова електрична ізоляція між керуючою ланцюгом (котушкою) і контактною групою;
мале падіння напруги на замкнутих контактах, і, як наслідок, мале виділення тепла: при комутації струму 10 А малогабаритне реле сумарно розсіює на котушці і контактах менше 0,5 Вт;
низька ціна електромагнітних реле в порівнянні з напівпровідниковими ключами.
Недоліки реле. мала швидкість роботи, обмежений (хоча і дуже великий) електричний і механічний ресурс, створення радіоперешкод при замиканні і розмиканні контактів.
Мал. 58. Умовні позначення реле в схемах
1 - обмотка реле (керуюча ланцюг), 2 - контакт замикає, 3 - контакт розмикає, 4 - контакт, який замикає зі сповільнювачем при спрацьовуванні, 5 - контакт замикає зі сповільнювачем при поверненні, 6 - контакт імпульсний замикає, 7 - контакт замикає без самоповернення , 8 - контакт розмикає без самоповернення, 9 - контакт розмикає з сповільнювачем при спрацьовуванні, 10 - контакт розмикає з сповільнювачем при поверненні.
Принципова схема включення вторинного реле максимального струму прямої дії приведена на рис. 59. Обмотка реле 1, підключена до вторинної обмотці трансформатора струму 5, обтекается вторинним струмом і відділена від високої напруги і струмоведучих частин.
При збільшенні струму в реле до струму спрацьовування якір 2 долає зусилля пружини 6, втягується і вдаряє бойком 3 по засувці 4, утримує механізм приводу вимикача у включеному положенні. Засувка, повертаючись, звільняє механізм приводу вимикача, який відключається під дією пружини 7.
Після відключення вимикача проходження струму в обмотці реле припиняється і сердечник з бойком і клямка повертаються в початкове положення.
Мал. 59. Принципова схема
Таким чином реле при спрацьовуванні виробляє безпосереднє відключення вимикача шляхом механічної дії на його привід, розвиваючи при цьому значних зусиль порядку 4,9-9,8 Н і більше. Для створення такого зусилля реле споживає від трансформаторів струму велику потужність.