Princip činnosti proudového relé – zjednodušená verze

Relé jsou jedním z nejběžnějších zařízení pro automatizaci elektrických systémů a mechanismů. Účelem jističe je připojit nebo odpojit elektrický obvod v určitém okamžiku, kdy jsou dosaženy nastavené hodnoty nebo když jsou aplikovány vnější faktory. Relé našlo široké uplatnění v průmyslu i každodenním životě.

Co je relé, historie stvoření

Relé je spínací zařízení, se kterým se při změnách hodnot vstupního proudu spojuje nebo rozpojuje obvod elektronického nebo elektrického obvodu.

Velká obliba relé je dána jejich vysokým výkonem a spolehlivostí. Pomocí účinného spínacího zařízení se zvyšuje účinnost a životnost zařízení a strojů.

Ve vědě existuje několik názorů na to, který z výzkumníků poprvé popsal princip fungování relé. Podle některých zdrojů je známo, že zařízení bylo navrženo v letech 1830–1832. vědec z Ruska P.L Pak to byl hlavní prvek telegrafu, který vynálezce navrhl.

Podle jiných vědců vynález patří fyzikovi J. Henrymu. Relé bylo vyvinuto v roce 1835 k modernizaci telegrafního přístroje, který byl vytvořen v roce 1831. První solenoid byl nespínací přístroj pracující na elektromagnetické indukci.

Jako nezávislé reléové zařízení jej patentoval Samuel Moroz. Vynález tedy nejprve sloužil jako důležitá součást telegrafu a poté, jak se technologie vyvíjela, se začal aktivně používat pro elektrická a elektronická zařízení.

Konstrukce a princip činnosti relé

Relé je cívka skládající se z:

• nemagnetická základna s měděným vinutím doplněná tkaninou, syntetickou izolací nebo (častěji) povlakem dielektrického laku;
• kovové jádro;
• pružiny;
• kotvy;
• konektory;
• kontaktní pár.

Když je proud přiváděn do vinutí elektromagnetu nebo solenoidu, kotva připojená ke kontaktu je přitahována k jádru, čímž se dokončuje elektrický nebo elektronický obvod. Pokud síla proudu klesne na předem stanovenou hodnotu, působí pružina na kotvu, která se zase vrátí do své původní polohy, obvod se otevře a spotřebiče se vypnou.

Rezistory zajišťují hladší a přesnější provoz. Pomocí kondenzátorů systémy chrání před napěťovými rázy a jiskřením.

Elektromagnetický solenoid (nejjednodušší obvod):

Většina modifikací elektromagnetických relé je vybavena několika páry kontaktů, což zajišťuje současné ovládání několika obvodů. Princip činnosti spínacího zařízení je elektromagnetická indukce. Snadné ovládání zajišťuje bezproblémový chod zařízení.

Klíčové vlastnosti relé:

• citlivost – to znamená reakce na sílu, kterou je proud aplikován na vinutí, takže se zařízení zapne;
• odpor vinutí elektromagnetu;
• Provozní napětí udává minimální hodnotu proudu pro spínací kontakty;
• uvolňovací napětí ve formě parametru proudu, při kterém se spínací zařízení vypne;
• čas potřebný k vtažení a uvolnění kotvy;
• pracovní frekvence s provozním zatížením kontaktů.

Jak je uvedeno na diagramu

Oprava, připojení nebo vývoj elektrického zařízení se provádí pomocí speciálních obvodů. Protože relé je důležitou součástí systému, je důležité vědět, jak je schematicky označeno. K dispozici je mezinárodní klasifikátor s abecedním a grafickým označením spínacího zařízení. Na elektrických schématech je relé znázorněno jako obdélník. Napájecí kolíky jsou zobrazeny z největších stran. Písmenné označení funkčního účelu relé:

• 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.

Schematické označení spínacího zařízení:

Typy relé, kontaktní a bezkontaktní

Relé se liší provedením součásti akčního členu. Na základě této charakteristiky se rozlišují kontaktní a bezkontaktní CU. V prvním případě zařízení působí na řízený obvod prostřednictvím elektrických kontaktů:

1. Při rozepnutí kontaktů je obvod rozpojen.
2. Po připojení kontaktů je obvod uzavřen.

Kontakty mohou být vyrobeny z různých kovů:

Standardní počet kontaktů je 10. Relé se čtyřmi nebo pěti kontakty se používají hlavně k vybavení elektrických obvodů ve vozidlech pro otevírání a zavírání okruhu.

Dopadem relé na řízený obvod bezkontaktním způsobem dochází ke změně elektrických charakteristik výstupních obvodů. Patří mezi ně parametry proudu a napětí, jako jsou:

• kapacity;
• odpor;
• indukčnost;
• hodnota.

Typy relé podle účelu

Relé mají určité technické vlastnosti a výkonnostní vlastnosti. Tyto parametry zařízení jsou určeny jejich zamýšleným účelem. Existují tři typy relé:

Ovládací relé jsou primární zařízení, která se instalují přímo do elektrického obvodu. Tento typ řídicí jednotky je nezbytný pro zapínání a vypínání určitých součástí obvodu. Taková relé se používají jako nezávislý obvodový prvek nebo jsou součástí nízkonapěťových kompletních zařízení:

Spínací ochrana se zapíná a vypíná síťovými prvky s tepelnými kontakty. Mezi taková zařízení patří elektromotory a ventilátory. Pokud teplota stoupne, tepelné kontakty se otevřou. Postupem času, kdy teplota dosáhne provozních hodnot, se provoz zařízení obnoví.

Poplachová relé jsou důležitým prvkem bezpečnostních systémů instalovaných na vozidlech, v podnicích a v místních oblastech. Spínací zařízení generuje signál při dosažení nastavené hodnoty řízeného parametru. Tyto vlastnosti mohou zahrnovat:

• proud;
• Napětí;
• frekvence;
• tlak;
• teplota
• akustické parametry.

Klasifikace relé podle spínací metody

Podle způsobu instalace se relé dělí na primární a sekundární.

První kategorie zahrnuje zařízení, která jsou připojena přímo k obvodu prvku, který mají chránit. Výhodou takových relé je, že nejsou potřeba přístrojové transformátory, provozní zdroje proudu nebo ovládací kabely.

Sekundární relé jsou připojena k obvodu pomocí sekundárních transformátorů. Mají standardní charakteristiky a jsou určeny pro provoz při proudu 5 A a napětí 100 V. Přístroje této kategorie jsou velmi oblíbené a vyznačují se širokou škálou aplikací. Hlavní výhody sekundárního CG:

• přítomnost izolace, která chrání před vysokým napětím;
• univerzálnost použití pro jakékoli elektrické sítě s různými proudovými a napěťovými charakteristikami;
• možnost umístit relé na místo, které je vhodné pro servis.

Typy relé podle typu vstupního parametru

Podle tohoto kritéria je zařízení klasifikováno jako relé:

• proud;
• Napájení;
• frekvence;
• Napětí;
• tlak;
• akustické veličiny;
• množství plynu.

Relé mohou být maximální a minimální. První kategorie zahrnuje spínací zařízení, která se spouštějí při překročení stanovené hodnoty. Minimální relé reagují na pokles určitých charakteristik.

Proudové relé

Tyto KU jsou spouštěny náhlými změnami proudu. V případě potřeby vypnou jednotlivou zátěž nebo celý elektrický systém. Regulátor nastavuje maximální hodnotu proudu, při jejím dosažení dojde k vypnutí spotřebičů.

Napěťové relé

Provozní režim zařízení tohoto typu je určen hodnotou napětí. Relé připojená přes transformátory reagují na rozdíly v indikátorech, čímž řídí napěťové fáze v elektrických sítích a chrání zařízení před poruchami. Zařízení je založeno na regulátoru s rychlou odezvou, který sleduje změny napětí. Obecně uznávaným standardem pro provoz CG je rozsah méně než 170 V a více než 250 V.

Frekvenční relé

Speciální zařízení řídí frekvenci střídavého proudu. U jednofázových nebo třífázových sítí by tento indikátor měl odpovídat 50 nebo 60 Hz. Frekvenční relé se obvykle vyznačují pevným zpožděním odezvy. Prahové hodnoty otevření řízeného okruhu lze nastavit. Provozní režim takového spínacího zařízení je často doplněn o nouzovou „paměť“.

Výkonové relé

Spínací zařízení používané k omezení výkonu se vyznačuje principem činnosti podobným omezovači zátěžového proudu. Pokud je nastavená prahová hodnota překročena, jsou spotřebiče odpojeny od obvodu. Tento typ relé je často doplněn o možnost automatického restartu. Když se tedy obnoví normální parametry zátěže, zařízení začne automaticky fungovat v normálním režimu.

Tlakový spínač

Tento typ spínacího zařízení je důležitým zařízením, které je široce používáno v elektrotechnice. Nejčastěji je v čerpacích systémech instalován tlakový spínač pro řízení tlakových rázů ve vodě, oleji, oleji a vzduchu. Existují dva typy takových zařízení:

• elektromechanické;
• elektronický.

Elektromechanická zařízení jsou vybavena speciálním prvkem, který reaguje na změny tlaku v systému. Jedná se o pružnou membránu, která se ohýbá pod tlakem pracovního média. Komponenta je spojena se dvěma pružinami. Jeden z nich je nastaven na charakteristiku minimálního přípustného tlaku a druhý je nastaven na rozdíl mezi horní a dolní mezí tlaku v systému. Pokud tlak klesne a překročí minimální práh, čerpadlo se zapne pomocí relé. Když tlak překročí maximální limit, čerpadla se vypnou.

Relé se vyznačují jednoduchostí a spolehlivostí, ale během provozu poskytují určité potíže. Obsluha musí například neustále sledovat nastavení a v případě potřeby je upravovat.

Elektronická zařízení mají složitější konstrukci. Použití pokročilých technologií při konstrukci HRSG však umožňuje nastavit tlakové limity s vysokou přesností. Navíc taková relé nevyžadují pravidelné monitorování. Elektronická zařízení jsou citlivá na vodní ráz, což vysvětluje nutnost vybavit zařízení malými hydraulickými nádržemi o objemu asi 400 mililitrů. Relé je instalováno na části okruhu mezi čerpacím zařízením a počátečním bodem příjmu vody.

Akustická relé

Tato spínací zařízení jsou spouštěna změnami akustických veličin, včetně frekvence zvukové vlny a jejího tlaku, nebo akustických charakteristik materiálů, jako jsou koeficienty absorpce a odrazu. Relé se rozlišují podle principu činnosti:

• mechanické;
• elektrické.

Mechanická akustická zařízení jsou vybavena membránou, která se může ohnout pod tlakem zvukových vln. Po dosažení nastavené hodnoty tlaku se kontakty sepnou. Akustická zařízení se skládají z následujících součástí:

1. Přijímací orgán v podobě mikrofonu a filtru.
2. Zesilovač.
3. Výstupní elektrické relé.

Existuje řada zařízení, která jsou spouštěna jakýmkoli hlukem. Často jsou taková zařízení zabudována do osvětlovacích systémů. Jakýkoli zvuk vznikající v místnosti vyvolá reakci zařízení a rozsvítí se světlo. Je vhodné instalovat takové komplexy na chodbách a schodištích. Akustická relé také našla široké uplatnění při navrhování bezpečnostních systémů a „inteligentních“ hraček.

Plynová relé

Speciální spínací zařízení zajišťují ochranu proti plynu. Relé je vybaveno kovovým pouzdrem, které je zabudováno do olejového vedení. Normální stav zařízení předpokládá úplné naplnění olejem a otevřenou polohu kontaktů. V případech, kdy se koncentrace plynu v médiu zvýší, dojde k naplnění horní části zařízení a vytlačení oleje z konstrukce. V tomto případě jsou kontakty v signálním obvodu uzavřeny kvůli signálům z plováku, který při poklesu hladiny oleje klesá a otáčí se kolem své osy. Tímto způsobem je generován signál o vysoké plynové kontaminaci prostředí.

Mezilehlá relé

Spínací zařízení středního typu mají pomocné funkce. Jsou instalovány v automatických obvodech a řídicích obvodech. Hlavní úlohy, které relé řeší, jsou sepnutí nebo rozepnutí více okruhů najednou, sepnutí jednoho a současné rozepnutí dalšího okruhu a další funkce. Tato zařízení se používají při realizaci obvodů pro zesilování a konverzi elektrických signálů, záznam dat a programování, distribuci elektřiny se sledováním výkonových charakteristik určitých komponent a propojování komponent elektronických zařízení s různými principy činnosti.

Elektromagnetická relé se často používají jako mezilehlá zařízení. Na základě konstrukčních prvků a zamýšleného účelu jsou doplněny o následující typy kontaktů:

1. Normálně otevřeno (zavřeno). Kontakty jsou deaktivovány, když není napájení a sepnou, když je přivedeno napětí.
2. Normálně zavřený (otevřený). Normální provoz předpokládá, že kontakty jsou v sepnutém stavu. Přívod elektřiny je doprovázen rozepnutím kontaktů.
3. Reverzibilní. Relé jsou v tomto případě doplněna o střední kontakt, který je sepnut pevným kontaktem. Po přivedení proudu se střední kontakt odpojí od prvního pevného kontaktu a sepne druhý pevný kontakt.

Relé je užitečný vynález, s jehož pomocí moderní elektrotechnika dosáhla vysoké úrovně a dále se rozvíjí. Chcete-li správně používat spínací zařízení, musíte dobře rozumět elektrickým obvodům a provádět přesné výpočty. Někdy je pro studenty obtížné porozumět fyzikálním veličinám. Pro tento případ existuje služba Phoenix.Help, jejíž kompetentní specialisté pomohou vyřešit problémy jakékoli složitosti.

Různá automatická zařízení obklopující člověka jsou postavena na dvou principech fungování nebo jejich kombinaci. Bavíme se o mechanice a elektrotechnice. Ty v podstatě využívají elektrický proud, jehož pohyb v elektrickém vedení je řízen ovládacími zařízeními. Patří mezi ně automatické a ruční spínače, reostaty a kondenzátory. Mezi první z nich patří relé různých typů: čas, osvětlení, proud.

Různé typy relé:

Princip činnosti zmíněných jističů spočívá v jednoduchém připojení a odpojení vedení toku energie ke spotřebiči. Funkčnost jako samostatné zařízení je dána skutečností, že počáteční impuls změny stavu může mít velmi nízký výkon – pouze několik milivoltů a mikroampérů, nebo gigantické, mimo stabilitu připojených spotřebičů. Stroj však bez problémů změní stav linky. První nuance týkající se relé je také důležitá v případě, kdy se k řízení toku proudu používají senzory, hodinové stroje nebo jakákoli jiná zařízení s nízkou spotřebou, která nejsou schopna provádět jiné činnosti než měření.

Proudová relé se používají jako součást ochranných zařízení, která chrání koncové spotřebitele před náhlými změnami v napájecí síti. Mluvíme o ampérových skokech nahoru a jejich okamžitém poklesu pod provozní úroveň. V takových chvílích automatická proudová relé vypínají napájení linky a chrání klientská zařízení před okolnostmi vyšší moci.

Většina lidí se přímo setkává s vybavením tohoto plánu. Stačí vyvolat automatické spínače umístěné na vstupu elektrického vedení do libovolného prostoru. Jsou jednou z možností proudových relé, určených pro standardní parametry sítě 220 V V případě, že dojde k prudkému nárůstu zatížení napájecího kanálu umístěného za strojem, dojde k vypnutí toku elektřiny v. směr nadměrné spotřeby. Obvykle se to stane, když dojde ke zkratu, který může způsobit požár. Zablokování toku proudu v takové situaci ušetří nejen zařízení na lince, ale také majetek majitele.

Princip činnosti a zařízení

Použití proudového relé:

Proudová relé mají minimální a maximální provozní hodnoty. První vypínají linku, když hodnota spotřeby klesne pod určitou úroveň, druhé, když odporová charakteristika překročí danou hodnotu. Fyzicky jsou na trhu prezentovány ve třech typech provedení: elektromagnetické, elektronické a digitální. Moderní modely kombinují všechny typy proudových relé v jednom zařízení.

Elektromagnetické

Nejjednodušší typ na výrobu, vyznačující se spolehlivostí, cenou a snadností použití. Základem jeho funkčnosti je boj mezi dvěma silami – mechanickou (snaží se pohnout kontaktním tlačníkem v jednom směru) a elektromagnetickou (pohybuje jej opačným směrem). První je určena konvenční pružinou se schopností regulovat trakci. Druhým je vinutí umístěné kolem pohyblivého prvku.

Zařízení pro relé elektromagnetického proudu:

U podproudového relé se stykač nejprve rozepne působením pružiny. Když je připojeno napájení, elektromagnet překoná mechanickou sílu a spojí vedení. Jakmile proud klesne pod určitou úroveň, výkon cívky již nebude stačit k překonání působení pružiny a kontakt se opět rozepne.

U relé pracujících na maximální proud je situace opačná. Zpočátku je vedení připojeno působením mechanické síly. Cívka se ji snaží otevřít, ale zatímco proud, který jí prochází, je slabý, pohyblivý prvek nedokáže překonat mechanický odpor.

• cena;
• jednoduchost;
• spolehlivost;
• skromnost.

• závislost na provozuschopnosti mechanické části;
• nepřesnost měření;
• nízká řezná rychlost;
• degradace citlivosti v průběhu času v důsledku opotřebení pružiny;

Mechanická zařízení této třídy nejsou univerzální, dělí se na relé maximálního a minimálního proudu.

Elektronické

Na rozdíl od předchozího typu nevyžadují pohyblivé části. Celá vnitřní struktura se skládá z:

• řídicí obvod jednoho nebo dvou tranzistorů nebo tyristorů omezujících odpor;
• sekvence prvků, které převádějí proudy k napájení obvodu;
• modul pro provádění vypnutí.

Ten může mít jak mechanickou, tak elektronickou strukturu. Níže je například uveden jednoduchý návrh stroje:

Horní mez pro činnost relé maximálního proudu je nastavena odporem R2. Dolní R3. Ten pro výše uvedený okruh je 0.2–0.3 A.

Zátěž na vedení X1 snižuje napětí na R3, část jeho zbytku jde na R2, kde je zhášena odporem rezistoru. Pokud počet ampérů překročí zadanou mez a proud pokračuje, báze tranzistoru V3 se otevře. To způsobí sepnutí vypínacího relé K1. Což otevřením kontaktů K1.1 a K1.2 přeruší obvod napájení zátěže. Chcete-li zařízení vrátit do neutrálního stavu toku proudu, použijte tlačítko S1 „Reset“.

Pokud jde o zbývající součásti obvodu, jako stabilizovaný zdroj energie pro zbývající prvky struktury slouží kombinace zenerovy diody V1, diody V2, rezistoru R1 a kondenzátoru C1. V4 chrání tranzistorový emitor před zpětným tokem energie v případě změny polarity v obvodech. K této události obvykle dochází, když je aktivováno elektromagnetické vypínací relé K1.

Jeden z průmyslových modelů elektronických proudových relé:

• univerzálnost zařízení – relé maximálního a minimálního proudu jsou zapojeny do společného, ​​relativně jednoduchého provedení;
• Jistič má dobrou citlivost.

• menší spolehlivost ve srovnání s elektromagnetickými;
• rozšíření funkcí pouze kvůli komplikovanosti obvodu.

Digitální

Další vývoj elektronických proudových relé vedl ke vzniku digitálních modelů. Zařízení ukládá informace o spotřebě v digitální podobě. Získá to převodem hodnot analogového senzoru na binární kód. Pokud je rozdíl příliš velký, mimo uživatelsky nastavené limity, zátěžové vedení se odpojí. Pokud se spotřeba vrátí do normálu, stroj jej znovu aktivuje. Není neobvyklé vybavit digitální proudová relé schopností komunikace s dalším zařízením, což usnadňuje jejich integraci do systémů chytré domácnosti.

Schéma uspořádání digitálního proudového relé a fotografie konečného zařízení:

• funkčnost;
• možnost vzdáleného ovládání sítě;
• nastavení parametrů zařízení;
• přesnost měření.

Nebyly zjištěny žádné nedostatky.

Praktické použití

Nuance použití nadproudových relé mezi jinými ochrannými zařízeními je možnost ručně nastavit parametry pro maximální a minimální proudové limity ve výstupním vedení, překročení vede k jeho zablokování. Tato zařízení se stávají zvláště důležitá v případech, kdy se zátěž sama periodicky zvyšuje na velké provozní hodnoty, například v případě elektromotorů. Jejich spuštění je rychlé, ale plynulé zvýšení spotřeby s následným poklesem na energetické normy. Jistič musí detekovat jmenovaný faktor bez vypnutí a zároveň reagovat na zkraty. Ty jsou podobné zařízením, která jsou spouštěna zvýšením odporu vedení, do kterého začne proudit elektřina ve velkém množství. Rozdíl spočívá pouze v okamžiku zvýšení zátěže. Není hladká, jako v případě elektromotoru, ale pilová. To znamená, že se prudce zvyšuje na maximum a v průběhu času neklesá.

Regulátory špičkového výkonu a nastavení pauzy pro zapnutí a vypnutí jsou jasně viditelné:

Další výhodou použití proudového relé je přítomnost pauzy při zapnutí mezi nastaveními. Faktem je, že v okamžiku připojení jakékoli zátěže k lince dochází ke skokovému nárůstu spotřeby. Stroj by neměl okamžitě vypínat napájení, ale měl by počkat určitou dobu, aby se zkontrolovala následná normalizace charakteristik spotřeby. A pokud odpor zátěže zůstává vysoký, vypněte napájení.

Mezi přerušením toku proudu a jeho obnovením musí být pauza, jinak může klientské zařízení selhat. To platí zejména pro transformátorová zařízení a elektromotory. Tedy všechna zařízení, kde je budicí vinutí.

Schémata zapojení proudových relé

Jako u všech případů použití klasické elektroinstalace je zde třífázové napájení a je určeno pro jednu linku. Podle toho se proudová ochranná relé dělí podle zapojení.

Jednoduché připojení třífázového proudového relé:

V jedné fázi bude obraz mírně odlišný. V níže uvedeném schématu byste měli věnovat pozornost připojení měřeného vedení přímo a přes proudový transformátor ke stroji. V druhém případě se šířka pracovního rozsahu zvětšuje. Použití zátěže v obou verzích měřicího obvodu je povinné, protože je určen počet ampérů vedení, pro které je nutné zajistit tok proudu v něm.

Rozvoj technologií vedl k rozdělení odběrných zařízení na prioritní a sekundární. První zahrnuje počítače, televize, set-top boxy a veškeré vybavení, které není žádoucí vypínat. Druhá zahrnuje zbytek vybavení, odpojení silového kontaktu od vedení je přijatelné. Mnoho proudových relé umožňuje ovládat dva typy zařízení samostatně – prioritní a sekundární.

Schéma zapojení pro prioritní a sekundární zátěž:

Poslední schéma je zajímavé i tím, že indukční metoda se používá jako proudový průtokoměr, u kterého stačí umístit napájecí vedení ke spotřebitelům mezi odpovídající snímače. To znamená, že není potřeba samostatné zatížení – svou roli hrají prioritní zařízení a samostatný proudový transformátor je nahrazen vestavěným. Jeho druhé vinutí je navíc samotný napájecí kanál pro klientské zařízení.

A schéma, které se týká konkrétně obvodů ochrany motoru. Jeho hlavní oblastí použití je výroba, protože výkonné třífázové motory se v každodenním životě používají jen zřídka.

Obvod ochrany motoru pomocí nadproudového relé:

Každý konkrétní model proudového relé má v závislosti na jeho funkčnosti a vnitřní struktuře nuance připojení. Je vhodné se s nimi seznámit v návodu k obsluze, aby se předešlo následným havarijním situacím.

Proudové relé je stroj, který chrání zařízení před přepětím. Jeho provoz je způsoben přepětím v ampérech, ke kterému dochází v důsledku zkratů, příliš vysokého zatížení nebo jiných okolností vyšší moci. V tomto případě nejsou relé podobného typu citlivá na dočasné zvýšení síly proudu.

Související videa

• Hlavní
• Оборудование
• Startéry, relé, motory