Машины на электронных реле кратко
Обновлено: 30.06.2024
Реле – это переключатель. Причем не совсем обычный. Когда в подъезде лампочка загорается от звука шагов, это не волшебство, это работает реле. В этой статье расскажем о назначении реле и принципе его работы.
Существует очень много типов и классификаций реле. Но мы поговорим не только о них, но и о том, что такое реле и как оно работает. Поехали!
Что такое реле
Определение реле таково:
Реле – это электромагнитное коммутационное устройство, предназначенное для установки и разрыва соединений в электрических цепях. Реле срабатывает при скачкообразном изменении входной величины.
Говоря проще, когда входная величина меняется (ток, напряжение), реле замыкает или размыкает цепь. При этом в зависимости от типа реле входная величина не обязательно имеет электрическую природу.
Как работает реле?
Во-первых, вспомним Джозефа Генри, с именем которого связано понятие индуктивности. Провод, по которому течет ток, является магнитом. Если мы намотаем провод витками на сердечник, то получится катушка индуктивности.
Как катушка индуктивности ведет себя в цепи переменного тока? Если катушку включить в цепь, то фаза тока в цепи будет отставать от напряжения. Другими словами, при максимальном значении напряжения ток будет минимален и наоборот.
Это связано с тем, что когда катушка включена в цепь, в ней возникает ЭДС самоиндукции, которая препятствует росту основного тока через катушку.
Теперь вернемся к реле. Простейшее электромагнитное реле состоит из электромагнита (катушки), якоря и соединяющих элементов. При подаче электрического тока на катушку она притягивает якорь с контактом, который замыкает цепь.
Чтобы представить все это, посмотрим на рисунок:
Здесь 1 - катушка, 2 - якорь, 3 - коммутационные контакты.
Реле имеет две цепи: управляющую и управляемую. Управляющая цепь – это цепь, через которую ток подается на катушку. Управляемая – цепь, которую и замыкает якорь при срабатывании реле.
Таким образом, реле позволяет контролировать большие токи в управляемой цепи при помощи слаботочной управляющей цепи.
На каждом реле есть обозначения контактов управляемой и управляющей цепи. Также на корпусе изделия указаны значения тока и напряжения, на которые рассчитано реле.
Электромагнитное реле, рассмотренное выше, не работает мгновенно. После подачи тока на катушку должно пройти какое-то время, и лишь потом реле сработает. Это связано с таким явлением, как гистерезис. Гистерезис переводится с латинского как отставание или запаздывание.
Мы уже говорили про ЭДС самоиндукции, возникающую в катушке. Когда реле включается в цепь, в катушке начинает течь ток, но сила тока нарастает постепенно. Нарастание тока в катушке можно представить в виде петли гистерезиса. Когда нужное значение силы тока достигнуто, реле срабатывает.
По этой причине реле не используются в самой быстродействующей аппаратуре, где время срабатывания должно быть сведено практически к нулю.
Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы
Типы реле
В зависимости от входной величины, на которую реагирует реле, бывают:
- реле тока;
- реле напряжения;
- реле частоты;
- реле мощности.
Также в зависимости от принципа действия различают:
- электромагнитные реле;
- магнитоэлектрические реле;
- тепловые реле;
- индукционные реле;
- полупроводниковые реле.
Применение реле
В основном реле применяются для защиты силовой аппаратуры от перенапряжений, в электронике автомобилей. Реле также присутствуют во многих бытовых приборах. В чайнике используется тепловое реле. В каждом холодильнике есть пусковое реле.
Джозеф Генри изобрел реле в 1835 году. Первые реле нашли свое предназначение в телеграфии.
Например, логично предположить, что реле тока служит для контроля силы тока в цепи.
Так, при перегрузках на электродвигателе включается реле тока, которое своими контактами включает реле времени. По прошествии допустимого времени работы двигателя в режиме перегрузки реле времени разрывает цепь.
Конечно, сначала все это может показаться сложным и запутанным. Однако если начать разбираться и приложить немного усилий, вы в скором времени сами сможете не только рассказать про устройство и принцип действия реле, но и успешно заняться его подключением. А в будущем, возможно, стать специалистом по релейной защите.
Когда есть студенческий сервис, специалисты которого готовы оказать помощь в любое время, больше не нужно бояться трудных предметов и строгих преподавателей.
Напоследок видео, в котором подробно, наглядно и просто рассказывается о том, как работает реле:
Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.
Как устроено и применяется реле
К ак известно, габариты и мощность выключателя, коммутирующего мощную нагрузку, должны этой нагрузке соответствовать. Нельзя включить такие серьезные потребители тока в автомобиле, как, скажем, вентилятор радиатора или обогрев стекла крошечной кнопочкой – её контакты просто сгорят от одного-двух нажатий. Соответственно, кнопка должна быть крупной, мощной, тугой, с четкой фиксацией положений on/off. К ней должны подходить длинные толстые провода, рассчитанные на полный ток нагрузки.
Но в современном автомобиле с его изящным дизайном интерьера места таким кнопкам нет, да и толстые провода с дорогостоящей медью стараются применять экономно. Поэтому в качестве дистанционного силового коммутатора чаще всего применяется реле – оно устанавливается рядом с нагрузкой или в релейном боксе, а управляем мы им с помощью крошечной маломощной кнопочки с подведенными к ней тоненькими проводками, дизайн которой легко вписать в салон современной машины.
Внутри простейшего типичного реле располагается электромагнит, на который подается слабый управляющий сигнал, а уже подвижное коромысло, которое притягивает к себе сработавший электромагнит, в свою очередь замыкает два силовых контакта, которые и включают мощную электрическую цепь.
В автомобилях чаще всего используются два типа реле: с парой замыкающих контактов и с тройкой переключающих. В последнем при срабатывании реле один контакт замыкается на общий, а второй в это время отключается от него. Существуют, конечно же, и более сложные реле, с несколькими группами контактов в одном корпусе – замыкающими, размыкающими, переключающими. Но встречаются они существенно реже.
Наиболее распространенные универсальные автомобильные реле и их контактные выводы со стандартным расположением ножек для установки в блок предохранителей или в выносную колодку выглядят так:
Герметичное реле из комплекта нештатного ксенона выглядит иначе. Залитый компаундом корпус позволяет ему надежно работать при установке вблизи фар, где водяной и грязевой туман проникают под капот через решетку радиатора. Цоколевка выводов – нестандартная, поэтому реле комплектуется собственным разъемом.
Для коммутации больших токов, в десятки и сотни ампер, используют реле иной конструкции, нежели описанные выше. Технически суть неизменна – обмотка примагничивает к себе подвижный сердечник, который замыкает контакты, но контакты имеют значительную площадь, крепление проводов – под болт от М6 и толще, обмотка – повышенной мощности. Конструктивно эти реле сходны со втягивающим реле стартера. Применяются они на грузовых машинах в качестве выключателей массы и пусковых реле того же стартера, на разной спецтехнике для включения особо мощных потребителей. Нештатно их используют для аварийной коммутации джиперских лебедок, создания систем пневмоподвески, в качестве главного реле системы самодельных электромобилей и т.п.
Что нужно знать о работе реле?
В прежние годы чаще использовалось постоянное подключение реле к минусу и плюсовой управляющий сигнал, сейчас более распространен обратный вариант. Хотя это не догма – бывает по-всякому, в том числе и в рамках одного автомобиля. Единственный вариант исключения из правил – реле, в котором параллельно обмотке подключен диод – тут уже полярность важна.
Если напряжение на обмотку реле подает не кнопка, а электронный модуль (штатный или нештатный – например, охранное оборудование), то при отключении обмотка дает индуктивный всплеск напряжения, который способен повредить управляющую электронику. Чтобы погасить всплеск, параллельно обмотке реле включается защитный диод.
Как правило, внутри электронных узлов эти диоды уже есть, но иногда (в особенности в случае различного допоборудования) требуется реле со встроенным внутри диодом (в этом случае его символ маркирован на корпусе), а изредка применяется выносная колодка с диодом, припаянным со стороны проводов. И если вы устанавливаете какое-то нештатное электрооборудование, нуждающееся, согласно инструкции, в таком реле, требуется строго соблюдать полярность при подключении обмотки.
Обмотка реле потребляет мощность около 2-2,5 ватт, из-за чего его корпус во время работы может достаточно сильно греться – это не криминально. Но нагрев допускается у обмотки, а не у контактов. Перегрев же контактов для реле губителен: они обугливаются, разрушаются и деформируются. Такое случается чаще всего в неудачных экземплярах реле российского и китайского производства, у которых плоскости контактов порой не параллельны друг другу, контактная поверхность из-за перекоса недостаточна, и при работе идет точечный токовый разогрев.
Реле не выходит из строя мгновенно, но рано или поздно перестает включать нагрузку, или наоборот – контакты привариваются друг к другу, и реле перестает размыкаться. К сожалению, выявить и предупредить такую проблему не совсем реально.
Проверка реле
При ремонте неисправное реле обычно временно подменяют исправным, а затем заменяют на аналогичное, и дело с концом. Однако мало ли какие задачи могут возникнуть, к примеру, при установке дополнительного оборудования. А значит, полезно будет знать элементарный алгоритм проверки реле с целью диагностики или уточнения цоколевки – вдруг попалось нестандартное? Для этого нам понадобятся источник питания с напряжением 12 вольт (блок питания или два провода от аккумулятора) и тестер, включенный в режиме измерения сопротивления.
На одной из комбинаций выводов омметр должен показать сопротивление около 80 ом – это обмотка, запомним или пометим её контакты (у автомобильных 12-вольтовых реле наиболее распространенных типоразмеров это сопротивление бывает в диапазоне от 70 до 120 ом). Подадим на обмотку напряжение 12 вольт от блока питания или АКБ – реле должно отчетливо щелкнуть.
Соответственно, два других вывода должны показывать бесконечное сопротивление – это наши нормально разомкнутые рабочие контакты. Подключаем к ним тестер в режиме прозвонки, а на обмотку одновременно подаем 12 вольт. Реле щелкнуло, тестер запищал – все в порядке, реле работает.
Если же вдруг на рабочих выводах прибор показывает замыкание даже без подачи напряжения на обмотку, значит, нам попалось редкое реле с НОРМАЛЬНО ЗАМКНУТЫМИ контактами (размыкающимися при подаче напряжения на обмотку), либо, что более вероятно, контакты от перегрузки оплавились и сварились, замкнувшись накоротко. В последнем случае реле отправляется в утиль.
Реле – коммутационное устройство (КУ), соединяющее или разъединяющее цепь электронной или электрической схемы при изменении входных величин тока. Прежде чем мы перейдем к детальному рассмотрению того, что такое реле, как устроено, по какому принципу работает и где применяется, пожалуй, нужно узнать, когда это устройство впервые появилось и кто его изобретатель.
История создания
Первенство создания реле спорно. Некоторые утверждают, что впервые это устройство было сконструировано в 1830—1832 гг. русским ученым Шиллингом П.Л. и являлось основным элементом вызывающего механизма в разработанном им же варианте телеграфа.
Другие научные историки приписывают первенство изобретения известному физику Дж. Генри, который в 1835 г. разработал контактное реле во время усовершенствования созданного им в 1831 году телеграфного аппарата. Первый соленоид работал по принципу электромагнитной индукции и был некоммутационным устройством.
Реле, в качестве самостоятельного устройства, впервые упоминается в патенте на телеграф, выданном Самуэлю Морозе.
Первое реле Морзе
Как видим, первой сферой применения этого коммутационного устройства был телеграф и только позднее с развитием техники он стал применяться в электрическом и электронном оборудовании.
Устройство и принцип работы реле
Реле представляет собой катушку, состоящую из немагнитного основания, на которое намотан провод из меди с тканевой или синтетической изоляцией, но чаще всего с диэлектрическим лаковым покрытием. Внутри катушки установленной на нетокопроводящее основание, размещается металлический сердечник. Также в устройстве имеются пружины, якорь, соединительные элементы и пары контактов.
При подаче тока на обмотку электромагнита (соленоида) сердечник притягивает якорь, который соединяется с контактом и электрическая или электронная цепь замыкается. При снижении силы тока до определенного значения, якорь, под действием пружины, возвращается на исходную позицию, вследствие чего происходит размыкание цепи.
Более плавная и точная работа достигается благодаря использованию резисторов, а защиту от скачков напряжения и искрения обеспечивает установка конденсаторов.
У большинства электромагнитных реле имеется не одна, а несколько пар контактов, что позволяет управлять несколькими цепями одновременно.
Простейшая схема устройства электромагнитного соленоида
Если в двух словах, то этот вид коммутационного устройства работает по принципу электромагнитной индукции. Благодаря довольно простому принципу действия реле имеют высокую надежность в эксплуатации.
Этот вопрос рано или поздно возникает практически у всех автовладельцев. Эти маленькие черные коробочки, в изобилии расставленные по автомобилю, что-то делают внутри себя, щелкают, тикают и иногда ломаются. Что же такое – реле?
Вообще, реле бывают разные. Существует огромное количество реле, делящихся по типу срабатывания, напряжению, сфере применения и так далее. Но в рамках этой статьи мы разберемся с обычными электромеханическими реле, которые используются в любых автомобилях, которые вы видите вокруг.
Что такое реле?
Автомобильное реле с четырьмя контактами – самое распространенное
Реле – это устройство, которое позволяет замыкать или размыкать электрическую цепь по определенному сигналу. В классическом варианте такой сигнал является обычным напряжением, но поданном на отдельные контакты. Зачем это нужно?
Реле используют, во-первых, для того, чтобы можно было управлять мощными потребителями электричества при помощи слабых элементов управления. Во-вторых, реле дает возможность включать несколько потребителей одной кнопкой.
Пример из жизни: обычные автомобильные фары. Галогенные лампочки в фарах, как правило, имеют мощность 55 Ватт. Их две, а это значит, что общая мощность уже 110 Ватт. Когда вы нажимаете кнопку в салоне или поворачиваете выключатель фар, то лампочки в фарах зажигаются и создают нагрузку в проводах как раз на эти 110 Ватт. Данная мощность не маленькая, и без реле вся она проходила бы через выключатель. Для того чтобы такое реализовать, пришлось бы проводить в салон толстые провода, да и сам выключатель был бы могучим и скорее всего некрасивым. Поместить его в подрулевой выключатель (как, например, на японских машинах) вряд ли бы удалось.
От всего этого освобождает реле. Чтобы понять, как оно это делает, давайте рассмотрим его внутреннее устройство.
Как устроено реле?
На силовые же контакты подключаются мощные провода, и получается, что реле, как бы разрывает эти провода на две части, чтобы была возможность управлять током внутри них.
Реле бывают не только с четырьмя контактами (два управляющих, два силовых), но и с большим их количеством. Однако, в большинстве случаев, в машинах применяются все-таки 4-х контактные реле.
Как работает автомобильное реле?
Принцип действия реле
Главная прелесть этой конструкции в том, что электромагнит, требует очень маленькое напряжение для своей работы. А оно подается из салона от красивых и небольших кнопок или крутилок. Эти далеко не мощные органы управления уже не подвержены большим токовым нагрузкам, а всего лишь подают слабый сигнал на магнит.
Схема подключения фар через реле иногда приводит к странной неисправности, которая заставляет задуматься новичков: фары после выключения продолжают светиться. Это происходит из-за образования нагара на силовых контактах внутри реле и прилипания к ним перемычки. То есть, когда мы отключаем фары, исчезает напряжение с электромагнита и перемычка должна возвратиться обратно, отключив фары, но не может, потому что залипла.
В этом случае можно или отключить аккумулятор и потом разобраться с реле или снять с реле хотя бы один силовой контакт. Фары при этом погаснут. Главное – если снятый контакт силовой и он один (не в составе колодки), его обязательно нужно заизолировать, чтобы не допустить короткого замыкания. Если к реле подключена колодка, то колодку тоже нужно снять и обмотать изолентой. Как пользоваться изолентой?
Вторая полезность реле – возможность подключения к одной кнопке нескольких потребителей. Так, например, на некоторых автомобилях при включении подогрева заднего стекла включается еще и обогрев зеркал. При этом кнопка управляет только реле, а уже через него включается одновременно два потребителя.
Какие бывают реле в машине?
Реле контроля исправности ламп на “Десятке”. Внутри него – электронная схема, определяющая по величине проходящего тока целостность нитей лампочек.
Обычные реле делятся на нормально-разомкнутые и нормально-замкнутые. Эта классификация определяет, в каком состоянии находится та самая перемычка, когда электромагнит обесточен. То есть, если при выключенном состоянии магнита, силовые контакты не замкнуты, то реле – нормально-разомкнутое. Замыкается оно только в момент подключения магнита.
Именно такие реле используются в автомобилях. В современных авто, при помощи реле подключаются фары, стартер, звуковой сигнал, блок управления двигателем, бензонасос, электроусилитель руля и прочее оборудование.
Читайте также: