Что такое электромагнитное реле

Современный автомобиль — это развитая электрическая система с десятками электроприборов различного назначения. Управление этими приборами строится на основе простых устройств — электромагнитных реле. Все о реле, их типах, конструкции и работе, а также об их верном выборе и замене — читайте в статье.

Автомобильное электромагнитное реле — элемент электрической системы транспортного средства; электромеханическое устройство управления, обеспечивающее замыкание и размыкание электрических цепей при подаче управляющего сигнала с органов управления на приборной панели или от датчиков.

Каждое современное транспортное средство оснащается развитой электрической системой, которая включает в себя десятки, а то и сотни цепей с различными приборами — лампами, электромоторами, датчиками, электронными блоками и т.д. Большинство цепей управляется вручную водителем, однако коммутация этих цепей осуществляется не напрямую с приборной панели, а дистанционно с помощью вспомогательных элементов — электромагнитных реле.

Электромагнитные реле выполняют несколько функций:

• Обеспечивают дистанционное управление силовыми цепями, делая ненужным протягивание проводов большого сечения непосредственно к приборной панели автомобиля;
• Разделяют силовые цепи и цепи управления электрооборудованием, повышая безопасность и надежность электросистемы транспортного средства;
• Сокращают длину проводов силовых цепей;
• Облегчают реализацию централизованной системы управления электрооборудованием автомобиля — реле собираются в одном или нескольких блоках, в которых сходятся большое число электрических цепей;
• Некоторые типы реле — снижают уровень электрических помех, возникающих при коммутации силовых цепей.

Конструкция автомобильного реле

Принцип работы 4-х и 5-контактных реле

Реле являются важными деталями электросистемы транспортного средства, некорректная работа этих деталей или их выход из строя приводит к потере работоспособности отдельных электрических приборов или целых групп электрооборудования, в том числе и критически важного для функционирования автомобиля. Поэтому неисправные реле должны как можно скорее заменяться на новые, но прежде, чем идти в магазин за этими деталями, следует разобраться в их типах, конструкции и характеристиках.

Типы, конструкция и принцип работы электромагнитных реле

Все автомобильные реле, независимо от типа и применяемости, имеют принципиально одинаковую конструкцию. Реле состоит из трех основных деталей: электромагнита, подвижного якоря и контактной группы. Электромагнит представляет собой обмотку из эмалированного медного провода малого сечения, установленную на металлическом сердечнике (магнитопроводе). Подвижный якорь в общем случае выполнен в виде плоской пластины или Г-образной детали, шарнирно установленной над торцом электромагнита. Якорь упирается в контактную группу, выполненную в виде упругих пластин с наклепанными бронзовыми или иными контактными точками. Вся эта конструкция располагается на основании, в нижней части которого находятся стандартные ножевые контакты, закрытом пластиковым или металлическим кожухом.

Электромагнитное реле: устройство и принцип действия

Способ подключения и принцип работы реле основаны на простых принципах. Реле делится на две цепи — управляющую и силовую. В состав управляющей цепи входит обмотка электромагнита, она соединяется с источником питания (АКБ, генератором) и с расположенным на приборной панели органом управления (кнопкой, переключателем), либо с имеющим контактную группу датчиком. В силовую цепь входит один или несколько контактов реле, они соединяются с источником питания и управляемым прибором/цепью. Работает реле следующим образом. При выключенном органе управления цепь обмотки электромагнита разомкнута и ток в ней не течет, якорь электромагнита отжат от сердечника пружиной, контакты реле разомкнуты. При нажатии на кнопку или переключатель по обмотке электромагнита течет ток, вокруг него возникает магнитное поле, которое заставляет якорь притянуться к сердечнику. Якорь упирается в контакты и сдвигает их, обеспечивая замыкание цепей (или, напротив, размыкание в случае нормально замкнутых контактов) — прибор или цепь подключаются к источнику питания и начинают выполнять свои функции. При обесточивании обмотки электромагнита якорь под действием пружины возвращается в исходное положение, выключая прибор/цепь.

Электромагнитные реле делятся на несколько типов по количеству контактов, типу коммутации контактов, способу монтажа и электрическим характеристикам.

По количеству контактов все реле делятся на два типа:

• Четырехконтактные;
• Пятиконтактные.

В реле первого типа имеется только 4 ножевых контакта, в реле второго типа — уже 5 контактов. Во всех реле контакты расположены в определенном порядке, благодаря чему исключается неправильная установка этого устройства в ответную колодку. Отличие между 4-х и 5-контактными реле заключается в способе коммутации цепей.

Четырехконтактное автомобильное реле

4-контактные реле — это наиболее простое устройство, обеспечивающее коммутацию только одной цепи. Контакты имеют следующее назначение:

• Два контакта управляющей цепи — с их помощью подключается обмотка электромагнита;
• Два контакта коммутируемой силовой цепи — с их помощью осуществляется подключение цепи или прибора к электропитанию. Данные контакты могут находиться только в двух состояниях — «Включено» (ток по цепи идет) и «Выключено» (ток по цепи не идет).

5-контактные реле — это более сложное устройство, которое может коммутировать сразу две цепи. Существует две разновидности данного типа реле:

• С коммутацией только одной из двух цепей;
• С параллельной коммутацией двух цепей.

В устройствах первого типа контакты имеют следующее назначение:

• Два контакта управляющей цепи — как и в предыдущем случае, они соединены с обмоткой электромагнита;
• Три контакта коммутируемой цепи. Здесь один контакт является общим, а два остальных соединены с управляемыми цепями. В таком реле контакты находятся в двух состояниях — один нормально замкнут (НЗ), второй нормально разомкнут (НР). При работе реле осуществляется переключение между двумя цепями.

В устройствах второго типа все контакты находятся в состоянии НР, поэтому при срабатывании реле сразу включаются или выключаются обе коммутируемые цепи.

Реле могут иметь дополнительный элемент — помехоподавительный (гасящий) резистор или полупроводниковый диод, установленный параллельно обмотке электромагнита. Данный резистор/диод ограничивает ток самоиндукции обмотки электромагнита при подаче и снятии с нее напряжения, что снижает генерируемый ею уровень электромагнитных помех. Такие реле находят ограниченное применение для коммутации некоторых цепей автомобильной электросистемы, но в большинстве случаев без негативных последствий могут заменяться на обычные реле.

Реле всех типов могут монтироваться двумя способами:

• Только установкой в ответную колодку — устройство удерживается силами трения контактов в гнездах колодки;
• Установкой в ответную колодку с фиксацией кронштейном — на корпусе реле выполнен пластиковый или металлический кронштейн под винт.

Блок реле и предохранителей

Устройства первого типа устанавливаются в блоки реле и предохранителей, от выпадения они защищены крышкой или специальными хомутами. Устройства второго типа предназначены для монтажа в подкапотном пространстве или в ином месте автомобиля вне блока, надежность монтажа обеспечивается кронштейном.

Электромагнитные реле выпускаются на напряжение питания 12 и 24 В, их главными характеристиками являются:

• Напряжение срабатывания (обычно на несколько вольт ниже напряжения питания);
• Напряжение отпускания (обычно на 3 и более вольт меньше напряжения срабатывания);
• Максимальный ток в коммутируемой цепи (может лежать в пределах от единиц до десятков ампер);
• Ток в управляющей цепи;
• Активное сопротивление обмотки электромагнита (обычно не более 100 Ом).

Некоторые характеристики (напряжение питания, изредка — токи) наносятся на корпусе реле, либо входят в состав его маркировки. Также на корпусе присутствует принципиальная схема реле и назначение его выводов (во многих случаях указаны и номера выводов, соответствующих номерам по принципиальной схеме электросистемы конкретных автомобилей). Это значительно облегчает подбор и замену электромагнитных реле в автомобиле.

Принцип действия электромагнитного реле

Конструкция реле такого типа состоит из нескольких основных элементов:

1. Металлическое основание, которое обеспечивает удобную установку и сохранность всех деталей. Изготавливается такой компонент из немагнитного металлического сплава.
2. Медный провод, который наматывается на основание. В качестве изолирующего материала для такого составляющего элемента могут использоваться тканевые или синтетические обмотки, или применение специального диэлектрического лака, который надежно обеспечивает изоляцию провода без возникновения замыканий.
3. Металлический сердечник, который прочно и надежно связан с толкателем. Подача напряжения определенных параметров на катушку создает условия для втягивания сердечника и обеспечения движения контактов.
4. Контакты реле. Для нормальной работы разных типов устройств применяются открытые разомкнутые или закрытые замкнутые контакты. Некоторые виды таких деталей электросети могут использовать комбинированные возможности сразу двух видов контактов.
5. Управляющий блок – обеспечивает преображение электрического управляющего сигнала в магнитное поле надлежащего уровня и параметров.
6. Система промежуточных деталей – такие компоненты обеспечивают эффективное действие исполнительного механизма.
7. Исполнительный блок – контактные группы деталей, которые создают условия для точного воздействия на определенную цепь агрегата.

Применение такого вида деталей для создания рабочих и надежных цепей важно проводить с учетом нескольких важных особенностей реле управления. Первым таким моментом являются постепенное увеличение и уменьшение тока на главном чувствительном элементе – катушке, а точнее проводах ее обмотки. Такие процессы вызывают задержку реакций механизма на команды управления на некоторое определенное для конкретного вида устройств время. Подобные характеристики могут влиять на работу электрооборудования. Второй особенностью является правильный и корректный выбор определенного вида реле в зависимости от выполняемых функций и типа конструкции – для управления, защиты цепи, обеспечения передачи сигналов.

Принцип работы электромагнитного реле основывается на процессе преобразования электрической энергии в магнитную, воздействие которой обеспечивает перемещение контактов для эффективной работы устройств.

Разновидности электромагнитных реле

Детали такого вида распределяются на виды в зависимости от таких критериев:

1. Исходя из метода управления контактами реле:

• Якорные – процесс замыкания или размыкания контактов обеспечивается за счет передвижения якоря изделия.
• Герконовые – отличаются от предыдущего типа отсутствием сердечника. Перемещение контактов создается путем прямого воздействия магнитного поля на специальные ферромагнитные электроды, которые оборудованы контактами.

1. По характеристикам и параметрам управляющего блока бывают:

• Приборы с переменными компонентами – якорь и сердечник таких деталей изготавливается из стали, которая отличается электролитическими свойствами. Такие характеристики создают условия для минимизации потерь. Срабатывание такого вида компонентов обеспечивается путем подачи переменного тока определенных параметров на обмотку детали.
• Приборы с постоянными элементами – в зависимости от особенностей производства пластины таких деталей бывают нейтральными или поляризованными.

1. По скорости реагирования магнитные реле бывают таких типов:

• Регулируемые – такие компоненты можно подстраивать в зависимости от потребностей прибора и устанавливать необходимые временные промежутки.
• Замедленные – время, которое необходимо такому виду изделий на необходимую реакцию, определяется в районе 0,05 секунды.
• Быстродействующие – устройство такого вида реле позволяет создать условия для соответствующей реакции всего за одну миллисекунду.
• Безынерционные – самые быстрые детали, которые способны обеспечивать необходимые действия за время меньше одной миллисекунды.

1. По показателям мощности реле можно распределить на три основных группы:

• Приборы высокой мощности – значение реле превышает показатели в 10 Ватт.
• Устройства со средними показателями мощности – параметры механизмов устанавливаются в пределах от 1 до 10 Ватт.
• Оборудование малой мощности – характеристики таких компонентов определяются в долях Ватта.

Конкретный вид реле обеспечивает корректную и эффективную работу электрооборудования определенных характеристик и параметров.

Конструкция ЭМР

ЭМР – это самый давний и распространенный тип реле.

В состав такого реле входят следующие основные элементы:

1. Катушка с намотанным на сердечник проводом.
2. Якорь.
3. Контакты.
4. Возвратная пружина.

Конструкция ЭМР

Работает ЭМР следующим образом. При появлении на выводах катушки напряжения, через нее потечет ток. В результате этого вокруг катушки появится электромагнитное поле (ЭМП). Под воздействием ЭМП якорь притянется к сердечнику катушки и через элементы механической связи передвинет подвижные контакты. В результате этого замкнется (разомкнется) электрическая цепь. При падении протекающего через катушку тока уменьшится ЭМП, а якорь и контакты вернутся в первоначальное положение.

Виды ЭМР

ЭМР могут питаться от постоянного и переменного тока. Реле первого типа бывают нейтральными (НЭМР) или поляризованными (ПЭМР).

Конструкция нейтрального электромагнитного реле

В ПЭМР перемещение якоря, а, следовательно, и замыкание групп контактов, зависит от полярности напряжения на обмотке. НЭМР срабатывает при любой полярности сигнала одинаково.

По исполнению ЭМР могут быть герметичными, открытыми и зачехленными (с возможностью снятия крышки).

ЭМР также различаются во типам контактов, которые могут быть нормально разомкнуты, нормально замкнуты или быть переключающимися.

Последние состоят их трех пластин, причем средняя пластина подвижная. При срабатывании один контакт разрывается, а другой замыкается этой подвижной пластиной.

Цены на электромагнитные реле

Электромагнитное реле

Как проверить электромагнитное реле

Давайте же проверим реле с помощью мультиметра и блока питания. Прозваниваем контакт 1 и 7 и смотрим, что у нас они звонятся, значит эти контакты соединены. Видно даже визуально.

Подаем напряжение на катушку 12 Вольт с блока питания и смотрим, что у нас получилось.

В результате у нас ярмо «приклеилось» к электромагниту (катушке) и потянула за собой коммутационный контакт. Цепь 1 и 7 у нас оборвалась, но зато восстановилась цепь контактов 7 и 4. Вот таким образом проверяются контакты реле.

Если контакты с налетом, то следует протереть их карандашным ластиком. Если прилично поджарились, а другого реле под рукой нет, то здесь поможет только шкурка-микронка. Но этот случай уже критический, так как наждачная бумага сдирает тонкий слой из благородного металла, которым покрыты «пипочки».

Целостность катушки реле проверяется с помощью мультиметра в режиме омметра. Для этого проверяем сопротивление катушки. Оно зависит от самого реле. У всех оно разное. Если сопротивления нет или оно очень маленькое — порядка пару Ом, то значит в катушке либо обрыв, либо короткое замыкание.

На схемах электромагнитные реле обозначаются вот так:

Также контакты обозначают уже просто цифрами. В данном случае:

11 — это общий контакт

11-12 — это нормально замкнутые контакты

11-14 — нормально разомкнутые контакты

Прямоугольником обозначается сама катушка реле, а выводы катушки обозначаются буквами A1 и A2.

При подаче напряжения на катушку в данном реле у нас контакт перекинется, то есть картина будет выглядеть следующим образом:

Без подачи напряжения:

После подачи напряжения:

Плюсы и минусы электромагнитного реле

Плюсы

• Управляемое напряжение и управляющее напряжение никак не связаны между собой. Выражаясь домашним языком — напряжение на катушке никак не связано с напряжением на контактах реле. Они гальванически развязаны, что делает реле безопасным устройством для человека и самой аппаратуры в электро- и радиопромышленности.
• коммутируемые токи могут достигать сотни ампер у промышленных видов реле (пускатели, контакторы)
• большой срок службы при правильной эксплуатации. До сих пор на некоторых зарубежных станках ЧПУ стоят реле 70-ых годов, чьи коммутационные контакты выглядят почти как новые.
• неприхотливость в работе и надежность. Реле до сих пор используются в средствах автоматического управления (САУ), так как они неприхотливы и готовы работать безотказно, хотя уже давненько разработаны твердотельные реле (ТТР), которые опережают простые электромагнитные реле по многим параметрам.

Минусы

• время задержки срабатывания, в течение которого коммутационный контакт «летит» с одного контакта до другого. В очень быстродействующей аппаратуре реле не применяются. Производители обеспечивают электротехническую промышленность различными видами реле и других устройств на их принципе.
• щелкающий звук при переключении. Кого-то он может раздражать, особенно если реле будет очень часто срабатывать.
• габариты даже самого маленького электромагнитного реле достаточно много занимают место на печатной плате.

Не знаете, где можно купить нужное вам электромагнитное реле? Вот каталог , где вы найдете подходящее по параметрам реле для своих нужд 😉

Схемы и примеры подключения

Реле подключается к источнику питания выводами обмотки. Обычно полярность соблюдать не требуется – в цепях переменного тока это понятие отсутствует, а в цепях тока напряжения для реле все равно, током какого направления создается магнитное поле.

Исключение – реле постоянного тока, имеющие «на борту» схему индикации состояния. Для них полярность подключения может иметь значение.

Можно коммутировать реле, подключая его к источнику питания, а можно – к общему проводу. Контакты включаются в цепи управления нагрузкой. Для включения потребителя по внешнему сигналу используются нормально разомкнутые контакты, для выключения – нормально замкнутые, для переключения – перекидные.

При коммутации катушки реле надо иметь в виду, что она обладает значительной индуктивностью. При размыкании цепи создается выброс отрицательного напряжения. Если реле управляется электронным ключом (транзистором и т.п.), то этот выброс может его повредить. Чтобы этого избежать, обмотка шунтируется диодом, включенным параллельно с катушкой в обратном направлении.

Катушки реле постоянного тока можно включать в цепи переменного тока. Для этого потребуется диодный мост.

Мнение эксперта
Становой Алексей
Инженер-электроник. Работаю в мастерской по ремонту бытовых приборов. Увлекаюсь схемотехникой.

Такое включение работает даже лучше, чем реле переменного тока. В этом случае магнитная система не гудит и не вибрирует.

Если обмотка по режиму работы большую часть времени находится под напряжением, через нее протекает значительный ток. Его можно уменьшить, заодно уменьшив нагрев проводников катушки. Для этого можно воспользоваться фактом, что ток удержания реле меньше тока срабатывания.

Реле подключается к источнику питания через последовательно соединенный резистор, зашунтированный нормально замкнутыми контактами реле (если есть свободная пара). В момент подачи тока на катушку резистор закорочен, и влияния на работу схемы не оказывает. Когда реле сработало, контакты размыкаются, резистор оказывается включен последовательно с обмоткой и ограничивает ток в цепи. А этого тока достаточно, чтобы удержать устройство в подтянутом состоянии.

Как проверить работоспособность реле

Предварительно проверить исправность электромагнитного реле можно с помощью мультиметра. В первую очередь «прозванивается» обмотка. Тестер в режиме омметра должен показать какое-то сопротивление. Точное значение исправной системы можно посмотреть в справочной литературе – оно может составлять от нескольких ом до нескольких килоом.

Таким методом можно однозначно определить обрыв в обмотке. В этом случае мультиметр покажет бесконечное сопротивление.

Если в обмотке возникло межвитковое короткое замыкание, мультиметром его обнаружить не получится, особенно если количество замкнувшихся витков невелико. Снижение сопротивления при этом будет незначительно, но работать устройство не будет.

Если обмотка подозрений не вызывает, можно тем же мультиметром проверить состояние контактов. Если контактная пара без тока в обмотке должен быть замкнута, ее переходное сопротивление будет близким к нулю. Если оно составляет несколько ом или выше, это повод для проверки состояния и, возможно, очистки контактирующих поверхностей. Если пара должна быть разомкнута, тестер должен показать бесконечность.

После проведения проверок мультиметром, можно несколько раз нажать на якорь – так проверяется состояние подвижной системы. Заедания во время движения должны отсутствовать, а после снятия усилия движущиеся части должны вернуться в исходное положение под действием пружины.

В большинстве случаев такой проверки достаточно. Но если надо убедиться в исправности устройства на 100 процентов, надо подать на обмотку номинальное напряжение и убедиться в срабатывании устройства хотя бы по характерному щелчку. Еще лучше проконтролировать в этот момент контакты. Их состояние должно измениться с разомкнутого на замкнутое или наоборот.

В последние десятилетия наметилась тенденция вытеснения электромагнитных реле твердотельными (полупроводниковыми) устройствами. Они имеют определенные преимущества перед традиционными переключающими блоками. Но чистый металлический контакт, имеющий малое переходное сопротивление и не вносящий искажение в сигнал, заменить пока не удается. И, похоже, еще долго не удастся, поэтому электромагнитные реле еще длительное время будут неотъемлемым компонентом электроники и электротехники.

Видео описание

О том, для чего нужно реле расскажут следующие видеоматериалы:

Коротко о главном

Задумываясь о хорошей и надежной защите электрической цепи, следует обратить внимание на электромагнитные реле. Они стойко выдерживают перенапряжение в сети и не реагируют на помехи. Способны обеспечить надежную коммутацию на линиях с большой мощностью. И при этом сохранить свои маленькие габариты.

У них простейший принцип действия, основанный на создании магнитного поля в контуре. Последнее и отвечает за разрыв линии в случае опасности или за соединение при управлении и регулировке объекта. А выбирая между переменным и постоянным током для работы устройства, лучше остановиться на последнем. Если выбрать первый, то придется искать способы нейтрализации сильной вибрации сердечника в индукционной катушке.

Электромагнитное реле, назначение и область применения.

Электромагнитные реле – это аппараты релейного действия, которые осуществляют скачкообразное изменение выходной величины при заданной входной и находят широкое применение в различных исполнительных контактно-коммутационных устройствах.

В зависимости от области применения реле можно выделить следующие их виды:

1. реле промышленной автоматики, которые обслуживают автоматику различных процессов
2. реле защиты электроэнергетических систем
3. реле радиоэлектроники, которые управляют режимами работы радиоэлектронной аппаратуры
4. реле летательных аппаратов
5. реле морских и речных судов
6. реле систем регулирования движения поездов и безопасности на железной дороге
7. реле горнорудной и нефтегазоперерабатывающей промышленности

На основе реле создают систему комплексной автоматики, системы автономного управления и встроенного контроля, вычислительные, программные и телеграфные устройства, автоматические телефонные станции и т.д.

Конструктивные разновидности реле разнообразны и границы, разделяющие область их применения условные. В зависимости от природы управляющего сигнала различают:

• электрические реле
• тепловые
• механические
• оптические
• акустические

По роду управляющего тока делятся на:

• реле постоянного тока
• переменного тока

В зависимости от выполняемых функций делятся на:

• логические
• измерительные

Логические реле делятся на

• промежуточные – для передачи команд из одной электрической цепи в другую
• указательные – для указания срабатывания и возврата коммутационных аппаратов
• реле времени – реле с нормируемой выдержкой времени.

Любое электромагнитное реле можно условно разбить на три связанные между собой системы: магнитную, механическую, контактную.

Магнитная система является частью реле, преобразующий входной электрический сигнал в механический. Механическая система осуществляет передачу механического сигнала в контактную систему. Контактная система включает в себя определенные контактные узлы и в частности контакты.

Основные конструктивные схемы электромагнитных реле.

Существуют 2 основные схемы реле:

1. Электромагнитное реле с угловым движением якоря
2. Электромагнитное реле с поступательно-перемещающимся якорем

При прохождении тока через катушку (2) возникает магнитный поток, проходящий через сердечник (1), ярмо (7) и якорь (4) и воздушный зазор. Под действием магнитного поля возникает сила, перемещающая якорь. Происходит замыкание контактов (5), закрепленных на контактно-несущих пружинах(6). При обесточивании катушки якорь занимает первоначальное положение под действием пружины (3) (рис. 1а).

На рис. 2 – конструкция реле с угловым движением якоря. Реле монтируется на остове (1), который одновременно является магнитопроводом. Катушка (2) закреплена с помощью клея БФ-2 на сердечнике (9), который соединен с остовом (1) развальцовкой. Якорь (5) установлен на остове на ножевой опоре. На якоре заклепками закреплена пластмассовая панель(6), в которую заформованы контактно-несущие пластины (8). Подсоединение подвижных контактов к выводным клеммам осуществляется гибкими проводами (7). Неподвижные контакты (12), расположенные на шинах (10) и (13), которые приклепаны к панели (11), присоединенные к остову (1) винтами (14). Возврат якоря при размыкании осуществляется винтовой пружиной (4), которая одновременно формирует контактные усилия в разомкнутом положении. Пружина крепится к основанию винтом (3), которым осуществляется регулировка ее натяжения и жесткости.