ЭЛЕКРОМАГНИТНОЕ РЕЛЕ
Любому школьнику сегодня известно, что всё пространство вокруг (и даже внутри!!) нас пронизано полями. Физическими. Гравитационным и электромагнитным. Поскольку применение гравитационного поля в радиоэлектронике – вопрос весьма и весьма отдалённого будущего, разговор о нём пока на повестке не стоит. А вот электромагнитное поле (ЭМП) сто́ит того, чтобы о нём лишний раз вспомнить. Забегая вперёд, отмечу, что теории ЭМП Максвелла здесь не будет. Элементов квантовой электродинамики – тоже.
В школьной физике электрическое и магнитное поля (ЭП и МП) изучают раздельно. Так исторически сложилось и так проще для понимания. На самом деле теоретически показано (Дж. Максвелл) и экспериментально доказано (Г. Герц), что ЭП и МП есть проявления единой сущности – ЭМП. Это как у монеты: можно сколько угодно рассматривать одну или другую сторону по отдельности, но они – две стороны ОДНОЙ монеты!
С незапамятных времён люди использовали постоянные магниты. Предполагают (и говорят, что тому есть доказательства!), что египтяне и викинги плавали через Атлантику на своих судёнышках, используя в качестве магнитной стрелки куски намагниченного метеоритного железа. Я не считаю доказательствами голословные утверждения «экспертов» по аномальным явлениям, которые вещают на РЕН-ТВ. Это пустомельство.
1. Историческая справка
В 1820 году Христиан Эрстед обнаружил, что вокруг проводника с током создаётся МП:
Этот фундаментальный опыт Эрстеда и положил начало изучению электромагнитных явлений.
В 1825 году английский инженер Уильям Стёрджен изготовил первый электромагнит, представляющий собой согнутый прут из мягкого железа с обмоткой из толстой медной проволоки.
Для изолирования от обмотки прут был покрыт лаком. При пропускании тока через проволоку железный прут приобретал свойства сильного магнита, но при прерывании тока он мгновенно их терял.
Таким образом, электромагнит:
1. притягивая, перемещает железные предметы;
2. позволяет легко управлять магнитным полем.
Видимо, это и послужило толчком к изобретению первого электромагнитного реле, прототипом которого является, наверное, изобретение американца Джозефа Генри (1831 г.):
Электрический сигнал от внешнего источника преобразовывался электромагнитом данного устройства в МП, которое приводило в движение якорь, а он, перемещаясь, ударял по корпусу металлического колокола, вызывая звуковой сигнал. Электромагнит с внешним якорем лег в основу конструкции первого коммутационного реле, использованного в телеграфном аппарате, построенном в 1837 г. американским изобретателем Сэмюэлом Морзе. Свою знаменитую азбуку он придумал позднее.
Аппарат Морзе представлял собой электромеханическое устройство, в котором передатчиком служил телеграфный ключ, а приемником электромагнит с подвижным сердечником, управляющий работой пишущего механизма. Кодовые электрические импульсы от приемника к передатчику передавались по длинным проводам и, поэтому, требовали усиления. Для усиления слабых импульсов тока Морзе, по совету Дж. Генри, использовал его электромагнитное реле, якорь которого уже воздействовал не на колокол, а на подвижный электрический контакт, подключающий батарею питания к приемному электромагниту синхронно с приходом сигнала Морзе. Таким образом, ослабленный импульс электрического тока усиливался и мог уже восприниматься приемным электромагнитом телеграфного аппарата или передаваться дальше.
Усиление ослабленного тока с помощью устройства Дж. Генри напоминало смену (по-английски: relay) уставших почтовых лошадей на станциях или передачу эстафеты (relay) уставшим спортсменом, что и послужило названием «relay» для устройств подобного рода.
2. Устройство и работа
Из вышеизложенного следует, что электромагнитное реле (далее – просто РЕЛЕ) устроено так:
или 
1 – сердечник с катушкой – электромагнит;
2 – якорь с возвратной пружиной;
3 – контактные пластины.
Если на катушку подать ток, то возникнет МП, которое притянет якорь. Он, поворачиваясь на оси, нажимает на контактную пластину, замыкая её с другой. При отключении обмотки МП исчезает, благодаря возвратной пружине якорь возвращается в исходное состояние, контактные пластины размыкаются.
Подавая на обмотку реле небольшое напряжение (и ток соответственно), можно с помощью контактов коммутировать (включать, отключать, переключать) довольно мощную нагрузку.
Я застал те времена, когда реле было весьма дефицитным радиокомпонентом. Оно использовалось радиолюбителями в различных схемах автоматики, телемеханики, в радиоуправлении моделями. В радиолюбительской литературе даже приводились описания самостоятельного изготовления реле! Сейчас вряд ли кто возьмётся за подобное творчество. Не следует думать, что реле устарели и применяются лишь в ретро-конструкциях. Вот, например, реле из набора Arduino:
Здесь Arduino управляет работой реле, переключая два светодиодика:
Но может управлять и более мощной нагрузкой:
Ничто не мешает подключить к контактам реле даже стиральную машину или холодильник!
3. Параметры
Ежели глянуть на реле повнимательнее, то на его корпусе можно рассмотреть маркировку. Например, реле из набора Arduino:
® SONGLE
10А 250VAC 10A 125VAC
10A 30VDC 10A 28VDC
SRD-05VDC-SL-C
1-я строка – фирма
2-я строка – диапазон переменных токов и напряжений (на контакты)
3-я строка – диапазон постоянныхтоков и напряжений (на контакты)
4-я строка – тип реле, откуда видно, что оно 5-вольтовое для постоянного тока
Лучше, конечно, познакомиться с DataSheet’ом на конкретное реле, например на SRD-05VDC-SL-C.
Электрические парметры
• Рабочее напряжение (ток).
Техническими условиями для конкретных типов реле устанавливается рабочее напряжение (ток), при питании которым обеспечивается нормальное функционирование реле. В технической документации на конкретное исполнение реле указывается его значение с допусками. При подаче на обмотку реле напряжения (тока) в указанных пределах, оно должно нормально функционировать.
• Напряжение (ток) срабатывания.
Это один из параметров реле, определяющий его чувствительность. Это минимальное напряжение (ток) при котором реле должно нормально сработать, т.е. переключить все свои контакты. А уже для дальнейшего удерживания якоря на обмотку реле надо подавать рабочее напряжение (ток), описанное в предыдущем пункте.
В технической документации данный параметр обязательно приводится для каждого исполнения реле.
Данный параметр является контрольным. Он характеризует устойчивость всех элементов конструкции и стабильность регулировки реле.
• Напряжение (ток) отпускания.
Обязательно приводится в технической документации на каждое исполнение реле как для нормальных условий эксплуатации, так и для условий, когда воздействуют различные факторы.
Отпускание реле – это не что иное, как возвращение контактов в исходное состояние. Происходит оно при снижении напряжения (тока) в обмотке реле до уровня, при котором якорь больше не может удерживаться в сработанном положении и возвращается в исходное состояние выключенного реле. Все контакты также переключаются в исходное состояние. Нормально замкнутые становятся замкнутыми, нормально разомкнутые - разомкнутыми.
• Сопротивление обмотки.
Сопротивление обмотки - это активное сопротивление обмотки реле с допусками, измеренное на постоянном токе. Обязательно приводится в технической документации и справедливо для нормальной температуры окружающей среды.
• Сопротивление контактов электрической цепи.
Оно складывается из сопротивления элементов цепи контактов и сопротивления контактирующих поверхностей. Измерить сопротивление контактирующих поверхностей в реле очень сложно. Поэтому оно оценивается по сопротивлению всей цепи контактов.Данный параметр может сильно изменяться как в процессе эксплуатации реле, так и в период доставки/транспортировки, т.к. зависит от многих факторов.
Попадание грязи на контакты реле влечёт за собой увеличение падения напряжения на контактах. Как следствие этого – повышенный нагрев контактов, который способен вообще вывести контактную пару из строя. Поэтому в технической документации, как правило, указывают сопротивление контактов на период поставки.
• Коммутационная способность контактов реле.
Определяется значением мощности, коммутируемой контактами реле, выполняющими определённое количество коммутаций.
Важно понимать, что существует такая вещь, как коррозия контактов. И она сильно зависит от коммутируемой мощности. Но проявляется она при токах в 100 мА и более. При меньших токах основное влияние на работоспособность реле оказывает механический износ подвижной системы и контактов.
В техдокументации, как правило, указан диапазон коммутируемых напряжений и токов, при которых гарантируется конкретное число коммутаций.
Максимальная мощность, которую способно коммутировать реле, ограничивается температурой нагрева контактов, при которой снижается механическая прочность материала контактов.
Временны́е параметры
• Время срабатывания – время, прошедшее с момента подачи напряжения на обмотку реле до первого замыкания нормально разомкнутых контактов.
• Время дребезга. Иногда оговаривается в технической документации. Дребезг возникает после удара подвижных контактов о неподвижные.
• Время отпускания.Определяется временем от момента снятия напряжения с катушки реле до момента замыкания нормально замкнутого контакта.
Здесь приведены не все параметры. Я оставил наиболее важные. Кстати, электромагнитные реле такого типа обозначают EMR.
4. Проверка
Я говорю именно о реле постоянного тока, поскольку с реле переменного тока не работаю.
Для проверки надо иметь регулируемый источник постоянного тока, мультиметр, светодиоды, резисторы, провода.
Сначала мультиметром проверяем сопротивление обмотки и сопротивление контактов. А для этого надо знать распиновку – смотри DataSheet. Например, реле SRD-05VDC-SL-C:
Я поначалу, не глянув в DataSheet и полагаясь на так называемый здравый смысл, подключил два отдельных вывода как обмотку, а три рядом стоящих – как контакты. Включил и ничего не получил. Только из DataSheet’а узнал об истинном положении дел. Что с них взять, с китайских мудрецов!
Мультиметр 1-5:
Мультиметр 2-5:
Мультиметр 3-4:
При желании можно проверить напряжение и ток срабатывания, а также напряжение и ток отпускания с помощью такой схемки:
Или другой, но можно и без схемки…
5. Условные графические обозначения
Если на схеме реле и его контакты расположены рядом:
Если на схеме реле и его контакты расположены в разных местах:
Работа обычных электромагнитных реле не требует полярности подключения источника напряжения, приложенного к концам катушки. Но есть реле, для которых обязательно нужно соблюдать это условие. Такие реле называют поляризованными:
При подаче напряжения на обмотку зависимого от полярности реле, его контакты приводятся в движение и могут быть зафиксированы в таком положении даже при разрыве цепи обмотки. Чтобы изменить положение контактов, необходимо поменять полярность подачи напряжения на обмотке.
6. Реле + Диод
Иногда на схемах можно видеть диод, включенный параллельно обмотке реле. Зачем? Дело в том, что обмотка реле, помимо активного сопротивления, обладает индуктивностью. Это ведь катушка с железным сердечником! Постоянный ток, протекая по катушке, создаёт вокруг неё МП. Но когда ЭТОТ ток исчезает, МП резко уменьшается, создавая в катушке ток самоиндукции. Возникающая при этом ЭДС самоиндукции может в разы превышать напряжение питания реле и всей схемы! А это уже опасно 
для транзисторов и/или микросхем. Кроме того, этот кратковременный импульс может вносить искажения в работу схемы, даже если не навредит её активным элементам. Диод, включенный в обратном направлении по отношению к питающему напряжению, как раз и призван гасить эти нехорошие последствия индуктивности обмотки реле. И в выборе диода для маломощных схем заморачиваться не надо – подойдёт, например, 1N4007 (1000В, 1А) или подобный.
Как всегда и во всём, возможны вариации:
Но не следует забывать, что «лучшее – враг хорошего»!
7. Madein USSR
У меня есть несколько разных реле времён СССР. Все они работают, но более ценны как музейные экспонаты.
Устройство больших и малых, практически, одинаковое:
Некоторые из них имеют маркировку очень подробную, другие – минимальную, третьи вообще без оной.
Неполяризованные реле:
Поляризованное реле:
А это – древнее фотореле из набора оборудования кабинета физики. Свет попадает на фотоэлемент, слабый сигнал усиливается электронной лампой и срабатывает электромагнитное реле, к контактам которого можно подключать разную нагрузку:
Помню, свой первый переключатель ёлочных гирлянд я собрал на малогабаритных реле:
Однако, ностальгировать бессмысленно, т.к. новые технологии вытесняют старые добрые релюшки американца Джозефа Генри.
Им на смену им приходят твердотельные реле, но это уже совсем другая история…
SEkorp 27 апрель 2019
НАЗАД на страницу РАДИОкомпоненты
