6. Электромагнитные реле

Определения и обозначения

Электромагнитное реле — устройство, в котором электромагнит управляет замыканием или размыканием электрической цепи. Оно нужно, чтобы слабым электрическим сигналом включать или выключать другую цепь, часто более мощную.

Электромагнит — катушка с током, обычно надетая на железный сердечник, создающая магнитное поле. Это главная «движущая сила» реле: при подаче тока электромагнит притягивает металлическую деталь.

Якорь — подвижная железная деталь реле, притягиваемая электромагнитом. Он нужен для передачи магнитного действия к контактам: перемещаясь, якорь меняет их положение.

Электрические контакты — проводящие детали, которые замыкают или размыкают управляемую цепь. Через них ток поступает к нагрузке, например к лампе или двигателю, либо прекращает поступать.

Как это устроено

В реле есть катушка с железным сердечником, подвижный якорь, пружина и контакты. Катушка относится к управляющей цепи, а контакты включены в управляемую цепь. Такое устройство позволяет передать действие от одной цепи к другой без их прямого электрического соединения.

Когда по катушке проходит ток, вокруг неё возникает магнитное поле. Железный сердечник усиливает это поле, потому что железо хорошо намагничивается и направляет магнитное действие. Поэтому сердечник становится электромагнитом и притягивает расположенный рядом якорь.

Якорь закреплён так, чтобы иметь возможность повернуться или переместиться. При притяжении он механически воздействует на контакты, связанные с ним или расположенные рядом. Изменение положения контактов замыкает управляемую цепь либо, наоборот, разрывает её.

Выбор результата зависит от устройства конкретного реле и исходного положения контактов. Одни контакты в покое разомкнуты и замыкаются при притяжении якоря, другие в покое замкнуты и размыкаются. Поэтому по схеме всегда нужно проверять, какие контакты считаются исходными.

Если ток в катушке отключить, магнитное поле быстро ослабевает и сердечник перестаёт притягивать якорь. Пружина возвращает якорь в первоначальное положение, а вместе с ним перемещаются контакты. Управляемая цепь возвращается к своему исходному состоянию.

Устройство и работа электромагнитного реле

Таблицу удобно читать как последовательность состояний: сначала проверьте ток в катушке, затем движение якоря и после этого положение контактов. Если ток отключён, обратный переход объясняется действием пружины. Последняя строка показывает главное преимущество реле — разделение слабой управляющей и мощной управляемой цепей.

Разбор задач

1. Работа реле при замыкании ключа

Условие: опишите, что произойдёт в реле после замыкания ключа в цепи катушки. Считаем, что управляемые контакты в исходном состоянии разомкнуты.

1. После замыкания ключа цепь катушки становится замкнутой, поэтому по ней начинает проходить ток.
2. Ток создаёт магнитное поле, а железный сердечник усиливает его и превращается в электромагнит.
3. Сердечник притягивает якорь, и якорь перемещается из исходного положения.
4. Связанные с якорем контакты смыкаются, поэтому в управляемой цепи появляется ток.

Ответ: последовательность такова: ток в катушке — магнитное поле — притяжение якоря — замыкание контактов и управляемой цепи.

2. Включение лампы разными источниками

Условие: кнопка и катушка питаются от маломощного источника, а лампа — от отдельного источника. Нужно составить описание схемы включения.

1. Кнопку, источник управления и катушку соединяют в одну замкнутую управляющую цепь, чтобы нажатие кнопки включало ток в катушке.
2. Лампу, её источник питания и рабочие контакты реле соединяют в отдельную управляемую цепь.
3. При нажатии кнопки якорь притягивается и замыкает контакты, поэтому ток отдельного источника проходит через лампу.
4. После отпускания кнопки ток в катушке прекращается, пружина размыкает контакты, и лампа гаснет.

Ответ: кнопка управляет катушкой, а контакты реле включают лампу в независимой цепи. Источники питания не соединяют напрямую.

3. Двигатель не запускается

Условие: нажатие кнопки включает реле, но двигатель не работает. Нужно найти возможные причины по этапам прохождения сигнала.

1. Проверяют управляющую цепь: есть ли напряжение на катушке и проходит ли через неё ток при нажатии кнопки.
2. Слушают или наблюдают, притягивается ли якорь; если нет, возможны обрыв катушки, слабое питание или механическое заедание.
3. Если якорь движется, проверяют, замыкаются ли нужные контакты и нет ли на них загрязнения или обрыва.
4. Затем проверяют управляемую цепь: источник двигателя, провода, предохранитель и сам двигатель.

Ответ: неисправность может находиться в катушке, механизме якоря, контактах или цепи двигателя. Проверять их следует именно в этой последовательности.

Типичные ошибки

Считать, что реле вырабатывает ток. Реле не является источником энергии: оно только переключает цепь под действием электромагнита. Проверка проста: найдите в схеме отдельный источник питания нагрузки.

Путать управляющую и управляемую цепи. Такую ошибку допускают, потому что обе цепи входят в одно устройство. Проверьте: катушка относится к управлению, а нагрузка подключается через контакты.

Полагать, что сердечник притягивает якорь после отключения тока. После прекращения тока магнитное поле исчезает, и удерживать якорь может только другой механизм. Убедитесь, что в описании обратного движения указана пружина.

Считать контакты всегда замкнутыми или разомкнутыми. Их исходное состояние зависит от конструкции реле, а положение меняется при движении якоря. Сначала определите состояние без тока, затем проследите действие пружины и электромагнита.

Связь с другими темами

До изучения реле нужны знания об электрическом токе, магнитном действии тока, катушке и простейшем электромагните. При составлении схем важно различать последовательные и параллельные соединения и видеть, где находится каждая цепь. Реле встречается в автоматических устройствах, электрических звонках, сигнализации, системах защиты и управления электродвигателями.

Что запомнить

• Реле — это устройство для управления одной электрической цепью с помощью другой.
• Катушка с железным сердечником при прохождении тока становится электромагнитом.
• Электромагнит притягивает якорь и перемещает связанные с ним контакты.
• Контакты реле замыкают или размыкают управляемую цепь.
• После отключения тока пружина возвращает якорь в исходное положение.
• Реле позволяет слабым током управлять цепью большей мощности.
• Управляющая и управляемая цепи реле могут быть электрически разделены.