Реле

09.03.2021

Реле (фр. relais) — элемент автоматических устройств, который при воздействии на него внешних физических явлений скачкообразно принимает конечное число значений выходной величины.

По виду физических величин, на которые реагируют реле, они делятся на: электрические, механические, тепловые, оптические, магнитные, акустические. Часто реле, которые должны реагировать на неэлектрические величины, выполняют с помощью датчиков, соединенных с электрическими релейными элементами.

Реле называют различные таймеры, например таймер указателя поворота автомобиля, таймеры включения/выключения различных приборов и устройств, например бытовых приборов (реле времени).

История

Некоторые историки науки утверждают, что реле впервые было разработано и построено русским учёным П. Л. Шиллингом в 1830—1832 гг. Это реле составляло основную часть вызывного устройства в разработанном им телеграфе.

Другие историки отдают первенство известному американскому физику Дж. Генри (его именем названа единица индуктивности — генри), который сконструировал контактное реле в 1835 году при попытках усовершенствовать изобретённый им в 1831 году телеграфный аппарат. В 1837 году устройство получило применение в телеграфии. Фактически первое реле было изобретено американцем Джозефом Генри в 1831 году и основывалось на электромагнитном принципе действия. Следует отметить, что первое реле Дж. Генри было не коммутационным.

Слово «реле» возникло от французского relay, — процедура смены уставших почтовых лошадей на станциях или передача эстафеты в спортивных эстафетных состязаниях.

Как самостоятельное устройство реле впервые упомянуто в патенте на телеграф Самюэля Морзе.

Первые попытки создания научной методики для построения структуры релейных устройств относятся к 1925—1930 годам (работы ученых СССР Кутти А, Цимбалистый М, а также работы иностранных авторов). Однако началом развития теории релейных устройств является 1936—1938 года, когда В.Шестаков, К.Шеннон, и А. Накасима, применили для решения задач релейными устройствами аппарат математической логики; указание на возможность применения этого аппарата было сделано ещё в 1910 году ученым П.Эренфестом.

Существенную роль в развитии релейных устройств сыграли международные симпозиумы по теории релейных устройств и конечных автоматов. Первый из них (1957 г.) имел место в США, а второй (1962 г.) — в СССР.

Релейные элементы

Релейный элемент — минимальная совокупность деталей и связей между ними, имеющая релейную характеристику, то есть скачкообразно изменяющаяся при поступлении фиксированных воздействий на вход, воздействие на выходах, переходя от одного фиксированного воздействия к другому У релейных многопозиционных элементов воспринимающие или исполнительные органы могут находиться более чем в двух состояниях. Примером такого устройства может служить шаговый искатель..

Релейные элементы характеризуются параметрами, относящиеся к входным и выходным воздействиям:

срабатывание — минимальное значение воздействия (на входе) при таком его возрастании, что релейный элемент изменяет свое состояние и одновременно воздействует на выходе в соответствии с релейной характеристикой;

отпускание — минимальное значение воздействия на входе при таком его уменьшении, что релейный элемент возвращается в свое первоначальное состояние.

В связи с неидеальностью релейной характеристики эти величины обычно не совпадают друг с другом (гистерезис). В ряде случаев релейный элемент может обладать свойствами фиксации, то есть оставаться в занятом им состоянии и после снятия воздействия на входе. В этом случае релейный элемент возвращается в первоначальное состояние обычно после подачи воздействия на другой его вход (или воздействие противоположного знака воздействия на тот же вход). Максимальное значение такого воздействия при его возрастании, вызывающее возвращение релейного элемента в первоначальное состояние, называется параметром возврата. Отношение параметра отпускания к параметру срабатывания называется коэффициентом отпускания. Характеристикой релейного элемента служит так же его быстродействие, определяемое временем срабатывания и временем отпускания или возврата. В ряде случаев важными характеристиками релейного элемента являются: потребление энергии, вес, занимаемый объём и т. п.

По виду физических явлений, используемых для действия релейных элементов, они делятся на механические и электрические. Которые в свою очередь могут быть контактные и бесконтактные.

Независимо от типа реле свойственно два положения: при отсутствии напряжения на катушке — невозбужденное состояние, а при подаче напряжения — возбужденное состояние. При переходе из состояния в состояние происходит явление переброса, то есть изменения положения контактных групп.

Электрический

Чаще всего под термином «реле» подразумевается электрический релейный элемент — релейный элемент, действие которого основано на явлениях, вызванных протеканием электрического тока, изменением электрического поля или явлениями, связанными с электрической проводимостью. В рамках системы стандартизации термин «электрическое реле» используется исключительно для реле, выполняющего только одну операцию преобразования между его входными и выходными цепями.

Классификация

По виду физических явлений, используемых для действия:
  • электромагнитные
    • нейтральные;
    • поляризованные;
  • магнитоэлектрические;
  • ферродинамические;
  • индукционные реле;
    • с вращающимся полем;
    • с бегущим полем;
  • ферромагнитные;
  • магнитострикционные;
  • электростатические;
  • электронные;
  • ионные;
  • полупроводниковые (твердотельные);
  • сегнетоэлектрические;
  • пьезоэлектрические;
  • МЭМС-реле;
  • фотоэлектрические
    • эмиссионные;
    • резистивные;
  • резонансные;
  • тепловые:
    • биметаллические;
    • плавкие.
По виду физических величин, на которые реагируют:
  • электрические
    • ток;
    • напряжение;
    • мощность
      • активная;
      • реактивная;
      • активно-реактивная;
    • частота;
    • сопротивление
      • активное;
      • реактивное;
      • активно-реактивное;
      • направленное;
    • фаза
      • сдвиг фаз;
      • последовательность фаз.
  • Механические
    • Давления
    • Вакуума
    • Перемещения
      • Линейного
      • Углового
      • Направления
      • Уровня
    • Скорости
      • Поступательной
      • Вращательной
    • Течения
      • Скорости
      • Расхода
    • Ускорения
      • Линейного
      • Углового
    • Усилия
    • Частоты колебаний
    • Амплитуды колебаний
  • Тепловые
    • Температуры
      • Абсолютной величины
      • Скорости изменения
    • Мощности теплового потока
  • Оптические
    • Освещенности
    • Спектрального состава
  • Акустические
    • Звукового давления
    • Частоты звуковых колебаний
  • Магнитные
    • Напряженности магнитного поля
    • Магнитной индукции
    • Магнитного потока
По назначению делятся на:
  • аварийные
    • аварийного отключения;
    • повторного включения;
    • включения резерва;
  • контроля и управления
    • воспринимающие;
    • исполнительные;
    • промежуточные.

Обозначение на схемах

На принципиальных электрических схемах реле обозначается следующим образом:

На некоторых схемах ещё можно встретить обозначения по ГОСТ 7624-55.