Общие сведения. Реле – это электромагнитные, электромеханические или электронные устройства, которые предназначены для коммутации электрических цепей в схемах

Реле – это электромагнитные, электромеханические или электронные устройства, которые предназначены для коммутации электрических цепей в схемах автоматизированного управления технологическими установками, электрическими сетями и системами [2]. Под реле понимают такой электрический аппарат, в котором при плавном изменении управляющего (входного) параметра до определенной наперед заданной величины происходит скачкообразное изменение управляемого (выходного) параметра.

Реле состоит из трех основных функциональных элементов: воспринимающего, промежуточного и исполнительного. Реле относится к аппаратам прерывистого управления, так как рабочее состояние его определяется двумя крайними положениями исполнительного элемента включено и выключено [9].

Для конкретизации определения реле будем исходить из следующих положений:

объектом управления реле является электрическая цепь или несколько цепей;

реле воздействует на электрическую цепь путем коммутации цепи, что может быть осуществлено резким изменением электрического сопротивления цепи, но не обязательно электрическим контактом, а, например, электрическим ключом, а на переменном токе и управляемым дросселем (см. [1] п. 5);

выходная переменная реле (обозначим ее буквой y, полагая, что y≥ 0), характеризующая сопротивление, вносимое реле в цепь, может изменяться в диапазоне от y_min до y_max, причем y_max >> y_min, y_min→ 0, а, следовательно, отношение y_min / y_max есть малая, близкая или равная нулю величина;

изменение выходной переменной y от y_min до y_max и в обратную сторону происходит скачкообразно как реакция на входной сигнал реле, определяемый входной переменной х (t), значение которой зависит от времени t;

реле срабатывает, изменяя выходную переменную y когда при положительной производной dх (t)/ dt >0 значение х (t)>0 достигает величины х_ср, называемой параметром срабатывания;

реле отпускает (после срабатывания), когда при отрицательной производной dх (t)/ dt <0 значение х (t)>0 достигает величины х_от, называемой параметром отпускания.

Таким образом, представим реле электроаппаратом, который воздействует на электрическую цепь быстрым (практически мгновенным) изменением выходной переменной y от малого значения y_min до большого значения y_max или в обратном направлении. Воздействие на электрическую цепь приводит к коммутации электрической цепи и осуществляется по сигналу на входе реле, когда входная переменная х, взрастая, переходит через определенное значение х_ср, или, убывая – через значение х_от. Входная переменная х есть физическая (не обязательно электрическая) величина. В общем случае она может принимать и положительные, и отрицательные значения. Характеристика управления реле, то есть зависимость выходной переменной y от входной переменной x, существенно нелинейная.

Некоторые типовые нелинейности и характеристики управления реле приведены в табл. 4.1. Выходную переменную реле y удобно представить в относительном виде d= 1- y/y_max, связав ее с замыкающим контактом на выходе реле. При этом (см. табл. 4.1) следует положить D =1 (d =1, когда замыкающий контакт замкнут).

Значение параметра срабатывания х_ср = B (или отпускания х_от=A), на которое настроено реле, называют уставкой по входному параметру. Отношение х_от/х_ср = A/B = k_B называют коэффициентом возврата.

Для нелинейности вида 1 имеем: х_ср= х_от = 0 и k_B =1.

Для нелинейности вида 2: | х_ср |= | х_от | (B = А) и k_B =1.

Для нелинейности вида 3 и вида 4: | х_ср |= В, | х_от |= А и 0< k_B <1.

Для нелинейности вида 5: х_ср = B=А, х_от = - А и k_B = - 1.

Таблица 4.1.

Типовые характеристики управления с существенной нелинейностью

Реле, которые коммутируют цепи контактами, называют контактными реле – это реле с электромеханическими приводными устройствами (см. [1] п. 3). Статические реле (без подвижных элементов), называемые бесконтактными реле, коммутируют цепи с помощью электронных ключей, управляемых дросселей (магнитных усилителей) или других коммутационных (исполнительных) устройств, по существу заменяющих контакты. Таким образом, «исполнительным элементом» реле может быть коммутирующий контакт, электронный ключ или иное устройство, позволяющее производить включение и отключение электрической цепи.

«Воспринимающим элементом» реле в зависимости от физической природы входного сигнала и применяемого в реле исполнительного устройства может быть: механический или электромеханический преобразователь у контактного реле (см. [1] п. 3.4), параметрический или генераторный измерительный преобразователь (см. п. 8.1) у бесконтактного реле.

«Промежуточным элементом» в контактных реле является механическая передача (см. [1] п. 3.1-3.3). В бесконтактных реле это может быть регулятор, формирователь импульсов управления и др. (см. [1] п. 6.7, 6.8).

В зависимости от конструкции и назначения реле источником управляющего воздействия х (t) на него могут быть силовые электрические цепи, электрические цепи управления, кинематические цепи электропривода, измерительные преобразователи температуры, давления и других физических величин. В зависимости от того, о какой физической величине передается информация на вход реле, различают реле тока, реле напряжения, реле скорости, реле температуры, реле давления и др.

В электроприводе с помощью реле реализуют определенные программы управления электродвигателем, например, пуск двигателя в функции времени, пуск в функции скорости и др. Реле используются также для защиты двигателей и других элементов электроприводов при возникновении ненормальных режимов работы.

Некоторые реле, например, промежуточные реле, работают от исполнительных органов других реле и предназначаются для усиления сигнала, размножения сигнала и т. п. [4]. Управляющее воздействие на входе промежуточного реле изменяется скачкообразно другим реле или иным электроаппаратом (контактным или бесконтактным). В подобных и в некоторых других случаях реле может рассматриваться как логическое устройство релейно-контакторной системы управления электропривода.