Импульсные реле для управления освещением: принцип работы, виды, маркировка и способы подключения

В условиях современных требований к освещению жилых и коммерческих помещений активно применяются сложные системы электрификации. При проектировании таких систем используется разнообразное оборудование, которое регулярно обновляется и совершенствуется.

Импульсное реле для управления освещением из нескольких точек стало популярно сравнительно недавно и постепенно вытесняет традиционные системы с проходными выключателями.

Области применения импульсного реле

Внедрение импульсного реле в повседневную жизнь связано с его удобством и простотой использования. Оно позволяет управлять освещением как минимум из двух мест.

В условиях квартиры это может означать, что включение света осуществляется у двери, а выключение — рядом с кроватью в спальне. В офисах импульсные реле находят применение в длинных коридорах, лестницах и больших конференц-залах.

Например, наличие двух выключателей для управления освещением на лестничной площадке является полезной функцией. Включив свет на первом этаже, логично будет его выключить с помощью второго выключателя на верхнем этаже.

Для управления с трех и более мест часто применяются проходные и перекрестные выключатели, которые продолжают широко использоваться, но имеют свои недостатки.

Во-первых, такие системы довольно сложны в монтаже: электрический ток проходит через главный автомат, распределительную коробку, выключатели и только потом доходит до ламп. При установке часто возникают ошибки, и если необходимо организовать управление с более чем трех мест, схема может усложняться.

Во-вторых, все провода в системе имеют одинаковое сечение, так как работают под одним напряжением, что сказывается на стоимости. Например, цена проходных выключателей может в несколько раз превышать стоимость обыкновенных.

Тем не менее, потребность в импульсных реле не ограничивается лишь удобством. Эти устройства также могут использоваться для сигнализации и защиты.

К примеру, в промышленной среде для запуска процессов, требующих высокой электрической мощности, импульсные реле могут обеспечить безопасность оператора, так как могут работать на токах низкого напряжения или даже управляться дистанционно.

Структура и принцип работы

По сути, реле представляет собой электромеханический механизм, который замыкает или разрывает электрическую цепь в зависимости от определённых электрических или других воздействий, влияющих на него.

Не коммутационная конструкция реле была изобретена в 1831 году Дж. Генри, а через два года они начали использоваться для обеспечения работы телеграфа С. Морзе.

Существует две основные категории реле: электромеханические и электронные. В первом случае механизм выполняет работу, а во втором — печатная плата с микроконтроллером.

Для примера можно исследовать электромеханическое реле, являющееся импульсным.

При выборе режима работы реле важно учитывать частоту включений, тип и величину тока, а также характер нагрузки.

Конструктивно устройство может быть представлено следующим образом:

1. Катушка – медный провод, намотанный на немагнитное основание, изолированное тканью или покрытое лаком, который не проводит электричество.
2. Сердечник, сделанный из железа, который активируется при протекании электрического тока через катушку.
3. Подвижный якорь – плитка, соединенная с якорем, которая воздействует на замыкающие контакты.
4. Контактная система – непосредственно переключатель, открывающий или закрывающий цепь.

Принцип работы реле основан на явлении электромагнитной силы. Она возникает в сердечнике катушки, когда через него проходит ток, что делает катушку втягивающим устройством.

Сердечник связан с подвижным якорем, который управляет силовыми контактами и осуществляет коммутацию. Контакты могут быть нормально открытыми или нормально закрытыми. В некоторых случаях блок контактов может сочетать оба типа соединений.

При активации цепи механизм фиксирует положение, которое изменяется при повторной подаче импульса, и снова сохраняется до следующего изменения.

К катушке может быть подключен резистор для повышения точности срабатывания, а также полупроводниковый диод, который ограничивает перенапряжение на обмотках. Кроме того, в конструкции может быть установлен конденсатор параллельно контактам для снижения искрения.

Для лучшего понимания работы устройства его можно разбить на несколько блоков:

• исполняющий – контактная группа, замыкающая и размыкающая электрическую цепь;
• промежуточный – катушка, сердечник и подвижный якорь, задействующие исполняющий блок;
• управляющий – в этом реле преобразующий электрический сигнал в магнитное поле.

Поскольку для переключения положения контактов требуется однократный электрический импульс, можно сделать вывод, что эти устройства потребляют ток лишь в момент переключения. Это значительно снижает расход электроэнергии по сравнению с обычными проходными выключателями.

Вторым типом импульсного реле является электронный, где функцию управления выполняет микроконтроллер. Промежуточный блок включает катушку или полупроводниковый ключ. Использование таких элементов как программируемые логические контроллеры позволяет дополнить реле, например, таймером.

Устройства этого типа не имеют механических подвижных частей. Их работа обеспечивается датчиком, распознающим управляющий сигнал, и твердотельной электроникой, которая переключает цепь.

Типы, маркировка и преимущества

Существует несколько основных типов импульсных реле, среди которых выделяются электромеханические и электронные. Электромеханические, в свою очередь, классифицируются по принципу действия.

Классификации импульсных реле

Это подразумевает, что переключение силовых контактов может происходить с использованием сил, отличных от силы магнита.

Среди них выделяются:

• электромагнитные;
• индукционные;
• магнитоэлектрические;
• электродинамические.

Электромагнитные устройства находят наибольшее применение в автоматике благодаря своей надежности и простоте работы, которая основана на действии электромагнитных сил в сердечнике при наличии токов в катушках.

Воздействие на контакты электромагнитных реле осуществляется рамкой, которая притягивается сердечником и возвращается на место с помощью пружины.

Якорь, представляющий собой магнитную плату, притягивается электромагнитом, который состоит из медного провода, намотанного на катушку с ярмом.

Индукционные устройства функционируют на основе взаимодействия переменного тока с индуцированными магнитными потоками. Это взаимодействие создает вращающий момент, приводящий в действие медный диск, расположенный между двумя электромагнитами, замыкая и размыкая контакты.

Работа магнитоэлектрических реле основана на взаимодействии тока в вращающейся рамке с магнитным полем, создаваемым постоянным магнитом, который управляет замыканием и разрывом контактов.

Эти реле обладают высокой чувствительностью, но не получили широкого распространения из-за времени реакции в пределах 0,1-0,2 секунды, что считается долгим.

Электродинамические реле функционируют благодаря силе, возникающей между подвижной и неподвижной катушками тока. Способ замыкания контактов аналогичен тому, который применим для магнитоэлектрических реле, однако индукция в рабочем зазоре создается электромагнитным способом.

Электронные модели конструктивно схожи с электромеханическими. У них имеются те же блоки: исполняющий, промежуточный и управляющий. Главное различие состоит в том, что управление осуществляется полупроводниковым диодом, встроенным в микроконтроллер на печатной плате.

Полупроводниками в таких устройствах выступают транзисторы и тиристоры. Несмотря на свою устойчивость к запыленности и вибрации, они подвержены коротким перегрузкам по току и напряжению.

Этот тип реле может быть дополнен модулями, такими как таймер, который позволяет управлять освещением с заданным временным интервалом. Это удобно для экономии электроэнергии, когда оборудование не требуется. Выключить свет можно двойным нажатием кнопки.

Преимущества и недостатки основных типов реле

Электромеханические переключатели, в отличие от полупроводниковых ключей, обладают следующими преимуществами:

1. Низкая цена благодаря недорогим компонентам.
2. Минимальное тепло, генерируемое при работе контактов за счет низкого падения напряжения.
3. Высокая изоляция (до 5 кВ) между катушкой и контактной группой.
4. Сопротивляемость к импульсным перенапряжениям, молниям и процессам включения мощных установок.
5. Возможность управления линиями нагрузки до 0,4 кВ при небольшом размере устройства.

При замыкании цепи с током в 10 А в компактном реле распределяется менее 0,5 Вт по катушке. В то время как у электронных аналогов этот показатель может превышать 15 Вт, что создает проблемы с охлаждением и кислородом.

Однако стоит заметить и недостатки таких устройств:

1. Проблемы износа и коммутации индуктивных нагрузок с высокими уровнями напряжения при использовании постоянного тока.
2. В процессе включения и отключения электрической цепи возникают радиопомехи, что делает необходимым внедрение экранирования или увеличение расстояния до оборудования, подверженного помехам.
3. Длительное время открытия и закрытия цепи.

Одним из недостатков является постоянный физический и электрический износ при переключении, который включает в себя такие вещи, как окисление контактов, их повреждение от искровых разрядов и деформацию пружинных блоков.

При установке важно учитывать, что электромеханические контактные устройства могут функционировать некорректно, если установлены горизонтально.

В отличие от своих электромеханических аналогов, электронные реле управляют промежуточными устройствами с помощью микроконтроллера.

Преимущества и недостатки электроники можно проанализировать, сравнив продукцию компании F&F с механическими устройствами марки ABB.

К положительным сторонам электромеханических переключателей можно отнести:

• высокий уровень безопасности;
• ускоренную скорость переключения;
• доступность на рынке;
• индикаторы, информирующие о режиме работы;
• широкий функционал;
• бесшумную эксплуатацию.

Дополнительно стоит отметить, что у них есть множество возможностей для монтажа — их можно устанавливать не только на DIN-рейку в электрощите, но и в подрозеток.

К минусам электроники F&F по сравнению с механическими контактами ABB можно отнести:

• сбои в работе при нестабильном электроснабжении;
• перегревы при переключении высоких токов;
• непредсказуемые сбои без видимых причин;
• отключение устройства при коротких отключениях питания;
• высокое сопротивление в закрытом состоянии;
• некоторые реле функционируют только на постоянном токе;
• полупроводниковая схема не сразу пропускает ток в обратном направлении.

Несмотря на упомянутые недостатки, электронные переключатели продолжают совершенствоваться, и их многофункциональность предполагает их более широкое внедрение в будущем.

Чтобы избежать путаницы, производители предоставляют подробные характеристики своих устройств в каталогах и технических паспортах.

Основные параметры

В зависимости от назначения и области применения реле можно классифицировать по различным критериям:

• возвратный коэффициент – это отношение тока, проходящего через якорь, к току, необходимому для его втягивания;
• ток выхода – максимальное значение тока в зажимах катушки, когда якорь выходит;
• ток втягивания – минимальное значение тока в зажимах катушки, когда якорь возвращается в исходное состояние;
• уставка – заданный уровень срабатывания реле;
• величина срабатывания – значение входного сигнала, на который устройство реагирует автоматически;
• номинальные значения – это напряжение, ток и другие параметры, определяющие работу реле.

Также электромагнитные устройства можно классифицировать по времени срабатывания. Реле времени имеет самое долгое время задержки — более 1 секунды с возможностью настройки. За ним следуют замедленные (0,15 сек.), нормальные (0,05 сек.), быстродействующие (0,05 сек.) и, наконец, безынерционные реле — менее 0,001 сек.

Интерпретация маркировки изделий

Маркировка контактора часто встречается в каталогах и на самом устройстве и предоставляет полное описание его конструктивных характеристик, назначения и условий использования.

Например, обозначим электромагнитное промежуточное реле РЭП-26, разработанное для работы в цепях переменного тока до 380 В и постоянного – до 220 В.

Для понимания маркировки рекомендуется разбивать обозначение на части и использовать таблицы, содержащие детали, которые можно найти в специализированной литературе.

Вот как может выглядеть обозначение в магазине: РЭП 26-004А526042-40УХЛ4.

РЭП 26 – ХХХ Х Х ХХ ХХ Х – 40ХХХ4. Подробный разбор обозначения включает:

• 26 – номер серии;
• ХХХ – тип и количество контактов;
• Х – класс износостойкости;
• Х – тип катушки, тип возврата и род тока;
• ХХ – конструктивные особенности монтажа и соединения проводов;
• ХХ – величина тока или напряжения катушки;
• Х – дополнительные элементы;
• 40 – уровень защиты по стандарту IP или по ГОСТ 14254;
• ХХХ4 – климатическая зона использования по ГОСТ 15150.

Климатическое исполнение может быть: УХЛ – для холодного или умеренного климата, или О – для тропического и общего климата.

Согласно таблицам обозначений, рассматриваемое устройство представляет собой электромагнитное промежуточное реле с четырьмя нормально-открытыми контактами, классом износостойкости А и работающим на постоянном токе. Имеет монтажное устройство с ламелями для пайки внешних проводов, катушку на 24 В и ручной манипулятор.

Разные схемы подключения

Существует несколько способов подключения, каждый из которых обладает своими особенностями, достоинствами и недостатками.

Обозначение контактов реле РИО-1 расшифровывается следующим образом:

• N – нулевой провод;
• Y1 – вход для включения;
• Y2 – вход для выключения;
• Y – вход для обеих операций;
• 11-14 – коммутирующие нормально-открытые контакты.

Эти обозначения используются в большинстве моделей реле, но перед подключением важно проверить информацию в паспорте устройства.

Представленная схема электрооборудования служит для управления освещением из трех мест с использованием реле и трех кнопочных выключателей без фиксации положения.

В этой конфигурации силовые контакты реле рассчитываются на ток в 16 А. Защита цепей освещения обеспечивается автоматом на 10 А. Таким образом, проводники должны иметь сечение не менее 1,5 мм².

Кнопочные выключатели соединены параллельно. Красный провод — это фаза, проходящая через все три переключателя к силовому контакту 11. Оранжевый провод — это фаза управления, которая идет на вход Y, затем выходит из клеммы 14 и подключается к лампочкам. Нулевой провод соединяется с клеммой N и лампочками.

Если свет был включен изначально, нажатие на любой выключатель вызовет его отключение: произойдет временное переключение фазы на клемму Y, и контакты 11-14 разомкнутся. При повторном нажатии на любой другой выключатель контакты 11-14 вновь замкнутся, и свет включится.

Преимущество этой схемы в том, что она более удобна, чем использование проходных и перекрестных выключателей. Однако, в случае короткого замыкания, выявление неисправности может быть затруднительным, в отличие от следующего варианта.

Представленная схема поможет сэкономить на проводах, снизив сечение кабелей управления до 0,5 мм². Однако потребуется дополнительный аппарат защиты.

Этот вариант подключения менее распространен, он схож с предыдущим, однако для цепей управления и освещения предусмотрены разные автоматы на 6 и 10 А соответственно, что упрощает выявление неисправностей.

При необходимости управлять несколькими группами освещения отдельными реле, схема будет изменена.

Такой способ подходит для управления освещением целыми группами. Например, это позволяет сразу отключить многоуровневую люстру или освещение всех рабочих мест в цеху.

Еще одним вариантом применения импульсных реле является централизованное управление.

Эта схема удобна, так как позволяет выключить всё освещение одной кнопкой перед уходом из дома, а затем снова включить при возвращении.

В данной конфигурации добавляются два выключателя: один для замыкания, другой для размыкания цепи. Первый может просто включать группу освещения, и фаза от выключателя «ВКЛ» подается на клеммы Y1 каждого реле, замыкая контакты 11-14.

Выключатель размыкания выполняет аналогичные функции, но переключение происходит на клеммы Y2 каждого реле, размыкая цепь.

Заключение и полезные видеоматериалы

Видеоролик наглядно демонстрирует конструкцию, принцип работы, использование и историю создания данного вида устройств:

Следующий материал подробно объясняет принцип функционирования твердотельных или электронных реле:

Использование импульсных реле становится всё более актуальным в современных системах электрификации. Возрастающие требования к функциональности, гибкости управления освещением, экономии материалов и безопасности стимулируют дальнейшее развитие контакторов.

Они становятся компактнее, конструктивно проще и более надежными. Применение новых технологий открывает возможности для эксплуатации в сложных условиях, таких как высокая запыленность, вибрация, магнитные поля и повышенная влажность.

Оставляйте свои комментарии в разделе ниже, задавайте вопросы и делитесь полезной информацией по теме статьи, которая может быть интересна другим посетителям. Расскажите о своем опыте выбора и установки импульсного выключателя.