По принципу действия реле можно разделить на электромагнитные, индукционные, тепловые и т. п. По времени срабатывания различают реле мгновенного действия и реле с выдержкой времени (реле времени). Выдержка времени может быть как при замыкании контактов реле, так и при размыкании.
Обычно реле осуществляет свои защитные функции в сочетании с контакторами. Контакты реле включаются в цепь втягивающей катушки контактора (поэтому контакты реле предназначаются для сравнительно небольших токов).
При срабатывании реле его контакты размыкаются и разрывают цепь питания втягивающей катушки контактора. Контактор, лишившись питания, размыкает свои контакты и отключает защищаемый электродвигатель от сети.
Размыкание контактов реле может происходить при увеличении тока выше допускаемой величины (реле максимального тока), при падении тока ниже определенной величины (реле минимального тока), при изменении его направления (реле обратного тока). Существуют также реле максимального, минимального и нулевого напряжения.
Особую группу составляют реле защиты генераторов и двигателей, встраиваемые в воздушные автоматические выключатели.
Якорь электромагнитов этих реле оказывает непосредственное воздействие на механизм переключения автомата. Такие реле называются реле прямого действия, или расцепителями, так как под их воздействием происходит расцепление деталей в механизме переключения автомата и разрыв защищаемой цепи.
Наибольшее распространение на судах морского флота имеют электромагнитные реле. Рассмотрим устройство некоторых типов этих реле.
На рис. 1 дан эскиз реле типа ЭР-70. Это реле в основном употребляется как реле максимального тока. На изоляционной плите 9 смонтирован угольник магнитопровода 1 с надетой на него втягивающей катушкой 2 и две неподвижные контактные стойки 10. На магнитопровод навешен якорь 3 с контактным мостиком 4.
Когда якорь притягивается к магнитопроводу, контактный мостик размыкает неподвижные контакты 10, если же тока в катушке 2 нет или проходящий по ней ток меньше тока уставки реле — контакты 10 замкнуты мостиком 4 (реле с н. з. контактами).
Уставка реле зависит от натяжения пружины 6 и может быть изменена вращением фасонной гайки 8. На шкале 7 нанесены риски, соответствующие различным уставкам реле.
В таком исполнении, если уменьшится величина тока, вызвавшего срабатывание реле, якорь реле под действием пружины 6 отпадает от сердечника и контакты реле вновь замкнутся.
Это возвращение контакта реле в исходное положение происходит без какого-либо внешнего воздействия, поэтому реле такого типа называется реле с самовозвратом.
При применении реле с самовозвратом сразу же после отключения электродвигателя происходит повторный пуск его в ход. Если при этом причина, приведшая к недопустимому току в цепи двигателя, еще не устранена, то максимальное реле опять сработает и двигатель опять будет отключен от сети.
В некоторых случаях применение реле с самовозвратом является недопустимым; тогда реле снабжается дополнительным приспособлением в виде защелки 5, препятствующей возврату якоря, а следовательно, и контактов реле в исходное положение. Защелку можно сдвинуть с места только посредством внешнего воздействия. Такие реле носят название реле с принудительным возвратом.
Рис.1. Эскиз реле типа ЭР-70
Если защелка освобождается вручную, реле называется реле с ручным возвратом. Если для освобождения защелки применяют электромагнит, то реле называют реле с электромагнитным возвратом.
Ручной возврат осуществляется нажимом на кнопку специального толкателя, установленного на дверцах ящика, в котором обычно монтируется реле вместе с другими аппаратами управления. Толкатель нажимает на защелку 5 и освобождает якорь реле.
Дистанционный электромагнитный возврат осуществляется при помощи катушки 11. Эта катушка рассчитана на кратковременный режим работы и не может оставаться включенной на длительное время.
На рис. 2 изображено электромагнитное реле типа ЭР-100. Оно употребляется в качестве максимального реле, реле защиты от перегрузки (грузовое реле), реле минимального напряжения и реле времени.
При использовании реле в качестве токового его втягивающая катушка 7 выполняется из толстой проволоки или медной шины, имеет небольшое число витков и включается в цепь последовательно.
У реле напряжения или реле времени катушка состоит из большого числа витков тонкой медной проволоки и включается параллельно защищаемой цепи.
Магнитопровод реле состоит из угольника 1 и сердечника 8. На сердечник надета втягивающая катушка 7, закрепленная нажимной шайбой 9.
Рис.2. Электромагнитное реле типа ЭР-100
Подвижные контакты реле выполнены в виде контактных мостиков 3, укрепленных на якоре 6. Мостик подвешен на пружине 4, допускающей некоторое смещение мостика в любой плоскости.
Якорь связан с неподвижным магнитопроводом пластиной 5 и уравновешен грузом 13. При срабатывании реле якорь преодолевает натяжение пружины 10 и контактные мостики попарно замыкают неподвижные контакты, расположенные на стойках 2.
Регулировка уставки реле производится вращением гайки 11, т. е. изменением натяжения пружины 10.
Выдержка времени у этих реле, получаемая при размыкании контактов, достигается или замыканием катушки реле накоротко, или (при наличии на сердечнике катушки медной гильзы) размыканием цепи катушки, как это было описано при рассмотрении таймтакторов.
Грубая регулировка выдержки времени производится изменением толщины немагнитной прокладки 12, укрепленной на якоре реле.
Чем толще эта прокладка (т. е. чем больше расстояние между сердечником катушки и притянутым якорем), тем меньше выдержка времени.
Окончательная (точная) регулировка, как было сказано выше, достигается изменением натяжения пружины 10.
Электромагнитные реле могут обеспечить выдержку времени от 0,3 до 5 сек.
Реле времени применяются в различных схемах управления двигателями в качестве так называемых реле ускорения, которые служат для постепенного выведения из цепи ступеней пуско-регулировочного сопротивления.
Реле ускорения имеют нормально замкнутые контакты, замыкающиеся тогда, когда ток по 7 катушке реле не проходит.
Защита от обратного тока параллельно работающих генераторов осуществляется при помощи реле обратного тока. Схема устройства такого реле дана на рис. 3.
Рис. 3. Реле обратного тока
Магнитопровод 1 этого реле имеет сердечник 5, на котором размещена токовая катушка 4. На якоре 2, могущем поворачиваться на своей оси, находится катушка напряжения. На оси якоря укреплен рычажок с подвижным контактом 3. Рычажок оттягивается пружиной 6 от неподвижных контактов 7.
При нормальном направлении тока в обеих катушках якорь стремится повернуться в ту сторону, в которую его оттягивает пружина 6. При изменении направления тока в защищаемой цепи, а следовательно, и в катушке 4 полюсы магнитопровода изменят свою полярность — якорь повернется в другую сторону и его подвижный контакт 3 замкнет неподвижные контакты 7.
Контакт 7 включит выключающую катушку автомата, последний сработает и отключит генератор. Реле этого типа может быть выполнено и на размыкание контактов.
Рассмотренные максимальные реле мгновенного действия не могут защитить электродвигатели от перегрузок порядка 10—50% от номинальной мощности двигателя, так как уставка максимального реле не может быть меньше пускового тока двигателя (обычно превосходящего нормальный ток в 1,5—2 раза).
Между тем такие перегрузки в течение определенного интервала времени могут вызвать серьезное повреждение двигателя. Поэтому, кроме защиты двигателя от кратковременных, больших токов (толчков тока или коротких замыканий), осуществляемой максимальным реле, двигатель .защищают от длительных перегрузок.
Одним из аппаратов, осуществляющих эту защиту, является тепловое реле. Устройство теплового реле представлено схематически на рис. 4.
Рис. 4. Тепловое реле
В реле имеется биметаллическая пластинка 2, окруженная нагревательным элементом 1, по которому проходит ток защищаемого объекта. Биметаллическая пластинка изготовляется из двух разных металлов, обладающих различной способностью расширяться при нагревании.
Поэтому при нагреве эта пластинка изгибается в сторону металла с меньшей способностью к расширению.
Нагревательный элемент рассчитывается так, что при прохождении по нему определенного тока в течение заданного условиями защиты промежутка времени биметаллическая пластинка нагреется и изогнется настолько, что освободит придерживаемый ею рычажок 3.
Рис. 5. Двухполюсное тепловое реле типа ТТ-12
Под действием пружины 5 этот рычажок поворачивается на своей оси, вследствие чего контакты 4 и 6 разомкнутся. Эти контакты включены в управляющую цепь контактора, который отключает защищаемый электродвигатель от сети.
Рассмотренное тепловое реле относится к числу реле с ручным возвратом контактов в исходное положение. Время, по истечении которого тепловое реле приходит в действие от перегрузки, зависит от величины последней: чем больше перегрузка двигателя, тем быстрее действует реле. Так, например, тепловое реле для защиты небольших по мощности двигателей (до 3 кВт) сработает: при перегрузке двигателя на 25% — через 3 мин, при перегрузке на 50% — через 2 мин и при перегрузке на 100% — через 1 мин.
На рис. 5 показано двухполюсное тепловое реле типа ТТ-12 с нормально замкнутыми контактами (кожух с реле снят).
Рис. 6. Реле давления
В качестве примера реле, реагирующего на изменение неэлектрических величин, рассмотрим реле давления, изображенное на рис. 6. Это реле широко применяется на морских судах в гидрофорных установках, служащих для автоматического снабжения экипажа пресной и забортной водой.
В корпусе 1, закрытом кожухом 2, смонтированы две мембраны 3, воспринимающие давление снизу и передающие его через поршни 4 на подушки 5. С противоположной стороны на подушки 5 воздействуют пружины 6, установленные на стержнях 7. Натяжение пружин регулируется гайками 8. Цифрой 9 помечены выключающие органы реле — микровыключатели.
Внутренняя полость реле, в которой находятся мембраны, соединена с контролируемой цистерной. Если давление в цистерне преодолеет натяжение пружины, поршень 4 подымется и через подушку 5 воздействует на контактную систему реле.
Реле имеет две контактные системы. Одна работает при повышении давления до максимального и отключает электродвигатель насоса, подающего воду в контролируемую цистерну. Другая срабатывает при понижении давления до минимального и включает электродвигатель насоса, подающего воду.
