Импулсно реле за управление на осветлението: как работи, видове, маркировка и свързване

За задоволяване на съвременните изисквания за осветление на апартаменти, офисни помещения и предприятия се използват сложни електрификационни системи. При тяхното проектиране за решаване на отделни задачи се използва редица оборудване, което постоянно се усъвършенства.

Така, импулсното реле за управление на осветлението от няколко места започна да се използва сравнително наскоро. Постепенно то измества стандартните схеми с проходни ключове.

Къде може да се прилага импулсно реле?

Внедряването на това устройство в битовата употреба се обяснява с простото удобство. В крайна сметка то позволява да се контролира осветлението поне от две точки.

В апартамент това може да е спалня, където включването е станало на входа, а изключването до леглото. В офисите – това са дълги коридори, стълбищни площадки и големи конферентни зали.

Използването на два ключа за осветление на стълбището се превърна в необходимост. Като включите светлината на първия етаж, е напълно логично да я изгасите с втория ключ горе.

Със задачата за трипозиционно управление могат да се справят проходните и кръстосаните ключове. Тази схема и до днес има широко приложение. Но в нея се наблюдават и очевидни недостатъци.

Първо, това е доста сложна за монтаж система, в която електричеството преминава път през главния автомат, разпределителната кутия, самите ключове и след това към осветителните лампи. При нейното инсталиране често възникват грешки. Ако пък са необходими повече от три места за управление, схемата се усложнява.

Схемата нагледно показва претовареността с проводници: от първия ключ – пет, от втория – шест, от първото и второто осветление – по три кабела.

Второ, всички проводници имат еднакво сечение, тъй като използват ток с еднакво напрежение, което се отразява на общите разходи. В тях влиза и цената на проходните ключове, която е няколко пъти по-висока от цената на обикновените.

Но необходимостта от използване на импулсно реле не произтича само от съображения за комфорт. То се използва и за сигнализация и защита.

Например, в промишлено предприятие за стартиране на производствени процеси, изискващи висока електрическа мощност, този уред позволява да се обезопаси операторът. Тъй като работи с токове с малко напрежение или се управлява дистанционно.

Устройство и принцип на действие

В общия смисъл на думата реле е електротехнически механизъм, който затваря или прекъсва електрическа верига въз основа на определени електрически или други параметри, които му въздействат.

Неговата некомутационна конструкция е изобретена още през 1831 г. от Дж. Хенри. А две години по-късно започва да се използва за осигуряване функционирането на телеграфа на С. Морз.

Могат да се отделят две основни групи: електромеханични и електронни. В първия тип работата се извършва от механизъм, а във втория за всичко отговаря печатна платка с микроконтролер. Неговата работа е удобно да се разгледа на примера на електромеханично реле, което е импулсно.

При избора на режим на работа на релето трябва да се ръководите от честотата на включванията, вида и големината на тока, характера на изпитваните натоварвания

Конструктивно може да се представи по следния начин:

1. Бобина – това е медна жица, навита върху основа от немагнитен материал. Тя може да бъде с платнена изолация или да бъде покрита с лак, който не пропуска електричество.
2. Сърцевина, съдържаща желязо и привеждана в действие при преминаване на електрически ток през намотките на бобината.
3. Подвижна котва – това е пластина, която се закрепва към котвата и оказва въздействие върху затварящите контакти.
4. Контактна система – пряко превключвател на състоянието на веригата.

В основата на работата на релето стои явлението електромагнитна сила. Тя се появява във феритната сърцевина на бобината, когато през нея се пусне ток. В този случай бобината е притеглящо устройство.

Сърцевината в нея е свързана с подвижната котва, която привежда в действие силовите контакти, осъществявайки комутация. Те могат да бъдат от типа нормално отворен/нормално затворен. Понякога блок контакти може да съдържа едновременно отворени и затворени видове свързване.

При включване на веригата механизмът фиксира това положение, което се променя при повторно подаване на импулс и отново се фиксира до следващата промяна

Към бобината допълнително може да се свърже резистор, увеличаващ точността на задействане, както и полупроводников диод, ограничаващ пренапрежението на намотката. Освен това, в конструкцията може да присъства кондензатор, инсталиран паралелно на контактите, за намаляване на искрене.

По-ясно работата на уреда може да се представи, като се раздели на няколко блока:

• изпълняващ – това е контактна група, която затваря/отваря електрическата верига;
• междинен – бобина, сърцевина и подвижна котва задействат изпълняващия блок;
• управляващ – в това реле преобразува електрическия сигнал в магнитно поле.

Тъй като за превключване на положението на контактите е необходим еднократен електрически импулс, може да се направи извод, че тези устройства консумират напрежение само в момента на превключване. Това значително пести електроенергия, за разлика от обикновените проходни ключове.

Вторият вид импулсно реле е електронният тип. За работата в него отговаря микроконтролер. Междинен блок тук служи бобина или полупроводников ключ. Използването в схемата на такива елементи като програмируеми логически контролери позволява да се допълни релето, например, с таймер.

В устройството от този вид няма механични подвижни елементи. Работата осъществява сензор, който разпознава управляващия сигнал, и твърдотелна електроника, която комутира веригата.

Видове, маркировка и предимства

Основните видове импулсни релета са електромеханични и електронни. Електромеханичните от своя страна се класифицират според принципа на действие.

Разновидности на импулсни устройства

Това означава, че превключването на силовите контакти може да се осъществява от сили, различни от усилието на магнита.

Те се подразделят на:

• електромагнитни;
• индукционни;
• магнитоелектрически;
• електродинамични.

Електромагнитните приспособления в системите за автоматика се използват по-често от останалите. Те са достатъчно надеждни поради несложния метод на работа, основан на действието на електромагнитни сили във феромагнитна сърцевина, при условие че в бобината има ток.

Въздействието върху контактите на електромагнитните релета осъществява рамка, която в едно положение се привлича от сърцевината, а във второто се връща от пружина.

Котвата, т.е. пластина с магнитни свойства, се привлича от електромагнит, който е медна жица, навита на бобина с ярем.

Индукционните имат принцип на действие, основан на контакта на токове – променлив с индуцирани магнитни потоци със самите потоци. Това взаимодействие създава въртящ момент, който задвижва меден диск, разположен между два електромагнита. Въртейки се, той затваря и отваря контактите.

Работата на магнитоелектрическите устройства се извършва чрез взаимодействието на тока в подвижна рамка с магнитното поле, създавано от постоянен магнит. Управлението на затварянето/отварянето на контактите се осъществява благодарение на нейното въртене.

Относно своя тип такива релета са много чувствителни. Те обаче не са получили голямо разпространение поради времето за сработване от 0,1-0,2 s, което се счита за дълго.

Електродинамичните релета работят благодарение на силата, която възниква между подвижната и неподвижната токови намотки. Начинът на затваряне на контактите е същият като при магнитоелектрическото устройство. Разликата е само в това, че индукцията в работната междина се създава по електромагнитен начин.

Електронните модели конструктивно почти повтарят електромеханичните. Те имат същите блокове: изпълнителен, междинен и управляващ. Разликата е само в последния. Управлението на комутацията се осъществява от полупроводников диод в състава на микроконтролер на печатна плата.

В ролята на полупроводници в това устройство се изявяват транзистори и тиристори. Въпреки че издържат на сложни условия на запрашеност и вибрации, те са податливи на краткотрайни претоварвания по ток и напрежение.

Този вид реле се оборудва с допълнителни модули. Например таймерът позволява изпълнението на програма за управление на осветлението през зададен интервал от време. Това е удобно за икономия на електроенергия, когато няма нужда от работа на оборудването. При необходимост светлината може да се изключи чрез двойно натискане на бутона.

Предимства и недостатъци на основните типове релета

За разлика от полупроводниковите ключове, електромеханичните превключватели имат следните предимства:

1. Относително ниска цена благодарение на евтини компоненти.
2. Образуване на малко количество топлина върху включените контакти поради слаб спад на напрежението.
3. Наличие на мощна изолация от 5 kV между намотката и контактната група.
4. Неподатливост на вредно влияние от импулси на пренапрежение, смущения от мълнии и комутационни процеси на мощни електроуредби.
5. Управление на линии с товар до 0,4 kV при малък обем на устройството.

При затваряне на верига с ток от 10 A в реле с малък обем по намотката се разпределя под 0,5 W. Докато при електронните аналози този показател може да бъде над 15 W. Благодарение на това не възниква проблем с охлаждането и вреда за атмосферата.

Към техните недостатъци следва да се отнесат:

1. Износ и проблеми при комутация на индуктивни товари и високи напрежения при постоянен ток.
2. Включването и изключването на веригата е съпроводено с генериране на радиосмущения. Това изисква инсталиране на екраниране или увеличаване на разстоянието до оборудването, податливо на смущения.
3. Относително дълго време на задействане.

Още един минус е наличието на непрекъснато механично и електрическо износване при комутация. Към тях се отнасят окисляването на контактите и тяхното увреждане от искрови разряди, деформация на пружинните блокове.

При монтажа трябва да се има предвид, че електромеханичният вариант на изпълнение на контакторите може да работи некоректно, ако се намира в хоризонтално положение

За разлика от електромеханичните, електронните релета осъществяват управление на междинен блок посредством микроконтролер.

Предимствата и недостатъците на електрониката могат да се разгледат на примера на апаратите на фирма F&F в сравнение с марката ABB, която произвежда механика.

От плюсовете на първия тип превключватели могат да се откроят:

• голяма безопасност;
• висока скорост на превключване;
• достъпност на пазара;
• индикаторни известявания за режима на работа;
• разширен функционал;
• безшумна работа.

Освен това, безспорно предимство се състои в няколко варианта на монтаж — възможен е монтаж не само на DIN-шина на таблото, но и в подрозетник.

Недостатъци на електрониката F&F в сравнение с механиката на ABB:

• нарушаване на работата при сривове в електрозахранването;
• прегряване при комутация на големи токове;
• възможни са „глюкове“ без видими за това причини;
• изключване на уреда при краткотрайно изключване на напрежението в мрежата;
• голямо съпротивление в затворено положение;
• някои релета работят само на постоянен ток;
• полупроводниковата схема не пропуска веднага тока обратно в обичайната посока.

Въпреки посочените недостатъци, електронните комутатори постоянно се развиват и благодарение на по-големия потенциал на функционала в сравнение с електромеханичните, се очаква преобладаващото им използване.

За да се избегне объркване, производителят предоставя максимално подробни характеристики на изделието в каталозите на магазина и в техническия паспорт на устройството

Основни характеризиращи параметри

В зависимост от предназначението и областта на приложение релетата могат да бъдат класифицирани по няколко признака:

• коефициент на връщане – отношение на стойността на тока при излизане на котвата към тока на привличане;
• изходен ток – максималната му стойност на клемите на намотката при излизане на котвата;
• ток на привличане – минималният му показател на клемите на намотката при връщане на котвата в изходно положение;
• настройка – ниво на стойността на задействане в зададените граници, установена в релето;
• стойност на задействане – стойност на входния сигнал, на която устройството автоматично отговаря;
• номинални стойности – напрежение, ток и други величини, лежащи в основата на действието на релето.

Също така електромагнитните устройства могат да бъдат разделени по време на задействане. Най-дългото забавяне е при релето за време – повече от 1 сек, с възможност за настройка на този параметър. След това идват забавените – 0,15 сек., нормалните – 0,05 сек., бързодействащите – 0,05 сек. И най-бързите безинерционни – по-малко от 0,001 сек.

Разшифровка на маркировката на изделията

Кодът на маркировката на контактора често може да се срещне в каталозите на магазините и на самото устройство. Той дава пълно описание на конструктивните особености, предназначението и условията за тяхното прилагане.

Съставът на обозначението може да се разбере на електромагнитното междинно реле РЕП-26. То се използва във вериги за променлив ток до 380 V и за постоянен до 220 V.

За да се разбере маркировката, е необходимо надписът да се раздели на блокове и да се приложат таблици-описания, които могат да се намерят в специализирани справочници.

В такъв вид може да изглежда обозначението на изделието в магазина: РЕП 26-004А526042-40УХЛ4.

РЕП 26 – ХХХ Х Х ХХ ХХ Х – 40ХХХ4. Този вид обозначение може да се разбере по следния начин:

• 26 – номер на серията;
• ХХХ – вид на контактите и техния брой;
• Х – клас на износоустойчивост при комутация;
• Х – тип на бобината за включване, тип на връщане на релето и вид на тока;
• ХХ – конструкция по начин на монтаж и свързване на проводниците;
• ХХ – стойност на тока или напрежението на бобината;
• Х – допълнителни елементи на конструкцията;
• 40 – ниво на защита по стандарт IP или ГОСТ 14254;
• ХХХ4 – климатична зона на приложение в съответствие с ГОСТ 15150.

Климатичното изпълнение може да бъде: УХЛ – за климат студен и умерен или О – за тропически или общеклиматично изпълнение.

Съгласно специалните таблици на обозначенията, разглежданото устройство представлява електромагнитно междинно реле, с четири контакта за превключване, клас на устойчивост при комутация А, използващо постоянен ток. Има закрепване на розетка с ламели за запояване на външни проводници, бобина с напрежение 24 V и ръчен манипулатор.

Няколко вида схеми за свързване

Съществуват няколко варианта за монтаж, всеки от които има свои особености, предимства и недостатъци.

Обозначението на контактите на реле РИО-1 има следната разшифровка:

• N – нулев провод;
• Y1 – вход за включване;
• Y2 – вход за изключване;
• Y – вход за включване и изключване;
• 11-14 – комутиращи контакти от нормално отворен тип.

Тези обозначения се използват на повечето модели релета, но преди свързването към веригата трябва допълнително да се запознаете с тях в паспорта на изделието.

Представената схема за електрификация се използва за управление на светлината от три места посредством реле и три бутонни ключа без фиксация на положението.

В тази схема силовите контакти на релето използват ток от 16 А. Защитата на веригите за контрол и системи за осветление се осъществява от автоматичен прекъсвач 10 А. Следователно проводниците имат диаметър не по-малък от 1,5 mm².

Свързването на бутонните комутатори е изпълнено паралелно. Червеният проводник – фаза, преминава през всичките три бутонни ключа към силовия контакт 11. Оранжевият проводник – фаза на комутация, пристига на вход Y. След което излиза от клема 14 и отива към лампите. Нулевият проводник от шината се свързва с клема N и с осветителните тела.

Ако светлината първоначално е била включена, при натискане на който и да е ключ, светлината ще угасне — ще се осъществи краткотрайна комутация на фазовия проводник към клема Y и контактите 11-14 ще се разкъсат. Същото ще се случи при последващо натискане на друг ключ. Но контактите 11-14 ще променят положението си и светлината ще се включи.

Предимството на показаната схема пред проходните и кръстосаните ключове е очевидно. Въпреки това, при късо съединение откриването на повредата ще създаде известни затруднения, за разлика от следващия вариант.

Такава схема ще позволи да се спестят проводници, тъй като сечението на управляващите кабели може да се намали до 0,5 мм². Въпреки това ще се наложи да се закупи втори защитен апарат.

Това е по-рядко срещан вариант на свързване. Той е същият като предишния, но веригите за управление и осветление имат свои собствени защитни автомата за 6 и 10 А съответно. Това улеснява откриването на неизправности.

Ако възникне необходимост да се управляват няколко групи осветление с отделно реле, то схемата се видоизменя донякъде.

Такъв метод на свързване е удобно да се използва за включване и изключване на осветлението на цели групи. Например, да се угаси незабавно многостепенен полилей или осветлението на всички работни места в цеха.

Още един вариант за използване на импулсни релета е системата с централизирано управление.

Схемата е удобна с това, че може да се изключи цялото осветление с един бутон, когато излизате от дома. А при завръщане, да се включи по същия начин.

В тази схема се добавят два ключа за затваряне и отваряне на веригата. Първият бутон може само да включи групата осветление. При това фазата от ключа «ВКЛ» ще дойде на клемите Y1 на всяко реле и контактите 11-14 ще се затворят.

Ключът за отваряне работи аналогично на първия ключ. Но комутацията се осъществява към клемите Y2 на всеки комутатор и неговите контакти заемат положение за отваряне на веригата.

Изводи и полезно видео по темата

Видеоматериалът разказва за устройството, работата, приложението и историята на създаването на този вид устройства:

Следващият сюжет подробно описва принципа на действие на твърдотелните или електронните релета:

Използването на импулсни релета намира все по-широко приложение в съвременните системи за електрификация. Увеличаването на изискванията към функционалността и гъвкавостта на управлението на осветлението, икономията на материали и безопасността създава непрекъснат импулс за усъвършенстване на контакторите.

Те намаляват по размер, опростяват се конструктивно, повишавайки надеждността. А използването на принципно нови технологии в основата на работата позволява да се прилагат в тежки условия на прашни производства, вибрации, магнитни полета и влажност.

Моля, пишете коментари в блока по-долу. Задавайте въпроси, споделяйте полезна информация по темата на статията, която ще бъде полезна на посетителите на сайта. Разкажете как сте избрали и инсталирали импулсен превключвател.