Импульсное реле для управления освещением: как работает, виды, маркировка и подключение

Для удовлетворения современных требований освещения квартир, офисных помещений и предприятий используются сложные системы электрификации. При их проектировании для решения отдельных задач применяется ряд оборудования, которое постоянно усовершенствуется.

Так, импульсное реле для управления освещением из нескольких мест стало использоваться относительно недавно. Постепенно оно вытесняет стандартные схемы с проходными выключателями.

Где может применяться импульсное реле?

Внедрение этого устройства в бытовое пользование объясняется простым удобством. Ведь оно позволяет контролировать освещение как минимум из двух точек.

В квартире это может быть спальня, где включение произошло у входа, а выключение рядом с кроватью. В офисах – это длинные коридоры, лестничные пролеты и большие конференц-залы.

Использование двух выключателей для освещения лестницы стало необходимостью. Включив свет на первом этаже, вполне логично погасить его вторым выключателем наверху

С задачей трехпозиционного управления могут справиться проходные и перекрестные выключатели. Эта схема и до сих пор имеет широкое применение. Но в ней присутствуют и очевидные недостатки.

Во-первых, это довольно сложная для монтажа система, в которой электричество проходит путь через главный автомат, распределительную коробку, сами выключатели и затем на лампы освещения. При ее установке нередко возникают ошибки. Если же необходимо более трех мест управления, то схема усложняется.

Схема наглядно показывает перегруженность проводами: от первого выключателя – пять, от второго – шесть, от первой и второй подсветки – по три кабеля

Во-вторых, все провода имеют одинаковое сечение, так как используют ток одного напряжения, что сказывается на общих затратах. В них также входит цена проходных выключателей, в несколько раз превышающая стоимость обычных.

Но необходимость использования импульсного реле происходит не только из соображений комфорта. Оно также применяется для сигнализации и защиты.

Например, на промышленном предприятии для запуска производственных процессов, требующих высокой электрической мощности, этот прибор позволяет обезопасить оператора. Так как работает от токов малого напряжения либо вовсе управляется дистанционно.

Устройство и принцип действия

В общем смысле слова реле – это электротехнический механизм, который замыкает или разрывает электрическую цепь, исходя из определенных электрических или иных параметров, которые на него воздействуют.

Его не коммутационная конструкция была изобретена еще в 1831 году Дж. Генри. А через два года стали применять для обеспечения функционирования телеграфа С. Морзе.

Можно выделить две основные группы: электромеханические и электронные. В первом типе устройства работу осуществляет механизм, а во втором за все отвечает печатная плата с микроконтроллером. Его работу удобно рассмотреть на примере электромеханического реле, которое является импульсным.

При выборе режима работы реле необходимо руководствоваться частотой включений, родом и величиной тока, характером испытываемых нагрузок

Конструктивно его можно представить следующим образом:

1. Катушка – это медный провод, намотанный на основание из немагнитного материала. Он может быть в тканевой изоляции или покрывается лаком, не пропускающим электричество.
2. Сердечник, содержащий железо и приходящий в действие при прохождении электрического тока через витки катушки.
3. Подвижный якорь – это пластина, которая крепится к якорю и оказывает воздействие на замыкающие контакты.
4. Контактная система – непосредственно переключатель состояния цепи.

В основе работы реле лежит явление электромагнитной силы. Она появляется в ферромагнитном сердечнике катушки, когда через нее пускается ток. Катушка в этом случае является втягивающим устройством.

Сердечник в ней связан с подвижным якорем, который и приводит в действие силовые контакты, осуществляя коммутацию. Они могут быть нормально открытого/нормально закрытого типа. Иногда блок контактов может содержать одновременно разомкнутые и замкнутые виды соединения.

При включении цепи механизм фиксирует это положение, которое меняется при повторной подаче импульса и снова фиксируется до следующего изменения

К катушке дополнительно может подключаться резистор, увеличивающий точность срабатывания, а также полупроводниковый диод, ограничивающий перенапряжение на обмотке. Кроме этого, в конструкции может присутствовать конденсатор, установленный параллельно контактам, для уменьшения искрения.

Более понятно работу устройства можно представить, разбив его на несколько блоков:

• исполняющий – это контактная группа, которая замыкает/размыкает электрическую цепь;
• промежуточный – катушка, сердечник и подвижный якорь задействуют исполняющий блок;
• управляющий – в этом реле преобразует электрический сигнал в магнитное поле.

Так как для переключения положения контактов необходим однократный электрический импульс, то можно сделать вывод о том, что эти приборы потребляют напряжение только в момент переключения. Это значительно экономит электроэнергию, в отличие от обычных проходных выключателей.

Второй разновидностью импульсного реле является электронный тип. За работу в нем отвечает микроконтроллер. Промежуточным блоком здесь служит катушка или полупроводниковый ключ. Использование в схеме таких элементов, как программируемые логические контроллеры, позволяет дополнить реле, например, таймером.

В устройстве этого вида нет механических подвижных элементов. Работу осуществляет датчик, распознающий сигнал управления и твердотельная электроника, которая коммутирует цепь

Виды, маркировка и преимущества

Основными видами импульсных реле являются электромеханические и электронные. Электромеханические в свою очередь классифицируются по принципу действия.

Разновидности импульсных устройств

Это значит, что переключение силовых контактов может осуществляться силами отличными от усилия магнита.

Они подразделяются на:

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

Электромагнитные приспособления в системах автоматики применяются чаще остальных. Они достаточно надежны за счет несложного метода работы, основанного на действии электромагнитных сил в ферромагнитном сердечнике при условии, что в катушке есть ток.

Воздействие на контакты электромагнитных реле осуществляет рамка, которая в одном положении притягивается сердечником, а во второе возвращается пружиной.

Якорь, т. е. пластина с магнитными свойствами, притягивается электромагнитом, которым является медный провод, намотанный на катушку с ярмом

Индукционные имеют принцип действия, основанный на контакте токов — переменного с индуцированными магнитными потоками с самими потоками. Это взаимодействие создает вращающий момент, который приводит в движение медный диск, расположенный между двух электромагнитов. Вращаясь, он замыкает и размыкает контакты.

Работа магнитоэлектрических устройств выполняется за счет взаимодействия тока в поворотной рамке с магнитным полем, создаваемым постоянным магнитом. Управление замыканием/разрывом контактов осуществляется благодаря ее вращению.

Относительно своего типа такие реле очень чувствительны. Однако они не получили большого распространения из-за времени срабатывания в 0,1-0,2 с, которое считается долгим.

Электродинамические реле работают за счет силы, возникающей между подвижной и неподвижной катушками тока. Способ замыкания контактов такой же, как и в магнитоэлектрическом устройстве. Отличие только в том, что индукция в рабочем зазоре создается электромагнитным способом.

Электронные модели конструктивно почти повторяют электромеханические. Имеют те же блоки: исполняющий, промежуточный и управляющий. Различие заключается только в последнем. Управление коммутацией осуществляется полупроводниковым диодом в составе микроконтроллера на печатной плате.

В роли полупроводников в этом устройстве выступают транзисторы и тиристоры. Хотя они и выдерживают сложные условия запыленности и вибрации, но подвержены коротким перегрузкам по току и напряжению

Этот вид реле оборудуется дополнительными модулями. Например, таймер позволяет выполнять программу по управлению освещением через заданный промежуток времени. Это удобно для экономии электроэнергии, когда в работе оборудования нет нужды. При необходимости выключить свет можно двойным нажатием кнопки.

Достоинства и недостатки основных типов реле

Отличаясь от полупроводниковых ключей, электромеханические переключатели имеют следующие преимущества:

1. Относительно низкая стоимость за счет недорогих составляющих.
2. Образование небольшого количества тепла на включенных контактах из-за слабого падения напряжения.
3. Присутствие мощной изоляции в 5 кВ между катушкой и контактной группой.
4. Не подверженность вредному влиянию импульсов перенапряжения, помехам от молний, процессам коммутации мощных электроустановок.
5. Управление линиями с нагрузкой до 0,4 кВ при малом объеме устройства.

При замыкании цепи с током в 10 А в реле малого объема по катушке распределяется менее 0,5 Вт. В то время как, на электронных аналогах этот показатель может составлять более 15 Вт. Благодаря этому не возникает проблемы охлаждения и вреда атмосфере.

К их недостаткам приспособлений следует отнести:

1. Износ и проблемы при коммутации индуктивных нагрузок и высоких напряжений при постоянном токе.
2. Включение и выключение цепи сопровождается порождением радиопомех. Это требует установку экранирования или увеличения расстояния до подверженного помехам оборудования.
3. Относительно долгое время срабатывания.

Еще один минус — наличие непрерывного механического и электрического износа при коммутации. К ним относится окисление контактов и их повреждение от искровых разрядов, деформация блоков пружин.

При монтаже стоит учитывать, что электромеханический вариант исполнения контакторов может работать некорректно, если находится в горизонтальном положении

В отличие от электромеханических, электронные реле осуществляют управление промежуточным блоком посредством микроконтроллера.

Достоинства и недостатки электроники можно разобрать на примере аппаратов фирмы F&F относительно марки ABB, которая производит механику.

Из плюсов первого типа переключателей можно выделить:

• большую безопасность;
• высокую скорость переключения;
• доступность на рынке;
• индикаторные оповещения о режиме работы;
• расширенный функционал;
• бесшумную работу.

Кроме того, бесспорное преимущество заключается в нескольких вариантах монтажа — возможна установка не только на DIN-рейку щитка, но и в подрозетник.

Минусы электроники F&F сравнительно с механикой ABB:

• нарушение работы при сбоях в электроснабжении;
• перегрев при коммутации больших токов;
• возможны «глюки» без видимых на то причин;
• отключение прибора при кратковременном выключении напряжения в сети;
• большое сопротивление в закрытом положении;
• некоторые реле работают только на постоянном токе;
• полупроводниковая схема не сразу пропускает ток обратно обычному направлению.

Несмотря на указанные недостатки, электронные коммутаторы постоянно развиваются и благодаря большему потенциалу функционала относительно электромеханических, ожидается их преобладающее использование.

Чтобы исключить путаницу, производитель дает максимально подробные характеристики изделия в каталогах магазина и в техническом паспорте устройства

Основные характеризующие параметры

В зависимости от назначения и области применения реле можно классифицировать по нескольким признакам:

• возвратный коэффициент – отношение значения тока выхода якоря к току втягивания;
• ток выхода – максимальное его значение в зажимах катушки при выходе якоря;
• ток втягивания – минимальный его показатель в зажимах катушки при возвращении якоря в исходное положение;
• уставка – уровень величины срабатывания в заданных пределах, установленной в реле;
• величина срабатывания – значение входного сигнала, на которое устройство автоматически отвечает;
• номинальные значения – напряжение, ток и прочие величины, лежащие в основе действия реле.

Также электромагнитные приспособления можно разделить по времени срабатывания. Самая долгая задержка у реле времени – более 1 сек, с возможностью настроить этот параметр. Затем идут замедленные – 0,15 сек., нормальные – 0,05 сек., быстродействующие – 0,05 сек. И самые быстрые безынерционные – менее 0,001 сек.

Расшифровка маркировки изделий

Шифр маркировки контактора часто можно встретить в каталогах магазинов и на самом устройстве. Он дает полное описание конструктивных особенностей, назначения и условий их применения.

Состав обозначения можно разобрать на электромагнитном промежуточном реле РЭП-26. Он используется в цепях переменного тока до 380 В и постоянного до 220 В.

Чтобы разобраться в маркировке, необходимо разбить надпись на блоки и применить таблицы-описания, которые можно найти в специализированных справочниках

В таком виде может выглядеть обозначение изделия в магазине: РЭП 26-004А526042-40УХЛ4.

РЭП 26 – ХХХ Х Х ХХ ХХ Х – 40ХХХ4. Этот вид обозначения можно разобрать следующим образом:

• 26 – номер серии;
• ХХХ – вид контактов и их количество;
• Х – класс износостойкости коммутации;
• Х – тип катушки включения, тип возврата реле и род тока;
• ХХ – конструкция по способу установки и соединения проводников;
• ХХ – значение тока или напряжения катушки;
• Х – дополнительные элементы конструкции;
• 40 – уровень защиты стандарта IP или ГОСТ14254;
• ХХХ4 – климатическая зона применения в соответствии с ГОСТом 15150.

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

Согласно специальным таблицам обозначений, рассматриваемое устройство представляет собой электромагнитное промежуточное реле, с четырьмя контактами переключения, классом стойкости коммутации А, использующее постоянный ток. Имеет крепление розетки с ламелями под пайку внешних проводников, катушку напряжением 24 В и манипулятор ручной.

Несколько видов схем подключения

Существует несколько вариантов монтажа, каждый из которых имеет свои особенности, достоинства и недостатки.

Обозначение контактов реле РИО-1 имеет следующую расшифровку:

• N – нулевой провод;
• Y1 – вход включения;
• Y2 – вход выключения;
• Y – вход включения и выключения;
• 11-14 – коммутирующие контакты нормально-открытого типа.

Эти обозначения используются на большинстве моделей реле, но перед подсоединением в цепь следует дополнительно ознакомиться с ними в паспорте изделия.

Представленная схема электрификации используется для управления светом из трех мест посредством реле и трех кнопочных выключателей без фиксации положения

В этой схеме силовые контакты реле используют ток в 16 А. Защита цепей контроля и систем освещения осуществляется автоматическим выключателем 10 А. Следовательно провода имеют диаметр не меньше 1,5 мм².

Соединение кнопочных коммутаторов выполнено параллельно. Красный провод – фаза, идет через все три кнопочных выключателя на силовой контакт 11. Оранжевый провод – фаза коммутации, приходит на вход Y. После чего выходит из клеммы 14 и идет на лампочки. Нулевой провод с шины соединяется с клеммой N и со светильниками.

Если свет изначально был включен, то при нажатии на любой включатель свет погаснет — произойдет кратковременная коммутация фазного провода на клемму Y и контакты 11-14 разомкнутся. То же самое произойдет при последующем нажатии на любой другой выключатель. Но контакты 11-14 изменят положение и свет включится.

Преимущество приведенной схемы перед проходными и перекрестными выключателями очевидно. Однако при коротком замыкании обнаружение повреждения вызовет некоторые сложности, в отличие от следующего варианта.

Такая схема позволит сэкономить на проводах, т. к. сечение кабелей управления можно уменьшить до 0,5 мм². Однако придется приобрести второй аппарат защиты

Это менее распространенный вариант подключения. Он такой же, как предыдущий, но цепи управления и освещения имеют свои автоматы защиты на 6 и 10 А соответственно. Это облегчает выявление неисправностей.

Если возникает необходимость управлять несколькими группами освещения отдельным реле, то схема несколько видоизменяется.

Такой метод подключения удобно использовать, чтобы включать и выключать освещение целыми группами. Например, сразу погасить многоуровневую люстру или освещение всех рабочих мест в цеху

Еще одним вариантом использования импульсных реле является система с централизованным управлением.

Схема удобна тем, что можно выключить все освещение одной кнопкой, уходя из дома. А по возвращении, включить его таким же образом

В эту схему добавляются два выключателя для замыкания и размыкания цепи. Первая кнопка может только включить группу освещения. При этом фаза от выключателя «ВКЛ» придет на клеммы Y1 каждого реле и контакты 11-14 замкнутся.

Выключатель размыкания работает аналогично первому выключателю. Но коммутация осуществляется на клеммы Y2 каждого коммутатора и его контакты занимают положение размыкания цепи.

Выводы и полезное видео по теме

Видеоматериал рассказывает об устройстве, работе, применении и истории создания этого вида устройств:

Следующий сюжет подробно описывает принцип действия твердотельных или электронных реле:

Использование импульсных реле находит все более широкое применение в современных системах электрификации. Увеличение требований к функционалу и гибкости управления освещением, экономии материалов и безопасности создает непрерывный импульс к совершенствованию контакторов.

Они уменьшаются в размерах, упрощаются конструктивно, повышая надежность. А использование принципиально новых технологий в основе работы позволяет применять их в жестких условиях пыльных производств, вибрации, магнитных полей и влажности.

Пишите, пожалуйста, комментарии в находящемся ниже блоке. Задавайте вопросы, делитесь полезной информацией по теме статьи, которая пригодится посетителям сайта. Расскажите о том, как выбирали и устанавливали импульсный выключатель.