Реле

Реле – це компонент, який використовується в автомобільному електрообладнанні для різних застосувань.

Перше з них – коли стан елемента електричного ланцюга («Увімк.» або "Вимк.") має передаватися без гальванічного зв'язку з цим ланцюгом. Вільний контакт реле як вихід використовується для передачі інформації про стан.

Часто необхідність реле пояснюється тим, що воно може керувати високими струмовими навантаженнями, для яких вихідна потужність електронного блоку управління може виявитися недостатньою.

Конструкції ЕМР залежно від принципу силового впливу магнітного поля на рухомий елемент контакту поділяються на два основні види:

• реле з магнітокерованим якорем, у яких рухоме магнитокероване тіло - якір, який або несе у собі рухливий контактний елемент, або механічно впливає нього за допомогою штовхача, повідця чи їм подібного передавального органа;

• реле з магнітокерованим контактом, у яких магнітокерованим тілом є рухливий елемент контакту.

Для кращого представлення термінів релейної техніки, а також принципів дії та влаштування ЕМР розглянемо їхню роботу на прикладі конструктивної схеми неполяризованого реле із зовнішнім якорем клапанного типу.

Керуючий постійний струм І, протікаючи нерухомою обмоткою електромагніту (ЕМ), створює навколо провідника зі струмом вихрове магнітне поле, зосереджене переважно всередині обмотки і спрямоване вздовж її осі. Напрямок силових ліній вектора індукції В або вектора напруженості Н магнітного поля всередині обмотки залежить від напрямку (полярності) протікання струму в обмотці.

Величини векторів В або Н всередині обмотки залежать від її розмірів і форми, але в загальному випадку завжди пропорційні силі струму I та числу витків W обмотки. Для посилення магнітного поля всередину обмотки зазвичай поміщають феромагнітний сердечник, в якому на додаток до зовнішнього магнітного поля індукується внутрішнє поле сердечника, викликане переорієнтацією магнітних моментів мікрострумів - елементарних зарядів феромагнітного середовища.

Таким чином, сердечник обмотки електромагніту на час протікання в ньому струму стає порівняно сильним штучним магнітом, в якому за аналогією з природним магнітом область сердечника, звідки виходять силові лінії вихрового (замкненого) поля, називають північним полюсом, а область, куди ці лінії повертаються - південним полюсом.

Для перетворення енергії штучного електромагніта в механічну роботу на шляху магнітного потоку Ф що замикається, поміщують рухомо закріплене магнітосприйнятливе тіло - якір, який під впливом електромагніту також намагнічується і відповідно до закону взаємодії магнітів притягується до найближчого полюса електромагніту незалежно від напрямку протікання струму I по його обмотці. Для зниження втрат магнітного потоку, що впливає на якір, міжполюсний повітряний проміжок зменшують, для чого використовують сердечник відповідної форми (наприклад, підковоподібної), або концентрують і направляють магнітний потік від одного полюса сердечника до іншого за допомогою магнітопровідного тіла - ярма.

У конструктивній схемі, що тут розглядається, якір є продовженням магнітопровідного ярма, що обумовлює наявність тільки двох полюсів, що взаємодіють через повітряний неферомагнітний зазор δ. В результаті такої взаємодії рухомий полюс якоря притягнеться до нерухомого полюса сердечника, повітряний зазор δ між полюсами практично зникне.

Магнітний ланцюг неполяризованих (нейтральних) електромагнітів містить лише низькокоерцитивні (магнітом'які) феромагнітні елементи. Це дозволяє не тільки легко намагнічувати та розмагнічувати рухомі елементи магнітного ланцюга, але й забезпечує взаємне тяжіння елементів або їхнє тяжіння до полюса незалежно від напрямку струму в обмотці електромагніту.

Існує кілька стандартизованих типорозмірів реле: міні, мікро та макси.

Реле типорозміру максі одержало назву силове, так як розраховано, як правило, на комутацію великих струмів (70-200 А) і відрізняється клемами збільшеної площі.

Контактні клеми реле, до яких підключається електропроводка, можуть бути «ножового» типу (для встановлення реле в роз'єм колодки), а також під гвинтову клему (зазвичай у особливо потужних реле або реле застарілих типів). Контакти бувають "білими" або "жовтими". Жовті та червоні - латунь та мідь, матові білі – луджена мідь або латунь, блискучі білі – сталь, покрита нікелем.

Луджені латунь та мідь не окислюються, але гола латунь та мідь – краще, хоча і схильні темніти, що погіршує контакт. Нікельована сталь також не окислюється, але має збільшений опір. Непогано, коли силові виводи мідні, а виводи обмотки – нікельовані сталеві.

Корпус автомобільного реле не тільки захищає від зовнішніх впливів, але й дозволяє символьно відображати інформацію про дане конкретне реле: це може бути фірма і країна виробник, принципова схема роботи і, звичайно ж, нумерація клем. Нумерація клем реле виконується за стандартом автомобільної електрики – DIN 72552. Це зроблено для універсальності кожного реле та зручності як виробників, так і автоелектриків.

Крім позначення клем на реле, на верхній частині можна побачити буквено-цифрові дані, що вказують на робочі характеристики конкретного реле.

Розташування клем реле стандартизоване так само, як і нумерація виводів. Типове розташування та нумерація клем з боку, що монтується в колодку або блок реле та запобіжників, показано на рисунку.

Основні параметри реле:

• час спрацьовування реле - характеризує проміжок часу від моменту подачі сигналу на вхід реле до моменту початку дії на силовий ланцюг;

• керована потужність – це потужність, якою здатні керувати контакти реле при комутації ланцюга;

• напруга спрацьовування - це найменша напруга, потрібна для чутливого елементу реле для переходу в робочий стан;

• опір обмотки – зазвичай становить від 50 до 100 Ом;

• напруга відпускання – максимальна величина напруги на клемах обмотки реле, при якому якір відпадає у вихідне положення;

• частота комутації з навантаженням - частота, з якою може здійснюватись підключення та відключення силового ланцюга.

Як правило, струм, який вказаний на кришці реле, відноситься до максімального струму при перемиканні, який не викликає руйнування внутрішньніх контактів. В реальних умовах реле може довго витримувати без перегріву лише дві третини від цього струму. Тобто, якщо на кришці написано 30 А 12 V, то можна розраховувати тільки на 20 ампер при довготривалій роботі за умов підвищеної температури під капотом.

Залежно від того, якими контактами оснащене реле розрізняють реле, що замикає, розмикає і перемикає.

Замикаюче реле

Клеми 86 та 85 є виводами обмотки реле. Як правило, клема 86 пов'язана з позитивною напругою, а клема 85 пов'язана з джерелом негативної напруги (масою).

Клема 87 називається загальним виводом. Загальний вивід зазвичай пов'язаний з позитивною напругою, але може бути пов'язаний і з «масою», якщо цього вимагає конкретна електрична схема. Клема 87а пов'язана з нормально розімкненим контактом реле. Нормально розімкнений означає, що за відсутності напруги контакт реле розімкнуто. Тому опір між контактами 87 і 87а практично дорівнює нескінченності до того часу, поки на обмотку реле не подано напругу, що означає, що достатній струм тече через обмотку реле, щоб змусити електромагніт долати натяг пружини і змінювати стан контактів.

При спрацьовуванні реле відбувається відчутне клацання, і рух якоря змушує нормально розімкнутий контакт замкнутися, забезпечуючи низькоомний зв'язок між загальним виводом (87) і виводом (87а).

Застосування: основні та додаткові фари, звуковий сигнал, вентилятор, склопідйомник.

Розмикаюче реле

Клема 88а пов'язана із нормально замкнутим контактом реле. Нормально замкнутий означає, що за відсутності напруги реле замкнуто. Тому опір між контактами 87 і 88а практично дорівнює нулю доти, поки на обмотку реле не подано напругу, що означає, що достатній струм тече через обмотку реле, щоб змусити електромагніт долати натяг пружини і змінювати стан контактів.

При спрацьовуванні реле рух якоря змушує нормально замкнутий контакт розімкнутися, забезпечуючи розрив електричного ланцюга між загальним виводом (87) та виводом (88а).

Застосування: переривання споживачів під час запуску двигуна: основні фари, підігрів заднього скла, радіо тощо.

Перемикаюче реле

Реле, що перемикає, містить два контакти, один з яких є нормально замкнутим, а інший нормально розімкненим. Загальний вивід обох контактів позначається як 87. Низькоомне електричне з'єднання існує між загальним виводом 87 і клемою 88а, коли реле знеструмлено. Між виводами 87 і 87а, навпаки, опір прагне нескінченності за відсутності напруги на обмотці реле. При подачі напруги на обмотку ситуація змінюється на протилежну: між клемами 87 і 88а утворюється розрив електричного ланцюга, а між виводами 87 і 87а - замикання.

Застосування: перемикання двох споживачів, наприклад, з ближнього світла на дальній у двонитковій лампі розжарювання.

Реле із затримкою увімкнення/вимкнення

Реле часу призначені для комутації електричних кіл постійного струму з номінальною напругою 12 і 24 В з фіксованим часовим інтервалом. Як випливає з назви, дані реле при подачі на них напруги замикають або розмикають контакти не відразу, а через деякий час. В автомобілі такі реле можуть знайти різне застосування, наприклад, пауза при включенні ліхтарів заднього ходу (задньої камери), пауза при включенні пічки після запуску двигуна, продовження часу турботаймера і т.д.

Реле із запобіжником

Дане реле відрізняється від звичайного лише наявністю захисного запобіжника. Розташування запобіжника в реле показано на рисунку. Служить він для захисту ланцюга приладів, що включаються, від короткого замикання і занадто сильних індуктивних перевантажень в момент замикання контактів реле.

Реле з індикатором

Індикатори в реле можуть бути різні: наприклад, світловий індикатор реле, що спрацював, може сигналізувати про включення і відключення реле.

Реле з діодом

Крім захисту приладів, що включаються реле, іноді потрібен захист і елементів ланцюга самої обмотки. Справа в тому, що після зняття напруги з обмотки в навантаженні виникає зворотний струм (напруга самоіндукції) з амплітудою, меншою або рівною прикладеної напруги до обмотки в роботі та зворотний за полярністю. Виникнення цього струму може призвести до виходу обмотки із ладу і виникнення перешкод.

Діод, включений паралельно обмотці, гасить зворотну напругу, що виникає, тим самим захищаючи обмотку від пошкодження і виникнення перешкод.

Крім діода, включеного паралельно обмотці реле, можна зустріти і діод, включений послідовно з обмоткою: він також виступає як захист від зворотних струмів, тільки він не гасить цей струм. При виникненні зворотного струму в обмотці цей діод не пускає його в схему, тобто працює тільки в одному напрямку - до обмотки.

Варто також пам'ятати, що будь-який діод у ланцюзі роботи обмотки реле автоматично робить реле поляризованим, тобто вимагає дотримання полярності при підключенні.

Реле із резистором

Реле з перешкодоподавляючим резистором виконує ту ж роль, що і реле з діодом. Працює трохи гірше, ніж діод, але не робить реле поляризованим. Резистор ставиться для захисту керуючих ланцюгів від сплеску напруги, що виникає під час розмикання ланцюга. При паралельному підключенні напруга на резисторі та на котушці реле буде однаковою, і реле все одно спрацює. Такий резистор захищає від імпульсних перешкод, скажімо, при наведенні від первинного обладнання. Коли джерелом напруги є перешкоди, тоді струм ділиться обернено пропорційно опорам обмотки і резистора, і реле не спрацьовує.