Реле

Реле́ (релейный элемент) () — коммутационный аппарат, электромагнитный, слаботочный или иной элемент автоматических устройств, который при воздействии на него внешних физических явлений скачкообразно принимает конечное число значений выходной величины. Реле отличается от релейного устройства, которое может быть автономным — без воспринимающих устройств, за исключением пусковых ключей (например: генераторы последовательностей сигналов, таймеры). Релейные устройства могут состоять из реле и других элементов, не имеющих релейных характеристик (диоды, транзисторы, конденсаторы), но поставленных в релейный режим работы. Релейным элементом является минимальная совокупность деталей и связей между ними, имеющая релейную характеристику. При поступлении фиксированного воздействия на входе скачкообразно изменяется воздействие на выходе, переходя от одного фиксированного воздействия к другому. У релейных многопозиционных элементов воспринимающие или исполнительные органы могут находиться более чем в двух состояниях. Примером такого устройства может служить шаговый искатель.

С точки зрения общих функций выделяют группы реле: защитные, управляющие и контрольные.

По виду физических величин, на которые реагируют реле, они делятся на: электрические, механические, тепловые, оптические, магнитные, акустические. Часто реле, которые должны реагировать на неэлектрические величины, выполняют с помощью датчиков, соединённых с электрическими релейными элементами.

История 
Некоторые историки науки утверждают, что реле впервые было разработано и построено русским учёным П. Л. Шиллингом в 1830—1832 гг. Это реле составляло основную часть вызывного устройства в разработанном им телеграфе.

Другие историки отдают первенство известному американскому физику Джозефу Генри (его именем названа единица индуктивности — генри), который сконструировал контактное реле в 1835 году при попытках усовершенствовать изобретённый им в 1831 году телеграфный аппарат (в 1837 году устройство получило применение в телеграфии).  Первое реле Дж. Генри было не коммутационным. Необходимость в изобретении реле была обусловлена задачей усиления слабых электрических сигналов, передаваемых по проводам в приемный электромагнит телеграфного аппарата. Реле Генри представляло собой электромагнитный контактный коммутатор электрической цепи, осуществляющий усиление (ретрансляцию, подпитку) импульсов тока, приходящих на силовой электромагнит телеграфа, который с приходом ослабленного импульса тока  замыкал электрический контакт цепи, соединяющий местную батарею питания силового электромагнита с его обмоткой.

Слово «реле» возникло от французского relay — процедура смены уставших почтовых лошадей на станциях или передача эстафеты в спортивных эстафетных состязаниях. Это было как раз связано с принципом действия реле, применявшихся на линиях телеграфа.

Как самостоятельное устройство реле впервые упомянуто в патенте на телеграф Самюэля Морзе.

Затем появление телефона потребовало применения электромагнитных коммутаторов электрических цепей, названных телефонными реле. Позже успешное применение электромагнитных реле в технике телеграфии и телефонии способствовало применению подобных реле в устройствах железнодорожной автоматики, измерительной техники, энергетики, электротехники, а также в радиоэлектронной аппаратуре.

Первые попытки создания научной методики для построения структуры релейных устройств относятся к 1925—1930 годам (работы учёных СССР А. Кутти, М. Цимбалистый, а также работы иностранных авторов). Однако началом развития теории релейных устройств является 1936—1938 года, когда В.Шестаков, К.Шеннон и  применили для решения задач релейными устройствами аппарат математической логики; указание на возможность применения этого аппарата было сделано ещё в 1910 году ученым П.Эренфестом.

Пока программируемые контроллеры ещё не изобрели, все системы управления были основаны на реле и представляли собой шкафы с проводами и релейными модулями. Для их описания был создан язык релейной (лестничной) логики (Ladder diagram).

Существенную роль в развитии релейных устройств сыграли международные симпозиумы по теории релейных устройств и конечных автоматов. Первый из них (1957 г.) имел место в США, а второй (1962 г.) — в СССР.

Конструкция 

Релейные элементы характеризуются параметрами, относящиеся к входным и выходным воздействиям:

срабатывание — минимальное значение воздействия (электрического сигнала) на входе, при таком его возрастании, что релейный элемент изменяет свое состояние и одновременно воздействует на выходе в соответствии с релейной характеристикой;

отпускание — минимальное значение воздействия (электрического сигнала) на входе, при таком его уменьшении, что релейный элемент возвращается в свое первоначальное состояние.

В связи с неидеальностью релейной характеристики эти величины обычно не совпадают друг с другом (гистерезис). В ряде случаев релейный элемент может обладать свойствами фиксации, то есть оставаться в занятом им состоянии и после снятия воздействия на входе. В этом случае релейный элемент возвращается в первоначальное состояние обычно после подачи воздействия на другой его вход (или воздействие противоположного знака воздействия на тот же вход). Максимальное значение такого воздействия при его возрастании, вызывающее возвращение релейного элемента в первоначальное состояние, называется параметром возврата. Отношение параметра отпускания к параметру срабатывания называется коэффициентом отпускания. Характеристикой релейного элемента служит так же его быстродействие, определяемое временем срабатывания и временем отпускания или возврата. В ряде случаев важными характеристиками релейного элемента являются: потребление энергии, вес, занимаемый объём и т. п.

По виду физических явлений, используемых для действия релейных элементов, они делятся на механические и электрические. Которые в свою очередь могут быть контактные и бесконтактные.

Независимо от типа реле свойственно два положения: при отсутствии напряжения на катушке — невозбуждённое состояние, а при подаче напряжения — возбуждённое состояние. При переходе из состояния в состояние происходит явление переброса, то есть изменения положения контактных групп.

Электрический 

Чаще всего под термином «реле» подразумевается электрический релейный элемент — релейный элемент, действие которого основано на явлениях, вызванных протеканием электрического тока, изменением электрического поля или явлениями, связанными с электрической проводимостью. В рамках системы стандартизации термин «электрическое реле» используется исключительно для реле, выполняющего только одну операцию преобразования между его входными и выходными цепями.

Классификация

По виду физических явлений, используемых для действия 
 электромагнитные
 нейтральные;
 поляризованные;
 магнитоэлектрические;
 ферродинамические;
 индукционные реле;
 с вращающимся полем;
 с бегущим полем;
 ферромагнитные;
 магнитострикционные;
 электростатические;
 электронные;
 ионные;
 полупроводниковые (твердотельные);
 сегнетоэлектрические;
 пьезоэлектрические;
 МЭМС-реле;
 фотоэлектрические
 эмиссионные;
 резистивные;
 резонансные;
 тепловые:
 биметаллические;
 плавкие.

По виду физических величин, на которые реагируют 
 электрические
 ток;
 напряжение;
 мощность
 активная;
 реактивная;
 активно-реактивная;
 частота;
 сопротивление
 активное;
 реактивное;
 активно-реактивное;
 направленное;
 фаза
 сдвиг фаз;
 последовательность фаз.
 Механические
 Давления
 Вакуума
 Перемещения
 Линейного
 Углового
 Направления
 Уровня
 Скорости
 Поступательной
 Вращательной
 Течения
 Скорости
 Расхода
 Ускорения
 Линейного
 Углового
 Усилия
 Частоты колебаний
 Амплитуды колебаний
 Тепловые
 Температуры
 Абсолютной величины
 Скорости изменения
 Мощности теплового потока
 Оптические
 Освещенности
 Спектрального состава
 Акустические
 Звукового давления
 Частоты звуковых колебаний
 Магнитные
 Напряженности магнитного поля
 Магнитной индукции
 Магнитного потока

По назначению делятся на 
 аварийные
 аварийного отключения;
 повторного включения;
 включения резерва;
 контроля и управления
 воспринимающие;
 исполнительные;
 промежуточные.

Обозначение на схемах 
На принципиальных электрических схемах реле обозначается следующим образом:

На некоторых схемах ещё можно встретить обозначения по ГОСТ 7624-55.

См. также 
 Геркон
 Сухой контакт

Примечания

Литература 
 Андреев В. А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: Учебник для вузов. — 5-е изд., стер. — М.: Высшая школа, 2007. — 639 с.: ил. — ISBN 978-5-06-004826-1
 Гуревич В. И. Электрические реле. Устройство, принцип действия и применения. Настольная книга инженера. — М.: Солон-пресс, 2011. — 700 с.: ил. — ISBN 978-5-91359-086-2
 Gurevich V. Electric Relays: Principles and applications, CRC Press, 2005, 704 pp.

Ссылки 

 Реле // Большой энциклопедический словарь
 История создания и развития реле
 Тепловое реле: принцип работы, конструкция, виды, как выбрать.
 Вакуумное реле NARVA, ГДР (в статье о радиолампах)
 Простой компьютер на реле.
 Автомобильные реле.
 Музей реле.
 Электромагниты и герконы.
 

Коммутационные устройства
Электронные устройства