нормально замкнутый контакт и нормально разомкнутый контакт что это
Электромагнитное реле, как основа автоматики. Устройство и принцип действия.
В обычной жизни мы часто сталкиваемся с выключателями. Это всевозможные рубильники, кнопки, тумблеры — они позволяют управлять устройствами дискретно, проще говоря, включать и выключать их. Обычный выключатель представляет собой два контакта, которыми можно замкнуть или разомкнуть электрическую цепь. Дискретное управление различными устройствами в автоматическом режиме предполагает возможность включать и выключать их без участия человека. Именно для этой цели предназначено электромагнитное реле, и именно поэтому без него не обходится ни одна система автоматического управления.
Электромагнитное реле – устройство, имеющее группу контактов, которые меняют своё состояние на противоположное при подаче управляющего напряжения.
Рис. 1. Электромагнитное реле
Простыми словами, реле – это выключатель, который выключается не вручную человеком, а электрическим способом, с помощью подачи управляющего сигнала. Для того чтобы стало совсем понятно, рассмотрим принцип действия электромагнитного реле.
Принцип действия реле
Реле состоит из катушки, якоря и группы контактов.
1 – проводники контактов реле, 2 – контакты реле, 3 – якорь, 4 – сердечник, 5 – катушка
Принцип действия реле чрезвычайно прост. Если подать на катушку управляющее напряжение, в ней возникнет магнитное поле и притянет якорь, который в свою очередь замкнёт контакты. На рис. 2 изображено реле с одной группой контактов, но в общем случае групп контактов может быть много. При возникновении в катушке магнитного поля, все они меняют своё положение на противоположное. Да, да! Именно на противоположное. Это означает, что изначально они могут быть не только разомкнуты, но и замкнуты.
Нормально замкнутый и нормально разомкнутый контакт
Различают два основных вида контактов реле: нормально закрытые (НЗ) и нормально открытые (НО). Названия отражают состояние контактов в «нормальном», когда на катушке реле НЕТ напряжения. Нормально закрытые контакты замкнуты в нормальном состоянии, а нормально открытые – разомкнуты.
Ещё одни тип контактов – перекидные. Их нельзя назвать ни нормально закрытыми, ни нормально открытыми, поскольку они имеют и тот и другой контакт. При переключении реле, такой контакт размыкает одну цепь и замыкает другую. Это станет понятнее, когда мы посмотрим их графическое обозначение на схеме.
Обозначение
На электрических схемах реле обозначают как несколько отдельных элементов:
Условное деление на разные элементы вводится исключительно для удобства. Это позволяет размещать катушку и контакты в разных частях схемы, чтобы она получилась более компактной и читаемой. При этом все элементы одного реле обозначаются одним и тем же буквенным кодом, т.к. конструктивно – это один элемент.
Также для удобства некоторые элементы реле могут изображаться на схеме и совместно. Например, так может быть обозначена группа нормально открытых контактов:
Примеры
Пример 1. Нарисуем схему, которая реализует следующий алгоритм: если насос включен – горит зелёная лампочка, а если выключен – красная.
В тот момент, когда насос включается, внутри него замыкается концевик (нормально открытый контакт), который мы ввели в нашу схему. При этом на катушку реле K1 «приходит» напряжение – реле срабатывает, размыкая НЗ контакт К1.1, и красная лампочка гаснет. Одновременно с этим, при замыкании контакта внутри насоса, загорается зелёная лампочка.
Пример 2. Реализуем пример 1 с использованием перекидного контакта реле.
В этой схеме контакт реле K1.1 — перекидной. Когда реле в «нормальном» состоянии, горит красная лампа. При срабатывании реле K1.1 меняет своё состояние и зелёная лампа загорается.
Нормально открытый и нормально закрытый
Нормально закрытый и нормально открытый
Постоянно встречаю в работе приборы (сервоприводы, электроклапаны, реле, электроконтакты), в технической литературе и инструкциях понятие «Нормально открытый и нормально закрытый». Зачастую эти понятия не правильно понимаются или не понимаются вообще.
Конкретный пример — поставка нормально открытых сервоприводов для системы теплого пола, из-за чего с помощью реле мне пришлось эти сервоприводы инвертировать.
Нормально открытый прибор (Normally-open, NO, НО) — такой прибор, в пассивном состоянии (электрическое напряжение не подается или воздействие не производится) который обеспечивает сквозь себя проход потока, а в активном состоянии (электрическое напряжение подается или воздействие производится) проход потока перекрыт. Замечу, что для электроконтактов это наоборот, при нормально открытом контакте, в пассивном состоянии, контакт разомкнут и электричество через этот контакт не перетекает (см. схему).
Нормально закрытый прибор (Normally-closed, NC, НЗ) — такой прибор, в пассивном состоянии (электрическое напряжение не подается или воздействие не производится) который перекрывает сквозь себя проход потока, а в активном состоянии (электрическое напряжение подается или воздействие производится) проход потока обеспечивается. Для электроконтактов, опять же, это наоборот, при нормально закрытом контакте в пассивном состоянии контакт замкнут и электричество через этот контакт протекает (см. схему).
Как работают в паре нормально открытый термостат (терморегулятор) и нормально закрытый сервопривод в системах водяных теплых полов я писал здесь. О сухих контактах я писал здесь.
Нормально разомкнутый контакт; 3,4 – нормально замкнутый контакт.
Рис.1. Виды контактов
В принципиальной схеме можно выделить:
— силовую часть, в которую входят обмотки двигателя и все другие элементы, по которым протекает потребляемый из сети ток двигателя;
— вспомогательную цепь или цепь управления, куда входят катушки контакторов и другие элементы, по которым протекают токи этих катушек.
1.2. Электромагнитный контактор
Контактор предназначен для частых переключений в силовых цепях двигателей и других нагрузок.
Таким образом, к контактору подводится четыре провода:
— два провода питания катушки (в некоторых контакторах катушка питается постоянным током, в некоторых – переменным током);
— два провода цепи, которую нужно либо соединить, либо разъединить. К подвижному контакту подводится гибкий провод, позволяющий себя перемещать.
Контакторы могут быть в 2-х, 3-х, и 4-х полюсном исполнении, в зависимости от числа фаз и необходимости замыкания (размыкания) нулевого рабочего проводника – N.
В исходном положении (при обесточенной катушке) контакты контактора могут быть разомкнуты (нормально разомкнутые контакты), а могут быть и замкнуты (нормально замкнутые контакты)!
На катушку подается напряжение, по обмотке течет ток, ток создает магнитный поток, магнитный поток замыкается по магнитопроводу, подвижная часть притягивается к неподвижной части (растягивая при этом противодействующую пружину), и положение контактов изменяется.
Если при обесточенной катушке контакты были разомкнуты, то контакты замыкаются.
Если при обесточенной катушке контакты были замкнуты, то контакты размыкаются.
Для размыкания контакта требуется отключить катушку контактора от источника питания. При этом якорь под действием пружины возвратится в исходное положение.
При разрывании цепи с током в появляющемся воздушном промежутке между проводами цепи возникает электрическая дуга. Для уменьшения времени горения дуги главные контакты помещаются в дугогасительную камеру, изготовленную из жаропрочного изоляционного материала.
Если в катушку подается переменный ток, то по магнитопроводу будет замыкаться переменный магнитный поток, который, как известно, создает вихревые токи и потери в стали. Для их снижения магнитопровод контактора (сердечник и якорь), как и в электрических машинах, выполняется шихтованным.
1.3. Электромагнитные реле тока, напряжения, промежуточные
Реле – это аппарат, предназначенный для коммутации слаботочных цепей управления, срабатывающий при изменении тех величин, на которые он предназначен реагировать.
Поэтому его контакты значительно меньше по размерам, и для их переключения требуется электромагнит меньшей мощности и размеров.
Принцип работы электромагнитного реле точно такой же, как и электромагнитного контактора.
Сравнение реле тока и реле напряжения представлено в таблице 1.
Таблица 1 — Сравнение реле тока и реле напряжения
| Реле тока | Реле напряжения | |
| обозначение | КА | КV |
| на что реагирует | на величину тока | на величину напряжения |
| вид подключения 1) | последовательно | параллельно |
| сопротивление проводов катушки | меньше | больше |
| сечение провода катушки | больше | меньше |
| число витков катушки | меньше | больше |
1) Отличие параметров катушек реле тока и напряжения обусловлено различным видом их включения в электрическую цепь.
Величину тока или напряжения, при котором происходит срабатывание реле, можно изменять. Это достигается путем изменения натяжения противодействующей пружины, а также путем изменения величины начального воздушного зазора.
1.4. Электромагнитные реле времени
Реле времени используется для отсчета выдержек времени при управлении.
| Наиболее широкое применение нашли электромагнитные реле времени (рис.4). Это реле, как и выше рассмотренные обычное реле и контактор, имеет магнитопровод 2 с втягивающей катушкой 1 и якорем 6, связанным с контактами 8 и 9. Отличительной особенностью этого реле является наличие на магнитопроводе медной или алюминиевой гильзы 3. После подачи на втягивающую катушку постоянного напряжения U в сердечнике возникает магнитный поток, и якорь притягивается к сердечнику, переключая контакты. |  Рис.4. Эскиз конструкции реле времени [55] |
При отключении питания катушки магнитный поток в сердечнике начнет уменьшаться. По закону электромагнитной индукции это вызовет появление в гильзе ЭДС е=–dФ/dt, которая создает в гильзе ток (напомню, что ток может протекать не только по проводам). Ток создает свой поток, который препятствует уменьшению общего магнитного потока. Ток в гильзе будет постепенно затухать, общий магнитный поток – уменьшаться, сила притяжения якоря к сердечнику – уменьшаться. И когда она станет меньше силы противодействующей пружины 4, якорь отпадёт, и контакты реле переключатся.
То есть размыкание цепи происходит не сразу, а с задержкой по времени.
Задержка по времени при подаче напряжения на катушку реле времени составляет от 0,07 с до 0,11 с, при отключении напряжения от катушки реле времени – от 0,5 с до 1,4 с [16].
Время задержки можно изменять.
а) Оно зависит от силы натяжения пружины 4 (ее можно изменить с помощью гайки 5). Чем меньше будет затянута пружина, тем больше будет выдержка времени и наоборот. Как следует из принципа действия, реле этого типа отсчитывает время с момента снятия напряжения с катушки.
б) Время задержки реле регулируется ступенчато путем установки латунной немагнитной прокладки 7 определенной толщины, закрепляемой на якоре (уменьшение толщины прокладки вызывает увеличение выдержки реле и наоборот) [18].
Следует отметить. Выдержка времени может быть получена у электромагнитного реле без установки гильзы путем закорачивания катушки после отключения ее от сети. В этом случае замкнутый контур, образованный катушкой и замыкающим ее контактом 11, играет роль электромагнитного демпфера. Однако выдержка времени в этом случае получается меньше, чем у реле с гильзой [18].
Двухбуквенное обозначение реле времени – КТ. Обозначение контактов реле времени представлено в таблице 2.
Таблица 2 — Обозначение контактов и катушки реле времени
 | Замыкающие контакты с выдержкой времени при срабатывании |
 | Замыкающие контакты с выдержкой времени при возврате |
 | Размыкающие контакты с выдержкой времени при срабатывании |
 | Размыкающие контакты с выдержкой времени при возврате |
 | Катушка реле времени обозначается на схемах так же как контакторы и реле. Однако в ряде источников встречается и обозначение, приведенное слева. |
Тепловые реле предназначены для защиты двигателей от перегрева при перегрузке.
1.5.1. Устройство и принцип действия
| Основным элементом реле (рис.5) является биметаллическая пластина 2, сваренная из двух металлов, имеющих разный коэффициент линейного расширения. Пластина нагревается нагревателем 1, через который проходит ток защищаемого двигателя. При нагреве пластина изгибается вверх и освобождает рычаг 4, который под действием пружины 5 поворачивается против часовой стрелки, размыкая при этом контакты 6. Для приведения реле в исходное состояние после отключения двигателя и его остывания необходимо нажать на кнопку возврата 7. |  Рис. 5. Тепловое реле [55] |
| Характеристикой теплового реле является зависимость времени его срабатывания от протекающего тока (рис.6). На рисунке в виде In обозначено максимальное значение тока, при котором контакты реле будут замкнуты бесконечно долго (он равен номинальному току цепи). |  Рис.6. Зависимость времени срабатывания реле от тока [1] |
1.5.2. Пример изображения на схемах
1.6. Реле контроля скорости (РКС)
Используется для управления торможением двигателя.
Одним из основных элементов РКС (рис.8, [55]) является постоянный магнит 1, установленный на валу реле. Вал реле соединен с валом двигателя и вращается вместе с ним.
Постоянный магнит находится внутри алюминиевого цилиндра 5, имеющего обмотку в виде беличьей клетки. При вращении магнита цилиндр поворачивается вслед за ним и переключает при этом с помощью упора 3 контакты 4 (6), расположенные в зависимости от направления поворота слева или справа.
Рис.8. Реле контроля скорости
При скорости вращения магнита близкой к нулю, цилиндр занимает среднее положение. Контакты занимают исходное положение. Величина скорости, при которой переключаются контакты реле, определяется положением настроечных винтов 2.
Пример применения: при торможении противовключением (Раздел 1.12.3).
На схемах реле контроля скорости обычно имеет обозначение SR.
Перед тем, как перейти к схемам
Еще раз. Контакты на схемах изображаются в положении, когда на них не оказывается механического, электрического, магнитного или какого-либо другого воздействия. Применительно к контакторам или реле: положение их контактов на схеме соответствует обесточенному состоянию их катушек управления.
Если по ветви схемы, в которой расположена катушка контактора или реле (см.выше ее обозначение), течет ток, то все ключи, имеющие то же обозначение, меняют свое положение: были замкнуты – разомкнутся; были разомкнуты – замкнутся.
| Кнопки, изображаемые как кнопка SB1 на рис. 9, а: в исходном состоянии соответствуют разомкнутому контакту, а при нажатии – контакт замыкает цепь. Кнопки, изображаемые как кнопка SB2 на рис. 9, б: в исходном состоянии соответствуют замкнутому контакту, а при нажатии – контакт размыкает цепь. |  а) |  б) |
| Рис.9. Изображение на схемах кнопок |
1.7. Схема нерегулируемого включения и отключения АД
1.7.1. Основные элементы схемы
2) Цепь управления (рис.10, б).
— катушка контактора КМ;
— вспомогательные контакты КМ;
— контакты теплового реле КК.
— кнопка «Пуск» SB1 и кнопка «Стоп» SB2 (стандартное обозначение кнопок с этими функциями, встречающееся на схемах в разных источниках).
В исходном состоянии контакты SB2 и КК замкнуты.
Цепь управления может включаться на линейное или фазное напряжение сети переменного тока, или на другой источник.
Часто электромагнитный контактор и тепловое реле монтируются в одном корпусе. Такое устройство называется магнитным пускателем.
1.7.2. Порядок включения АД
а) Включение рубильника Q.
При этом к сети подключается силовая цепь и цепь управления схемы. Готовность № 1, режим ожидания.
б) Нажатие кнопки SB1.
в) В соответствии с описанным выше принципом действия, контактор срабатывает. Это значит:
— замыкаются главные контакты КМ, находящиеся в силовой цепи;
При этом обмотки статора АД подключаются к трехфазной сети и двигатель запускается.
— замыкаются вспомогательные контакты КМ, находящиеся в цепи управления.
Для чего? Цепь управления все время работы АД должна быть подключена к источнику. До сих пор она была замкнута, только потому, что была нажата кнопка SB1. После того, как замкнулись вспомогательные контакты КМ (т.е. практически мгновенно), кнопку можно отпустить, разомкнув тем самым цепь в этом месте, поскольку она замкнута по параллельной ветви.
1.7.3. Порядок отключения АД
а) Нажатие кнопки SB2.
б) В соответствии с описанным выше принципом действия, контактор размыкает свои главные контакты, отключая обмотки статора АД от источника. Двигатель останавливается. Также размыкаются вспомогательные контакты КМ, система возвращается к исходному состоянию и готова к новому запуску.
1.7.4. Защита от токовой перегрузки и коротких замыканий
Чрезмерные кратковременные броски тока отслеживают предохранители F.
Более продолжительное превышение током допустимого значения отслеживают тепловые реле КК.
При превышении током допустимого значения тепловое реле КК, нагревательные элементы которого расположены в цепи статора, разомкнет контакты КК в цепи управления.
Элементы включаются не менее чем в 2 фазы статора, чтобы исключить возможность работы двигателя на двух фазах при перегорании предохранителя F в одной из фаз.
Те же элементы защиты применяются и в силовых цепях ДПТ.
1.7.5. Нулевая защита
Нулевая защита – предназначена:
— для отключения двигателя от сети при исчезновении или значительном понижении напряжения;
Полезная информация
Схема обозначений, используемых в реле
1. Обозначение контактов реле.
COM – общий контакт реле, который является подвижным. Зачастую обозначается, как BASE или COMMON. Общий контакт еще называется полюс, а те, с которыми он соединяется – направлениями.
NC (Normal Close) – контакт с которым общий нормально замкнут (нормально закрытый). Это значит, что контакты замкнуты, когда реле обесточено и размыкаются, когда подается ток на управляющую катушку.
NO (Normal open) – контакт с которым общий нормально разомкнут (нормально открытый). Т.е. когда реле обесточено контакты разомкнуты, а когда на катушку подается напряжение, то контакты замыкаются.
В схеме с NC мы видим, что ток протекает через реле при обесточенной катушке и, чтобы разомкнуть цепь нам нужно подать напряжение на катушку, а во втором случае в с обесточенной катушкой и через контакты реле ток не протекает.
Нормальное состояние — это изначальное состояние реле. Но стоить отметить, что есть типы реле, например, поляризованные для которых понятия нормального состояния нет, поскольку оно может меняться, а соответственно контакт NO может стать NC и наоборот.
2. Типы переключателей.
По типу переключения все реле можно поделить на 2 основных типа:
— реле размыкает или замыкает контакт (SPST). Такое реле имеет один вход и один выход, и работает как ключ. При этом одно такое реле может содержать несколько пар независимых контактов, т.е. иметь несколько баз со своими контактами (DPST).
— реле переключается между двумя и более контактами (SPDT. Здесь имеется одна база, но может быть несколько выходов. Такие реле так же могут иметь в себе несколько пар контактов (DPDT).
SPDT (Single Pole, Double Throw). Один полюс, два направления. Т.е. Есть один общий контакт, который может переключаться с двумя направлениями.
SPST (Single Pole, Single Throw). Один полюс на одно направление. Формально это управляемый ключ, который может быть либо нормально замкнутым, либо нормально разомкнутым.
DPST (Double Pole, Single Throw). Два полюса на одно направление. Реле DPST с двойным полюсом эквивалентно двум переключателям SPST (NO нормально разомкнутый и NC нормально замкнутый) и может использоваться для переключения двух разных нагрузок.
У нас есть 2 сценария в зависимости от типа реле
Без напряжения на катушке:
С NO, нагрузки будут ОТКЛЮЧЕНЫ, поскольку ток не может протекать.
С NC нагрузки будут ВКЛЮЧЕНЫ, поскольку ток может протекать
С напряжением на катушке:
С NO, нагрузки будут ВКЛЮЧЕНЫ, поскольку ток может протекать.
С NC нагрузки будут ОТКЛЮЧЕНЫ, поскольку ток не может протекать.
4. Варианты обозначений.
На сложных комбинациях реле можно встретить детализированные обозначения типов переключателей. Как уже писалось выше, реле DPDT может обозначаться, как 2SPDT, хотя здесь все и так понятно, но в случае с DPST NC-NO мы можем не какое из направлений нормально замкнутое, а какое нормально разомкнутое, поэтому вводится обозначение типа 2SPST-1NC-1NO.
Мы должны понимать, что в данной ситуации DPST NC-NO = 2SPST-1NC-1NO.
5. Общая таблица обозначений.
| Тип переключения | Тип переключения (альтернативное обозначение) | Схема коммутации | Описание |
| SPST-NO | A |  | SPST-NO (Single Pole Single Throw – Normally Open) |
Один контакт на включение, нормально разомкнутый
Один контакт на включение, нормально замкнутый
Один контакт на преключение
Два контакта на включение, нормально разомкнутые
Два контакта на включение, нормально замкнутые