Hilfsrelais: Funktionsweise, Kennzeichnung, Typen sowie Einstell- und Anschlussdetails

Ein Großteil der elektrischen Schaltungen wird in Schwachstromsystemen entwickelt und eingesetzt. Der Hauptzweck solcher Schaltungen ist die Transformation der eingehenden Signale gemäß einem festgelegten Aktionsalgorithmus.

Für die galvanische Trennung von Stromkreisen mit Niederspannung und höheren Nennspannungen wird ein Zwischenrelais eingesetzt. Aufgrund ihrer geringen Größe und Zuverlässigkeit sind diese Geräte in verschiedenen Bereichen weit verbreitet.

Zweck und Funktionen des Geräts

Diese Art von Relais ist ein Hilfsobjekt im Stromkreis. Die Multifunktionalität der Modelle ermöglicht ihren Einsatz in automatisierten, Schutz- und Regelschaltungen.

Es wird verwendet, wenn ein synchrones Schließen oder Öffnen mehrerer unabhängiger Stromkreise erforderlich ist, mit anderen Worten – die Vervielfältigung der stromführenden Kanäle.

Anschlussplan der Fahrzeug-Notfalltaste: Über eine Kontaktleitung des elektromagnetischen Relais kann der Schalter ausgeschaltet werden, und über die zweite kann im Alarmblock eine akustische Warnung erzeugt werden.

Das Schütz kann auch als Regler eines leistungsstärkeren Relais verwendet werden, über das die Umschaltung eines Stromkreises mit hoher Spannung erfolgt.

Nehmen wir zum Beispiel eine Situation: Es muss Strom auf die Induktionsspule eines Schalters gegeben werden, wobei der maximale momentane Wert der elektromotorischen Kraft beim Einschalten 63 A beträgt. Diese Aufgabe mit nur einem elektromagnetischen Gerät zu bewältigen, ist jedoch nicht möglich.

Daher muss zunächst die Spule des Kerntrenngeräts mit Strom versorgt werden, das eigene Verbindungen nutzt, und dann das leistungsstärkere Schütz einschalten, dem die Aufgabe der Schaltung einer größeren elektrischen Leistung übertragen wird.

Das Bauteil kann auch verwendet werden, um eine künstliche Verzögerung der Schutzrelaisfunktion zu erzeugen oder, wie man sagt, eine Zeitverzögerung zu bilden.

Konstruktive Struktur des Geräts

Elektromagnetische Geräte werden an einen Stromkreis angeschlossen, der die Kontrolle oder Regelung von Produkten übernimmt, die zur Umwandlung an einen Leistungsknoten angeschlossen sind. Der Start kann durch Einflüsse verschiedener Faktoren erfolgen: Stromversorgung, Lichtenergie, hydrostatischer Druck oder Gasdruck.

Konstruktiver Aufbau eines elektromagnetischen Relais:1 – Feder; 2 – beweglicher Anker; 3 – ferromagnetischer Kern (Spulenkern); 4 – Spule; 5 – Basis; 6 – ein oder mehrere feste Kontakte; 7 – Stellglied

Gemäß den Normen ist das einfachste Kontaktgerät in drei Hauptbereiche unterteilt: den aufnehmenden, den zwischengeschalteten und den ausführenden. Jeder von ihnen wird durch einen individuellen Mechanismus repräsentiert, der für bestimmte Aktionen im Schaltsystem verantwortlich ist.

Das primäre, sogenannte sensitive Element reagiert auf den eingehenden Parameter und wandelt ihn in eine physikalische Größe um, die für die Funktion des Schützes erforderlich ist.

Ein solcher aufnehmender Mechanismus ist in einer elektromagnetischen Spule mit Kern verkörpert – im Schema mit der Nummer 4 gekennzeichnet. Je nach Netz kann daran entweder Wechsel- oder Gleichspannung angeschlossen werden.

Das Zwischenglied beginnt eine vergleichende Analyse des umgewandelten Werts mit dem vorgegebenen Sollwert. Sobald der Sollwert erreicht ist, überträgt die Einheit das Signal des sensitiven Mechanismus an das Stellglied. Dieser Bereich besteht aus Gegenfedern (1) und Dämpfern.

Dämpfungselemente im Schütz werden zur Beseitigung von Schwingungen beweglicher Segmente verwendet, und im Zeitrelais – zur Sicherstellung des erforderlichen Zeitintervalls.

Im ausführenden Teil wird über die auf dem Gehäuse über der Klemmenleiste angeordneten Schaltleitungen (6) der Einfluss auf die untergeordnete Leitung ausgeübt und die Kontakte werden geschlossen.

Funktionsprinzip des Schützes

Im Arbeitsalgorithmus dieser Relaisart ist die Anwendung elektrodynamischer Kräfte verankert, die im Ferromagnetikum während des Stromflusses durch die Spulenwindungen des isolierten Drahtes erzeugt werden.

Je nach den technischen Eigenschaften des Schalters und der Anzahl der darin angeordneten Kontaktverbindungen schließt oder öffnet der Anker diese.

Die ursprüngliche Position des L-förmigen Blechs (Ankers) wird durch eine Feder fixiert. Wenn Strom an den Magneten angelegt wird, überwindet der Anker mit dem darauf befindlichen Schaltkontakt die Federkraft und wird zum magnetisierten Feld hingezogen.

Bei der Bewegung greift der auf der Kontaktebene angeordnete Schaft das untere Kontaktsystem und bewegt es nach unten. Wenn die Stromzufuhr zur Spule unterbrochen wird, zieht die Feder das Joch zurück und das Gerät nimmt seine ursprüngliche Form wieder an.

Betrachten wir anhand eines Beispiels, wie ein elektromagnetisches Relais in einem Auto funktioniert.

Wenn es an einen dreiphasigen Asynchronmotor angeschlossen wird, werden die folgenden Aktionen ausgeführt:

1. Start – Einschalten der Alarmanlage.
2. Auslösen des Starters.
3. Schließen des letzten Kontaktpaars, was zum Start des Motorantriebs führt.

Darüber hinaus ist es das Relais, das für das Abschalten des Motors bei Unterbrechung der Umkehrung zuständig ist. Dadurch wird das Problem eines abrupten Motorstopps behoben.

Zur Erkennung des Typs eines elektromagnetischen Schützes werden in der Produktion Kennzeichnungen verwendet, die aus einer Buchstaben- und Ziffernkombination bestehen, die auf dem Gerät angebracht sind.

Es ist auch wichtig zu wissen, dass ein elektromagnetisches Relais mit mehreren Gruppen von Regelkontakten ausgestattet sein kann. Die Anzahl der letzteren hängt vollständig vom Verwendungszweck des jeweiligen Gerätemodells ab.

Varianten von Zwischenrelais

Zwischenschütze entlasten die Hauptstellglieder. Andernfalls würden die Lichtbogenlöschbedingungen strenger, was die Produktion solcher leistungsstarker Quellen wie TES unrentabel machen würde.

Verwendete Einschaltmethoden

Die Klassifizierung elektromagnetischer Schalter erfolgt nach den wichtigsten Merkmalen und Eigenschaften, nämlich:

• nach der Einschaltmethode;
• Konstruktionsmerkmale – Anzahl und Art der Wicklungen sowie Anzahl, Zustand und Leistung der Kontaktleitungen;
• nach dem Funktionsprinzip;
• nach der Ansprech- und Rückfallzeit in die Ausgangsstellung.

Je nach Verwendungszweck werden Schütze mit Spannungs- oder Stromspule oder mit beiden Varianten gleichzeitig hergestellt. Es werden zwei standardisierte Anschlussmethoden unterschieden.

Das elektromagnetische Gerät muss nicht nur im Standardbetriebsmodus der Stromquelle, sondern auch bei Störungsanzeichen einschalten und dabei den Strom auf bis zu 40 % reduzieren.

Der erste Anschlusstyp ist der Reihenanschluss. Das Gerät wird in Reihe in die Wicklungsabschnitte anderer Geräte geschaltet und arbeitet mit dem Strom, der in diesem Stromkreis fließt.

Der nächste ist der Nebenschlussanschluss. Er wird auf die Nennspannung der Hilfsstromquelle geschaltet.

Besonderheiten der Gerätekonstruktion

Die Konstruktionsmerkmale umfassen Modelle mit einer Wicklungswindung für Spannung oder Strom (RP-23, RP-252), zwei (RP-11) und seltener drei.

Gleichstromrelais (RP-23) werden für folgende Nennspannungen hergestellt: 12, 24, 48, 110 und 220 V, Wechselstromrelais (RP-24) für 127, 220 und 380 V.

Gerät RP-23: Elektromagnet mit Wicklung, Anker mit Schaft, feste und bewegliche Kontakte, Feder, Einstellplatte. Das Schütz ist auf einem Sockel montiert und mit einem Gehäuse abgedeckt.

Die Schalter der Typen RP-23 und RP-24 sind für den Betrieb mit galvanischem Strom ausgelegt und verfügen über 5 Kontaktleitungen, die in verschiedenen Kombinationen verwendet werden können. Die Unterschiede zwischen ihnen liegen in ihrer Bauweise.

Die zweite Geräteart ist mit einem eingebauten mechanischen Auslöseanzeiger ausgestattet. Ihre Leistungsaufnahme bei Basisspannung beträgt 6 W. Die Serien RP-25 und RP-26 arbeiten ausschließlich mit Wechselstrom und sind ähnlich aufgebaut wie die vorherigen Geräte.

Ein zusätzliches Element ist eine Kurzschlusswindung auf dem Kern mit Spule, die zur Beseitigung von Vibrationen des beweglichen Teils des Mechanismus dient. Ihre Leistungsaufnahme ist identisch – 10 W.

In letzter Zeit stellt die ZAO TscheAZ (Elektroapparatewerk in Tscheboksary) statt der oben genannten Modifikationen auf modernisierte Modelle um. Dies sind die Schalter RP16-1 (Gleichstrom) und RP16-7 (Wechselstrom), die mit zwei Öffner- und vier Schließerkontaktgruppen ausgestattet sind.

Der Verteiler der neuen Generation RP16-7 ist für den Einsatz in selektiven Leistungsschutz- und Automatikschaltungen zum Schalten elektrischer Lasten vorgesehen.

Zwei- und dreiwindige Peripheriegeräte werden üblicherweise in mehreren Fällen eingesetzt.

Betrachten wir, welche Aufgaben sie lösen und welcher Gerätetyp dafür benötigt wird:

1. Bei Bedarf an Aktivierung des Betriebsmodus durch Strom und Halten durch Spannung, zum Beispiel die Serie RP-232 mit einer einwindigen Arbeitswicklung.
2. Wenn eine Betätigung des Geräts durch Spannung und ein Nichtansprechen auf Strom erforderlich ist – RP-233 mit zwei Haltestromwindungen.

In gleicher Weise führt TscheAZ anstelle der oben beschriebenen Schütze neue Modelle RP-16-2 bis RP16-4 und RP17-1 bis RP17-5 ein.

Funktionsprinzip der Relais

Kontaktgeräte werden im Bereich der Kommunikation und Automatisierung eingesetzt. Nach dem Wirkprinzip werden sie in neutrale und polarisierte (Impuls-) Typen unterteilt.

Der Hauptunterschied besteht darin, dass bei ersteren die Ankerbewegung nicht von der Polarität des Steuersignals abhängt, bei letzteren hingegen direkt von der Bewegungsrichtung der geladenen Teilchen in der Wicklung abhängig ist.

Neutrale Schalter haben den einfachsten Aufbau, bestehend aus zwei Systemen: einem Kontakt- und einem Magnetsystem. Die Kontaktgruppe verfügt über zwei feste und einen gemeinsamen beweglichen Kontakt. Die Magneteinheit besteht aus Anker, Elektromagnet und Joch.

Schema eines elektromagnetischen Relais vom neutralen Typ: c) mit einem in die Spule einziehbaren Anker. Wenn das Steuersignal maximal entfernt ist – der Anker ist vom Kern entfernt – ist ein Kontaktpaar geschlossen und das andere offen.

Darüber hinaus werden elektromagnetische Relais nach der Bewegungsart des Ankers unterschieden: Winkelbewegung (Schwimmertyp) und Tauchankerbewegung. Zur Reduzierung der Widerstandskräfte des magnetischen Luftspalts zwischen der beweglichen Platte und dem Kern. Der Kern ist mit einem Polschuh ausgestattet.

Solche Relaisschaltungen werden in Steuerungssystemen von Produktionsmaschinen und -werkzeugen eingesetzt. Das RES-6 ist einer der Vertreter der schwachstromigen Schütze der neutralen Klasse. Das Gerät kann als Zweistellungs- oder als monostabiles Relais ausgeführt sein. Seine Nennspannung beträgt 80-300 V, der Schaltstrom beträgt 0,1-3 A-V.

Die Impulskategorie besteht aus denselben Systemen. Allerdings ist der magnetische Teil der Impulsrelais zusätzlich mit zwei Stäben mit Wicklung, einer Kontaktzugstange und einem Permanentmagneten ausgestattet, der einen polarisierenden Fluss erzeugt.

Dank dieser Art der Zuführung ändert sich die Richtung der elektromagnetischen Kraft, die auf den Anker wirkt, abhängig von der Richtung des Kraftflusses in der Spule.

Aufbau des polarisierten Relais IMSch1-0,3: Spule, Permanentmagnet mit Polschuhen und Platte, Ständer, Feder, Verbindungsleitungen. Die Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit des Geräts wird durch das Kernmaterial – Blechstahl – erreicht.

Die Schütze IMSch1-0,3 sind als Streckenrelais in Impulsschutzschaltungen (RS) für galvanischen Strom weit verbreitet. IMWSch-110 wird in Wechselstromkreisen eingesetzt. Technisch besteht es aus einer Diodenbrücke, die die Wechselspannungen in eine konstante Größe umwandelt.

Ansprech- und Rückfallzeit

Die Auslösezeit des Zwischenmechanismus (t Anziehung) ist der Zeitraum vom Eingang des Auslösebefehls bis zum Beginn des Anstiegs der Ausgangsparameter. Dieser Wert ist vollständig von den konstruktiven Merkmalen des Relais, seinem Anschlussplan und dem Eingangssignal abhängig.

Die Abfallzeit (t Rückfallzeit) ist das Intervall vom Abschaltsignal bis zum Erreichen des Minimalwerts des Ausgangsparameters.

Schaltbild des Verzögerungsblocks bei Auslösung des Relais RP18. Der Verzögerungsprozess wird durch Halbleiterschaltungen gewährleistet, an deren Ausgang die Relaisspulen angeschlossen sind.

An den betrachteten Relaistyp werden erhöhte Anforderungen an die Schnelligkeit gestellt.

In Abhängigkeit vom Zeitintervall der Auslösung werden die Geräte wie folgt klassifiziert:

• Schnellschaltende – Verzögerungszeit für Anzug und Abfall bis 0,03 s (z. B. REP37-13, RP 17-4M);
• Normale – 0,15–0,20 s (Serie RE);
• Langsame – 1,0-1,5 s (NMM4–250, NMM4–500);
• Zeitrelais – mehr als 1,5 s (RP18-2-RP18-5).

Auf dem Markt werden diese Modifikationen von verschiedenen Herstellern angeboten. Daher kann die Konstruktion des Relais je nach Marke geringfügig abweichen. Jedoch können anhand der auf dem Gerät angebrachten Kennzeichnung die Parameter des Produkts genau bestimmt werden.

Was verrät die Kennzeichnung?

In der Kennzeichnung der Schütze ist ein vollständiger Datensatz über Zweck und Konstruktionsmerkmale enthalten, einschließlich Informationen über die klimatische Ausführung.

Erläuterung zum Modell TKE520DG: Gerät mit einer Spulenspannung von bis zu 30 V und Kontaktstrom von bis zu 5 A, zwei Schließkontakte, die Bauweise ermöglicht einen Dauerbetrieb, hermetisch abgedichtet.

Betrachten wir die Struktur der symbolischen Bezeichnung am Beispiel PE41(N) (*)(*)(*)(*)(*)/(*)(*)(*)(*)5:

1. REP – elektromagnetisches Zwischenrelais.
2. 37 (N) – Entwicklungsnummer.
3. (*) – Bezeichnung der Stromart im Spulenkreis: 1 – Gleichstrom; 2 – Wechselstrom.
4. (*) – Art der Verzögerung: 1 – verzögert beim Einschalten; 2 – verzögert beim Ausschalten.
5. (*) – Wert abhängig von der Anzahl der Wicklungen;
6. (*)(*) – Zahlenwert der Schließ- und Öffnerkontakte;
7. (*)(*) – Spannung oder Strom der Leistungswicklung: Gleichspannung/-strom (D) und Wechselspannung/-strom (A);
8. (*)(*) – Kennzeichnung der elektrischen Werte der Haltespulen;
9. (*) – Art und Technologie des Anschlusses der hinteren Leitungsbahnen: 1 – mit Lötlamellen; 2 – Montage mit Schraubbefestigung; 3 – Befestigung mit Klemmen an einer Steckerleiste.
10. (*)5 – Klimaausführung und Aufstellungskategorie nach GOST: UCh – gemäßigt kalt; W – allklimatisch.

Bei der Auswahl des benötigten Modells eines Schaltgeräts werden nicht nur seine elektrotechnischen Parameter berücksichtigt, sondern auch die Umgebung, in der es betrieben wird.

Die Auswahl des Schützes erfolgt anhand der erforderlichen Kenndaten: Versorgungsspannung (V), Leistungsaufnahme (W), Schaltstrom (A), Kontaktgruppen, Ansprechzeit (s), Abmessungen.

Trotz der hohen Qualität des Schalters liegt der Hauptnachteil im Kontaktsystem. Es wird angenommen, dass eine saubere Kontaktgruppe nur unter hermetischen Vakuumbedingungen existieren kann. Wenn jedoch der Hauptnegativfaktor – der Luftkontakt – einwirkt, beginnt sich auf ihnen eine Oxidschicht zu bilden.

Nuancen des Anschlusses und der Einstellung

Nach der Installation des Zwischenmechanismus muss dieser an den Stromkreis angeschlossen werden. Dazu werden die Kontakte der Spule sowie zusätzliche Verbindungselemente verwendet. Üblicherweise gibt es in der Vorrichtung mehrere Kontaktpaare: NO – normalerweise offen und normalerweise geschlossen (NC).

Verteilung der Gruppen im dargestellten Schaltplan: 10-11 – normal geschlossene Kontakte (NC); 11-12 – normal offene Kontakte (NO); Kontakte 1 (Phase) – 3 (Nullleiter) – Versorgungsspannung des Relais.

In der ersten Position wird das Signal an der Spule vollständig unterbrochen. Da diese keine Polarität aufweist, kann die interne Verbindung der Kontaktgruppe in beliebiger Reihenfolge erfolgen.

Für den Anschluss des Übersichtsmechanismus betrachten wir die schematischen Anweisungen. Die voraussichtliche Spannung in der Spule kann 12, 24 oder 220 V betragen.

Elektroschaltung des Geräts ohne Netzanschluss. Die Installation erfolgt in Steuerungs- und Automatisierungsschaltungen. Lage – zwischen dem Hauptaktuator und der Aufgabenquelle.

Die Einstellung des elektronischen Starters betrachten wir am Beispiel des am weitesten verbreiteten Modells RP-23.

Der Prozess besteht aus folgenden Schritten:

1. Indem wir die Einschalt- und Rückkehrspannung unter Zuführung einer galvanischen Stromquelle zur Spule prüfen, führen wir eine sanfte Einstellung durch.
2. Zum Zeitpunkt des Anziehens des Ankers muss der bewegliche Teil des Systems einen gemeinsamen Hub von 0,1-1,5 mm haben. Durch Biegen des Schafts an der L-förmigen Platte führen wir die Korrektur durch.
3. Zwischen dem aktiven und dem inaktiven Kontakt wird der Spalt auf Werte zwischen 1,5-2,5 mm eingestellt. Die Durchbiegung wird durch Anpressen des Winkels der feststehenden Kontakte und des oberen Anschlags des beweglichen Systems eingestellt.
4. Bei endgültiger Position des Ankers (Schließen) beträgt der Durchhang der inaktiven Kontakte 0,3-0,4 mm.
5. In der Mitte der Ebene müssen die beweglichen und feststehenden Kontakte übereinstimmen. Die Korrektur erfolgt durch Verschieben der Platte und des Führungsbügels.

Mit derselben Methode erfolgt auch die Parametereinstellung des Relais RP-25, jedoch wird der Spalt zwischen Spule mit Kern und Anker im angezogenen Zustand ausgeschlossen.

Fazit und nützliche Videos zum Thema

Das Funktionsprinzip des elektromagnetischen Relais, wo sie angewendet werden, sowie die wichtigsten Zuverlässigkeitskennzahlen der Geräte werden behandelt. Mehr Details im Videomaterial:

Nach Auswahl des erforderlichen Gerätemodells gehen wir zu dessen Anschluss und Einstellung über. Die wichtigsten Nuancen sind in dem dargestellten Beitrag beschrieben:

Technologische Entwicklungen der Konstruktionen von Zwischenrelais waren stets auf die Verringerung von Gewicht und Abmessungen sowie auf die Erhöhung der Zuverlässigkeit und Montagefreundlichkeit der Geräte ausgerichtet. Infolgedessen begann man, kleine Schütze in einem hermetischen Gehäuse unterzubringen, das mit komprimiertem Sauerstoff oder mit Heliumzusatz gefüllt ist.

Dadurch haben die inneren Elemente eine längere Lebensdauer und führen alle eingebauten Befehle unterbrechungsfrei aus.

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