История создания и развития реле

Создание реле

Для увеличения дальности срабатывания своего звукового телеграфа Генри в 1835 г. предложил использовать более чувствительный дополнительный электромагнит, включаемый обмоткой в линию связи перед силовым электромагнитом телеграфа. Подвижный магнит дополнительного устройства с приходом импульса тока перемещался между полюсами подковообразного сердечника и замыкал тем самым контакты цепи батареи питания и обмотки силового электромагнита звукового телеграфа. Таким образом, дополнительное электромагнитное устройство Генри представляло собой электромагнитный контактный коммутатор электрической цепи, осуществляющий усиление (ретрансляцию, подпитку) импульсов тока, приходящих на силовой электромагнит телеграфа. Электромагнитный контактный усилитель электрических сигналов в последствии получил наименование «relay» (по-русски «реле»), подразумевающее смену, замену ослабленного тока по аналогии с заменой уставших почтовых лошадей, бегунов эстафеты или рабочих смены.

Рис.2. Реле ТГА Морзе Рис.3. Нейтральное телеграфное реле Шорина Рис.4. Телеграфное (местное) реле типа ТРМ (43а) Рис.5. Многоконтактное реле для шаговых устройств АТС Рис.6. Схема регистратора электромагнитных волн А.С. Попова

Основные идеи электромагнитных устройств, предложенные Генри, были реализованы американским художником С. Морзе, построившим и запатентовавшим ТГА, который полу­чил впоследствии наиболее широкое практическое применение.
В ТГА Морзе высокочувствительный электромагнит реле (см. рис. 2) включался обмоткой в разрыв длинной линии связи между источником сигналов (азбуки Морзе) и силовым пишущим электромагнитом. С приходом ослабленного импульса тока электромагнит реле почти синхронно намагничивался и притягивал к полюсу близко расположенное подвижное магнитовосприимчивое тело – якорь, который, в свою очередь, при перемещении замыкал электрический контакт цепи, соединяющий местную батарею питания силового электромагнита с его обмоткой.
Первые конструкции электромагнитных реле, используемых в телег­рафии, были подобны реле в аппарате Морзе. Для повышения чувствительности электромагнитная цепь реле уже была не открытой, а замкнутой с помощью ярма и легкого плоского якоря (рис. 3). Исполнительные органы реле – контакты у телеграфных, как и у первых конструкций телефонных реле, появившихся почти через 40 лет, были якорного типа. У этих реле роль подвижного контактного элемента исполнял сам якорь, несущий на себе контакт–детали.
Все узлы первых электромагнитных реле, регулировочные и присоединительные винты располагались на массивном основании. С помощью регулировочного винта возвратной пружины устанавливалась максимальная чувствительность и одинаковое время срабатывания и возврата якоря, что обеспечивало максимальное усиление телеграфных сигналов без заметных искажений.
С изобретением аппаратуры двухполюсного телеграфирования был создан также и новый вид реле – электромагнитное поляризованное реле, которое реагировало на полярность протекающего по обмотке тока.
Поляризующие свойства электромагнитное реле получало за счет использования в магнитной цепи дополнительного постоянно действующего магнитного потока, названного поляризующим потоком. Очевидно, что первые конструкции поляризованных реле были построены также по последовательной магнитной схеме, применяемой для неполяризованных (нейтральных) реле. В таких схемах источником поляризующего потока обычно являлся электромагнит, а не постоянный магнит, создающий в последовательной цепи существенное сопротивление основному магнитному потоку. В последствии разнообразные типы двух- и трехпозиционных, одно- и двустабильных поляризованных электромагнитных реле были реализованы с помощью параллельных (дифференциальных) и мостовых схем, позволяющих применять для поляризации более простые постоянные магниты. Для обеспечения высокой чувствительности срабатывания усилительные или линейные телеграфные реле имели мощный постоянный магнит, обмотку с низкой величиной ампер-витков и всего один контакт якорного типа. Например, наиболее чувствительное отечественное линейное реле ТРЛ имело мощность срабатывания всего 4 мкВт.
В 1940 – 1950-х годах в связи с созданием стартстопных ТГА было разработано немало конструктивных решений высокочувствительных поляризованных реле с дифференциальной и мостовой магнитной цепью: реле конструкции Сименса, Присса, Бодо, Адамсона, Белла, 209FA, 44а и др., размещаемые, как правило, на специальном основании – цоколе (см. рис. 4) и имеющие защитный чехол. Для подвижной аппаратуры связи бы­ли созданы менее габаритные и более удароустойчивые конструкции, например, реле 64П, 65П фирмы «Сименс» и их отечественные аналоги РП3; 4; 5; 7. Электромагнитные реле в традиционной телеграфии широко использовались до 60-х годов прошлого столетия, после чего им на сме­ну пришли электронные устройства, обеспечивающие работу новой аппаратуры высокочастотной связи.
Следующей после телеграфии областью применения реле в XIX веке стала телефонная техника. Впервые нейтральное электромагнитное реле телеграфного типа (см. рис. 3) было использовано в 1878 г. американской фирмой «Вестернэлектрик» в гнездо-шнуровых коммутаторах станций ручного обслуживания, для включения и выключения вызывных и отбойных сигнальных лампочек. Серийное и массовое производство телефонной аппаратуры потребовало применения специализированных  конструкций электромагнитных коммутаторов электрических цепей, названных в последствии телефонными реле.
Первые конструкции телефонных реле имели один контакт якорного типа¹, который возвращался в исходное состояние либо под действием силы тяготения на утяжеленный якорь², либо под действием упругой силы элементов контакта или специальной пружины, возвращающей якорь в исходное положение. Основу конструкции первых телефонных реле составляло Г-образное ярмо, на котором размещался сердечник, якорь клапанного типа, контактные и присоединительные элементы. Для защиты контакта реле от пыли реле целиком закрывалось кожухом.
На базе первых конструкций теле­фонных реле были созданы менее чувствительные, но более мощные по коммутации тока (до 4…5 А), реле для включения и отключения батарей или электродвигателей телефонных станций или других источников электричества.
Для коммутации каналов связи в автоматических телефонных станциях (АТС) были созданы многоконтактные телефонные реле (см. рис. 5), производство которых стало массовым, так как на одну абонентскую линию в АТС требовалось не менее 10 реле. Основу конструкции многоконтактных реле попрежнему составляло Г-образное ярмо, на котором размещались пружинные контакты, подвижные элементы которых перемещались якорем посредством толкателя (придатка), связанного с якорем кинематически.
Существенное конструктивно-технологическое усовершенствование многоконтактных реле произошло в 1930-х годах, и было связано с их использованием в новых АТС координатного типа. Новое поколение электромагнитных реле имело улучшенные показатели по быстродействию, чувствительности, коммутационной способности и надежности, а также меньшие габариты, при значительно большем количестве контактных пружин (до 24). Для снижения стоимости практически все металлические детали этих реле изготавливались штамповкой.
Следует отметить, что реле в качестве усилителя слабых электрических сигналов применялось не только в технике проводной телеграфной связи. До появления более чувствительных электронных ламп электромагнитное реле использовалось и в устройствах радиосвязи. На рисунке 6 показана схема радиоприемника А. С. Попова, с помощью которого он впервые в 1895 г. продемонстрировал возможность приема и регистрации электромагнитных волн.
Успешное применение электромагнитных реле в технике телеграфии и телефонии послужило толчком для создания и использования аналогичных элементов в устройствах железнодорожной автоматики, измерительной техники, энергетики, электротехники, а также в радиоэлектронной аппаратуре, используемой, в том числе, в объектах военной техники.

¹В контакте якорного типа подвижный элемент контакта размещался на якоре.
²Принцип возврата якоря реле, основанный на закон всемирного тяготения, стал впоследствии использоваться в английской и российс­кой релейной технике, используемой в ответственной аппаратуре железнодорожной автоматики. В телефонии утяжеленный якорь сохранился лишь для типов реле, управляемых переменным током.