Elektromagnetické relé: zariadenie, označenie, typy + detaily zapojenia a nastavenia

Premena elektrických signálov na zodpovedajúcu fyzikálnu veličinu - pohyb, sila, zvuk atď.atď., sa vykonáva pomocou pohonov. Pohon by mal byť klasifikovaný ako prevodník, pretože je to zariadenie, ktoré mení jeden typ fyzikálnych veličín na iný.

Pohon sa zvyčajne aktivuje alebo riadi nízkonapäťovým príkazovým signálom. Ďalej sa klasifikuje ako binárne alebo spojité zariadenie na základe počtu stabilných stavov. Elektromagnetické relé je teda binárny pohon, berúc do úvahy dva dostupné stabilné stavy: zapnuté - vypnuté.

Predložený článok podrobne skúma princípy činnosti elektromagnetického relé a rozsah použitia zariadení.

Základy dizajnu pohonu

Pojem "relé" je charakteristický pre zariadenia, ktoré zabezpečujú elektrické spojenie medzi dvoma alebo viacerými bodmi prostredníctvom riadiaceho signálu.

Najbežnejším a najpoužívanejším typom elektromagnetického relé (EMR) je elektromechanická konštrukcia.

Takto vyzerá jeden dizajn z početnej série produktov nazývaných elektromagnetické relé. Tu je znázornená uzavretá verzia mechanizmu využívajúca priehľadný kryt z plexiskla

Základná schéma ovládania pre každé zariadenie vždy poskytuje možnosť zapnúť a vypnúť ho. Najjednoduchší spôsob vykonania týchto krokov je použiť vypínače zámku napájania.

Manuálne ovládané spínače môžu byť použité na ovládanie, ale majú nevýhody. Ich zjavnou nevýhodou je nastavenie stavu „zapnuté“ alebo „vypnuté“ fyzicky, teda manuálne.

Ručné spínacie zariadenia sú zvyčajne veľké, pomaly pôsobiace, schopné spínať malé prúdy.

Manuálny spínací mechanizmus je „vzdialeným príbuzným“ elektromagnetických relé. Poskytuje rovnakú funkcionalitu - prepínanie pracovných línií, ale ovláda sa výlučne manuálne

Medzitým sú elektromagnetické relé reprezentované hlavne elektricky ovládanými spínačmi. Zariadenia majú rôzne tvary, rozmery a sú rozdelené podľa ich menovitých úrovní výkonu. Možnosti ich aplikácie sú široké.

Takéto zariadenia, vybavené jedným alebo viacerými pármi kontaktov, môžu byť súčasťou jedného dizajnu väčších výkonových servopohonov - stýkačov, ktoré sa používajú na spínanie sieťového napätia alebo vysokonapäťových zariadení.

Základné princípy fungovania EMR

Tradične sa relé elektromagnetického typu používajú ako súčasť elektrických (elektronických) spínacích riadiacich obvodov. V tomto prípade sa inštalujú buď priamo na dosky plošných spojov, alebo vo voľnej polohe.

Všeobecná štruktúra zariadenia

Záťažové prúdy použitých produktov sa zvyčajne merajú od zlomkov ampéra do 20 A alebo viac. Reléové obvody sú v elektronickej praxi rozšírené.

Zariadenia rôznych konfigurácií, určené na inštaláciu na dosky elektronických obvodov alebo priamo ako samostatne inštalované zariadenie

Konštrukcia elektromagnetického relé premieňa magnetický tok generovaný aplikovaným AC/DC napätím na mechanickú silu. Vďaka výslednej mechanickej sile je kontaktná skupina riadená.

Najbežnejším dizajnom je forma produktu, ktorá obsahuje nasledujúce komponenty:

• vzrušujúca cievka;
• oceľové jadro;
• podporný podvozok;
• kontaktná skupina.

Oceľové jadro má pevnú časť nazývanú vahadlo a pohyblivú pružinovú časť nazývanú kotva.

Kotva v podstate dopĺňa obvod magnetického poľa uzavretím vzduchovej medzery medzi stacionárnou elektrickou cievkou a pohyblivou kotvou.

Detailné rozloženie konštrukcie: 1 – uvoľňovacia pružina; 2 – kovové jadro; 3 – kotva; 4 – kontakt normálne zatvorený; 5 – kontakt normálne otvorený; 6 – všeobecný kontakt; 7 – cievka medeného drôtu; 8 - rocker

Kotva sa pod vplyvom generovaného magnetického poľa pohybuje na pántoch alebo sa voľne otáča. Tým sa uzavrú elektrické kontakty pripojené k armatúram.

Typicky vratná pružina(y) umiestnená medzi vahadlom a kotvou vracia kontakty do ich pôvodnej polohy, keď je cievka relé bez napätia.

Činnosť reléového elektromagnetického systému

Jednoduchý klasický dizajn EMR má dve sady elektricky vodivých kontaktov.

Na základe toho sa realizujú dva stavy kontaktnej skupiny:

1. Normálne otvorený kontakt.
2. Normálne uzavretý kontakt.

Podľa toho je pár kontaktov klasifikovaný ako normálne otvorený (NO) alebo v inom stave ako normálne zatvorený (NC).

Pre relé s normálne otvorenou polohou kontaktu sa "zatvorený" stav dosiahne iba vtedy, keď budiaci prúd prechádza cez indukčnú cievku.

Jedna z dvoch možností nastavenia predvolenej skupiny kontaktov. Tu je v stave bez napätia cievky „predvolená“ poloha nastavená na normálne zatvorenú (zatvorenú) polohu

V inej možnosti zostáva normálne uzavretá poloha kontaktov konštantná, keď v obvode cievky nie je žiadny budiaci prúd. To znamená, že kontakty spínača sa vrátia do normálnej zatvorenej polohy.

Pojmy „normálne otvorené“ a „normálne zatvorené“ by sa preto mali vzťahovať na stav elektrických kontaktov, keď je cievka relé bez napätia, to znamená, že napájacie napätie relé je vypnuté.

Skupiny kontaktov elektrického relé

Reléové kontakty sú zvyčajne elektricky vodivé kovové prvky, ktoré sa navzájom dotýkajú a dotvárajú obvod, fungujúce podobne ako jednoduchý spínač.

Keď sú kontakty otvorené, odpor medzi normálne otvorenými kontaktmi sa meria ako vysoká hodnota v megaohmoch. To vytvára stav otvoreného obvodu, keď je eliminovaný prechod prúdu v obvode cievky.

Kontaktná skupina akéhokoľvek elektromechanického spínača v otvorenom režime má odpor niekoľko stoviek megaohmov. Hodnota tohto odporu sa môže medzi rôznymi modelmi mierne líšiť.

Ak sú kontakty zatvorené, prechodový odpor by mal byť teoreticky nulový - výsledok skratu.

Táto podmienka sa však nie vždy dodržiava.Skupina kontaktov každého jednotlivého relé má určitý prechodový odpor v „zatvorenom“ stave. Tento odpor sa nazýva stabilný.

Vlastnosti prechodu záťažových prúdov

Pre prax inštalácie nového elektromagnetického relé sa uvádza, že odpor spínacieho kontaktu je malý, zvyčajne menší ako 0,2 Ohm.

To je vysvetlené jednoducho: nové hroty zostávajú zatiaľ čisté, ale časom sa odpor hrotu nevyhnutne zvýši.

Napríklad pre kontakty prenášajúce prúd 10 A bude pokles napätia 0,2 x 10 = 2 volty (Ohmov zákon). Z toho vyplýva, že ak je napájacie napätie privádzané do kontaktnej skupiny 12 voltov, potom napätie pre záťaž bude 10 voltov (12-2).

Keď sa kovové kontaktné hroty opotrebujú bez toho, aby boli náležite chránené pred vysokým indukčným alebo kapacitným zaťažením, poškodenie oblúkom je nevyhnutné.

Elektrický oblúk na jednom z kontaktov elektromechanického spínacieho zariadenia. To je jeden z dôvodov poškodenia kontaktnej skupiny pri absencii náležitých opatrení

Elektrický oblúk – iskrenie na kontaktoch – vedie k zvýšeniu prechodového odporu hrotov a v dôsledku toho k fyzickému poškodeniu.

Ak budete pokračovať v používaní relé v tomto stave, hroty kontaktov môžu úplne stratiť svoje vlastnosti fyzického kontaktu.

Existuje však vážnejší faktor, keď poškodenie oblúkom skončí zváraním kontaktov dohromady, čím sa vytvárajú podmienky skratu.

V takýchto situáciách existuje riziko poškodenia obvodu riadeného EMR.

Ak sa teda prechodový odpor zvýši vplyvom elektrického oblúka o 1 Ohm, pokles napätia na kontaktoch pri rovnakom zaťažovacom prúde sa zvýši na 1 × 10 = 10 voltov DC.

Tu môže byť veľkosť poklesu napätia na kontaktoch pre obvod záťaže neprijateľná, najmä pri práci s napájacím napätím 12-24 V.

Typ materiálu kontaktu relé

Aby sa znížil vplyv elektrického oblúka a vysoké odpory, kontaktné hroty moderných elektromechanických relé sú vyrobené alebo potiahnuté rôznymi zliatinami na báze striebra.

Týmto spôsobom je možné výrazne predĺžiť životnosť kontaktnej skupiny.

Hroty kontaktných dosiek elektromechanických spínacích zariadení. Tu sú možnosti postriebrených hrotov. Tento typ povlaku znižuje faktor poškodenia

V praxi sa na spracovanie hrotov kontaktných skupín elektromagnetických (elektromechanických) relé používajú tieto materiály:

• Ag - striebro;
• AgCu - striebro-meď;
• AgCdO - oxid striebro-kadmia;
• AgW - striebro-volfrám;
• AgNi - striebro-nikel;
• AgPd - striebro-paládium.

Zvýšenie životnosti hrotov skupín kontaktov relé znížením počtu elektrických oblúkov sa dosiahne pripojením odporovo-kondenzátorových filtrov, nazývaných aj RC tlmiče.

Tieto elektronické obvody sú zapojené paralelne s kontaktnými skupinami elektromechanických relé. Napäťová špička, ktorá je zaznamenaná v momente otvorenia kontaktov, sa pri tomto riešení javí ako bezpečne krátka.

Použitie RC tlmičov umožňuje potlačiť elektrický oblúk, ktorý sa tvorí na kontaktných hrotoch.

Typický dizajn EMR kontaktov

Okrem klasických normálne otvorených (NO) a normálne zatvorených (NC) kontaktov zahŕňa mechanika spínania relé aj klasifikáciu na základe pôsobenia.

Vlastnosti dizajnu spojovacích prvkov

Konštrukcie relé elektromagnetického typu v tomto uskutočnení umožňujú jeden alebo viac samostatných spínacích kontaktov.

Takto vyzerá zariadenie, technologicky nakonfigurované pre dizajn SPST – jednopólové a jednosmerné. K dispozícii sú aj iné verzie

Dizajn kontaktov je charakterizovaný nasledujúcim súborom skratiek:

• SPST (Single Pole Single Throw) - jednopólový jednosmerný;
• SPDT (Single Pole Double Throw) - jednopólový obojsmerný;
• DPST (Double Pole Single Throw) – bipolárny jednosmerný;
• DPDT (Double Pole Double Throw) – bipolárne obojsmerné.

Každý takýto spojovací prvok je označený ako „stĺp“. Ktorýkoľvek z nich môže byť pripojený alebo resetovaný, pričom sa súčasne aktivuje cievka relé.

Jemnosť používania zariadení

Napriek jednoduchosti konštrukcie elektromagnetických spínačov existujú určité jemnosti v praxi používania týchto zariadení.

Odborníci teda kategoricky neodporúčajú paralelné pripojenie všetkých kontaktov relé, aby sa týmto spôsobom spínal obvod vysokého prúdu.

Napríklad pripojte záťaž 10 A paralelným zapojením dvoch kontaktov, z ktorých každý je dimenzovaný na prúd 5 A.

Tieto inštalačné jemnosti sú spôsobené skutočnosťou, že kontakty mechanických relé sa nikdy nezatvárajú ani neotvárajú súčasne.

V dôsledku toho bude jeden z kontaktov v každom prípade preťažený.A aj pri zohľadnení krátkodobého preťaženia je predčasné zlyhanie zariadenia v takomto zapojení nevyhnutné.

Nesprávna prevádzka, ako aj pripojenie relé mimo stanovených inštalačných pravidiel, zvyčajne končí týmto výsledkom. Takmer všetok obsah vo vnútri bol vyhorený

Elektromagnetické výrobky môžu byť použité ako súčasť elektrických alebo elektronických obvodov s nízkou spotrebou energie ako spínače relatívne vysokých prúdov a napätí.

Dôrazne sa však neodporúča prenášať rôzne záťažové napätia cez susedné kontakty toho istého zariadenia.

Napríklad prepínajte medzi striedavým napätím 220 V a jednosmerným napätím 24 V. Pre každú možnosť by sa mali vždy používať samostatné produkty, aby bola zaistená bezpečnosť.

Techniky ochrany proti spätnému napätiu

Významnou súčasťou každého elektromechanického relé je cievka. Táto časť je klasifikovaná ako zaťaženie s vysokou indukčnosťou, pretože je navinutá na drôt.

Akákoľvek drôtová cievka má určitú impedanciu pozostávajúcu z indukčnosti L a odporu R, čím tvorí sériový obvod LR.

Ako prúd preteká cievkou, vytvára sa vonkajšie magnetické pole. Keď sa tok prúdu v cievke zastaví v režime „vypnuté“, magnetický tok sa zvýši (teória transformácie) a vytvorí sa vysoké napätie spätného EMF (elektromotorická sila).

Táto hodnota indukovaného spätného napätia môže byť niekoľkonásobne väčšia ako spínacie napätie.

Preto existuje riziko poškodenia akýchkoľvek polovodičových komponentov umiestnených v blízkosti relé. Napríklad bipolárny alebo poľný tranzistor používaný na privedenie napätia na cievku relé.

Možnosti obvodov, ktoré poskytujú ochranu pre polovodičové ovládacie prvky - bipolárne a poľom riadené tranzistory, mikroobvody, mikrokontroléry

Jedným zo spôsobov, ako zabrániť poškodeniu tranzistora alebo akéhokoľvek spínacieho polovodičového zariadenia, vrátane mikrokontrolérov, je pripojenie diódy s reverzným predpätím k obvodu cievky relé.

Keď prúd pretekajúci cievkou ihneď po vypnutí generuje indukované spätné EMF, toto spätné napätie otvorí reverznú predpätú diódu.

Cez polovodič sa odvádza nahromadená energia, čím sa zabráni poškodeniu riadiaceho polovodiča - tranzistora, tyristora, mikrokontroléra.

Polovodič, ktorý je často súčasťou obvodu cievky, sa tiež nazýva:

• dióda zotrvačníka;
• bypass dióda;
• reverzná dióda.

Medzi prvkami však nie je veľký rozdiel. Všetky plnia jednu funkciu. Okrem použitia diód s reverzným predpätím sa na ochranu polovodičových komponentov používajú aj iné zariadenia.

Rovnaké reťazce RC tlmičov, metaloxidových varistorov (MOV), zenerových diód.

Označovanie elektromagnetických reléových zariadení

Technické označenia, ktoré nesú čiastkové informácie o zariadeniach, sú zvyčajne uvedené priamo na šasi elektromagnetického spínacieho zariadenia.

Toto označenie vyzerá ako skratka a číselná sada.

Každé elektromechanické spínacie zariadenie je tradične označené. Na karosérii alebo podvozku je aplikovaná približne nasledujúca sada symbolov a čísel označujúca určité parametre

Príklad označenia puzdra elektromechanických relé:

RES32 RF4.500.335-01

Tento záznam je dešifrovaný takto: nízkoprúdové elektromagnetické relé, séria 32, zodpovedajúce konštrukcii podľa RF pasu 4.500.335-01.

Takéto označenia sú však zriedkavé. Častejšie existujú skrátené verzie bez výslovného označenia GOST:

RES32 335-01

Taktiež dátum výroby a číslo šarže sú vyznačené na šasi (na tele) zariadenia. Podrobné informácie sú uvedené v technickom liste produktu. Každé zariadenie alebo šarža sa dodáva s pasom.

Závery a užitočné video na túto tému

Video s obľubou vysvetľuje, ako funguje elektromechanická spínacia elektronika. Jemnosť vzorov, spojovacích prvkov a ďalších podrobností sú jasne uvedené:

Elektromechanické relé sa už nejaký čas používajú ako elektronické komponenty. Tento typ spínacích zariadení však možno považovať za zastaraný. Mechanické zariadenia sú čoraz viac nahrádzané modernejšími zariadeniami – čisto elektronickými. Jedným z takýchto príkladov je polovodičové relé.

Máte otázky, našli ste chyby alebo máte zaujímavé fakty k danej téme, o ktoré sa môžete podeliť s návštevníkmi našej stránky? Zanechajte prosím svoje komentáre, pýtajte sa a podeľte sa o svoje skúsenosti v kontaktnom bloku pod článkom.