Elektromagnetické relé: zařízení, označení, typy + detaily připojení a seřízení

Převod elektrických signálů na odpovídající fyzikální veličiny - pohyb, síla, zvuk atd.atd. se provádí pomocí pohonů. Pohon by měl být klasifikován jako převodník, protože je to zařízení, které mění jeden typ fyzikální veličiny na jiný.

Pohon je obvykle aktivován nebo řízen nízkonapěťovým povelovým signálem. Dále je klasifikován jako binární nebo spojité zařízení na základě počtu stabilních stavů. Elektromagnetické relé je tedy binární pohon, který bere v úvahu dva dostupné stabilní stavy: zapnuto - vypnuto.

Předložený článek podrobně zkoumá principy činnosti elektromagnetického relé a rozsah použití zařízení.

Základy konstrukce pohonu

Termín "relé" je charakteristický pro zařízení, která zajišťují elektrické spojení mezi dvěma nebo více body prostřednictvím řídicího signálu.

Nejběžnějším a nejrozšířenějším typem elektromagnetického relé (EMR) je elektromechanické provedení.

Takto vypadá jeden design z četné řady produktů zvaných elektromagnetická relé. Zde je zobrazena uzavřená verze mechanismu využívající průhledný kryt z plexiskla

Základní schéma ovládání pro jakékoli zařízení vždy poskytuje možnost jej zapnout a vypnout. Nejjednodušší způsob, jak provést tyto kroky, je použít vypínače zámku napájení.

Pro ovládání lze použít ručně ovládané spínače, ale mají nevýhody. Jejich zjevnou nevýhodou je nastavování stavů „zapnuto“ nebo „vypnuto“ fyzicky, tedy ručně.

Ruční spínací zařízení jsou obvykle velká, pomalu působící, schopná spínat malé proudy.

Ruční spínací mechanismus je „vzdáleným příbuzným“ elektromagnetických relé. Poskytuje stejnou funkcionalitu - přepínání pracovních linek, ale ovládá se výhradně ručně

Mezitím jsou elektromagnetická relé reprezentována především elektricky ovládanými spínači. Zařízení mají různé tvary, rozměry a jsou rozděleny podle jmenovitého výkonu. Možnosti jejich aplikace jsou široké.

Taková zařízení, vybavená jedním nebo více páry kontaktů, mohou být součástí jediné konstrukce větších výkonových aktorů - stykačů, které se používají pro spínání síťových nebo vysokonapěťových zařízení.

Základní principy fungování EMR

Tradičně se relé elektromagnetického typu používají jako součást elektrických (elektronických) spínacích řídicích obvodů. V tomto případě se instalují buď přímo na desky plošných spojů, nebo do volné polohy.

Obecná struktura zařízení

Zatěžovací proudy používaných produktů se obvykle měří od zlomků ampéru do 20 A nebo více. Reléové obvody jsou v elektronické praxi velmi rozšířené.

Zařízení různých konfigurací, určená pro instalaci na elektronické obvody nebo přímo jako samostatně instalované zařízení

Konstrukce elektromagnetického relé převádí magnetický tok generovaný aplikovaným AC/DC napětím na mechanickou sílu. Díky výsledné mechanické síle je kontaktní skupina ovládána.

Nejběžnějším návrhem je forma produktu, která obsahuje následující součásti:

• budicí cívka;
• ocelové jádro;
• podpůrný podvozek;
• kontaktní skupina.

Ocelové jádro má pevnou část zvanou vahadlo a pohyblivou pružinovou část zvanou kotva.

Kotva v podstatě doplňuje obvod magnetického pole uzavřením vzduchové mezery mezi stacionární elektrickou cívkou a pohyblivou kotvou.

Detailní uspořádání konstrukce: 1 – vypínací pružina; 2 – kovové jádro; 3 – kotva; 4 – kontakt normálně sepnutý; 5 – kontakt normálně otevřený; 6 – obecný kontakt; 7 – cívka měděného drátu; 8 - kolébka

Kotva se pod vlivem generovaného magnetického pole pohybuje na pantech nebo se volně otáčí. Tím se uzavřou elektrické kontakty připojené k armaturám.

Typicky vratná pružina(y) umístěná mezi vahadlem a kotvou vrací kontakty do jejich původní polohy, když je cívka relé bez napětí.

Činnost reléového elektromagnetického systému

Jednoduchý klasický design EMR má dvě sady elektricky vodivých kontaktů.

Na základě toho jsou realizovány dva stavy kontaktní skupiny:

1. Normálně otevřený kontakt.
2. Normálně uzavřený kontakt.

V souladu s tím je pár kontaktů klasifikován jako normálně otevřený (NO) nebo v jiném stavu jako normálně uzavřený (NC).

U relé s normálně otevřenou polohou kontaktu je stav "sepnuto" dosaženo pouze tehdy, když budicí proud prochází indukční cívkou.

Jedna ze dvou možných možností nastavení výchozí skupiny kontaktů. Zde, ve stavu bez napětí cívky, je „výchozí“ poloha nastavena na normálně zavřenou (zavřenou) polohu

V jiné možnosti zůstává normálně zavřená poloha kontaktů konstantní, když v obvodu cívky není žádný budicí proud. To znamená, že kontakty spínače se vrátí do své normální uzavřené polohy.

Proto by termíny „normálně otevřený“ a „normálně zavřený“ měly odkazovat na stav elektrických kontaktů, když je cívka relé bez napětí, to znamená, že napájecí napětí relé je vypnuto.

Skupiny kontaktů elektrických relé

Reléové kontakty jsou obvykle elektricky vodivé kovové prvky, které se vzájemně dotýkají a tvoří obvod, fungující podobně jako jednoduchý spínač.

Když jsou kontakty otevřené, je odpor mezi normálně otevřenými kontakty měřen jako vysoká hodnota v megaohmech. To vytváří stav otevřeného obvodu, když je eliminován průchod proudu v obvodu cívky.

Kontaktní skupina jakéhokoli elektromechanického spínače v otevřeném režimu má odpor několik stovek megaohmů. Hodnota tohoto odporu se může mezi různými modely mírně lišit.

Pokud jsou kontakty sepnuté, měl by být přechodový odpor teoreticky nulový - výsledek zkratu.

Ne vždy je však tato podmínka dodržena.Skupina kontaktů každého jednotlivého relé má v „sepnutém“ stavu určitý přechodový odpor. Tento odpor se nazývá stabilní.

Vlastnosti průchodu zatěžovacích proudů

Pro praxi instalace nového elektromagnetického relé je odpor spínacího kontaktu malý, obvykle menší než 0,2 Ohm.

To je vysvětleno jednoduše: nové hroty zatím zůstávají čisté, ale časem se odpor hrotu nevyhnutelně zvýší.

Například pro kontakty s proudem 10 A bude úbytek napětí 0,2x10 = 2 volty (Ohmův zákon). Z toho vyplývá, že pokud je napájecí napětí dodávané do kontaktní skupiny 12 voltů, pak napětí pro zátěž bude 10 voltů (12-2).

Když se kovové kontaktní hroty opotřebují, aniž by byly náležitě chráněny před vysokým indukčním nebo kapacitním zatížením, je nevyhnutelné poškození obloukem.

Elektrický oblouk na jednom z kontaktů elektromechanického spínacího zařízení. To je jeden z důvodů poškození kontaktní skupiny při absenci řádných opatření

Elektrický oblouk – jiskření na kontaktech – vede ke zvýšení přechodového odporu hrotů a v důsledku toho k fyzickému poškození.

Pokud budete i nadále používat relé v tomto stavu, kontaktní hroty mohou zcela ztratit své vlastnosti fyzického kontaktu.

Existuje však závažnější faktor, když poškození obloukem skončí svařením kontaktů dohromady, což vytváří podmínky zkratu.

V takových situacích existuje riziko poškození obvodu řízeného EMR.

Pokud se tedy přechodový odpor zvýší vlivem elektrického oblouku o 1 Ohm, úbytek napětí na kontaktech se při stejném zatěžovacím proudu zvýší na 1 × 10 = 10 voltů DC.

Zde může být velikost úbytku napětí na kontaktech pro zátěžový obvod nepřijatelná, zejména při práci s napájecím napětím 12-24 V.

Typ materiálu kontaktu relé

Pro snížení vlivu elektrického oblouku a vysokých odporů jsou kontaktní hroty moderních elektromechanických relé vyrobeny nebo potaženy různými slitinami na bázi stříbra.

Tímto způsobem je možné výrazně prodloužit životnost kontaktní skupiny.

Hroty kontaktních desek elektromechanických spínacích zařízení. Zde jsou možnosti pro postříbřené hroty. Tento typ povlaku snižuje faktor poškození

V praxi se pro zpracování hrotů kontaktních skupin elektromagnetických (elektromechanických) relé používají následující materiály:

• Ag - stříbro;
• AgCu - stříbro-měď;
• AgCdO - oxid stříbro-kadmia;
• AgW - stříbro-wolfram;
• AgNi - stříbro-nikl;
• AgPd - stříbro-palladium.

Zvýšení životnosti hrotů skupin kontaktů relé snížením počtu elektrických oblouků je dosaženo připojením odporově-kondenzátorových filtrů, nazývaných také RC tlumiče.

Tyto elektronické obvody jsou zapojeny paralelně s kontaktními skupinami elektromechanických relé. Napěťová špička, která je zaznamenána v okamžiku rozepnutí kontaktů, se u tohoto řešení jeví jako bezpečně krátká.

Použití RC tlumičů umožňuje potlačit elektrický oblouk, který se tvoří na kontaktních hrotech.

Typické provedení EMR kontaktů

Kromě klasických normálně otevřených (NO) a normálně uzavřených (NC) kontaktů zahrnuje mechanika spínání relé také klasifikaci na základě působení.

Vlastnosti konstrukce spojovacích prvků

Konstrukce relé elektromagnetického typu v tomto provedení umožňují jeden nebo více samostatných spínacích kontaktů.

Takto vypadá zařízení technologicky konfigurované pro provedení SPST – jednopólové a jednosměrné. K dispozici jsou i další verze

Konstrukce kontaktů je charakterizována následující sadou zkratek:

• SPST (Single Pole Single Throw) - jednopólový jednosměrný;
• SPDT (Single Pole Double Throw) - jednopólový obousměrný;
• DPST (Double Pole Single Throw) – bipolární jednosměrné;
• DPDT (Double Pole Double Throw) – bipolární obousměrný.

Každý takový spojovací prvek je označen jako „tyč“. Kterýkoli z nich lze připojit nebo resetovat a současně aktivovat cívku relé.

Jemnosti používání zařízení

Navzdory jednoduchosti konstrukce elektromagnetických spínačů existují určité jemnosti v praxi používání těchto zařízení.

Odborníci tedy kategoricky nedoporučují paralelně zapojit všechny kontakty relé, aby se tímto způsobem spínal obvod vysokého proudu.

Například připojte zátěž 10 A paralelním připojením dvou kontaktů, z nichž každý je dimenzován na proud 5 A.

Tyto jemnosti instalace jsou způsobeny skutečností, že kontakty mechanických relé se nikdy nezavírají ani neotevírají současně.

V důsledku toho bude jeden z kontaktů v každém případě přetížen.A i s přihlédnutím ke krátkodobému přetížení je předčasné selhání zařízení v takovém zapojení nevyhnutelné.

Nesprávný provoz, stejně jako připojení relé mimo stanovená pravidla instalace, obvykle končí tímto výsledkem. Téměř veškerý obsah uvnitř byl spálen

Elektromagnetické výrobky lze použít jako součást elektrických nebo elektronických obvodů s nízkou spotřebou energie jako spínače relativně vysokých proudů a napětí.

Přísně se však nedoporučuje propouštět různá napětí zátěže přes sousední kontakty stejného zařízení.

Například přepínejte mezi střídavým napětím 220 V a stejnosměrným napětím 24 V. Pro zajištění bezpečnosti by pro každou možnost měly být vždy použity samostatné produkty.

Techniky ochrany proti zpětnému napětí

Významnou součástí každého elektromechanického relé je cívka. Tato část je klasifikována jako zátěž s vysokou indukčností, protože je vinutá drátem.

Jakákoli drátově vinutá cívka má určitou impedanci, sestávající z indukčnosti L a odporu R, čímž tvoří sériový obvod LR.

Když cívkou protéká proud, vytváří se vnější magnetické pole. Když se tok proudu v cívce zastaví v režimu „vypnuto“, magnetický tok se zvýší (teorie transformace) a vytvoří se vysoké reverzní EMF (elektromotorická síla).

Tato hodnota indukovaného zpětného napětí může být několikrát větší než spínací napětí.

V souladu s tím existuje riziko poškození jakýchkoli polovodičových součástek umístěných v blízkosti ochrany. Například bipolární tranzistor nebo tranzistor s efektem pole používaný k přivedení napětí na cívku relé.

Možnosti obvodů, které poskytují ochranu pro polovodičové ovládací prvky - bipolární a polní tranzistory, mikroobvody, mikrokontroléry

Jedním ze způsobů, jak zabránit poškození tranzistoru nebo jakéhokoli spínacího polovodičového zařízení, včetně mikrokontrolérů, je připojení diody s reverzním předpětím k obvodu cívky relé.

Když proud protékající cívkou bezprostředně po vypnutí generuje indukované zpětné EMF, toto zpětné napětí otevře reverzní předepjatou diodu.

Přes polovodič je naakumulovaná energie odváděna, což zabraňuje poškození řídícího polovodiče - tranzistoru, tyristoru, mikrokontroléru.

Polovodič, který je často součástí obvodu cívky, se také nazývá:

• dioda setrvačníku;
• bypass dioda;
• obrácená dioda.

Mezi prvky však není velký rozdíl. Všechny plní jednu funkci. Kromě použití diod s reverzním předpětím se k ochraně polovodičových součástek používají další zařízení.

Stejné řetězce RC tlumičů, metaloxidových varistorů (MOV), zenerových diod.

Značení elektromagnetických reléových zařízení

Technická označení, která nesou dílčí informace o zařízeních, jsou obvykle uvedena přímo na šasi elektromagnetického spínacího zařízení.

Toto označení vypadá jako zkratka a číselná sada.

Každé elektromechanické spínací zařízení je tradičně označeno. Na karoserii nebo podvozku je aplikována přibližně následující sada symbolů a čísel označujících určité parametry

Příklad označení pouzdra elektromechanických relé:

RES32 RF4.500.335-01

Tento záznam je dešifrován následovně: nízkoproudé elektromagnetické relé, řada 32, odpovídající provedení podle RF pasu 4.500.335-01.

Taková označení jsou však vzácná. Častěji existují zkrácené verze bez výslovného označení GOST:

RES32 335-01

Také datum výroby a číslo šarže jsou vyznačeny na šasi (na těle) zařízení. Podrobné informace jsou obsaženy v technickém listu produktu. Každé zařízení nebo šarže je dodávána s pasem.

Závěry a užitečné video k tématu

Video s oblibou vysvětluje, jak funguje elektromechanická spínací elektronika. Jemnosti návrhů, spojovacích prvků a dalších detailů jsou jasně uvedeny:

Elektromechanická relé se jako elektronické součástky používají již nějakou dobu. Tento typ spínacích zařízení však lze považovat za zastaralý. Mechanická zařízení jsou stále častěji nahrazována zařízeními modernějšími – čistě elektronickými. Jedním takovým příkladem je polovodičové relé.

Máte dotazy, našli jste chyby nebo máte zajímavá fakta k tématu, o která se můžete podělit s návštěvníky našich stránek? Zanechte prosím své komentáře, ptejte se a podělte se o své zkušenosti v kontaktním bloku pod článkem.