Převod elektrických signálů na odpovídající fyzikální veličinu – pohyb, sílu, zvuk atd., se provádí pomocí pohonů. Pohon by měl být klasifikován jako převodník, protože toto zařízení mění jeden typ fyzikální veličiny na jiný.
Pohon je normálně aktivován nebo řízen nízkonapěťovým povelovým signálem. Klasifikováno dále jako binární nebo spojité zařízení na základě počtu stabilních stavů. Elektromagnetické relé je tedy binární pohon vzhledem ke dvěma dostupným stabilním stavům: zapnuto – vypnuto.
V předloženém článku jsou podrobně rozebrány principy činnosti elektromagnetického relé a rozsah použití zařízení.
Základy pohonu
Termín “relé” je specifický pro zařízení, která zajišťují elektrické spojení mezi dvěma nebo více body pomocí řídicího signálu.
Nejběžnějším a nejpoužívanějším typem elektromagnetického relé (EMR) je elektromechanické provedení.
Tak vypadá jeden design z velkého množství produktů, označovaný jako elektromagnetická relé. Zde je zobrazena uzavřená verze mechanismu s průhledným krytem z plexiskla.
Schéma základní kontroly nad jakýmkoli zařízením vždy umožňuje jeho zapnutí a vypnutí. Nejjednodušší způsob, jak provést tyto kroky, je použít spínače zámku napájení.
Pro ovládání lze použít ruční spínače, ale mají nevýhody. Jejich zjevnou nevýhodou je nastavování stavů „zapnuto“ nebo „vypnuto“ fyzickým způsobem, 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
Elektromagnetická relé jsou přitom reprezentována především spínači s elektrickým ovládáním. Zařízení mají různé tvary, rozměry a dělí se podle úrovně jmenovitého výkonu. Možnosti jejich aplikace jsou rozsáhlé.
Taková zařízení, vybavená jedním nebo více páry kontaktů, mohou být součástí jediné konstrukce větších výkonových aktorů – stykačů, které slouží ke 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 široce používány v elektronické praxi.
Zařízení různých konfigurací, určená pro instalaci na elektronické obvody nebo přímo jako samostatné zařízení
Konstrukce elektromagnetického relé převádí magnetický tok generovaný aplikovaným AC/DC napětím na mechanickou sílu. Díky přijaté mechanické síle je kontaktní skupina ovládána.
Nejběžnějším designem je tvar výrobku, který zahrnuje 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 pevnou elektrickou cívkou a pohyblivou kotvou.
Detailní rozložení konstrukce: 1 – mačkací pružina; 2 – kovové jádro; 3 – kotva; 4 – spínací kontakt; 5 – spínací kontakt; 6 – společný kontakt; 7 – cívka měděného drátu; 8 – kolébka
Kotva se pohybuje na pantech nebo se volně otáčí vlivem generovaného magnetického pole. Tím se uzavřou elektrické kontakty připojené k armatuře.
Vratná pružina(y) umístěná mezi vahadlem a kotvou obvykle vrátí 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 implementovány dva stavy kontaktní skupiny:
- Normálně otevřený kontakt.
- Normálně uzavřený kontakt.
V souladu s tím je pár kontaktů klasifikován jako normálně otevřený (NO) nebo jinak normálně uzavřený (NC).
U relé s normálně otevřenou polohou kontaktu je stav “sepnuto” dosaženo pouze tehdy, když budicí proud protéká indukční cívkou.
Jedna ze dvou možných možností nastavení výchozí skupiny kontaktů. Zde, v beznapěťovém stavu cívky, je „výchozí“ nastavena na normálně zavřenou (zavřenou) polohu
V jiné verzi zůstává normálně sepnutá 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 odpojeno.
Skupiny elektrických kontaktů relé
Kontakty relé jsou obvykle elektricky vodivé kovové prvky, které se vzájemně dotýkají, doplňují obvod a fungují jako jednoduchý spínač.
Když jsou kontakty otevřené, je odpor mezi normálně otevřenými kontakty měřen jako vysoká hodnota v megaohmech. To vytváří stav otevřeného obvodu, kdy je vyloučen tok proudu v obvodu cívky.
Kontaktní skupina jakéhokoli elektromechanického spínače v otevřeném režimu má odpor několik stovek megaohmů. Hodnota tohoto odporu se může u různých modelů mírně lišit.
Pokud jsou kontakty sepnuté, měl by být přechodový odpor teoreticky nulový – výsledek zkratu.
Tato podmínka však není vždy zaznamenána. Kontaktní skupina každého jednotlivého relé má v “sepnutém” stavu určitý přechodový odpor. Takový odpor se nazývá stabilní.
Vlastnosti průchodu zatěžovacích proudů
Pro nácvik instalace nového elektromagnetického relé je přechodový odpor sepnutí označen malou hodnotou, obvykle menší než 0,2 ohmu.
Důvod je jednoduchý: nové hroty zatím zůstávají čisté, ale časem se odpor hrotu nevyhnutelně zvýší.
Například pro kontakty pod proudem 10 A bude pokles napětí 0,2 x 10 u2d 12 volty (Ohmův zákon). Odtud se ukazuje – pokud je napájecí napětí dodávané do kontaktní skupiny 10 voltů, pak napětí pro zátěž bude 12 voltů (2-XNUMX).
Když se kontaktní kovové hroty opotřebují a nejsou řádně chráněny proti vysokému indukčnímu nebo kapacitnímu zatížení, poškození v důsledku elektrického oblouku se stává nevyhnutelným.
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 relé v tomto stavu nadále používat, kontaktní hroty mohou zcela ztratit fyzickou vlastnost kontaktu.
Existuje však závažnější faktor, když se v důsledku poškození obloukem kontakty svaří, čímž dojde ke zkratu.
V takových situacích nelze vyloučit riziko poškození obvodu ovládaného EMR.
Pokud se tedy přechodový odpor zvýší o 1 ohm vlivem elektrického oblouku, 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. Povlak tohoto druhu snižuje faktor poškození
V praxi je zaznamenáno použití následujících materiálů, se kterými jsou zpracovány hroty kontaktních skupin elektromagnetických (elektromechanických) relé:
- 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 vytvoření elektrického oblouku 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 spínací mechanika relé také klasifikaci na základě působení.
Vlastnosti provedení spojovacích prvků
Konstrukce relé elektromagnetického typu v tomto provedení umožňují jeden nebo více samostatných spínacích kontaktů.
Takto vypadá zařízení technologicky konfigurované pro verzi SPST – jednopólové a jednosměrné. Existují i další verze
Design kontaktu je charakterizován následující sadou zkratek:
- SPST (Single Pole Single Throw) – jednopólový jednosměrný;
- SPDT (Single Pole Double Throw) – jednopólový obousměrný;
- DPST (Double Pole Single Throw) – dvoupólový jednosměrný;
- 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 použití zařízení
Navzdory jednoduchosti konstrukce elektromagnetických spínačů existují určité jemnosti v praxi používání těchto zařízení.
Odborníci tedy kategoricky nedoporučují zapojit všechny kontakty relé paralelně, aby se tímto způsobem spínal obvod zátěže vysokým proudem.
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 a neotevírají současně.
V důsledku toho bude jeden z kontaktů stejně přetížen. A i s přihlédnutím ke krátkodobému přetížení je předčasné selhání zařízení v takovém zapojení nevyhnutelné.
Špatná obsluha, stejně jako připojení relé mimo stanovená instalační pravidla, obvykle končí takto. Téměř vše uvnitř je spálené.
Elektromagnetické výrobky lze použít jako součást elektrických nebo elektronických obvodů s nízkou spotřebou energie jako spínače pro relativně vysoké proudy a napětí.
Důrazně se však nedoporučuje propouštět různá napětí zátěže sousedními kontakty jednoho zařízení.
Například přepínání AC 220 V a DC 24 V. Pro každou možnost používejte z bezpečnostních důvodů vždy samostatné produkty.
Techniky ochrany proti zpětnému napětí
Významnou součástí každého elektromechanického relé je cívka. Tato část patří do kategorie zátěže s vysokou indukčností, protože má drátové vinutí.
Jakákoli cívka vinutá drátem 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 dojde k vysokému napětí zpětného EMF (elektromotorické síly).
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 buzení cívky relé.
Možnosti obvodů, které poskytují ochranu pro řízení polovodičů – bipolární a tranzistory s efektem pole, 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 odpojení generuje indukované zpětné EMF, toto zpětné napětí zapne diodu s reverzním předpětím.
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;
- bočníková dioda;
- invertovaná dioda.
Mezi prvky však není velký rozdíl. Všechny plní stejnou funkci. Kromě použití diod s reverzním předpětím se k ochraně polovodičových součástek používají další zařízení.
Stejné řetězce RC snubberů, metaloxidových varistorů (MOV), zenerových diod.
Značení elektromagnetických reléových zařízení
Technická označení obsahující dílčí informace o zařízeních jsou obvykle uvedena přímo na šasi elektromagnetického spínacího zařízení.
Takové označení vypadá jako zkrácená zkratka a číselná sada.
Každé elektromechanické spínací zařízení je tradičně označeno. Přibližně taková sada symbolů a čísel je aplikována na karoserii nebo podvozek, což označuje určité parametry
Příklad označení těla elektromechanických relé:
RES32 RF4.500.335-01
Tento záznam je dešifrován následovně: nízkoproudé elektromagnetické relé, řada 32, odpovídající provedení podle pasu RF4.500.335-01.
Taková označení jsou však vzácná. Častěji existují zkrácené verze bez výslovného označení GOST:
RES32 335-01
Také není šasi (na těle) zařízení označeno datem výroby a číslem šarže. Podrobné informace jsou obsaženy v technickém listu produktu. Každé zařízení nebo šarže je doplněna pasem.
Závěry a užitečné video k tématu
Video populárně ukazuje, jak funguje elektromechanická spínací elektronika. Jemnosti struktur, spojovacích prvků a dalších detailů jsou jasně uvedeny:
Elektromechanická relé se jako elektronické součástky používají poměrně dlouhou dobu. Tento typ spínacích zařízení však lze považovat za zastaralý. Mechanická zařízení jsou stále častěji nahrazována zařízeními modernějšími – čistě elektronickými. Jedním takovým příkladem jsou polovodičová relé.
Máte dotazy, našli nedostatky nebo máte zajímavá fakta k tématu, o která se můžete podělit s návštěvníky našich stránek? Zanechte prosím své komentáře, ptejte se, sdílejte své zkušenosti v kontaktním bloku pod článkem.
