Elektromagnetni rele: zgradba, označevanje, vrste + podrobnosti priključitve in nastavitev

Pretvorba električnih signalov v ustrezno fizično količino – gibanje, silo, zvok itd. – se izvaja s pomočjo aktuatorjev. Aktuator je treba klasificirati kot pretvornik, saj ta naprava spreminja eno vrsto fizične količine v drugo.

Aktuator se običajno aktivira ali upravlja z nizkonapetostnim ukaznim signalom. Nadalje se klasificira kot binarna ali neprekinjena naprava glede na število stabilnih stanj. Tako je elektromagnetni rele binarni aktuator, ob upoštevanju dveh stabilnih stanj: vklopljeno – izklopljeno.

V predstavljenem članku so podrobno analizirani principi delovanja elektromagnetnega releja in področje uporabe naprav.

Osnove izvedbe aktuatorja

Izraz 'rele' je značilen za naprave, ki omogočajo električno povezavo med dvema ali več točkami prek krmilnega signala.

Najbolj razširjen in pogosto uporabljen tip elektromagnetnega releja (EMR) je elektromehanska konstrukcija.

Tako je videti ena konstrukcija iz številne vrste izdelkov, imenovanih elektromagnetni releji. Tukaj je prikazana zaprta različica mehanizma s pokrovom iz prozornega pleksi stekla.

Shema temeljnega nadzora nad katero koli opremo vedno predvideva možnost vklopa in izklopa. Najenostavnejši način za izvedbo teh dejanj je uporaba stikal za blokado napajanja.

Ročna stikala se lahko uporabljajo za upravljanje, vendar imajo pomanjkljivosti. Očitna pomanjkljivost je nastavitev stanj 'vklopljeno' ali 'izklopljeno' s fizičnim načinom, torej ročno.

Naprave za ročno preklapljanje so praviloma velikih dimenzij, počasnega delovanja in zmožne komutirati majhne tokove.

Ročni preklopni mehanizem – 'daljni sorodnik' elektromagnetnih relejev. Omogoča enako funkcionalnost – preklapljanje delovnih linij, vendar se upravlja izključno ročno.

Medtem so elektromagnetni releji predstavljeni predvsem kot stikala z električnim krmiljenjem. Naprave imajo različne oblike, dimenzije in se delijo glede na raven nazivnih moči. Možnosti njihove uporabe so obsežne.

Take naprave, opremljene z enim ali več pari kontaktov, so lahko del enotne konstrukcije večjih izvršilnih mehanizmov moči – kontaktorjev, ki se uporabljajo za komutacijo omrežne napetosti ali visokonapetostnih naprav.

Temeljni principi delovanja EMR

Tradicionalno se releji elektromagnetnega tipa uporabljajo v sestavi električnih (elektronskih) shem za krmiljenje komutacije. Nameščeni so bodisi neposredno na tiskanih vezjih bodisi v prostem položaju.

Splošna zgradba naprave

Tokovi obremenitve uporabljenih izdelkov se običajno merijo od delov ampera do 20 A in več. Relejna vezja so široko razširjena v elektronski praksi.

Naprave najrazličnejših konfiguracij, namenjene namestitvi na montažne elektronske plošče ali neposredno kot samostojno nameščena naprava

Konstrukcija elektromagnetnega releja pretvarja magnetni tok, ki ga ustvarja priključena napetost izmeničnega/enosmernega toka, v mehansko silo. Na podlagi pridobljene mehanske sile se izvaja krmiljenje kontaktne skupine.

Najpogostejša konstrukcija je oblika izdelka, ki vključuje naslednje komponente:

• vzbujevalno tuljavo;
• jekleno jedro;
• nosilno šasijo;
• kontaktno skupino.

Jekleno jedro ima fiksni del, imenovan prečka, in premični vzmeteni del, imenovan sidro.

Sidro v bistvu dopolnjuje magnetno vezje, tako da zapira zračno režo med mirujočo električno tuljavo in premično armaturo.

Podrobna razporeditev konstrukcije: 1 – odbojna vzmet; 2 – kovinsko jedro; 3 – sidro; 4 – normalno zaprt kontakt; 5 – normalno odprt kontakt; 6 – skupni kontakt; 7 – tuljava bakrene žice; 8 – prečka

Armatura se premika na tečajih ali prosto vrti pod vplivom ustvarjenega magnetnega polja. Pri tem se zaprejo električni kontakti, pritrjeni na armaturo.

Praviloma vzmet (vzmeti) povratnega hoda, nameščena med prečko in sidrom, vrne kontakte v začetni položaj, ko je tuljava releja v breznapetostnem stanju.

Delovanje relejnega elektromagnetnega sistema

Preprosta klasična konstrukcija EMR ima dve skupini elektroprevodnih kontaktov.

Izhajajoč iz tega se realizirata dve stanji kontaktne skupine:

1. Normalno odprt kontakt.
2. Normalno zaprt kontakt.

Torej se par kontaktov razvršča kot normalno odprt (NO) ali, kadar je v drugačnem stanju, kot normalno zaprt (NC).

Za rele z normalno odprtim položajem kontaktov se stanje 'zaprto' doseže le, ko vzbujevalni tok teče skozi induktivno tuljavo.

Ena od dveh možnih privzetih namestitev kontaktne skupine. Tukaj je v breztočnem stanju tuljave privzeto nastavljen normalno zaprt (sklenjen) položaj.

V drugi možnosti – normalno zaprt položaj kontaktov ostane nespremenjen, ko vzbujevalni tok ni prisoten v tokokrogu tuljave. To pomeni, da se kontakti stikala vrnejo v svoj normalni sklenjeni položaj.

Zato je treba izraza 'normalno odprt' in 'normalno zaprt' nanašati na stanje električnih kontaktov, ko je relejeva tuljava brez toka, to je, ko je napajalna napetost releja izključena.

Električne kontaktne skupine releja

Relejni kontakti so običajno predstavljeni z električno prevodnimi kovinskimi elementi, ki se med seboj dotikajo, sklenejo tokokrog in delujejo podobno kot preprosto stikalo.

Ko so kontakti odprti, se upor med normalno odprtimi kontakti meri z visoko vrednostjo v megaomih. Tako se ustvari pogoj odprtega tokokroga, ko je prehod toka v tokokrogu tuljave izključen.

Kontaktna skupina kateregakoli elektromehanskega stikala v odprtem načinu ima upor v nekaj sto megaomih. Vrednost tega upora se lahko nekoliko razlikuje pri različnih modelih.

Če pa so kontakti sklenjeni, bi moral biti kontaktni upor teoretično enak nič – rezultat kratkega stika.

Vendar takšno stanje ni vedno opaženo. Kontaktna skupina vsakega posameznega releja ima določen kontaktni upor v stanju 'sklenjeno'. Ta upor se imenuje stabilni upor.

Značilnosti prehajanja obremenitvenih tokov

V praksi namestitve novega elektromagnetnega releja je kontaktni upor vklopa opažen z majhno vrednostjo, običajno manj kot 0,2 Ω.

To je preprosto razloženo: nove konice ostanejo zaenkrat čiste, a s časom se bo upor konice neizogibno povečeval.

Na primer, za kontakte pod tokom 10 A bo padec napetosti znašal 0,2 x 10 = 2 volta (Ohmov zakon). Iz tega sledi – če je napajalna napetost, dovedena na kontaktno skupino, 12 voltov, potem bo napetost za breme znašala 10 voltov (12-2).

Ko se kovinske konice kontaktov obrabijo, ne da bi bile ustrezno zaščitene pred visokimi induktivnimi ali kapacitivnimi obremenitvami, postane pojav poškodb zaradi učinka električnega obloka neizogiben.

Električni oblok na enem od kontaktov elektromehanske stikalne naprave. To je eden od vzrokov poškodbe kontaktne skupine ob odsotnosti ustreznih ukrepov

Električni oblok – iskrenje na kontaktih – povzroči povečanje kontaktne upornosti končnikov in posledično fizične poškodbe.

Če rele še naprej uporabljate v takem stanju, lahko kontaktni končniki popolnoma izgubijo fizično lastnost stika.

Vendar obstaja resnejši dejavnik, ko se zaradi poškodbe z oblokom kontakti na koncu zvarijo, kar ustvari pogoje za kratek stik.

V takih situacijah ni izključeno tveganje poškodbe tokokroga, ki ga krmili EMR.

Tako, če se je kontaktna upornost zaradi vpliva električnega obloka povečala za 1 Ω, padec napetosti na kontaktih za isti obremenitveni tok naraste na 1×10=10 voltov enosmernega toka.

Tu je lahko vrednost padca napetosti na kontaktih nesprejemljiva za obremenitveno vezje, zlasti pri delovanju z napajalnimi napetostmi 12–24 V.

Tip materiala kontaktov releja

Z namenom zmanjšanja vpliva električnega obloka in visokih upornosti se kontaktni končniki sodobnih elektromehanskih relejev izdelujejo ali prevlečejo z različnimi zlitinami na osnovi srebra.

Na ta način je mogoče bistveno podaljšati življenjsko dobo kontaktne skupine.

Končniki kontaktnih ploščic elektromehanskih stikalnih naprav. Tu so predstavljene različice končnikov, prevlečenih s srebrom. Tovrstna prevleka zmanjšuje faktor poškodb.

V praksi se uporabljajo naslednji materiali, s katerimi se obdelujejo končniki kontaktnih skupin elektromagnetnih (elektromehanskih) relejev:

• Ag – srebro;
• AgCu – srebro-baker;
• AgCdO – srebro-kadmijev oksid;
• AgW – srebro-volfram;
• AgNi – srebro-nikelj;
• AgPd – srebro-paladij.

Povečanje življenjske dobe končnikov kontaktnih skupin releja z zmanjšanjem števila nastankov električnega obloka se doseže s priključitvijo uporovno-kondenzatorskih filtrov, imenovanih tudi RC-dušilniki.

Te elektronske verige se vključijo vzporedno s kontaktnimi skupinami elektromehanskih relejev. Napetostni sunek, ki se pojavi v trenutku odpiranja kontaktov, je pri taki rešitvi viden kot varno kratek.

Z uporabo RC-dušilnikov je mogoče zatreti električni oblok, ki nastane na kontaktnih končnikih.

Tipična izvedba kontaktov EMR

Poleg klasičnih normalno odprtih (NO) in normalno zaprtih (NC) kontaktov mehanika relejskega stikanja predvideva tudi klasifikacijo glede na delovanje.

Značilnosti izvedbe povezovalnih elementov

Konstrukcije relejev elektromagnetnega tipa v tej različici dopuščajo prisotnost enega ali več ločenih kontaktov stikala.

Tako izgleda naprava, tehnološko konfigurirana za izvedbo SPST – enopolno in enosmerno. Obstajajo tudi druge izvedbe.

Izvedba kontaktov se označuje z naslednjim naborom kratic:

• SPST (Single Pole Single Throw) – enopolni enosmerni;
• SPDT (Single Pole Double Throw) – enopolni dvosmerni;
• DPST (Double Pole Single Throw) – dvopolni enosmerni;
• DPDT (Double Pole Double Throw) – dvopolni dvosmerni.

Vsak tak povezovalni element se označuje kot 'pol'. Vsak izmed njih se lahko priklopi ali sprosti, hkrati pa aktivira tuljavo releja.

Podrobnosti uporabe naprav

Kljub preprosti konstrukciji elektromagnetnih stikal obstajajo nekatere podrobnosti pri praktični uporabi teh naprav.

Tako strokovnjaki kategorično ne priporočajo, da bi vse kontakte releja povezali vzporedno, da bi na ta način komutirali bremensko vezje z visokim tokom.

Na primer, priključiti breme na 10 A z vzporedno povezavo dveh kontaktov, od katerih je vsak zasnovan za tok 5 A.

Te podrobnosti montaže so posledica dejstva, da se kontakti mehanskih relejev nikoli ne zaprejo in ne odprejo v istem trenutku.

Posledično bo en od kontaktov v vsakem primeru preobremenjen. In tudi ob upoštevanju kratkotrajne preobremenitve je prezgodnja odpoved naprave pri taki povezavi neizogibna.

Nepravilna uporaba in priklop releja v nasprotju s predpisanimi pravili montaže običajno privedeta do takšnega izida. V notranjosti je zgorelo skoraj vse.

Elektromagnetne izdelke je dopustno uporabljati v sestavu električnih ali elektronskih vezij z nizko porabo energije kot stikala za razmeroma visoke tokove in napetosti.

Vendar kategorično ni priporočljivo prepuščati različnih bremenskih napetosti skozi sosednje kontakte iste naprave.

Na primer, komutirati napetost izmeničnega toka 220 V in enosmernega toka 24 V. Vedno je treba uporabiti ločene izdelke za vsako od možnosti zaradi varnosti.

Tehnike zaščite pred povratno napetostjo

Pomemben del vsakega elektromehanskega releja je tuljava. Ta del spada v kategorijo bremen z visoko induktivnostjo, ker ima žično navitje.

Vsaka z žico navita tuljava ima določeno impedanco, sestavljeno iz induktivnosti L in upora R, tako tvori zaporedno vezje LR.

Med pretokom toka skozi tuljavo se ustvari zunanje magnetno polje. Ko se tok v tuljavi ustavi v načinu 'izklopljeno', se magnetni tok poveča (teorija transformacije) in nastane visoka povratna napetost EMS (elektromotorne sile).

Ta inducirana vrednost povratne napetosti lahko za večkrat preseže komutacijsko napetost.

Zato obstaja tveganje poškodbe vseh polprevodniških komponent, nameščenih v bližini releja. Na primer, bipolarni ali poljski tranzistor, ki se uporablja za napajanje tuljave releja.

Variantne sheme, ki zagotavljajo zaščito polprevodniških krmilnih elementov – bipolarnih in poljskih tranzistorjev, integriranih vezij, mikrokontrolerjev.

Eden od načinov za preprečitev poškodbe tranzistorja ali katere koli stikalne polprevodniške naprave, vključno z mikrokontrolerji, je uporaba obratno polarizirane diode v vezju tuljave releja.

Ko tok, ki teče skozi tuljavo takoj po izklopu, ustvari inducirano povratno elektromotorno silo, ta povratna napetost odpre obratno polarizirano diodo.

Preko polprevodnika se shranjena energija razprši, s čimer se prepreči poškodba krmilnega polprevodnika – tranzistorja, tiristorja, mikrokontrolerja.

Polprevodnik, ki je pogosto vključen v vezje tuljave, imenujemo tudi:

• prosti diod;
• šantirni diod;
• obrnjeni diod.

Vendar med elementi ni velike razlike. Vsi opravljajo enako funkcijo. Poleg uporabe obratno polariziranih diod se za zaščito polprevodniških komponent uporabljajo tudi druge naprave.

Enako velja za RC-dušilne verige, kovinsko-oksidne varistorje (MOV), Zener diode.

Označevanje elektromagnetnih relejnih naprav

Tehnične oznake, ki nosijo delne informacije o napravah, so običajno navedene neposredno na šasiji elektromagnetne stikalne naprave.

Takšna oznaka je videti kot skrajšana okrajšava in številčni niz.

Vsaka elektromehanska stikalna naprava je tradicionalno označena. Na ohišju ali šasiji je približno tak niz simbolov in številk, ki označuje določene parametre

Primer ohišne oznake elektromehanskih relejev:

RES32 RF4.500.335-01

Ta zapis se razlaga tako: elektromagnetno nizkotokovno rele, serije 32, v izvedbi po certifikatu RF4.500.335-01.

Vendar so takšne oznake redke. Pogosteje se pojavljajo skrajšane različice brez navedbe GOST:

RES32 335-01

Prav tako se na šasiji (ali ohišju) naprave označita datum izdelave in številka serije. Podrobne informacije so v tehničnem listu izdelka. Vsaka naprava ali serija je opremljena s tehničnim listom.

Zaključki in koristen video na to temo

Videoposnetek na poljuden način razlaga, kako deluje elektromehanska stikalna elektronika. Nazorno so prikazane podrobnosti konstrukcije, značilnosti priključitve in druge podrobnosti:

Elektromehanski releji se že dolgo časa uporabljajo kot elektronske komponente. Vendar ta vrsta stikalnih naprav velja za moralno zastarelo. Namesto mehanskih naprav vse pogosteje prihajajo sodobnejše naprave – čisto elektronske. Eden takih primerov so polprevodniški releji.

Imate vprašanja, ste našli pomanjkljivosti ali imate zanimiva dejstva o temi, ki bi jih želeli deliti z obiskovalci našega spletnega mesta? Prosimo, pustite svoje komentarje, postavljajte vprašanja in delite svoje izkušnje v spodnjem oddelku za komentarje pod člankom.