Електромагнитно реле: устройство, маркировка, видове + подробности за свързване и настройка

Преобразуване на електрически сигнали в съответната физична величина - движение, сила, звук и др.и т.н., се извършва с помощта на задвижвания. Устройството трябва да се класифицира като преобразувател, тъй като е устройство, което променя един вид физическа величина в друга.

Задвижването обикновено се активира или управлява от команден сигнал с ниско напрежение. Освен това се класифицира като двоично или непрекъснато устройство въз основа на броя на стабилните състояния. По този начин електромагнитното реле е двоично задвижване, като се вземат предвид две налични стабилни състояния: включено - изключено.

Представената статия разглежда подробно принципите на работа на електромагнитно реле и обхвата на използване на устройствата.

Основи на дизайна на устройството

Терминът "реле" е характерен за устройства, които осигуряват електрическа връзка между две или повече точки чрез управляващ сигнал.

Най-често срещаният и широко използван тип електромагнитно реле (EMR) е електромеханичният дизайн.

Ето как изглежда един дизайн от многобройни серии от продукти, наречени електромагнитни релета. Тук е показана затворена версия на механизма с прозрачен капак от плексиглас

Основната схема за управление на всяко оборудване винаги осигурява възможност за включване и изключване. Най-лесният начин да изпълните тези стъпки е да използвате ключове за заключване на захранването.

Ръчно управляваните превключватели могат да се използват за управление, но имат недостатъци. Техният очевиден недостатък е настройката на състоянията „включено“ или „изключено“ физически, тоест ръчно.

Устройствата за ръчно превключване обикновено са големи по размер, бавно действащи, способни да превключват малки токове.

Механизмът за ръчно превключване е „далечен роднина“ на електромагнитните релета. Осигурява същата функционалност - превключване на работни линии, но се управлява изключително ръчно

Междувременно електромагнитните релета са представени главно от електрически управлявани превключватели. Устройствата имат различни форми, размери и се разделят според номиналните си нива на мощност. Възможностите за тяхното приложение са широки.

Такива устройства, оборудвани с една или повече двойки контакти, могат да бъдат част от единна конструкция на по-големи силови задвижвания - контактори, които се използват за превключване на мрежово напрежение или високоволтови устройства.

Основни принципи на работа на EMR

Традиционно релетата от електромагнитен тип се използват като част от електрически (електронни) вериги за управление на превключването. В този случай те се монтират или директно върху печатни платки, или в свободно положение.

Обща структура на устройството

Натоварващите токове на използваните продукти обикновено се измерват от части от ампера до 20 A или повече. Релейните схеми са широко разпространени в електронната практика.

Устройства с различни конфигурации, предназначени за инсталиране на електронни платки или директно като отделно инсталирано устройство

Конструкцията на електромагнитно реле преобразува магнитния поток, генериран от приложеното AC/DC напрежение, в механична сила. Благодарение на получената механична сила контактната група се контролира.

Най-често срещаният дизайн е продуктова форма, която включва следните компоненти:

• вълнуваща намотка;
• стоманена сърцевина;
• опорно шаси;
• контактна група.

Стоманената сърцевина има неподвижна част, наречена кобилицата, и подвижна част с пружина, наречена арматура.

По същество арматурата допълва веригата на магнитното поле, като затваря въздушната междина между неподвижната електрическа бобина и движещата се арматура.

Подробна схема на конструкцията: 1 – освобождаваща пружина; 2 – метална сърцевина; 3 – котва; 4 – контакт нормално затворен; 5 – контакт нормално отворен; 6 – общ контакт; 7 – намотка от меден проводник; 8 - кобилица

Арматурата се движи на панти или се върти свободно под въздействието на генерираното магнитно поле. Това затваря електрическите контакти, прикрепени към фитингите.

Обикновено възвратна пружина(и), разположена между кобилицата и арматурата, връща контактите в първоначалното им положение, когато намотката на релето е изключена.

Работа на релейната електромагнитна система

Един прост класически EMR дизайн има два комплекта електропроводими контакти.

Въз основа на това се реализират две състояния на контактната група:

1. Нормално отворен контакт.
2. Нормално затворен контакт.

Съответно двойка контакти се класифицира като нормално отворена (NO) или, в различно състояние, нормално затворена (NC).

За реле с нормално отворено контактно положение, "затворено" състояние се постига само когато възбуждащият ток преминава през индуктивната намотка.

Една от двете възможни опции за задаване на група контакти по подразбиране. Тук, в изключено състояние на бобината, позицията „по подразбиране“ е зададена на нормално затворено (затворено) положение

При друг вариант нормалното затворено положение на контактите остава постоянно, когато няма възбуждащ ток във веригата на бобината. Тоест контактите на превключвателя се връщат в нормално затворено положение.

Следователно термините "нормално отворен" и "нормално затворен" трябва да се отнасят до състоянието на електрическите контакти, когато бобината на релето е изключена, т.е. захранващото напрежение на релето е изключено.

Контактни групи на електрически релета

Релейните контакти обикновено са електропроводими метални елементи, които се допират един до друг и завършват верига, действайки подобно на обикновен превключвател.

Когато контактите са отворени, съпротивлението между нормално отворените контакти се измерва като висока стойност в мегаоми. Това създава състояние на отворена верига, когато преминаването на ток във веригата на бобината е елиминирано.

Контактната група на всеки електромеханичен превключвател в отворен режим има съпротивление от няколкостотин мегаома. Стойността на това съпротивление може леко да варира между различните модели.

Ако контактите са затворени, съпротивлението на контакта теоретично трябва да е нула - резултат от късо съединение.

Това условие обаче не винаги се спазва.Контактната група на всяко отделно реле има определено контактно съпротивление в „затворено“ състояние. Това съпротивление се нарича стабилно.

Характеристики на преминаването на товарни токове

За практиката на инсталиране на ново електромагнитно реле се отбелязва, че съпротивлението на превключващия контакт е малко, обикновено по-малко от 0,2 Ohm.

Това се обяснява просто: новите накрайници засега остават чисти, но с течение на времето устойчивостта на върха неизбежно ще се увеличи.

Например, за контакти, носещи ток от 10 A, спадът на напрежението ще бъде 0,2x10 = 2 волта (закон на Ом). От това се оказва, че ако захранващото напрежение, подадено към контактната група, е 12 волта, тогава напрежението за товара ще бъде 10 волта (12-2).

Когато металните контактни накрайници се износят, без да са правилно защитени от високи индуктивни или капацитивни натоварвания, повредата на дъгата е неизбежна.

Електрическа дъга върху един от контактите на електромеханично превключващо устройство. Това е една от причините за увреждане на контактната група при липса на подходящи мерки

Електрическата дъга - искра на контактите - води до увеличаване на контактното съпротивление на накрайниците и, като следствие, до физическо увреждане.

Ако продължите да използвате релето в това състояние, контактните накрайници може напълно да загубят свойствата си на физически контакт.

Но има по-сериозен фактор, когато повредата на дъгата завършва със заваряване на контактите заедно, създавайки условия на късо съединение.

В такива ситуации съществува риск от повреда на веригата, управлявана от EMR.

Така че, ако контактното съпротивление се увеличи поради влиянието на електрическата дъга с 1 Ohm, спадът на напрежението върху контактите за същия ток на натоварване се увеличава до 1 × 10 = 10 волта DC.

Тук големината на спада на напрежението в контактите може да бъде неприемлива за веригата на натоварване, особено при работа със захранващи напрежения от 12-24 V.

Тип материал на релейния контакт

За да се намали влиянието на електрическата дъга и високите съпротивления, контактните върхове на съвременните електромеханични релета се изработват или покриват с различни сплави на сребърна основа.

По този начин е възможно значително да се удължи експлоатационният живот на контактната група.

Накрайници на контактни пластини на електромеханични превключващи устройства. Ето вариантите за накрайници със сребърно покритие. Този тип покритие намалява фактора на увреждане

На практика за обработка на върховете на контактните групи на електромагнитни (електромеханични) релета се използват следните материали:

• Ag - сребро;
• AgCu - сребро-мед;
• AgCdO - сребърно-кадмиев оксид;
• AgW - сребро-волфрам;
• AgNi - сребро-никел;
• AgPd - сребро-паладий.

Увеличаването на експлоатационния живот на върховете на контактните групи на релето чрез намаляване на броя на електрическите дъги се постига чрез свързване на резистивни кондензаторни филтри, наричани още RC амортисьори.

Тези електронни вериги са свързани паралелно с контактни групи на електромеханични релета. Пикът на напрежението, който се отбелязва в момента на отваряне на контактите, с това решение изглежда безопасно кратък.

Използването на RC амортисьори прави възможно потискането на електрическата дъга, която се образува в контактните върхове.

Типичен дизайн на EMR контакти

В допълнение към класическите нормално отворени (NO) и нормално затворени (NC) контакти, механиката на превключването на релето също включва класификация въз основа на действие.

Характеристики на дизайна на свързващите елементи

Конструкциите на електромагнитно реле в това изпълнение позволяват един или повече отделни превключващи контакти.

Ето как изглежда устройство, технологично конфигурирано за проектиране SPST - еднополюсно и еднопосочно. Има и други налични версии

Дизайнът на контактите се характеризира със следния набор от съкращения:

• SPST (Single Pole Single Throw) - еднополюсен еднопосочен;
• SPDT (Single Pole Double Throw) - еднополюсен двупосочен;
• DPST (Double Pole Single Throw) – двуполюсен еднопосочен;
• DPDT (Double Pole Double Throw) – двуполюсен двупосочен.

Всеки такъв свързващ елемент се обозначава като "полюс". Всеки от тях може да бъде свързан или нулиран, като едновременно с това се активира бобината на релето.

Тънкостите на използването на устройства

Въпреки простотата на дизайна на електромагнитните превключватели, има някои тънкости в практиката на използване на тези устройства.

По този начин експертите категорично не препоръчват свързването на всички релейни контакти паралелно, за да се превключи по този начин верига с голям ток.

Например, свържете товар от 10 A, като свържете два контакта паралелно, всеки от които е номинален за ток от 5 A.

Тези инсталационни финес се дължат на факта, че контактите на механичните релета никога не се затварят или отварят едновременно.

В резултат на това един от контактите ще бъде претоварен във всеки случай.И дори като се вземе предвид краткотрайното претоварване, преждевременната повреда на устройството при такава връзка е неизбежна.

Неправилната работа, както и свързването на релето извън установените правила за инсталиране, обикновено завършва с този резултат. Почти цялото съдържание вътре е изгоряло

Електромагнитните продукти могат да се използват като част от електрически или електронни вериги с ниска консумация на енергия като превключватели на относително високи токове и напрежения.

Строго не се препоръчва обаче преминаването на различни напрежения на натоварване през съседни контакти на едно и също устройство.

Например, превключвайте между 220 V AC и 24 V DC. Винаги трябва да се използват отделни продукти за всяка опция, за да се гарантира безопасността.

Техники за защита от обратно напрежение

Значителна част от всяко електромеханично реле е бобината. Тази част се класифицира като товар с висока индуктивност, тъй като е навит с тел.

Всяка телена намотка има известен импеданс, състоящ се от индуктивност L и съпротивление R, като по този начин образува последователна верига LR.

Когато токът протича през намотката, се създава външно магнитно поле. Когато протичането на ток в бобината е спряно в режим "изключено", магнитният поток се увеличава (теория на трансформацията) и се генерира високо напрежение на обратната EMF (електродвижеща сила).

Тази стойност на индуцираното обратно напрежение може да бъде няколко пъти по-голяма от напрежението на превключване.

Съответно съществува риск от повреда на всички полупроводникови компоненти, разположени в близост до релето. Например биполярен транзистор или транзистор с полеви ефекти, използван за подаване на напрежение към намотка на реле.

Варианти на схеми, които осигуряват защита на полупроводникови контролни елементи - биполярни и полеви транзистори, микросхеми, микроконтролери

Един от начините за предотвратяване на повреда на транзистор или всяко превключващо полупроводниково устройство, включително микроконтролери, е да се свърже обратно предубеден диод към веригата на бобината на релето.

Когато токът, протичащ през бобината веднага след изключване, генерира индуцирана обратна ЕМП, това обратно напрежение отваря обратно предубедения диод.

Чрез полупроводника се разсейва натрупаната енергия, което предотвратява повреда на управляващия полупроводник - транзистор, тиристор, микроконтролер.

Полупроводникът, който често се включва във веригата на бобината, се нарича още:

• диод на маховика;
• байпас диод;
• обърнат диод.

Въпреки това, няма голяма разлика между елементите. Всички те изпълняват една функция. В допълнение към използването на диоди с обратно отклонение, други устройства се използват за защита на полупроводникови компоненти.

Същите вериги от RC амортисьори, металооксидни варистори (MOV), ценерови диоди.

Маркировка на електромагнитни релейни устройства

Техническите обозначения, които носят частична информация за устройствата, обикновено са посочени директно върху шасито на електромагнитното комутационно устройство.

Това обозначение изглежда като съкращение и набор от числа.

Всяко електромеханично превключващо устройство е традиционно етикетирано. Приблизително следният набор от символи и числа се прилага върху тялото или шасито, показвайки определени параметри

Пример за маркиране на корпуса на електромеханични релета:

RES32 RF4.500.335-01

Този запис се дешифрира, както следва: електромагнитно реле за нисък ток, серия 32, съответстващо на дизайна съгласно паспорта на RF 4.500.335-01.

Такива обозначения обаче са рядкост. По-често има съкратени версии без изрично посочване на GOST:

RES32 335-01

Също така, датата на производство и номерът на партидата са отбелязани върху шасито (върху тялото) на устройството. Подробна информация се съдържа в техническия лист за продукта. Всяко устройство или партида се доставя с паспорт.

Изводи и полезно видео по темата

Видеото обяснява популярно как работи електромеханичната превключваща електроника. Тънкостите на дизайна, характеристиките на свързване и други подробности са ясно отбелязани:

Електромеханичните релета се използват като електронни компоненти от доста време. Този тип превключващи устройства обаче могат да се считат за остарели. Механичните устройства все повече се заменят с по-модерни устройства - чисто електронни. Един такъв пример е твърдотелни релета.

Имате въпроси, открити грешки или интересни факти по темата, които можете да споделите с посетителите на нашия сайт? Моля, оставете вашите коментари, задайте въпроси и споделете опита си в контактния блок под статията.