Elektromagnetinė relė: sandara, ženklinimas, rūšys + prijungimo ir reguliavimo subtilybės

Elektros signalų pavertimas atitinkamu fizikiniu dydžiu – judesiu, jėga, garsu ir pan., atliekamas pavaromis. Pavarą reikia klasifikuoti kaip keitiklį, nes šis įrenginys pakeičia vieną fizikinį dydį į kitą.

Pavara paprastai aktyvuojama arba valdoma mažos įtampos komandiniu signalu. Papildomai klasifikuojama kaip dvejetainis arba nuolatinis įrenginys pagal stabilių būsenų skaičių. Taigi, elektromagnetinė relė yra dvejetainė pavara, turinti dvi stabilias būsenas: įjungta – išjungta.

Pateiktame straipsnyje išsamiai išnagrinėti elektromagnetinės relės veikimo principai ir prietaisų naudojimo sritis.

Pavaros atlikimo pagrindai

Terminas „relė“ būdingas įrenginiams, kurie užtikrina elektrinį ryšį tarp dviejų ar daugiau taškų valdymo signalu.

Dažniausiai paplitęs ir plačiai naudojamas elektromagnetinės relės (EMR) tipas yra elektromechaninė konstrukcija.

Taip atrodo viena iš daugybės gaminių, vadinamų elektromagnetinėmis relėmis, konstrukcija. Čia parodytas uždaras mechanizmo variantas su skaidraus organinio stiklo dangčiu.

Fundamentinė bet kurios įrangos valdymo schema visada numato įjungimo ir išjungimo galimybę. Paprasčiausias būdas atlikti šiuos veiksmus – naudoti maitinimo tiekimo blokavimo jungiklius.

Rankiniai jungikliai gali būti naudojami valdymui, tačiau turi trūkumų. Akivaizdus jų trūkumas – būsenų „įjungta“ arba „išjungta“ nustatymas fiziniu būdu, t. y. rankiniu būdu.

Rankinio perjungimo įrenginiai paprastai yra didelių matmenų, lėto veikimo, galintys perjungti mažas sroves.

Rankinis perjungimo mechanizmas – „tolimas giminaitis“ elektromagnetinių relių. Suteikia tą patį funkcionalumą – darbinių linijų perjungimą, tačiau valdomas tik rankiniu būdu.

Tuo tarpu elektromagnetinės relės daugiausia yra elektra valdomi jungikliai. Prietaisai turi įvairių formų, matmenų ir skirstomi pagal vardinės galios lygį. Jų taikymo galimybės yra plačios.

Tokie prietaisai, turintys vieną ar kelias kontaktų poras, gali būti įtraukti į vieną didesnių galios vykdymo mechanizmų – kontaktorių – konstrukciją, kurie naudojami tinklo įtampai ar aukštos įtampos įrenginiams perjungti.

Pagrindiniai EMR veikimo principai

Tradiciškai elektromagnetinio tipo relės naudojamos elektrinėse (elektroninėse) perjungimo valdymo grandinėse. Jos montuojamos arba tiesiai ant spausdintinių plokščių, arba laisvoje padėtyje.

Bendra prietaiso sandara

Naudojamų gaminių apkrovos srovės paprastai matuojamos nuo ampero dalių iki 20 A ir daugiau. Relių grandinės yra plačiai paplitusios elektronikos praktikoje.

Įvairiausios konfigūracijos prietaisai, skirti montuoti ant elektroninių plokščių arba tiesiogiai kaip atskirai įrengiamas įrenginys

Elektromagnetinės relės konstrukcija paverčia kintamosios / nuolatinės srovės įtampos sukuriamą magnetinį srautą į mechaninę jėgą. Dėl gautos mechaninės jėgos valdoma kontaktų grupė.

Labiausiai paplitusi konstrukcija yra gaminio forma, apimanti šiuos komponentus:

• žadinimo ritę;
• plieninę šerdį;
• atraminį važiuoklį;
• kontaktų grupę.

Plieninė šerdis turi fiksuotą dalį, vadinamą svirtimi, ir judamą spyruokliuotą detalę, vadinamą inkaru.

Iš esmės inkaras papildo magnetinio lauko grandinę, uždarydamas oro tarpą tarp nejudančios elektrinės ritės ir judamosios armatūros.

Išsami konstrukcijos išdėstymas: 1 – atspaudžiamoji spyruoklė; 2 – metalinė šerdis; 3 – inkaras; 4 – paprastai uždarytas kontaktas; 5 – paprastai atidarytas kontaktas; 6 – bendras kontaktas; 7 – varinės vielos ritė; 8 – svirtis

Armatūra juda ant vyrių arba laisvai sukasi veikiama generuojamo magnetinio lauko. Tuo metu užsidaro prie armatūros pritvirtinti elektriniai kontaktai.

Paprastai tarp svirties ir inkaro esanti grįžimo spyruoklė (spyruoklės) grąžina kontaktus į pradinę padėtį, kai relės ritė yra išjungta.

Relės elektromagnetinės sistemos veikimas

Paprasta klasikinė EMR konstrukcija turi dvi elektrai laidžių kontaktų grupes.

Atsižvelgiant į tai, realizuojamos dvi kontaktų grupės būsenos:

1. Paprastai atidarytas kontaktas.
2. Paprastai uždarytas kontaktas.

Atitinkamai kontaktų pora klasifikuojama kaip normaliai atviri (NO) arba, esant kitokiai būklei, normaliai uždaryti (NC).

Relėms su normaliai atvirų kontaktų padėtimi, „uždaryta“ būsena pasiekiama tik tada, kai žadinimo srovė teka per induktyvumo ritę.

Vienas iš dviejų galimų kontaktų grupės montavimo variantų pagal nutylėjimą. Čia, kai ritė yra be maitinimo, pagal nutylėjimą nustatyta normaliai uždaryta (uždaryta) padėtis.

Kitame variante – normaliai uždaryta kontaktų padėtis išlieka pastovi, kai žadinimo srovės nėra ritės grandinėje. Tai yra, jungiklio kontaktai grįžta į normalią uždarytą padėtį.

Todėl terminai „normaliai atviras“ ir „normaliai uždarytas“ turėtų būti taikomi elektros kontaktų būklei, kai relės ritė yra be maitinimo, tai yra, relės maitinimo įtampa išjungta.

Relės elektrinės kontaktinės grupės

Relės kontaktai paprastai yra elektrai laidūs metaliniai elementai, kurie liečiasi vienas su kitu, uždaro grandinę, veikdami panašiai kaip paprastas jungiklis.

Kai kontaktai yra atviri, varža tarp normaliai atvirų kontaktų išmatuojama aukšta megaomų verte. Taip sukuriama atviros grandinės sąlyga, kai srovės tekėjimas ritės grandinėje yra neįmanomas.

Bet kokio elektromechaninio komutatoriaus kontaktų grupė atvirame režime turi kelių šimtų megaomų varžą. Šios varžos dydis gali šiek tiek skirtis tarp skirtingų modelių.

Jei kontaktai yra uždaryti, kontaktinė varža teoriškai turėtų būti lygi nuliui – trumpojo jungimo rezultatas.

Tačiau tokia būsena pasitaiko ne visada. Kiekvienos atskiros relės kontaktų grupė turi tam tikrą kontaktinę varžą „uždarytoje“ būsenoje. Tokia varža vadinama stabilia.

Apkrovos srovių tekėjimo ypatybės

Praktikoje, montuojant naują elektromagnetinę relę, įjungimo kontaktinė varža yra maža, paprastai mažesnė nei 0,2 omo.

Tai paaiškinama paprastai: nauji galiukai kol kas lieka švarūs, tačiau laikui bėgant galiuko varža neišvengiamai didės.

Pavyzdžiui, kontaktams esant 10 A srovei, įtampos kritimas bus 0,2x10 = 2 voltai (Omo dėsnis). Iš to išeina – jei kontaktų grupei tiekiama maitinimo įtampa yra 12 voltų, tada apkrovos įtampa bus 10 voltų (12-2).

Kai kontaktiniai metaliniai galiukai dėvisi, nebūdami tinkamai apsaugoti nuo didelių induktyviųjų ar talpinių apkrovų, neišvengiamai atsiranda pažeidimų dėl elektros lanko efekto.

Elektros lankas ant vieno iš elektromechaninio perjungimo įrenginio kontaktų. Tai viena iš priežasčių, dėl kurių pažeidžiama kontaktų grupė, kai nėra tinkamų priemonių

Elektros lankas – kibirkšties susidarymas ant kontaktų – padidina antgalių kontaktinę varžą ir dėl to sukelia fizinius pažeidimus

Jei toliau naudotumėte relę tokioje būsenoje, kontaktiniai antgaliai galėtų visiškai prarasti fizinę kontakto savybę

Tačiau yra ir rimtesnis veiksnys, kai dėl lanko pažeidimo kontaktai galiausiai susilieja, sukurdami trumpojo jungimo sąlygas

Tokiose situacijose neatmetama rizika pažeisti grandinę, kurią kontroliuoja EMR

Taigi, jei kontaktų varža padidėjo dėl elektros lanko poveikio 1 omu, įtampos kritimas ant kontaktų esant tai pačiai apkrovos srovei padidėja iki 1×10=10 voltų nuolatinės srovės

Čia įtampos kritimo dydis ant kontaktų gali būti nepriimtinas apkrovos grandinei, ypač dirbant su maitinimo įtampomis 12-24 V

Relės kontaktų medžiagos tipas

Siekiant sumažinti elektros lanko ir didelių varžų poveikį, šiuolaikinių elektromechaninių relių kontaktiniai antgaliai gaminami arba dengiami įvairiais sidabro pagrindu pagamintais lydiniais

Tokiu būdu pavyksta žymiai prailginti kontaktų grupės tarnavimo laiką

Elektromechaninių perjungimo prietaisų kontaktinių plokščių antgaliai. Čia pateikiami sidabru dengtų antgalių variantai. Tokia danga sumažina pažeidimų riziką

Praktikoje naudojamos šios medžiagos, kuriomis apdorojami elektromagnetinių (elektromechaninių) relių kontaktinių grupių antgaliai:

• Ag – sidabras;
• AgCu – sidabras-varis;
• AgCdO – sidabras-kadmio oksidas;
• AgW – sidabras-volframas;
• AgNi – sidabras-nikelis;
• AgPd – sidabras-paladis.

Relės kontaktinių grupių antgalių tarnavimo laiko ilginimas mažinant elektros lankų formavimosi kiekį pasiekiamas prijungus rezistorių-kondensatorių filtrus, dar vadinamus RC slopintuvais

Šios elektroninės grandinės jungiamos lygiagrečiai su elektromechaninių relių kontaktinėmis grupėmis. Įtampos pikas, kuris pastebimas kontaktų atsidarymo momentu, tokiu sprendimu atrodo saugiai trumpas

Taikant RC slopintuvus pavyksta slopinti elektros lanką, kuris susidaro ant kontaktinių antgalių

Tipiškas EMR kontaktų atlikimas

Be klasikinių normaliai atvirų (NO) ir normaliai uždarytų (NC) kontaktų, relinio perjungimo mechanika taip pat numato klasifikaciją pagal veikimą

Jungiamųjų elementų atlikimo ypatybės

Šiame variante elektromagnetinio tipo relių konstrukcijos leidžia turėti vieną arba kelis atskirus perjungiklio kontaktus

Taip atrodo prietaisas, technologiškai sukonfigūruotas SPST – vienpolis ir vienakryptis. Egzistuoja ir kitų variantų.

Kontaktų konfigūracija apibūdinama šiais akronimais:

• SPST (Single Pole Single Throw) – vienpolis vienakryptis;
• SPDT (Single Pole Double Throw) – vienpolis dviejų krypčių;
• DPST (Double Pole Single Throw) – dvipolis vienakryptis;
• DPDT (Double Pole Double Throw) – dvipolis dviejų krypčių.

Kiekvienas toks jungiamasis elementas vadinamas „poliumi“. Bet kuris iš jų gali būti prijungtas arba atjungtas, tuo pačiu metu aktyvuodamas relės ritę.

Prietaisų taikymo subtilybės

Nepaisant elektromagnetinių perjungiklių konstrukcijos paprastumo, yra keletas šių prietaisų naudojimo praktikos subtilybių.

Taigi, specialistai kategoriškai nerekomenduoja lygiagrečiai jungti visų relės kontaktų, kad tokiu būdu perjungti didelės srovės apkrovos grandinę.

Pavyzdžiui, jungti 10 A apkrovą lygiagrečiai sujungus du kontaktus, kurių kiekvienas skirtas 5 A srovei.

Šios montavimo subtilybės kyla dėl to, kad mechaninių relių kontaktai niekada neįsijungia ir neišsijungia vienu metu.

Dėl to vienas iš kontaktų bet kuriuo atveju bus perkrautas. Ir net atsižvelgiant į trumpalaikę perkrovą, priešlaikinis prietaiso gedimas tokiame jungime yra neišvengiamas.

Netinkamas naudojimas, taip pat relės prijungimas nesilaikant nustatytų montavimo taisyklių, paprastai baigiasi tokiu rezultatu. Viduje išdegė beveik visas turinys.

Elektromagnetinius gaminius leidžiama naudoti elektrinių ar elektroninių schemų su mažu energijos suvartojimu sudėtyje kaip santykinai aukštų srovių ir įtampų perjungiklius.

Tačiau kategoriškai nerekomenduojama leisti skirtingas apkrovos įtampas per gretimus vieno prietaiso kontaktus.

Pavyzdžiui, perjungti 220 V kintamosios srovės ir 24 V nuolatinės srovės įtampą. Visada reikėtų naudoti atskirus gaminius kiekvienam variantui saugumo sumetimais.

Apsaugos nuo atvirkštinės įtampos būdai

Svarbi bet kurios elektromechaninės relės detalė yra ritė. Ši detalė priskiriama didelės induktyvumo apkrovos kategorijai, nes turi vielinę apviją.

Bet kokia viela apvyniota ritė turi tam tikrą impedansą, sudarytą iš induktyvumo L ir varžos R, taip sudarydama nuoseklią LR grandinę.

Srovei tekant per ritę, sukuriamas išorinis magnetinis laukas. Kai srovės tekėjimas ritėje nutrūksta „išjungimo“ režimu, magnetinis srautas padidėja (transformacijos teorija) ir atsiranda aukšta atvirkštinė EML įtampa (elektrovaros jėgos).

Ši indukuota atvirkštinės įtampos vertė gali kelis kartus viršyti perjungimo įtampą.

Atitinkamai, atsiranda rizika pažeisti bet kokius puslaidininkinius komponentus, esančius šalia relės. Pavyzdžiui, dvipolis arba lauko tranzistorius, naudojamas įtampai tiekti relės ritę.

Grandinių variantai, kuriais užtikrinama puslaidininkinių valdymo elementų – dvipolių ir lauko tranzistorių, mikroschemų, mikrovaldiklių – apsauga

Vienas iš būdų apsisaugoti nuo tranzistoriaus ar bet kurio perjungiamojo puslaidininkinio įrenginio, įskaitant mikrovaldiklius, pažeidimo yra atvirkštinės poliarizacijos diodo prijungimo prie relės ritės grandinės variantas.

Kai srovė, tekanti per ritę iškart po išjungimo, generuoja indukuotą priešpriešinę elektrovaros jėgą, ši atvirkštinė įtampa atidaro atvirkštinės poliarizacijos diodą.

Per puslaidininkį sukaupta energija išsisklaido, taip užkertant kelią valdančiojo puslaidininkio – tranzistoriaus, tiristoriaus, mikrovaldiklio – pažeidimui.

Dažnai į relės ritės grandinę įtrauktas puslaidininkis dar vadinamas:

• laisvasis diodas;
• šuntinis diodas;
• atvirkštinis diodas.

Tačiau didelio skirtumo tarp elementų nėra. Visi jie atlieka vieną funkciją. Be atvirkštinės poliarizacijos diodų naudojimo, puslaidininkiniams komponentams apsaugoti taip pat naudojami ir kiti įrenginiai.

Tos pačios RC slopintuvų grandinės, metalo oksido varistoriai (MOV), stabistoriai.

Elektromagnetinių relių prietaisų žymėjimas

Techniniai žymėjimai, nešantys dalinę informaciją apie prietaisus, paprastai nurodomi tiesiai ant elektromagnetinio perjungiamojo prietaiso šasijos.

Toks žymėjimas atrodo kaip sutrumpintas akronimas ir skaičių rinkinys.

Kiekvienas elektromechaninis perjungimo įrenginys tradiciškai ženklinamas. Ant korpuso arba ant šasijos uždedamas maždaug toks simbolių ir skaičių rinkinys, nurodantis tam tikrus parametrus

Elektromechaninių relių korpuso ženklinimo pavyzdys:

RES32 RF4.500.335-01

Šis įrašas iššifruojamas taip: elektromagnetinė silpnosrovė relė, 32 serijos, atitinkanti vykdymą pagal pasą RF4.500.335-01.

Tačiau tokie žymėjimai yra retenybė. Dažniau pasitaiko sutrumpinti variantai be aiškaus GOST nurodymo:

RES32 335-01

Taip pat ant šasijos (ant korpuso) prietaiso pažymima pagaminimo data ir partijos numeris. Išsami informacija pateikiama techniniame gaminio pase. Pasu komplektuojamas kiekvienas prietaisas ar partija.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Vaizdo įrašas populiariai pasakoja apie tai, kaip veikia elektromechaninė perjungimo elektronika. Aiškiai nurodomos konstrukcijų subtilybės, prijungimo ypatumai ir kitos detalės:

Elektromechaninės relės jau gana ilgą laiką naudojamos kaip elektroniniai komponentai. Tačiau šio tipo perjungimo įrenginius galima laikyti morališkai pasenusiais. Mechaninius įrenginius vis dažniau keičia modernesni įrenginiai – grynai elektroniniai. Vienas tokių pavyzdžių – kietosios būsenos relės.

Atsirado klausimų, radote trūkumų ar turite įdomių faktų apie temą, kuriais galite pasidalinti su mūsų svetainės lankytojais? Prašome palikite savo komentarus, užduokite klausimus, pasidalinkite patirtimi kontaktų bloke po straipsniu.