Elektromechanické relé

Technologie relé zahrnuje:
Základy relé Reedovo relé Specifikace relé Reléové obvody Polovodičové relé

Elektrické relé je elektromagneticky ovládaný elektrický spínač – elektromechanický spínač. Relativně malý proud se používá k vytvoření magnetického pole v cívce uvnitř magnetického jádra a to slouží k ovládání spínače, který může ovládat mnohem větší proud.

Takto může elektromechanické relé nebo elektrické relé použít malý proud ke spínání mnohem většího proudu a umožnit, aby oba obvody byly od sebe elektricky izolovány.

Elektrická relé se vyrábějí v různých velikostech a mohou být různých typů využívajících mírně odlišné technologie, i když všechny využívají stejný základní koncept.

Ačkoli elektromechanická relé lze v některých ohledech považovat za použití staré technologie a polovodičová relé / polovodičové spínače lze považovat za účinnější způsob spínání elektrického proudu.

Elektromechanická relé mají přesto některé jedinečné vlastnosti, které je činí ideálními pro mnoho aplikací, kde jiné typy nemusí být tak účinné. Přesto jsou polovodičové spínače, polovodičová relé nebo elektronické spínače široce používány a převzaly úlohu v mnoha oblastech, kde se dříve jako elektrické spínače používala elektromechanická relé.

Symbol obvodu relé

Symboly obvodů pro elektromechanická relé se mohou poněkud lišit – stejně jako většina symbolů obvodů. Nejpoužívanější formát zobrazuje cívku relé jako krabičku a kontakty jsou umístěny v blízkosti, jak je uvedeno níže.

U jiných obvodů, zejména u nových, které mohou být o něco starší, může být cívka relé zobrazena jako skutečná cívka. To sice neodpovídá nejnovějším standardům pro symboly reléových obvodů, přesto se s ním lze v některých případech setkat a dobře popisuje vnitřek relé.

Možná je existence dalších sad elektrických spínacích kontaktů. Stejně jako je možné mít více pólů na spínači, lze totéž provést u relé. Je možné mít několik sad spínacích kontaktů pro přepínání více obvodů.

Základy reléového spínače

Relé je druh elektrického spínače, který je ovládán elektromagnetem, jenž přepíná při přivedení proudu na cívku.

Tato relé mohou být ovládána spínacími obvody, kde spínač nemůže snést velký proud elektrického relé, nebo mohou být ovládána elektronickými obvody apod. V obou případech představují velmi jednoduchou a atraktivní nabídku pro elektrické spínání.

Relé mají několik základních částí, které tvoří relé.

• Rám: Mechanický rám je nutný k tomu, aby držel součásti na svém místě. Tento rám je obvykle poměrně robustní, aby mohl pevně podepřít další prvky elektromechanického relé bez relativního pohybu.
• Cívka: Pro zvýšení magnetické přitažlivosti je zapotřebí cívka navinutá kolem železného jádra. Cívka z drátu způsobuje, že se při zapnutí proudu vytvoří elektromagnetické pole, které přitahuje kotvu.
• Kotva: Jedná se o pohyblivou část relé. Tento prvek relé otevírá a zavírá kontakty a má feromagnetický kov, který je přitahován elektromagnetem. K sestavě je připojena pružina, která vrací kotvu do původní polohy.
• Kontakty: Kontakty jsou ovládány působením pohybu kotvy. Některé z elektrických spínacích kontaktů mohou při aktivaci relé uzavřít obvod, kdežto jiné mohou obvod otevřít. Tyto kontakty se označují jako normálně otevřené a normálně zavřené.

Konstrukce relé zahrnuje řadu aspektů. Klíčovým prvkem konstrukce je získání potřebného magnetického toku k dostatečně rychlému přitažení kotvy, aniž by se spotřebovával nadměrný proud. Rovněž je nutné zajistit, aby se relé mohlo rychle rozepnout po odpojení budicího proudu. Magnetická retence v materiálech musí být nízká.

Při průchodu proudu cívkou se vytvoří elektromagnetické pole. Pole přitahuje železnou kotvu, jejíž druhý konec přitlačí kontakty k sobě a uzavře obvod. Po vypnutí proudu se kontakty opět rozepnou, čímž se obvod vypne.

Při specifikaci elektromechanických relé zjistíme, že kontakty elektrických spínačů se dodávají v různých formátech. Stejně jako běžné elektrické spínače jsou elektromechanická relé definována z hlediska přerušení, pólů a hodů, které zařízení má.

• Přerušení: Zatímco některé z termínů používaných pro elektromechanická relé se vztahují i na elektrické spínače s malým výkonem, tento termín je použitelný spíše pro spínání s vyšším výkonem. Jedná se o počet oddělených míst nebo kontaktů, na kterých spínač slouží k rozepnutí nebo sepnutí jednoho elektrického obvodu.
  Všechna relé jsou buď s jednoduchým, nebo s dvojitým přerušením. Jednoduché přerušení, SB kontakt přeruší elektrický obvod pouze v jednom místě. Dvojité přerušení, kontakt DB, pak, jak název napovídá, přeruší elektrický obvod na dvou místech.
  Jednorázové vypínací kontakty se obvykle používají při spínání zařízení s nižším výkonem, případně elektronických obvodů nebo elektrických spínacích aplikací s nízkým výkonem. Dvojité vypínací kontakty se používají při spínání elektrických zařízení s vysokým výkonem. Pokud se jeden z kontaktů zasekne, je pravděpodobné, že druhý kontakt bude stále spínat a přeruší obvod.
• Pól: Počet pólů, které má elektrický spínač, je počet různých sad spínacích kontaktů, které má. Jednopólový spínač může spínat pouze jeden obvod, zatímco dvoupólový spínač může spínat dva různé a izolované obvody současně. Jednopólový spínač se často označuje písmeny SP a dvoupólový DP. Relé mohou mít jeden, dva nebo více pólů.
• Hod: Počet vhozů elektrického spínače je počet poloh, které jsou k dispozici. U elektromechanického relé je obvykle pouze jeden nebo dva hody. Jednocestné relé rozpojí a přeruší obvod, zatímco dvoucestné relé funguje jako přepínač směrující spojení z jednoho koncového bodu do jiného. Jednočinná a dvojčinná relé se často označují písmeny ST a DT.

Například specifikace elektrického relé může uvádět jednopólové, jednočinné: SPST nebo může být popsáno jako dvoupólové jednopólové: DPST atd. Tyto termíny umožňují uvést počet sad spínacích kontaktů a to, zda se jedná o rozpínací/zapínací nebo zda zajišťují funkci přepínání.

Kontakty elektromechanických relé

V zájmu zajištění spolehlivé služby a maximalizace životnosti relé. Na kontaktech jsou použity různé materiály, aby byla zajištěna jejich dobrá funkce pro zamýšlené použití.

Jedním z problémů, které se u kontaktů vyskytují, je výskyt důlků – obvykle má materiál tendenci se hromadit ve středu jednoho kontaktu, zatímco z druhého dochází k úbytku materiálu, kde vzniká „důlek“. To je jedna z hlavních příčin selhání kontaktů a dochází k ní zejména tam, kde vznikají jiskry.

Různá relé mají různé typy materiálu použitého pro spínací kontakty v závislosti na aplikacích a požadovaném výkonu. Existuje mnoho hotových, které lze použít, některé z nejpoužívanějších jsou uvedeny níže s jejich vlastnostmi.

• Stříbro: Stříbro je v mnoha ohledech jedním z nejlepších univerzálních materiálů pro kontakty relé, které mají vysokou úroveň vodivosti. Podléhá však procesu sulfidace, který je samozřejmě závislý na atmosféře, v níž relé pracuje – v městských oblastech je mnohem vyšší. Tento proces způsobuje, že se na povrchu vytvoří tenká vrstva se sníženou vodivostí, ačkoli větší náraz při sepnutí kontaktu relé ji může prolomit. Tento film může také způsobit vznik napětí na rozhraní v řádu několika desetin voltu, což může u některých aplikací ovlivnit výkon
• Stříbrný nikl: Tento typ kontaktu byl vyvinut za účelem snížení účinků pittingu. Stříbrný kontakt je legován niklem, čímž získává jemnozrnnou strukturu, a v důsledku toho dochází k rovnoměrnějšímu přenosu materiálu po celém povrchu kontaktu, což vede k delší životnosti.
• Oxid kademnatý stříbrný: Kontakty vyrobené s použitím oxidu kademnatého se nemohou rovnat velmi vysoké vodivosti jemných stříbrných kontaktů, ale nabízejí zvýšenou odolnost proti přenosu materiálu a ztrátě kontaktu v důsledku oblouku. To znamená, že tyto kontakty obvykle vydrží déle než stříbrné kontakty za stejných podmínek.
• Zlato: Vysoká vodivost a skutečnost, že zlato neoxiduje, znamená, že je ideální pro mnoho spínacích aplikací. Používá se pouze pro spínání s malým proudem, protože není nijak zvlášť robustní… Obvykle se zlaté blikače používají kvůli snížení nákladů a v důsledku nízké úrovně sulfidace zůstávají kontakty v dobrém stavu po dlouhou dobu. Jedním z problémů u relé je, že pokud se nějakou dobu nepoužívají, může se zvýšit odpor kontaktů – u zlata k tomu nedochází.
• Wolfram: Wolfram se používá v relé, která jsou určena pro vysokonapěťové aplikace. Má vysoký bod tání přes 3380 °C a vynikající odolnost proti obloukové erozi, která je pro tento typ spínání vyžadována.
• Rtuť: Rtuť se používá ve speciálním typu jazýčkového relé, které se nazývá rtuťové smáčené jazýčkové relé. Má dobrou elektrickou vodivost, a protože je to kapalina, nedochází k tvorbě důlků způsobených přenosem materiálu mezi kontakty. Po rozepnutí spínacích kontaktů se rtuť vrátí do zásoby rtuti potřebné pro tento typ relé a pro další spínací akci se použije nová rtuť. Tato akce neguje vliv jakéhokoli přenosu materiálu během spínání.

Přestože se používá mnoho různých typů materiálů a slitin, jedná se o většinu běžně používaných materiálů a povrchových úprav kontaktů.

Omezení rozběhového proudu pro zvýšení spolehlivosti

Jedním z klíčových problémů, se kterým se potýkají elektrické spínací systémy: elektromechanická relé i polovodičové spínače, je rozběhový proud.

Existuje mnoho příkladů, jak velké mohou být úrovně rozběhového proudu. Dobře to ilustruje jednoduchá domácí elektrická žárovka. Když je vlákno studené, má malý odpor, a teprve když se žárovka zahřeje, její odpor se zmenší. Rozběhový proud při zapnutí může být obvykle desetkrát až patnáctkrát větší než ustálený proud. I když se nyní běžně používají polovodičové zářivky, tento příklad slouží k dobré ilustraci.

Další induktivní zátěže, jako jsou motory a transformátory, které jsou často spínány elektromechanickými relé, mají velmi vysoký rozběhový proud. Často může být rozběhový proud snadno desetinásobkem ustáleného proudu, takže kontakty musí být odpovídajícím způsobem dimenzovány.

V mnoha oblastech se počítá s přídavkem na rozběhový proud. Používá se součinitel, kterým se násobí ustálený proud, aby se získala jmenovitá hodnota kontaktů. Tabulka typických násobicích faktorů je uvedena níže.

Běžné násobitele používané pro zohlednění rozběhového proudu u relé
Zátěž, která má být spínána	Násobitel
Zářivky (AC)	10
. Žárovky	6
Motory	6
Odporová topná tělesa
.	1
Transformátory	20

Podle níže uvedené tabulky, mají-li být spínány zářivky, které běžně odebírají 1 A, pak by kontakty relé měly být dimenzovány na 20 A.

Další problém nastává při přerušení obvodu. Zpětné elektromagnetické pole generované indukční zátěží může snadno vést k jiskření, které může rychle zničit kontakty relé.

Metody, jako je montáž omezovačů rozběhového proudu na zátěž, což jsou často rezistory se záporným teplotním součinitelem, mohou pomoci omezit rozběhový proud a potlačovače přechodových jevů mohou pomoci omezit zpětné elektromagnetické pole.

Provozní životnost relé

Jedním z klíčových problémů spojených s elektromechanickými relé je životnost kontaktů. Na rozdíl od polovodičových relé a elektronických spínačů se mechanické kontakty spínáním opotřebovávají a mají omezenou životnost.

Pro životnost elektromechanických relé jsou k dispozici dva údaje:

• Očekávaná elektrická životnost: Elektrická životnost je počet spínacích úkonů, které jsou provedeny, dokud spínání, tj. kontakty, zajišťují požadovanou úroveň vodivosti. Je velmi závislá na aplikaci, protože rozběhový proud a zpětný oblouk vytvořený zpětným elektromagnetickým polem atd. Mnoho výkonových relé má předpokládanou elektrickou životnost možná až 100 000 operací, i když, jak bylo uvedeno, to velmi závisí na zátěži, kterou spíná.
• Mechanická životnost: Mechanická životnost se vztahuje na mechanické aspekty relé. Je to počet mechanických spínacích úkonů, které lze provést bez ohledu na elektrický výkon. Často se předpokládaná mechanická životnost relé pohybuje kolem 10 000 000 operací nebo i mnohem více.

Konec životnosti kontaktů obecně nastává, když se kontakty zaseknou nebo svaří, nebo když oblouk apod. způsobil spálení kontaktů a přenos materiálu tak, že nelze dosáhnout dostatečné odolnosti kontaktů. Podmínky pro tento případ závisí na relé a jeho použití. Jejich specifikace budou obvykle definovány v datasheetu relé.

Výhody a nevýhody relé

Stejně jako u každé technologie existují výhody a nevýhody použití elektromechanických relé. Při návrhu obvodu je nutné zvážit pozitiva a negativa, aby bylo možné vybrat správnou technologii pro daný obvod.

Někdy může být další možností, kterou lze zvážit při požadavku na elektrické oddělení dvou obvodů, optoizolátor. Tyto optoizolátory jsou často zabudovány do polovodičových spínačů, často také nazývaných polovodičová relé, což zajišťuje dosažení vysoké úrovně izolace. Použití optoizolátorů v polovodičových spínačích / polovodičových relé zajišťuje úplnou izolaci mezi vstupním a výstupním obvodem.

Elektromechanická relé se jako elektrické spínače používají již velmi mnoho let a tato technologie je dobře zavedená. Tato elektromechanická nebo elektrická relé snesou určité zneužití a obvykle jsou relativně tolerantní k přechodným napěťovým rázům nebo špičkám. V tomto ohledu jsou lepší než polovodičové spínače / polovodičová relé, a přestože se rychleji opotřebovávají, zejména při spínání induktivních zátěží, musí snášet spínací přepětí v zátěži.

Jelikož jsou nyní na trhu přítomna polovodičová relé a spínače, které nabízejí vysokou úroveň spolehlivosti, je třeba pečlivě zvážit možnosti elektromechanických relé oproti polovodičovým relé. V některých případech jsou starší relé nahrazována polovodičovými relé, ale v jiných případech mohou elektromechanická relé nabízet nejlepší volbu.

Další elektronické součástky:
Rezistory Kondenzátory Induktory Křemenné krystaly Diody Tranzistor Fototranzistor FET Typy pamětí Tyristor Konektory VF konektory Ventily / elektronky Baterie Spínače Relé
Zpět na nabídku součástek . . .