Elektromechanikus relé

A relé technológiája tartalmazza:
Relé alapjai Reed relé Reed relé specifikációk Relé áramkörök Szilárdtest relé

A villamos relé egy elektromágnesesen működtetett elektromos kapcsoló – elektromechanikus kapcsoló. Egy viszonylag kis árammal egy mágneses magban lévő tekercsben mágneses mezőt hoznak létre, és ezt egy sokkal nagyobb áramot vezérlő kapcsoló működtetésére használják.

Az elektromechanikus relé vagy elektromos relé így képes egy kis áramot használni egy sokkal nagyobb áram kapcsolására, és lehetővé teszi, hogy mindkét áramkör elektromosan el legyen szigetelve egymástól.

A villamos relék különböző méretben és különböző típusúak lehetnek, amelyek kissé eltérő technológiát használnak, bár mind ugyanazt az alapkoncepciót használják.

Bár az elektromechanikus relék bizonyos szempontból úgy tekinthetők, hogy régi technológiát használnak, és a szilárdtest-relékről / szilárdtest-kapcsolókról azt lehet gondolni, hogy hatékonyabb eszközei az elektromos áram kapcsolásának.

Mindamellett az elektromechanikus reléknek van néhány egyedi tulajdonsága, amelyek sok olyan alkalmazáshoz teszik őket ideálisnak, ahol más típusok talán nem olyan hatékonyak. Ennek ellenére a szilárdtest kapcsolók, szilárdtest relék vagy elektronikus kapcsolók széles körben használatosak, és sok olyan területen vették át a helyüket, ahol korábban elektromechanikus reléket használtak elektromos kapcsolóként.

Relé áramköri szimbólum

Az elektromechanikus relék áramköri szimbólumai – mint a legtöbb áramköri szimbólum – némileg változhatnak. A legelterjedtebb formátum a relétekercset dobozként ábrázolja, az érintkezők pedig az alábbi ábrának megfelelően közel helyezkednek el.

Más áramkörök, különösen az újak, amelyek esetleg kicsit régebbiek, a relé tekercsét tényleges tekercsként ábrázolhatják. Bár ez nem felel meg a legújabb relé áramköri szimbólum szabványoknak, néhány esetben mégis látható, és jól leírja a relé belsejét.

Elképzelhető, hogy az elektromos kapcsoló érintkezőinek további készletei is vannak. Ugyanúgy, ahogyan egy kapcsolón több pólus is lehet, ugyanez a relékkel is megvalósítható. Lehetséges, hogy több kapcsolóérintkező-készlet legyen több áramkör átkapcsolásához.

Relékapcsoló alapjai

A relé az elektromos kapcsolók egy olyan formája, amelyet elektromágnes működtet, amely a tekercsre adott áram hatására a kapcsolást átkapcsolja.

Ezek a relék működtethetők kapcsolóáramkörökkel, ahol a kapcsoló nem tudja felvenni az elektromos relé nagy áramát, vagy működtethetők elektronikus áramkörökkel stb. Mindkét körülmények között nagyon egyszerű és vonzó ajánlatot nyújtanak az elektromos kapcsoláshoz.

A reléknek több alapvető alkatrésze van, amelyek a relét alkotják.

• Keret: Az alkatrészek rögzítéséhez mechanikus keretre van szükség. Ez a keret általában meglehetősen robusztus, hogy az elektromechanikus relé további elemeit szilárdan, relatív elmozdulás nélkül megtartsa.
• Tekercs: A mágneses vonzás növeléséhez vasmag köré tekert tekercsre van szükség. A huzaltekercs az áram bekapcsolásakor elektromágneses mezőt hoz létre, amely az armatúra vonzását okozza.
• Armatúra: Ez a relé mozgó része. A relé ezen eleme nyitja és zárja az érintkezőket, és egy ferromágneses fémmel rendelkezik, amelyet az elektromágnes vonz. A szerelvényhez egy rugó van csatlakoztatva, amely az armatúrát eredeti helyzetébe állítja vissza.
• Érintkezők: Az érintkezőket az armatúra mozgásának hatására működtetik. Az elektromos kapcsolóérintkezők némelyike zárhatja az áramkört, amikor a relé aktiválódik, míg mások nyithatják az áramkört. Ezeket normál esetben nyitott és normál esetben zárt kapcsolóként ismerjük.

A relék kialakítása számos szempontot foglal magában. A tervezés kulcsfontosságú eleme a szükséges mágneses fluxus elérése az armatúra kellően gyors vonzásához, anélkül, hogy túlzott áramot fogyasztana. Azt is biztosítani kell, hogy a relé a gerjesztő áram megszűnése után gyorsan ki tudjon nyitni. Az anyagokban a mágneses visszatartásnak alacsonynak kell lennie.

Amikor a tekercsen áram folyik át, elektromágneses mező jön létre. A mező vonzza a vas armatúrát, amelynek másik vége összenyomja az érintkezőket, így az áramkör bezárul. Az áram kikapcsolásakor az érintkezők ismét kinyílnak, kikapcsolva az áramkört.

Az elektromechanikus relék meghatározásakor látni fogjuk, hogy az elektromos kapcsolóérintkezők többféle formátumban léteznek. A közönséges elektromos kapcsolókhoz hasonlóan az elektromechanikus reléket is a megszakítások, pólusok és dobások szempontjából határozzák meg, amelyekkel a készülék rendelkezik.

• Megszakítás: Míg az elektromechanikus relékre alkalmazott kifejezések közül sok a kis teljesítményű elektromos kapcsolókra is vonatkozik, ez inkább a nagyobb teljesítményű kapcsolásokra alkalmazható. Ez azon különálló helyek vagy érintkezők száma, ahol egy kapcsoló egyetlen elektromos áramkör nyitására vagy zárására szolgál.
  Minden relé vagy egyszeres megszakítású, vagy kettős megszakítású. Az egyszeres megszakítású, SB érintkező csak egy helyen szakít meg egy elektromos áramkört. Ezután, ahogy a neve is jelzi, a dupla megszakító, DB érintkező két helyen szakítja meg az áramkört.
  Az egyszeres megszakítású érintkezőket általában kisebb teljesítményű eszközök, esetleg elektronikus áramkörök vagy kis teljesítményű elektromos kapcsolási alkalmazások kapcsolásakor használják. A kettős megszakítású érintkezőket nagy teljesítményű eszközök elektromos kapcsolására használják. Ha az egyik érintkező beragad, akkor a másik valószínűleg még mindig kapcsol és megszakítja az áramkört.
• Pólus: A pólusok száma, amellyel egy elektromos kapcsoló rendelkezik, a különböző kapcsolóérintkezők száma, amelyekkel rendelkezik. Az egypólusú kapcsoló csak egy áramkört tud kapcsolni, míg a kétpólusú kapcsoló egyszerre két különböző és elszigetelt áramkört tud kapcsolni. Az egypólusú kapcsolót gyakran SP betűkkel, a kétpólusú kapcsolót pedig DP-vel jelölik. A relék lehetnek egy, két vagy több pólusúak.
• Dobás: A dobások száma egy elektromos kapcsolón a rendelkezésre álló pozíciók száma. Egy elektromechanikus relénél általában csak egy vagy két dobás van. Az egyutas relé létrehoz és megszakít egy áramkört, míg a kétutas relé váltóként működik, amely az egyik végpontról egy másik végpontra irányítja a kapcsolatot. Az egyszeres és kétszeres relét gyakran az ST és DT betűkkel jelölik.

Egy elektromos relé specifikációban például szerepelhet az egypólusú, egyszeres relé: SPST, vagy lehet kétpólusú, egyszeres kapcsolású is: DPST, stb. Ezek a kifejezések lehetővé teszik a kapcsolóérintkező-készletek számát és azt, hogy ezek nyitott/zárt vagy váltófunkciót biztosítanak-e.

Elektromechanikus reléérintkezők

A megbízható szolgáltatás és a relé élettartamának maximalizálása érdekében. Az érintkezőkön különböző anyagokat használnak annak érdekében, hogy a rendeltetésüknek megfelelően működjenek.

Az érintkezőkkel kapcsolatban felmerülő egyik probléma az, hogy lyukak keletkeznek – jellemzően az egyik érintkező közepén hajlamos az anyag felhalmozódni, míg a másik érintkezőből anyagvesztés következik be, ahol “gödör” keletkezik. Ez az érintkezők meghibásodásának egyik fő oka, és különösen ott fordul elő, ahol szikrák keletkeznek.

A különböző relék kapcsolóérintkezőihez különböző típusú anyagokat használnak az alkalmazásoktól és a kívánt teljesítménytől függően. Sok kész van, ami használható, néhányat a szélesebb körben használtak közül az alábbiakban felsorolunk a tulajdonságaikkal együtt.

• Ezüst: Sok tekintetben az ezüst az egyik legjobb általános célú anyag a magas vezetőképességű reléérintkezőkhöz. Azonban szulfidálódási folyamatnak van kitéve, amely nyilvánvalóan függ attól a légkörtől, amelyben a relé működik – városi területeken ez sokkal magasabb. Ez a folyamat a felületen egy vékony réteget eredményez, amelynek vezetőképessége csökken, bár a relé érintkezőjének zárásakor a nagyobb érintkezési hatás ezt áttörheti. A film néhány tized voltos határfelületi feszültséget is eredményezhet, ami egyes alkalmazásoknál befolyásolhatja a teljesítményt
• Ezüstnikkel: Ezt az érintkezőtípust a lyukadás hatásainak csökkentésére fejlesztették ki. Az ezüstérintkezőt nikkel ötvözik, hogy finom szemcseszerkezetű legyen, és ennek eredményeként az anyagátadás egyenletesebben történik az érintkező teljes felületén, ami hosszabb élettartamot eredményez.
• Ezüst-kadmium-oxid: Az ezüst-kadmium-oxid felhasználásával készült érintkezők nem érik el a finom ezüst érintkezők nagyon magas vezetőképességét, de nagyobb ellenállást nyújtanak az anyagátvitellel és az ívképződés következtében fellépő érintkezési veszteséggel szemben. Ez azt jelenti, hogy ezek az érintkezők jellemzően hosszabb élettartamúak, mint az ezüstérintkezők ugyanolyan körülmények között.
• Arany: A nagy vezetőképesség és az a tény, hogy nem oxidálódik, azt jelenti, hogy az arany ideális számos kapcsolási alkalmazáshoz. Csak kis áramerősségű kapcsolásokhoz használják, mivel nem különösebben robusztus… Jellemzően arany villogást használnak a költségek csökkentése érdekében, és az alacsony szulfidálódás következtében az érintkezők hosszú időn keresztül jó állapotban maradnak. A relékkel kapcsolatos egyik probléma, hogy ha egy ideig nem használják őket, az érintkezési ellenállás megnőhet – ez az arannyal nem fordul elő.
• Wolfram: A volfrámot olyan relékben használják, amelyeket nagyfeszültségű alkalmazásokra szánnak. Magas, több mint 3380°C-os olvadáspontja miatt kiváló ív-erózióállósággal rendelkezik, ami az ilyen típusú kapcsolásokhoz szükséges.
• Higany: A higanyt egy speciális típusú reed relében használják, amelyet higannyal nedvesített reed relének neveznek. Jó elektromos vezetőképességgel rendelkezik, és mivel folyadék, nem keletkezik az érintkezők közötti anyagmozgás okozta lyukképződés. A kapcsolóérintkezők kinyitása után a higany visszatér az ilyen típusú relékhez szükséges higanykészletbe, és a következő kapcsolási művelethez új higanyt használnak. Ez a művelet kiküszöböli a kapcsolás közbeni anyagátvitel hatását.

Bár sokféle anyagot és ötvözetet használnak, ezek a leggyakrabban használt érintkezőanyagok és kivitelek.

Inrush-korlátozás a megbízhatóság javítása érdekében

Az egyik legfontosabb probléma, amellyel az elektromos kapcsolórendszerek: az elektromechanikus relék és a szilárdtest kapcsolók egyaránt szembesülnek, az inrush-áram.

Sok példa van arra, hogy milyen nagyok lehetnek az inrush-áram szintjei. Egy egyszerű háztartási izzólámpa jól szemlélteti a dolgot. Hideg állapotban az izzószálnak alacsony az ellenállása, és csak akkor csökken az ellenállása, amikor a lámpa felmelegszik. Jellemzően a bekapcsoláskor fellépő indítóáram az állandósult áram tíz-tizenötszöröse is lehet. Bár ma már általában szilárdtestlámpákat használnak, ez a példa jól szemlélteti a lényeget.

A gyakran elektromechanikus relékkel kapcsolt induktív terhelések, például motorok és transzformátorok nagyon nagy indukciós árammal rendelkeznek. Gyakran az indítóáram könnyen elérheti az állandósult állapotú áram tízszeresét, ezért az érintkezőket ennek megfelelően kell méretezni.

Az indítóáramra sok területen engedményt tesznek. Egy tényezőt használnak, amellyel az állandósult állapotú áramot megszorozzák, hogy megadják az érintkező névleges értékét. A tipikus szorzótényezőket tartalmazó táblázat az alábbiakban található.

A relék indulóáramának figyelembevételére használt általános szorzók
Kapcsolandó terhelés	Szorzó
Fénycsövek (váltakozó áram)	10
. Izzólámpák	6
Motorok	6
Ellenállásos fűtőtestek		1
Transzformátorok	20

Az alábbi táblázat segítségével, ha fénycsöveket kell kapcsolni, és ezek általában 1 A-t fogyasztanak, akkor a relé érintkezőit 20 A-ra kell méretezni.

Egy további probléma akkor merül fel, amikor az áramkör megszakad. Az induktív terhelés által keltett ellen-EMF könnyen szikrázáshoz vezethet, ami gyorsan tönkreteheti a relé érintkezőit.

Módszerek, mint például a terhelésre szerelt indításkorlátozók, amelyek gyakran negatív hőmérsékleti együtthatójú ellenállások, segíthetnek az indítási áram korlátozásában, és tranziens-szupresszorok segíthetnek az ellen-EMF korlátozásában.

Relé működési élettartama

Az elektromechanikus relékkel kapcsolatos egyik legfontosabb kérdés az érintkező élettartama. A szilárdtest relékkel és az elektronikus kapcsolókkal ellentétben a mechanikus érintkezők a kapcsolással együtt kopnak, és élettartamuk korlátozott.

Az elektromechanikus relék élettartamára két számadat áll rendelkezésre:

• Elektromos élettartam: Az elektromos élettartam az a kapcsolási műveletek száma, amelyeket addig végeznek, amíg a kapcsolás, azaz az érintkezők biztosítják a szükséges vezetőképességet. Ez nagymértékben függ az alkalmazástól, mivel az indítóáram és a hátsó EMF által keltett visszaívek stb. Sok teljesítményrelé várható elektromos élettartama 100 000 művelet lehet, bár, mint említettük, ez nagymértékben függ a kapcsolt terheléstől.
• Mechanikai élettartam: A mechanikai élettartam a relé mechanikai szempontjaira vonatkozik. Ez az elektromos teljesítménytől függetlenül elvégezhető mechanikus kapcsolási műveletek száma. Gyakran előfordul, hogy egy relé mechanikai élettartama 10 000 000 vagy még ennél is több kapcsolás körül van.

Az érintkezők élettartamának vége általában akkor következik be, amikor az érintkezők beragadnak vagy meghegesznek, vagy amikor az ívek stb. olyan égési sérülést és anyagátadást okoznak, hogy nem érhető el megfelelő érintkezési ellenállás. Ennek feltételei a relétől és annak alkalmazásától függnek. Ezek specifikációit általában a relé adatlapja határozza meg.

A relék előnyei és hátrányai

Mint minden technológiánál, az elektromechanikus relék használatának is vannak előnyei és hátrányai. Az áramkör tervezésekor a pozitívumok és negatívumok mérlegelése szükséges ahhoz, hogy az adott áramkörhöz a megfelelő technológiát válasszuk ki.

Néha egy másik lehetőség, amelyet figyelembe lehet venni, ha két áramkör közötti elektromos szigetelésre van szükség, lehet egy opto-izolátor. Ezeket az opto-izolátorokat gyakran szilárdtest kapcsolókba építik be, amelyeket gyakran szilárdtest reléknek is neveznek, így biztosítva a magas szintű leválasztást. Az opto-izolátorok használata a szilárdtest kapcsolókban / szilárdtest relékben teljes szigetelést biztosít a bemeneti és a kimeneti áramkör között.

Az elektromechanikus reléket már nagyon sok éve használják elektromos kapcsolóként, és a technológia jól megalapozott. Ezek az elektromechanikus vagy elektromos relék elviselnek némi visszaélést, és általában viszonylag jól tűrik az átmeneti feszültséghullámokat vagy tüskéket. Ebben a tekintetben jobbak, mint a szilárdtest kapcsolók / szilárdtest relék, és bár gyorsabban kopnak, különösen akkor, ha induktív terhelést kapcsolnak, el kell viselniük a terhelések bekapcsolási túlfeszültségeit.

Mivel a szilárdtest relék és kapcsolók ma már jelen vannak a piacon, és magas szintű megbízhatóságot kínálnak, az elektromechanikus relék kontra szilárdtest relék lehetőségeit alaposan meg kell fontolni. Bizonyos esetekben a régebbi reléket szilárdtest relékkel váltják fel, más esetekben azonban az elektromechanikus relék jelenthetik a legjobb megoldást.

Még több elektronikus alkatrész:
ellenállások kondenzátorok induktorok kvarckristályok diódák tranzisztor fototranzisztor FET memóriatípusok tirisztor csatlakozók RF csatlakozók szelepek / csövek akkumulátorok kapcsolók relék
vissza az alkatrészek menüponthoz . . .