Przekaźnik elektromechaniczny

Technologia przekaźników obejmuje:
Podstawy przekaźnika kontaktronowego Przekaźnik kontaktronowy specyfikacja Obwody przekaźników Przekaźnik półprzewodnikowy

Przekaźnik elektryczny jest elektromagnetycznie obsługiwanym przełącznikiem elektrycznym – przełącznikiem elektromechanicznym. Stosunkowo mały prąd jest wykorzystywany do wytworzenia pola magnetycznego w cewce znajdującej się w rdzeniu magnetycznym, a to jest wykorzystywane do obsługi przełącznika, który może sterować znacznie większym prądem.

W ten sposób przekaźnik elektromechaniczny lub przekaźnik elektryczny może wykorzystywać mały prąd do przełączania znacznie większego prądu i umożliwiać elektryczną izolację obu obwodów od siebie.

Przekaźniki elektryczne są dostępne w wielu różnych rozmiarach i mogą być różnych typów wykorzystujących nieco inne technologie, chociaż wszystkie wykorzystują tę samą podstawową koncepcję.

Pomimo, że przekaźniki elektromechaniczne mogą być uważane pod pewnymi względami za wykorzystujące starą technologię, a przekaźniki półprzewodnikowe/przełączniki półprzewodnikowe mogą być uważane za bardziej skuteczne środki przełączania prądu elektrycznego.

Niemniej jednak przekaźniki elektromechaniczne mają pewne unikalne właściwości, które czynią je idealnymi do wielu zastosowań, gdzie inne typy mogą nie być tak skuteczne. To powiedziawszy, przełączniki półprzewodnikowe, przekaźniki półprzewodnikowe lub przełączniki elektroniczne są szeroko stosowane i przejęły wiele obszarów, w których przekaźniki elektromechaniczne były wcześniej używane jako przełączniki elektryczne.

Symbol obwodu przekaźnika

Symbole obwodów dla przekaźników elektromechanicznych mogą się nieco różnić – jak większość symboli obwodów. Najczęściej używany format pokazuje cewkę przekaźnika jako pudełko, a styki są umieszczone w pobliżu, jak pokazano poniżej.

Inne obwody, zwłaszcza nowe, które mogą być nieco starsze, mogą pokazywać cewkę przekaźnika jako rzeczywistą cewkę. Chociaż nie jest to zgodne z najnowszymi standardami symboli obwodów przekaźnikowych, może być jednak widoczne w niektórych przypadkach i dobrze opisuje wnętrze przekaźnika.

Możliwe jest, aby istniały dalsze zestawy styków przełącznika elektrycznego. W ten sam sposób, w jaki możliwe jest posiadanie wielu biegunów na przełączniku, to samo można zrobić z przekaźnikami. Możliwe jest posiadanie kilku zestawów styków przełącznika do przełączania wielu obwodów.

Podstawy przekaźnika

Przekaźnik jest formą przełącznika elektrycznego, który jest obsługiwany przez elektromagnes, który zmienia się w trakcie przełączania, gdy prąd jest przyłożony do cewki.

Przekaźniki te mogą być obsługiwane przez obwody przełączników, gdzie przełącznik nie może przyjąć wysokiego prądu przekaźnika elektrycznego, lub mogą być obsługiwane przez obwody elektroniczne, itp. W każdej z tych sytuacji stanowią one bardzo prostą i atrakcyjną propozycję przełączania elektrycznego.

Przekaźniki posiadają szereg podstawowych części, które tworzą przekaźnik.

• Rama: Do utrzymania komponentów na miejscu wymagana jest mechaniczna rama. Rama ta jest zwykle dość solidna, aby mogła mocno podtrzymywać dodatkowe elementy przekaźnika elektromechanicznego bez względnego ruchu.
• Cewka: Potrzebna jest cewka nawinięta wokół rdzenia żelaznego w celu zwiększenia przyciągania magnetycznego. Cewka drutu powoduje powstanie pola elektromagnetycznego, gdy prąd jest włączony an powoduje przyciąganie armatury.
• Armatura: Jest to ruchoma część przekaźnika. Ten element przekaźnika otwiera i zamyka styki i ma ferromagnetyczny metal, który ma być przyciągany przez elektromagnes. Zespół ma dołączoną sprężynę, która przywraca armaturę do jej pierwotnej pozycji.
• Styki: Styki są obsługiwane przez działanie ruchu armatury. Niektóre z elektrycznych styków przełączających mogą zamykać obwód, gdy przekaźnik jest aktywowany, podczas gdy inne mogą otwierać obwód. Są one znane jako normalnie otwarte i normalnie zamknięte.

Projekt przekaźnika obejmuje szereg aspektów. Jest to kluczowy element projektu, aby uzyskać wymagany strumień magnetyczny, aby przyciągnąć armaturę wystarczająco szybko, bez zużywania nadmiernego prądu. Ponadto konieczne jest zapewnienie, aby przekaźnik mógł się szybko otworzyć po odłączeniu prądu zasilającego. Retencja magnetyczna w materiałach musi być niska.

Gdy prąd przepływa przez cewkę, powstaje pole elektromagnetyczne. Pole to przyciąga żelazną armaturę, której drugi koniec popycha styki do siebie, kończąc obwód. Kiedy prąd jest wyłączony, styki otwierają się ponownie, wyłączając obwód.

Przy określaniu przekaźników elektromechanicznych można zauważyć, że styki przełączników elektrycznych występują w różnych formatach. Podobnie jak zwykłe przełączniki elektryczne, przekaźniki elektromechaniczne są zdefiniowane w kategoriach przerw, biegunów i rzutów, które urządzenie posiada.

• Przerwa: Podczas gdy może z terminów stosowanych do przekaźników elektromechanicznych stosuje się również do przełączników elektrycznych małej mocy, ten jeden jest bardziej stosowany do przełączania wyższej mocy. Jest to liczba oddzielnych miejsc lub styków, w których przełącznik jest używany do otwierania lub zamykania pojedynczego obwodu elektrycznego.
  Wszystkie przekaźniki są albo pojedynczą przerwą lub podwójną przerwą. Pojedyncza przerwa, styk SB przerywa obwód elektryczny tylko w jednym miejscu. Następnie, jak wskazuje nazwa, podwójna przerwa, styk DB przerywa obwód w dwóch miejscach.
• Biegun: Liczba biegunów, które posiada przełącznik elektryczny, to liczba różnych zestawów styków przełączających, które posiada. Wyłącznik jednobiegunowy może przełączać tylko jeden obwód, podczas gdy wyłącznik dwubiegunowy może przełączać dwa różne i odizolowane obwody w tym samym czasie. Przełącznik jednobiegunowy jest często oznaczany literami SP, a dwubiegunowy – DP. Przekaźniki mogą mieć jeden, dwa lub więcej biegunów.
• Rzut: Liczba rzutów na przełączniku elektrycznym jest liczbą pozycji, które są dostępne. W przypadku przekaźnika elektromechanicznego, zazwyczaj jest tylko jeden lub dwa rzuty. Przekaźnik pojedynczego rzutu będzie tworzył i przerywał obwód, podczas gdy przekaźnik podwójnego rzutu będzie działał jako przełącznik kierujący połączenie z jednego punktu końcowego do innego. Przekaźniki jednoprzekaźnikowe i dwuprzekaźnikowe są często oznaczane literami ST i DT.

Na przykład specyfikacja przekaźnika elektrycznego może cytować pojedynczy biegun, pojedynczy rzut: SPST lub jeden może być opisany jako podwójny biegun pojedynczego rzutu: DPST, itd. Terminy te umożliwiają określenie liczby zestawów styków przełącznych oraz tego, czy są one otwarte/zamknięte, czy też zapewniają funkcję przełączania.

Elektromechaniczne styki przekaźnika

W celu zapewnienia niezawodnej usługi i zmaksymalizowania żywotności przekaźnika. Na stykach stosowane są różne materiały, aby zapewnić ich dobrą pracę zgodnie z przeznaczeniem.

Jednym z problemów występujących na stykach jest występowanie wżerów – zazwyczaj materiał ma tendencję do gromadzenia się w środku jednego styku, podczas gdy następuje utrata materiału z drugiego, gdzie występuje „wżer”. Jest to jedna z głównych przyczyn awarii styków i występuje szczególnie tam, gdzie generowane są iskry.

Różne przekaźniki mają różne rodzaje materiałów używanych do styków przełączających, zależnie od zastosowań i wymaganej wydajności. Istnieje wiele gotowych materiałów, które mogą być użyte, niektóre z bardziej powszechnie stosowanych są wymienione poniżej wraz z ich atrybutami.

• Srebro: Pod wieloma względami, srebro jest jednym z najlepszych materiałów ogólnego przeznaczenia dla styków przekaźnika, posiadającym wysoki poziom przewodności. Jednakże podlega ono procesowi sulfidacji, który jest oczywiście zależny od atmosfery, w której pracuje przekaźnik – jest on znacznie wyższy w obszarach miejskich. Proces ten powoduje, że na powierzchni powstaje cienka warstwa o obniżonej przewodności, chociaż większe uderzenie w styk przy zamykaniu styku przekaźnika może ją przebić. Warstwa ta może również powodować powstanie napięcia interfejsu o wartości kilku dziesiątych wolta, co może mieć wpływ na wydajność w niektórych zastosowaniach
• Srebrny nikiel: Ten typ styku został opracowany w celu zmniejszenia skutków wżerów. Styk srebrny jest stopiony z niklem, aby nadać mu strukturę drobnoziarnistą, w wyniku czego przenoszenie materiału odbywa się bardziej równomiernie na całej powierzchni styku, co skutkuje dłuższą żywotnością.
• Tlenek kadmu srebra: Styki wykonane przy użyciu tlenku kadmu srebra nie mogą równać się z bardzo wysoką przewodnością styków z drobnego srebra, ale oferują zwiększoną odporność na przenoszenie materiału i utratę kontaktu w wyniku łuku elektrycznego. Oznacza to, że te styki będą zazwyczaj trwalsze niż styki srebrne w tych samych warunkach.
• Złoto: Wysoka przewodność i fakt, że nie utlenia się oznacza, że złoto jest idealne dla wielu aplikacji przełączania. Zazwyczaj złoto jest stosowane w celu obniżenia kosztów, a dzięki niskiemu poziomowi zasiarczenia, styki pozostają w dobrym stanie przez długi czas. Jeden problem z przekaźników jest to, że jeśli nie są one używane przez jakiś czas opór styków może wzrosnąć – to nie występuje z gold.
• Tungsten: Wolfram jest używany w przekaźnikach, które są przeznaczone do zastosowań wysokiego napięcia. Mając wysoką temperaturę topnienia ponad 3380 ° C ma doskonałą odporność na erozję łukową, która jest wymagana dla tego typu przełączania.
• Rtęć: Rtęć jest stosowana w specjalnym typie przekaźnika kontaktronowego zwanego przekaźnikiem kontaktronowym zwilżonym rtęcią. Charakteryzuje się ona dobrą przewodnością elektryczną, a ponieważ jest cieczą, nie występują wżery spowodowane przenoszeniem materiału między stykami. Po otwarciu styków przełącznika, rtęć powraca do puli rtęci wymaganej dla tego typu przekaźnika i nowej rtęci używanej do następnej czynności przełączania. Działanie to neguje efekt jakiegokolwiek transferu materiału podczas przełączania.

Ale stosuje się wiele różnych rodzajów materiałów i stopów, są to najczęściej powszechnie stosowane materiały stykowe i wykończenia.

Ograniczenie prądu rozruchowego w celu poprawy niezawodności

Jednym z kluczowych problemów doświadczanych przez elektryczne systemy przełączania: przekaźniki elektromechaniczne, jak również przełączniki półprzewodnikowe, jest problem prądu rozruchowego.

Istnieje wiele przykładów, jak duże mogą być poziomy prądu rozruchowego. Prosta domowa żarówka elektryczna dobrze ilustruje ten punkt. Gdy jest zimna, żarnik ma niską rezystancję i dopiero gdy żarówka się rozgrzeje, jej rezystancja maleje. Zazwyczaj prąd rozruchowy przy włączaniu może być dziesięć do piętnastu razy prąd w stanie ustalonym. Nawet jeśli lampy półprzewodnikowe są obecnie normalnie używane, ten przykład dobrze ilustruje ten punkt.

Obciążenia indukcyjne, takie jak silniki i transformatory, które są często przełączane przez przekaźniki elektromechaniczne mają bardzo wysoki prąd rozruchowy. Często prąd rozruchowy może być dziesięciokrotnie większy od prądu stanu ustalonego, więc styki muszą mieć odpowiednią wartość znamionową.

W wielu obszarach dokonuje się poprawek w celu uwzględnienia prądu rozruchowego. Stosowany jest współczynnik, przez który mnoży się prąd stanu ustalonego, aby uzyskać wartość znamionową styku. Tabela typowych mnożników jest podana poniżej.

Wspólne mnożniki stosowane do uwzględnienia prądu rozruchowego w przekaźnikach
Obciążenie do przełączenia	Mnożnik
Lampy fluorescencyjne (AC)	10
. Żarówki	6
Silniki	6
Grzejniki rezystancyjne	1
Transformatory	20

W związku z tym, korzystając z poniższej tabeli, jeżeli mają być przełączane świetlówki, które normalnie pobierają 1 A, to styki przekaźnika powinny mieć obciążalność 20 A.

Kolejny problem pojawia się, gdy obwód jest przerwany. Wsteczne pole elektromagnetyczne generowane przez obciążenie indukcyjne może łatwo doprowadzić do iskrzenia, które może szybko zniszczyć styki przekaźnika.

Metody takie jak zamontowanie ograniczników prądu rozruchowego na obciążeniu, które często są rezystorami o ujemnym współczynniku temperaturowym, mogą pomóc ograniczyć prąd rozruchowy, a tłumiki przejściowe mogą pomóc ograniczyć wsteczne pole elektromagnetyczne.

Trwałość działania przekaźnika

Jedną z kluczowych kwestii związanych z przekaźnikami elektromechanicznymi jest trwałość styków. W przeciwieństwie do przekaźników półprzewodnikowych i przełączników elektronicznych, styki mechaniczne zużywają się podczas przełączania i mają ograniczoną żywotność.

Dostępne są dwie liczby dotyczące żywotności przekaźników elektromechanicznych:

• Elektryczna oczekiwana żywotność: Elektryczna oczekiwana trwałość to liczba działań przełączających, które są podejmowane, podczas gdy przełączanie, tj. styki, zapewniają wymagany poziom przewodności. Jest to bardzo zależne od zastosowania, ponieważ prąd rozruchowy i wsteczne wyładowania łukowe tworzone przez wsteczne EMF, itp. Wiele przekaźników mocy ma przewidywaną żywotność elektryczną rzędu 100 000 operacji, chociaż, jak wspomniano, jest to bardzo zależne od przełączanego obciążenia.
• Trwałość mechaniczna: Mechaniczna żywotność jest związana z mechanicznymi aspektami przekaźnika. Jest to liczba mechanicznych działań przełączających, które mogą być podjęte niezależnie od wydajności elektrycznej. Często mechaniczna żywotność przekaźnika wynosi około 10 000 000 operacji, a nawet znacznie więcej.

Koniec żywotności styków występuje na ogół, gdy styki przywierają lub spawają się, lub gdy łuk elektryczny itp. spowodował wypalenie styków i przeniesienie materiału, tak że nie można osiągnąć wystarczającej rezystancji styku. Warunki do tego będą zależały od przekaźnika i jego zastosowania. Ich specyfikacja będzie zwykle określona w arkuszu danych przekaźnika.

Wady i zalety przekaźników

Jak w przypadku każdej technologii istnieją zalety i wady stosowania przekaźników elektromechanicznych. Przy projektowaniu obwodów należy ważyć pozytywy i negatywy, aby wybrać odpowiednią technologię dla danego obwodu.

Czasami inną opcją, którą można rozważyć, gdy wymagana jest izolacja elektryczna między dwoma obwodami, może być optoizolator. Te optoizolatory są często włączane do przełączników półprzewodnikowych, często nazywanych również przekaźnikami półprzewodnikowymi, dzięki czemu uzyskuje się wysoki poziom izolacji. Zastosowanie optoizolatorów w przełącznikach półprzewodnikowych / przekaźnikach półprzewodnikowych zapewnia całkowitą izolację między obwodem wejściowym i wyjściowym.

Przekaźniki elektromechaniczne były używane przez wiele lat jako przełączniki elektryczne, a technologia jest dobrze ugruntowana. Te elektromechaniczne lub elektryczne przekaźniki mogą tolerować pewne nadużycia i są one zwykle stosunkowo tolerancyjne na przejściowe skoki napięcia lub kolce. Pod tym względem są one lepsze niż przełączniki półprzewodnikowe / przekaźniki półprzewodnikowe i chociaż zużywają się szybciej, zwłaszcza gdy przełączają obciążenia indukcyjne, muszą tolerować skoki włączania w swoich obciążeniach.

Jako że przekaźniki i przełączniki półprzewodnikowe są obecnie obecne na rynku i oferują wysoki poziom niezawodności, opcje przekaźników elektromechanicznych w porównaniu z przekaźnikami półprzewodnikowymi muszą być starannie rozważone. W niektórych przypadkach starsze przekaźniki są zastępowane przez przekaźniki półprzewodnikowe, ale w innych przypadkach przekaźniki elektromechaniczne mogą oferować najlepszą opcję..

Więcej komponentów elektronicznych:
Resistory Kondensatory Induktory Kryształy kwarcowe Diody Tranzystor Fototranzystor FET Tyrystor Tyrystor Tyrystory Złącza RF Złącza Zawory / Tuby Baterie Przełączniki Przekaźniki
Powrót do menu Komponenty . . .