Releu electromecanic

Tehnologia releelor include:
Bazele releului Bazele releului Releu Reed Specificații releu Reed Circuite releu Releu de stare solidă

Un releu electric este un comutator electric acționat electromagnetic – un comutator electromecanic. Un curent relativ mic este folosit pentru a crea un câmp magnetic într-o bobină în interiorul unui miez magnetic și acesta este folosit pentru a acționa un comutator care poate controla un curent mult mai mare.

În acest fel, un releu electromecanic sau un releu electric poate folosi un curent mic pentru a comuta un curent mult mai mare și pentru a permite ca ambele circuite să fie izolate electric unul de celălalt.

Releelele electrice vin într-o varietate de dimensiuni diferite și pot fi de o varietate de tipuri diferite, folosind tehnologii ușor diferite, deși toate folosesc același concept de bază.

Deși releele electromecanice pot fi considerate, în unele privințe, că folosesc o tehnologie veche, iar releele de stare solidă / întrerupătoarele de stare solidă ar putea fi considerate a fi un mijloc mai eficient de comutare a curentului electric.

Cu toate acestea, releele electromecanice au unele proprietăți unice care le fac ideale pentru multe aplicații, în cazul în care alte tipuri ar putea să nu fie la fel de eficiente. Acestea fiind spuse, întrerupătoarele în stare solidă, relee în stare solidă sau întrerupătoarele electronice sunt utilizate pe scară largă și au preluat controlul în multe domenii în care relee electromecanice erau utilizate anterior ca întrerupătoare electrice.

Simbolul circuitului releului

Simbolurile de circuit pentru relee electromecanice pot varia oarecum – ca majoritatea simbolurilor de circuit. Formatul cel mai utilizat pe scară largă arată bobina releului ca o cutie, iar contactele sunt plasate în apropiere, așa cum se arată mai jos.

Alte circuite, în special cele noi care pot fi un pic mai vechi, pot arăta bobina releului ca o bobină reală. Deși acest lucru nu este în conformitate cu cele mai recente standarde privind simbolul de circuit al releului, poate fi totuși văzut în unele cazuri și descrie bine interiorul releului.

Este posibil să existe și alte seturi de contacte electrice de întrerupere. În același mod în care este posibil să existe mai mulți poli pe un întrerupător, același lucru se poate face și cu relee. Este posibil să existe mai multe seturi de contacte de întrerupător pentru a schimba mai multe circuite.

Bazele întrerupătorului cu releu

Un releu este o formă de întrerupător electric care este acționat de un electromagnet care schimbă comutația atunci când curentul este aplicat la bobină.

Aceste relee pot fi acționate de circuite de comutare în cazul în care întrerupătorul nu poate prelua curentul ridicat al releului electric, sau pot fi acționate de circuite electronice etc. În ambele circumstanțe, ele oferă o propunere foarte simplă și atractivă pentru comutația electrică.

Releelele au un număr de părți de bază care formează releul.

• Cadru: Este necesar un cadru mecanic pentru a menține componentele la locul lor. Acest cadru este în mod normal destul de robust, astfel încât să poată susține ferm elementele suplimentare ale releului electromecanic fără mișcări relative.
• Bobină: Este necesară o bobină înfășurată în jurul unui miez de fier pentru a crește atracția magnetică. Bobina de sârmă face ca un câmp electromagnetic să fie creat atunci când curentul este pornit și face ca armătura să fie atrasă.
• Armătură: Aceasta este partea mobilă a releului. Acest element al releului deschide și închide contactele și are un metal feromagnetic pentru a fi atras de electromagnet. Ansamblul are atașat un resort care readuce armătura în poziția sa inițială.
• Contacte: Contactele sunt acționate prin acțiunea mișcării armăturii. Unele dintre contactele electrice de comutare pot închide circuitul atunci când releul este activat, în timp ce altele pot deschide un circuit. Acestea sunt cunoscute ca fiind normal deschise și normal închise.

Proiectarea releului implică o serie de aspecte. Un element cheie al proiectării este obținerea fluxului magnetic necesar pentru a atrage armătura suficient de repede, fără a consuma curent excesiv. De asemenea, este necesar să se asigure că releul se poate deschide rapid odată ce curentul de excitație este eliminat. Reținerea magnetică în materiale trebuie să fie redusă.

Când un curent trece prin bobină se creează un câmp electromagnetic. Câmpul atrage o armătură de fier, al cărei celălalt capăt împinge contactele împreună, completând circuitul. Când curentul este oprit, contactele se deschid din nou, oprind circuitul.

Când se specifică relee electromecanice, se va observa că contactele electrice de comutare vin într-o varietate de formate. Ca și întrerupătoarele electrice obișnuite, releele electromecanice sunt definite în termeni de întreruperi, poli și aruncări pe care le are dispozitivul.

• Întrerupere: În timp ce mai mulți dintre termenii aplicați releelor electromecanice se aplică, de asemenea, la întrerupătoarele electrice de putere mică, acesta se aplică mai mult la comutarea de putere mai mare. Este numărul de locuri sau contacte separate în care un întrerupător este folosit pentru a deschide sau închide un singur circuit electric.
  Toate releele sunt fie cu întrerupere simplă, fie cu întrerupere dublă. Un contact SB, cu o singură întrerupere, întrerupe un circuit electric într-un singur loc. Apoi, după cum indică și numele, un contact cu dublă întrerupere, DB, întrerupe circuitul în două locuri.
  Contactele cu o singură întrerupere sunt utilizate în mod normal la comutarea dispozitivelor de putere mai mică, eventual circuite electronice sau aplicații de comutație electrică de putere mică. Contactele cu dublă întrerupere sunt utilizate pentru comutarea electrică a dispozitivelor de mare putere. Dacă unul dintre contacte se blochează, atunci este probabil ca celălalt să comute în continuare și să întrerupă circuitul.
• Polul: Numărul de poli pe care îl posedă un întrerupător electric este numărul de seturi diferite de contacte de comutare pe care le are. Un întrerupător unipolar poate comuta doar un singur circuit, în timp ce un întrerupător bipolar poate comuta două circuite diferite și izolate în același timp. Un întrerupător unipolar este adesea indicat prin literele SP, iar un întrerupător bipolar prin DP. Releele pot avea unul, doi sau mai mulți poli.
• Aruncare: Numărul de aruncări pe un întrerupător electric reprezintă numărul de poziții disponibile. Pentru un releu electromecanic, există în mod normal doar una sau două curse. Un releu cu o singură aruncare va face și va întrerupe un circuit, în timp ce un releu cu două aruncări va acționa ca un comutator care dirijează o conexiune de la un punct final la un alt punct final. Releele cu o singură tragere și cele cu dublă tragere sunt adesea desemnate prin literele ST și DT.

De exemplu, o specificație a unui releu electric poate cita un releu unipolar, cu o singură tragere: SPST sau unul poate fi descris ca fiind bipolar, cu o singură tragere: DPST, etc. Acești termeni permit indicarea numărului de seturi de contacte de comutație și dacă acestea sunt de tip deschis/închis sau dacă asigură o funcție de comutare.

Contacte de releu electromecanice

Pentru a asigura un serviciu fiabil și pentru a maximiza durata de viață a releului. Diferite materiale sunt utilizate pe contacte pentru a se asigura că acestea funcționează bine pentru utilizarea lor prevăzută.

Una dintre problemele care apar cu contactele este că se produce o înțepătură – de obicei, materialul tinde să se acumuleze în centrul unui contact, în timp ce există o pierdere de material de la celălalt, unde apare o „groapă”. Aceasta este una dintre cauzele majore de defectare a contactelor și apare în special în cazul în care sunt generate scântei.

Diferite relee au diferite tipuri de materiale utilizate pentru contactele comutatorului, în funcție de aplicații și de performanța necesară. Există multe finisaje care pot fi folosite, unele dintre cele mai utilizate sunt enumerate mai jos cu atributele lor.

• Argint: În multe privințe, argintul este unul dintre cele mai bune materiale de uz general pentru contactele de releu, având un nivel ridicat de conductivitate. Cu toate acestea, el este supus unui proces de sulfurare care depinde în mod evident de atmosfera în care funcționează releul – acesta este mult mai ridicat în zonele urbane. Acest proces determină apariția unei pelicule subțiri la suprafață, cu o conductivitate redusă, deși un impact mai mare la închiderea contactului releului îl poate sparge. Pelicula poate da naștere, de asemenea, la o tensiune de interfață de câteva zecimi de volt, care poate afecta performanța pentru unele aplicații
• Nichel argintiu: Acest tip de contact a fost dezvoltat pentru a reduce efectele de pitting. Contactul de argint este aliat cu nichel pentru a-i conferi o structură cu granulație fină și, ca urmare, transferul de material are loc mai uniform pe întreaga suprafață a contactului, rezultând o durată de viață mai mare.
• Oxid de argint și cadmiu: Contactele realizate cu oxid de argint și cadmiu nu pot egala conductivitatea foarte ridicată a contactelor din argint fin, dar oferă o rezistență sporită la transferul de material și la pierderea contactului ca urmare a arcului electric. Aceasta înseamnă că aceste contacte vor dura de obicei mai mult decât un contact din argint în aceleași condiții.
• Aur: Conductivitatea ridicată și faptul că nu se oxidează înseamnă că aurul este ideal pentru multe aplicații de comutare. Este utilizat numai pentru comutarea curenților slabi, deoarece nu este deosebit de robust… În mod obișnuit, aurul flashing este utilizat pentru a reduce costurile și, ca urmare a nivelurilor scăzute de sulfurare, contactele rămân în stare bună pe perioade lungi de timp. O problemă cu releele este că, dacă nu sunt folosite pentru o anumită perioadă de timp, rezistența de contact poate crește – acest lucru nu se întâmplă în cazul aurului.
• Tungsten: Tungstenul este utilizat în relee care sunt destinate aplicațiilor de înaltă tensiune. Având un punct de topire ridicat de peste 3380°C, acesta are o rezistență excelentă la eroziunea cu arc electric, care este necesară pentru acest tip de comutație.
• Mercur: Mercurul este utilizat într-un tip special de releu Reed numit releu Reed umezit cu mercur. Acesta are o bună conductivitate electrică și, deoarece este un lichid, nu există picurare cauzată de transferul de material între contacte. După ce contactele comutatorului sunt deschise, mercurul se întoarce în rezerva de mercur necesară pentru acest tip de releu, iar mercurul nou este utilizat pentru următoarea acțiune de comutare. Această acțiune anulează efectul oricărui transfer de material în timpul comutării.

Deși se folosesc multe tipuri diferite de materiale și aliaje, acestea sunt cele mai multe dintre materialele de contact și finisajele utilizate în mod obișnuit.

Limitarea curentului de pornire pentru îmbunătățirea fiabilității

Una dintre problemele cheie cu care se confruntă sistemele de comutație electrică: relee electromecanice, precum și întrerupătoarele în stare solidă, este cea a curentului de pornire.

Există multe exemple despre cât de mari pot fi nivelurile de curent de pornire. Un simplu bec electric casnic cu incandescență ilustrează bine acest aspect. Când este rece, filamentul are o rezistență scăzută și abia atunci când lampa se încălzește, rezistența sa scade. În mod obișnuit, curentul de pornire la aprindere poate fi de zece până la cincisprezece ori mai mare decât curentul în stare stabilă. Chiar dacă în prezent se folosesc în mod normal lămpi cu semiconductori, acest exemplu servește pentru a ilustra bine ideea.

În mod tradițional, sarcinile inductive, cum ar fi motoarele și transformatoarele, care sunt adesea comutate de relee electromecanice, au un curent de pornire foarte mare. Adesea, curentul de pornire poate fi cu ușurință de zece ori mai mare decât curentul în regim staționar, astfel încât contactele trebuie să fie dimensionate corespunzător.

În multe domenii se face o toleranță pentru a acomoda curentul de pornire. Se folosește un factor prin care se înmulțește curentul în regim staționar pentru a obține valoarea nominală a contactului. Mai jos este prezentat un tabel cu factorii de multiplicare tipici.

6

1

Multiplicatori obișnuiți folosiți pentru a acomoda curentul de pornire la relee
Cara de comutat	Multiplicator
Lumini fluorescente (AC)	10
. Becuri cu incandescență
Motoare	6
Încălzitoare rezistive
Transformatoare	20

Prin urmare, folosind tabelul de mai jos, dacă urmează să fie comutate lămpi fluorescente, care în mod normal consumă 1 A, atunci contactele releului trebuie să aibă o putere nominală de 20 A.

O altă problemă apare atunci când circuitul este întrerupt. Forța electromagnetică de întoarcere generată de sarcina inductivă poate duce cu ușurință la scântei care pot distruge rapid contactele releului.

Metode cum ar fi montarea de limitatoare de pornire pe sarcină, care sunt adesea rezistențe cu coeficient de temperatură negativ, pot ajuta la limitarea curentului de pornire, iar supresoarele de tranzitori pot ajuta la limitarea forței electromagnetice de întoarcere.

Viața operațională a releului

Una dintre problemele cheie asociate cu releele electromecanice este cea a duratei de viață a contactelor. Spre deosebire de releele în stare solidă și de comutatoarele electronice, contactele mecanice se uzează odată cu comutarea și au o durată de viață limitată.

Există două cifre disponibile pentru durata de viață a releelor electromecanice:

• Speranța de viață electrică: Speranța de viață electrică reprezintă numărul de acțiuni de comutare care sunt efectuate în timp ce comutația, adică contactele, asigură nivelul necesar de conductivitate. Aceasta depinde foarte mult de aplicație, deoarece curentul de pornire și arcul de întoarcere creat de forța electromagnetică de întoarcere, etc. Multe relee de putere au o speranță de viață electrică de 100 000 de operațiuni, deși, după cum s-a menționat, acest lucru depinde foarte mult de sarcina pe care o comută.
• Speranța de viață mecanică: Speranța de viață mecanică se referă la aspectele mecanice ale releului. Este numărul de acțiuni mecanice de comutare care pot fi întreprinse indiferent de performanța electrică. Adesea, speranța de viață mecanică a unui releu este de aproximativ 10 000 000 de operații sau chiar mult mai mult.

Sfârșitul duratei de viață a contactelor are loc, în general, atunci când contactele se lipesc sau se sudează, sau când arcul electric etc. a provocat arderea contactelor și transferul de material astfel încât nu se mai poate obține o rezistență de contact suficientă. Condițiile pentru aceasta vor depinde de releu și de aplicația sa. În mod normal, specificațiile acestora vor fi definite în fișa tehnică a releului.

Avantaje și dezavantaje ale releelor

Ca în cazul oricărei tehnologii, există avantaje și dezavantaje în utilizarea releelor electromecanice. Atunci când se proiectează un circuit, este necesară o pondere a aspectelor pozitive și negative pentru a selecta tehnologia potrivită pentru circuitul respectiv.

Cîteodată, o altă opțiune care poate fi luată în considerare atunci cînd este necesară izolarea electrică între două circuite poate fi un optoizolator. Aceste optoizolatoare sunt adesea încorporate în întrerupătoarele cu semiconductori, adesea numite și relee cu semiconductori, asigurând astfel obținerea unor niveluri ridicate de izolare. Utilizarea optoizolatoarelor în comutatoarele cu semiconductori / relee cu semiconductori asigură o izolare completă între circuitul de intrare și cel de ieșire.

Releelele electromecanice sunt utilizate de foarte mulți ani ca întrerupătoare electrice, iar tehnologia este bine stabilită. Aceste relee electromecanice sau electrice pot tolera unele abuzuri și, în mod normal, sunt relativ tolerante la supratensiuni sau vârfuri de tensiune tranzitorii. Din acest punct de vedere, ele sunt mai bune decât întrerupătoarele cu semiconductori / releele cu semiconductori și, deși se uzează mai repede, în special atunci când comută sarcini inductive, trebuie să tolereze supratensiuni de comutare în sarcinile lor.

Cum relee și întrerupătoare în stare solidă sunt acum prezente pe piață și oferă niveluri ridicate de fiabilitate, opțiunile de relee electromecanice versus relee în stare solidă trebuie să fie analizate cu atenție. În unele cazuri, relee mai vechi sunt înlocuite cu relee în stare solidă, dar în alte cazuri, relee electromecanice pot oferi cea mai bună opțiune.

Mai multe componente electronice:
Rezistențe Condensatoare Inductori Inductori Cristale de cuarț Diode Tranzistor Fototransistor FET Tipuri de memorie Tipuri de memorie Tiristoare Conectori Conectori RF Supape / Tuburi Baterii Întrerupătoare Relee
Întoarceți la meniul Componente . . .