Электромагнитные реле: определение, принцип работы и применение – лекция по электротехнике
В данной статье мы рассмотрим основные принципы работы и применение электромагнитных реле, а также их конструкцию, преимущества и недостатки.
Электромагнитные реле: определение, принцип работы и применение – лекция по электротехнике обновлено: 11 ноября, 2023 автором: Научные Статьи.Ру
Помощь в написании работы
Введение
В электротехнике существует множество устройств и компонентов, которые играют важную роль в передаче и управлении электрической энергией. Одним из таких устройств являются электромагнитные реле. Эти устройства широко применяются в различных областях, включая промышленность, автомобильную отрасль и бытовую технику. В данной статье мы рассмотрим определение, принцип работы, конструкцию, применение, а также преимущества и недостатки электромагнитных реле.
Нужна помощь в написании работы?
Написание учебной работы за 1 день от 100 рублей. Посмотрите отзывы наших клиентов и узнайте стоимость вашей работы.
Определение электромагнитных реле
Электромагнитное реле – это электромеханическое устройство, которое используется для управления электрическими цепями. Оно состоит из электромагнита, контактов и пружин, которые позволяют переключать электрический ток в цепи.
Основной принцип работы электромагнитного реле заключается в использовании электромагнитного поля, создаваемого электромагнитом, для приведения в движение контактов. Когда электромагнит подается на питание, он создает магнитное поле, которое притягивает или отталкивает контакты, в зависимости от их конструкции. Это позволяет открыть или закрыть электрическую цепь.
Конструкция электромагнитного реле включает в себя электромагнит, который состоит из катушки провода, обмотки и магнитного ядра. Когда электрический ток проходит через катушку, он создает магнитное поле, которое притягивает магнитное ядро и двигает контакты.
Электромагнитные реле широко используются в различных областях, включая промышленность, автомобильную промышленность, энергетику и домашние электрические устройства. Они используются для управления электрическими моторами, освещением, отоплением, системами безопасности и другими устройствами.
Преимущества электромагнитных реле включают надежность, долговечность и возможность управления большими электрическими нагрузками. Однако они также имеют некоторые недостатки, такие как большие габариты, высокое энергопотребление и возможность электромагнитных помех.
Принцип работы электромагнитных реле
Электромагнитные реле работают на основе принципа электромагнитной индукции. Они состоят из электромагнита, контактов и пружины.
Когда на электромагнит подается электрический ток, он создает магнитное поле вокруг себя. Это магнитное поле притягивает контакты, которые находятся внутри реле. Когда контакты притягиваются, они замыкают электрическую цепь и позволяют току протекать через них.
Когда электрический ток прекращается, магнитное поле исчезает, и пружина возвращает контакты в исходное положение, разрывая электрическую цепь.
Таким образом, электромагнитные реле позволяют управлять электрическими цепями, открывая и закрывая контакты в зависимости от наличия или отсутствия электрического тока в электромагните.
Электромагнитные реле могут иметь различные типы контактов, такие как нормально открытые (NO), нормально закрытые (NC) и переключающие (SPDT). Нормально открытые контакты замыкаются при подаче тока, а нормально закрытые контакты размыкаются при подаче тока.
Принцип работы электромагнитных реле позволяет использовать их для управления различными электрическими устройствами и системами, обеспечивая надежное и безопасное функционирование.
Конструкция электромагнитных реле
Электромагнитные реле состоят из нескольких основных компонентов:
Катушка
Катушка является основным элементом электромагнитного реле. Она обычно изготавливается из провода, обмотанного вокруг магнитопровода. Когда через катушку пропускается электрический ток, создается магнитное поле, которое притягивает якорь.
Якорь
Якорь представляет собой подвижную часть реле, которая притягивается к магнитопроводу под воздействием магнитного поля, создаваемого катушкой. Якорь обычно имеет контакты, которые могут быть открытыми или закрытыми в зависимости от положения якоря.
Контакты
Контакты представляют собой электрические соединения, которые могут быть открытыми или закрытыми в зависимости от положения якоря. Контакты могут быть нормально открытыми (NO), нормально закрытыми (NC) или переключающими (SPDT).
Рабочая часть
Рабочая часть реле представляет собой механизм, который управляет положением контактов в зависимости от положения якоря. Рабочая часть может быть механической или электромеханической, в зависимости от типа реле.
Все эти компоненты взаимодействуют между собой, обеспечивая надежное и точное управление электрическими устройствами и системами.
Применение электромагнитных реле
Электромагнитные реле широко применяются в различных областях и отраслях, где требуется управление электрическими устройствами и системами. Вот некоторые из основных областей применения:
Автоматизация и промышленность
В промышленности электромагнитные реле используются для управления электрическими моторами, насосами, вентиляторами, компрессорами и другими устройствами. Они обеспечивают надежное включение и выключение электрических устройств, а также защиту от перегрузок и коротких замыканий.
Энергетика
В энергетической отрасли электромагнитные реле используются для управления электрическими схемами, переключения мощных нагрузок и защиты от перегрузок и коротких замыканий. Они также используются в системах автоматического переключения и резервирования электропитания.
Транспорт и автомобильная промышленность
В автомобильной промышленности электромагнитные реле используются для управления системами зажигания, стартерами, фарами, сигналами поворота и другими электрическими устройствами. Они обеспечивают надежное и безопасное функционирование электрических систем автомобилей.
Телекоммуникации и информационные технологии
В телекоммуникационной отрасли электромагнитные реле используются для управления коммутационными системами, переключения сигналов и защиты от перегрузок. Они также используются в сетевых устройствах, серверах и других компонентах информационных технологий.
Бытовая техника
В бытовой технике электромагнитные реле используются для управления холодильниками, стиральными машинами, посудомоечными машинами, кондиционерами и другими электрическими устройствами. Они обеспечивают надежное и эффективное функционирование бытовой техники.
Это лишь некоторые из множества областей, где применяются электромагнитные реле. Их универсальность и надежность делают их неотъемлемой частью современных электрических систем и устройств.
Преимущества электромагнитных реле:
Надежность
Электромагнитные реле обладают высокой надежностью и долговечностью. Они способны выдерживать большие нагрузки и работать в различных условиях.
Быстрое реагирование
Электромагнитные реле могут быстро реагировать на изменения входного сигнала и переключать выходной контакт. Это позволяет им эффективно управлять электрическими устройствами и системами.
Широкий диапазон применения
Электромагнитные реле могут использоваться в различных областях, включая промышленность, автомобильную отрасль, информационные технологии и бытовую технику. Они предлагают универсальное решение для управления электрическими устройствами.
Простота установки и подключения
Установка и подключение электромагнитных реле обычно просты и не требуют специальных навыков. Они имеют стандартные размеры и крепления, что упрощает их интеграцию в систему.
Недостатки электромагнитных реле:
Потребление энергии
Электромагнитные реле потребляют электрическую энергию для своей работы. В некоторых случаях это может быть нежелательным, особенно если требуется экономия энергии.
Износ контактов
При частом переключении электромагнитных реле могут изнашиваться контакты, что может привести к их неправильной работе или поломке. Регулярное обслуживание и замена контактов могут быть необходимыми.
Размеры и вес
Некоторые электромагнитные реле могут быть крупными и тяжелыми, что может создавать проблемы при установке и интеграции в систему.
Несмотря на некоторые недостатки, электромагнитные реле остаются популярным и широко используемым устройством благодаря своей надежности и универсальности.
Таблица с информацией о электромагнитных реле
| Пункт | Описание |
|---|---|
| 1 | Введение |
| 2 | Определение электромагнитных реле |
| 3 | Принцип работы электромагнитных реле |
| 4 | Конструкция электромагнитных реле |
| 5 | Применение электромагнитных реле |
| 6 | Преимущества и недостатки электромагнитных реле |
| 7 | Заключение |
Заключение
Электромагнитные реле – это устройства, которые используются для управления электрическими цепями. Они работают на основе принципа электромагнитной индукции и имеют различные конструкции в зависимости от их назначения. Электромагнитные реле широко применяются в различных областях, таких как автоматизация, электроэнергетика и телекоммуникации. Они обладают рядом преимуществ, таких как высокая надежность и долговечность, но также имеют и некоторые недостатки, такие как большие габариты и потребление энергии. В целом, электромагнитные реле являются важным элементом в электротехнике и играют важную роль в обеспечении надежной работы электрических систем.
Электромагнитные реле: определение, принцип работы и применение – лекция по электротехнике обновлено: 11 ноября, 2023 автором: Научные Статьи.Ру
Как работают электромагнитные реле, какие бывают, как выбрать и проверить
Мы редко задумываемся о том, как работает то или иное устройство. До тех пор, пока оно не вышло из строя. Но если приходится разбираться в причинах поломки, тут и возникают вопросы. Рассмотрим электромагнитное реле — оно стоит в электрической части автомобилей, в бытовой технике и электронике.
Что такое электромагнитное реле, устройство, назначение
Электромагнитное реле — коммутирующее устройство, которое для работы использует электромагнитное поле. Состоит оно из электромагнитной катушки и подвижного якоря, подвижных и неподвижных контактов. Якорь и катушка закреплены на основании. Якорь подпружинен и расположен так, чтобы неподвижные контакты с неподвижными имели точки соприкосновения.
Устройство электромагнитного реле
Как работает электромагнитное реле? При подаче напряжения на обмотку в ней возникает электромагнитное поле. Закрепленный подвижно якорь притягивается к сердечнику катушки, контакты переключаются (смыкаются/размыкаются). В этом и состоит работа реле — перекидывать контакты. К ним подключена разная нагрузка и, в результате срабатывания, изменяется цепи, по которым протекает электрический ток.
При снятии питания электромагнитное поле исчезает, якорь под действием пружины возвращается в исходное состояние. Соответственно и схема возвращается в исходное состояние. По принципу действия очень похоже на работу обычного выключателя. С той лишь разницей, что кнопки нет и «управляются» контакты автоматически, а вместо лампочки может быть участок цепи или какое-то устройство.
Для чего нужно реле в электросхемах
На рисунке выше представлена простейшая схема с электромагнитным реле. Есть кнопка, при помощи которой подается питание на катушку. К контактам подключен исполнительный орган, например, электрическая лампа. При нажатии кнопки питание подается на катушку, якорь притягивается к сердечнику катушки, и давит на контакты. Они замыкаются, на лампочку поступает напряжение и она загорается. При снятии питания с катушки, пружина оттягивает якорь в исходное положение, цепь питания лампочки разрывается и она тухнет. Этот пример показывает, для чего и как используют электромагнитные реле.
Виды электромагнитных реле
Первая классификация — по питанию. Есть электромагнитные реле постоянного и переменного тока. Реле постоянного тока могут быть нейтральными или поляризованными. Нейтральные срабатывают при подаче питания любой полярности, поляризованные реагируют только на положительное или на отрицательное (зависят от направления тока).
Виды электромагнитных реле по типу питающего напряжения и внешний вид одной из моделей
По электрическим параметрам
Еще делят электромагнитные реле по чувствительности:
- Мощность для сработки 0,01 Вт и меньше — высокочувствительные.
- Потребляемая обмоткой мощность при срабатывании — от 0,01 Вт до 0,05 Вт — чувствительные.
- Остальные — нормальные.
В первую очередь стоит определиться с электрическими параметрами
Первые две группы (высокочувствительные и чувствительные) могут управляться от микросхем. Они вполне могут выдавать требуемый уровень напряжения, так что промежуточное усиление не требуется.
По уровню коммутируемой нагрузки есть такое деление:
- Не больше 120 Вт переменного и 60 Вт постоянного тока — слаботочные.
- 500 Вт переменного и 150 Вт постоянного — повышенной мощности;
- Более 500 Вт переменного тока — контакторы. Применяются в силовых цепях.
Есть еще деление по времени срабатывания. Если контакты замыкаются не более чем после 50 мс (миллисекунд) после подачи питания на катушку — это быстродействующее. Если проходит от 50 мс до 150 мс — это нормальная скорость, а все которые требуют для сработки контактов больше 150 мс — замедленные.
По исполнению
Есть еще электромагнитные реле с различной степенью герметичности.
- Открытые электромагнитные реле. Это те, у которых все части «на виду».
- Герметичные. Они запаяны или заварены в металлический или пластиковый корпус, внутри которого воздух или инертный газ. Доступа к контактам и катушке нет, доступны только выводы для подачи питания и подключения цепей.
- Зачехленные. Есть чехол, но он не припаян, а соединяется с корпусом при помощи защелок. Иногда присутствует накидная проволочная петля, которая удерживает крышку.
По массе и размерам отличия могут быть очень существенными
И еще один принцип деления — по размерам. Есть микроминиатюрные — они весят менее 6 граммов, миниатюрные — от 6 до 16 граммов, малогабаритные имеют массу от 16 гр до 40 гр, а остальные — нормальные.
Виды контактных групп
Электромагнитные реле делят по способу работы контактов. Они могут быть:
- Нормально замкнутыми (закрытыми, размыкающими). Сокращенно обозначаются НЗ, на импортных схемах NC.
- Нормально разомкнутыми (открытыми, замыкающими). Обозначение — НО на наших — и NO на зарубежных.
- Перекидными (переключающими). Перекидные отличаются внешне, так как имеют три пластины с контактами. У них обычно обознается только общий контакт — пишут «общ» или comon.
В общем-то, по названиям контактов ясно, как они работают. Нормально замкнутые контакты в исходном состоянии замкнуты, через них протекает ток. При сработке реле контакты размыкаются, цепь питания обрывается.
Нормально закрытый (замкнутый) контакт: что значит
и принцип работы
Нормально открытые (понятнее — нормально разомкнутые) контакты, наоборот, в обычном состоянии разомкнуты. Когда реле срабатывает, контакт замыкается, в цепи возникает ток.
Электромагнитное реле с нормально открытым (разомкнутым) контактом
Наверное, уже понятно как работают переключающий контакт. В отличие от первых двух, переключающий состоит из трех пластин. По краям две неподвижные и подвижная в центре. Подвижный контакт часто называют общим. В нормальном положении подвижная пластина касается одного из контактов, ток протекает по этому пути (на рисунке снизу справа).
Принцип работы электромагнитного реле с переключающими контактами
При срабатывании реле, подвижный контакт изменяет положение благодаря упорной рамке (на рисунке это просто штырь, припаянный к подвижной пластине). А рамка прикреплена к якорю. После срабатывания реле, в первой цепи появляется разрыв, во второй начинает протекать ток.
Это все типы контактов — вроде не так много. Но в одном реле могут быть собраны все три вида, и количество групп каждого виды бывает разным. Их выбирают в зависимости от необходимости.
Электромагнитные реле на схемах: обмотки, контактные группы
Особенность реле в том, что оно состоит из двух частей — обмотки и контактов. Обмотка и контакты имеют различное обозначение. Обмотка графически выглядит как прямоугольник, контакты разного таки имеют каждый свое обозначение. Оно отражает их название/назначения, так что проблем с идентификацией обычно не возникает.
Типы контактов электромагнитных реле и их обозначение на схемах
Иногда рядом с графическим изображением ставят обозначение типа — НЗ (нормально замкнутый) или НО (нормально открытый). Но чаще прописывают принадлежность к реле и номер контактной группы, а тип контакта понятен по графическому изображению.
Вообще, искать контакты реле надо по всей схеме. Ведь физически оно находится в одном месте, а разные его контакты являются частью разных цепей. Это и отображается на схемах. Обмотка в одном месте — в цепи подачи питания. Контакты разбросаны в разных местах — в цепях, в которых они работают.
Пример схемы на электромагнитных реле: контакты находятся в соответствующих цепях (см. цветовую маркировку)
Для примера посмотрите на схему с реле. Реле КА, КV1 и КМ имеют одну контактную группу, КV3 — две, KV2 — три. Но три — это далеко не предел. Контактных групп в каждом реле может быть и десять-двенадцать и больше. И схема на рисунке простая. А если она занимает пару листов формата А2 и в ней масса элементов…
Основные технические характеристики, плюсы и минусы, область применения
Как любые электротехнические детали, электромагнитное реле подбирают по параметрам. Сначала определяются с составом контактных групп, затем — с питанием. Затем наступает пора выбора характеристик.
- Ток или напряжение срабатывания. Самое низкое значение тока или напряжения, при котором контакты уверенно переключаются.
- Ток или напряжение отпускания. Максимальное значение параметров, при которых пружина оторвет якорь от катушки.
- Чувствительность. Минимальный уровень мощности, при котором реле срабатывает.
- Сопротивление обмотки. Измеряется при температуре +20°C.
- Рабочий ток или напряжение. Это диапазон значений, при которых реле точно сработает в эксплуатационных условиях.
- Время срабатывания. Промежуток от момента подачи питания на обмотку до переключения первого контакта.
- Время отпускания. Через какой промежуток времени после снятия питания «отлипнет» якорь.
- Частота коммутации. Сколько раз может сработать реле за определенный промежуток времени.
Характеристики электромагнитного реле. Один из видов
Электромеханические реле имеют большой рабочий ресурс, невысокую цену. Еще один плюс — малое падение мощности при переключении. Но они создают помехи при работе, возможен дребезг контактов, скорость срабатывания совсем невысокая, есть проблемы с индуктивными нагрузками.
Все эти свойства определяют область применения. Обычно это коммутация питания приборов, работающих от 220 В переменного тока или 12 В и 24 В постоянного. Чаще всего нагрузкой являются электродвигатели невысокой мощности, еще подключают освещение, другую индуктивную и активную нагрузку. Мощность коммутируемой нагрузки от 1 Вт до 2-3 кВт.
Как проверить электромагнитное реле
Работоспособность электромагнитного реле зависит от катушки. Поэтому в первую очередь проверяем обмотку. Ее прозванивают мультиметром. Сопротивление обмотки может быть как 20-40 Ом, так и несколько кОм. При измерении просто выбираем подходящий диапазон. Если есть данные о том, какая величина сопротивления должна быть — сравниваем. В противном случае довольствуемся тем, что нет короткого замыкания или обрыва (сопротивление стремится к бесконечности).
Проверить электромагнитное реле можно при помощи тестера/мультиметра
Второй момент — переключаются или нет контакты и насколько хорошо прилегают контактные площадки. Проверить это немного сложнее. К выводу одного из контактов можно подключить источник питания. Например — простую батарейку. При срабатывании реле потенциал должен появиться на другом контакте или исчезнуть. Это зависит от типа проверяемой контактной группы. Контролировать наличие питания также можно при помощи мультиметра, но его надо будет перевести в соответствующий режим (контроль напряжения проще).
Если мультиметра нет
Не всегда под рукой есть мультиметр, но батарейки есть почти всегда. Давайте рассмотрим пример. Есть какое-то реле в герметичном корпусе. Если знаете или нашли его тип, можно посмотреть характеристики по названию. Если данные не нашли или нет названия реле, смотрим на корпус. Обычно тут указывается вся важная информация. Напряжение питания и коммутируемые токи/напряжения есть обязательно.
Проверка обмотки электромагнитного реле
В данном случае имеем реле, которое работает от 12 V постоянного тока. Хорошо если есть такой источник питания, тогда используем его. Если нет, собираем несколько батареек (последовательно, то есть одну за одной), чтобы суммарно получить требуемое напряжение.
При последовательном соединении батареек их напряжение суммируем
Получив источник питания нужного номинала, подключаем его к выводам катушки. Как определить где выводы катушки? Обычно они подписаны. Во всяком случае, есть обозначения «+» и «-» для подключения источников постоянного питания и знаки для переменного типа таких «≈». На соответствующие контакты подаем питание. Что происходит? Если катушка реле рабочая, слышен щелчок — это притянулся якорь. При снятии напряжения он слышен снова.
Проверяем контакты
Но щелчки — это одно. Это значит, что катушка работает, но надо еще контакты проверить. Возможно они окислились, цепь замыкается, но сильно падает напряжение. Может они стерлись и контакт плохой, может, наоборот, закипели и не размыкаются. В общем, для полноценной проверки электромагнитного реле необходимо еще проверить работоспособность контактных групп.
Проще всего объяснить на примере реле с одной группой. Они обычно стоят в автомобилях. Автолюбители называют их по числу выводов: 4 контактные или 5 контактные. В обоих случаях там всего одна группа. Просто четырех контактное реле содержит нормально замкнутый или нормально разомкнутый контакт, а пятиконтактное — переключающую группу (перекидные контакты).
Электромагнитное реле 4 и 5 контактное: расположение контактов, схема подключения
Как видите, питание подается в любом случае на выводы, которые подписаны 85 и 86. А к остальным подключается нагрузка. Для проверки 4-контактного реле можно собрать простейшую связку из маленькой лампочки и батарейки нужного номинала. Концы этой связки прикрутить к выводам контактов. В 4-контактном реле это выводы 30 и 87. Что получится? Если контакт на замыкание (нормально разомкнутый), при сработке реле лампочка должна загореться. Если группа на размыкание (нормально замкнутый) должна потухнуть.
В случае с 5-контактным реле схема будет чуть сложнее. Тут потребуется две связки из лампочки и батарейки. Используйте лампы разного формата, цвета или каким-то образом их разделите. При отсутствии питания на катушке у вас должна гореть одна лампочка. При срабатывании реле она гаснет, загорается другая.
Электромагнитное реле. Что мы знаем о нём, кроме того, что слово произошло от французского «relais»?
Once upon a time… (где то около года несколько лет назад я кратко поспорил на Хабре:
olartamonov
… Диод, накоротко шунтирующий обмотку реле, сильно увеличивает время его размыкания — и, соответственно, искрение на контактах. …
VT100
… Это может показаться контринтуитивным, но увеличивает он не столько время размыкания, сколько время от снятия сигнала управления до начала размыкания. Это следует из энергии запасённой в обмотке реле и квадрата отношения напряжений питания и отпускания реле (при типичных напряжениях — не менее 90% энергии будет рассеяно на диоде). А собственно время размыкания — определяется, в основном, только механикой реле (усилие пружин и инерция подвижных частей).
Да, там есть ещё некоторый всплеск тока катушки, обусловленный изменением индуктивности при размыкании магнитопровода. Но начальный момент его размыкания — это ещё не момент начала размыкания контактов, КМК. …
olartamonov
Нет, это не так.
Я считаю, что предрассудок «диод параллельно катушке реле это плохо» — не верен. Влияние диода не так велико, а в некоторых случаях — полезно.
Конструкция типичного реле
Как многие помнят, типичное реле состоит из электромагнита (катушки с сердечником из магнито-мягкого материала), подвижной системы (якорь, притягиваемый электромагнитом, его возвратная пружина и пружины контактов) и контактов, замыкаемых и размыкаемых при перемещении якоря.
Из неотмеченных в этом ролике и, возможно, недостаточно очевидных особенностей реле — обратите внимание на тот факт, что замыкание нормально открытых контактов (т.е. разомкнутых при отсутствии тока в катушке) происходит ещё до момента замыкания якоря и сердечника реле. Это создаёт необходимое усилие смыкания контактов и обеспечивает их очистку за счёт сдвига друг относительно друга ([1], стр. 18, 23, 24). То же происходит и при их размыкании: сначала начинает двигаться якорь, потом — размыкаются контакты.
Но зачем вообще нужен диод (демпфер) параллельно катушке реле?
Электромагнит имеет некоторую индуктивность. При быстром прерывании тока через индуктивность на её зажимах генерируется значительная ЭДС, пытающаяся поддержать ток на прежнем уровне. Так, при прерывании тока транзисторным ключом, напряжение на его коллекторе может превысить 1000 В (по абсолютной величине) и вызвать пробой коллекторного перехода транзистора. В лучшем случае — обратимый, в худшем — с выходом транзистора из строя. Вот, что показывает SPICE симуляция в TINA-TI.
Напряжение на коллекторе ключевого транзистора и ток катушки реле при отсутствии демпфирования.
То же, напряжение на коллекторе в меньшем масштабе. Обратите внимание на прямое смещение коллекторного перехода. Мгновенное напряжение на коллекторе в выбранной точке достигает достигает 40 вольт.
Демпфирование диодом — ничего неожиданного. Ток спадает экспоненциально за счёт сопротивления катушки (>> сопротивления открытого диода).
И резистором — более быстрый экспоненциальный спад.
Демпфирование стабилитроном — быстрый спад, близкий к линейному (напряжение стабилизации делёное на сопротивление катушки). Но тут — снова происходит резкое прерывание ненулевого тока (при ЭДС самоиндукции меньше напряжения стабилизации) и мы видим затухающие колебания, сходные с колебаниями в обратноходовом (Flyback) источнике питания с RCD демпфером. Это — возможный источник помех в соседних цепях.
Вот эти колебания в меньшем масштабе. Опять появляется прямое смещение коллекторного перехода ключа, хотя — уже не такое жестокое. Но однократная помеха — проникает в цепь управления ключом.
Теоретическое опровержение предрассудка
Моя идея — базируется на известном соотношении между током катушки индуктивности (электромагнита) и энергией, запасённой в её магнитном поле: E = LI 2 /2 (L — индуктивность катушки, I — ток через неё). Заменяя ток на напряжение по известному сопротивлению катушки, из справочных данных на минимальное напряжение удержания, — получаем озвученные мною 90%. Тут я упустил из внимания, что напряжение удержания указывается минимальным и на практике — оно обычно несколько больше указанного в документации. Но «квадрат» («хорошо, что пополам») — работает в пользу моей гипотезы. Для рассеяния 90% энергии необходимо фактическое напряжение отпускания чуть меньше, чем треть от номинального. А это укладывается в datasheet большинства реле.
При выключении реле, до тех пор, пока ток через катушку реле не упадёт достаточно для отпускания якоря, — нормально открытые контакты всё еще остаются замкнутыми, их движения нет, поэтому — нет ни дуги, ни какого-либо их износа. См. [1], стр. 48 и 53, рис. 25 и 28, описание «электрической задержки» в работе реле, обусловленной индуктивностью и активным сопротивлением катушки.
Эксперименты
Пользуясь недавним избытком свободного времени (весенние «каникулы» 2020 года), я решил закрыть «технический долг» перед самим собой и исследовать, как и на сколько влияет тип применённого демпфера катушки реле на механическое движение его контактов в части времени перехода подвижного контакта между неподвижными (другими словами — скорости достижения зазора, достаточного для гашения дугового разряда) и числа импульсов дребезга (числа возможных дуговых разрядов при каждом переключении). А также — как меняется индуктивность катушки в зависимости от тока и положения якоря. Для опытов были привлечены силовые реле с номинальным напряжением катушки 24 В ( промавтоматика ):
- G2R производства Omron, реле с одним переключающим контактом для монтажа на печатную плату;
- R4 производства Relpol и HJQ-22F-4Z производства Tianbo, реле с четырьмя переключающими контактами для монтажа в колодку;
- SIM222 производства Elesta, безопасное реле с четырьмя изолированными механически связанными контактами, 2 нормально закрытых (замкнутых, далее по тексту — НЗ, включая аналогичный контакт реле с переключающими контактами) и 2 нормально открытых (разомкнутых, далее — НО).
- TVS диод 1.5KE150A с напряжением ограничения 150 В ном. (итого — перенапряжение на ключевом транзисторе VT2 достигает 174 В ). Это я считаю как «практически полное отсутствие демпфирования» и использую полученные значения как базовые;
- noname стабилитрон на 24 В в корпусе DO-35 (BZX55C24? Итого — перенапряжение около 48 В);
- резистор, обеспечивающий перенапряжение примерно вдвое больше рабочего напряжения катушки (исходя из условия неразрывности тока катушки в момент запирания управляющего транзистора — сопротивление резистора получается в полтора-два раза больше её сопротивления, итого — перенапряжение около 70-80 В);
- диод 1N4148 в корпусе DO-35 (перенапряжение практически отсутствует).
Аппаратура и ПО для измерения времени движения подвижного контакта и дребезга.
Источник питания реле — на базе импульсного преобразователя 33063 (34063). На входе напряжение 12 В от ПК, на выходе — около 24 В (номинальное напряжение питания реле, падением 0.2-0.4 В на ключе управления и токоизмерительном резисторе — пренебрегаем). Питание управляющего микроконтроллера — от 3-х выводного линейного стабилизатора типа LM2931 на напряжение 5.0 В. Собственно измеритель — на микроконтроллере ATmega88A (что нашлось в запасах) с тактовой частотой 11.052 МГц.
Ток катушки реле измеряется по падению напряжения на R12, незначительно фильтруется C11 и R11, усиливается DA3 и подаётся на вход ADC5. Используется внутренний источник опорного напряжения (1.1 В ном.) зашунтированный внешним конденсатором (0,1 мкФ, на схеме не показан).
Синхронное управление катушкой реле (0.5 Гц) и запуском АЦП (10800 Гц) обеспечивает 16-и битный таймер № 1. Драйвер катушки в пояснениях не нуждается? Диод VD2 используется при испытаниях демпфирования TVS и стабилитроном, для исключения замыкания выхода ключа через демпфер.
Состояние контактов реле считывается по входам внешних прерываний PCINT21 и PCINT22. Учитываются изменения не короче 3.3 мкс (C6*R3), т.е. примерно на порядок меньше ожидаемого времени дребезга. В прерывании «pin change interrupt 2» ведётся накопительный счётчик дребезга контактов. В прерывании сравнения таймера 1 — считывается состояние контактов (замкнут/разомкнут) за прошедший период синхронно с запуском (выборкой значения тока) АЦП.
В прерывании по готовности данных АЦП инициируется передача данных на ПК (через USART на скорости 460800 Бод, по прерываниям, через FT232):
- 2 байта данных тока катушки с замешанными в старшие разряды (15 и 14) битами состояния контактов реле;
- 1 байт счётчика импульсов дребезга с его обнулением.
Обработка полученных данных проводится в excel (давно ничего не программировал на ПК, так — проще), файл parse_long [7]. Оригиналы принятых данных (8-битные значения по 3 в строке — число импульсов дребезга, MSB тока катушки и состояние контактов, LSB тока катушки) сохраняются на листе «Исходные данные». Потом, по одному набору, они копируются в столбцы A:C листа «Расчёт». На листах «Ток (замык.)», «Ток (разм.)», «Изменения (замык.)», «Изменения (разм.)» и «Контакты (разм.)» они разбираются в 127 групп по 256 последовательных во времени значений и вычисляются средние значения (для тока на листах «Ток . ») или суммы (для числа импульсов дребезга на листах «Изменения . ») для каждых 127 значений, полученных в одно и то же время. Вычисленные значения возвращаются на лист «Расчёт» (в столбцы «Ток замыкания», «Число переключений при замыкании», «Ток размыкания» и «Число переключений при размыкании»). В столбцах O:S задаются начальные строки «окон» для определения матожидания и дисперсии времени замыкания и размыкания контактов. При подаче питания на катушку, «Т. 1 на замыкании» это момент размыкания НЗ контакта, а «Т. 2 на замыкании» это момент первого замыкания НО контакта. При снятии питания с катушки — наоборот, «Т. 1 на размыкании» это момент размыкания НО контакта, а «Т. 2 на размыкании» это момент первого замыкания НЗ контакта. Также — данные с листа «Расчёт» выводятся в графики тока катушки и импульсов на контактах на листе «График».
Поскольку интересуют только относительные данные во временной области — АЦП не калибруется и ток не переводится в реальные миллиамперы, а показывается в целочисленных данных с АЦП.
Данные о состоянии контактов с листа «Контакты» (1 — замкнут НО контакт, 2 — замкнут НЗ, 3 — разомкнуты оба) используются для справки.
Вот пример графиков включения и выключения реле R4 с демпфером 1N4148 (наиболее удобный для подписей, т.к. графики включения и выключения не накладываются друг на друга). Как видно, подписи к осциллограммам тока катушки в «3C9132. Proper Coil Drive is Critical to Good Relay and Contactor Performance» [6] — недостаточно верно описывают поведение подвижной системы ввиду отсутствия информации о состоянии контактов и вообще не рассматривают выключение реле. В «13C3264. Coil Suppression Can Reduce Relay Life» [6] — рассмотрено именно выключение, но также не рассматривается состояние контактов — только ток катушки. В отличие от 3C9132 — включение НО контакта происходит ещё до локального минимума тока в середине графика (завершение движения якоря), что достаточно очевидно ввиду того, что необходимо создать «натяг» в соединении НО и подвижного контактов, а это как раз и требует их замыкания ещё до завершения движения якоря. В отличие от 13C3264 — во всех случаях применения диодного демпфирования процесс переключения реле уже завершается (замыканием НЗ контакта) во время локального максимума тока катушки.
Таблица 1 [7]. Времена от изменения сигнала управления ключом до первого изменения состояния контактов (размыкания НЗ контакта при подаче тока в катушку или размыкания НО контакта при отключении подачи тока), числа импульсов дребезга при изменении состояния контактов и времена движения контактов между первым и вторым изменением состояния (перехода подвижного контакта от НЗ к НО и обратно).
При обмере SIM222 погиб на боевом посту единственный наличный MPSA92. Из приемлемых замен нашёлся только КТ814В, поэтому измерения с TVS 1.5KE150A в роли «почти отсутствующего» демпфера не проводились.
1 — смотрите далее по тексту об особенностях механики этого реле.
2 — дребезг продолжается, как минимум, до истечения времени захвата данных.
Выводы
- Что действительно сильно затягивается, так это время от снятия напряжения с катушки реле до размыкания НО контакта (именно это, не несущее информации о влиянии на ресурс, время drop-out time — мы видим в документе «13C3311. The application of relay coil suppression with DC relays» [6]). И любая схема демпфирования, в том числе и со стабилитроном, — увеличивает его. Для демпфера на 24 В стабилитроне увеличение относительно «почти отсутствующего» демпфера на 150 В TVS составляет около 80 %. Для простого диодного демпфера — ещё больше, 200-300 %. Но, ещё раз , — это время не влияет на ресурс контактов, т.к. они всё ещё остаются замкнутыми.
- Схемы демпфирования с полным поглощением энергии катушки (резистором или диодом) — имеют свои преимущества. Например, они снижают скорость удара подвижного контакта о НЗ и тем самым существенно снижают время его дребезга — от 14 до 30 % для диодного демпфера. У некоторых реле (R4) — снижается и длительность дребезга при размыкании НО контакта [5]. Облегчается режим работы ключевого транзистора и улучшается помеховая обстановка.
- При наиболее агрессивной схеме демпфирования (диодом) время перехода подвижного контакта от НО к НЗ контакту при снятии напряжения с катушки реле действительно увеличивается. По сравнению с демпфированием стабилитроном увеличение составило от 23 до 46 % (в зависимости от типа реле). Так что заявления о затягивании времени выключения реле в разы [интернет, 3, 6] — являются ложными.
- Механике реле R4 (может быть — многих реле данного габарита и конструкции?)— свойственен некий «прогрев», выражающийся в уменьшении времени срабатывания в течении первого десятка быстрых срабатываний после длительного простоя.
- Особняком выступило реле G2R с большим люфтом в подвижной системе. При подаче напряжения на катушку — якорь успевает набрать довольно большую скорость до тех пор, пока не наткнётся на подвижный контакт. Ударившись о подвижный контакт и отскакивая, якорь вызывает этим около десятка импульсов дребезга НЗ контакта, колебания всей подвижной системы (видны как колебания тока катушки, см. изображения ниже) и даже — новое замыкание НЗ контакта. Вот тут — во всей красе себя проявляет диодный демпфер, который единственный и полностью подавляет эту неприятность! Я, правда, так и не придумал объяснения этому факту, т.к. напряжение на катушке реле вряд ли меняет свой знак при этих колебаниях (будучи подключенным через низкое сопротивление насыщенного транзистора к низкому сопротивлению источника напряжения), а ёмкость обратно смещённого диода — мизерна по сравнению с собственной ёмкостью катушки… Возможно — надо рассмотреть катушку этого реле как элемент с распределёнными, а не сосредоточенными параметрами (индуктивность, сопротивление). А индуктивность — как переменную, модулируемую массой якоря и упругостью его пружины.
Графики для G2R с демпфированием стабилитроном и диодом.
(TL;DR) 2
Также — я постарался измерить изменение индуктивности катушки при перемещении якоря, чтобы как-то подвязать и его в формулу энергии. Но изменения — достаточно малы (1,5-2 раза), чтобы не брать их в рассмотрение, ввиду малости по сравнению с квадратом изменения тока. Кроме того — в энергетических расчётах надо бы учесть и энергию возвратных пружин.
Ещё немного, для самых стойких.
«13C3344. Determining Relay Coil Inductance» [6] — предлагает измерить индуктивность в одном положении якоря (включенном вручную уже при нулевом напряжении). Я решил собрать немного больше данных и с минимальным вмешательством в работу реле.
Источник питания — тот же, с несколько большим выходным напряжением (около 30 В при R2 = 13 кОм, R1 = 560 Ом).
Для измерения индуктивности использован типичный 3-точечный генератор с ёмкостной обратной связью (правая часть схемы). Ток коллектора (устанавливается R8) выбран минимально достаточным для возбуждения (с амплитудой не более 2 В~ на катушке) при подаче на катушку реле номинального постоянного напряжения. Для снижения уровня высших гармоник связь контура с генератором выбрана небольшой (отношение ёмкости C2 к ёмкости последовательных C3 и C4) и используется последовательный резистор R7. Частота установлена небольшой, что-бы уменьшить влияние потерь в сердечнике. Сигнал с базы генератора через буферный ОУ и развязку по постоянному току (C5, R10) подаётся на звуковую карту ПК.
Чтобы не закорачивать контур по переменному напряжению, постоянное напряжение на катушку реле подаётся с помощью генератора тока (с относительно высоким выходным сопротивлением). Сопротивление R4 в эмиттерной цепи регулирующего транзистора задаёт нужный максимальный уровень тока и, через сопротивление катушки реле (640 Ом ном. для реле типа R4), максимальное напряжение на ней (2.5 В * 640 Ом / 68 Ом = 23.5 В=). Уменьшая (относительно положительного полюса источника питания) напряжение на неинвертируюшем входе ОУ можно задать произвольное напряжение на катушке реле. А подав сигнал через RC-цепочку — записать коротенький трек в стиле техно-индастриал [7].
Оказалось, что индуктивность относительно мало меняется в моменты замыкания и размыкания подвижной системы (всё равно остаются зазоры в шарнире якоря и неплотность прилегания якоря к сердечнику) и, при достижении током номинального значения, падает из-за насыщения якоря и сердечника.
Индуктивности катушки (Гн) в зависимости от напряжения на катушке (В) и состояния подвижной системы реле (замкнуты или разомкнуты контакты и есть ли немагнитный зазор между якорем и сердечником) приведены в следующей таблице. В конструктивно схожих реле R4 и HJQ-22F — у первого, визуально, якорь плотнее прилегает к сердечнику. У реле G2R и HJQ-22F — напротив, на якоре есть пуклёвка, обеспечивающая явную неплотность посадки якоря на сердечник. Вероятно, это и обусловило относительно меньшее изменение индуктивности у HJQ-22F.
Таблица 2 [7]. Индуктивности катушек реле и приложенное к ним напряжение в зависимости от состояния подвижной системы.
Переключайтесь правильно и да пребудет с вами сила тока!
- Мощные электромагнитные реле. Справочник инженера. С.-Петербург, 2001, 152 страницы.
- Применение метода осциллографического анализа динамических характеристик электромагнитных реле для его технической диагностики.
- О перенапряжениях в электромагнитных реле и некоторых способах их уменьшения. Время движения контактов реле РЭС47, 48, 49, 60 при шунтировании катушки диодом — увеличивается в 2..5 раз, но это недостаточно релевантно по отношению к моим измерениям — я обмерял силовые реле, а тут — упомянуты скорее сигнальные.
- https://habr.com/ru/company/wirenboard/blog/422197/
- https://habr.com/ru/company/unwds/blog/390601/#comment_17300559
- Рекомендации по применению электромагнитных реле от TE Connectivity (TYCO).
- Архив с программным обеспечением, таблица с полученными данными и расчётами, итоговые таблицы и техно-индастриал.
- Файл «Relay delay okey» от Gunnar Englund с подтверждением тезиса о практической неизменности скорости движения подвижной системы реле вне зависимости от типа демпфера. Он попался в мои сети уже в этом году.
P.S. В отличие от автора эпиграфа, который «если и насиловал кого — так только факты в угоду предвзятой идее», у меня — всё точно.
Электромагнитное реле: устройство, маркировка, виды + тонкости подключения и регулировки
Преобразование электрических сигналов в соответствующую физическую величину — движение, сила, звук и т. д., осуществляется с помощью приводов. Классифицировать привод следует как преобразователь, поскольку это устройство изменяет один тип физической величины в другой.
Привод обычно активируется или управляется командным сигналом низкого напряжения. Классифицируется дополнительно как двоичное или непрерывное устройство исходя из числа стабильных состояний. Так, электромагнитное реле является двоичным приводом, учитывая два имеющихся стабильных состояния: включено — отключено.
В представленной статье подробно разобраны принципы работы электромагнитного реле и сфера использования приборов.
Основы исполнения привода
Термин «реле» является характерным для устройств, которыми обеспечивается электрическое соединение между двумя и более точками посредством управляющего сигнала.
Наиболее распространенным и широко используемым типом электромагнитного реле (ЭМР) является электромеханическая конструкция.
Так выглядит одна конструкция из многочисленного ряда изделий, именуемых как электромагнитные реле. Здесь показан закрытый вариант механизма с помощью крышки из прозрачного оргстекла
Схема фундаментального контроля над любым оборудованием всегда предусматривает возможность включения и отключения. Самый простой способ выполнить эти действия — использовать переключатели блокировки подачи питания.
Переключатели ручного действия могут использоваться для управления, но имеют недостатки. Явный их недостаток – установка состояний «включено» или «отключено» физическим путем, то есть вручную.
Устройства ручного переключения, как правило, крупногабаритные, замедленного действия, способные коммутировать небольшие токи.
Ручной механизм переключения – «дальний родственник» электромагнитных реле. Обеспечивает тем же функционалом – коммутацией рабочих линий, но управляется исключительно вручную
Между тем электромагнитные реле представлены в основном переключателями с электрическим управлением. Приборы имеют разные формы, габариты и разделяются по уровню номинальных мощностей. Возможности их применения обширны.
Такие приборы, оснащенные одной или несколькими парами контактов, могут входить в единую конструкцию более крупных силовых исполнительных механизмов — контакторов, что используются для коммутации сетевого напряжения или высоковольтных устройств.
Основополагающие принципы работы ЭМР
Традиционно реле электромагнитного типа используются в составе электрических (электронных) схем управления коммутацией. При этом устанавливаются они либо непосредственно на печатных платах, либо в свободном положении.
Общее строение прибора
Токи нагрузки используемых изделий обычно измеряются от долей ампера до 20 А и более. Релейные цепи широко распространены в электронной практике.
Приборы самой разной конфигурации, рассчитанные под инсталляцию на монтажных электронных платах либо непосредственно в виде отдельно устанавливаемого устройства
Конструкция электромагнитного реле преобразует магнитный поток, создаваемый приложенным напряжением переменного/постоянного тока, в механическое усилие. Благодаря полученному механическому усилию, выполняется управление контактной группой.
Наиболее распространенной конструкцией является форма изделия, включающая следующие компоненты:
- возбуждающую катушку;
- стальной сердечник;
- опорное шасси;
- контактную группу.
Стальной сердечник имеет фиксированную часть, называемую коромысло, и подвижную подпружиненную деталь, именуемую якорем.
По сути, якорь дополняет цепь магнитного поля, закрывая воздушный зазор между неподвижной электрической катушкой и подвижной арматурой.
Детальный расклад конструкции: 1 – пружина отжимающая; 2 – сердечник металлический; 3 – якорь; 4 – контакт нормально закрытый; 5 – контакт нормально открытый; 6 – общий контакт; 7 – катушка медного провода; 8 — коромысло
Арматура движется на шарнирах или поворачивается свободно под действием генерируемого магнитного поля. При этом замыкаются электрические контакты, прикрепленные к арматуре.
Как правило, расположенная между коромыслом и якорем пружина (пружины) обратного хода возвращает контакты в исходное положение, когда катушка реле находится в обесточенном состоянии.
Действие релейной электромагнитной системы
Простая классическая конструкция ЭМР имеет две совокупности электропроводящих контактов.
Исходя из этого, реализуются два состояния контактной группы:
- Нормально разомкнутый контакт.
- Нормально замкнутый контакт.
Соответственно пара контактов классифицируется нормально открытыми (NO) или, будучи в ином состоянии, нормально закрытыми (NC).
Для реле с нормально разомкнутым положением контактов, состояние «замкнуто» достигается, только когда ток возбуждения проходит через индуктивную катушку.
Один из двух возможных вариантов установки контактной группы по умолчанию. Здесь в обесточенном состоянии катушки «по умолчанию» установлено нормально закрытое (замкнутое) положение
В другом варианте — нормально закрытое положение контактов остается постоянным, когда ток возбуждения отсутствует в контуре катушки. То есть контакты переключателя возвращаются в их нормальное замкнутое положение.
Поэтому термины «нормально открытый» и «нормально закрытый» следует относить к состоянию электрических контактов, когда катушка реле обесточена, то есть напряжение питания реле отключено.
Электрические контактные группы реле
Релейные контакты представлены обычно электропроводящими металлическими элементами, которые соприкасаются друг с другом, замыкают цепь, действуя аналогично простому выключателю.
Когда контакты разомкнуты, сопротивление между нормально открытыми контактами измеряется высоким значением в мегаомах. Так создается условие разомкнутой цепи, когда прохождение тока в контуре катушки исключается.
Контактная группа любого электромеханического коммутатора в разомкнутом режиме имеет сопротивление в несколько сотен мегаом. Величина этого сопротивления может несколько отличаться у разных моделей
Если же контакты замкнуты, контактное сопротивление теоретически должно равняться нулю — результат короткого замыкания.
Однако подобное состояние отмечается не всегда. Контактная группа каждого отдельного реле обладает определенным контактным сопротивлением в состоянии «замкнуто». Такое сопротивление называется устойчивым.
Особенности прохождения токов нагрузки
Для практики установки нового электромагнитного реле, контактное сопротивление включения отмечается малой величиной, обычно менее 0,2 Ом.
Объясняется это просто: новые наконечники остаются пока что чистыми, но со временем сопротивление наконечника неизбежно будет увеличиваться.
Например, для контактов под током 10 А, падение напряжения составит 0,2х10 = 2 вольта (закон Ома). Отсюда получается — если подводимое на контактную группу напряжение питания составляет 12 вольт, тогда напряжение для нагрузки составит 10 вольт (12-2).
Когда контактные металлические наконечники изнашиваются, будучи не защищенными должным образом от высоких индуктивных или емкостных нагрузок, становится неизбежным появление повреждений от эффекта электрической дуги.
Электрическая дуга на одном из контактов электромеханического прибора коммутации. Это одна из причин повреждения контактной группы при отсутствии надлежащих мер
Электрическая дуга — искрообразование на контактах — приводит к возрастанию контактного сопротивления наконечников и как следствие к физическим повреждениям.
Если продолжать использовать реле в таком состоянии, контактные наконечники могут полностью утратить физическое свойство контакта.
Но есть более серьезный фактор, когда в результате повреждения дугой контакты в конечном итоге свариваются, создавая условия короткого замыкания.
В таких ситуациях не исключается риск повреждения цепи, которую контролирует ЭМР.
Так, если сопротивление контакта увеличилось от влияния электрической дуги на 1 Ом, падение напряжения на контактах для одного и того же тока нагрузки увеличивается до 1×10=10 вольт постоянного тока.
Здесь величина падения напряжения на контактах может быть неприемлема для схемы нагрузки, особенно при работе с напряжениями питания 12-24 В.
Тип материала контактов реле
С целью уменьшения влияния электрической дуги и высоких сопротивлений, контактные наконечники современных электромеханических реле изготавливают или покрывают различными сплавами на основе серебра.
Таким способом удается существенно продлить срок службы контактной группы.
Наконечники контактных пластин электромеханических приборов коммутации. Здесь представлены варианты наконечников, покрытых серебром. Покрытие подобного рода снижает фактор повреждений
На практике отмечается использование следующих материалов, коими обрабатываются наконечники контактных групп электромагнитных (электромеханических) реле:
- Ag — серебро;
- AgCu — серебро-медь;
- AgCdO — серебро-оксид кадмия;
- AgW — серебро-вольфрам;
- AgNi — серебро-никель;
- AgPd — серебро-палладий.
Увеличение срока службы наконечников контактных групп реле за счет уменьшения количества формирований электрической дуги, достигается путем подключения резистивно-конденсаторных фильтров, называемых также RC-демпферы.
Эти электронные цепочки включают параллельно с контактными группами электромеханических реле. Пик напряжения, который отмечается в момент открытия контактов, при таком решении видится безопасно коротким.
Применением RC-демпферов удается подавлять электрическую дугу, что образуется на контактных наконечниках.
Типичное исполнение контактов ЭМР
Помимо классических нормально открытых (NO) и нормально закрытых (NC) контактов, механика релейной коммутации также предполагает классификацию с учетом действия.
Особенности исполнения соединительных элементов
Конструкции реле электромагнитного типа в этом варианте допускают наличие одного или нескольких отдельных контактов переключателя.
Таким выглядит прибор, технологически сконфигурированный под исполнение SPST – однополюсный и однонаправленный. Существуют также другие варианты исполнения
Исполнение контактов характеризуется следующим набором аббревиатуры:
- SPST (Single Pole Single Throw) – однополюсный однонаправленный;
- SPDT (Single Pole Double Throw) – однополюсный двунаправленный;
- DPST (Double Pole Single Throw) – двухполюсный однонаправленный;
- DPDT (Double Pole Double Throw) – двухполюсный двунаправленный.
Каждый такой соединительный элемент обозначается, как «полюс». Любые из них могут подключаться или сбрасываться, одновременно активируя катушку реле.
Тонкости применения приборов
При всей простоте конструкции коммутаторов электромагнитного действия, существуют некоторые тонкости практики использования этих приборов.
Так, специалисты категорически не рекомендуют подключать в параллель все контакты реле, чтобы таким способом коммутировать цепь нагрузки с высоким током.
Например, подключать нагрузку на 10 А путем параллельного соединения двух контактов, каждый из которых рассчитан на ток 5 А.
Эти тонкости монтажа обусловлены тем, что контакты механических реле никогда не замыкаются и не размыкаются в единый момент времени.
В результате один из контактов в любом случае будет перегружен. И даже с учетом кратковременной перегрузки, преждевременный отказ прибора в таком подключении неизбежен.
Неправильная эксплуатация, а также подключение реле вне установленных правил монтажа, обычно заканчивается вот таким исходом. Внутри выгорело практически все содержимое
Электромагнитные изделия допустимо использовать в составе электрических или электронных схем с низким энергопотреблением как переключатели относительно высоких токов и напряжений.
Однако категорически не рекомендуется пропускать разные напряжения нагрузки через соседние контакты одного прибора.
Например, коммутировать напряжение переменного тока 220 В и постоянного тока 24 В. Всегда следует применять отдельные изделия для каждого из вариантов в целях обеспечения безопасности.
Приемы защиты от обратного напряжения
Значимой деталью любого электромеханического реле является катушка. Эта деталь относится к разряду нагрузки с высокой индуктивностью, поскольку имеет проводную намотку.
Любая намотанная проводом катушка обладает некоторым импедансом, состоящим из индуктивности L и сопротивления R, образуя, таким образом, последовательную цепь LR.
По мере протекания тока через катушку, создается внешнее магнитное поле. Когда течение тока в катушке прекращается в режиме «отключено», увеличивается магнитный поток (теория трансформации) и возникает высокое обратное напряжение ЭДС (электродвижущей силы).
Это индуцированное значение обратного напряжения может в несколько раз превосходить по величине коммутационное напряжение.
Соответственно, появляется риск повреждения любых полупроводниковых компонентов, размещенных рядом с реле. Например, биполярный или полевой транзистор, используемый для подачи напряжения на катушку реле.
Схемные варианты, благодаря которым обеспечивается защита полупроводниковых элементов управления – транзисторов биполярных и полевых, микросхем, микроконтроллеров
Одним из способов предотвращения повреждения транзистора или любого переключающего полупроводникового устройства, включая микроконтроллеры, является вариант подключения обратно смещенного диода в цепь катушки реле.
Когда ток, протекающий через катушку сразу после отключения, генерирует индуцированную обратную ЭДС, это обратное напряжение открывает обратно смещенный диод.
Через полупроводник накопленная энергия рассеивается, чем предотвращается повреждение управляющего полупроводника – транзистора, тиристора, микроконтроллера.
Часто включаемый в цепь катушки полупроводник называют также:
- диод-маховик;
- шунтирующий диод;
- обращенный диод.
Однако большой разницы между элементами нет. Все они выполняют одну функцию. Помимо использования диодов с обратным смещением, для защиты полупроводниковых компонентов применяются и другие устройства.
Те же цепочки RC-демпферов, металло-оксидные варисторы (MOV), стабилитроны.
Маркировка электромагнитных релейных приборов
Технические обозначения, несущие частичную информацию о приборах, обычно указываются непосредственно на шасси электромагнитного коммутационного прибора.
Выглядит такое обозначение в виде сокращенной аббревиатуры и числового набора.
Каждое электромеханическое устройство коммутации традиционно маркируется. На корпусе или на шасси наносится примерно такой набор символов и цифр, указывающий определенные параметры
Пример корпусной маркировки электромеханических реле:
РЭС32 РФ4.500.335-01
Эта запись расшифровывается так: реле электромагнитное слаботочное, 32 серии, соответствующее исполнению по паспорту РФ4.500.335-01.
Однако подобные обозначения редкость. Чаще встречаются сокращенные варианты без явного указания ГОСТ:
РЭС32 335-01
Также не шасси (на корпусе) прибора отмечается дата изготовления и номер партии. Подробные сведения содержатся в техническом паспорте на изделие. Паспортом комплектуется каждый прибор или партия.
Выводы и полезное видео по теме
Видеоролик популярно рассказывает о том, как действует электромеханическая электроника коммутации. Наглядно отмечаются тонкости конструкций, особенности подключений и прочие детали:
Электромеханические реле уже довольно долгое время применяются в качестве электронных компонентов. Однако этот тип коммутационных приборов можно считать морально устаревшим. На смену механическим устройствам все чаще приходят более современные приборы – чисто электронные. Один из таких примеров – твердотельные реле.
Появились вопросы, нашли недочеты или есть интересные факты по теме стать которыми вы можете поделиться с посетителями нашего сайте? Пожалуйста, оставляйте свои комментарии, задавайте вопросы, делитесь опытом в блоке для связи под статьей.