Преобразование электросигналов в механические воздействия, такие как движение, сила или звук, выполняют приводы.
Привод обычно запускается или управляется сигналом низкого напряжения. Классифицируется как двоичное или непрерывное устройство в зависимости от количества устойчивых состояний. Например, электромагнитное реле является двоичным приводом с двумя состояниями: включение и выключение.
Статья раскрывает работу электромагнитных реле и области применения этих устройств.
Основы исполнения привода
Реле — это устройства, с помощью которых электрически соединяют две или несколько точек под воздействием управляющего сигнала.
Электромеханические конструкции представляют собой самый популярный тип электромагнитных реле.
В схемах управления любому оборудованию всегда встроена возможность включения и выключения. Для этого применяют переключатели блокировки подаваемого питания.
Ручные переключатели применяются для управления, но обладают недостатками. Очевидным минусом является установка режимов «вкл» или «выкл» механически, то есть вручную.
Ручные устройства включения обычно массивны, работают медленно и предназначены для коммутации небольших токов.
В то же время электромагнитные реле преимущественно являются переключателями с электрическим управлением. Приборы отличаются формой, размерами и мощностью. Применение этих устройств широко распространено.
Устройства с одним или несколькими парами контактов могут являться частью больших электромеханизмов — контакторам, предназначенных для управления напряжением сети или высоковольтным оборудованием.
Основополагающие принципы работы ЭМР
Электромагнитные реле применяют в схемах управления для коммутации сигналов. Их размещают как на печатных платах, так и отдельно.
Общее строение прибора
Сила тока потребляемых устройств варьируется от доли ампера до 20 ампер и выше. Релейные схемы часто применяются в электронике.
Электромагнитное реле преобразует магнитную энергию из электрического тока (переменного или постоянного) в механическую силу, управляющую контактной группой.
Представлена наиболее часто встречающаяся конструкция изделия с такими частями:
- возбуждающую катушку;
- стальной сердечник;
- опорное шасси;
- контактную группу.
Стальной сердечник состоит из неподвижной части, называемой коромыслом, и подвижной пружинистой детали, которую называют якорем.
Якорь расширяет магнитное поле цепью, устраняя разрыв между статической катушкой и подвижной armature.
Арматура перемещается на шарнирах или вращается под воздействием созданного магнитного поля, срабатывая электрические контакты, закреплённые на ней.
Обычно пружина (пружины) обратного хода, находящаяся между коромыслом и якорем, приводит контакты в начальное состояние при отключении питания катушки реле.
Действие релейной электромагнитной системы
Классическая модель ЭМР состоит из двух групп электрически проводящих контактов.
В связи с этим возникают два состояния контактной группы.
- Нормально разомкнутый контакт.
- Нормально замкнутый контакт.
В зависимости от состояния пара контактов относится к нормальным открытым (НО) или нормально закрытым (НК).
Реле с нормально разомкнутыми контактами переходит в состояние «замыкание» при прохождении тока возбуждения через индуктивную катушку.
В другом варианте при отсутствии тока возбуждения в катушке нормально замкнутое положение контактов сохраняется постоянно.
Термины «нормально открытый» и «нормально закрытый» относятся к состоянию электрических контактов при выключенном напряжении питания реле.
Электрические контактные группы реле
Релейные контакты – это металлические детали, проводящие электричество и соединяющиеся друг с другом, создавая замкнутую цепь, подобно обыкновенному выключателю.
При размыкании контактов сопротивление между нормально открытыми контактами очень высокое — в мегаом.
При замыкании контактов контактное сопротивление по идее равно нулю, что эквивалентно короткому замыканию.
В некоторых случаях контактное состояние не наблюдается постоянно. У каждой группы контактов каждого отдельного реле есть определённое контактное сопротивление при замкнутом контакте. Это сопротивление называют устойчивым.
Особенности прохождения токов нагрузки
При установке нового электромагнитного реле для тренировки измеряют малое контактное сопротивление при включении, которое как правило не превышает 0,2 Ом.
Это объясняется просто: новые наконечники пока чистые, но со временем сопротивление наконечника всё равно возрастёт.
Для контактов при токе в 10 А падение напряжения будет равно 0,2х10 = 2 вольтам по закону Ома. Следовательно, если напряжение питания на контактную группу составляет 12 вольт, то напряжение для нагрузки составит 10 вольт (12-2).
Износ не защищённых контактных металлических наконечников при воздействии высоких индуктивных или емкостных нагрузок обязательно приводит к повреждениям от электрической дуги.
Искрообразование на контактах из-за электрической дуги повышает сопротивление наконечников, что может привести к физическому повреждению.
Дальнейшее использование реле в таком состоянии может привести к потере контактными наконечниками способности к контакту.
Более серьёзным фактором является возможность сращения контактов в результате повреждения дугой, что приводит к короткому замыканию.
В подобных обстоятельствах существует вероятность повреждения цепи, управляемой системой электромагнитной развязки.
При увеличении сопротивления контакта за счет воздействия электрической дуги на 1 Ом, падение напряжения на контактах при одинаковом токе нагрузки возрастает до 10 вольт постоянного тока.
Большое падение напряжения на контактах может негативно сказаться на схеме нагрузки, особенно при напряжении питания 12-24 В.
Тип материала контактов реле
Для снижения воздействия электрической дуги и больших сопротивлений контактирующие части нынешних электромеханических реле делают или обрабатывают разнообразными сплавами с серебром.
Этим методом возможно значительно увеличить срок эксплуатации контактной группы.
В практическом применении для обработки наконечников контактных групп электромагнитных (электромеханических) реле применяют следующие материалы.
- Ag — серебро;
- AgCu — серебро-медь;
- AgCdO — серебро-оксид кадмия;
- AgW — серебро-вольфрам;
- AgNi — серебро-никель;
- AgPd — серебро-палладий.
Применение резистивно-конденсаторных фильтров, или RC-демпферов, сокращает количество электрических дуг в контактах реле, повышая срок службы наконечников контактных групп.
В схемы входят электронные цепи, соединенные параллельно с контактными группами реле электромеханических. Максимальное напряжение, которое возникает при размыкании контактов, по такому варианту решения, считается безопасным в пределах допустимого.
Использование RC-демпферов позволяет гасить электрическую дугу, возникающую на контактных поверхностях.
Типичное исполнение контактов ЭМР
В механике релейной коммутации помимо обычных нормально открытых (NO) и нормально закрытых (NC) контактов выделяют категории по принципу действия.
Особенности исполнения соединительных элементов
Электромагнитные реле могут иметь один или несколько независимых коммутационных контактов.
Исполнение договоров обозначают следующими сокращениями.
- SPST — это однополюсный однонаправленный выключатель.
- Переключатель типа SPDT — это однополюсный, двунаправленный переключатель.
- DPST — двухполюсный переключатель с одним положением.
- ДPDT — двухполюсный переключатель с двойным положением.
Каждый подобный связующий элемент именуют «полюсом». Любой может подключиться или быть отключен, совместно замыкая обмотку реле.
Тонкости применения приборов
Несмотря на простоту устройства коммутаторов электромагнитного действия, в их применении есть нюансы.
Специалисты настоятельно советуют воздержаться от подключения всех контактов реле параллельно для коммутации цепи нагрузки с большим током.
К примеру, подключение нагрузки на 10 ампер возможно посредством параллельного соединения двух контактов, каждый из которых предназначен для тока в 5 ампер.
Монтаж имеет особенности из-за того, что контакты механических реле срабатывают и отключаются не мгновенно.
В итоге какой-то контакт непременно перегорит. Даже если перегрузка будет кратковременной, поломка прибора в таком соединении всё равно произойдет раньше времени.
Электромагнитные изделия можно применять в схемах с малым потреблением энергии для коммутации сильных токов и напряжений.
Нельзя подавать разное напряжение на близлежащие контакты одного устройства.
Например, переключать переменный ток на 220 В и постоянный ток на 24 В. Для каждой разновидности всегда нужно использовать отдельное оборудование для обеспечения безопасности.
Приемы защиты от обратного напряжения
Катушка – важная часть любого электромеханического реле. Эта деталь характеризуется высокой индуктивностью из-за своей проводной намотки.
Катушка с обмоткой всегда имеет некоторое электрическое сопротивление, которое складывается из индуктивности (L) и сопротивления (R), составляя последовательную цепь LR.
Ток в катушке порождает магнитное поле. При остановке тока в режиме «отключено» меняется магнитный поток, и это вызывает высокое обратное напряжение ЭДС.
Индуцированное значение обратного напряжения может быть во много раз больше, чем коммутационное напряжение.
Появляется риск повреждения полупроводников, находящихся рядом с реле.
Чтобы защитить транзистор или любое другое переключающее полупроводниковое устройство, например микроконтроллер, от повреждения, можно подключить в цепь катушки реле обратно смещенный диод.
При размыке катушки индуктивный эффект создаёт противонапряжение, которое открывает смещённый в обратном направлении диод.
Накопившаяся энергия через полупроводник расходуется, что защищает управляющий полупроводник – транзистор, тиристор, микроконтроллер от повреждений.
Популярный элемент цепи, состоящий из катушек, часто называют…
- диод-маховик;
- шунтирующий диод;
- обращенный диод.
Между элементами маловажно различий. Все выполняют одну задачу. Помимо применения диодов с обратным смещением для защиты полупроводниковых компонентов используют иные приборы.
Точно такие же цепи с RC-демпферами, металлооксидные варисторы и стабилитроны.
Маркировка электромагнитных релейных приборов
Техническая информация об электромагнитном коммутационном приборе иногда помещается на его шасси.
Обозначение выглядит как краткая аббревиатура с цифровым кодом.
Пример разметки корпуса электромеханических реле.
РЭС32 РФ4.500.335-01
Данная запись означает: электромагнитное реле маломощное, серия 32, исполнения в соответствии с паспортом РФ4.500.335-01.
Такие обозначения встречаются нечасто. Гораздо чаще используются укороченные варианты без ссылки на ГОСТ.
РЭС32 335-01
На корпусе прибора указывается дата изготовления и номер партии. Полную информацию можно найти в техническом паспорте, который прилагается к каждому прибору или партии.
Выводы и полезное видео по теме
Видео популяризирует работу электромеханической коммутационной аппаратуры.
Электромеханические реле долгое время выступают в роли электронных компонентов, но данный тип коммутационных устройств можно отнести к устаревшему. Современная промышленность всё больше склоняется к использованию более продвинутых, чисто электронных приборов, которые заменяют механические устройства. Примером такого решения служит – твердотельные реле.
Есть вопросы, обнаружены неточности или у вас есть любопытные сведения по данной статье, которые можно довести до сведения посетителей сайта? Поделитесь своими мыслями, задайте вопросы и расскажите о своем опыте в блоке комментариев под статьей.