Elektromagnetski relej: uređaj, oznake, vrste + detalji spajanja i podešavanja

Pretvaranje električnih signala u odgovarajuću fizičku veličinu — kretanje, sila, zvuk itd., ostvaruje se pomoću pogona. Pogon treba klasificirati kao pretvarač, jer ovo uređaj mijenja jednu vrstu fizičke veličine u drugu.

Pogon se obično aktivira ili upravlja zapovjednim signalom niskog napona. Dodatno se klasificira kao binarni ili neprekidni uređaj na temelju broja stabilnih stanja. Tako je elektromagnetski rele binarni pogon, s obzirom na dva postojeća stabilna stanja: uključeno — isključeno.

U prikazanom članku detaljno su obrađeni principi rada elektromagnetskog relea i područje korištenja uređaja.

Osnove izvedbe pogona

Pojam 'rele' je svojstven uređajima kojima se osigurava električni spoj između dviju ili više točaka putem upravljačkog signala.

Najrašireniji i najviše korišteni tip elektromagnetskog relea (EMR) je elektromehanička konstrukcija.

Tako izgleda jedna konstrukcija iz brojnog niza proizvoda, koji se nazivaju elektromagnetski releji. Ovdje je prikazana zatvorena varijanta mehanizma pomoću poklopca od prozirnog pleksiglasa.

Shema temeljne kontrole nad bilo kojom opremom uvijek predviđa mogućnost uključivanja i isključivanja. Najjednostavniji način izvođenja tih radnji je korištenje sklopki za blokiranje napajanja.

Sklopke ručnog djelovanja mogu se koristiti za upravljanje, ali imaju nedostatke. Očiti nedostatak je postavljanje stanja 'uključeno' ili 'isključeno' fizičkim putem, odnosno ručno.

Uređaji ručnog preklapanja su u pravilu velikih dimenzija, usporenog djelovanja, sposobni za komutiranje malih struja.

Ručni mehanizam preklapanja – 'daleki rođak' elektromagnetskih releja. Omogućuje istu funkcionalnost – komutaciju radnih linija, ali se upravlja isključivo ručno.

Međutim, elektromagnetski releji uglavnom su predstavljeni sklopkama s električnim upravljanjem. Uređaji imaju različite oblike, dimenzije i dijele se prema razini nazivnih snaga. Mogućnosti njihove primjene su opsežne.

Takvi uređaji, opremljeni jednim ili više pari kontakata, mogu biti dio jedinstvene konstrukcije većih pogonskih izvršnih mehanizama – kontaktora, koji se koriste za komutaciju mrežnog napona ili visokonaponskih uređaja.

Temeljni principi rada EMR

Tradicionalno se releji elektromagnetskog tipa koriste u sklopu električnih (elektronskih) shema za upravljanje komutacijom. Pritom se postavljaju ili izravno na tiskane ploče ili u slobodnom položaju.

Opća struktura uređaja

Struje opterećenja korištenih proizvoda obično se mjere od dijelova ampera do 20 A i više. Relejni krugovi široko su rasprostranjeni u elektroničkoj praksi.

Uređaji najrazličitijih konfiguracija, predviđeni za ugradnju na montažne elektroničke ploče ili izravno kao zasebno postavljani uređaj

Konstrukcija elektromagnetskog releja pretvara magnetski tok, stvoren primijenjenim naponom izmjenične/istosmjerne struje, u mehaničku silu. Zahvaljujući dobivenoj mehaničkoj sili, upravlja se kontaktnom skupinom.

Najraširenija konstrukcija je oblik proizvoda koji uključuje sljedeće komponente:

• uzbudnu zavojnicu;
• čeličnu jezgru;
• potporni šasiju;
• kontaktnu skupinu.

Čelična jezgra ima fiksni dio, nazvan poluga, i pomični opružni dio, nazvan armatura.

U suštini, armatura nadopunjuje krug magnetskog polja zatvarajući zračni raspor između nepomične električne zavojnice i pomične armature.

Detaljni prikaz konstrukcije: 1 – otpusna opruga; 2 – metalna jezgra; 3 – armatura; 4 – normalno zatvoreni kontakt; 5 – normalno otvoreni kontakt; 6 – zajednički kontakt; 7 – bakrena zavojnica; 8 – poluga

Armatura se kreće na šarkama ili slobodno okreće pod djelovanjem generiranog magnetskog polja. Pritom se zatvaraju električni kontakti pričvršćeni na armaturu.

U pravilu, opruga(e) povratnog hoda smještena između poluge i armature vraća kontakte u početni položaj kada je zavojnica releja u beznaponskom stanju.

Djelovanje relejne elektromagnetske sustava

Jednostavna klasična konstrukcija EMR ima dvije skupine elektrovodljivih kontakata.

Na temelju toga, ostvaruju se dva stanja kontaktne skupine:

1. Normalno otvoreni kontakt.
2. Normalno zatvoreni kontakt.

Sukladno tome, par kontakata klasificira se kao normalno otvoreni (NO) ili, ako je u drugom stanju, normalno zatvoreni (NC).

Za relej s normalno otvorenim položajem kontakata, stanje "zatvoreno" postiže se samo kada pobudna struja prolazi kroz induktivnu zavojnicu.

Jedna od dvije moguće opcije postavljanja kontaktne grupe prema zadanim postavkama. Ovdje je u beznaponskom stanju zavojnice "prema zadanim postavkama" postavljen normalno zatvoreni (zatvoreni) položaj.

U drugoj opciji, normalno zatvoreni položaj kontakata ostaje nepromijenjen kada nema pobudne struje u krugu zavojnice. To jest, kontakti prekidača vraćaju se u svoj normalni zatvoreni položaj.

Stoga se izrazi "normalno otvoren" i "normalno zatvoren" odnose na stanje električnih kontakata kada je zavojnica releja bez napona, odnosno kada je napon napajanja releja isključen.

Električne kontaktne grupe relea

Relejni kontakti obično su predstavljeni električno vodljivim metalnim elementima koji se međusobno dodiruju, zatvaraju strujni krug, djelujući slično jednostavnom prekidaču.

Kada su kontakti otvoreni, otpor između normalno otvorenih kontakata mjeri se visokom vrijednošću u megaomima. Time se stvara uvjet otvorenog kruga, isključujući prolaz struje u krugu zavojnice.

Kontaktna grupa bilo kojeg elektromehaničkog sklopnika u otvorenom načinu rada ima otpor od nekoliko stotina megaoma. Veličina tog otpora može se donekle razlikovati kod različitih modela.

Ako su kontakti zatvoreni, kontaktni otpor bi teoretski trebao biti jednak nuli – rezultat kratkog spoja.

Međutim, takvo se stanje ne bilježi uvijek. Kontaktna grupa svakog pojedinog releja ima određeni kontaktni otpor u stanju "zatvoreno". Takav se otpor naziva stabilnim.

Posebnosti prolaska struja opterećenja

U praksi ugradnje novog elektromagnetskog releja, kontaktni otpor pri uključivanju ima malu vrijednost, obično manju od 0,2 Ω.

To se objašnjava jednostavno: novi vrhovi kontakata još su čisti, ali s vremenom će otpor vrhova neizbježno rasti.

Na primjer, za kontakte pod strujom od 10 A, pad napona iznosit će 0,2 × 10 = 2 volta (Ohmov zakon). Otuda proizlazi: ako je napon napajanja koji se dovodi na kontaktnu grupu 12 volti, tada će napon za opterećenje iznositi 10 volti (12-2).

Kada se metalni vrhovi kontakata istroše, a nisu propisno zaštićeni od visokih induktivnih ili kapacitivnih opterećenja, neizbježno dolazi do oštećenja uslijed efekta električnog luka.

Električni luk na jednom od kontakata elektromehaničkog sklopnog uređaja. To je jedan od uzroka oštećenja kontaktne skupine pri izostanku odgovarajućih mjera.

Električni luk – stvaranje iskri na kontaktima – dovodi do povećanja kontaktnog otpora vrhova i posljedično do fizičkih oštećenja.

Ako se relej nastavi koristiti u takvom stanju, kontaktni vrhovi mogu potpuno izgubiti fizičko svojstvo kontakta.

Ali postoji ozbiljniji čimbenik: kao rezultat oštećenja lukom, kontakti se na kraju zavare, stvarajući uvjete kratkog spoja.

U takvim situacijama nije isključen rizik oštećenja kruga koji kontrolira EM relej.

Dakle, ako se otpor kontakta povećao za 1 Ohm pod utjecajem električnog luka, pad napona na kontaktima za istu struju opterećenja povećava se na 1×10=10 volti istosmjernog napona.

Ovdje iznos pada napona na kontaktima može biti neprihvatljiv za strujni krug opterećenja, posebno pri radu s naponima napajanja od 12-24 V.

Vrsta materijala kontakata relea

Radi smanjenja utjecaja električnog luka i visokih otpora, kontaktni vrhovi suvremenih elektromehaničkih releja izrađuju se ili presvlače različitim legurama na bazi srebra.

Na taj se način može znatno produžiti vijek trajanja kontaktne skupine.

Vrhovi kontaktnih pločica elektromehaničkih sklopnih uređaja. Ovdje su prikazane varijante vrhova presvučenih srebrom. Premazivanje ove vrste smanjuje mogućnost oštećenja.

U praksi se bilježi uporaba sljedećih materijala kojima se obrađuju vrhovi kontaktnih skupina elektromagnetskih (elektromehaničkih) releja:

• Ag — srebro;
• AgCu — srebro-bakar;
• AgCdO — srebro-kadmijev oksid;
• AgW — srebro-volfram;
• AgNi — srebro-nikl;
• AgPd — srebro-paladij.

Povećanje vijeka trajanja vrhova kontaktnih skupina releja smanjenjem broja nastajanja električnog luka postiže se spajanjem otporno-kondenzatorskih filtara, koji se također nazivaju RC prigušivači.

Ovi elektronički sklopovi spajaju se paralelno s kontaktnim skupinama elektromehaničkih releja. Naponski vršak koji se javlja u trenutku otvaranja kontakata, pri takvom rješenju smatra se sigurno kratkim.

Primjenom RC prigušivača uspijeva se potisnuti električni luk koji nastaje na kontaktnim vrhovima.

Tipična izvedba kontakata EMR

Osim klasičnih normalno otvorenih (NO) i normalno zatvorenih (NC) kontakata, mehanika relejne sklopke također pretpostavlja klasifikaciju s obzirom na način djelovanja.

Posebnosti izvedbe spojnih elemenata

Konstrukcije releja elektromagnetskog tipa u ovoj varijanti omogućuju postojanje jednog ili više odvojenih kontakata prekidača.

Ovako izgleda uređaj, tehnološki konfiguriran za izvedbu SPST – jednopolni i jednosmjerni. Postoje i druge izvedbe.

Izvedba kontakata karakterizira se sljedećim skupom kratica:

• SPST (Single Pole Single Throw) – jednopolni jednosmjerni;
• SPDT (Single Pole Double Throw) – jednopolni dvosmjerni;
• DPST (Double Pole Single Throw) – dvopolni jednosmjerni;
• DPDT (Double Pole Double Throw) – dvopolni dvosmjerni.

Svaki takav spojni element označava se kao 'pol'. Bilo koji od njih može se spojiti ili isključiti, istovremeno aktivirajući zavojnicu releja.

Nijanse primjene uređaja

Unatoč jednostavnosti konstrukcije elektromagnetskih sklopki, postoje određene suptilnosti u praksi korištenja ovih uređaja.

Stoga stručnjaci kategorički ne preporučuju spajanje svih kontakata releja paralelno kako bi se na taj način komutirao krug opterećenja s visokom strujom.

Na primjer, spajati opterećenje od 10 A paralelnim spajanjem dva kontakta, od kojih je svaki predviđen za struju od 5 A.

Ove suptilnosti montaže uvjetovane su činjenicom da se kontakti mehaničkih releja nikada ne zatvaraju i ne otvaraju u istom trenutku.

Kao rezultat, jedan od kontakata će u svakom slučaju biti preopterećen. Čak i uzimajući u obzir kratkotrajno preopterećenje, prijevremeni kvar uređaja u takvom spoju je neizbježan.

Nepravilno korištenje, kao i spajanje releja izvan utvrđenih pravila montaže, obično završava ovakvim ishodom. Unutra je izgorjela gotovo sva unutrašnjost.

Elektromagnetske proizvode dopušteno je koristiti u sklopu električnih ili elektroničkih shema s niskom potrošnjom energije kao sklopke relativno visokih struja i napona.

Međutim, kategorički se ne preporučuje propuštati različite napone opterećenja kroz susjedne kontakte istog uređaja.

Na primjer, komutirati napon izmjenične struje 220 V i istosmjerne struje 24 V. Uvijek treba koristiti zasebne proizvode za svaku opciju radi osiguravanja sigurnosti.

Tehnike zaštite od obrnutog napona

Značajan dio svakog elektromehaničkog releja je zavojnica. Ovaj dio spada u kategoriju opterećenja s visokim induktivitetom jer ima žičanu namot.

Bilo koja zavojnica namotana žicom ima određenu impedanciju, koja se sastoji od induktiviteta L i otpora R, tvoreći tako serijski krug LR.

Tijekom protjecanja struje kroz zavojnicu stvara se vanjsko magnetsko polje. Kada protok struje u zavojnici prestane u načinu rada 'isključeno', povećava se magnetski tok (teorija transformacije) i nastaje visok povratni napon EMS (elektromotorne sile).

Ova inducirana vrijednost povratnog napona može nekoliko puta premašiti komutacijski napon.

Sukladno tome, pojavljuje se rizik oštećenja svih poluvodičkih komponenti smještenih u blizini releja. Na primjer, bipolarni ili tranzistor s efektom polja, koji se koristi za napajanje naponom zavojnice releja.

Varijante sklopova koje osiguravaju zaštitu poluvodičkih upravljačkih elemenata – bipolarnih tranzistora i tranzistora s efektom polja, integriranih krugova, mikrokontrolera.

Jedan od načina sprječavanja oštećenja tranzistora ili bilo kojeg preklopnog poluvodičkog uređaja, uključujući mikrokontrolere, jest opcija spajanja obrnuto polarizirane diode u strujni krug zavojnice releja.

Kada struja koja teče kroz zavojnicu odmah nakon isključivanja generira induciranu protuelektromotornu silu, taj obrnuti napon otvara obrnuto polariziranu diodu.

Kroz poluvodič se akumulirana energija raspršuje, čime se sprječava oštećenje upravljačkog poluvodiča – tranzistora, tiristora, mikrokontrolera.

Poluvodič koji se često uključuje u krug zavojnice naziva se još i:

• dioda zamašnjak;
• šant dioda;
• obrnuta dioda.

Međutim, nema velike razlike između elemenata. Svi oni obavljaju jednu funkciju. Osim upotrebe obrnuto polariziranih dioda, za zaštitu poluvodičkih komponenti koriste se i drugi uređaji.

Isti lanci RC prigušivača, metal-oksidni varistori (MOV), zener diode.

Označavanje elektromagnetskih relejnih uređaja

Tehničke oznake koje nose djelomične informacije o uređajima obično se navode izravno na šasiji elektromagnetskog sklopnog uređaja.

Takva oznaka izgleda u obliku skraćene kratice i numeričkog niza.

Svaki elektromehanički sklopni uređaj tradiconalno se označava. Na kućištu ili šasiji nanosi se otprilike takav skup simbola i brojeva koji označava određene parametre.

Primjer označavanja na kućištu elektromehaničkih releja:

RES32 RF4.500.335-01

Ovaj zapis tumači se ovako: elektromagnetski relej male struje, serije 32, u izvedbi prema putovnici RF4.500.335-01.

Međutim, takve su oznake rijetke. Češće se susreću skraćene varijante bez izričitog navođenja GOST-a:

RES32 335-01

Također se na šasiji (na kućištu) uređaja bilježi datm proizvodnje i broj serije. Detaljne informacije nalaze se u tehničkoj putovnici proizvoda. Putovnicom se oprema svaki uređaj ili serija.

Zaključci i koristan video na temu

Video popularno objašnjava kako djeluje elektromehanička sklopna elektronika. Vizualno se prikazuju detalji konstrukcije, značajke spajanja i ostali detalji:

Elektromehanički releji već se duže vrijeme koriste kao elektroničke komponente. Međutim, ovu vrstu sklopnih uređaja možemo smatrati moralno zastarjelom. Umjesto mehaničkih uređaja sve češće dolaze suvremeniji uređaji – čisto elektronički. Jedan od takvih primjera su releji s čvrstim stanjem.

Imate li pitanja, pronašli ste nedostatke ili imate zanimljive činjenice o temi kojima se možete podijeliti s posjetiteljima naših stranica? Molimo ostavite svoje komentare, postavite pitanja, podijelite iskustva u bloku za kontakt ispod članka.