Przekaźnik elektromagnetyczny: urządzenie, oznaczenie, typy + subtelności podłączenia i regulacji

Konwersja sygnałów elektrycznych na odpowiednią wielkość fizyczną - ruch, siłę, dźwięk itp. Odbywa się za pomocą napędów. Dysk należy sklasyfikować jako konwerter, ponieważ urządzenie to zmienia jeden rodzaj wielkości fizycznej na inny.

Napęd jest zwykle aktywowany lub kontrolowany przez sygnał sterujący niskiego napięcia. Dodatkowo jest klasyfikowany jako urządzenie binarne lub ciągłe na podstawie liczby stanów stabilnych. Tak więc przekaźnik elektromagnetyczny jest napędem binarnym, biorąc pod uwagę dwa istniejące stabilne warunki: włączenie - wyłączenie.

W prezentowanym artykule szczegółowo omówiono zasady działania przekaźnika elektromagnetycznego i zakres zastosowania urządzeń.

Podstawy napędu

Termin „przekaźnik” jest charakterystyczny dla urządzeń, które zapewniają połączenie elektryczne między dwoma lub więcej punktami za pomocą sygnału sterującego.

Najpopularniejszym i najczęściej stosowanym typem przekaźnika elektromagnetycznego (EMR) jest konstrukcja elektromechaniczna.

Wygląda jak jeden projekt z szerokiej gamy produktów, zwanych przekaźnikami elektromagnetycznymi. Pokazana jest tutaj zamknięta wersja mechanizmu z przezroczystą osłoną z pleksiglasu.

Podstawowy schemat kontroli dla dowolnego sprzętu zawsze zapewnia możliwość włączania i wyłączania. Najłatwiejszym sposobem na wykonanie tych kroków jest użycie przełącznika blokady zasilania.

Ręczne przełączniki mogą być używane do sterowania, ale mają wady. Ich oczywistą wadą jest ustawianie stanów „włączony” lub „wyłączony” fizycznie, to znaczy ręcznie.

Ręczne urządzenia przełączające z reguły są dużymi urządzeniami opóźnionego działania zdolnymi do przełączania małych prądów.

Mechanizm ręcznego przełączania jest „dalekim krewnym” przekaźników elektromagnetycznych. Zapewnia tę samą funkcjonalność - przełączanie linii roboczych, ale jest sterowany wyłącznie ręcznie

Tymczasem przekaźniki elektromagnetyczne są głównie reprezentowane przez przełączniki sterowane elektrycznie. Urządzenia mają różne kształty, wymiary i są podzielone przez poziom mocy znamionowej. Możliwości ich zastosowania są ogromne.

Takie urządzenia, wyposażone w jedną lub więcej par styków, mogą być zawarte w jednym projekcie większych siłowników mocy - styczników, które służą do przełączania napięcia sieciowego lub urządzeń wysokiego napięcia.

Podstawowe zasady pracy EMR

Tradycyjnie przekaźniki elektromagnetyczne są używane jako część elektrycznych (elektronicznych) przełączających obwodów sterowania. Jednocześnie są instalowane bezpośrednio na płytkach drukowanych lub w pozycji swobodnej.

Ogólna struktura urządzenia

Prądy obciążeniowe stosowanych produktów są zwykle mierzone od ułamków ampera do 20 A lub więcej. Obwody przekaźnikowe są szeroko rozpowszechnione w praktyce elektronicznej.

Urządzenia o różnych konfiguracjach, przeznaczone do instalacji na płytkach elektronicznych lub bezpośrednio jako osobno zainstalowane urządzenie

Konstrukcja przekaźnika elektromagnetycznego przekształca strumień magnetyczny generowany przez przyłożone napięcie AC / DC w siłę mechaniczną. Dzięki uzyskanej sile mechanicznej grupa kontaktowa jest kontrolowana.

Najczęstszym projektem jest kształt produktu, który obejmuje następujące elementy:

• ekscytująca cewka;
• rdzeń stalowy;
• podstawowe podwozie;
• grupa kontaktowa.

Stalowy rdzeń ma stałą część zwaną wahaczem i ruchomą część obciążoną sprężyną zwaną kotwicą.

W rzeczywistości kotwica uzupełnia obwód pola magnetycznego, zamykając szczelinę powietrzną między stacjonarną cewką elektryczną a ruchomą zworą.

Szczegółowy układ projektu: 1 - sprężyna odwijająca; 2 - metalowy rdzeń; 3 - kotwica; 4 - styk normalnie zamknięty; 5 - styk normalnie otwarty; 6 - ogólny kontakt; 7 - cewka z drutu miedzianego; 8 - rocker

Armatura porusza się na zawiasach lub obraca się swobodnie pod działaniem generowanego pola magnetycznego. To zamyka styki elektryczne przymocowane do zaworu.

Z reguły sprężyny powrotne umieszczone między belką a zworą przywracają styki do ich pierwotnego położenia, gdy cewka przekaźnika jest pozbawiona napięcia.

Działanie przekaźnikowego układu elektromagnetycznego

Prosta klasyczna konstrukcja pola elektromagnetycznego ma dwa zestawy styków przewodzących prąd elektryczny.

Na tej podstawie realizowane są dwa stany grupy kontaktów:

1. Kontakt normalnie otwarty.
2. Styk normalnie zamknięty.

Odpowiednio, para styków jest klasyfikowana jako normalnie otwarta (NO) lub, będąc w innym stanie, normalnie zamknięta (NC).

W przypadku przekaźników z normalnie otwartą pozycją styków stan „zamknięty” osiągany jest tylko wtedy, gdy prąd wzbudzenia przechodzi przez cewkę indukcyjną.

Jedna z dwóch możliwych opcji ustawienia domyślnej grupy kontaktów. Tutaj, w stanie bezprądowym cewki „domyślnej”, ustawiana jest pozycja normalnie zamknięta (zamknięta)

W innym przykładzie wykonania normalnie zamknięte położenie styków pozostaje stałe, gdy prąd wzbudzenia jest nieobecny w obwodzie cewki. Oznacza to, że styki przełącznika wracają do normalnego położenia zamkniętego.

Dlatego terminy „normalnie otwarty” i „normalnie zamknięty” powinny odnosić się do stanu styków elektrycznych, gdy cewka przekaźnika jest pozbawiona napięcia, to znaczy napięcie przekaźnika jest odłączone.

Grupy styków przekaźników elektrycznych

Styki przekaźnika są zwykle reprezentowane przez przewodzące elektrycznie elementy metalowe, które stykają się ze sobą, zamykają obwód, działając podobnie do prostego przełącznika.

Gdy styki są otwarte, rezystancja między normalnie otwartymi stykami jest mierzona za pomocą wysokiej wartości w megaoma Stwarza to stan obwodu otwartego, gdy przepływ prądu w obwodzie cewki jest wykluczony.

Grupa styków dowolnego przełącznika elektromechanicznego w trybie otwartym ma rezystancję kilkuset megaomów. Wartość tego oporu może się nieznacznie różnić w zależności od modelu.

Jeśli styki są zamknięte, rezystancja styku powinna teoretycznie wynosić zero - wynik zwarcia.

Jednak ten warunek nie zawsze jest odnotowany. Grupa styków każdego przekaźnika ma określoną rezystancję styku w stanie „zamkniętym”. Taki opór nazywa się trwałym.

Cechy przejścia prądów obciążenia

W praktyce instalowania nowego przekaźnika elektromagnetycznego rezystancja styku włączenia jest niewielka, zwykle mniejsza niż 0,2 oma.

Powód jest prosty: nowe końcówki pozostają czyste do tej pory, ale z czasem opór końcówki nieuchronnie wzrośnie.

Na przykład dla styków pod prądem 10 A spadek napięcia wyniesie 0,2x10 = 2 wolty (prawo Ohma). Okazuje się, że jeśli napięcie zasilania dostarczane do grupy styków wynosi 12 woltów, wówczas napięcie dla obciążenia wyniesie 10 woltów (12-2).

Gdy metalowe styki zużywają się i nie są odpowiednio chronione przed wysokimi obciążeniami indukcyjnymi lub pojemnościowymi, uszkodzenie na skutek łuku elektrycznego staje się nieuniknione.

Łuk elektryczny na jednym ze styków elektromechanicznego urządzenia przełączającego. Jest to jedna z przyczyn uszkodzenia grupy kontaktowej przy braku odpowiednich środków.

Łuk elektryczny - iskrzenie na stykach - prowadzi do wzrostu rezystancji styków końcówek, aw rezultacie do uszkodzenia fizycznego.

Jeśli nadal będziesz używać przekaźnika w tym stanie, wskazówki kontaktowe mogą całkowicie utracić fizyczne właściwości kontaktu.

Ale istnieje poważniejszy czynnik, gdy w wyniku uszkodzenia przez łuk styki ostatecznie spawają się, powodując stan zwarcia.

W takich sytuacjach ryzyko uszkodzenia obwodu kontrolowanego przez EMI nie jest wykluczone.

Tak więc, jeśli rezystancja styku wzrośnie o 1 om od wpływu łuku elektrycznego, spadek napięcia na stykach dla tego samego prądu obciążenia wzrośnie do 1 × 10 = 10 woltów prądu stałego.

W tym przypadku wielkość spadku napięcia na stykach może nie być akceptowalna dla obwodu obciążenia, szczególnie podczas pracy z napięciem zasilania 12–24 V.

Rodzaj materiału styków przekaźnika

Aby zmniejszyć wpływ łuku elektrycznego i wysokich rezystancji, styki nowoczesnych przekaźników elektromechanicznych są wykonane lub pokryte różnymi stopami na bazie srebra.

W ten sposób można znacznie przedłużyć żywotność grupy kontaktowej.

Końcówki płytek stykowych elektromechanicznych urządzeń przełączających. Oto opcje posrebrzanych końcówek. Ten rodzaj powłoki zmniejsza współczynnik uszkodzeń.

W praktyce odnotowuje się użycie następujących materiałów, za pomocą których przetwarzane są końcówki grup kontaktowych przekaźników elektromagnetycznych (elektromechanicznych):

• Ag jest srebrem;
• AgCu - srebrno-miedziany;
• AgCdO - tlenek srebra-kadmu;
• AgW - srebro-wolfram;
• AgNi - srebrno-niklowy;
• AgPd - srebro-pallad.

Zwiększenie żywotności końcówek grup styków przekaźnika poprzez zmniejszenie liczby formacji łuku elektrycznego uzyskuje się poprzez podłączenie filtrów rezystywno-kondensatorowych, zwanych również tłumikami RC.

Te obwody elektroniczne są połączone równolegle z grupami styków przekaźników elektromechanicznych. Szczyt napięcia, który obserwuje się w momencie otwarcia styków, w tym rozwiązaniu jest bezpieczny.

Za pomocą tłumików RC można tłumić łuk elektryczny, który tworzy się na końcówkach styków.

Typowy projekt styku EMR

Oprócz klasycznych styków normalnie otwartych (NO) i normalnie zamkniętych (NC), mechanika przełączania przekaźników wymaga również klasyfikacji na podstawie działania.

Funkcje wykonania elementów łączących

Konstrukcja przekaźnika elektromagnetycznego w tym przykładzie wykonania umożliwia jeden lub więcej oddzielnych styków przełączających.

Tak wygląda urządzenie skonfigurowane technologicznie do SPST - jednobiegunowe i jednokierunkowe. Dostępne są również inne opcje.

Realizacja kontaktów charakteryzuje się następującym zestawem skrótów:

• SPST (Single Pole Single Throw) - jednobiegunowy jednokierunkowy;
• SPDT (Single Pole Double Throw) - jednobiegunowy dwukierunkowy;
• DPST (Double Pole Single Throw) - dwubiegunowy jednokierunkowy;
• DPDT (Double Pole Double Throw) - dwubiegunowy dwukierunkowy.

Każdy taki element łączący jest nazywany „biegunem”. Każde z nich można podłączyć lub zresetować, jednocześnie aktywując cewkę przekaźnika.

Subtelności użytkowania urządzeń

Pomimo prostoty konstrukcji przełączników elektromagnetycznych istnieją pewne subtelności praktyki korzystania z tych urządzeń.

Dlatego eksperci kategorycznie nie zalecają łączenia wszystkich styków przekaźnika równolegle, aby w ten sposób zamieniać obwód obciążenia wysokim prądem.

Na przykład podłącz obciążenie 10 A przez równoległe połączenie dwóch styków, z których każdy jest przystosowany do prądu 5 A.

Te subtelności instalacji wynikają z faktu, że styki przekaźników mechanicznych nigdy nie zamykają się ani nie otwierają w jednym momencie.

W rezultacie jeden z kontaktów zostanie przeciążony. Nawet biorąc pod uwagę krótkotrwałe przeciążenie, przedwczesna awaria urządzenia w takim połączeniu jest nieunikniona.

Nieprawidłowe działanie, a także podłączenie przekaźnika poza ustalone zasady instalacji, zwykle kończy się takim wynikiem. Prawie cała zawartość wypaliła się w środku

Produkty elektromagnetyczne mogą być stosowane jako część obwodów elektrycznych lub elektronicznych o niskim zużyciu energii jako przełączniki dla stosunkowo wysokich prądów i napięć.

Jednak kategorycznie nie zaleca się przepuszczania różnych napięć obciążenia przez sąsiednie styki tego samego urządzenia.

Na przykład przełącz napięcie prądu przemiennego na 220 V i prąd stały 24 V. Zawsze używaj osobnych produktów dla każdej opcji, aby zapewnić bezpieczeństwo.

Techniki ochrony przed odwróconym napięciem

Ważną częścią każdego przekaźnika elektromechanicznego jest cewka. Ta część dotyczy kategorii obciążenia o wysokiej indukcyjności, ponieważ ma uzwojenie drutu.

Każda cewka uzwojona drutem ma pewną impedancję składającą się z indukcyjności L i rezystancji R, tworząc w ten sposób obwód szeregowy LR.

Gdy prąd przepływa przez cewkę, powstaje zewnętrzne pole magnetyczne. Kiedy przepływ prądu w cewce zatrzymuje się w trybie „wyłączonym”, strumień magnetyczny (teoria transformacji) wzrasta i występuje wysokie napięcie elektromagnetyczne o wysokiej wartości odwrotnej (siła elektromotoryczna).

Ta indukowana wartość napięcia wstecznego może być kilka razy większa niż napięcie przełączające.

W związku z tym istnieje ryzyko uszkodzenia dowolnych elementów półprzewodnikowych znajdujących się obok przekaźnika. Na przykład bipolarny lub tranzystor polowy stosowany do dostarczania napięcia do cewki przekaźnika.

Opcje obwodów, dzięki którym zapewniona jest ochrona półprzewodnikowych elementów sterujących - tranzystory bipolarne i polowe, mikroukłady, mikrokontrolery

Jednym ze sposobów zapobiegania uszkodzeniu tranzystora lub dowolnego przełączającego urządzenia półprzewodnikowego, w tym mikrokontrolerów, jest podłączenie diody skierowanej w przeciwną stronę do obwodu cewki przekaźnika.

Kiedy prąd przepływający przez cewkę bezpośrednio po wyzwoleniu generuje indukowany prąd zwrotny, to napięcie wsteczne otwiera diodę z tendencją do wstecznego napięcia.

Zgromadzona energia jest rozpraszana przez półprzewodnik, co zapobiega uszkodzeniu półprzewodnika sterującego - tranzystora, tyrystora, mikrokontrolera.

Półprzewodnik często zawarty w obwodzie cewki jest również nazywany:

• dioda koła zamachowego;
• dioda bocznikowa;
• dioda odwrotna.

Jednak nie ma dużej różnicy między elementami. Wszystkie spełniają jedną funkcję. Oprócz stosowania diod z odwróconym napięciem, inne urządzenia są również używane do ochrony elementów półprzewodnikowych.

Te same łańcuchy tłumików RC, warystory z tlenku metalu (MOV), diody Zenera.

Znakowanie przekaźników elektromagnetycznych

Oznaczenia techniczne zawierające częściowe informacje o urządzeniach są zwykle wskazane bezpośrednio na podwoziu elektromagnetycznego urządzenia przełączającego.

To oznaczenie wygląda jak skrót skrócony i zestaw liczbowy.

Każde elektromechaniczne urządzenie przełączające jest tradycyjnie oznakowane. Na podwoziu lub podwoziu stosowany jest w przybliżeniu ten sam zestaw znaków i liczb, wskazujący pewne parametry

Przykład oznakowania korpusu przekaźników elektromechanicznych:

RES32 RF4.500.335-01

Zapis ten jest odczytywany w następujący sposób: niskoprądowy przekaźnik elektromagnetyczny, seria 32, odpowiadający wykonaniu zgodnie z paszportem Federacji Rosyjskiej 4.500.335-01.

Jednak takie oznaczenia są rzadkie. Częściej skrócone opcje bez wyraźnego oznaczenia GOST:

RES 32 335-01

Również nie podwozie (na obudowie) urządzenia to data produkcji i numer partii. Więcej informacji znajduje się w karcie produktu. Każde urządzenie lub partia jest uzupełniona paszportem.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Film popularnie mówi o tym, jak działa elektromechaniczna elektronika przełączająca. Subtelności struktur, cechy połączeń i inne szczegóły są wyraźnie odnotowane:

Przekaźniki elektromechaniczne były używane od dłuższego czasu jako elementy elektroniczne. Tego rodzaju urządzenia przełączające można jednak uznać za przestarzałe. Urządzenia mechaniczne są coraz częściej zastępowane przez bardziej nowoczesne urządzenia - czysto elektroniczne. Jednym z takich przykładów jest przekaźniki półprzewodnikowe.

Masz pytania, znajdź błędy lub ciekawostki na temat, którym możesz podzielić się z odwiedzającymi naszą stronę? Zostaw swoje komentarze, zadawaj pytania, dziel się swoimi doświadczeniami w sekcji linków pod tym artykułem.