Elektromagnētiskais relejs: uzbūve, marķējums, veidi + pieslēguma nianses un regulēšana

Elektrisko signālu pārveidošana atbilstošā fizikālā lielumā — kustībā, spēkā, skaņā utt., tiek veikta ar izpildmehānismu palīdzību. Izpildmehānisms jāklasificē kā pārveidotājs, jo šī ierīce maina viena fizikāla lieluma veidu citā.

Izpildmehānisms parasti tiek aktivizēts vai vadīts ar zema sprieguma komandsignālu. Tas tiek papildus klasificēts kā bināra vai nepārtraukta ierīce, pamatojoties uz stabilo stāvokļu skaitu. Piemēram, elektromagnētiskais relejs ir binārs izpildmehānisms, ņemot vērā divus esošos stabilos stāvokļus: ieslēgts — izslēgts.

Šajā rakstā detalizēti apskatīti elektromagnētiskā releja darbības principi un ierīču izmantošanas joma.

Izpildmehānisma uzbūves pamati

Termins «relejs» ir raksturīgs ierīcēm, kas nodrošina elektrisko savienojumu starp diviem vai vairākiem punktiem, izmantojot vadības signālu.

Visizplatītākais un plaši izmantotais elektromagnētiskā releja (EMR) veids ir elektromehāniskā konstrukcija.

Šādi izskatās viena konstrukcija no daudzskaitlīgas izstrādājumu sērijas, ko sauc par elektromagnētiskajiem relejiem. Šeit parādīta slēgta mehānisma versija ar vāku no caurspīdīga organiskā stikla.

Jebkura aprīkojuma fundamentālās kontroles shēma vienmēr paredz ieslēgšanas un izslēgšanas iespēju. Vienkāršākais veids, kā veikt šīs darbības, ir izmantot barošanas padeves bloķēšanas slēdžus.

Manuālas darbības slēdži var tikt izmantoti vadībai, taču tiem ir trūkumi. To acīmredzamais trūkums ir stāvokļu «ieslēgts» vai «izslēgts» iestatīšana fiziskā veidā, tas ir, manuāli.

Manuālās pārslēgšanas ierīces parasti ir lielgabarīta, ar lēnu darbību, spējīgas komutēt nelielas strāvas.

Manuālais pārslēgšanas mehānisms – elektromagnētisko releju «tālais radinieks». Nodrošina tādu pašu funkcionalitāti – darba līniju komutāciju, bet tiek vadīts tikai manuāli.

Savukārt elektromagnētiskie releji galvenokārt tiek piedāvāti kā elektriski vadāmi slēdži. Ierīcēm ir dažādas formas un izmēri, un tās iedala pēc nominālās jaudas līmeņa. To pielietojuma iespējas ir plašas.

Šādas ierīces, kas aprīkotas ar vienu vai vairākiem kontaktu pāriem, var ietilpt vienotā lielāku jaudas izpildmehānismu — kontaktoru — konstrukcijā, ko izmanto tīkla sprieguma vai augstsprieguma ierīču komutācijai.

EMR darbības pamatprincipi

Tradicionāli elektromagnētiskā tipa releji tiek izmantoti elektrisko (elektronisko) komutācijas vadības shēmu sastāvā. Tie tiek uzstādīti vai nu tieši uz iespiedshēmu platēm, vai brīvā novietojumā.

Ierīces vispārējā uzbūve

Izmantoto izstrādājumu slodzes strāvas parasti tiek mērītas no ampēra daļām līdz 20 A un vairāk. Releju shēmas elektronikas praksē ir plaši izplatītas.

Ierīces visdažādākajās konfigurācijās, kas paredzētas uzstādīšanai uz montāžas iespiedshēmu platēm vai tieši kā atsevišķi uzstādāma ierīce.

Elektromagnētiskā releja konstrukcija pārveido magnētisko plūsmu, ko rada pielietotais maiņstrāvas/līdzstrāvas spriegums, mehāniskā spēkā. Pateicoties iegūtajam mehāniskajam spēkam, tiek veikta kontaktu grupas vadība.

Visizplatītākā konstrukcija ir izstrādājuma forma, kas ietver šādus komponentus:

• ierosmes spoli;
• tērauda serdeni;
• atbalsta šasiju;
• kontaktu grupu.

Tērauda serdenim ir fiksēta daļa, ko sauc par šūpuļsviru, un kustīga atsperota detaļa, ko dēvē par enkuru.

Būtībā enkurs papildina magnētiskā lauka ķēdi, noslēdzot gaisa spraugu starp nekustīgo elektrisko spoli un kustīgo armatūru.

Detalizēts konstrukcijas izkārtojums: 1 – atspiešanas atspere; 2 – metāla serdenis; 3 – enkurs; 4 – normāli slēgts kontakts; 5 – normāli atvērts kontakts; 6 – kopējais kontakts; 7 – vara stieples spole; 8 – šūpuļsvira

Armatūra kustas uz šarnīriem vai brīvi pagriežas ģenerētā magnētiskā lauka ietekmē. Tādējādi tiek aizvērti elektriskie kontakti, kas piestiprināti pie armatūras.

Parasti starp šūpuļsviru un enkuru novietotā atgriešanas atspere (vai atsperes) atgriež kontaktus sākotnējā stāvoklī, kad releja spolei nav pielikts spriegums.

Releja elektromagnētiskās sistēmas darbība

Vienkāršai klasiskajai elektromagnētiskā releja konstrukcijai ir divi elektrovadošu kontaktu kopumi.

Tādējādi tiek realizēti divi kontaktu grupas stāvokļi:

1. Normāli atvērts kontakts.
2. Normāli slēgts kontakts.

Attiecīgi kontaktu pāris tiek klasificēts kā parasti atvērti (NO) vai, atrodoties citā stāvoklī, parasti slēgti (NC).

Relejam ar parasti atvērtu kontaktu stāvokli, stāvoklis «slēgts» tiek sasniegts tikai tad, kad ierosmes strāva plūst caur induktīvo spoli.

Viens no diviem iespējamiem kontaktu grupas noklusējuma uzstādīšanas variantiem. Šeit bezsprieguma stāvoklī spoles «pēc noklusējuma» ir iestatīts parasti slēgts (aizvērts) stāvoklis.

Otrā variantā — parasti slēgtais kontaktu stāvoklis paliek nemainīgs, ja spoles ķēdē nav ierosmes strāvas. Tas nozīmē, ka slēdža kontakti atgriežas to parastajā slēgtajā stāvoklī.

Tāpēc termini «parasti atvērts» un «parasti slēgts» ir jāattiecina uz elektrisko kontaktu stāvokli, kad releja spole ir bez sprieguma, t.i., releja barošanas spriegums ir izslēgts.

Releja elektriskās kontaktu grupas

Releja kontakti parasti tiek attēloti kā elektrovadoši metāla elementi, kas saskaras viens ar otru, aizver ķēdi, darbojoties līdzīgi vienkāršam slēdzim.

Kad kontakti ir atvērti, pretestība starp parasti atvērtajiem kontaktiem tiek mērīta ar augstu vērtību megohmos. Tā tiek radīts atvērtas ķēdes nosacījums, kad strāvas plūsma spoles ķēdē tiek izslēgta.

Jebkura elektromehāniskā komutatora kontaktu grupai atvērtā režīmā ir pretestība vairāki simti megohmu. Šīs pretestības vērtība var nedaudz atšķirties dažādiem modeļiem.

Ja kontakti ir slēgti, kontaktu pretestībai teorētiski jābūt nullei — īsslēguma rezultāts.

Tomēr šāds stāvoklis netiek novērots vienmēr. Katra atsevišķa releja kontaktu grupai ir noteikta kontaktu pretestība stāvoklī «slēgts». Šādu pretestību sauc par stabilu.

Slodzes strāvu pārejas īpatnības

Jauna elektromagnētiskā releja uzstādīšanas praksē, ieslēgšanas kontaktu pretestība tiek atzīmēta ar mazu vērtību, parasti mazāku par 0,2 omiem.

Tas izskaidrojams vienkārši: jaunie gali paliek pagaidām tīri, bet laika gaitā galu pretestība neizbēgami palielināsies.

Piemēram, kontaktiem ar strāvu 10 A, sprieguma kritums būs 0,2 x 10 = 2 volti (Oma likums). No tā izriet — ja kontaktu grupai pievadītais barošanas spriegums ir 12 volti, tad slodzes spriegums būs 10 volti (12-2).

Kad kontaktu metāla gali nolietojas, nebūdami pienācīgi aizsargāti pret augstām induktīvām vai kapacitatīvām slodzēm, kļūst neizbēgami bojājumi no elektriskā loka efekta.

Elektriskā loka uz viena no elektromehāniskās komutācijas ierīces kontaktiem. Tas ir viens no kontaktu grupas bojājumu iemesliem, ja netiek veikti atbilstoši pasākumi.

Elektriskā loka – dzirksteļošana kontaktos – izraisa kontaktu galu kontakta pretestības palielināšanos un līdz ar to fiziskus bojājumus.

Ja releju turpina lietot šādā stāvoklī, kontaktu gali var pilnībā zaudēt fizisko kontakta īpašību.

Bet ir nopietnāks faktors, kad loka bojājuma rezultātā kontakti beigu beigās savienojas, radot īssavienojuma apstākļus.

Šādās situācijās nav izslēgts risks bojāt ķēdi, kuru kontrolē EMR.

Tā, ja kontakta pretestība ir palielinājusies par 1 omu elektriskās loka ietekmē, sprieguma kritums uz kontaktiem vienai un tai pašai slodzes strāvai palielinās līdz 1×10=10 volti (līdzstrāva).

Šeit sprieguma krituma lielums uz kontaktiem var būt nepieņemams slodzes shēmai, īpaši strādājot ar barošanas spriegumiem 12-24 V.

Releja kontaktu materiāla veids

Lai samazinātu elektriskās loka un augstu pretestību ietekmi, mūsdienu elektromehānisko releju kontaktu galus izgatavo vai pārklāj ar dažādiem sudraba sakausējumiem.

Šādā veidā izdodas ievērojami pagarināt kontaktu grupas kalpošanas laiku.

Elektromehānisko komutācijas ierīču kontaktu plākšņu gali. Šeit ir parādīti sudraboto galu varianti. Šāda veida pārklājums samazina bojājumu faktoru.

Praksē tiek izmantoti šādi materiāli, ar kuriem apstrādā elektromagnētisko (elektromehānisko) releju kontaktu grupu galus:

• Ag — sudrabs;
• AgCu — sudrabs-varš;
• AgCdO — sudrabs-kadmija oksīds;
• AgW — sudrabs-volframs;
• AgNi — sudrabs-niķelis;
• AgPd — sudrabs-palādijs.

Releju kontaktu grupu galu kalpošanas laika palielināšana, samazinot elektriskās loka veidošanās reižu skaitu, tiek panākta, pievienojot rezistīvi-kondensatoru filtrus, ko sauc arī par RC slāpētājiem.

Šīs elektroniskās ķēdes pieslēdz paralēli elektromehānisko releju kontaktu grupām. Sprieguma maksimums, kas rodas kontaktu atvēršanas brīdī, ar šādu risinājumu šķiet droši īss.

Izmantojot RC slāpētājus, izdodas apspiest elektrisko loku, kas veidojas uz kontaktu galiem.

EMR kontaktu tipiskais izpildījums

Papildus klasiskajiem normāli atvērtiem (NO) un normāli slēgtiem (NC) kontaktiem, releju komutācijas mehānika arī paredz klasifikāciju, ņemot vērā darbību.

Savienojuma elementu izpildījuma īpatnības

Elektromagnētiskā tipa releju konstrukcijas šajā variantā pieļauj viena vai vairāku atsevišķu slēdža kontaktu esamību.

Tā izskatās ierīce, tehnoloģiski konfigurēta SPST izpildījumam – viena pola un vienvirziena. Pastāv arī citi izpildījuma varianti.

Kontaktu izpildījumu raksturo šāds saīsinājumu kopums:

• SPST (Single Pole Single Throw) – viena pola vienvirziena;
• SPDT (Single Pole Double Throw) – viena pola divvirziena;
• DPST (Double Pole Single Throw) – divu polu vienvirziena;
• DPDT (Double Pole Double Throw) – divu polu divvirziena.

Katrs šāds savienojuma elements tiek apzīmēts kā «pols». Jebkuri no tiem var tikt pieslēgti vai atslēgti, vienlaikus aktivizējot releja spoli.

Ierīču pielietošanas smalkumi

Neskatoties uz elektromagnētisko komutatoru konstrukcijas vienkāršību, pastāv daži smalkumi šo ierīču lietošanas praksē.

Tā, speciālisti kategoriski neiesaka pieslēgt paralēli visus releja kontaktus, lai šādā veidā komutētu slodzes ķēdi ar lielu strāvu.

Piemēram, pieslēgt 10 A slodzi, paralēli savienojot divus kontaktus, no kuriem katrs ir paredzēts 5 A strāvai.

Šīs montāžas smalkumi ir saistīti ar to, ka mehānisko releju kontakti nekad neaizveras un neatveras vienā laika momentā.

Rezultātā viens no kontaktiem jebkurā gadījumā būs pārslogots. Un pat ņemot vērā īslaicīgu pārslodzi, ierīces priekšlaicīga atteice šādā pieslēgumā ir neizbēgama.

Nepareiza ekspluatācija, kā arī releja pieslēgšana ārpus noteiktajiem montāžas noteikumiem, parasti beidzas ar šādu iznākumu. Iekšpusē ir izdedzis praktiski viss saturs.

Elektromagnētiskos izstrādājumus ir atļauts izmantot elektrisko vai elektronisko shēmu sastāvā ar zemu enerģijas patēriņu kā relatīvi augstu strāvu un spriegumu slēdžus.

Tomēr kategoriski nav ieteicams laist cauri dažādus slodzes spriegumus caur vienas ierīces blakus esošajiem kontaktiem.

Piemēram, komutēt 220 V maiņstrāvas spriegumu un 24 V līdzstrāvas spriegumu. Vienmēr jāizmanto atsevišķi izstrādājumi katram variantam, lai nodrošinātu drošību.

Aizsardzības paņēmieni pret pretspriegumu

Nozīmīga jebkura elektromehāniskā releja detaļa ir spole. Šī detaļa pieder pie slodzes ar augstu induktivitāti, jo tai ir vadu uztīšana.

Jebkurai ar vadu uztītai spolei ir noteikts pretestības impedants, kas sastāv no induktivitātes L un pretestības R, tādējādi veidojot virknes ķēdi LR.

Kad strāva plūst caur spoli, tiek radīts ārējs magnētiskais lauks. Kad strāvas plūsma spolē apstājas režīmā «izslēgts», palielinās magnētiskā plūsma (transformācijas teorija) un rodas augsts pretspriegums EDS (elektrodzinējspēks).

Šī inducētā pretsprieguma vērtība var vairākas reizes pārsniegt komutācijas sprieguma lielumu.

Līdz ar to rodas risks bojāt jebkādus pusvadītāju komponentus, kas atrodas blakus relejam. Piemēram, bipolārs vai lauka tranzistors, ko izmanto sprieguma padevei releja spolei.

Shēmas varianti, kas nodrošina pusvadītāju vadības elementu – bipolāro un lauka tranzistoru, mikroshēmu, mikrokontrolleru – aizsardzību.

Viens no veidiem, kā novērst tranzistora vai jebkuras pārslēdzošas pusvadītāju ierīces, ieskaitot mikrokontrollerus, bojājumu, ir iespēja pieslēgt pretējā nobīdē esošu diodi releja spoles ķēdē.

Kad strāva, kas plūst caur spoli tūlīt pēc izslēgšanas, ģenerē inducētu pretējo EDS, šis pretējais spriegums atver pretējā nobīdē esošo diodi.

Caur pusvadītāju uzkrātā enerģija izkliedējas, tādējādi novēršot vadības pusvadītāja – tranzistora, tiristora, mikrokontrollera – bojājumu.

Bieži releja spoles ķēdē iekļauto pusvadītāju sauc arī par:

• spararata diode;
• manevrēšanas diode;
• apgrieztā diode.

Tomēr lielas atšķirības starp elementiem nav. Visi tie veic vienu funkciju. Papildus pretējā nobīdē esošu diožu izmantošanai pusvadītāju komponentu aizsardzībai tiek pielietotas arī citas ierīces.

Tādas pašas RC-slāpētāju ķēdes, metāla-oksīda varistori (MOV), stabiliztroni.

Elektromagnētisko releju ierīču marķējums

Tehniskie apzīmējumi, kas sniedz daļēju informāciju par ierīcēm, parasti tiek norādīti tieši uz elektromagnētiskās komutācijas ierīces šasijas.

Šāds apzīmējums izskatās kā saīsināts akronīms un ciparu kopa.

Katru elektromehānisko komutācijas ierīci tradicionāli marķē. Uz korpusa vai šasijas tiek uzlikts aptuveni šāds simbolu un ciparu kopums, kas norāda noteiktus parametrus.

Elektromehānisko releju korpusa marķējuma piemērs:

RES32 RF4.500.335-01

Šis ieraksts tiek atšifrēts šādi: elektromagnētiskais vājstrāvas relejs, 32. sērija, atbilstošs izpildījumam pēc pases RF4.500.335-01.

Tomēr šādi apzīmējumi ir retums. Biežāk sastopami saīsināti varianti bez skaidras GOST norādes:

RES32 335-01

Arī uz ierīces šasijas (uz korpusa) tiek atzīmēts izgatavošanas datums un partijas numurs. Sīkāka informācija ir ietverta tehniskajā pasē izstrādājumam. Ar pasi tiek komplektēta katra ierīce vai partija.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Video populāri stāsta par to, kā darbojas elektromehāniskā komutācijas elektronika. Uzskatāmi tiek atzīmētas konstrukciju nianses, pieslēgumu īpatnības un citas detaļas:

Elektromehāniskie releji jau diezgan ilgu laiku tiek izmantoti kā elektroniskie komponenti. Tomēr šāda veida komutācijas ierīces var uzskatīt par morāli novecojušām. Mehānisko ierīču vietā arvien biežāk nāk mūsdienīgākas ierīces – tīri elektroniskas. Viens no šādiem piemēriem ir cietvielu releji.

Vai jums ir radušies jautājumi, atklātas nepilnības vai ir interesanti fakti par raksta tēmu, ar kuriem varat dalīties ar mūsu vietnes apmeklētājiem? Lūdzu, atstājiet savus komentārus, uzdodiet jautājumus, dalieties pieredzē saziņas blokā zem raksta.