Electrical Relay Basic: Работна работа, видове и употреби
2025-04-29 34241

Релетата са устройства, които преодоляват пропастта между сигналите за управление с ниска мощност и електрическите вериги с висока мощност.Тази статия предлага изчерпателно ръководство за разбиране на релетата - как работят, тяхната вътрешна структура, ключови дизайнерски елементи като полюси и хвърляния, тяхното напрежение и текущи оценки, различните налични видове и широкия им диапазон от приложения.

Каталог

Фигура 1. Релета

Разбиране на релето и неговата работа

Релето е електрически работещ превключвател, който използва малък електрически ток, за да контролира по -голям.Той или се отваря, или затваря друга верига в зависимост от дизайна му.Някои релета използват физическо движение-метални контакти, изместени от магнитна сила-докато други, наречени твърди релета, изпълняват превключването по електронен път, без да се движат части.

В типично механично реле електрическият ток преминава през намотка от тел, създавайки магнитно поле.Това магнитно поле дърпа метална арматура към него.Арматурата, действаща като малък лост, или натиска контакти заедно, за да затвори верига или да ги раздърпа, за да я счупи.

Фигура 2. Релейна работна операция

Позицията по подразбиране на контактите зависи от типа реле.В нормално отворено (NO) реле контактите остават разделени, докато намотката се захранва, затваряйки веригата, когато арматурата се движи.В нормално затворено (NC) реле контактите остават заедно, докато се зареждат с енергия, в този момент магнитното издърпване ги принуждава, разчупвайки връзката.

След като токът към намотката спре, магнитното поле се срива почти моментално.Пружина или просто гравитация, натиска или дърпа арматурата обратно в позицията си в покой, връщайки контактите в първоначалното им състояние без забавяне.

Релетата са изградени за бързо, чисто превключване.Движението за бърз контакт помага за намаляване на електрическия шум в вериги с ниско напрежение и свежда до минимум искрящите, известни като Arcing, в системи с високо напрежение или висок ток.

В DC ​​захранвани релета диод често се поставя през клемите на бобината.Този диод безопасно абсорбира шипа с високо напрежение, произведен, когато магнитното поле се срути, предотвратявайки увреждане на чувствителната към близката електроника.

Ключови компоненти и структура на реле

Фигура 3. Компоненти и структура на реле

Релето е изградено от пет общи части: намотката, желязото, иго, арматура и контакти.

Намотка

Намотката се състои от дълъг кичур от тел, плътно навити около меко желязо.Когато електрическият ток тече през бобината, той генерира магнитно поле.Силата на това магнитно поле зависи от два фактора: броят на завоите на тел и количеството на доставения ток.Правилно проектираната намотка гарантира, че релето работи надеждно, което изисква минимална електрическа енергия, за да създаде необходимата магнитна сила.

Желязо ядро

Желязното ядро ​​седи в центъра на бобината.Основната му работа е да се концентрира и ръководи магнитното поле, произведено от намотката.По този начин той драстично засилва магнитния ефект, без да увеличава консумацията на енергия.Това прави релето по -ефективно, което позволява бързо и твърдо механично движение на арматурата при активиране.

Иго

Игото е здрава желязна рамка, която закрепва намотката и сърцевината на място.Той обслужва две цели: Първо, той осигурява непрекъснат път с ниско съпротивление за магнитен поток;Второ, тя действа като механична структура за опора за движещите се части.В повечето дизайни игото е директно споено към печатна платка (PCB), за да се осигури силна физическа и електрическа връзка.

Арматура

Арматурата е подвижен железен лост, свързан с игото през механична панта.Той почива леко далеч от желязното ядро ​​при нормални условия, държан в положение от пружина.Когато намотката на релето се захранва, магнитното поле издърпва арматурата към сърцевината, което го кара да се върти бързо.Когато токът спре, пружината веднага избута арматурата обратно в позицията си в покой, повторно отваряне или повторно прибиране на свързаната верига според нуждите.

Поддържането на малка, но съществена въздушна разлика между арматурата и сърцевината в състояние на покой предотвратява фалшивото активиране поради бездомни магнитни полета.Внимателният баланс между пролетното напрежение и магнитното издърпване е от решаващо значение за осигуряване на точно и надеждно превключване.

Контакти

Контактите са критичните точки, в които действителната електрическа верига се отваря или затваря.Едната страна на контакта е фиксирана, а другата е прикрепена към движещата се арматура.Когато арматурата се движи, контактите или се събират или се разделят, в зависимост от предвидената функция на релето (обикновено отворена или нормално затворена).

Някои релета включват множество набори контакти, което позволява на едно реле да контролира няколко вериги наведнъж.Контактният материал често е проектиран да издържа на многократно износване на електрически арсинг и механично износване, запазвайки дългосрочната функционалност.

Разбиране на релейни стълбове и хвърляния

Фигура 4. Общи конфигурации за контакт на релето

Релетата функционират като електрически превключватели и те използват същата терминология „полюс и хвърляне“ като редовни превключватели.В реле един стълб се отнася до една верига, която релето може да контролира.Throw описва броя на изходните пътища, към които веригата може да се свърже, когато релето работи.

Когато релевата намотка се захранва, тя измества позицията на един или повече контакти, променяйки състоянието на веригата.

Типове контакти в релета

Обикновено отворени (не) контакти - В нормално отворен (NO) контакт електрическата верига остава счупена, когато релето не се захранва.Захранването тече само след като релето активира и затваря контакта.Този тип контакт често се нарича формуляр А или осъществява контакт.

Някои контакти не са проектирани като контакти с ранно изработване (NOEM), което означава, че те се затварят малко, преди превключвателят или бутон да бъде напълно натиснат, като гарантира по-бърза връзка.

Нормално затворени (NC) контакти - В нормално затворен (NC) контакт електрическата верига остава завършена, когато релето е неактивно.Когато релето се активира, контактът се отваря, нарушавайки веригата.Тази настройка е известна като формуляр Б или прекъсва контакт.

Вариант, наречен късно разбиване (NCLB), държи веригата затворена малко по-дълго по време на освобождаването на превключвателя, като се гарантира, че веригата се счупи само след като контролното вход е напълно изключен.

Контакти за промяна (CO) или двойни хвърляния (DT) -Контактите за промяна или двойно хвърляне обработват две вериги, като се използва един движещ се контакт, свързан към споделен общ терминал.

• Когато релето е неактивно, общият терминал се свързва с една верига (нормално затворена страна).

• Когато се зарежда с енергия, той преминава към друга верига (обикновено отваряща страна).

Тази подредба се нарича формуляр С или контакт за трансфер.

Повечето дизайни следват действие, преди да се направят действие-свързване на стария път, преди да свържете новия.Въпреки това, някои дизайни позволяват на счупване преди това (наречена форма D), където новата връзка се осъществява малко преди да се счупи старата, като се гарантира по-гладки преходи без кратко прекъсване.

Основните типове контакти-обикновено отварящи се (NO), нормално затворени (NC) и промяна (CO)-директно определят поведението на превключване в релето.

В зависимост от това колко схеми (стълбове) и колко позиции на превключване (хвърляния) има релето, тези контакти се комбинират в стандартни конфигурации като SPST, SPDT, DPST и DPDT, които ще проучим по -нататък.

Общи конфигурации за контакт на релето

Релетата се класифицират въз основа на броя на полюсите и хвърлянията, които имат.Ето типичните конфигурации:

SPST - Единичен полюс с единично хвърляне

Едно полюсно едно хвърляне (SPST) реле се свързва или изключва една верига през два превключващи терминала.

Включително двата клеми на бобината, SPST реле има четири терминала.

Тъй като SPST релетата могат да бъдат или обикновено отворени или нормално затворени, може да видите по-конкретни етикети:

• SPNO - Единичен полюс обикновено се отваря

• SPNC - Единичен полюс обикновено затворен

Тези термини правят ясно дали веригата е отворена или затворена, когато релето е неактивно.

SPDT - Двойно хвърляне на един полюс

Едно полюсно реле с двойно хвърляне (SPDT) има един общ терминал, който превключва между два изходни клеми.Той може да превключва една верига между два различни пътя.С два терминала на намотката и три превключватели, SPDT релето има общо пет терминала.

DPST - Единично хвърляне на двоен полюс

Двойно полюсно едно хвърляне (DPST) реле контролира две независими вериги едновременно с едно действие на бобината.Това е като да имате два SPST превключвателя, работещи заедно.Общо има шест терминала - две за намотката и две двойки за всяка верига.Всеки полюс може да бъде конфигуриран отделно като нормално отворен (форма А) или нормално затворен (Форма Б) или комбинация от двете в зависимост от дизайна на релето.

DPDT - Двойно полюсно двойно хвърляне

Двойно полюсно двойно хвърляне (DPDT) реле комбинира два SPDT превключвателя, работещи едновременно.Той може да контролира две различни вериги, всяка от които превключва между два изходни пътя.Включително връзките на бобината, DPDT релето има осем терминала.Тази настройка осигурява гъвкавост за превключване на сложни схеми, които изискват множество промени наведнъж.

Обясни се релето напрежение и ток

Релетата са проектирани да работят при специфични напрежения на бобината, обикновено 5V, 6V, 12V или 24V.Когато се прилага правилното напрежение през клемите на бобината, механизмът на вътрешния превключвател се изтегля в положение, което позволява на релето да контролира отделна верига.Ако напрежението е твърде ниско, релето може да бъбри или да не успее да се активира;Ако е твърде висока, намотката може да прегрее и да се разгради.

Повечето релета, предназначени за малко превключване на сигнала или намотки с ниска мощност, използват намотки с директен ток (DC).За разлика от тях, релетата, предназначени за контрол на домакинските мрежи или промишленото оборудване, често използват променливи токови намотки (AC), обикновено оценени за работа с 50 или 60 Hz.

След като се зареди, релето използва своите контактни терминали за отваряне или затваряне на вериги, носещи променлив или постоянен ток.Всеки контакт е оценен за максимално напрежение и ток, който може безопасно да превключва без повреди.Тези оценки обикновено се формират или отпечатват директно върху пластмасовия корпус на релето.

Фигура 5. Рейтингите на релето и ток

Може да намерите маркировки като "5a @ 250vac "или" 10a @ 12vdc " върху корпуса.Това означава, че релето може да превключва до 5 ампера ток при 250 волта променлив ток или 10 ампера при 12 волта DC.От решаващо значение е да се запази превключеното натоварване в тези определени граници.Въпреки че някои релета могат да се справят с малко по -високи токове при по -ниски напрежения, връзката не е надеждна без потвърждение от листа с данни.

Изтласкването на реле отвъд номиналните му граници води до прекомерно натрупване на топлина вътре в контактите, в крайна сметка причинява заварки, деформация или пълна повреда.Това може да повреди както релето, така и други части на веригата.

За да избегнете подобни рискове, винаги изберете реле с ток и оценки на напрежението, които отговарят или надвишават максималните изисквания на вашето приложение.Консултирайте се с листа за данни на производителя за подробни спецификации, включително криви криви и отклонения в околната среда, преди да финализирате дизайна си.

Различни видове релета

Релетата се предлагат под много форми.Нека да проучим най -често срещаните типове и как работят в различни настройки:

Фигура 6. Електромеханични релета (EMR)

Електромеханични релета (EMR)

Електромеханичните релета използват намотка, за да създадат магнитно поле, което движи метална арматура, свързвайки или изключвайки верига.Те се справят с високи токове и напрежения, което ги прави идеални за производство, транспорт и автоматизация на сгради.Механичното износване във времето обаче може да повлияе на тяхната надеждност.

EMR обикновено имат 4-пинови или 5-пинови конфигурации.4-пиново реле контролира една верига, докато 5-пиновото реле може да превключва между две вериги (използвайки терминал 87a).Тези настройки ги правят много адаптивни за автомобилни, индустриални и електронни системи.

Фигура 7. Твърди състояния релета (SSR)

Твърди щатски релета (SSR)

Твърдо състояние релета превключва вериги, използвайки полупроводници като тиристори или транзистори, което позволява по -бърза, безшумна работа без движещи се части.Те издържат по-дълги и костюми, които се нуждаят от често или без шум, като медицински или прецизни системи за контрол.

Въпреки това, SSR могат да причинят капки за напрежение и натрупване на топлина, понякога изискващи радиаторни мивки.От решаващо значение е да съответствате на контролното напрежение (AC или DC) и типа на натоварване, когато избирате такова.Типовете с нулева кръст намаляват електрическия шум;Случайните типове включване предлагат по-бърз отговор.

Фигура 8. Релета за забавяне на времето

Релета за забавяне на времето

Релетата за забавяне на времето въвеждат умишлено забавяне преди отваряне или затваряне на контакти, като се използват вътрешни таймери.Те са от съществено значение, когато времето е от решаващо значение, като стартиращи двигатели, поставяне на аларма или стъпка по стъпка индустриални процеси.

Режимите включват закъснение (изчакайте преди активиране), изключване (задръжте след отстраняване на сигнала) и интервално време (фиксирано навреме).Регулируемите диапазони варират от милисекунди до часове, осигурявайки гъвкавост за различни приложения.

Фигура 9. Рейд Реле

Рейд релета

Рейтните релета използват тънки метални ленти вътре в запечатана стъклена тръба.Магнитното поле дърпа тръстиките заедно или отделно, за да превключи веригата.Техният бърз отговор и компактни размери ги правят идеални за приложения с ниска мощност като тестово оборудване, телекомуникации и миниатюрна електроника.

Те се предлагат във форма A (обикновено отворени), форма B (обикновено затворени) и форма C (промяна) типове.Изборът на правилната форма и съвпадащото оценяване на напрежението/тока гарантира безопасни, стабилни характеристики дори в чувствителни вериги.

Релета приложения

Релетата се намират в индустриалната автоматизация, телекомуникациите, автомобилната електроника и домакинските системи.Релетата осигуряват надеждната връзка между контролните сигнали и мощните машини.

Фигура 10. Релета, използвани в индустриалната автоматизация

Индустриална автоматизация

Във фабрики и производствени линии релетата действат като посредници между контролните панели и тежките машини.Слаб сигнал от контролер може да захранва релейна намотка, като дърпа механични контакти заедно, за да затвори много по -силна електрическа верига.Това действие безопасно задейства двигателите, конвейерните ленти или монтажните машини, без да излагат работници или чувствителна електроника на високи напрежения.Електромеханичните релета (EMRs), оценени за техния здрав дизайн и ниска цена, често се избират в среда, в която електронните контроли могат да се провалят поради топлина, прах или вибрации.В по -стари или по -здрави системи релетата извършват прости логически операции, като например стартиране на машина само когато са изпълнени множество условия, без да се нуждаят от цифрови процесори.

Фигура 11. Релета, използвани в автомобилните системи

Автомобилни системи

Релетата в превозните средства обработват задачи, които защитават и управляват електрическата система на автомобила.Когато водачът включи фаровете, малък ток от превключвателя се влива в релейна намотка.Това задейства контактите вътре в релето, за да свържете по -тежък ток към светлините, като предотвратява претоварването на окабеляването на таблото.Миниатюрни релета, прибрани зад кутии за предпазители, тихо се справят с десетки такива операции всеки път, когато стартира, бяга и спира.Стартовите соленоидни релета, например, позволяват малък усукване на ключа за запалване да активира големия стартов двигател, ефективно канализира високи токове, без да рискува повреда на ключа за запалване.Твърдо състояние на релетата вече се използват и за подобряване на живота и намаляване на механичното износване при критични автомобилни функции.

Фигура 12. Релета, използвани в аудио система

Потребителска електроника

Вътрешни домакински уреди и аудио системи, релетата изпълняват безшумна, но решаваща работа.Натискането на бутон на микровълнова печка или стерео изпраща малък контролен сигнал към реле, който след това измества вътрешните вериги, за да започне да готви или пуска музика.Твърдо състояние на релетата (SSRS) доминират в съвременните дизайни, предлагайки безшумно превключване, по-дълъг оперативен живот и бързи времена на реакция.Тяхната компактност и скорост позволяват на производителите да създават по -тънки, по -надеждни устройства.Независимо дали превключване на нагревателни елементи, активиране на двигатели или избор на аудио изходи, релетата дават възможност на потребителските команди да се изпълняват незабавно и точно без по -голямата част от механичните превключватели.

Фигура 13. Реле в разпределението на мощността

Разпределение на мощността

В силовата мрежа релетата се предпазват от грешки, които могат да причинят прекъсвания или повреда на оборудването.Те постоянно наблюдават електрическите параметри - като напрежение, ток и честота - чрез вземане на проби от данни хиляди пъти в секунда.Ако се открие повреда като свръхток или фазов дисбаланс, защитните релета изпращат незабавни сигнали за пътуване до прекъсвачи.Това изолира проблемната зона в милисекунди, предотвратявайки каскадни повреди в цялата мрежа.Специализираните видове, като релета на разстоянието и диференциални релета, се фокусират върху конкретни видове неизправности, като гарантират, че трансформаторите, генераторите и трансмисионните линии работят безопасно.Без тези бързи, автоматични защити, големи участъци от захранващата мрежа могат да се срутят от незначителни прекъсвания.

Заключение

Релетата помагат да се контролират силните електрически токове, като се използват малки сигнали.Те се уверяват, че машините, автомобилите, домашните устройства и енергийните системи работят безопасно и правилно.Използват се различни видове релета, като електромеханично и твърдо състояние в зависимост от това, от което се нуждае системата.Разбирайки как се изграждат релета, как работят и къде се използват, става по -лесно да изберете правилния за всяка работа.