Relé - Relay

Relé
Elektromechanické reléové schéma ukazující řídicí cívku, čtyři páry normálně otevřených a jeden pár normálně uzavřených kontaktů
Miniaturní relé v automobilovém stylu se sundaným protiprachovým krytem

Relé je elektricky ovládaný spínač . Skládá se ze sady vstupních svorek pro jeden nebo více řídicích signálů a sady ovládacích kontaktních svorek. Přepínač může mít libovolný počet kontaktů ve více formách kontaktů , jako jsou spínací kontakty, rozpojovací kontakty nebo jejich kombinace.

Relé se používají tam, kde je nutné ovládat obvod nezávislým signálem o nízkém výkonu, nebo kde musí být jedním obvodem ovládáno více obvodů. Relé byla poprvé použita v dálkových telegrafních obvodech jako opakovače signálu: obnovují signál přicházející z jednoho okruhu jeho přenosem do jiného obvodu. Relé byla široce používána v telefonních ústřednách a raných počítačích k provádění logických operací.

Tradiční forma relé využívá elektromagnet k uzavírání nebo otevírání kontaktů, ale byly vynalezeny další provozní principy, například v polovodičových relé, která používají polovodičové vlastnosti k ovládání, aniž by se spoléhaly na pohyblivé části . Relé s kalibrovanými provozními charakteristikami a někdy více provozními cívkami se používají k ochraně elektrických obvodů před přetížením nebo poruchami; v moderních systémech elektrické energie tyto funkce vykonávají digitální přístroje, které se stále nazývají ochranná relé .

Blokovací relé vyžadují k trvalému ovládání spínače pouze jeden impuls řídicího výkonu. Další impuls aplikovaný na druhou sadu ovládacích terminálů, nebo puls s opačnou polaritou, resetuje spínač, zatímco opakované impulsy stejného druhu nemají žádný účinek. Magnetická relé jsou užitečná v aplikacích, kde by přerušené napájení nemělo ovlivnit obvody, které relé ovládá.

Dějiny

Kontakty telegrafního relé a pružina

V roce 1809 Samuel Thomas von Sömmerring navrhl elektrolytické relé jako součást svého elektrochemického telegrafu.

Americký vědec Joseph Henry je často prohlašován, že vynalezl relé v roce 1835, aby vylepšil svou verzi elektrického telegrafu , vyvinutou dříve v roce 1831.

Tvrdí se, že anglický vynálezce Edward Davy „určitě vynalezl elektrické relé“ ve svém elektrickém telegrafu c.1835.

Jednoduché zařízení, kterému se dnes říká relé, bylo zahrnuto v původním telegrafním patentu Samuela Morse z roku 1840 . Popsaný mechanismus fungoval jako digitální zesilovač, který opakoval telegrafní signál, a umožňoval tak šíření signálů tak daleko, jak bylo požadováno.

Slovo relé se objevuje v kontextu elektromagnetických operací z roku 1860.

Základní konstrukce a provoz

Jednoduché elektromechanické relé
Provoz bez diody flyback, jiskření způsobuje degradaci kontaktů spínače
Je zabráněno provozu s diodou flyback, obloukem v řídicím obvodu

Jednoduché elektromagnetické relé se skládá z cívky drátu omotaného kolem měkkého železného jádra (solenoidu), železného třmenu, který poskytuje dráhu s nízkou reluktancí pro magnetický tok, pohyblivé železné kotvy a jedné nebo více sad kontaktů (existují dva kontakty v relé na obrázku). Kotva je zavěšena na třmen a mechanicky spojena s jednou nebo více sadami pohyblivých kontaktů. Kotva je držena na místě pružinou, takže když je relé bez napětí, v magnetickém obvodu je vzduchová mezera. V tomto stavu je jedna ze dvou sad kontaktů na obrázku na relé sepnuta a druhá sada je otevřená. Ostatní relé mohou mít více nebo méně sad kontaktů v závislosti na jejich funkci. Relé na obrázku má také vodič spojující kotvu se třmenem. To zajišťuje spojitost obvodu mezi pohyblivými kontakty na kotvě a dráhou obvodu na desce plošných spojů (PCB) prostřednictvím třmenu , který je připájen k PCB.

Když elektrický proud prochází cívkou, generuje magnetické pole, které aktivuje kotvu, a následný pohyb pohyblivých kontaktů buď vytvoří nebo přeruší (v závislosti na konstrukci) spojení s pevným kontaktem. Pokud byla sada kontaktů sepnuta, když bylo relé bez napětí, pohyb otevře kontakty a přeruší spojení a naopak, pokud jsou kontakty rozepnuté. Když je proud do cívky vypnut, armatura se vrátí silou, přibližně poloviční silou magnetické síly, do své uvolněné polohy. Tato síla je obvykle poskytována pružinou, ale gravitace se také běžně používá v průmyslových spouštěčích motorů. Většina relé je vyrobena tak, aby fungovala rychle. V nízkonapěťových aplikacích to snižuje hluk; ve vysokonapěťových nebo proudových aplikacích snižuje oblouk .

Provoz relé 12 A.

Když je cívka napájena stejnosměrným proudem , dioda nebo odpor je často umístěn přes cívku, aby rozptýlil energii z kolabujícího magnetického pole při deaktivaci, což by jinak generovalo špičku napětí nebezpečnou pro součásti polovodičových obvodů. Takové diody nebyly široce používány před aplikací tranzistorů jako reléových ovladačů, ale brzy se staly všudypřítomnými, protože rané germaniové tranzistory byly tímto nárazem snadno zničeny. Některá automobilová relé obsahují diodu uvnitř pouzdra relé. Rezistory, přestože jsou odolnější než diody, méně účinně eliminují napěťové špičky generované relé, a proto nejsou tak běžně používané.

Malé kolébkové relé často používané v elektronice. Pojem „kolébka“ označuje tvar kotvy relé

Pokud relé napájí velkou nebo zejména reaktivní zátěž, může být podobný problém rázových proudů kolem výstupních kontaktů relé. V tomto případě může tlumicí obvod (kondenzátor a odpor v sérii) přes kontakty absorbovat přepětí. Vhodně hodnocené kondenzátory a související rezistor se prodávají jako součást jediného balení pro toto běžné použití.

Pokud je cívka navržena tak, aby byla napájena střídavým proudem (AC), je některá metoda použita k rozdělení toku na dvě složky mimo fázi, které se sčítají, čímž se zvyšuje minimální tah kotvy během cyklu střídavého proudu. Obvykle se to provádí malým měděným „stínícím prstencem“, který je omotán kolem části jádra, která vytváří zpožděnou, nefázovou složku, která drží kontakty během nulových přechodů řídicího napětí.

Kontaktní materiály pro relé se liší podle aplikace. Materiály s nízkým kontaktním odporem mohou být oxidovány vzduchem nebo mohou mít tendenci se „lepit“ namísto čistého dělení při otevírání. Kontaktní materiál může být optimalizován pro nízký elektrický odpor, vysokou pevnost, aby odolal opakovaným operacím, nebo vysokou kapacitu, aby vydržel teplo oblouku. Tam, kde je vyžadován velmi nízký odpor nebo jsou požadována nízká tepelně indukovaná napětí, lze použít pozlacené kontakty spolu s palladiem a jinými neoxidujícími polodrahokamy. K přepínání signálu slouží postříbřené nebo postříbřené kontakty. Relé smáčená rtutí vytvářejí a přerušují obvody pomocí tenkého, samoobnovujícího se filmu kapalné rtuti. U relé s vyšším výkonem spínajících mnoho ampér, jako jsou stykače motorových obvodů, jsou kontakty vyrobeny ze směsi oxidu stříbra a oxidu kademnatého, což poskytuje nízký kontaktní odpor a vysokou odolnost vůči teplu oblouku. Kontakty používané v obvodech nesoucích skóre nebo stovky ampér mohou zahrnovat další struktury pro odvod tepla a řízení oblouku vznikajícího při přerušení obvodu. Některá relé mají kontakty vyměnitelné v místě, například některá relé obráběcích strojů; tyto mohou být vyměněny, když jsou opotřebované, nebo se přepínají mezi normálně otevřeným a normálně zavřeným stavem, aby se umožnily změny v ovládaném obvodu.

Terminologie

Symboly obvodů relé (C označuje společný terminál u typů SPDT a DPDT.)

Protože relé jsou spínače , terminologie aplikovaná na spínače je aplikována také na relé; relé spíná jeden nebo více pólů , z nichž každý jehož kontakty může být vyvolána aktivací cívky. Normálně rozepnuté (NO) kontakty spojují obvod, když je relé aktivováno; obvod je odpojen, když je relé neaktivní. Normálně sepnuté (NC) kontakty odpojí obvod, když je relé aktivováno; obvod je připojen, když je relé neaktivní. Všechny kontaktní formuláře zahrnují kombinace NO a NC připojení.

Národní asociace výrobců relé a její nástupce, Relé a spínací průmyslová asociace, definují 23 různých forem elektrických kontaktů, které se nacházejí v relé a spínačích. Z nich se běžně vyskytují následující:

  • Relé SPST-NO (jednopólové, jednopólové, normálně otevřené) mají jeden kontakt typu A nebo spínací kontakt. Ty mají dvě svorky, které lze připojit nebo odpojit. Včetně dvou pro cívku má takové relé celkem čtyři svorky.
  • Relé SPST-NC (jednopólové, jednopólové, normálně zavřené) mají jeden tvar B nebo rozpínací kontakt. Stejně jako u relé SPST-NO má takové relé celkem čtyři svorky.
  • Relé SPDT (Single-Pole Double-Throw) mají jedinou sadu Form C , rozpojte před vytvořením nebo přenosem kontaktů. To znamená, že společný terminál se připojuje k jednomu ze dvou dalších, nikdy se nepřipojí k oběma současně. Včetně dvou pro cívku má takové relé celkem pět svorek.
  • DPST -dvoupólová relé s jedním přepínáním jsou ekvivalentní dvojici spínačů SPST nebo relé ovládaných jednou cívkou. Včetně dvou pro cívku má takové relé celkem šest svorek. Póly mohou mít formu A nebo formu B (nebo jeden z každého; k vyřešení nejednoznačnosti by měla být použita označení NO a NC ).
  • DPDT -dvoupólová relé s dvojitým přepínáním mají dvě sady kontaktů typu C. Jsou ekvivalentní dvěma SPDT spínačům nebo relé ovládaným jedinou cívkou. Takové relé má osm svorek včetně cívky
  • Forma D - vyrobte před přestávkou
  • Forma E - kombinace D a B

Označovač S ( jednoduchý ) nebo D ( dvojitý ) pro počet pólů může být nahrazen číslem, které označuje více kontaktů připojených k jednomu aktuátoru . Například 4PDT označuje čtyřpólové relé s dvojitým hodem, které má 12 spínacích svorek.

EN 50005 patří mezi platné normy pro číslování reléových svorek; typické svorky relé SPDT vyhovující EN 50005 by byly očíslovány 11, 12, 14, A1 a A2 pro připojení C, NC, NO a cívky.

DIN 72552 definuje kontaktní čísla v relé pro použití v automobilech:

  • 85 = reléová cívka -
  • 86 = reléová cívka +
  • 87 = společný kontakt
  • 87a = normálně sepnutý kontakt
  • 87b = normálně otevřený kontakt

Typy

Koaxiální relé

Kde rádiové vysílače a přijímače sdílejí jednu anténu, často se jako relé TR (transmit-receive) používá koaxiální relé, které přepíná anténu z přijímače do vysílače. To chrání přijímač před vysokým výkonem vysílače. Taková relé se často používají v transceiverech, které kombinují vysílač a přijímač v jedné jednotce. Reléové kontakty jsou navrženy tak, aby neodrážely žádný vysokofrekvenční výkon zpět ke zdroji a poskytovaly velmi vysokou izolaci mezi svorkami přijímače a vysílače. Charakteristická impedance relé je přizpůsobena přenosové linky impedance systému, například 50 ohmů.

Stykač

Stykač je tuhá a robustní konstrukce relé s vyšším proudu od, který se používá pro spínání elektromotorů a osvětlení zatížení. Jmenovité hodnoty trvalého proudu pro běžné stykače se pohybují od 10 ampérů do několika set ampérů. Silnoproudé kontakty jsou vyrobeny ze slitin obsahujících stříbro . Nevyhnutelné jiskření způsobí oxidaci kontaktů; Nicméně, oxid stříbrný je stále dobrý vodič. Ke spouštění motorů se často používají stykače s ochranou proti přetížení.

Relé kontaktů s nuceným vedením

Silově vedené kontakty relé mají reléové kontakty, které jsou mechanicky spojeny dohromady, takže když je cívka relé pod napětím nebo bez napětí, všechny propojené kontakty se pohybují společně. Pokud dojde k znehybnění jedné sady kontaktů v relé, žádný další kontakt stejného relé se nebude moci pohnout. Funkcí silově vedených kontaktů je umožnit bezpečnostnímu obvodu zkontrolovat stav relé. Kontakty s nuceným vedením jsou také známé jako „kontakty s pozitivním vedením“, „kontakty pro zajetí“, „uzamčené kontakty“, „mechanicky propojené kontakty“ nebo „bezpečnostní relé“.

Tato bezpečnostní relé musí dodržovat konstrukční pravidla a výrobní pravidla, která jsou definována v jedné hlavní strojní normě EN 50205: Relé s nuceně vedenými (mechanicky spojenými) kontakty. Tato pravidla pro návrh bezpečnosti jsou ta, která jsou definována v normách typu B, jako je EN 13849-2, jako Základní bezpečnostní zásady a Osvědčené bezpečnostní zásady pro strojní zařízení, které platí pro všechny stroje.

Síly vedené silou samy o sobě nemohou zaručit, že jsou všechny kontakty ve stejném stavu, nicméně zaručují, bez žádných hrubých mechanických poruch, že žádné kontakty nejsou v opačných stavech. V opačném případě se relé s několika normálně otevřenými (NO) kontakty může při napájení sepnout, přičemž některé kontakty jsou sepnuté a jiné stále mírně rozepnuté, kvůli mechanickým tolerancím. Podobně se relé s několika normálně sepnutými (NC) kontakty může přilepit do neenergetické polohy, takže když je pod napětím, obvod přes jednu sadu kontaktů se přeruší, s mezní mezerou, zatímco druhá zůstane sepnutá. Zavedením spínacích i rozpínacích kontaktů, nebo běžněji přepínacích kontaktů, na stejné relé je pak možné zaručit, že pokud je jakýkoli rozpínací kontakt sepnut, všechny rozpínací kontakty jsou rozepnuty a naopak, pokud je jakýkoli spínací kontakt sepnut, všechny rozpínací kontakty jsou otevřené. Není možné spolehlivě zajistit, aby jakýkoli konkrétní kontakt byl sepnut, s výjimkou potenciálně rušivého a bezpečnostně degradujícího snímání podmínek jeho obvodu, avšak v bezpečnostních systémech je obvykle nejdůležitější stav NO a jak je vysvětleno výše, toto je spolehlivě ověřitelné detekcí sepnutí kontaktu opačného smyslu.

Silově řízená kontaktní relé jsou vyráběna s různými sadami hlavních kontaktů, buď spínacími, rozpínacími nebo přepínacími, a jednou nebo více sadami pomocných kontaktů, často se sníženým proudem nebo napětím, používanými pro monitorovací systém. Kontakty mohou být všechny NO, všechny NC, přepínací nebo jejich kombinace pro monitorovací kontakty, takže návrhář bezpečnostního systému může vybrat správnou konfiguraci pro konkrétní aplikaci. Bezpečnostní relé se používají jako součást technického bezpečnostního systému.

Blokovací relé

Blokovací relé s permanentním magnetem

Blokovací relé, také nazývané impulzní , bistabilní , udržovací nebo zůstatové relé, nebo jednoduše západka , udržuje buď kontaktní polohu neomezeně dlouho , aniž by na cívku bylo přiváděno napájení. Výhodou je, že jedna cívka během přepínání relé spotřebovává energii pouze na okamžik a kontakty relé si toto nastavení udrží i při výpadku napájení. Blokovací relé umožňuje dálkové ovládání osvětlení budovy bez hučení, které může být generováno z nepřetržitě (AC) napájené cívky.

V jednom mechanismu dvě protilehlé cívky s přes středovou pružinou nebo permanentním magnetem drží kontakty v poloze poté, co je cívka bez napětí. Impuls na jednu cívku zapne relé a impuls na opačnou cívku relé vypne. Tento typ je široce používán tam, kde je ovládání pomocí jednoduchých spínačů nebo jednostranných výstupů řídicího systému, a taková relé se nacházejí v avionice a mnoha průmyslových aplikacích.

Jiný typ západky má remanentní jádro, které udržuje kontakty v ovládané poloze pomocí remanentního magnetismu v jádru. Tento typ vyžaduje k uvolnění kontaktů proudový puls opačné polarity. Variace používá permanentní magnet, který vytváří část síly potřebné k sepnutí kontaktu; cívka dodává dostatečnou sílu k pohybu kontaktu otevřeného nebo uzavřeného pomocí nebo proti poli permanentního magnetu. Relé ovládané polaritou potřebuje k ovládání přepínací spínače nebo obvod H můstkového pohonu. Relé může být levnější než jiné typy, ale je to částečně kompenzováno zvýšenými náklady na externí obvod.

V jiném typu má rohatkové relé rohatkový mechanismus, který drží kontakty sepnuté poté, co je cívka na okamžik pod napětím. Druhý impuls, ve stejné nebo samostatné cívce, uvolní kontakty. Tento typ lze nalézt v určitých automobilech pro potkávání světlometů a další funkce, kde je zapotřebí střídavé ovládání při každém spuštění spínače.

Stepping relé je specializovaný druh multi-way aretační ochrana určená k předčasným automatických telefonních ústředen .

Jistič obsahuje specializovanou blokovací relé.

Velmi rané počítače často ukládaly bity v magneticky blokovacím relé, například ferreed nebo později remreed v přepínači 1ESS .

Některé rané počítače používaly obyčejná relé jako druh západky - ukládají bity do běžných drátových pružinových relé nebo jazýčkových relé přiváděním výstupního drátu zpět jako vstupu, což má za následek zpětnovazební smyčku nebo sekvenční obvod . Takovéto elektricky blokovací relé vyžaduje k udržení stavu nepřetržitý výkon, na rozdíl od magneticky blokovacích relé nebo mechanicky rohatkových relé.

V počítačových pamětech byla blokovací relé a další relé nahrazena pamětí zpožďovací linky , která byla zase nahrazena řadou stále rychlejších a stále menších paměťových technologií.

Relé obráběcích strojů

Relé obráběcích strojů je typ standardizovaný pro průmyslové řízení obráběcích strojů , přenosových strojů a další sekvenční řízení. Vyznačují se velkým počtem kontaktů (někdy rozšiřitelných v poli), které lze snadno převést z normálně otevřeného na normálně zavřený stav, snadno vyměnitelné cívky a tvarový faktor, který umožňuje kompaktní instalaci mnoha relé do ovládacího panelu. Ačkoli taková relé kdysi byla páteří automatizace v takových průmyslových odvětvích, jako je automobilová montáž, programovatelný logický automat (PLC) většinou vytlačil relé obráběcího stroje z aplikací sekvenčního řízení.

Relé umožňuje přepínání obvodů elektrickým zařízením: například obvod časovače s relé může spínat energii v předem nastaveném čase. Po mnoho let byla relé standardní metodou řízení průmyslových elektronických systémů. Řadu relé lze použít společně k provádění komplexních funkcí ( logika relé ). Princip logiky relé je založen na relé, která napájí a odpojí příslušné kontakty. Reléová logika je předchůdcem logiky žebříku , která se běžně používá v programovatelných logických řadičích .

Merkurové relé

Rtuť relé je relé, která používá rtuť jako spínací prvek. Používají se tam, kde by eroze kontaktů byla problémem pro konvenční reléové kontakty. Vzhledem k environmentálním úvahám o významném množství použité rtuti a moderních alternativ jsou nyní poměrně neobvyklé.

Relé smáčené rtutí

Relé smáčené jazýčkové relé

Rtuťově smáčené jazýčkové relé je forma jazýčkového relé, které využívá rtuťový spínač , ve kterém jsou kontakty smáčeny rtutí . Rtuť snižuje kontaktní odpor a zmírňuje související pokles napětí. Kontaminace povrchu může mít za následek nízkou vodivost nízkonapěťových signálů. U vysokorychlostních aplikací rtuť eliminuje odskakování kontaktů a poskytuje prakticky okamžité uzavření obvodu. Relé smáčená rtutí jsou citlivá na polohu a musí být namontována podle specifikací výrobce. Kvůli toxicitě a nákladům kapalné rtuti se tato relé stále více nepoužívají.

Vysoká rychlost spínacího účinku relé smáčeného rtutí je významnou výhodou. Rtuťové kuličky na každém kontaktu splývají a aktuální doba náběhu kontaktů je obecně považována za několik pikosekund. V praktickém obvodu to však může být omezeno indukčností kontaktů a kabeláží. Před omezeními používání rtuti bylo zcela běžné používat v laboratoři relé namočené rtutí jako pohodlný způsob generování rychlých časových impulzů náběhu, přestože doba náběhu může být pikosekundová, přesné načasování události je , jako všechny ostatní typy relé, podléhající značnému chvění, možná milisekund, kvůli mechanickým nedokonalostem.

Stejný proces koalescence způsobuje další efekt, který je v některých aplikacích obtěžující. Kontaktní odpor není stabilní bezprostředně po sepnutí kontaktu a několik sekund po uzavření se unáší, většinou směrem dolů, změna je možná 0,5 ohmu.

Vícenapěťová relé

Vícenapěťová relé jsou zařízení navržená pro práci v širokém rozsahu napětí, například 24 až 240 VAC a VDC, a v širokém frekvenčním rozsahu, například 0 až 300 Hz. Jsou určeny k použití v instalacích, které nemají stabilní napájecí napětí.

Relé ochrany proti přetížení

Elektromotory potřebují nadproudovou ochranu, aby se zabránilo poškození v důsledku přetížení motoru nebo aby byly chráněny před zkratem v propojovacích kabelech nebo vnitřními poruchami ve vinutí motoru. Zařízení pro snímání přetížení jsou formou tepelně ovládaného relé, kde cívka ohřívá bimetalový pásek nebo kde se taví pájecí hrnec a ovládá pomocné kontakty. Tyto pomocné kontakty jsou v sérii s cívkou stykače motoru, takže při přehřátí vypnou motor.

Tato tepelná ochrana pracuje relativně pomalu, což umožňuje motoru odebírat vyšší rozběhové proudy, než se vypne ochranné relé. Tam, kde je relé přetížení vystaveno stejné okolní teplotě jako motor, je k dispozici užitečná hrubá kompenzace okolní teploty motoru.

Druhý běžný systém ochrany proti přetížení používá elektromagnetickou cívku v sérii s obvodem motoru, který přímo ovládá kontakty. To je podobné řídicímu relé, ale k ovládání kontaktů je zapotřebí poměrně vysoký poruchový proud. Aby se zabránilo zkratům způsobujícím obtěžování, vyvolává pohyb armatury tlumení pomocí palubní desky . Detekce tepelného a magnetického přetížení se obvykle používají společně v ochranném relé motoru.

Elektronická relé ochrany proti přetížení měří proud motoru a mohou odhadovat teplotu vinutí motoru pomocí „tepelného modelu“ systému kotvy motoru, který lze nastavit tak, aby poskytoval přesnější ochranu motoru. Některá relé ochrany motoru obsahují vstupy teplotního detektoru pro přímé měření z termočlánku nebo čidla odporového teploměru zabudovaného ve vinutí.

Polarizované relé

Polarizované relé umístí kotvu mezi póly permanentního magnetu, aby se zvýšila citlivost. Polarizovaná relé byla použita ve středních telefonních ústřednách 20. století k detekci slabých pulzů a správného telegrafického zkreslení .

Reed relé

(shora) Jednopólový jazýčkový spínač, čtyřpólový jazýčkový spínač a jednopólové jazýčkové relé. Měřítko v centimetrech

Rákos relé je jazýčkový spínač uzavřený v elektromagnetu. Přepínač má sadu kontaktů uvnitř evakuované nebo inertní plynové skleněné trubice, která chrání kontakty před atmosférickou korozí ; kontakty jsou vyrobeny z magnetického materiálu, díky kterému se pohybují pod vlivem pole obklopujícího solenoidu nebo vnějšího magnetu.

Reed relé mohou spínat rychleji než větší relé a vyžadují velmi malý výkon z řídicího obvodu. Mají však relativně nízké hodnoty spínacího proudu a napětí. Ačkoli jsou rákosí vzácné, mohou se v průběhu času magnetizovat, což je přiměje „zapnout“, i když není přítomen žádný proud; změna orientace jazýčků nebo odmagnetování spínače vzhledem k magnetickému poli solenoidu může tento problém vyřešit.

Utěsněné kontakty s kontakty navlhčenými rtutí mají delší provozní životnost a méně chvění kontaktů než jakýkoli jiný druh relé.

Bezpečnostní relé

Bezpečnostní relé jsou zařízení, která obecně implementují ochranné funkce. V případě nebezpečí je úkolem takové bezpečnostní funkce použít vhodná opatření ke snížení stávajícího rizika na přijatelnou úroveň.

Polovodičový stykač

Polovodičový stykač je výkonové polovodičové relé, včetně nezbytného chladiče, používané tam, kde jsou vyžadovány časté cykly zapnutí a vypnutí, například u elektrických ohřívačů, malých elektromotorů a světelných zátěží. Neexistují žádné pohyblivé součásti, které by se mohly opotřebovat, a nedochází k žádnému odrazu kontaktů v důsledku vibrací. Jsou aktivovány řídicími signály střídavého proudu nebo řídicími signály stejnosměrného proudu z programovatelných logických řadičů (PLC), počítačů, zdrojů tranzistorově-tranzistorové logiky (TTL) nebo jinými mikroprocesorovými a mikrokontrolérovými ovládacími prvky.

Polovodičové relé

Polovodičová relé nemají žádné pohyblivé části.
Polovodičové stykače 25 A a 40 A.

Solid-state relé (SSR) je pevný stav elektronická součástka, která zajišťuje funkci podobnou do elektromechanického relé, ale nemá žádné pohyblivé součástky, což zvyšuje dlouhodobou spolehlivost. Polovodičové relé používá k spínání řízeného zatížení namísto solenoidu tyristor , TRIAC nebo jiné polovodičové spínací zařízení aktivované řídicím signálem. K izolaci řídicích a ovládaných obvodů lze použít optočlen ( světelnou diodu (LED) spojený s fototranzistorem ).

Statické relé

Bezkontaktní relé se skládá z elektronických obvodů emulovat charakteristik, které jsou dosažené pohyblivých částí v elektromagnetického relé.

Relé časového zpoždění

Časovací relé jsou uspořádána pro úmyslné zpoždění při ovládání jejich kontaktů. Velmi krátké (zlomek sekundy) zpoždění by používalo měděný kotouč mezi sestavou kotvy a pohyblivou lopatkou. Proud procházející diskem udržuje magnetické pole na krátkou dobu a prodlužuje dobu uvolnění. Pro trochu delší (až minutové) zpoždění se používá dashpot. Dashpot je píst naplněný tekutinou, které může pomalu unikat; používají se palubní desky naplněné vzduchem i olejem. Časové období lze měnit zvýšením nebo snížením průtoku. Pro delší časové období je nainstalován mechanický hodinový časovač. Relé mohou být uspořádána na pevnou dobu, nebo mohou být nastavitelná v poli nebo vzdáleně nastavena z ovládacího panelu. Moderní časovací relé na bázi mikroprocesoru poskytují přesné časování ve velkém rozsahu.

Některá relé jsou konstruována s jakýmsi mechanismem „tlumiče nárazů“ připevněným k kotvě, který zabraňuje okamžitému, plnému pohybu, když je cívka pod napětím nebo bez napětí. Toto přidání dává relé vlastnost aktivace časového zpoždění. Relé s časovým zpožděním mohou být konstruována tak, aby zpožďovala pohyb kotvy při napájení cívky, bez napájení nebo obojí.

Kontakty relé časového zpoždění musí být specifikovány nejen jako normálně otevřené nebo normálně zavřené, ale také zda zpoždění pracuje ve směru zavírání nebo ve směru otevírání. Následuje popis čtyř základních typů kontaktů relé s časovým zpožděním.

Nejprve máme normálně otevřený, časově uzavřený (NOTC) kontakt. Tento typ kontaktu je normálně otevřený, když je cívka bez napájení (bez napětí). Kontakt je sepnut přivedením napájení na cívku relé, ale až poté, co je cívka nepřetržitě napájena po stanovenou dobu. Jinými slovy, směr pohybu kontaktu (buď sepnutý nebo rozepnutý) je shodný s pravidelným spínacím kontaktem, ale ve směru zavírání je zpoždění. Protože ke zpoždění dochází ve směru napájení cívky, je tento typ kontaktu alternativně známý jako normálně otevřené zpoždění zapnutí.

Vakuová relé

Vakuové relé je citlivé relé, které má kontakty namontované v evakuovaném skleněném pouzdře, což umožňuje manipulaci s vysokofrekvenčním napětím až 20 000 voltů bez přeskakování mezi kontakty, přestože rozteč kontaktů je v otevřeném stavu jen několik setin palce.

Aplikace

Relé cívky DPDT AC s obalem „kostka ledu“

Relé se používají všude tam, kde je nutné ovládat obvod vysokého výkonu nebo vysokého napětí s obvodem s nízkým výkonem, zvláště když je žádoucí galvanické oddělení . První aplikace relé byla v dlouhých telegrafních linkách, kde slabý signál přijímaný na mezilehlé stanici mohl ovládat kontakt a regenerovat signál pro další přenos. Vysokonapěťová nebo silnoproudá zařízení lze ovládat pomocí malých nízkonapěťových vodičů a pilotních spínačů. Operátory lze izolovat od obvodu vysokého napětí. Zařízení s nízkým výkonem, jako jsou mikroprocesory, mohou pohánět relé k ovládání elektrických zátěží nad rámec jejich možností přímého pohonu. V automobilu spouštěcí relé umožňuje ovládání vysokého proudu klikového motoru pomocí malého zapojení a kontaktů v klíči zapalování.

Elektromechanické spínací systémy včetně telefonních ústředen Strowger a Crossbar široce využívaly relé v pomocných řídicích obvodech. Společnost Relay Automatic Telephone Company také vyráběla telefonní ústředny založené výhradně na technikách přepínání relé navržených Gotthilfem Ansgariusem Betulanderem . První veřejná telefonní ústředna založená na relé ve Velké Británii byla instalována ve Fleetwoodu dne 15. července 1922 a zůstala v provozu až do roku 1959.

Použití relé pro logické řízení komplexních spínacích systémů, jako jsou telefonní ústředny, studoval Claude Shannon , který formalizoval aplikaci booleovské algebry na návrh reléového obvodu v Symbolické analýze relé a spínacích obvodů . Relé mohou provádět základní operace booleovské kombinatorické logiky. Například booleovská funkce AND je realizována zapojením normálně otevřených kontaktů relé do série, funkce OR spojením normálně otevřených kontaktů paralelně. Inverzi logického vstupu lze provést s normálně uzavřeným kontaktem. Relé byla použita pro řízení automatizovaných systémů pro obráběcí stroje a výrobní linky. Žebřík programovací jazyk je často používán pro projektování reléové logické sítě.

Rané elektromechanické počítače jako ARRA , Harvard Mark II , Zuse Z2 a Zuse Z3 používaly relé pro logické a pracovní registry. Elektronická zařízení se však ukázala být rychlejší a jednodušší na použití.

Protože relé jsou vůči jadernému záření mnohem odolnější než polovodiče, jsou široce používána v logice kritické z hlediska bezpečnosti, například v ovládacích panelech strojů na zpracování radioaktivního odpadu. Elektromechanická ochranná relé se používají k detekci přetížení a dalších poruch na elektrických vedeních rozepnutím a zavřením jističů .

Ochranná relé

Pro ochranu elektrických přístrojů a přenosových vedení byla k detekci přetížení, zkratů a dalších poruch použita elektromechanická relé s přesnými provozními charakteristikami. Ačkoli mnoho takových relé zůstává v provozu, digitální ochranná relé nyní poskytují ekvivalentní a složitější ochranné funkce.

Železniční signalizace

Část blokování relé pomocí miniaturních zásuvných relé ve stylu Q ve Velké Británii

Železniční signalizační relé jsou velká s ohledem na většinou malá napětí (méně než 120 V) a proudy (možná 100 mA), které přepínají. Kontakty jsou od sebe vzdáleny, aby se zabránilo přeskakování a zkratům po celou dobu životnosti, která může přesáhnout padesát let.

Protože signální obvody kolejí musí být vysoce spolehlivé, používají se speciální techniky k detekci a prevenci poruch v reléovém systému. K ochraně před falešnými kanály se často používají kontakty s dvojitým spínacím relé na kladné i záporné straně obvodu, takže k falešnému signálu jsou zapotřebí dva falešné kanály. Ne všechny reléové obvody lze prokázat, takže je zde spolehlivost na konstrukčních prvcích, jako jsou kontakty z uhlíku na stříbro, aby odolávaly kontaktnímu svařování vyvolanému blesky a poskytovaly odolnost proti střídavému proudu.

Optoizolátory se také používají v některých případech se železniční signalizací, zejména tam, kde má být přepnut pouze jeden kontakt.

Aspekty výběru

Několik 30 kontaktních relé v obvodech „Connector“ v polovině 20. století 1XB přepínač a 5XB přepínač telefonní ústředny; na jednom odstraněn kryt.

Výběr vhodného relé pro konkrétní aplikaci vyžaduje vyhodnocení mnoha různých faktorů:

  • Počet a typ kontaktů-normálně otevřený, normálně zavřený, (dvojitý hod)
  • Sekvence kontaktů - „make before break“ nebo „break before make“. Například telefonní ústředny starého stylu vyžadovaly make-before-break, aby při vytáčení čísla nedošlo k přerušení spojení.
  • Jmenovitý proud kontaktu - malá relé spínají několik ampér, velké stykače jsou dimenzovány až na 3000 ampérů, střídavý nebo stejnosměrný proud
  • Jmenovité napětí kontaktu-typická řídicí relé dimenzovaná na 300 V AC nebo 600 V AC, automobilové typy na 50 V DC, speciální vysokonapěťová relé na asi 15 000 V
  • Provozní životnost, životnost - kolikrát lze očekávat, že relé bude fungovat spolehlivě. Existuje jak životnost mechanická, tak životnost. Životnost kontaktu je ovlivněna typem spínaného zatížení. Přerušení zátěžového proudu způsobuje nežádoucí oblouk mezi kontakty, což nakonec vede ke kontaktům, které se přivaří nebo kontakty selžou v důsledku eroze obloukem.
  • Napětí cívky-relé obráběcích strojů obvykle 24 V DC, 120 nebo 250 V AC, relé pro rozváděče mohou mít cívky 125 V nebo 250 V DC,
  • Proud cívky - Minimální proud požadovaný pro spolehlivý provoz a minimální přídržný proud, stejně jako účinky ztrátového výkonu na teplotu cívky při různých pracovních cyklech . „Citlivá“ relé fungují na několika miliampérech.
  • Balíček/skříň-otevřený, bezpečný na dotek, dvojité napětí pro izolaci mezi obvody, odolný proti výbuchu , venkovní, odolný vůči oleji a stříkající vodě, omyvatelný pro montáž desek plošných spojů
  • Provozní prostředí - minimální a maximální provozní teplota a další environmentální aspekty, jako jsou vlivy vlhkosti a soli
  • Montáž - Některá relé jsou opatřena nálepkou, která udržuje kryt utěsněný, aby bylo umožněno čištění pájení po DPS, které je odstraněno po dokončení montáže.
  • Montáž-zásuvky, zásuvná deska, montáž na lištu, montáž na panel, montáž přes panel, skříň pro montáž na zeď nebo zařízení
  • Přepínací čas - tam, kde je vyžadována vysoká rychlost
  • „Suché“ kontakty-při přepínání signálů velmi nízké úrovně mohou být potřeba speciální kontaktní materiály, jako jsou pozlacené kontakty
  • Ochrana kontaktů - potlačení oblouku ve velmi indukčních obvodech
  • Ochrana cívky - potlačte rázové napětí vznikající při přepínání proudu cívky
  • Izolace mezi kontakty cívky
  • Letecké nebo radiační testy, speciální zajištění kvality
  • Očekávané mechanické zatížení v důsledku zrychlení  - některá relé používaná v leteckých aplikacích jsou navržena tak, aby fungovala při rázovém zatížení 50 g nebo více.
  • Velikost - menší relé často odolávají mechanickým vibracím a rázům lépe než větší relé, kvůli nižší setrvačnosti pohyblivých částí a vyšším přirozeným frekvencím menších částí. Větší relé často zvládají vyšší napětí a proud než menší relé.
  • Příslušenství, jako jsou časovače, pomocné kontakty, kontrolky a testovací tlačítka.
  • Regulační schválení.
  • Rozptýlete magnetické spojení mezi cívkami sousedních relé na desce s plošnými spoji.

Správný výběr řídicího relé pro konkrétní aplikaci zahrnuje mnoho aspektů, včetně faktorů, jako je rychlost provozu, citlivost a hystereze . Ačkoli typická řídicí relé pracují v rozsahu 5 ms až 20 ms, jsou k dispozici relé se spínacími rychlostmi až 100 μs . Pro ovládání malých proudů jsou vhodná jazýčková relé ovládaná nízkými proudy a rychlá sepnutí.

Jako u všech spínačů nesmí proud kontaktu (nesouvisející s proudem cívky) překročit danou hodnotu, aby nedošlo k poškození. U obvodů s vysokou indukčností, jako jsou motory , je třeba vyřešit další problémy. Když je indukčnost připojena ke zdroji energie, existuje vstupní rázový proud nebo startovací proud elektromotoru větší než proud v ustáleném stavu. Když je obvod přerušen, proud se nemůže okamžitě změnit, což vytváří potenciálně škodlivý oblouk přes oddělující kontakty.

V důsledku toho u relé používaných k řízení indukčních zátěží musíme specifikovat maximální proud, který může protékat kontakty relé při jeho aktivaci, jmenovitý výkon ; průběžné hodnocení; a hodnocení přestávky . Hodnocení make může být několikrát větší než průběžné hodnocení, které je větší než hodnocení break.

Bezpečnost a spolehlivost

Přepínání za „mokra“ (při zátěži) způsobuje nežádoucí oblouk mezi kontakty, což nakonec vede ke kontaktům, které se přivaří nebo kontakty selžou v důsledku nahromadění poškození povrchu způsobeného ničivou energií oblouku.

Uvnitř přepínače příčníků číslo 1 elektronického spínacího systému (1ESS) a některých dalších vysoce spolehlivých provedení jsou jazýčkové spínače vždy spínány „na sucho“ (bez zátěže), aby se tomuto problému předešlo, což vede k mnohem delší životnosti kontaktů.

Bez adekvátní ochrany kontaktu , výskyt elektrického proudu oblouku způsobuje výrazné degradaci kontaktů, které trpí významnou a viditelné poškození. Pokaždé, když se kontakty relé rozepnou nebo sepnou pod zatížením, může mezi kontakty relé dojít k elektrickému oblouku, a to buď přerušovací oblouk (při rozepnutí), nebo zapínací / odražený oblouk (při zavírání). V mnoha situacích je přerušovací oblouk energetičtější, a tím i destruktivnější, zejména u indukčních zátěží, ale to lze zmírnit přemostěním kontaktů tlumícím obvodem. Spínací proud žárovek s wolframovým vláknem je obvykle desetkrát vyšší než normální provozní proud. Relé určená pro wolframové zátěže tedy mohou používat speciální složení kontaktů, nebo relé může mít nižší jmenovité kontakty pro wolframové zátěže než pro čistě odporové zátěže.

Elektrický oblouk přes kontakty relé může být velmi horký - tisíce stupňů Fahrenheita - což způsobí, že kov na kontaktních plochách se roztaví, shromáždí a migruje s proudem. Extrémně vysoká teplota oblouku rozděluje okolní molekuly plynu a vytváří ozón , oxid uhelnatý a další sloučeniny. V průběhu času energie oblouku pomalu ničí kontaktní kov, což způsobuje únik určitého materiálu do vzduchu jako jemné částice. Tato akce způsobí degradaci materiálu v kontaktech, což má za následek selhání zařízení. Tato degradace kontaktů drasticky omezuje celkovou životnost relé na rozsah asi 10 000 až 100 000 operací, což je úroveň hluboko pod mechanickou životností zařízení, což může být více než 20 milionů operací.

Viz také

Reference

externí odkazy

  • Média související s relé na Wikimedia Commons