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

Konwersja sygnałów elektrycznych na odpowiednią wielkość fizyczną - ruch, siłę, dźwięk itp.itp., odbywa się za pomocą napędów. Napęd należy zaliczyć do konwertera, ponieważ jest to urządzenie zmieniające jeden rodzaj wielkości fizycznej na inny.

Napęd jest zwykle aktywowany lub sterowany sygnałem sterującym niskiego napięcia. Jest dalej klasyfikowany jako urządzenie binarne lub ciągłe na podstawie liczby stabilnych stanów. Zatem przekaźnik elektromagnetyczny jest napędem binarnym, biorąc pod uwagę dwa dostępne stany stabilne: włączony - wyłączony.

W prezentowanym artykule szczegółowo omówiono zasadę działania przekaźnika elektromagnetycznego oraz zakres zastosowania urządzeń.

Podstawy projektowania napędów

Termin „przekaźnik” jest charakterystyczny dla urządzeń zapewniających połączenie elektryczne między dwoma lub większą liczbą punktów za pomocą sygnału sterującego.

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

Tak wygląda jeden projekt z licznych serii produktów zwanych przekaźnikami elektromagnetycznymi. Tutaj pokazana jest zamknięta wersja mechanizmu wykorzystująca przezroczystą osłonę z plexi

Podstawowy schemat sterowania dowolnym sprzętem zawsze zapewnia możliwość jego włączania i wyłączania. Najprostszym sposobem wykonania tych kroków jest użycie przełączników blokady zasilania.

Do sterowania można używać przełączników obsługiwanych ręcznie, ale mają one wady. Ich oczywistą wadą jest fizyczne ustawianie stanów „włączony” lub „wyłączony” czyli ręcznie.

Ręczne urządzenia przełączające są zwykle dużymi, wolno działającymi urządzeniami, zdolnymi do przełączania małych prądów.

Ręczny mechanizm przełączający jest „odległym krewnym” przekaźników elektromagnetycznych. Zapewnia tę samą funkcjonalność - przełączanie linii roboczych, ale jest sterowany wyłącznie ręcznie

Tymczasem przekaźniki elektromagnetyczne są reprezentowane głównie przez przełączniki sterowane elektrycznie. Urządzenia mają różne kształty, wymiary i są podzielone ze względu na moc znamionową. Możliwości ich zastosowania są szerokie.

Urządzenia takie, wyposażone w jedną lub więcej par styków, mogą stanowić część jednej konstrukcji elementów wykonawczych o większej mocy – styczników, które służą do przełączania urządzeń napięcia sieciowego lub wysokiego napięcia.

Podstawowe zasady działania EMR

Tradycyjnie przekaźniki elektromagnetyczne są stosowane jako część elektrycznych (elektronicznych) obwodów sterujących przełączaniem. W tym przypadku instaluje się je bezpośrednio na płytkach drukowanych lub w pozycji swobodnej.

Ogólna budowa urządzenia

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

Urządzenia o różnej konfiguracji, przeznaczone do montażu na płytkach elektronicznych lub bezpośrednio jako urządzenie instalowane oddzielnie

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

Najbardziej powszechnym projektem jest forma produktu, która zawiera następujące elementy:

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

Stalowy rdzeń ma stałą część zwaną wahaczem i ruchomą sprężynową część zwaną zworą.

Zasadniczo twornik uzupełnia obwód pola magnetycznego, zamykając szczelinę powietrzną pomiędzy stacjonarną cewką elektryczną a poruszającą się twornikiem.

Szczegółowy układ konstrukcji: 1 – sprężyna zwalniająca; 2 – rdzeń metalowy; 3 – kotwica; 4 – styk normalnie zwarty; 5 – styk normalnie otwarty; 6 – kontakt ogólny; 7 – cewka z drutu miedzianego; 8 - rocker

Twornik porusza się na zawiasach lub obraca się swobodnie pod wpływem generowanego pola magnetycznego. Spowoduje to zamknięcie styków elektrycznych podłączonych do armatury.

Zwykle sprężyna powrotna umieszczona pomiędzy wahaczem a zworą przywraca styki do ich pierwotnego położenia, gdy cewka przekaźnika jest pozbawiona zasilania.

Działanie układu elektromagnetycznego przekaźnika

Prosta, klasyczna konstrukcja EMR ma dwa zestawy styków przewodzących prąd elektryczny.

Na tej podstawie realizowane są dwa stany grupy kontaktowej:

1. Normalnie otwarty styk.
2. Normalnie zamknięty styk.

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

W przypadku przekaźnika ze stykiem normalnie otwartym stan „zamknięty” osiągany jest tylko wtedy, gdy prąd wzbudzenia przepływa przez cewkę indukcyjną.

Jedna z dwóch możliwych opcji ustawienia domyślnej grupy kontaktów. Tutaj, w stanie pozbawionym napięcia cewki, pozycja „domyślna” jest ustawiona na pozycję normalnie zamkniętą (zamkniętą)

W innej opcji normalnie zamknięte położenie styków pozostaje stałe, gdy w obwodzie cewki nie ma prądu wzbudzenia. Oznacza to, że styki przełącznika powracają do normalnej pozycji zamkniętej.

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

Grupy styków przekaźników elektrycznych

Styki przekaźnika to zazwyczaj przewodzące prąd elementy metalowe, które stykają się ze sobą i uzupełniają obwód, działając podobnie do prostego przełącznika.

Gdy styki są otwarte, rezystancja między stykami normalnie otwartymi jest mierzona jako wysoka wartość w megaomach. Stwarza to stan obwodu otwartego, gdy przepływ prądu w obwodzie cewki jest wyeliminowany.

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

Jeżeli styki są zwarte, rezystancja styku teoretycznie powinna wynosić zero – jest to wynik zwarcia.

Jednak ten warunek nie zawsze jest przestrzegany.Grupa styków każdego pojedynczego przekaźnika ma określoną rezystancję styków w stanie „zamkniętym”. Ten opór nazywa się stabilnym.

Cechy przepływu prądów obciążenia

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

Wyjaśnia się to prosto: nowe końcówki pozostają na razie czyste, ale z czasem opór końcówki nieuchronnie wzrośnie.

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

Kiedy metalowe końcówki stykowe zużywają się bez odpowiedniej ochrony przed wysokimi obciążeniami indukcyjnymi lub pojemnościowymi, uszkodzenie łuku jest nieuniknione.

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

Łuk elektryczny – iskra na stykach – prowadzi do wzrostu rezystancji styków końcówek, a w konsekwencji do uszkodzeń fizycznych.

Jeśli będziesz nadal używać przekaźnika w tym stanie, końcówki stykowe mogą całkowicie utracić swoje właściwości fizyczne.

Ale istnieje poważniejszy czynnik, gdy uszkodzenie łuku kończy się zespawaniem styków, tworząc warunki zwarcia.

W takich sytuacjach istnieje ryzyko uszkodzenia obwodu sterowanego przez EMR.

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

Tutaj wielkość spadku napięcia na stykach może być nie do zaakceptowania dla obwodu obciążenia, szczególnie podczas pracy z napięciami zasilania 12-24 V.

Rodzaj materiału styku przekaźnika

Aby zmniejszyć wpływ łuku elektrycznego i wysokie rezystancje, końcówki stykowe nowoczesnych przekaźników elektromechanicznych są wykonane lub powlekane różnymi stopami na bazie srebra.

W ten sposób można znacznie wydłużyć żywotność grupy kontaktowej.

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

W praktyce do obróbki końcówek grup stykowych przekaźników elektromagnetycznych (elektromechanicznych) stosuje się następujące materiały:

• Ag - srebro;
• AgCu - srebrno-miedziany;
• AgCdO - tlenek srebra i kadmu;
• AgW - srebrno-wolframowy;
• AgNi - srebro-nikiel;
• AgPd - srebro-pallad.

Zwiększenie żywotności końcówek grup styków przekaźnika poprzez zmniejszenie liczby łuków elektrycznych osiąga się poprzez podłączenie filtrów rezystancyjno-kondensatorowych, zwanych także tłumikami RC.

Te obwody elektroniczne są połączone równolegle z grupami styków przekaźników elektromechanicznych. Szczyt napięcia jaki jest odnotowywany w momencie rozwarcia styków przy takim rozwiązaniu wydaje się bezpiecznie krótki.

Zastosowanie tłumików RC umożliwia tłumienie łuku elektrycznego powstającego na końcówkach stykowych.

Typowa konstrukcja styków EMR

Oprócz klasycznych styków normalnie otwartych (NO) i normalnie zamkniętych (NC), mechanika przełączania przekaźników obejmuje również klasyfikację opartą na działaniu.

Cechy konstrukcji elementów łączących

Konstrukcje przekaźników elektromagnetycznych w tym wykonaniu umożliwiają zastosowanie jednego lub większej liczby oddzielnych styków przełączających.

Tak wygląda urządzenie skonfigurowane technologicznie pod kątem konstrukcji SPST - jednobiegunowe i jednokierunkowe. Dostępne są także inne wersje

Konstrukcja styków charakteryzuje się następującym zestawem skrótów:

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

Każdy taki element łączący jest oznaczony jako „biegun”. Każdy z nich można podłączyć lub zresetować, aktywując jednocześnie cewkę przekaźnika.

Subtelności korzystania z urządzeń

Pomimo prostoty konstrukcji przełączników elektromagnetycznych, w praktyce korzystania z tych urządzeń istnieją pewne subtelności.

Dlatego eksperci kategorycznie nie zalecają łączenia wszystkich styków przekaźnika równolegle, aby w ten sposób przełączać obwód obciążenia wysokoprądowego.

Na przykład podłącz obciążenie 10 A, łącząc równolegle dwa styki, 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 tym samym czasie.

W rezultacie jeden ze styków i tak zostanie przeciążony.Nawet biorąc pod uwagę krótkotrwałe przeciążenie, przedwczesna awaria urządzenia w takim połączeniu jest nieunikniona.

Nieprawidłowa obsługa, a także podłączenie przekaźnika niezgodnie z ustalonymi zasadami instalacji, zwykle kończy się takim skutkiem. Spłonęła prawie cała zawartość znajdująca się w środku

Produkty elektromagnetyczne mogą być stosowane jako elementy obwodów elektrycznych lub elektronicznych o niskim poborze mocy, jako przełączniki o stosunkowo wysokich prądach i napięciach.

Jednakże surowo nie zaleca się przepuszczania różnych napięć obciążenia przez sąsiednie styki tego samego urządzenia.

Na przykład przełączaj pomiędzy napięciem 220 V AC i 24 V DC. Aby zapewnić bezpieczeństwo, należy zawsze używać oddzielnych produktów dla każdej opcji.

Techniki ochrony przed napięciem zwrotnym

Istotną częścią każdego przekaźnika elektromechanicznego jest cewka. Ta część jest klasyfikowana jako obciążona dużą indukcyjnością, ponieważ jest nawinięta drutem.

Każda cewka drutowa 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. Gdy przepływ prądu w cewce zostanie zatrzymany w trybie „wyłączonym”, strumień magnetyczny wzrasta (teoria transformacji) i generowane jest wysokie napięcie odwrotnej siły elektromotorycznej (EMF).

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

W związku z tym istnieje ryzyko uszkodzenia elementów półprzewodnikowych znajdujących się w pobliżu przekaźnika. Na przykład tranzystor bipolarny lub tranzystor polowy używany do przykładania napięcia do cewki przekaźnika.

Opcje obwodów zapewniające ochronę półprzewodnikowych elementów sterujących - tranzystory bipolarne i polowe, mikroukłady, mikrokontrolery

Jednym ze sposobów zapobiegania uszkodzeniom tranzystora lub dowolnego przełączającego urządzenia półprzewodnikowego, w tym mikrokontrolerów, jest podłączenie diody spolaryzowanej zaporowo do obwodu cewki przekaźnika.

Kiedy prąd przepływający przez cewkę bezpośrednio po wyłączeniu generuje indukowane zwrotne pole elektromagnetyczne, to napięcie wsteczne otwiera diodę spolaryzowaną zaporowo.

Poprzez półprzewodnik zgromadzona energia jest rozpraszana, co zapobiega uszkodzeniu półprzewodnika sterującego - tranzystora, tyrystora, mikrokontrolera.

Półprzewodnik często zawarty w obwodzie cewki nazywany jest również:

• dioda koła zamachowego;
• dioda bocznikowa;
• odwrócona dioda.

Jednak pomiędzy elementami nie ma zbyt dużej różnicy. Wszystkie pełnią jedną funkcję. Oprócz stosowania diod polaryzacji zwrotnej, do ochrony elementów półprzewodnikowych stosowane są inne urządzenia.

Te same łańcuchy tłumików RC, warystorów tlenkowo-metalowych (MOV), diod Zenera.

Oznaczenie elektromagnetycznych urządzeń przekaźnikowych

Oznaczenia techniczne niosące częściowe informacje o urządzeniach są zwykle wskazane bezpośrednio na obudowie elektromagnetycznego urządzenia przełączającego.

Oznaczenie to wygląda jak skrót i zestaw liczb.

Każde elektromechaniczne urządzenie przełączające jest tradycyjnie oznakowane. Na nadwoziu lub podwoziu zastosowano w przybliżeniu następujący zestaw symboli i liczb, wskazując pewne parametry

Przykład oznaczenia obudowy przekaźników elektromechanicznych:

RES32 RF4.500.335-01

Wpis ten jest rozszyfrowany w następujący sposób: niskoprądowy przekaźnik elektromagnetyczny serii 32, odpowiadający konstrukcji zgodnie z paszportem RF 4.500.335-01.

Jednak takie oznaczenia są rzadkie. Częściej istnieją wersje skrócone bez wyraźnego wskazania GOST:

RES32 335-01

Również data produkcji i numer partii są zaznaczone na obudowie (na korpusie) urządzenia. Szczegółowe informacje zawarte są w karcie technicznej produktu. Do każdego urządzenia lub partii dołączony jest paszport.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Film popularnie wyjaśnia, jak działa elektromechaniczna elektronika przełączająca. Wyraźnie widać subtelności projektów, funkcje połączeń i inne szczegóły:

Przekaźniki elektromechaniczne są stosowane jako elementy elektroniczne od dłuższego czasu. Jednak tego typu urządzenia przełączające można uznać za przestarzałe. Urządzenia mechaniczne coraz częściej zastępowane są urządzeniami nowocześniejszymi – czysto elektronicznymi. Jednym z takich przykładów jest przekaźniki półprzewodnikowe.

Masz pytania, znalazłeś błędy lub masz ciekawe fakty na ten temat, którymi możesz podzielić się z osobami odwiedzającymi naszą witrynę? Zostaw swoje komentarze, zadawaj pytania i dziel się swoimi doświadczeniami w bloku kontaktowym pod artykułem.