Как работает втягивающее реле: Втягивающее реле стартера — неисправности, проверка, принцип, схема работы и ремонт

Работа реле с 2-мя катушками:

Реле с защелкой, состоящее из 2-х катушек: катушки настройки и катушки сброса.Реле устанавливается или сбрасывается путем попеременной подачи импульсных сигналов одинаковой полярности.

В схеме используется реле, которое управляется транзистором от контакта 10 порта. Контакты реле подключены к стационарной телефонной линии. Выход которого накладывается на телефонные линии только в том случае, если реле 1 включено. Реле срабатывает (со светодиодной индикацией L2) от контакта № 10 через транзистор Q2 до того, как данные набора достигнут энкодера от MC. Набор номера продолжается до тех пор, пока абонент с набранным номером не поднимет трубку или, в противном случае, он автоматически переключит реле через 3 минуты, чтобы принудительно перевести ручку в виртуальное состояние «положена трубка».

Работа реле с одной обмоткой:

Реле с защелкивающейся конструкцией, которое может поддерживать включенное или выключенное состояние с импульсным входом. С одной катушкой реле устанавливается или сбрасывается путем подачи сигналов противоположной полярности. Здесь мы увидим реле с 1 катушкой, использующее ULN2003.

ULN2003 — это ИС, которая используется для сопряжения реле с микроконтроллером, поскольку выход микроконтроллера составляет максимум 5 В при слишком малой подаче тока и нецелесообразно управлять реле с таким напряжением.ULN2003 — это микросхема драйвера реле, состоящая из набора транзисторов Дарлингтона. Если на ИС в качестве входа подается высокий логический уровень, то на ее выходе будет низкий логический уровень, но не наоборот. Здесь, в ULN2003, контакты с 1 по 7 являются входами IC, а с 10 по 16 — выходами IC. Если на его вывод 1 подается логическая 1, соответствующий вывод 16 становится низким. Если катушка реле подключена от плюса к выходному контакту ИС, тогда контакты реле меняют свое положение с нормально разомкнутого (NO) на нормально замкнутое (NC), тогда загорится свет.Если на входе задан логический 0, реле отключается. Точно так же можно использовать до семи реле для семи различных нагрузок, которые должны быть включены нормально разомкнутым (NO) контактом или отключены нормально замкнутым контактом (NC), но в этом случае мы использовали только одно реле для работы.

реле, выбор и использование (часть 1)

© 2014, Род Эллиотт (ESP)

(и в особенности электромеханические) может показаться so-o-o прошлого века, но есть бесчисленное множество мест, где просто не имеет смысла даже рассматривать что-либо еще.Хотя можно простить мысль о том, что должен быть лучший способ включения и выключения, во многих случаях реле является самым простым, дешевым и надежным способом сделать это. Реле — это электромеханические устройства, в которых электромагнит используется для притяжения подвижного стального элемента (якоря), который активирует один или несколько наборов контактов. Реле в том виде, в каком мы его знаем, было изобретено Джозефом Генри в 1835 году. С тех пор оно постоянно используется, и, вероятно, они будут с нами еще многие десятилетия.

В этой статье в основном рассматриваются «обычные» (т. Е. Электромеханические) реле, но есть также несколько различных типов твердотельных реле. Мы рассмотрим некоторые из них позже, но очень немногие из них подходят для использования в аудиосхемах. Некоторые из них даже не следует использовать для включения трансформаторов, даже если их характеристики могут заставить вас подумать, что они были бы идеальными.

не очень хорошо понимают многие люди, занимающиеся самоделкой, и существует множество неправильных представлений. Цель этой статьи — дать букварь — то, что американцы называют «реле 101».Невозможно (или необходимо) описать все разные типы реле, потому что все они работают одинаково и имеют больше точек сходства, чем различий. Реле используются практически во всех системах автоматизации, как в промышленных контроллерах, так и в системах домашней автоматизации. Одно из их больших преимуществ заключается в том, что в выключенном состоянии ни само реле, ни нагрузка не потребляют мощность. Ток утечки через контакты практически отсутствует, а изоляционные материалы обычно имеют сопротивление в несколько гигаом (ГОм).

Многие веб-сайты обсуждают реле, но цель здесь не только в том, чтобы предоставить учебник, но и рассмотреть идеи, которые будут новы для многих, а также возможные подводные камни. Есть места, где используются реле, где можно ожидать, что они прослужат вечно, но это не так. Поскольку реле обычно очень надежны, нам нужно изучить, что может пойти не так, и научиться определять реле для того, что нам нужно делать.

На рынке представлены тысячи различных реле. Они варьируются от миниатюрных типов монтажа на печатной плате, предназначенных для переключения сигналов или других сигналов низкого напряжения, до очень крупных промышленных типов, которые используются для запуска больших электродвигателей и других промышленных нагрузок.Их обычно называют «контакторами», но это не более чем другое название для действительно большого реле .

Являясь электромеханическими устройствами, это означает, что в реле есть как электрические, так и механические компоненты. Электрическая часть (не считая контактов) — это управляющая катушка, представляющая собой электромагнит. Когда ток проходит через обмотку катушки, создается магнитное поле, которое притягивает якорь (т. Е. Соленоид). При наличии достаточного тока (известного как ток втягивания или «ток должен сработать») якорь будет выведен из своего положения покоя, так что он войдет в контакт с остальной частью магнитной цепи.При этом контакты реле меняют свое «нормальное» положение, «состояние покоя» или «сброс» на активированное или «установленное» положение.

Один электромагнит может активировать несколько наборов контактов, но в большинстве реле их обычно не более четырех. Больше может вызвать проблемы, потому что якорь должен будет иметь возможность перемещать слишком много частей, поэтому возвратная пружина должна быть более мощной, как и электромагнит. Выравнивание контактов также становится критическим, чтобы гарантировать, что каждый набор контактов открывается и закрывается и имеет достаточный зазор для предполагаемого напряжения.Некоторые из вещей, которые делают реле настолько популярными, это …

• Изоляция между катушкой и контактами позволяет цепям низкого напряжения безопасно управлять питанием от сети
• Реле легко управляются микроконтроллерами и в лучшем случае нуждаются в транзисторе, резисторе и диоде в качестве вспомогательных компонентов.
• Небольшой ток катушки может контролировать гораздо больший ток через контакты
• Доступно множество различных типов, некоторым из которых даже не требуется питание, чтобы «запомнить» настройку.
• Реле созданы практически для любых задач в области электротехники или электроники.
• Реле (обычно) невероятно надежны, и многие из них рассчитаны на 1000000 циклов (но часто служат даже дольше)

Следует отметить, что автомобильные реле — это особый случай, специально предназначен для использования с для работы с низким напряжением (12 или 24 В), и один конец катушки часто подсоединяется к внутренним частям реле.Автомобильные реле никогда не должны использоваться с сетевым напряжением или при наличии значительной разницы напряжений между катушкой и контактами. Изоляция не рассчитана на высокое напряжение, даже если катушка ни к чему не подключена внутри. Большинство также потребляет значительно больший ток катушки (обычно 200 мА или более), чем типы «общего назначения» (40–50 мА). Однако автомобильные реле также рассчитаны на ток до 150 А или более при 12 В постоянного тока.

Для микроконтроллера довольно легко активировать маленькое реле, которое активирует более крупное реле, которое, в свою очередь, активирует контактор для питания большого двигателя в промышленном процессе.Это можно рассматривать как грубую форму усиления, при которой очень небольшой ток может в конечном итоге привести к запуску или остановке огромной машины. Есть даже что-то, называемое «релейной логикой», где реле буквально используются для реализации логических функций (см. «Логика реле» для получения дополнительной информации об этом, казалось бы, странном использовании).

Ссылки содержат больше информации, а для некоторых очень подробных объяснений стоит прочитать ссылку ^[1] .

Основные части упрощенного реле показаны ниже.В большинстве реле катушка намотана на каркас (или бобину) и полностью изолирована от всего остального. Катушка (соленоид) вместе с остальной магнитной цепью является электромагнитом. В большинстве спецификаций реле указано, какое напряжение может быть между двумя секциями, и нередко реле рассчитаны на изоляцию 2 кВ или более. Не ожидайте, что миниатюрные реле выдержат высокое напряжение, если только вы не приобретете реле , специально предназначенное для реле с высоким напряжением изоляции.Позже мы рассмотрим это подробнее.

Реле показано как обесточенное (A) и включенное (B). Катушка обычно не чувствительна к полярности и может быть подключена любым способом. Имейте в виду, что есть некоторые реле, для которых важна полярность, либо потому, что они имеют встроенный диод, они используют постоянный магнит для увеличения чувствительности (редко), либо потому, что они защелкиваются. Реле с защелкой — это особый случай, который будет рассмотрен отдельно. Контактный узел изготовлен из фосфористой бронзы или другого подобного материала, который одновременно является хорошим проводником электричества и достаточно гибок, чтобы без сбоев выдерживать миллион или более изгибающих (изгибающих) движений.Контакты приварены или приклепаны к контактным опорам / рычагам и могут быть изготовлены из самых разных материалов в зависимости от предполагаемого использования.

Контактные «плечи» обычно крепятся к корпусу релейного механизма, иногда заклепками, иногда винтами. Каждый контакт отделен слоем изоляции, и контакты обычно также изолированы от магнитной цепи (ярма и / или якоря). Отдельные части контактного узла изолированы друг от друга.Не все реле имеют физическую пружину для возврата якоря в исходное положение. В некоторых случаях контактные рычаги также могут действовать как пружины. Вы также увидите реле, подвижные контакты которых прикреплены непосредственно к якорю — восьмеричное базовое реле, показанное на рисунке 1.2, использует этот метод.

Рисунок 1.1 — Детали реле

Показанное реле имеет контакты, которые обычно называют «SPDT», что означает однополюсный, двухходовой. Термин «двойной бросок» означает, что один контакт нормально разомкнут («NO») относительно общего, а другой нормально замкнут («NC»).«Нормальное» состояние — катушка обесточена. Когда на катушку подается номинальное напряжение, протекает достаточно тока, так что якорь втягивается и замыкает магнитную цепь, клемма «NO» теперь соединена с общим, а клемма «NC» — разомкнутая цепь.

Это позволяет отключить один сигнал или нагрузку какого-либо типа и подключить другой. В качестве альтернативы, цепь может работать только в том случае, если реле обесточено, и отключается при подаче питания на катушку.Другая очень распространенная конфигурация называется DPDT — двухполюсная, двухходовая. Это обеспечивает два полностью отдельных набора контактов с нормально разомкнутыми и нормально замкнутыми контактами. 4PDT теперь легко декодируется — это означает 4-полюсное двойное направление. Вы также найдете реле SPST — один набор (обычно) нормально разомкнутых контактов.

Рисунок 1.2 — Выбор реле

На фотографии показан очень, очень маленький образец реле, подобранный так, чтобы показать разнообразие и внутреннее устройство некоторых типичных компонентов.Есть много других, в том числе много разных стилей герконовых реле, а также несколько промежуточных размеров обычных реле. Вы можете видеть, что у одного реле есть восьмеричное основание — точно такое же, как у многих термоэмиссионных клапанов («трубок», если необходимо). Хотя показанному мной реле много лет, этот стиль все еще доступен, потому что он позволяет легко заменить реле в промышленных системах управления.

На самом деле, очень мало реле было снято с производства. Могут быть изменены материалы контактов (подробнее см. Ниже) и корпуса могут измениться с металла / бакелита на пластик, но основные стили и конфигурации контактов остались.Существует так много контроллеров, которые полагаются на реле, используемые в промышленных процессорах, что запасные реле, как правило, доступны на вечность по сравнению с «потребительскими» товарами. Реле не являются аудиопродуктом — они относятся к другому классу оборудования, выход из строя которого может означать потерю тысяч долларов в час. Однако, как видно из нескольких статей по проектам ESP, им также есть место в аудио.

Следует помнить, что реле сначала использовались в телеграфии, а затем в телефонных системах, поэтому они являются продуктом первого в истории отрасли «аудио» и катализатором для большинства электронного оборудования — телефона.Подобно многим вещам, которые мы принимаем как должное в наши дни, телефонная система стала источником огромного количества продуктов и технологий, которые теперь являются частью почти всего, что мы используем. Если вы хотите увидеть ранний пример, он описан в «Азбуке Морзе — начало электронных сообщений». Термин буквально «» произошел от использования «ретрансляционных станций», которые требовались для передачи сообщений на расстояния, большие, чем можно было бы покрыть с помощью одной телеграфной линии. Первоначально это делалось вручную (получить и расшифровать сообщение, затем повторно передать его на следующую станцию ​​- желательно без ошибок!), Пока не было разработано электромеханическое реле (EMR).Это вырезало «посредника». Время только увеличило количество реле в том виде, в каком мы их знаем, и нет никаких признаков того, что они исчезнут в ближайшее время.

Для любого данного реле существуют спецификации, которые описывают максимальное номинальное напряжение и ток прикосновения. Реле высокого напряжения нуждаются в контактах, которые в разомкнутом состоянии находятся дальше друг от друга, или могут работать в вакууме. Для устройств с высоким током необходимы контактный узел и контактные поверхности, которые имеют низкое сопротивление и могут выдерживать ток без перегрева или сварки контактов.Ни в коем случае нельзя превышать максимальные характеристики контактов, иначе это может серьезно повлиять на срок службы реле. В частности, убедитесь, что используемое реле может выдерживать пиковый пусковой ток нагрузки.

На пусковой ток влияет множество факторов, но имейте в виду, что он может в 50 раз превышать нормальный ток полной нагрузки. В случае индуктивных нагрузок (например, трансформаторов и двигателей) пусковой ток наихудшего случая ограничивается только сопротивлением обмотки плюс полное сопротивление внешней сетевой проводки.Обратите внимание, что переключение при нулевом напряжении (в частности, с твердотельными реле) не должно использоваться с этими нагрузками , а — и ! Емкостные нагрузки и электронные источники питания создают проблемы и также обычно не подходят для твердотельных реле, но по другим (и сложным) причинам.

Некоторые реле (контакторы) для тяжелых условий эксплуатации имеют только одну пару контактов, обычно нормально разомкнутых. Существуют также трехфазные контакторы с тремя наборами контактов — по одному на каждую фазу, и они очень распространены в промышленных системах управления.Они используются для переключения сильного тока и / или напряжения, превышающего нормальное, и имеют больший контактный зазор и функции гашения дуги, так что дуга не может поддерживаться на контактах, когда они разомкнуты. Для особенно больших токов (или для постоянного тока, который является потенциальным убийцей контактов реле), может быть магнит или даже система принудительного подачи воздуха, чтобы направить дугу от области контакта. Это не характерно для обычных реле.

Контактные поверхности изготавливаются из различных металлов или сплавов, предназначенных для использования по назначению.Некоторые распространенные материалы и их применение показаны ниже ^[2] . Это не исчерпывающий список, и вы можете увидеть другие металлы или сплавы, упомянутые в технических характеристиках реле.

Материал (и)	Символ (ы)	Комментарии
Жесткое серебро	Ag, Cu, Ni	Стандартный контактный материал, используемый во многих реле общего назначения, медь и никель, повышающие твердость.Один контакт минимум 20 В / 50 мА. Длительный срок службы контактов, но склонен к окислению при более высоких температурах.
Серебро Никель	Ag, Ni	Более стойкая к сварке при высоких нагрузках, чем твердое серебро, с высокой стойкостью к выгоранию. Хороший стандартный контактный материал. Минимальная контактная нагрузка, 20 В / 50 мА
Серебро Оксид кадмия	Ag, CdO	Используется для сильноточных нагрузок переменного тока, поскольку он более устойчив к сварке при высоких пиках коммутируемого тока.Материал равномерно размывается по всей поверхности. Не рекомендуется для разрыва сильных дуг постоянного тока из-за вызываемого износа (одностороннее уменьшение). Минимальная контактная нагрузка 20 В / 50 мА. Обратите внимание, что кадмий изначально был включен в список материалов, запрещенных Европейской директивой RoHS, но теперь освобожден для этой цели (хотя это может снова измениться в любое время).
Серебро Оксид олова	Ag, SnO 2	Оксид олова делает материал более устойчивым к сварке при высоких пиках включающего тока.Обладает очень высоким сопротивлением выгоранию при переключении большой мощности. нагрузки. Низкая миграция материала под нагрузкой постоянного тока Минимальная контактная нагрузка 20 В / 50 мА. Полезно там, где возникают очень высокие пусковые токи, например, при ламповых нагрузках или трансформаторах. Оксид серебра и олова часто выбирается в качестве материала контактов реле для оксида кадмия серебра.
Серебро Олово Индий	Ag, SnO, InO	Аналогичен оксиду серебра и олова, но более устойчив к скачкам тока. Минимальная контактная нагрузка 12В / 100мА.
Вольфрам	Вт	Более стойкая к сварке при высоких нагрузках, чем твердое серебро, с высокой стойкостью к выгоранию. Хороший стандартный контактный материал. Минимальная контактная нагрузка 20 В / 50 мА единый контакт. Используется для некоторых сверхмощных реле.
Золотое покрытие — 10 мкм	Au	Используется для переключения малых нагрузок> 1 мА / 100 мВ. Это покрытие будет удалено трением и эрозией примерно после 1 миллиона циклов переключения даже в «сухом» состоянии. схемы (т.е. те, у которых нет постоянного тока и / или незначительный переменный ток). Используется в формах с одним и двумя контактами (двойной контакт полезен в пыльной среде).
Золотое покрытие / вспышка — 3 мкм	Au	Имеет те же качества, что и 10 мкм Au, но менее долговечен. Обычно он используется для предотвращения коррозии / окисления контактов реле во время хранения.
Рутений	Ru	Редкий элемент, обладающий высокой устойчивостью к потускнению и используемый в основном в герконовых переключателях / реле и других износостойких электрических контактах.
Родий	Rh	Редкий, серебристо-белый, твердый и химически инертный переходный металл. Как и рутений, он принадлежит к платиновой группе элементов. Используется в герконах

Таблица 2.1 — Общие материалы контактов

Из вышесказанного вы увидите, что для некоторых материалов контактов требуется минимум напряжения и / или тока . При более низких напряжениях и токах (например, в цепях переключения «сухих» сигналов) не хватает тока, чтобы гарантировать надежное замыкание контактов, что может привести к шуму, искажениям или периодической потере сигнала.

Там, где требуется хороший контакт при очень низких напряжениях и токах, хорошим выбором будет позолота или позолота. Обратите внимание, что золото , а не , особенно хороший проводник, но его преимущество заключается в том, что оно не тускнеет легко, поэтому редко возникает проблема с оксидами, которые могут быть изолятором при нормальном напряжении сигнала. Если используется серебро (или многие из его сплавов), реле могут быть герметично закрыты для предотвращения окисления. Черный налет (сульфид серебра) — изолятор. Это не хороший изолятор , но он с легкостью выдерживает несколько сотен милливольт (типичный уровень сигнала).Некоторые герконовые реле имеют контакты в вакууме, что характерно для высоковольтных реле. Дугу сложно создать в вакууме, потому что нет газа.

Обычный термин, который вы услышите, — это «отскок контакта». Когда контакты замыкаются, чаще всего возникают периоды подключения и отключения на время до нескольких миллисекунд или около того. Время зависит от массы контактов, упругости контактных рычагов и давления замыкания контактов. Ниже показан хороший пример герконового реле, показанного на рисунке 1.2. Это значительно лучше, чем у большинства других, но ясно показывает, что даже «лучшие» реле имеют дребезг контактов. Определенное количество «помех» может также возникнуть при размыкании контактов, но это другой эффект.

Рисунок 2.1 — Отскок контакта герконового реле

Горизонтальная шкала составляет 50 мкс на деление, поэтому вы можете видеть, что контакты замыкаются и размыкаются несколько раз за первые 150 мкс. После этого закрытие «прочное», без дальнейших нежелательных отключений.Иногда вы можете свести к минимуму эффект дребезга, используя два или более набора контактов параллельно, но это не гарантированно надежный метод. Когда-то можно было купить реле, смачиваемое ртутью — «контакты» были основаны на небольшом количестве ртути, которые образовывали мгновенный контакт без каких-либо дребезгов. На одном этапе было (было) много разных типов.

, смачиваемые ртутью, обычно использовались в лабораториях для получения тестовых сигналов с пикосекундным временем нарастания, но, конечно, законодательство Европейского Союза RoHS привело к их полному запрету.Меркурий? О нет, вы не можете использовать , что ! Как ни странно, в ЕС до сих пор разрешены люминесцентные лампы (как компактные, так и полноразмерные), некоторые из которых, вероятно, содержат столько же ртути, сколько небольшое лабораторное реле, контактирующее с ртутью. Один будет выброшен через несколько тысяч (или сотен) часов, а другой останется навсегда. Я дам вам угадать, что есть что.

Подавляющее большинство реле имеют контакты с размыканием перед замыканием. Это означает, что одна цепь отключается до подключения другой.Также существуют реле включения перед размыканием, но они встречаются редко и в основном используются в телефонных системах, где отключение может привести к обрыву телефонного звонка. Если вам действительно нужна доработка, я ожидаю, что найти то, что доступно и по разумной цене, будет непросто.

Одна из областей, где у электромеханических реле есть реальные проблемы, — это переключение постоянного тока. Реле, которое может обрабатывать 250 В переменного тока при 10 А, обычно может обрабатывать максимум 30 В или около того с постоянным током, поскольку напряжение и ток являются непрерывными.При переменном токе и напряжение, и ток падают до нуля 100 или 120 раз в секунду (для приложений с частотой сети), поэтому дуга (сравнительно) легко гасится при размыкании контактов. При использовании постоянного тока прерывание отсутствует, и дуга может поддерживаться на контактах — даже когда они полностью разомкнуты.

Это очень серьезная проблема, о которой многие люди не замечают. Даже если напряжение и ток контактов реле таковы, что дуга гаснет каждый раз, сам факт, что — это дуга, означает, что контакты постоянно подвергаются атаке.При дуге материал обычно перемещается от одного контакта к другому. При переменном токе полярность обычно случайная, поэтому контактный материал перемещается вперед и назад, но при постоянном токе он однонаправлен. Это занимает много времени с очень прочными контактными материалами, такими как вольфрам, но это все равно происходит, и в конечном итоге реле выйдет из строя из-за эрозии контактов. Номинальные значения производителя: максимальное , переменного или постоянного напряжения и тока, которые обеспечат заявленное количество операций. Если номинальное напряжение или ток превышены, у реле, вероятно, будет короткий срок службы.Постоянный ток является наихудшим, а условия неисправности постоянного тока часто катастрофичны для реле, которое предназначено для выполнения любой защитной функции.

В некоторых случаях для гашения дуги, возникающей при размыкании контактов, можно использовать магнит. Поскольку дуга проводит электрический ток, она как генерирует, так и может отклоняться под действием магнитного поля. Магнитное гашение дуги (или «гашение дуги») редко используется в реле, но его можно добавить позже, если вы знаете, что делаете, и можете расположить магнит (ы) точно в нужном месте.Вы можете увидеть эту технику, используемую в сильноточных автоматических выключателях и даже в некоторых реле (хотя их с большей вероятностью классифицируют как контакторы).

В сети существует бесчисленное количество схем «защиты динамика», которые могут не работать, когда они больше всего нужны. Чтобы увидеть, как должен быть выполнен , взгляните на то, как контакты реле подключены для проекта 33. Когда реле размыкается, оно замыкает динамик, так что даже если есть дуга, оно переходит на землю до тех пор, пока перегорел предохранитель.Любая схема «защиты» динамика, которая не закорачивает динамик, может оставить вас вне кармана, потому что не только усилитель, вероятно, перегорел, но и реле и динамик, которые он предназначен для защиты. Реле, которое может фактически разорвать 100 В постоянного тока при токе 25 А или более, является редким и дорогим зверьком, но это то, что может понадобиться для усилителя большой мощности.

Вопрос о материалах контактов реле, напряжениях и токах дуги, миграции металла при включении и выключении (т.и др.) поистине обширен. Это тема научных статей, заметок по применению и больших частей книг, и охватить здесь все просто невозможно. Достаточно сказать, что рекомендации и рейтинги производителя обычно являются хорошей отправной точкой, и максимальные значения никогда не должны превышаться. Количество электрических операций может быть значительно увеличено за счет снижения номинальных характеристик контактов (например, с использованием реле на 10 А для цепей 5 А), и переменный ток почти всегда намного менее проблематичен, чем постоянный ток.

В этом разделе рассматриваются демпфирующие цепи и другие меры, которые могут потребоваться для защиты контактов от нагрузки в Части 2.Это очень сложная тема, которая во многом зависит от конкретного характера нагрузки. Во многих случаях ничего не нужно делать, если напряжение и ток находятся в пределах номинальных значений производителя. В других случаях могут потребоваться крайние меры для предотвращения разрушения контактов. Наихудший вариант — постоянный ток, а высокое напряжение и / или большой ток потребуют очень специализированных релейных контактов и методов отключения дуги. Если возможно, подумайте о твердотельных реле для постоянного тока, потому что они не используют контакты, поэтому не может создать дугу.

Это действительно наука сама по себе, и благодаря InterWeb вы можете найти много действительно хороших данных. К сожалению, может быть очень сложно найти информацию, которая одновременно актуальна и основана на фактах, поэтому не ожидайте найти то, что вам нужно на первой странице результатов поиска, и вообще игнорируйте сообщения форума или Usenet. Существует много дезинформации, и независимо от того, случайно ли она, намеренно или просто люди, утверждающие, что знают гораздо больше, чем они на самом деле, открыты для обсуждения.Достаточно сказать, что большая часть такой «информации» просто неверна.

В очень многих случаях единственный способ получить работающее решение — это метод проб и ошибок. Это особенно верно, если у вас тяжелая нагрузка — будь то питание постоянного тока, высокая индуктивность нагрузки или наличие высоких токов и напряжений. Для крупномасштабного производства получение индивидуального дизайна целесообразно, но затраты будут высокими и не могут быть оправданы для небольших серий или разовых проектов. Я рассмотрел очень небольшую часть возможных видов отказов и эрозии контактов — есть гораздо больше, чтобы узнать, если у вас есть склонность.

Распространенным способом обозначения расположения контактов реле является использование терминологии «форма». Например, вы увидите реле, обозначенные как «1 форма C» в таблицах данных, каталогах и даже на веб-страницах на сайте ESP. Эта терминология примерно эквивалентна, например, SPST или DPDT.

Форма A	Только нормально разомкнутые (NO) контакты
Форма B	Только нормально замкнутые (NC) контакты
Форма C	Переключающие контакты (нормально открытый, нормально закрытый и общий)

Итак, реле 1-Form-C имеет один набор переключающих контактов, 2-Form-A имеет два набора нормально открытых контактов и т. Д.

Казалось бы, это слишком просто, чтобы даже обсуждать, но это определенно иначе. Катушка представляет собой индуктор, и поскольку она намотана на магнитный материал (обычно мягкое железо или низкоуглеродистую сталь), индуктивность увеличивается. Это тоже нелинейно. Когда катушка не находится под напряжением, в магнитной цепи образуется большой воздушный зазор, а это означает, что индуктивность уменьшается. Как только реле находится под напряжением, магнитная цепь замыкается, или, по крайней мере, воздушный зазор становится намного меньше, поэтому теперь индуктивность выше.

Я использовал измеритель индуктивности, чтобы получить значения, показанные ниже, но если вам нужно точное измерение, вам придется использовать другой метод. Индуктивность связана с сопротивлением катушки постоянному току, и это изменяет показания, поэтому возникает значительная ошибка. Истинную индуктивность можно измерить с помощью последовательно или параллельно настроенной цепи с конденсатором, чтобы получить низкочастотный резонанс (<100 Гц, если возможно), если вам действительно нужно реальное значение. Это не часто необходимо, и вам редко требуется высокая точность, и хотя измеритель индуктивности имеет довольно большую ошибку, использованную таким образом, но для этой цели он подходит.

Измерения индуктивности двух реле, показанных выше, дали показания …

Octal Base 10R	открыто	335 мГн	186 Ом Сопротивление катушки
	закрыто	373 мГн
STC 4PDT	открытый	283 мГн	248 Ом Сопротивление катушки
	закрыто	303 мГн

Насколько велика ошибка? Я проверил восьмеричное реле с помощью серии 5.Конденсатор 18 мкФ и измерил пиковое напряжение на крышке (что указывает на резонанс) при 61 Гц с открытым якорем и 37 Гц с закрытым. Это дает индуктивность 1,3 Гн в разомкнутом состоянии, 3,6 Гн в замкнутом состоянии, поэтому погрешность существенная. Есть много возможностей для неправильного измерения частоты, потому что созданная « настроенная схема » имеет низкую добротность, а частотный диапазон довольно широк — ожидайте, что результат будет не менее ± 25%, в зависимости от того, насколько точно вы можете получить точное пиковое напряжение при изменении частоты.Формула …

L = 1 / ((2 × π × f) ² × C)
L = 1 / ((2 × π × 61) ² × 5,18µ)
L = 1,3H

Хотя ошибка велика, простой факт заключается в том, что нам все равно. Я включил индуктивность исключительно для демонстрации того, что она изменяется в зависимости от положения якоря, но индуктивность катушки не предоставляется большинством производителей реле, потому что она вам не нужна. Эти данные предоставлены исключительно ради интереса. Поскольку индуктивность является частью «бытия» реле (так сказать), вы ничего не можете с этим поделать.

Комбинация индуктивности катушки и подвижной массы якоря означает, что реле будут иметь конечное время замыкания контактов. Фактическое время будет варьироваться от одного реле к другому, но неразумно предполагать, что оно будет меньше примерно 10 мс для типичного реле SPDT 10A (такого как реле Zettler, показанное на рисунке 1.2). Я провел тест, и это реле обеспечивает замыкание контактов за 9,8 мс, не считая времени дребезга контактов. Реле меньшего размера будут работать быстрее, а реле большего размера — медленнее. Это не то, что вы найдете в большинстве спецификаций, и единственный способ узнать, насколько быстро (или иначе) ваше реле, — это проверить его.

Поскольку катушка является индуктором, она также хранит «заряд» в виде магнитного поля. Когда напряжение снимается, магнитное поле очень быстро разрушается, и это создает большое напряжение на катушке. Стандартное решение — включить диод, подключенный, как показано ниже (рисунок 4.1A). Однако добавление диода означает, что реле сработает медленнее, чем без него, потому что обратная ЭДС генерирует ток, который удерживает реле в замкнутом состоянии до тех пор, пока он не рассеется в виде тепла в обмотке и диоде.Обратное напряжение будет пытаться поддерживать тот же ток, протекающий в катушке, какой существовал при подаче тока. Конечно, это невозможно из-за потерь в цепи.

Поскольку катушка представляет собой индуктор, рабочий ток не достигается сразу после подачи питания. Например, с катушкой 280 мГн может потребоваться до 2 мс, прежде чем ток будет достаточным для притяжения якоря. Эта задержка обычно не является проблемой, но означает, что нельзя ожидать, что электромеханическое реле обеспечит точное время или мгновенное соединение.Если вам нужно, чтобы что-то произошло в очень точное время, вам нужно будет использовать твердотельное реле (дополнительную информацию см. Ниже).

Магнитная сила катушки реле определяется амперными витками, а сила тока определяется сопротивлением катушки. Предположим, в качестве примера, что реле необходимо 50 А / Т (ампер-витки) для надежной активации. Один виток на 50 А даст 50 А / Т, как и 10 витков на 5 А, но они непрактичны, если реле не предназначено для определения состояния перегрузки по току (используется, например, для пусковых переключателей электродвигателя).Будет более полезно иметь большее количество витков при меньшем токе, чтобы мы могли намотать 1000 витков на бобину. Провод будет достаточно тонким и может иметь сопротивление около 240 Ом. Теперь нам нужно всего 50 мА, чтобы получить необходимые 50 А / Т, поэтому при подаче 12 В через обмотку на 240 Ом будет получено 50 мА. Поскольку имеется 1000 витков при 50 мА, это снова работает до 50 А / Т, поэтому у нас есть необходимая сила магнита и разумные напряжение и ток.

Обратите внимание, что эта информация представляет собой пример только , а фактические значения ампер-витков, необходимых для типичного реле, чертовски трудно найти в сети.Если вам действительно нужно знать, вам придется проверить это самостоятельно, добавив обмотку с известным числом витков. Если вы добавите 50 витков, и реле потянет на 600 мА, это будет 30 А / Т. Поскольку вам всегда нужно учитывать самонагрев катушки и / или более низкое, чем обычно, напряжение питания, вам нужно будет использовать больше витков или более высокий ток. Большинство реле рассчитаны на работу от половины до трех четвертей номинального напряжения. Реле на 12 В должно активироваться при напряжении от 6 до 9 В.

Примерно стандартная схема реле показана ниже вместе с полезной модификацией.На вход подается напряжение (обычно 5 В от микроконтроллера), которое включает Q1 и активирует реле. Без D1 напряжение на Q1 вырастет до более 400 В (измерено, но может легко превысить 1 кВ), когда транзистор выключен, что приведет к мгновенному отказу Q1. D1 (иногда называемый «свободно вращающимся» или «ловящим» диодом) действует как короткое замыкание на обратную ЭДС от катушки, поэтому напряжение на Q1 может возрасти только примерно до 12,6 В. Однако, пока между катушкой реле и D1 протекает достаточный ток, реле не сработает.Может пройти несколько миллисекунд, прежде чем якорь начнет возвращаться в исходное положение после выключения Q1.

Рисунок 4.1 — Стандартная и модифицированная схема переключения реле

Я тестировал реле с катушкой на 270 Ом и индуктивностью 380 мГн, хотя последнее в большинстве случаев не является указанной характеристикой. Если вам нужно знать индуктивность, вам, вероятно, потребуется ее измерить. С одним диодом в цепи поддерживается достаточный ток катушки, чтобы реле оставалось включенным в течение некоторого времени после выключения Q1.Время высвобождения — это сочетание электрических и механических воздействий. Если резистор (R2) совпадает с сопротивлением катушки, обратное напряжение будет ограничено до удвоения напряжения питания, с которым легко справится транзистор, который я использовал.

Вы также можете использовать стабилитрон и диод, обычно используя стабилитрон на 12 В. Он может быть рассчитан на удвоение приложенного напряжения, и в этом случае пиковое напряжение будет примерно в 3 раза больше напряжения питания. Стабилитрон немного лучше, чем показанная комбинация диод / резистор, и более подробно это показано ниже.На графиках ниже показано поведение схемы с резистором и диодом и без них. Измеренные 400 В и более вполне типичны для всех реле, поэтому диод всегда включен. Такие большие пики напряжения мгновенно разрушают большинство транзисторов, и хотя можно использовать транзисторы высокого напряжения, это просто увеличивает стоимость. Обратное напряжение создается точно так же, как в стандартной системе зажигания Kettering, используемой в автомобилях, но без вторичной обмотки. Это также принцип, лежащий в основе «обратного» трансформатора, используемого в горизонтальной выходной секции ЭЛТ-телевизора (помните их?) Или импульсных источниках питания обратного хода.

Были проведены заводские испытания, чтобы увидеть, сколько напряжения создается и как быстро может работать довольно типичное реле. Для испытаний я использовал реле «Low Cost SPDT», показанное на рисунке 1.2. Результаты были чем-то вроде открытия (и я уже знал о дополнительной задержке, вызванной диодом!). Реле, которое я использовал, имеет катушку 12 В, 270 Ом и надежные контакты (рассчитанные на 10 А при 250 В переменного тока). При отсутствии защиты от противо-ЭДС реле замыкает нормально замкнутые контакты (т. Е. Реле полностью отпущено) в 1.12 мс — это намного быстрее, чем я ожидал, но обратная ЭДС была выше 400 В — она ​​несколько менялась, так как контакты переключателя искрились в нескольких тестах. Когда был добавлен диод, время отпускания увеличилось до 6 мс, что является значительным увеличением, но, конечно, не было обратной ЭДС (хорошо, было 0,65 В, но мы можем это игнорировать). При использовании метода диод / резистор, показанного выше, время отпускания составляло 4 мс, а максимальная обратная ЭДС составляла 24 В (вдвое больше напряжения питания). Это разумный компромисс, поскольку существует множество транзисторов с номинальным напряжением, которые подходят для этой цели.

Рисунок 4.2 — Напряжение обратного хода реле

Синяя кривая показывает, когда замыкается размыкающий контакт при отпускании реле, и имеет значение от нуля до 12 В. Пиковое напряжение реле ((A) — без диода), измеренное на моем осциллографе, превышает 400 В, и из-за диапазона напряжений видна небольшая детализация падения напряжения. В обоих случаях реле были подключены так же, как показано на рисунке 4.1, но с использованием переключателя вместо транзистора. Вторая кривая показывает время отпускания и скачок напряжения, когда диод и резистор 270 Ом используются для получения более высокой скорости отпускания.Диод не является обязательным, но без него схема реле будет потреблять в два раза больше тока, чем требуется, из-за тока через резистор. Обратите внимание, что горизонтальный масштаб составляет 1 мс / деление в (A) и 2 мс / деление в (B), а вертикальный масштаб для обратной ЭДС реле (желтые линии) также изменен с 100 В / деление (A) до 10 В / деление в (B).

Изгиб кривой напряжения реле вызван смещением якоря от полюсного наконечника реле и уменьшением индуктивности.Контакты «NC» замыкаются при срабатывании реле. Как видите, это 4 мсек после отключения реле (с установленным резистором + диодом). Без подавления обратной ЭДС реле будет отключаться быстрее, потому что ток прерывается почти мгновенно (исключая, конечно, искрение переключателя).

Эти графики являются только репрезентативными, так как разные реле будут иметь разные характеристики. Вы можете запускать свои собственные тесты, и я рекомендую вам это сделать, но во всех случаях поведение будет похоже на показанное.После замыкания нормально разомкнутых контактов я измерил дребезг контактов 2,5 мс (не показан на графиках осциллографа выше). Эти тесты могут быть немного утомительными, но очень поучительными.

Когда сопротивление резистора равно внутреннему сопротивлению катушки, обратная ЭДС всегда будет в два раза больше приложенного напряжения. Если резистор в 10 раз больше сопротивления катушки, пиковое напряжение будет в 10 раз больше приложенного напряжения (оба плюс одно падение напряжения на диоде 0,7 В). Это соотношение полностью предсказуемо и работает практически для любого номинала катушки и внешнего резистора.Он просто основан на токе реле. Если реле потребляет 44 мА, коллапсирующее магнитное поле будет пытаться поддерживать тот же ток. 44 мА на внешнем резисторе 270 Ом будут генерировать 12 В, а если сопротивление резистора 2,7 кОм, напряжение должно быть 120 В (достаточно близко).

Хотя этот трюк был распространен в ранних электрических часах (но без диода, потому что они не были изобретены в то время), похоже, что мало кто использует его. Это позор, потому что он работает хорошо, ограничивает пиковое напряжение до чего-то разумного и сокращает время срабатывания реле по сравнению с использованием только диода.

Если вы посмотрите достаточно внимательно, вы найдете это упомянуто в нескольких местах, и было указано ^[8] , что простое использование диода может вызвать слишком медленное срабатывание реле, чтобы прервать «прихваточную сварку», которая может произойти, если контакты должны замыкаться при высоких пусковых токах. Это может произойти из-за того, что физическое движение якоря замедляется, и он не развивает достаточной внезапной силы, чтобы сломать сварной шов. Это намного сложнее, чем просто дополнительная задержка, когда диод размещается параллельно катушке.

Схема стабилитрона, показанная выше, может быть немного дороже, чем резистор, но она позволяет реле отключаться намного быстрее. Чаще всего используется стабилитрон, рассчитанный на то же напряжение, что и катушка реле и источник питания. В примере время восстановления составило 2,6 мс, что значительно быстрее, чем при использовании резистора и диода (4 мс). Стабилитрон с более высоким напряжением снова будет работать быстрее, с стабилитроном 24 В, обеспечивающим время отпускания 1.84 мс. Если напряжение слишком высокое, вам может потребоваться более дорогой транзистор привода для получения номинального напряжения, но использование более чем удвоенного напряжения питания не сильно улучшит ситуацию. В целом, такое расположение, вероятно, лучший компромисс. Он быстрее, чем резистор, за небольшую дополнительную плату и не требует, чтобы вы пытались покупать детали, которые могут быть недоступны в вашем местном магазине электроники.

Я также протестировал показанную схему с керамическим конденсатором емкостью 100 нФ, подключенным параллельно катушке.Напряжение обратного хода составило 86 В, а реле сработало через 1,23 мс. Это хороший результат, но напряжение выше желаемого, а цоколь должен быть высоконадежным, чтобы обеспечить долгий срок службы. Это делает его более дорогим, чем другие варианты, но могут быть ситуации, когда он окажется лучшим выбором для приложения, с последовательным резистором или без него.

Могут быть использованы другие методы подавления переходных процессов, которые не сильно влияют на скорость расцепления якоря, включая использование тщательно подобранного диода TVS , низковольтного MOV или демпфирующей цепи резистора / конденсатора.Последнее, как правило, не является рентабельным и редко используется сейчас, но было довольно распространено в ранних системах и до сих пор используется с катушками реле переменного тока. Если реле должны использоваться для достижения максимальных номинальных значений контактов, имейте в виду, что они часто указываются без подавления обратной ЭДС, что обеспечивает максимально быстрое время размыкания контактов. Если вы решите использовать TVS, вам потребуется либо двунаправленный тип, либо последовательно добавить диод. MOV будут работать хорошо, но их напряжение зажима — это что-то вроде лотереи, поэтому вам необходимо предусмотреть запас прочности для максимального номинального напряжения переключающего транзистора, который соответствует диапазону напряжения MOV (или TVS — они тоже не являются точными устройствами).

А как насчет номиналов диодов? Диод должен быть рассчитан как минимум на полное напряжение питания. Эта часть проста, потому что диод 1N4004 не только повсеместен, но и дешев, как микросхемы. Существует не так много приложений, где вам нужны катушки реле более 400 В. Может возникнуть соблазн использовать диоды 1N4148, и, хотя их номинальное напряжение обычно хорошее, они довольно хрупкие, а их номинальный ток составляет всего 200 мА непрерывного или 1 А пикового (1 секунда, неповторяющийся). Я действительно не доверяю им ни в чем другом, кроме выпрямителей сигналов, но многие коммерческие продукты используют их через реле.

Номинальный ток диода в идеале должен быть как минимум таким же, как ток обмотки реле, не потому, что это необходимо, а для обеспечения надежности и долговечности. Для большинства реле общего назначения хорошим выбором является 1N4004 — непрерывный ток 1 А, непериодический импульс 30 А (8,3 мс) и напряжение пробоя 400 В. Помните, что пиковый ток через диод будет таким же, как ток обмотки реле, поэтому, если у вас есть (большое) реле, которое тянет ток обмотки 2 А, вам понадобится диод с номиналом не менее 2 А, а желательно больше.Вы можете рассчитывать на номинальный импульсный ток диода, но лучше предусмотреть значительный запас прочности. Стоимость незначительна.

Итак, вы, возможно, думали, что катушки реле были простыми, и вам нужно только добавить диод, чтобы управляющий транзистор не разрушился при выключении. Теперь вы знаете, что это на самом деле удивительно сложная область, и есть много вещей, которые необходимо учитывать, чтобы обеспечить надежность и долговечность. Только благодаря исследованиям и тестированию вы узнаете о влиянии различных техник подавления и ограничениях, которые каждая налагает.

Чтобы еще больше запутать ситуацию, некоторые реле спроектированы таким образом, что катушки могут работать от переменного тока без какого-либо заметного «дребезжания» (вибрации, вызывающей шум — часто очень слышимой) и, возможно, постоянного дребезга контактов. Реле переменного тока обычно могут работать от постоянного тока с некоторыми оговорками, но катушка реле постоянного тока никогда не должна использоваться с переменным током. В более крупных реле переменного тока используются полюс, ярмо и якорь из многослойной стали, чтобы уменьшить потери на вихревые токи, которые могут вызвать перегрев, но обычно это не проблема для сравнительно небольших реле.Ток, протекающий в катушке реле постоянного тока, определяется ее сопротивлением, но когда используется переменный ток, возникает комбинация сопротивления и индуктивного реактивного сопротивления, охватываемая термином «импеданс». Если производитель не сообщает вам ток катушки, его необходимо измерить, поскольку его нельзя определить путем измерения сопротивления катушки.

Есть небольшой секрет того, как заставить катушку работать с переменным током, и это называется «затеняющим» кольцом (или затеняющей катушкой). Если вы внимательно посмотрите на фото большего восьмеричного реле на рисунке 1.2, вы можете его увидеть (ну, хорошо, вы не можете его четко увидеть, поэтому вместо этого посмотрите на рисунок 4.4). В верхнюю часть полюса вдавлен толстый кусок покрытой меди, который действует как закороченный виток, но только на половине диаметра центрального полюса. Закороченный виток вызывает противофазный ток в его части полюса, который продолжает обеспечивать небольшое магнитное поле, когда основное поле проходит через ноль. Каким бы маловероятным это ни казалось, оно работает настолько хорошо, что реле переменного тока, изображенное выше, почти полностью бесшумно, без дребезга.

Рисунок 4.4 — Затеняющее кольцо реле переменного тока

Это тот же принцип, что и в двигателях переменного тока с расщепленными полюсами (поищите его, если вы никогда не слышали этот термин). Небольшого магнитного поля, создаваемого затеняющим кольцом, достаточно для удержания якоря реле в замкнутом состоянии, когда основное поле проходит через ноль, устраняя дребезг и / или высокоскоростные движения контактов, которые в конечном итоге изнашивают контакты просто механическим движением. Дребезжание контактов также создаст небольшие дуги с высокими токовыми нагрузками, которые повредят контакты и, возможно, нагрузку.

переменного тока можно использовать с постоянным током, но могут возникнуть некоторые проблемы. Вам нужно будет уменьшить напряжение постоянного тока настолько, чтобы катушка могла надежно втягивать реле, но без перегрева. Вы также можете столкнуться с возможным заеданием арматуры — подробнее об этом явлении см. Ниже. В моем случае реле на 32 В переменного тока отлично работает с 24 В постоянного тока, но потребляет почти вдвое больший ток, чем при переменном токе. Катушка имеет сопротивление 184 Ом и потребляет 62 мА при 32 В переменного тока — полное сопротивление 516 Ом.При примерно таком же токе должен работать при не более 12 В постоянного тока, но он не будет работать при таком напряжении. При 24 В постоянного тока катушка потребляет 129 мА и рассеивает более 3 Вт, что приводит к перегреву. Ток втягивания при 32 В переменного тока составляет 104 мА, поскольку индуктивность мала, когда якорь открыт и потребляется больший ток. Это означает, что при открытом якоре полное сопротивление составляет всего 307 Ом.

Никогда не используйте реле постоянного тока с переменным током на катушке, так как оно будет сильно дребезжать и может нанести себе травму из-за быстрой вибрации якоря.Контакты почти наверняка будут замыкаться и размыкаться с частотой, в два раза превышающей частоту сети (100 или 120 Гц). Если вы должны управлять реле постоянного тока от источника переменного тока, используйте мостовой выпрямитель и фильтрующий конденсатор. Время отпускания будет зависеть от значения крышки фильтра, сопротивления катушки и т. Д. Если на катушке реле есть конденсатор емкостью более нескольких микрофарад (конечно, в зависимости от размера реле), вам не нужен диод, потому что конденсатор будет поглощать и гасить небольшую обратную ЭДС. Вы можете включить диод, если хотите — он ничего не повредит, но и пользы не принесет.

Ярмо и якорь большинства реле изготовлены из мягкой стали, а не из «мягкого железа», о котором вы увидите во многих статьях. Низкоуглеродистая сталь магнитно «мягкая» в том смысле, что она не очень хорошо сохраняет магнетизм (удерживание магнитного поля известно как остаточная намагниченность), но у нее действительно есть остаточная намагниченность, поэтому она может слегка намагнетиться. Это может привести к прилипанию якоря к полюсу, и это может стать реальной проблемой. Если якорь заедает, контакты не вернутся в «нормальное» состояние после снятия тока катушки.Это можно преодолеть с помощью более сильной пружины, но тогда катушке требуется больший ток, чтобы втянуть якорь против натяжения, создаваемого пружиной.

Во многих реле постоянного тока центральный полюсный наконечник может иметь либо очень тонкий слой немагнитного материала наверху (там, где якорь соприкасается), либо крошечный медный штифт, расположенный так, чтобы якорь не мог создать полностью замкнутый магнитный цепь. Этого небольшого зазора должно хватить, чтобы реле всегда могло отпускать , не прибегая к более сильной пружине.Вы почти наверняка увидите, как этот метод применяется в «чувствительных» реле — тех, которые предназначены для работы с минимально возможным током.

С катушками реле переменного тока, если вам нужно подавление обратной ЭДС, вы должны использовать двунаправленную (неполяризованную) схему. Это может быть TVS с подходящим номинальным напряжением для обработки пикового напряжения переменного тока, два встречных стабилитрона, опять же с номинальным напряжением, превышающим пиковое напряжение переменного тока, или «демпферная» сеть из резистора / конденсатора.Может потребоваться более высокая обратная ЭДС, чем вы могли бы предпочесть, чтобы гарантировать, что якорь возвращается в «исходное» положение без замедления цепью подавления.

В этой статье не рассматриваются подробно схемы привода. Это просто потому, что существует так много возможностей, что можно было бы охватить только небольшой выбор. Общие схемы показаны в этой статье, но есть много других, которые тоже подойдут.

Я показал самый простой привод на транзисторе NPN, в котором катушка реле подключается к шине питания, а схема возбуждения подключает другой конец к земле / земле. Вместо этого можно использовать транзистор PNP, но он используется для переключения питания на катушку реле (другой конец заземлен). Реле могут приводиться в действие повторителями эмиттера, но это не очень полезно в качестве автономной схемы переключения, но может быть полезно в некоторых случаях. Некоторые реле с особенно низким током катушки могут управляться непосредственно с выхода операционного усилителя, и использование таймеров 555 в качестве драйверов реле также является обычным явлением.

Вы также можете использовать маломощные полевые МОП-транзисторы (например, 2N7000), а когда-то давным-давно даже клапаны использовались для управления катушками реле в некотором раннем тестовом оборудовании и промышленных контроллерах. Существуют специальные микросхемы, которые можно использовать, и, конечно, любое реле можно активировать с помощью переключателя (почти любого типа) или другого реле. Возможно, вы захотите сделать это, если цепь с низким энергопотреблением должна управлять нагрузкой высокой мощности, а реле используются в качестве формы усиления. Например, ваша схема может иметь герконовое реле, переключающее мощность на сверхмощное реле, которое подает питание от сети на катушку контактора (если вы помните из вступления, контактор — это просто реле , действительно большое реле ).

Там, где время выключения особенно критично, могут быть уместны полевые МОП-транзисторы с управляемой лавиной. Они специально разработаны, чтобы позволить любому переходному перенапряжению безвредно рассеиваться в паразитном диоде с обратным смещением, который является стандартной функцией всех MOSFET. Не толкайте полевые МОП-транзисторы, не относящиеся к и конкретно , рассчитанные на лавинную работу (такие устройства могут быть классифицированы как «защищенные» или рассчитанные на лавинный режим), до пробоя прямого напряжения. Для большинства релейных приложений я бы даже не рассматривал этот подход, поскольку он просто не нужен для большинства «обычных» схем управления.Если вы хотите поиграть с лавинными МОП-транзисторами, IRF540N — это недорогой МОП-транзистор, который должен выжить без диода, подключенного параллельно катушке.

Управление катушками реле переменного тока обычно осуществляется с помощью переключателя или другого реле. Конечно, можно создать электронную схему, которая может управлять катушкой переменного тока, но в целом это бессмысленное занятие. Подавляющее большинство всех систем управления будут использовать катушки постоянного тока, и это редкий случай, когда катушки переменного тока являются единственным реле, которое вы можете получить, которое будет управлять мощностью управляемой системы (какой бы она ни была).Если это относится к микроконтроллеру или другому контроллеру на базе ИС, то гораздо проще использовать реле с катушкой постоянного тока для переключения питания на катушку реле переменного тока.

Вы должны знать, что включение или выключение катушки реле может вызвать переходные процессы в цепи низкого уровня. Компоновки печатных плат обычно должны быть тщательно оптимизированы, чтобы гарантировать, что питание реле, включая цепь возврата / заземления / заземления, изолировано от источника питания, используемого для схемы низкого уровня. Если этого не сделать в аудиосхемах, при срабатывании реле могут быть слышны щелчки и хлопки.Для систем управления или измерения переходные процессы обмотки реле могут интерпретироваться как действительные данные, вызывая ошибки на выходе. Если вы выберете схему, использующую, например, диод и стабилитрон, переходный процесс при выключении будет очень быстро , что увеличивает вероятность возникновения переходных процессов в окружающих схемах.

Если довести реле до крайности, вы можете даже иметь релейную логику! Раньше это было довольно распространено для контроллеров процессов и других промышленных систем, где управляющие переключатели и релейные контакты скомпонованы для создания основных логических вентилей — И, И НЕ, ИЛИ, ИЛИ и НЕ (инвертор) и исключающее ИЛИ.Одна из наиболее распространенных (и сложных) форм релейной логики использовалась в коммутаторах телефонных станций («центральных офисов»). Они интерпретировали набранный номер и перенаправляли вызов в запрошенное место назначения — часто через несколько коммутаторов. В обменных переключателях использовалась комбинация обычных реле и поворотных «шаговых» реле. Униселектор работал на одной (поворотной) оси, а пошаговый двухосевой шаговый двигатель (одна поворотная и одна вертикальная) был широко известен как переключатель Строуджера в честь его изобретателя.Позже обменные переключатели использовали матричный переключатель с перекладиной, причем последний из них управлялся электроникой.

Диаграммы, используемые для описания релейной логики, обычно называют «лестничными» диаграммами, и вы также увидите, что используется термин «лестничная логика». Раньше (и, возможно, до сих пор в некоторых случаях) это обязательная область исследования для всех, кто занимается промышленной электроникой. Она настолько укоренилась, что многие системы управления на базе микропроцессоров все еще программируются с использованием релейной диаграммы, хотя большинство функций реализовано в программном обеспечении.Одно руководство, которое я видел для «логического реле», растянуто почти на 300 страниц!

Рисунок 5.1 — Логические схемы реле

На трех приведенных выше рисунках показаны основные логические блоки — вентили И, ИЛИ и XOR (исключающее ИЛИ). Диоды для ясности опущены. При использовании логического элемента И вход 1 И Вход 2 должен иметь высокий уровень, чтобы активировать два реле, и цепь завершена. Во втором случае, если Input1 OR Input2 высокий, цепь завершена. Это остается так, если один или оба входа являются высокими.Последний — это вентиль XOR . Выход будет утвержден , только , если Input1 и Input2 разных . Если оба высокие или низкие, цепь не замкнута. Обратные версии (NAND, NOR) достигаются простым использованием нормально замкнутых контактов вместо нормально разомкнутых, как показано. Для логического элемента XOR нет обратного. Инвертированная логика может использоваться с реле так же, как и с полупроводниковой логикой.

Это очень специализированная область, и, хотя очевидно, что некоторые ранние релейные логические системы все еще используются, в большинстве случаев они будут заменены много лет назад.В отличие от микроконтроллера, перепрограммирование настоящей релейной логической системы обычно выполняется с помощью жесткой проводки. Все необходимые входы подаются к основному «логическому» блоку, а выходы управляют оборудованием.

Входы могут включать в себя кнопки, датчики давления, концевые выключатели, термодатчики, магнитные датчики и / или выходные сигналы от другого логического блока реле. Выходами обычно являются двигатели, нагреватели, клапаны для воды, гидравлической жидкости, газа и т. Д. Обычно не используются термоэмиссионные клапаны (также известные как «трубки»), хотя это тоже возможно — например, старые высокомощные усилители RF для систем высокочастотной сварки. .

Еще одно связанное применение реле — это матрица переключения. Коммутаторы коммутационной телефонной станции являются одним из примеров, но матричные переключатели используются для перенаправления всех видов сигналов в требуемое место назначения и для направления выходов другого оборудования в нужное место. Управление технологическим процессом, автоматизированное испытательное оборудование, матрицы переключения аудио, видео и RF — это лишь некоторые из возможностей. Герконовые реле особенно хорошо подходят для систем матричной коммутации для сигналов малой мощности.

Релейная логика и матричная коммутация — обширные темы, и я не собираюсь вдаваться в подробности.Информации так много, а приложения настолько разнообразны, что даже поверхностное прикосновение заняло бы несколько книг. Если вас это вообще интересует

Что такое электромагнитный клапан и как он работает?

Как изготавливается электромагнитный клапан?

Есть 5 основных параметров для при выборе клапана учитывать:

• CV
• совместимость носителей
• давление
• температура
• присоединение

Как работает соленоидный клапан?

Электромагнитный клапан прямого действия

Двухходовой электромагнитный клапан прямого действия

Трехходовой электромагнитный клапан прямого действия

Электромагнитный клапан с внутренним управлением

Двухходовой электромагнитный клапан с внутренним управлением

Многоходовой электромагнитный клапан с внутренним управлением

Электромагнитный клапан с внешним управлением

Как выбрать электромагнитный клапан для технологических приложений

Роль реле и принцип его работы

Теплые подсказки: эта статья содержит около 4000 слов, а время чтения составляет около 18 минут.

Введение

Реле — это электронное устройство управления, которое имеет систему управления (также называемую входным контуром) и управляемую систему (также называемую выходным контуром). Обычно используется в цепи автоматического управления. Фактически он использует небольшой ток для управления большим. «Автоматический выключатель» тока. Таким образом, он играет роль автоматической регулировки, защиты и преобразования цепи в цепи.

Каталог

Ⅰ Что такое реле

1.1 Описание реле

Реле — это устройство автоматического управления, которое изменяет выход, когда входная величина (электричество, магнетизм, звук, свет, тепло) достигает определенного значения.

Реле — это электронное устройство управления, которое имеет систему управления (также называемую входным контуром) и управляемую систему (также называемую выходным контуром). Обычно используется в цепи автоматического управления. Фактически он использует небольшой ток для управления большим. «Автоматический выключатель» тока. Таким образом, он играет роль автоматической регулировки, защиты и преобразования цепи в цепи.

Реле — это электронное устройство управления, которое имеет систему управления (также называемую входным контуром) и управляемую систему (также называемую выходным контуром). Обычно используется в цепи автоматического управления. Фактически он использует небольшой ток для управления большим. «Автоматический выключатель» тока. Таким образом, он играет роль автоматической регулировки, защиты и преобразования цепи в цепи.

1.2 Символ реле

Поскольку реле состоит из двух частей: катушки и контактной группы, графический символ реле на принципиальной схеме также включает две части: один длинный квадрат обозначает катушку; и один набор символов контактов указывает комбинацию контактов.Когда бесконтактная схема относительно проста, контактная группа часто рисуется непосредственно на одной стороне рамки катушки. Этот рисунок называется централизованным представлением.

1.3 Принцип работы реле

Почему и как использовать реле | Принцип работы реле

Реле обычно относятся к электромагнитным реле, которые имеют механическое действие. Суть реле заключается в использовании контура (обычно небольшого тока) для управления включением и выключением другого контура (обычно большого тока), и в этом процессе управления два контура обычно изолированы, и его основной принцип заключается в для использования Электромагнитный эффект используется для управления механическим контактом для достижения цели переключения, и на катушку с сердечником подается напряжение — ток катушки создает магнитное поле — магнитное поле поглощает переключающий контакт действия якоря, и весь процесс » малый ток — магнитомеханический — большой ток »процесс.

На рисунке выше изображена динамическая диаграмма контрольной лампы реле. Реле имеет нормально разомкнутый контакт и нормально замкнутый контакт. Подвижный контакт — это общий конец. Это реле постоянного тока, то есть когда катушка реле передает питание постоянного тока (на рисунке используется батарея). Источник питания), катушка с железным сердечником будет выводить соответствующее магнитное поле, якорь будет притягиваться, и подвижный контакт будет перемещаться от стороны нормально закрытого контакта к стороне нормально открытого контакта, что эквивалентно нормально разомкнутому контакту.Это. Как показано на рисунке, кнопка пуска / остановки, аккумулятор и катушка реле образуют контур управления. Пока этот контур включен, через катушку будет проходить ток и будет создаваться магнитное поле.

Нормально разомкнутый контакт, лампа и источник питания другой лампы (другой аккумулятор на рисунке) образуют петлю. Когда нормально разомкнутый контакт замкнут, контур замкнут, и ток будет от источника питания управления.Положительный конец, протекающий через лампочку, проходит через замкнутый нормально разомкнутый контакт, а затем возвращается к отрицательному полюсу, так что лампочка загорается.

Когда кнопка пуска / останова отключена, катушка теряет ток, так что якорь не имеет магнитного притяжения и будет сброшен пружиной, так что другой конец подвижного контакта вернется со стороны нормально открытого контакта в нормально замкнутый контакт. Здесь цепь лампы под напряжением отключена принудительно, а в лампе нет тока, и естественно будет темно.

Структура реле

Поэтому реле некоторые старые электрики еще называют «магнетизмом». Он использует функцию электромагнита для управления включением или отключением другой цепи. Внутри электромагнитного реле нужны катушки, железные сердечники и пружины. Он состоит из основных аксессуаров, таких как контакты. Контакты обычно имеют нормально разомкнутые контакты и нормально замкнутые контакты. У двоих часто есть общий конец. Когда катушка не находится под напряжением, нормально закрытый контакт и общий конец закорочены, а нормально открытый контакт и общий конец разомкнуты.После подачи питания на катушку нормально открытый контакт и общий конец закорочены, а нормально закрытый контакт и общий конец разомкнуты, просто поменяны местами, так что можно управлять напряжением (током) катушки, и цепь серией контактов можно управлять.

При проектировании выберите подходящую контактную емкость, напряжение катушки (AC DC), чтобы можно было реализовать контроль изоляции двух цепей. Например, кнопка, которая может быть сконструирована для контакта с людьми, имеет напряжение 12 вольт, а катушка выбрана на 12 вольт.Это безопаснее, люди просто прикоснутся к напряжению катушки, и они не смогут сами подавать электричество. На стороне контакта можно управлять напряжением 220 В или выше, чтобы напрямую управлять запуском и остановом устройства, такого как двигатель, или другой нагрузки с относительно большим током, так что функция управления «четыре или два фунта «могут быть реализованы.

Реле было изобретено американскими учеными около 1831 года. Его именем назван блок индуктора.Электромагнитный эффект был открыт раньше Фарадея, но не был запатентован. После более чем 100 лет разработки реле сформировали различные формы, такие как реле времени, реле температуры, герконовые реле, тепловые реле, дифференциальные реле, оптические реле, акустические реле, реле Холла, а теперь и твердотельные реле, от механических до электронный, в различных формах.

Ⅱ Назначение реле

2.1 Обзор функций реле

a. Расширьте диапазон управления: например, когда управляющий сигнал многоконтактного реле достигает определенного значения, он может переключать, отключать и включать несколько цепей одновременно в соответствии с различными формами контактной группы.

г. Усиление : например, чувствительные реле, промежуточные реле и т. Д. С очень небольшим объемом управления могут управлять цепью очень высокой мощности.

г. Интегрированный сигнал: Например, когда несколько сигналов управления вводятся в реле с несколькими обмотками в заданной форме, после всестороннего синтеза достигается заданный эффект управления.

г. автомат, дистанционное управление, мониторинг: Например, реле на автомате вместе с другими электрическими приборами может образовывать схему программного управления, таким образом достигая автоматической работы.

2.2 Роль промежуточного реле

2.2.1 Промежуточное реле

Общая схема часто делится на две части: главную цепь и цепь управления. Реле в основном используется для цепи управления.Контактор в основном используется для главной цепи. Реле может реализовать функцию управления одним или несколькими сигналами с помощью одного управляющего сигнала для завершения запуска и остановки. Управление, связь и другие органы управления, основным объектом управления является контактор; контакты контактора относительно большие, а несущая способность высокая, благодаря чему осуществляется контроль от слабого электричества к сильному электричеству, а объектом управления является электрический прибор.

2.2.2 Использование промежуточного реле

а. Вместо контакторов малой мощности

Что такое герконовое реле и герконовый переключатель »Примечания по электронике

Герконовое реле — это тип реле, в котором электромагнит воздействует непосредственно на герконовый контакт герконового переключателя, заключенного в стеклянную оболочку, обычно соединяя язычки вместе, чтобы войти в контакт, когда электромагнит находится под напряжением.

Технология реле включает:
Основы реле Герконовое реле Характеристики герконового реле Цепи реле Твердотельное реле

Герконовые реле и герконовые переключатели используются во многих областях, где требуются более компактные и быстродействующие реле в электронной или электрической цепи.

герконовые маленькие и быстродействующие; для их приведения в действие требуется гораздо более низкий уровень мощности, чем для других традиционных типов реле, и в результате они находят множество применений в различных формах электронных схем.

В дополнение к этому, герконовые реле или герконовые переключатели могут быть намного меньше традиционных форм реле, хотя их токи меньше, но во многих случаях они все же являются привлекательными.

Еще одним преимуществом герконовых реле является то, что они могут предложить более высокий уровень надежности, чем другие реле, благодаря своей простоте и небольшому количеству движущихся частей, но, будучи механическими, они не всегда так надежны, как полностью твердотельные реле и переключатели.

Разработка герконового переключателя и герконового реле

Идея герконов впервые была предложена в 1922 году профессором Ленинградского электротехнического университета В. Коваленковым. Он предложил идею так называемого контакта с магнитным управлением, который переключается под действием магнитного поля.

Следующие разработки произошли примерно в 1936 году, когда в США компания Bell Telephone Laboratories начала исследования герконов с целью использования их в телефонных станциях и т. Д.

К 1938 году экспериментальный переключатель использовался для переключения центрального проводника в коаксиальном кабеле, а два года спустя, в 1940 году, были доступны первые серийные устройства.

Дальнейшее использование этих устройств начало проявляться в 1950-х годах, когда герконовые реле, то есть герконовые переключатели с соответствующими электромагнитными катушками, начали использоваться для автоматически управляемых обменов. Эти герконовые реле обеспечивали значительно более высокий уровень надежности, чем их аналоги с электромеханическими реле, а также они были быстрее, меньше по размеру и требовали меньшего тока.

В 1963 году компания Bell Telephone представила свою первую АТС на основе герконового реле, и в последующие годы использование этой технологии для телефонных станций увеличилось.

С появлением герконовых переключателей и герконовых реле их начали использовать во множестве других приложений. Переключатели могут использоваться вместе с небольшими магнитами для различных приложений определения положения, а также для использования в матричных переключателях для испытаний и измерений. В дополнение к этому герконовые переключатели и реле использовались во множестве других приложений.

Что такое герконовое реле из

Основой любого герконового реле является сам герконовый переключатель — это основной элемент герконового реле. Герконовый переключатель состоит из двух герконовых контактов, обычно изготовленных из никель-железа, а затем покрытых материалами для обеспечения максимального срока службы устройства.

Контакты герконового переключателя перекрываются, поэтому при замыкании контактируют друг с другом. Обычно расстояние в открытом состоянии составляет от 0,05 до 1 мм. Чем больше расстояние, тем больше выдерживается напряжение.

Небольшие зазоры между контактами обеспечивают очень высокую скорость переключения, часто от полмиллисекунды до нескольких миллисекунд, в зависимости от фактического размера и т. Д. Контактов.

Часто содержание никеля и железа составляет около 52% никеля. Используемые тростниковые контактные материалы включают рутений, родий и иногда иридий, а в случае высоких напряжений — вольфрам или молибден. Часто родий обычно наносят гальваническим способом на язычковый элемент, тогда как рутений обычно распыляют.Было также очень мало язычковых переключателей, в которых использовалось золото, часто для аудио, но низкая температура плавления золота означала, что они раньше прилипали, и в наши дни их не видно.

Узел окружен стеклянной оболочкой, обеспечивающей герметичное уплотнение для предотвращения проникновения влаги и других загрязнений. Большинство герконовых реле и герконов заключено в стеклянную трубку — отдельные трубки вырезаны из гораздо более длинной трубки. Отдельные трубки для каждого язычкового переключателя оплавлены с обоих концов, чтобы обеспечить герметичное уплотнение.

Обычно стеклянная оболочка заполняется средой для предотвращения износа, окисления и лучшего гашения любых искр. Обычно используется азот, который может содержать следы гелия. Для высоковольтных язычков можно использовать вакуум.

Поскольку контакты не скользят друг по другу, чистка отсутствует, а точечная коррозия имеет тенденцию к постепенному нарастанию. Чтобы уменьшить это насколько возможно, очень важна чистота окружающей среды внутри стекла. Также необходимо поддерживать инертный газ внутри оболочки.Важно обеспечить сохранение герметичности вокруг стекла, и в результате участки язычковых контактов, которые контактируют со стеклом, иногда покрываются материалами, которые обеспечивают лучшее уплотнение, чем никелевый сплав, используемый для язычков. Другой подход — окись тростника в его области.

Как работает герконовое реле

Герконовое реле работает очень просто. Он работает, помещая магнитное поле рядом с контактами герконового переключателя.Это вызывает магнитную ориентацию каждого язычка, так что два конца язычка притягиваются друг к другу и перемещаются вместе, замыкая контакт.

В условиях отсутствия магнитного поля два контакта не будут иметь магнитной ориентации, и нагрузка пружины в контактах будет держать их друг от друга.

В качестве магнитного поля для этого объяснения показан стержневой магнит, и хотя он обычно не используется, он будет работать хорошо.

Когда магниты приближаются к герконовым контактам, которые сделаны из магнитного материала, обычно из никелевого железа, это начинает магнитно ориентировать два герконовых контакта реле.В одном контакте появится северный полюс, а в другом — южный.

По мере увеличения магнитного поля вблизи контактов увеличивается и сила намагничивания контактов. В конечном итоге достигается момент, когда магнитное притяжение начинает преодолевать пружину в контактах. По мере приближения контактов сила притяжения постепенно увеличивается, и в конечном итоге устанавливается прочный контакт.

Однако скорость, с которой контакты герконового переключателя сближаются, означает, что точки контакта сталкиваются со значительной энергией, так что они отскакивают, снова сталкиваются и т. д. на время, вызывая явление, называемое отскоком контакта.

Способ отскока контактов во многом зависит от размера геркона, веса контактных элементов, их эластичности и т. Д. Очевидно, что период отскока значительно увеличивает износ контактных элементов. Скачок контакта может вызвать возникновение дуги, если ток передается, особенно если в коммутируемой цепи есть емкостной или индуктивный элемент. Даже при переключении малых токов для таких элементов, как КМОП или другие схемы, емкостный элемент, вносимый развязывающими конденсаторами в цепи, может вызвать очень высокие переходные токи, которые могут значительно сократить срок службы контактов.

Когда внешнее магнитное поле снимается, намагниченность никелевого железа также снимается. Это приведет к исчезновению магнитного притяжения между двумя контактами, и пружина в контактах раздвинет контакт.

Вместо использования стержневого магнита, как показано в целях объяснения, обычно используется катушка — этот узел затем становится целым герконовым реле, т.е.е. Герконовое реле — это герконовый переключатель с катушкой срабатывания. Вся сборка представляет собой герконовое реле.

По мере прохождения тока через катушку создается магнитное поле, контакты намагничиваются и притягиваются друг к другу. По мере увеличения поля достигается точка замыкания контактов. Удаление тока удаляет поле, и контакты размыкаются.

Использование катушки имеет то преимущество, что она может приводиться в действие электронной схемой, что позволяет управлять контактами герконового реле или переключаться с помощью внешнего электронного стимула.Таким образом, небольшой ток может контролировать гораздо больший ток, протекающий через герконы.

Герконовое реле экранирование

Одной из проблем, которые могут возникнуть с герконовыми реле, является магнитная связь с катушкой. Каждый узел герконового реле будет иметь соответствующее магнитное поле, выходящее за пределы механических ограничений самого реле.

Если магнитное поле не сдерживается, то поле от соседнего реле или реле может противодействовать полю внутри рассматриваемого реле.Стрелки на поле, проходящие через центр катушки, направлены не так, как внешние. Поскольку на внутреннее поле катушки будет влиять внешнее поле соседнего реле, можно понять, что они противостоят друг другу.

Эффект гашения поля снижает чувствительность, требуя более высокого напряжения для обеспечения надежного переключения. Для реле с плотной упаковкой увеличение напряжения на обмотке от 30 до 40% не будет необоснованным, и это может превысить номинальные значения реле, а также привести к чрезмерному рассеянию тепла.

Плохое экранирование также может привести к чрезмерному наводке в других цепях, и это может повлиять на характеристики ЭМС.

Чтобы решить эту проблему, герконовые реле обычно имеют экран из черного металла. Идеальные свойства экрана заключаются в том, чтобы он имел высокую проницаемость и очень низкий магнитный остаток. Экран концентрирует магнитное поле, что повышает эффективность реле и позволяет размещать устройства близко друг к другу.

Преимущества и недостатки герконов

обладают множеством преимуществ и могут быть эффективно использованы в различных ситуациях.Как и во многих других технологиях, необходимо найти баланс между преимуществами и недостатками, чтобы определить их применимость в любой конкретной ситуации.

Преимущества герконового реле

• Небольшой размер, некоторые подходят для пакетов SIL, DIL и т. Д. Или даже меньше
• Высокая скорость переключения
• Обеспечьте полную изоляцию между коммутируемым током и коммутируемой цепью

Недостатки герконового реле

• Как правило, низкий ток, т.е.е. не подходит для очень высоких токов
• Не так быстро, как некоторые твердотельные переключатели, хотя во многих твердотельных переключателях используются медленные оптоизоляторы
• Как электромеханические устройства, они изнашиваются в процессе эксплуатации, особенно контакты.