Konwersja sygnałów elektrycznych na odpowiednią wielkość fizyczną - ruch, siłę, dźwięk itp., Odbywa się za pomocą napędów. Napęd powinien być klasyfikowany jako przetwornik, ponieważ to urządzenie zmienia jeden typ wielkości fizycznej na inny.
Napęd jest zwykle aktywowany lub sterowany sygnałem sterującym niskiego napięcia. Jest dodatkowo klasyfikowany jako urządzenie binarne lub ciągłe w oparciu o liczbę stanów stabilnych. Przekaźnik elektromagnetyczny jest więc napędem binarnym, zważywszy na dwa istniejące stany stabilne: on - off.
W niniejszym artykule szczegółowo omówiono zasady działania przekaźnika elektromagnetycznego i zakres stosowania urządzeń.
Podstawy napędu
Termin „przekaźnik” jest charakterystyczny dla urządzeń, które zapewniają połączenie elektryczne między dwoma lub więcej punktami za pomocą sygnału sterującego.
Najbardziej powszechnym i szeroko stosowanym rodzajem przekaźnika elektromagnetycznego (EMR) jest konstrukcja elektromechaniczna.
Wygląda to na jeden projekt licznych serii produktów, nazywanych przekaźnikami elektromagnetycznymi. Pokazano tu zamkniętą wersję mechanizmu z przezroczystą pokrywą z pleksiglasu.
Schemat podstawowej kontroli nad każdym wyposażeniem zawsze zapewnia możliwość włączenia i wyłączenia. Najłatwiej to zrobić za pomocą przełączników blokady zasilania.
Ręczne przełączniki akcji mogą być używane do sterowania, ale mają wady. Ich oczywistą wadą jest ustawienie stanów „on” lub „disabled” za pomocą środków fizycznych, czyli ręcznie.
Ręczne urządzenia przełączające, z reguły, są wielkoformatowe, w zwolnionym tempie, zdolne do przełączania małych prądów.
Mechanizm ręcznego przełączania jest „odległym krewnym” przekaźników elektromagnetycznych. Zapewnia tę samą funkcjonalność - przełączanie linii roboczych, ale jest sterowane wyłącznie ręcznie.
Tymczasem przekaźniki elektromagnetyczne są reprezentowane głównie przez przełączniki sterowane elektrycznie. Urządzenia mają różne kształty, wymiary i są podzielone przez poziom mocy nominalnej. Możliwości ich zastosowania są rozległe.
Takie urządzenia, wyposażone w jedną lub kilka par styków, mogą być zawarte w jednej konstrukcji większych mechanizmów uruchamiających zasilanie - styczników, które są wykorzystywane do przełączania napięcia sieciowego lub urządzeń wysokiego napięcia.
Podstawowe zasady EWM
Tradycyjnie przekaźniki elektromagnetyczne są stosowane jako część elektrycznych (elektronicznych) obwodów sterujących przełączania. W tym przypadku są one instalowane bezpośrednio na płytkach drukowanych lub w wolnej pozycji.
Ogólna struktura urządzenia
Prądy obciążenia stosowanych produktów są zwykle mierzone od ułamków wzmacniacza do 20 A lub więcej. Obwody przekaźnikowe są szeroko rozpowszechnione w praktyce elektronicznej.
Urządzenia o bardzo różnej konfiguracji, przeznaczone do instalacji na płytkach elektronicznych lub bezpośrednio jako oddzielnie zainstalowane urządzenia
Konstrukcja przekaźnika elektromagnetycznego przekształca strumień magnetyczny wytworzony przez przyłożone napięcie AC / DC na siłę mechaniczną. Ze względu na uzyskaną siłę mechaniczną przeprowadzana jest kontrola grupy kontaktowej.
Najpopularniejszym projektem jest kształt produktu, w tym następujące elementy:
- cewka wzbudzenia;
- rdzeń stalowy;
- wspornik podwozia;
- grupa kontaktowa.
Stalowy rdzeń ma część stałą, zwaną wahaczem, oraz ruchomą część obciążoną sprężyną, zwaną kotwicą.
W rzeczywistości kotwica uzupełnia obwód pola magnetycznego, zamykając szczelinę powietrzną między stałą cewką elektryczną a ruchomą armaturą.
Szczegółowy projekt układu: 1 - sprasowanie sprężynowe; 2 - rdzeń metalowy; 3 - kotwica; 4 - styk normalnie zamknięty; 5 - styk jest normalnie otwarty; 6 - wspólny kontakt; 7 - cewka z drutu miedzianego; 8 - rocker
Rdzeń porusza się na zawiasach lub obraca się swobodnie pod wpływem generowanego pola magnetycznego. Zamyka to styki elektryczne przymocowane do zaworu.
Z reguły sprężyna (sprężyna) skoku wstecznego umieszczona między wahaczem a kotwicą powoduje powrót styków do położenia początkowego, gdy cewka przekaźnika znajduje się w stanie beznapięciowym.
Działanie układu elektromagnetycznego przekaźnika
Prosta klasyczna konstrukcja EMR ma dwa zestawy styków przewodzących prąd elektryczny.
Na tej podstawie realizowane są dwa stany grupy kontaktów:
- Normalnie otwarty kontakt.
- Styk normalnie zamknięty.
W związku z tym para styków jest klasyfikowana jako normalnie otwarta (NO) lub, będąc w innym stanie, normalnie zamknięta (NC).
W przypadku przekaźników ze stykami normalnie otwartymi stan „zamknięty” jest osiągany tylko wtedy, gdy prąd wzbudzenia przechodzi przez cewkę indukcyjną.
Jedna z dwóch możliwych opcji ustawiania domyślnej grupy kontaktów. Tutaj, w stanie braku zasilania cewki „domyślnej”, ustawiana jest pozycja normalnie zamknięta (zamknięta)
W innym przykładzie wykonania normalnie zamknięte położenie styków pozostaje stałe, gdy prąd wzbudzenia jest nieobecny w obwodzie cewki. Oznacza to, że styki przełącznika powracają do swojej normalnej pozycji zamkniętej.
Dlatego określenia „normalnie otwarty” i „normalnie zamknięty” należy odnosić do stanu styków elektrycznych, gdy cewka przekaźnika jest odłączona od zasilania, to znaczy napięcie zasilania przekaźnika jest wyłączone.
Elektryczne grupy przekaźnikowe
Styki przekaźnika są zwykle reprezentowane przez przewodzące prąd elementy metalowe, które stykają się ze sobą, zamykając obwód, działając jak prosty przełącznik.
Gdy styki są otwarte, rezystancja między stykami normalnie otwartymi jest mierzona przez wysoką wartość w megaomach. Powoduje to powstanie stanu otwartego obwodu, gdy przepływ prądu w obwodzie cewki jest wykluczony.
Grupa kontaktowa dowolnego przełącznika elektromechanicznego w trybie otwartym ma rezystancję kilkuset mega. Wielkość tego oporu może być nieco inna dla różnych modeli.
Jeśli styki są zamknięte, rezystancja styku powinna teoretycznie wynosić zero - w wyniku zwarcia.
Jednak ten warunek nie zawsze jest odnotowywany. Grupa styków każdego indywidualnego przekaźnika ma pewną rezystancję styku w stanie „zamkniętym”. Taki opór jest nazywany stałym.
Cechy przepływu prądów obciążenia
W praktyce instalowania nowego przekaźnika elektromagnetycznego rezystancja styku włączenia jest oznaczona małą wartością, zwykle mniejszą niż 0, 2 Ohma.
Powód jest prosty: nowe końcówki pozostają na razie czyste, ale z czasem opór końcówki nieuchronnie wzrośnie.
Na przykład dla styków o prądzie 10 A spadek napięcia wyniesie 0, 2 x 10 = 2 wolty (prawo Ohma). Stąd się okazuje - jeśli napięcie zasilania przyłożone do grupy styków wynosi 12 woltów, napięcie dla obciążenia będzie wynosić 10 woltów (12-2).
Kiedy stykowe metalowe końcówki zużywają się, a nie są odpowiednio chronione przed wysokimi obciążeniami indukcyjnymi lub pojemnościowymi, uszkodzenia spowodowane działaniem łuku elektrycznego stają się nieuniknione.
Łuk elektryczny na jednym ze styków elektromechanicznego urządzenia przełączającego. Jest to jedna z przyczyn uszkodzeń grupy kontaktowej w przypadku braku odpowiednich środków.
Łuk elektryczny - iskrzenie na stykach - prowadzi do zwiększenia rezystancji styku końcówek, aw konsekwencji do uszkodzeń fizycznych.
Jeśli nadal korzystasz z przekaźnika w tym stanie, końcówki kontaktowe mogą całkowicie utracić fizyczną właściwość kontaktu.
Istnieje jednak poważniejszy czynnik, gdy w wyniku uszkodzenia łuku styki ostatecznie spawają się, tworząc warunki zwarcia.
W takich sytuacjach ryzyko uszkodzenia obwodu monitorowanego przez przepływomierz magnetyczny nie jest wykluczone.
Tak więc, jeśli rezystancja styku wzrosła od wpływu łuku elektrycznego o 1 om, spadek napięcia na stykach dla tego samego prądu obciążenia wzrasta do 1 x 10 = 10 V DC.
W tym przypadku wielkość spadku napięcia na stykach może być niedopuszczalna dla obwodu obciążenia, zwłaszcza przy pracy z napięciami zasilania 12-24 V.
Rodzaj przekaźnika styków materiału
Aby zmniejszyć wpływ łuku elektrycznego i wysokiej rezystancji, końcówki styków nowoczesnych przekaźników elektromechanicznych są wykonane lub pokryte różnymi stopami na bazie srebra.
W ten sposób można znacznie przedłużyć żywotność grupy kontaktowej.
Końcówki płytek kontaktowych urządzeń elektromechanicznych przełączania. Oto srebrne końcówki. Powłoka tego rodzaju zmniejsza współczynnik uszkodzeń.
W praktyce odnotowuje się użycie następujących materiałów, z którymi przetwarzane są końcówki grup stykowych przekaźnika elektromagnetycznego (elektromechanicznego):
- Ag - srebrny;
- AgCu - srebro-miedź;
- AgCdO - tlenek srebra-kadmu;
- AgW - srebrny-wolfram;
- AgNi - srebrny-nikiel;
- AgPd - srebro-pallad.
Zwiększenie żywotności występów grup stykowych przekaźnika poprzez zmniejszenie liczby formacji łuku elektrycznego uzyskuje się przez połączenie filtrów rezystancyjno-kondensatorowych, zwanych również tłumikami RC.
Te obwody elektroniczne są połączone równolegle z grupami styków przekaźników elektromechanicznych. Szczyt napięcia, który obserwuje się w momencie otwierania styków, z tym rozwiązaniem wydaje się być bezpieczny.
Zastosowanie tłumików RC może tłumić łuk elektryczny, który powstaje na końcówkach stykowych.
Typowa realizacja kontaktów EMR
Oprócz klasycznych styków normalnie otwartych (NO) i normalnie zamkniętych (NC) mechanika przełączania przekaźników sugeruje również klasyfikację opartą na działaniu.
Cechy wykonania elementów łączących
Konstrukcja przekaźnika typu elektromagnetycznego w tym przykładzie wykonania umożliwia obecność jednego lub większej liczby indywidualnych styków przełączających.
Jest to urządzenie skonfigurowane technologicznie do wykonywania SPST - jednobiegunowe i jednokierunkowe. Istnieją również inne warianty wykonania.
Wykonywanie kontaktów 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) - dwukierunkowy dwubiegunowy.
Każdy taki element łączący jest oznaczony jako „słup”. Każdy z nich można podłączyć lub zresetować, jednocześnie aktywując cewkę przekaźnika.
Subtelności zastosowania urządzeń
Z całą prostotą projektowania przełączników elektromagnetycznych, istnieją pewne subtelności w praktyce korzystania z tych urządzeń.
Dlatego eksperci kategorycznie nie zalecają łączenia wszystkich styków przekaźnika równolegle, aby w ten sposób przełączyć obwód obciążenia na wysoki prąd.
Na przykład podłącz obciążenie do 10 A przez równoległe połączenie dwóch styków, z których każdy jest przeznaczony na prąd 5 A.
Te subtelności instalacji wynikają z faktu, że styki przekaźników mechanicznych nigdy nie zamykają się ani nie otwierają w jednej chwili.
W rezultacie jeden z kontaktów zostanie przeciążony w każdym przypadku. Nawet przy krótkotrwałym przeciążeniu nieuniknione jest przedwczesne uszkodzenie urządzenia w takim połączeniu.
Nieprawidłowe działanie, jak również łączenie przekaźnika poza ustalonymi zasadami instalacji, zazwyczaj kończy się na tym wyniku. Wewnątrz prawie cała zawartość się wypaliła
Produkty elektromagnetyczne mogą być stosowane w składzie obwodów elektrycznych lub elektronicznych o niskim zużyciu energii jako przełączniki dla stosunkowo wysokich prądów i napięć.
Jednak nie zaleca się przekazywania różnych napięć przez sąsiednie styki tego samego urządzenia.
Na przykład przełączyć napięcie AC na 220 V i 24 V DC. W celu zapewnienia bezpieczeństwa należy zawsze używać oddzielnych produktów dla każdej z opcji.
Techniki ochrony przed odwrotnym napięciem
Istotnym szczegółem każdego przekaźnika elektromechanicznego jest cewka. Ta część należy do rozładowania obciążenia o wysokiej indukcyjności, ponieważ ma uzwojenie uzwojenia.
Każda cewka z drutem ma pewną impedancję, składającą się z indukcyjności L i rezystancji R, tworząc w ten sposób obwód szeregowy LR.
Gdy prąd płynie przez cewkę, powstaje zewnętrzne pole magnetyczne. Gdy prąd w cewce zatrzymuje się w trybie „wyłączenia”, wzrasta strumień magnetyczny (teoria transformacji) i występuje wysokie napięcie wsteczne EMF (siła elektromotoryczna).
Ta indukowana wartość napięcia zwrotnego może być kilka razy większa niż napięcie przełączania.
W związku z tym istnieje ryzyko uszkodzenia jakichkolwiek elementów półprzewodnikowych znajdujących się w pobliżu przekaźnika. Na przykład tranzystor bipolarny lub polowy stosowany do doprowadzania napięcia do cewki przekaźnika.
Opcje obwodów zapewniające ochronę sterowania półprzewodnikowego - tranzystory bipolarne i polowe, mikroukłady, mikrokontrolery
Jednym ze sposobów zapobiegania uszkodzeniu tranzystora lub jakiegokolwiek przełączającego urządzenia półprzewodnikowego, w tym mikrokontrolerów, jest podłączenie diody z polaryzacją wsteczną do obwodu cewki przekaźnika.
Gdy prąd płynący przez cewkę natychmiast po wyzwoleniu generuje indukowaną odwróconą EMF, to napięcie wsteczne otwiera diodę spolaryzowaną odwrotnie.
Przez półprzewodnik gromadzona energia jest rozpraszana, co zapobiega uszkodzeniu półprzewodnika sterującego - tranzystora, tyrystora, mikrokontrolera.
Często półprzewodnik w obwodzie cewki jest również nazywany:
- koło zamachowe diody;
- dioda bocznikująca;
- odwrócona dioda.
Jednak nie ma dużej różnicy między elementami. Wszystkie wykonują tę samą funkcję. Oprócz stosowania diod z polaryzacją odwrotną, inne urządzenia są używane do ochrony elementów półprzewodnikowych.
Te same tłumiki RC, warystory tlenku metalu (MOV), diody Zenera.
Oznakowanie przekaźników elektromagnetycznych
Oznaczenia techniczne, które zawierają częściowe informacje o urządzeniach, są zwykle wskazane bezpośrednio na obudowie elektromagnetycznego urządzenia przełączającego.
Takie oznaczenie w postaci skróconego skrótu i zestawu numerycznego wygląda.
Każde elektromechaniczne urządzenie przełączające jest tradycyjnie oznaczone. Na obudowie lub na podwoziu zastosowano taki zestaw znaków i liczb, wskazujący określone parametry
Przykład oznaczenia przypadku przekaźników elektromechanicznych:
RES32 RF4.500.335-01
Ten zapis oznacza: niskoprądowy przekaźnik elektromagnetyczny, seria 32, odpowiadający wykonaniu zgodnie z paszportem RF4.500.335-01.
Jednak takie określenia są rzadkie. Częściej skracane wersje można znaleźć bez wyraźnego wskazania GOST:
RES32 335-01
Ponadto podwozie (w przypadku) urządzenia jest oznaczone datą produkcji i numerem serii. Szczegóły znajdują się w karcie technicznej produktu. Każde urządzenie lub partia jest uzupełniona paszportem.
Wnioski i przydatne wideo na ten temat
Wideo mówi wiele o tym, jak działa elektromechaniczna elektronika przełączająca. Subtelności struktur, cechy połączeń i inne szczegóły są wyraźnie oznaczone:
Przekaźniki elektromechaniczne od dłuższego czasu są wykorzystywane jako elementy elektroniczne. Jednak tego typu urządzenia przełączające można uznać za przestarzałe. Urządzenia mechaniczne są coraz częściej zastępowane przez bardziej nowoczesne urządzenia - czysto elektroniczne. Jednym z takich przykładów są przekaźniki półprzewodnikowe.
Masz jakieś pytania, znalazłeś wady, czy są ciekawe fakty na temat stawania się, które możesz udostępniać odwiedzającym naszą stronę? Proszę zostawić swoje komentarze, zadawać pytania, dzielić się doświadczeniami w bloku do komunikacji w ramach artykułu.