Releu electromagnetic: structură, marcaj, tipuri + subtilități de conectare și reglare

Transformarea semnalelor electrice în mărimea fizică corespunzătoare — mișcare, forță, sunet etc., se realizează cu ajutorul acționărilor. Acționarea trebuie clasificată ca un convertor, deoarece acest dispozitiv schimbă un tip de mărime fizică în altul.

Acționarea este de obicei activată sau controlată de un semnal de comandă de joasă tensiune. Este clasificată suplimentar ca dispozitiv binar sau continuu în funcție de numărul de stări stabile. Astfel, releul electromagnetic este o acționare binară, având în vedere cele două stări stabile existente: pornit — oprit.

În articolul prezentat sunt analizate în detaliu principiile de funcționare ale releului electromagnetic și domeniul de utilizare al dispozitivelor.

Bazele realizării acționării

Termenul «releu» este caracteristic dispozitivelor prin care se asigură conexiunea electrică între două sau mai multe puncte prin intermediul unui semnal de comandă.

Cel mai răspândit și utilizat tip de releu electromagnetic (REM) este construcția electromecanică.

Așa arată o construcție dintr-o serie numeroasă de produse denumite relee electromagnetice. Aici este prezentată varianta închisă a mecanismului cu ajutorul unui capac din plexiglas transparent.

Schema de control fundamental asupra oricărui echipament prevede întotdeauna posibilitatea de pornire și oprire. Cel mai simplu mod de a efectua aceste acțiuni este utilizarea comutatoarelor de blocare a alimentării.

Comutatoarele cu acționare manuală pot fi utilizate pentru control, dar au dezavantaje. Dezavantajul lor evident este setarea stărilor «pornit» sau «oprit» pe cale fizică, adică manual.

Dispozitivele de comutare manuală sunt, de regulă, de dimensiuni mari, cu acțiune întârziată, capabile să comute curenți mici.

Mecanismul manual de comutare – «o rudă îndepărtată» a releelor electromagnetice. Asigură aceeași funcționalitate – comutarea liniilor de lucru, dar este controlat exclusiv manual.

Între timp, releele electromagnetice sunt reprezentate în principal de comutatoare cu comandă electrică. Aparatele au forme și dimensiuni diferite și se împart în funcție de nivelul puterilor nominale. Posibilitățile de aplicare a acestora sunt vaste.

Astfel de aparate, dotate cu una sau mai multe perechi de contacte, pot face parte dintr-o construcție unică a unor mecanisme de acționare mai mari - contactoare, care sunt utilizate pentru comutarea tensiunii de rețea sau a dispozitivelor de înaltă tensiune.

Principiile fundamentale de funcționare ale REM

În mod tradițional, releele de tip electromagnetic sunt utilizate în componența schemelor electrice (electronice) de comandă a comutării. Ele se instalează fie direct pe plăcile de circuit imprimat, fie în poziție liberă.

Structura generală a dispozitivului

Curenții de sarcină ai produselor utilizate se măsoară de obicei de la fracțiuni de amper până la 20 A și mai mult. Circuitele cu relee sunt larg răspândite în practica electronică.

Aparate de cele mai diverse configurații, proiectate pentru instalarea pe plăci electronice de montaj sau direct ca dispozitiv instalat separat

Construcția releului electromagnetic transformă fluxul magnetic, creat de tensiunea aplicată de curent alternativ/continuu, într-un efort mecanic. Datorită efortului mecanic obținut, se realizează comanda grupului de contacte.

Cea mai răspândită construcție este forma produsului care include următoarele componente:

• bobină de excitație;
• miez de oțel;
• șasiu de susținere;
• grup de contacte.

Miezul de oțel are o parte fixă, numită balansier, și o piesă mobilă cu arc, numită armătură.

În esență, armătura completează circuitul câmpului magnetic, închizând întrefierul dintre bobina electrică fixă și armătura mobilă.

Detalierea construcției: 1 – arc de eliberare; 2 – miez metalic; 3 – armătură; 4 – contact normal închis; 5 – contact normal deschis; 6 – contact comun; 7 – bobină de fir de cupru; 8 – balansier

Armătura se mișcă pe balamale sau se rotește liber sub acțiunea câmpului magnetic generat. În acest timp, se închid contactele electrice atașate la armătură.

De regulă, arcul (arcurile) de retur, amplasat între balansier și armătură, readuce contactele în poziția inițială atunci când bobina releului este în stare de deconectare.

Acțiunea sistemului electromagnetic de releu

Construcția clasică simplă a EMR are două seturi de contacte electroconductoare.

Pe baza acestuia, se realizează două stări ale grupului de contacte:

1. Contact normal deschis.
2. Contact normal închis.

Prin urmare, perechea de contacte este clasificată ca fiind normal deschise (NO) sau, în altă stare, normal închise (NC).

Pentru releele cu poziția contactelor normal deschisă, starea „închis” este atinsă numai atunci când curentul de excitație trece prin bobina inductivă.

Una dintre cele două variante posibile de instalare a grupului de contacte implicit. Aici, în starea de dezenergizare a bobinei, este setată implicit poziția normal închisă.

În cealaltă variantă, poziția normal închisă a contactelor rămâne constantă atunci când curentul de excitație este absent în circuitul bobinei. Adică, contactele comutatorului revin la poziția lor normal închisă.

Prin urmare, termenii „normal deschis” și „normal închis” trebuie să se refere la starea contactelor electrice atunci când bobina releului este dezenergizată, adică tensiunea de alimentare a releului este oprită.

Grupuri de contacte electrice ale releului

Contactele de releu sunt reprezentate de obicei de elemente metalice conductoare electric care se ating reciproc, închid circuitul, acționând similar unui întrerupător simplu.

Când contactele sunt deschise, rezistența dintre contactele normal deschise este măsurată la o valoare ridicată în megaohmi. Astfel se creează o condiție de circuit deschis, când trecerea curentului în circuitul bobinei este exclusă.

Grupul de contacte al oricărui comutator electromecanic în regim deschis are o rezistență de câteva sute de megaohmi. Valoarea acestei rezistențe poate diferi ușor la diferite modele.

Dacă însă contactele sunt închise, rezistența de contact ar trebui teoretic să fie zero — rezultatul unui scurtcircuit.

Cu toate acestea, o astfel de stare nu este întotdeauna observată. Grupul de contacte al fiecărui releu individual are o anumită rezistență de contact în starea „închis”. O astfel de rezistență se numește stabilă.

Particularitățile de trecere a curenților de sarcină

Pentru practica instalării unui nou releu electromagnetic, rezistența de contact la închidere este observată ca o valoare mică, de obicei mai mică de 0,2 Ω.

Acest lucru se explică simplu: vârfurile noi rămân curate pentru moment, dar în timp rezistența vârfului va crește inevitabil.

De exemplu, pentru contacte sub curent de 10 A, căderea de tensiune va fi de 0,2×10 = 2 volți (legea lui Ohm). De aici rezultă — dacă tensiunea de alimentare aplicată grupului de contacte este de 12 volți, atunci tensiunea pentru sarcină va fi de 10 volți (12-2).

Când vârfurile metalice de contact se uzează, nefiind protejate corespunzător împotriva sarcinilor inductive sau capacitive mari, devine inevitabilă apariția deteriorărilor din cauza efectului arcului electric.

Arcul electric pe unul dintre contactele aparatului electromecanic de comutare. Aceasta este una dintre cauzele deteriorării grupului de contacte în lipsa măsurilor adecvate.

Arcul electric — formarea de scântei pe contacte — duce la creșterea rezistenței de contact a vârfurilor și, ca urmare, la deteriorări fizice.

Dacă se continuă utilizarea releului în această stare, vârfurile de contact pot pierde complet proprietatea fizică de contact.

Dar există un factor mai grav, atunci când, ca urmare a deteriorării prin arc, contactele se sudeară în cele din urmă, creând condiții de scurtcircuit.

În astfel de situații, nu este exclus riscul de deteriorare a circuitului pe care îl controlează EMR.

Astfel, dacă rezistența de contact a crescut din cauza influenței arcului electric cu 1 Ohm, căderea de tensiune pe contacte pentru același curent de sarcină crește până la 1×10=10 volți de curent continuu.

Aici, valoarea căderii de tensiune pe contacte poate fi inacceptabilă pentru schema de sarcină, în special la lucrul cu tensiuni de alimentare de 12-24 V.

Tipul materialului contactelor releului

În scopul reducerii influenței arcului electric și a rezistențelor mari, vârfurile de contact ale releelor electromecanice moderne sunt fabricate sau acoperite cu diverse aliaje pe bază de argint.

În acest mod, se reușește prelungirea semnificativă a duratei de viață a grupului de contacte.

Vârfurile plăcilor de contact ale aparatelor electromecanice de comutare. Aici sunt prezentate variante de vârfuri acoperite cu argint. Acest tip de acoperire reduce factorul de deteriorare.

În practică, se constată utilizarea următoarelor materiale, cu care sunt tratate vârfurile grupurilor de contact ale releelor electromagnetice (electromecanice):

• Ag — argint;
• AgCu — argint-cupru;
• AgCdO — argint-oxid de cadmiu;
• AgW — argint-tungsten;
• AgNi — argint-nichel;
• AgPd — argint-paladiu.

Creșterea duratei de viață a vârfurilor grupurilor de contact ale releelor prin reducerea numărului de formări de arc electric se realizează prin conectarea filtrelor rezistiv-capacitive, numite și RC-damper.

Aceste lanțuri electronice se conectează în paralel cu grupurile de contact ale releelor electromecanice. Vârful de tensiune care se înregistrează în momentul deschiderii contactelor, cu această soluție, pare a fi sigur și scurt.

Prin utilizarea RC-damperelor, se reușește suprimarea arcului electric care se formează pe vârfurile de contact.

Realizarea tipică a contactelor REM

Pe lângă contactele clasice normal deschise (NO) și normal închise (NC), mecanica comutării cu relee presupune, de asemenea, o clasificare în funcție de acțiune.

Particularitățile de realizare a elementelor de conectare

Construcțiile releelor de tip electromagnetic în această variantă permit prezența unuia sau mai multor contacte separate ale comutatorului.

Iată cum arată dispozitivul, configurat tehnologic pentru execuția SPST – unipolar și unidirecțional. Există și alte variante de execuție.

Execuția contactelor se caracterizează prin următorul set de abrevieri:

• SPST (Single Pole Single Throw) – unipolar unidirecțional;
• SPDT (Single Pole Double Throw) – unipolar bidirecțional;
• DPST (Double Pole Single Throw) – bipolar unidirecțional;
• DPDT (Double Pole Double Throw) – bipolar bidirecțional.

Fiecare astfel de element de conectare se numește „pol”. Oricare dintre ele poate fi conectat sau deconectat, activând simultan bobina releului.

Subtilități de aplicare a dispozitivelor

Cu toată simplitatea construcției comutatoarelor electromagnetice, există unele nuanțe de utilizare practică a acestor aparate.

Astfel, specialiștii recomandă categoric să nu se conecteze în paralel toate contactele releului pentru a comuta astfel un circuit de sarcină cu curent ridicat.

De exemplu, conectarea unei sarcini de 10 A prin legarea în paralel a două contacte, fiecare fiind proiectat pentru un curent de 5 A.

Aceste nuanțe de montaj se datorează faptului că contactele releelor mecanice nu se închid și nu se deschid niciodată într-un singur moment de timp.

Ca rezultat, unul dintre contacte va fi oricum supraîncărcat. Și chiar ținând cont de supraîncărcarea de scurtă durată, defectarea prematură a dispozitivului într-o astfel de conexiune este inevitabilă.

Exploatarea incorectă, precum și conectarea releului în afara regulilor de montaj stabilite, se termină de obicei cu un astfel de rezultat. În interior, aproape tot conținutul s-a ars.

Dispozitivele electromagnetice pot fi utilizate în circuite electrice sau electronice cu consum redus de energie, ca și comutatoare pentru curenți și tensiuni relativ înalți.

Cu toate acestea, nu se recomandă categoric să se treacă tensiuni diferite de sarcină prin contactele adiacente ale aceluiași dispozitiv.

De exemplu, comutarea tensiunii de curent alternativ 220 V și a tensiunii de curent continuu 24 V. Trebuie să se utilizeze întotdeauna dispozitive separate pentru fiecare variantă, în scopul asigurării securității.

Metode de protecție împotriva tensiunii inverse

O parte semnificativă a oricărui releu electromecanic este bobina. Această piesă aparține categoriei de sarcină cu inductanță ridicată, deoarece are o înfășurare din sârmă.

Orice bobină înfășurată cu sârmă posedă o anumită impedanță, compusă din inductanța L și rezistența R, formând astfel un circuit serie LR.

Pe măsură ce curentul trece prin bobină, se creează un câmp magnetic extern. Când curgerea curentului în bobină încetează în modul „oprit”, fluxul magnetic crește (teoria transformării) și apare o tensiune inversă înaltă FEM (forță electromotoare).

Această valoare indusă a tensiunii inverse poate fi de câteva ori mai mare decât tensiunea de comutație.

În consecință, apare riscul de deteriorare a oricăror componente semiconductoare plasate lângă releu. De exemplu, un tranzistor bipolar sau cu efect de câmp, utilizat pentru a aplica tensiunea bobinei releului.

Variante de circuite care asigură protecția elementelor semiconductoare de comandă – tranzistori bipolari și cu efect de câmp, circuite integrate, microcontrolere

Una dintre metodele de prevenire a deteriorării tranzistorului sau a oricărui dispozitiv semiconductor de comutare, inclusiv microcontrolere, este varianta de conectare a unui diod polarizat invers în circuitul bobinei releului.

Când curentul care trece prin bobină imediat după deconectare generează o forță electromotoare inversă indusă, această tensiune inversă deschide diodul polarizat invers.

Prin semiconductor, energia acumulată se disipează, prevenind astfel deteriorarea semiconductorului de comandă – tranzistor, tiristor, microcontroler.

Semiconductorul adesea inclus în circuitul bobinei se mai numește:

• diod de roată liberă;
• diod de șuntare;
• diod invers.

Cu toate acestea, nu există o mare diferență între elemente. Toate îndeplinesc aceeași funcție. Pe lângă utilizarea diodelor cu polarizare inversă, pentru protecția componentelor semiconductoare se folosesc și alte dispozitive.

Aceleași circuite RC de amortizare, varistoare cu oxid metalic (MOV), diode Zener.

Marcarea dispozitivelor cu relee electromagnetice

Denumirile tehnice care poartă informații parțiale despre dispozitive sunt de obicei indicate direct pe șasiul aparatului de comutație electromagnetic.

O astfel de denumire are aspectul unei abrevieri prescurtate și al unui set numeric.

Fiecare dispozitiv electromecanic de comutație este marcat în mod tradițional. Pe carcasă sau pe șasiu se aplică aproximativ un astfel de set de simboluri și cifre, care indică anumiți parametri.

Exemplu de marcare pe carcasă a releelor electromecanice:

RES32 RF4.500.335-01

Această înregistrare se descifrează astfel: releu electromagnetic de curent slab, seria 32, conform execuției din fișa tehnică RF4.500.335-01.

Cu toate acestea, astfel de denumiri sunt rare. Mai des întâlnim variante prescurtate fără indicarea explicită a GOST:

RES32 335-01

De asemenea, pe șasiu (pe carcasă) a aparatului se marchează data fabricației și numărul lotului. Informațiile detaliate sunt conținute în fișa tehnică a produsului. Fiecare dispozitiv sau lot este însoțit de fișa tehnică.

Concluzii și material video util pe această temă

Videoclipul explică în mod popular cum funcționează electronica electromecanică de comutație. Se evidențiază clar subtilitățile construcțiilor, caracteristicile conexiunilor și alte detalii:

Releele electromecanice sunt utilizate ca componente electronice de destul de mult timp. Totuși, acest tip de dispozitive de comutare poate fi considerat învechit din punct de vedere moral. Dispozitivele mai moderne – pur electronice – înlocuiesc tot mai des dispozitivele mecanice. Un astfel de exemplu este releul cu stare solidă.

Aveți întrebări, ați găsit erori sau aveți fapte interesante pe tema articolului pe care le puteți împărtăși cu vizitatorii site-ului nostru? Vă rugăm, lăsați comentarii, adresați întrebări, împărtășiți experiența dumneavoastră în secțiunea de contact de sub articol.