Die Umwandlung elektrischer Signale in die entsprechende physikalische Größe - Bewegung, Kraft, Schall usw. - erfolgt mit Hilfe von Antrieben. Der Antrieb sollte als Wandler klassifiziert werden, da dieses Gerät eine Art physikalischer Größe in eine andere umwandelt.
Der Antrieb wird normalerweise durch ein Niederspannungsbefehlssignal aktiviert oder gesteuert. Aufgrund der Anzahl der stabilen Zustände wird es zusätzlich als binäres oder kontinuierliches Gerät klassifiziert. Das elektromagnetische Relais ist also ein Binärantrieb, wenn man zwei bestehende stabile Zustände berücksichtigt: Ein - Aus.
In diesem Artikel werden die Funktionsprinzipien des elektromagnetischen Relais und der Anwendungsbereich der Geräte ausführlich erörtert.
Inhalt des Artikels:
- Grundlagen der Fahrt
-
Grundprinzipien des EWM
- Allgemeiner Aufbau des Gerätes
- Aktionsrelais elektromagnetisches System
- Elektrische Kontaktrelaisgruppen
- Merkmale des Durchgangs von Lastströmen
- Art des Materialkontaktrelais
-
Typische Ausführung von EMR-Kontakten
- Merkmale der Ausführung von Verbindungselementen
- Feinheiten der Anwendung von Geräten
- Verpolungsschutztechniken
- Kennzeichnung von elektromagnetischen Relaisgeräten
- Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema
Grundlagen der Fahrt
Der Begriff "Relais" ist charakteristisch für Geräte, die mittels eines Steuersignals eine elektrische Verbindung zwischen zwei oder mehr Punkten herstellen.
Der gebräuchlichste und am weitesten verbreitete Typ eines elektromagnetischen Relais (EMR) ist eine elektromechanische Konstruktion.
Es sieht aus wie ein Design der zahlreichen Produktserien, die als elektromagnetische Relais bezeichnet werden. Hier ist eine geschlossene Version des Mechanismus mit einer transparenten Plexiglasabdeckung dargestellt.
Das Schema der grundlegenden Kontrolle über jedes Gerät sieht immer die Möglichkeit des Ein- und Ausschaltens vor. Der einfachste Weg, dies zu tun, ist die Verwendung der Leistungsverriegelungsschalter.
Handschalter können zur Steuerung verwendet werden, haben jedoch Nachteile. Ihr offensichtlicher Nachteil ist das Setzen von Zuständen "Ein" oder "Deaktiviert" durch physikalische Mittel, das heißt manuell.
Handschaltgeräte sind in der Regel große Zeitlupengeräte, die kleine Ströme schalten können.
Der manuelle Schaltmechanismus ist ein "entfernter Verwandter" von elektromagnetischen Relais. Es bietet die gleiche Funktionalität - Schalten von Arbeitsleitungen, wird jedoch ausschließlich von Hand gesteuert.
In der Zwischenzeit werden elektromagnetische Relais hauptsächlich durch elektrisch gesteuerte Schalter dargestellt. Geräte haben unterschiedliche Formen, Abmessungen und werden durch die Nennleistung geteilt. Die Möglichkeiten ihrer Anwendung sind umfangreich.
Solche Vorrichtungen, die mit einem oder mehreren Kontaktpaaren ausgestattet sind, können in einer einzigen größeren Struktur enthalten sein Leistungsaktoren - Schütze, die zum Schalten von Netzspannung oder Hochspannung verwendet werden Geräte.
Grundprinzipien des EWM
Traditionell werden elektromagnetische Relais als Teil elektrischer (elektronischer) Schaltsteuerkreise verwendet. In diesem Fall werden sie entweder direkt auf Leiterplatten oder in einer freien Position installiert.
Allgemeiner Aufbau des Gerätes
Die Lastströme der verwendeten Produkte werden üblicherweise von Bruchteilen eines Verstärkers bis 20 A oder mehr gemessen. Relaisschaltungen sind in der elektronischen Praxis weit verbreitet.
Geräte sehr unterschiedlicher Konfiguration, zum Einbau auf Elektronikplatinen oder direkt als separat installiertes Gerät
Das Design des elektromagnetischen Relais wandelt den durch die angelegte Wechsel- / Gleichspannung erzeugten Magnetfluss in mechanische Kraft um. Aufgrund der erhaltenen mechanischen Kraft wird die Steuerung der Kontaktgruppe durchgeführt.
Das gebräuchlichste Design ist die Form des Produkts, einschließlich der folgenden Komponenten:
- Erregerspule;
- Stahlkern;
- unterstützung chassis;
- Kontaktgruppe.
Der Stahlkern hat einen festen Teil, der als Wippe bezeichnet wird, und einen beweglichen federbelasteten Teil, der als Anker bezeichnet wird.
Tatsächlich ergänzt der Anker den Magnetfeldkreis und schließt den Luftspalt zwischen der festen elektrischen Spule und dem sich bewegenden Anker.
Detailliertes Layout Design: 1 - Federpressen; 2 - Metallkern; 3 - Anker; 4 - Kontakt normalerweise geschlossen; 5 - Kontakt ist normalerweise offen; 6 - gemeinsamer Kontakt; 7 - Kupferdrahtspule; 8 - Wippe
Der Anker bewegt sich unter Einwirkung des erzeugten Magnetfeldes gelenkig oder frei drehbar. Dadurch werden die am Ventil angebrachten elektrischen Kontakte geschlossen.
In der Regel bringt die zwischen Wippe und Anker liegende Feder (Feder) des Rückwärtshubs die Kontakte im stromlosen Zustand der Relaisspule in die Ausgangsstellung zurück.
Aktionsrelais elektromagnetisches System
Ein einfaches klassisches EMR-Design verfügt über zwei Sätze elektrisch leitender Kontakte.
Darauf aufbauend werden zwei Zustände der Kontaktgruppe realisiert:
- Normalerweise offener Kontakt.
- Normalerweise geschlossener Kontakt.
Dementsprechend wird ein Kontaktpaar als Schließer (NO) oder in einem anderen Zustand als Öffner (NC) klassifiziert.
Bei Relais mit Arbeitskontakten wird der Zustand "Zu" nur dann erreicht, wenn der Erregerstrom durch eine Induktionsspule fließt.
Eine von zwei möglichen Optionen zum Festlegen der Standardkontaktgruppe. Hier ist im stromlosen Zustand der "Standard" -Spule die normalerweise geschlossene (geschlossene) Position eingestellt
In einer anderen Ausführungsform bleibt die normalerweise geschlossene Position der Kontakte konstant, wenn der Erregerstrom in der Spulenschaltung fehlt. Das heißt, die Schaltkontakte kehren in ihre normale geschlossene Position zurück.
Daher sollten die Ausdrücke "normalerweise offen" und "normalerweise geschlossen" sich auf den Zustand der elektrischen Kontakte beziehen, wenn die Relaisspule stromlos ist, dh die Relaisversorgungsspannung abgeschaltet ist.
Elektrische Kontaktrelaisgruppen
Relaiskontakte werden normalerweise durch elektrisch leitende Metallelemente dargestellt, die miteinander in Kontakt stehen, den Stromkreis schließen und wie ein einfacher Schalter wirken.
Wenn die Kontakte offen sind, wird der Widerstand zwischen normalerweise offenen Kontakten durch einen hohen Wert in Megaohm gemessen. Dies erzeugt einen Leerlaufzustand, wenn der Durchgang von Strom in dem Spulenstromkreis ausgeschlossen ist.
Die Kontaktgruppe eines elektromechanischen Schalters im offenen Zustand hat einen Widerstand von mehreren hundert Mega. Die Größe dieses Widerstands kann für verschiedene Modelle leicht unterschiedlich sein.
Wenn die Kontakte geschlossen sind, sollte der Kontaktwiderstand theoretisch Null sein - das Ergebnis eines Kurzschlusses.
Diese Bedingung wird jedoch nicht immer notiert. Die Kontaktgruppe jedes einzelnen Relais hat im "geschlossenen" Zustand einen bestimmten Übergangswiderstand. Ein solcher Widerstand wird als stetig bezeichnet.
Merkmale des Durchgangs von Lastströmen
Für die Praxis der Installation eines neuen elektromagnetischen Relais ist der Einschlusswiderstand durch einen kleinen Wert gekennzeichnet, normalerweise weniger als 0,2 Ohm.
Der Grund ist einfach: Neue Spitzen bleiben vorerst sauber, aber mit der Zeit steigt der Widerstand der Spitzen unvermeidlich an.
Bei Kontakten mit einem Strom von 10 A beträgt der Spannungsabfall beispielsweise 0,2 x 10 = 2 Volt (Ohmsches Gesetz). Ab hier stellt sich heraus - wenn die an die Kontaktgruppe angelegte Versorgungsspannung 12 Volt beträgt, beträgt die Spannung für die Last 10 Volt (12-2).
Bei Kontakt tragen Metallspitzen, die nicht richtig vor zu hohen Temperaturen geschützt sind Bei induktiven oder kapazitiven Lasten wird es unvermeidlich, dass Schäden durch elektrische Einwirkung entstehen Bogen.
Ein Lichtbogen an einem der Kontakte eines elektromechanischen Schaltgerätes. Dies ist eine der Ursachen für Schäden an der Kontaktgruppe, wenn keine geeigneten Maßnahmen getroffen werden.
Ein Lichtbogen - Funkenbildung an den Kontakten - führt zu einer Erhöhung des Kontaktwiderstands der Spitzen und folglich zu einer physischen Beschädigung.
Wenn Sie das Relais in diesem Zustand weiterhin verwenden, können die Kontaktspitzen die physikalischen Eigenschaften des Kontakts vollständig verlieren.
Schwerwiegender ist jedoch, dass die Kontakte infolge eines Lichtbogens schweißen und Kurzschlusszustände verursachen.
In solchen Situationen ist die Gefahr einer Beschädigung des Stromkreises, die durch das Magnetfeld überwacht wird, nicht ausgeschlossen.
Wenn sich also der Kontaktwiderstand durch den Einfluss eines Lichtbogens um 1 Ohm erhöht, steigt der Spannungsabfall an den Kontakten bei gleichem Laststrom auf 1 × 10 = 10 Volt Gleichstrom.
Hier kann die Größe des Spannungsabfalls an den Kontakten für den Lastkreis unannehmbar sein, insbesondere wenn mit Versorgungsspannungen von 12-24 V gearbeitet wird.
Art des Materialkontaktrelais
Um den Einfluss eines Lichtbogens und hoher Widerstände zu verringern, werden die Kontaktspitzen moderner elektromechanischer Relais mit verschiedenen Legierungen auf Silberbasis hergestellt oder beschichtet.
Auf diese Weise kann die Lebensdauer der Kontaktgruppe erheblich verlängert werden.
Die Spitzen der Kontaktplatten der elektromechanischen Schaltgeräte. Hier sind die versilberten Spitzen. Eine solche Beschichtung verringert den Schadensfaktor.
In der Praxis wird auf die Verwendung folgender Materialien hingewiesen, mit denen die Spitzen der Kontaktgruppen eines elektromagnetischen (elektromechanischen) Relais bearbeitet werden:
- Ag - Silber;
- AgCu - Silber-Kupfer;
- AgCdO - Silber-Cadmiumoxid;
- AgW - Silber-Wolfram;
- AgNi - Silber-Nickel;
- AgPd - Silber-Palladium.
Erhöhen Sie die Lebensdauer der Spitzen von Kontaktgruppen von Relais, indem Sie die Anzahl der Formationen verringern Lichtbogen, wird durch Anschluss von Widerstands-Kondensator-Filtern, auch genannt, erreicht RC Dämpfer.
Diese elektronischen Schaltungen sind parallel zu den Kontaktgruppen der elektromechanischen Relais geschaltet. Die Spannungsspitze, die zum Zeitpunkt des Öffnens der Kontakte beobachtet wird, scheint bei dieser Lösung sicher kurz zu sein.
Durch den Einsatz von RC-Dämpfern kann der an den Kontaktspitzen entstehende Lichtbogen unterdrückt werden.
Typische Ausführung von EMR-Kontakten
Zusätzlich zu den klassischen Schließerkontakten (NO) und Öffnerkontakten (NC) schlägt die Mechanik des Relaisschaltens auch eine Klassifizierung basierend auf der Aktion vor.
Merkmale der Ausführung von Verbindungselementen
Die Konstruktion des elektromagnetischen Relais in dieser Ausführungsform ermöglicht das Vorhandensein eines oder mehrerer einzelner Schaltkontakte.
Dies ist das Gerät, das technologisch für die SPST-Ausführung konfiguriert ist - unipolar und unidirektional. Es gibt auch andere Ausführungsvarianten.
Die Ausführung von Kontakten zeichnet sich durch folgende Abkürzungen aus:
- SPST (Single Pole Single Throw) - unipolar unidirektional;
- SPDT (Single Pole Double Throw) - unipolar bidirektional;
- DPST (Double Pole Single Throw) - bipolar unidirektional;
- DPDT (Double Pole Double Throw) - Bipolar bidirektional.
Jedes derartige Verbindungselement wird als "Pol" bezeichnet. Jeder von ihnen kann angeschlossen oder zurückgesetzt werden und gleichzeitig die Relaisspule aktivieren.
Feinheiten der Anwendung von Geräten
Bei aller Einfachheit des Aufbaus von elektromagnetischen Schaltern gibt es einige Feinheiten in der Praxis der Verwendung dieser Geräte.
Experten raten daher grundsätzlich davon ab, alle Relaiskontakte parallel zu schalten, um den Lastkreis auf diese Weise mit einem hohen Strom zu schalten.
Schließen Sie zum Beispiel die Last an 10 A an, indem Sie zwei Kontakte parallel schalten, die jeweils für einen Strom von 5 A ausgelegt sind.
Diese Feinheiten der Installation beruhen auf der Tatsache, dass die Kontakte mechanischer Relais niemals in einem einzigen Moment geschlossen oder geöffnet werden.
Dadurch wird in jedem Fall einer der Kontakte überlastet. Und auch bei der kurzzeitigen Überlastung ist ein vorzeitiger Ausfall des Gerätes in einer solchen Verbindung unvermeidlich.
Ein fehlerhafter Betrieb sowie das Anschließen des Relais außerhalb der festgelegten Installationsregeln endet normalerweise mit diesem Ergebnis. Drinnen brannte fast der gesamte Inhalt aus.
Elektromagnetische Produkte können bei der Zusammensetzung von elektrischen oder elektronischen Schaltungen mit geringem Energieverbrauch als Schalter für relativ hohe Ströme und Spannungen verwendet werden.
Es wird jedoch strengstens davon abgeraten, unterschiedliche Lastspannungen durch benachbarte Kontakte desselben Geräts zu leiten.
Schalten Sie beispielsweise eine Wechselspannung von 220 V und eine Gleichspannung von 24 V ein. Sie sollten immer separate Produkte für jede der Optionen verwenden, um die Sicherheit zu gewährleisten.
Verpolungsschutztechniken
Ein wesentliches Detail eines elektromechanischen Relais ist die Spule. Dieser Teil gehört zur Entladung einer Last mit hoher Induktivität, da er eine Wicklung aufweist.
Jede drahtgewickelte Spule weist eine Impedanz auf, die aus der Induktivität L und dem Widerstand R besteht, wodurch eine Reihenschaltung LR gebildet wird.
Während der Strom durch die Spule fließt, wird ein äußeres Magnetfeld erzeugt. Wenn der Strom in der Spule im "Aus" -Modus stoppt, nimmt der Magnetfluss zu (Transformationstheorie) und es tritt eine hohe Gegenspannung EMF (elektromotorische Kraft) auf.
Dieser induzierte Wert der Sperrspannung kann um ein Vielfaches höher sein als die Schaltspannung.
Dementsprechend besteht die Gefahr einer Beschädigung von Halbleiterkomponenten in der Nähe des Relais. Zum Beispiel ein Bipolar- oder Feldeffekttransistor, der zum Anlegen einer Spannung an eine Relaisspule verwendet wird.
Schaltungsoptionen zum Schutz von Halbleitersteuerungen - Bipolar- und Feldeffekttransistoren, Mikroschaltungen, Mikrocontroller
Ein Weg, um eine Beschädigung eines Transistors oder eines Schalthalbleiters zu verhindern Bei Geräten, einschließlich Mikrocontrollern, besteht die Möglichkeit, eine in Sperrrichtung vorgespannte Diode an eine Spulenschaltung anzuschließen Relais
Wenn der Strom, der unmittelbar nach dem Auslösen durch die Spule fließt, eine induzierte Sperr-EMK erzeugt, öffnet diese Sperrspannung die in Sperrrichtung vorgespannte Diode.
Durch den Halbleiter wird die akkumulierte Energie abgeführt, wodurch Schäden am Steuerhalbleiter - Transistor, Thyristor, Mikrocontroller - vermieden werden.
Der häufig in der Spulenschaltung enthaltene Halbleiter wird auch als:
- Diode Schwungrad;
- Shunt-Diode;
- invertierte Diode.
Es gibt jedoch keinen großen Unterschied zwischen den Elementen. Sie haben alle die gleiche Funktion. Zusätzlich zur Verwendung von Dioden mit Sperrvorspannung werden andere Bauelemente zum Schutz der Halbleiterbauelemente verwendet.
Dieselbe Kette RC-Dämpfer, Metalloxid-Varistoren (MOV), Zenerdioden.
Kennzeichnung von elektromagnetischen Relaisgeräten
Technische Bezeichnungen, die Teilinformationen über Geräte enthalten, sind in der Regel direkt auf dem Gehäuse eines elektromagnetischen Schaltgeräts angegeben.
Eine solche Bezeichnung in Form einer abgekürzten Abkürzung und eines numerischen Satzes sieht so aus.
Jedes elektromechanische Schaltgerät ist traditionell beschriftet. Auf dem Gehäuse oder auf dem Fahrgestell ist etwa ein solcher Satz von Zeichen und Ziffern aufgebracht, der bestimmte Parameter anzeigt
Beispiel für die Gehäusekennzeichnung von elektromechanischen Relais:
RES32 RF4.500.335-01
Dieser Datensatz steht für: elektromagnetisches Niedrigstromrelais, Serie 32, entsprechend der Ausführung gemäß RF Passport4.500.335-01.
Solche Bezeichnungen sind jedoch selten. Häufigere abgekürzte Versionen werden ohne ausdrückliche Angabe von GOST gefunden:
RES32 335-01
Das Gehäuse (auf dem Gehäuse) des Geräts ist mit dem Herstellungsdatum und der Chargennummer gekennzeichnet. Details sind im technischen Datenblatt des Produkts enthalten. Jedes Gerät oder Los wird mit einem Reisepass abgeschlossen.
Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema
Das Video erzählt viel darüber, wie elektromechanische Schaltelektronik funktioniert. Die Feinheiten von Strukturen, Merkmalen von Verbindungen und anderen Details sind deutlich gekennzeichnet:
Elektromechanische Relais werden seit geraumer Zeit als elektronische Bauteile eingesetzt. Diese Art von Schaltgeräten kann jedoch als veraltet angesehen werden. Mechanische Geräte werden zunehmend durch modernere Geräte ersetzt - rein elektronische. Ein solches Beispiel ist Halbleiterrelais.
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