Конструкция реле

Электричество и магнетизм

Электрический ток через проводник создает силовые линии магнитного поля, окружающие проводник. Если этот проводник свернуть в форму катушки, создаваемое магнитное поле будет ориентировано по длине катушки. Чем больше сила тока, тем больше напряженность магнитного поля при прочих равных условиях:

Индукторы и магнитные поля

Индукторы реагируют на изменения тока из-за энергии, хранящейся в этом магнитном поле. Когда мы строим трансформатор из двух катушек индуктивности вокруг общего железного сердечника, мы используем это поле для передачи энергии от одной катушки к другой.

Однако есть более простые и прямые способы использования электромагнитных полей, чем те, которые мы видели с индукторами и трансформаторами.

Магнитное поле, создаваемое катушкой с токоведущим проводом, можно использовать для приложения механической силы к любому магнитному объекту, точно так же, как мы можем использовать постоянный магнит для притяжения магнитных объектов, за исключением того, что этот магнит (образованный катушкой) может быть включается или выключается путем включения или выключения тока через катушку.

Соленоиды

Если мы поместим магнитный объект рядом с такой катушкой с целью заставить этот объект двигаться, когда мы запитываем катушку электрическим током, мы получим так называемый соленоид. Подвижный магнитный объект называется якорем, и большинство якорей можно перемещать с помощью постоянного (DC) или переменного (AC) тока, питающего катушку.

Полярность магнитного поля не имеет значения для притяжения железного якоря. Соленоиды могут использоваться для электрического открытия дверных защелок, открытия или закрытия клапанов, перемещения роботизированных конечностей и даже приведения в действие механизмов электрических переключателей. Однако, если для приведения в действие набора переключающих контактов используется соленоид, у нас есть такое полезное устройство, которое заслуживает собственного названия:реле.

Реле

Реле чрезвычайно полезны, когда нам необходимо контролировать большой ток и / или напряжение с помощью слабого электрического сигнала.

Катушка реле, которая создает магнитное поле, может потреблять только доли ватта мощности, в то время как контакты, замыкаемые или размыкаемые этим магнитным полем, могут передавать нагрузке в сотни раз больше энергии. Фактически, реле действует как двоичный (включенный или выключенный) усилитель.

Как и в случае с транзисторами, способность реле управлять одним электрическим сигналом с помощью другого находит применение при построении логических функций. Более подробно эта тема будет рассмотрена в другом уроке. А пока мы исследуем «усиливающую» способность реле.

На приведенной выше схеме катушка реле запитана от источника низкого напряжения (12 В постоянного тока), а однополюсный однонаправленный контакт (SPST) прерывает цепь высокого напряжения (480 В переменного тока).

Вполне вероятно, что ток, необходимый для включения катушки реле, будет в сотни раз меньше номинального тока контакта. Типичные токи катушек реле значительно ниже 1 А, тогда как номинальные характеристики контактов промышленных реле составляют не менее 10 А.

Сборка реле

Один узел катушка реле / ​​якорь может использоваться для приведения в действие более чем одного набора контактов. Эти контакты могут быть нормально разомкнутыми, нормально замкнутыми или любой их комбинацией.

Как и в случае переключателей, «нормальным» состоянием контактов реле является то состояние, когда катушка обесточена, точно так же, как вы бы обнаружили реле на полке, не подключенным к какой-либо цепи.

Контакты реле могут быть открытыми площадками из металлического сплава, ртутными трубками или даже магнитными язычками, как и в других типах переключателей. Выбор контактов в реле зависит от тех же факторов, которые диктуют выбор контактов в других типах переключателей.

Контакты на открытом воздухе лучше всего подходят для сильноточных приложений, но их склонность к коррозии и искрению может вызвать проблемы в некоторых промышленных средах. Ртутные и герконовые контакты не имеют искр и не подвержены коррозии, но их токопроводящая способность ограничена.

Примеры физических релейных устройств

Здесь показаны три небольших реле (около двух дюймов в высоту каждое), установленных на панели как часть системы электрического управления на муниципальной станции водоочистки:

Показанные здесь релейные блоки называются «восьмеричным основанием», потому что они подключаются к соответствующим гнездам, а электрические соединения закрепляются с помощью восьми металлических штырей на дне реле. Винтовые клеммы, которые вы видите на фотографии, где провода подключаются к реле, на самом деле являются частью узла розетки, в который вставляется каждое реле.

Такая конструкция облегчает снятие и замену реле в случае отказа.

Другие преимущества реле

Помимо способности позволить относительно небольшому электрическому сигналу переключать относительно большой электрический сигнал, реле также обеспечивают электрическую изоляцию между катушкой и контактными цепями. Это означает, что цепь катушки и цепь контактов электрически изолированы друг от друга.

Одна цепь может быть постоянным током, а другая - переменным током (например, в примере схемы, показанной ранее), и / или они могут иметь совершенно разные уровни напряжения между соединениями или между соединениями и землей.

Ток затяжки и ток отпускания

Хотя реле по сути являются двоичными устройствами, полностью или полностью выключенными, существуют рабочие условия, при которых их состояние может быть неопределенным, как и в случае с полупроводниковыми логическими вентилями. Для того, чтобы реле положительно «втягивало» якорь и приводило в действие контакт (ы), через катушку должен проходить определенный минимальный ток.

Эта минимальная величина называется втягивающим током и аналогична минимальному входному напряжению, которое требуется логическому вентилю для гарантии «высокого» состояния (обычно 2 В для TTL, 3,5 В для CMOS).

Однако когда якорь подтягивается ближе к центру катушки, требуется меньший поток магнитного поля (меньший ток катушки), чтобы удерживать его там. Следовательно, ток катушки должен упасть ниже значения, значительно меньшего, чем ток втягивания, прежде чем якорь «выпадет» в подпружиненное положение и контакты вернутся в нормальное состояние.

Этот уровень тока называется током отпускания, и он аналогичен максимальному входному напряжению, при котором вход логического элемента позволяет гарантировать «низкое» состояние (обычно 0,8 В для TTL, 1,5 В для CMOS).

Гистерезис или разница между токами включения и отключения приводит к работе, аналогичной работе логического элемента триггера Шмитта. Токи включения и отключения (и напряжения) сильно различаются от реле к реле и указываются производителем.

ОБЗОР:

• соленоид представляет собой устройство, которое вызывает механическое движение за счет подачи энергии на катушку электромагнита. Подвижная часть соленоида называется якорем . .
• реле представляет собой соленоид, предназначенный для приведения в действие контактов переключателя, когда его катушка находится под напряжением.
• Втягивание ток - это минимальная величина тока катушки, необходимая для приведения в действие соленоида или реле из его «нормального» (обесточенного) положения.
• Выпадение ток - это максимальный ток катушки, ниже которого реле под напряжением вернется в свое «нормальное» состояние.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ТАБЛИЦЫ:

• Базовая таблица электромагнитных реле