Понимание конструкции реле: от соленоидов к промышленным приложениям

Электричество и магнетизм

Когда электрический ток течёт через проводник, он генерирует магнитное поле, окружающее проводник. Если проводник намотан в катушку, магнитное поле выстраивается вдоль оси катушки. Чем сильнее ток, тем сильнее поле, прочее равное.

Катушки индуктивности и магнитные поля

Катушки индуктивности сопротивляются изменению тока, запасая энергию в магнитном поле. В трансформаторе две индуктивные катушки делят общий железный сердечник, так что поле одной передаёт энергию другой. Помимо трансформаторов, электромагнитные поля можно использовать для механического движения.

Соленоиды

Когда магнитное поле от токоносящей катушки тянет близкий магнитный объект — называемый якорем — образуется соленоид. Якорь может приводиться в движение как постоянным, так и переменным током, а полярность поля неважна для притяжения ферромагнитных материалов. Соленоиды приводят в действие замки дверей, клапаны, робототехнические суставы и механизмы коммутаторов. Когда соленоид актуирует контакты, устройство называется реле.

Реле

Реле незаменимы для управления большими токами или напряжениями скромным электрическим сигналом. Катушка может потреблять всего несколько миллиампер, тогда как контакты переносят сотни ампер. Фактически, реле усиливает низкоэнергетический управляющий сигнал в высокоэнергетическое действие. Это свойство делает реле существенными в логических схемах и промышленной автоматике.

На схеме выше катушка 12 ВDC управляет одно-полюсным одно-позиционным контактом, прерывающим 480 VAC цепь. Типичные катушки потребляют <1 А, промышленные контакты рассчитаны на 10 А и более.

Сборка реле

Одна катушка/якорь может управлять множеством контактов — нормально разомкнутыми, нормально замкнутыми или смешанными. Контакты находятся в «нормальном» состоянии, когда катушка обесточена. Типы контактов: открытые металлические площадки, ртутные колбы, магнитные герконы — выбираются по токоносимости, коррозионной стойкости и подавлению искр.

Примеры физических реле

Три небольших октябрьных-базовых реле, каждое около двух дюймов высотой, установлены на панели управления муниципальной водоочистной станции. Октава-базовые реле вставляются в гнёзда, закреплённые восемью металлическими штырями, позволяя быстрое извлечение и замену.

Другие преимущества реле

Реле обеспечивают гальваническую изоляцию между цепью катушки и контактной цепью, позволяя одной стороне быть DC, другой — AC, или работать на совершенно разных уровнях напряжения. Эта изоляция защищает чувствительную управляющую электронику от высоковольтных скачков.

Ток втягивания и ток отпускания (Pull-In и Drop-Out Current)

Реле проявляют гистерезис. Для актуирования катушка должна дать минимальный ток — ток втягивания — аналогичный порогу высокого входа логического элемента. Как только якорь в позиции, меньший ток — ток отпускания — достаточно удержать его там. Разница между токами втягивания и отпускания создаёт поведение типа Шмитт-триггера, обеспечивая чистое вкл/выкл.

Обзор

• Соленоид создаёт механическое движение от катушки электромагнита; его движущаяся часть — якорь.
• Реле — соленоид, сконфигурированный для актуирования коммутационных контактов при питании катушки.
• Ток втягивания — минимальный ток катушки для перемещения якоря из нормального состояния.
• Ток отпускания — максимальный ток катушки, ниже которого якорь возвращается в нормальное состояние.

Связанные рабочие листы

• Рабочий лист по базовым электромагнитным реле