Выбор правильного реле: типы, функции и применения

Управление и защита электронных схем — критически важный процесс. Например, случай управления током в лампе 10 Вт LED. В такой электрической цепи нельзя просто включать и выключать её с микропроцессора — потребуется электрическое реле. Читайте дальше для глубокого анализа типов реле и их принципа работы. Также — исследованные сведения о видах реле и их применениях.

Что такое реле?

Рисунок 1: Электрическое реле

Реле — электрический ключ, полезный для управления высоковольтными цепями, использующий низковольтный источник для реализации этой функции.

Базовая конструкция реле

Рисунок 2: Коммутация электрического реле

Для понимания конструкции реле нужно знать внутренние части. Они включают:

Выводы реле

Рисунок 3: Клеммы для подключения проводов

Реле имеет четыре основных вывода:

Управляющие входы или клеммы катушки

Реле состоит из двух входных клемм, определяющих коммутацию. Нужно подключить общий источник питания к реле через эти клеммы. Пусковой ток может быть переменным или постоянным.

Общий вывод (COM)

Выходной вывод компонента, куда подключается нагрузочная цепь.

Нормально открытый вывод (NO)

Как следует из названия, остается разомкнутым, когда реле неактивно.

Нормально закрытый вывод (NC)

Соединяется с COM при отсутствии входного тока.

Полюса и положения (Poles & Throw)

Это ключи внутри реле. Полюса — фактическое число кнопок в реле, а throw — набор цепей, которыми реле управляет для каждого полюса.

Можно иметь одно- или двухположенческое реле в зависимости от управляемых цепей. Первое — когда реле управляет одной цепью, второе — когда двумя.

Типы реле

Рисунок 4: Электрическое коммутационное реле

Существует множество типов реле в зависимости от свойств. Каждый класс полезен для конкретной функции. Выбор подходящего реле критичен для эффективной работы в конкретной цепи.

По полюсам и положениям

SPST реле (Single Pole Single Throw)

Одно полюсо управляет только одной цепью. Поскольку одно положение, у полюса только одна контактная позиция. Можно иметь либо разомкнутую, либо замкнутую цепь.

SPDT реле (Single Pole Double Throw)

Одно полюсо — управляет одной цепью за раз. Но два положения — проводит из двух позиций. Имеет два состояния: когда одна цепь открыта, другая закрыта. При закрывании первой — вторая открывается.

DPST реле (Double Pole Single Throw)

Два полюса — способно управлять двумя разными цепями. Но одно положение — проводит только в одной позиции. Преимущество — одновременное переключение двух цепей.

DPDT реле (Double Pole Double Throw)

Два полюса — бесшовно управляет двумя цепями одновременно. Два положения — проводит из двух разных точек. DPDT аналогично двум SPDT, но с одновременным переключением.

Одно реле может иметь до 12 полюсов.

По формам

Рисунок 5: Реле

Реле также классифицируются по формам. Ниже формы и их характеристики.

Тип реле — «Форма А»

Обычно SPST реле в нормально разомкнутом (NO) состоянии считается формой А.

«Форма B» реле

SPST реле в нормально замкнутом (NC) состоянии — форма B.

Тип реле — «Форма C»

Термин для SPDT реле. У него два контактных вывода: NC и NO для управления двумя цепями. Сначала размыкает одну, затем замыкает другую — «разомкни-перед-замкни» (break-before-make).

«Форма D» реле

Похоже на форму C, но режим работы обратный: «замкни-перед-разомкни» (make-before-break). Сначала замыкает одну цепь, затем одновременно размыкает другую.

По принципам работы

Рисунок 6: Реле в сложной схеме

Тип реле — Защелкивающиеся реле (Latching Relays)

Сохраняют состояние после актуации. Также называют статическими или импульсными реле. Значимы для приложений, контролирующих потребление и рассеивание мощности.

Имеют внутренний магнит. Магнит удерживает исходное положение контакта при подаче тока. Питание не нужно для удержания контакта. Снятие управляющего тока не меняет положение контакта. Значимы для экономии энергии в управляющей цепи.

Электромеханические реле (EMR)

Имеют электромагнитную катушку и подвижный контакт. Подача тока на катушку индуцирует магнитное поле, притягивающее подвижный контакт. Когда поле исчезает, контакт возвращается в нормальное положение.

Работают от AC и DC. Но DC EMR отличается конструкцией катушки. В катушке DC EMR есть диод свободного хода для защиты от обратного ЭДС. Полярность EMR несущественна, но с диодом обратного ЭДС полярность критична. Главный недостаток — дуга при размыкании, увеличивающая сопротивление и снижающая ресурс.

Редовые реле (Reed Relays)

Похожи на электромеханические, но меньше по размеру и массе. Важны для создания редовых ключей.

Состоят из двух полос ферромагнитного материала в стеклянной колбе с инертным газом. Энергизация катушки притягивает полосы, создавая замкнутый путь.

Несмотря на отличия, принцип работы схож. Операция двигает биметаллическую полосу контакта для включения/выключения. Редовые реле быстрее EMR благодаря меньшим контактам. Нет движущегося якоря — нет износа. Инертный газ продлевает срок службы.

Тип реле — Реле Бухольца (Buchholz Relays)

Работают на газе. Значимы для обнаружения зарождающихся неисправностей в защите трансформаторов. Тяжелые реле, встречаются в системах передачи и распределения.

Твердотельные реле (SSR)

В отличие от механических, состоят из полупроводников: MOSFET, TRIAC, BJT.

SSR изолирует низковольтную цепь от высоковольтной через оптопару. Подача управления зажигает ИК-светодиод. Фоточувствительный полупроводник конвертирует свет в электрический сигнал. Управляющий сигнал коммутирует цепь.

Главное преимущество — меньшее потребление мощности, чем у EMR. Быстрее EMR из-за отсутствия механических контактов. Больший ресурс. Нет физического контакта — нет риска сгорания.

Гибридное реле

Состоит из EMR и SSR. SSR обычно теряет мощность как тепло. EMR может иметь проблему дугования контактов.

Гибридное реле решает обе проблемы параллельной ориентацией SSR и EMR.

При работе цепь управления сначала включает SSR. SSR берет нагрузку — критично для устранения дуги. Затем EMR заряжается и замыкает контакт. Дуги нет, так как SSR решает проблему. EMR работает без потерь нагрузки. Смешанные реле работают как защитные.

Тип реле — Электротермическое реле (Термическое реле)

Содержит биметаллическую полосу, использующую разницу расширения полос. Ток через катушку выделяет тепло. Тепло расширяет часть полосы, сгибая её, замыкая контакт.

Часто термические реле применяются в электродвигателях.

Поляризованные и неполяризованные реле

В поляризованном реле постоянный магнит работает в координации с электромагнитом. Постоянный магнит удерживает якорь в фиксированном положении. Электромагнит двигает якорь.

Неполяризованное реле не имеет постоянного магнита и легко энергизируется.

Применение реле

Рисунок 7: Включатели вкл/выкл

• Изоляция высоковольтной цепи от низковольтной.
• Управление током в множественных цепях.
• Автоматические переключения.
• Микропроцессорное управление тяжелыми электрическими нагрузками.
• Реле перегрузки важно для защиты двигателей от перегрузки.

Заключение

Теперь вы знаете всё. Мы подробно описали реле и показали, как их использовать в печатной плате.

При выборе реле руководствуйтесь временем переключения и типом световой цепи. Не стесняйтесь задавать вопросы о коммутации тока — ответим быстро.