Elektromagnetrelee: seade, märgistus, tüübid + ühendamise ja reguleerimise nüansid

Elektriliste signaalide muundamine vastavaks füüsikaliseks suuruseks — liikumine, jõud, heli jne — toimub ajamite abil. Ajam tuleks klassifitseerida muundurina, kuna see seade muudab üht tüüpi füüsikalise suuruse teiseks.

Ajam aktiveeritakse või juhitakse tavaliselt madalpinge juhtsignaaliga. See klassifitseeritakse lisaks binaarseks või pidevaks seadmeks lähtudes stabiilsete olekute arvust. Seega on elektromagnetrelee binaarne ajam, arvestades kahte olemasolevat stabiilset olekut: sisse lülitatud – välja lülitatud.

Esitatud artiklis on üksikasjalikult lahti võetud elektromagnetrelee tööpõhimõtted ja seadmete kasutusvaldkond.

Ajamite teostuse alused

Termin «relee» on iseloomulik seadmetele, mis tagavad elektriühenduse kahe või enama punkti vahel juhtsignaali abil.

Kõige levinum ja laialdaselt kasutatav elektromagnetrelee (EMR) tüüp on elektromehaaniline konstruktsioon.

Selline näeb välja üks konstruktsioon paljude elektromagnetreleetena nimetatavate toodete seerias. Siin on näidatud mehhanismi suletud variant läbipaistvast pleksiklaasist kaane abil.

Iga seadme põhilise juhtimise skeem näeb alati ette sisse- ja väljalülitamise võimaluse. Lihtsaim viis nende toimingute tegemiseks on kasutada toiteplokeerimislüliteid.

Käsitsi juhitavaid lüliteid saab kasutada juhtimiseks, kuid neil on puudusi. Ilmselge puudus on olekute «sisse lülitatud» või «välja lülitatud» füüsiline seadistamine, st käsitsi.

Käsitsi lülitusseadmed on reeglina suuremõõtmelised, aeglase toimega ja võimelised lülitama väikseid voolusid.

Käsitsi lülitusmehhanism on elektromagnetreleede «kaugem sugulane». See tagab sama funktsiooni – tööliinide lülitamise, kuid seda juhitakse eranditult käsitsi.

Vahepeal esitatakse elektromagnetreleed peamiselt elektrilise juhtimisega lülititena. Seadmetel on erinevad kujud, mõõtmed ja need jagunevad nimivõimsuse taseme järgi. Nende kasutusvõimalused on ulatuslikud.

Sellised seadmed, mis on varustatud ühe või mitme kontaktipaariga, võivad kuuluda suuremate jõu täiturmehhanismide – kontaktorite – ühtsesse konstruktsiooni, mida kasutatakse võrgupinge või kõrgepingeseadmete lülitamiseks.

Elektromagnetrelee aluspõhimõtted

Traditsiooniliselt kasutatakse elektromagnetreleed elektri- (elektrooniliste) lülitusjuhtimisskeemide koosseisus. Seejuures paigaldatakse need kas otse trükkplaatidele või vabas asendis.

Seadme üldehitus

Kasutatavate toodete koormusvoolud mõõdetakse tavaliselt ampri murdosadest kuni 20 A ja rohkem. Releeahelad on elektroonilises praktikas laialt levinud.

Väga erineva konfiguratsiooniga seadmed, mis on mõeldud paigaldamiseks monteeritavatele elektroonikaplaatidele või otse eraldi paigaldatava seadmena.

Elektromagnetrelee konstruktsioon muudab rakendatud vahelduv-/alalisvoolu pinge poolt loodud magnetvoo mehaaniliseks jõuks. Tänu saadud mehaanilisele jõule teostatakse kontaktgrupi juhtimine.

Kõige levinum konstruktsioon on toote vorm, mis sisaldab järgmisi komponente:

• ergutuspool;
• terassüdamik;
• tugišassii;
• kontaktgrupp.

Terassüdamikul on fikseeritud osa, mida nimetatakse vardaks, ja liikuv vedruga detail, mida nimetatakse ankruks.

Sisuliselt täiendab ankur magnetvälja ahelat, sulgedes õhuvahe fikseeritud elektripooli ja liikuva armatuuri vahel.

Konstruktsiooni üksikasjalik jaotus: 1 – tagasitõmbav vedru; 2 – metallist südamik; 3 – ankur; 4 – tavaliselt suletud kontakt; 5 – tavaliselt avatud kontakt; 6 – ühine kontakt; 7 – vasktraadiga pool; 8 – varras

Armatuur liigub hingedel või pöördub vabalt tekkiva magnetvälja toimel. Seejuures sulguvad armatuuri külge kinnitatud elektrilised kontaktid.

Reeglina asuvad vardra ja ankru vahel olev tagasikäiguvedru(d) tagastavad kontaktid algasendisse, kui relee pool on pingevabas olekus.

Relee elektromagnetsüsteemi tegevus

Lihtsal klassikalisel EMR-i konstruktsioonil on kaks elektrit juhtivate kontaktide kogumit.

Sellest lähtudes teostatakse kontaktgrupi kaks olekut:

1. Tavaliselt avatud kontakt.
2. Tavaliselt suletud kontakt.

Vastavalt klassifitseeritakse kontaktipaar kas normaalselt avatud (NO) või, vastupidises olekus, normaalselt suletud (NC).

Normaalselt avatud kontaktidega relee korral saavutatakse suletud olek ainult siis, kui ergutusvool läbib induktiivpooli.

Üks kahest võimalikust kontaktigrupi vaikeasendist. Siin on pooli pingevabas olekus vaikimisi seatud normaalselt suletud (sulgenud) asend.

Teises variandis jääb kontaktide normaalselt suletud asend püsivaks, kui pooli ahelas puudub ergutusvool. See tähendab, et lüliti kontaktid naasevad oma tavalisse suletud asendisse.

Seetõttu tuleks mõisteid „normaalselt avatud“ ja „normaalselt suletud“ kasutada elektriliste kontaktide oleku kohta, kui relee pool on pingevaba, st relee toitepinge on välja lülitatud.

Relee elektrilised kontaktigrupid

Relee kontaktid on tavaliselt elektrit juhtivad metallist elemendid, mis puutuvad kokku ja sulgevad vooluringi, toimides sarnaselt lihtlülitiga.

Kui kontaktid on avatud, mõõdetakse normaalselt avatud kontaktide vahelist takistust megohmides suure väärtusega. Nii tekib avatud ahela tingimus, kus voolu läbimine pooli ahelas on välistatud.

Iga elektromehaanilise lüliti kontaktigrupil on avatud režiimis takistus mitusada megohmi. Selle takistuse väärtus võib erinevatel mudelitel veidi erineda.

Kui kontaktid on suletud, peaks kontakttakistus teoreetiliselt olema null – lühise tulemus.

Kuid sellist seisundit ei esine alati. Igal üksikul releel on kontaktigrupil suletud olekus teatud kontakttakistus. Sellist takistust nimetatakse stabiilseks.

Koormusvoolude läbimise iseärasused

Uue elektromagnetrelee paigaldamise praktikas on sisselülitamise kontakttakistus väike, tavaliselt alla 0,2 oomi.

See on lihtsalt seletatav: uued kontaktiotstel on esialgu puhtad, kuid aja jooksul nende takistus paratamatult suureneb.

Näiteks 10 A vooluga kontaktide korral on pingelangus 0,2 × 10 = 2 volti (Ohmi seadus). Sellest tulenevalt, kui kontaktigrupile antav toitepinge on 12 volti, siis koormuse pinge on 10 volti (12–2).

Kui metallist kontaktiotstel kuluvad, olles korralikult kaitsmata kõrgete induktiiv- või mahtuvuskoormuste eest, muutub elektrilise kaare tekitatud kahjustuste ilmnemine vältimatuks.

Elektrikaar ühel elektromehaanilise lülitusseadme kontaktidel. See on üks põhjusi kontaktgrupi kahjustumiseks, kui puuduvad asjakohased meetmed.

Elektrikaar – sädemete teke kontaktidel – põhjustab kontaktotsikute kontakttakistuse suurenemist ja selle tagajärjel füüsilisi kahjustusi.

Kui jätkata relee kasutamist sellises seisundis, võivad kontaktotsikud täielikult kaotada kontakti füüsilise omaduse.

Kuid on tõsisem tegur: kaare kahjustuse tagajärjel kontaktid lõpuks keevituvad, luues lühise tingimused.

Sellistes olukordades ei ole välistatud ahela kahjustumise oht, mida juhib EMR.

Seega, kui kontakttakistus on elektrikaare mõjul suurenenud 1 Ω võrra, suureneb pingelang kontaktidel sama koormusvoolu korral kuni 1×10=10 volti alalispinget.

Siin võib pingelanga suurus kontaktidel olla koormusahela jaoks vastuvõetamatu, eriti töötades toitepingetel 12–24 V.

Relee kontaktmaterjali tüüp

Et vähendada elektrikaare ja kõrgete takistuste mõju, valmistatakse või kaetakse kaasaegsete elektromehaaniliste releede kontaktotsikud erinevate hõbedapõhiste sulamitega.

Sel viisil õnnestub oluliselt pikendada kontaktgrupi eluiga.

Elektromehaaniliste lülitusseadmete kontaktplaatide otsikud. Siin on esitatud hõbedaga kaetud otsikute variandid. Selline kattekiht vähendab kahjustuste tegurit.

Praktikas märgitakse järgmiste materjalide kasutamist, millega töödeldakse elektromagnetiliste (elektromehaaniliste) releede kontaktgruppide otsikuid:

• Ag — hõbe;
• AgCu — hõbe-vask;
• AgCdO — hõbe-kaadmiumoksiid;
• AgW — hõbe-volfram;
• AgNi — hõbe-nikkel;
• AgPd — hõbe-pallaadium.

Relee kontaktgruppide otsikute eluea pikendamine elektrikaare moodustumiste arvu vähendamise kaudu saavutatakse takisti-kondensaatorfiltrite, mida nimetatakse ka RC-summutiteks, ühendamisega.

Need elektroonilised ahelad lülitatakse paralleelselt elektromehaaniliste releede kontaktgruppidega. Pingetipp, mis ilmneb kontaktide avamise hetkel, on sellise lahenduse korral ohutult lühike.

RC-summutite rakendamisega õnnestub summutada elektrikaar, mis tekib kontaktotsikutel.

EMR kontaktide tüüpiline teostus

Lisaks klassikalistele normaalselt avatud (NO) ja normaalselt suletud (NC) kontaktidele eeldab releelülituse mehaanika ka klassifikatsiooni toime arvestamisega.

Ühenduselementide teostuse iseärasused

Elektromagnetilist tüüpi relee konstruktsioonid selles variandis lubavad ühe või mitme eraldi lülituskontakti olemasolu.

Selline näeb välja seade, mis on tehnoloogiliselt konfigureeritud SPST-iks – ühepooluseline ja ühesuunaline. On olemas ka teisi täitmisvariante.

Kontaktide täitmist iseloomustab järgmine lühendite kogum:

• SPST (Single Pole Single Throw) – ühepooluseline ühesuunaline;
• SPDT (Single Pole Double Throw) – ühepooluseline kahesuunaline;
• DPST (Double Pole Single Throw) – kahepooluseline ühesuunaline;
• DPDT (Double Pole Double Throw) – kahepooluseline kahesuunaline.

Iga selline ühenduselement on tähistatud kui «poolus». Neist kõiki saab ühendada või vabastada, aktiveerides samaaegselt relee mähist.

Seadmete kasutamise nüansid

Vaatamata elektromagnetiliste lülitite konstruktsiooni lihtsusele, on nende seadmete kasutuspraktikas mõned peensused.

Nii ei soovita spetsialistid kategooriliselt ühendada paralleelselt kõiki relee kontakte, et sellisel viisil lülitada kõrge vooluga koormusahelat.

Näiteks ühendada 10 A koormus kahe kontakti paralleelühenduse kaudu, millest kumbki on ette nähtud voolutugevusele 5 A.

Need paigalduspeensused on tingitud sellest, et mehaaniliste releede kontaktid ei sulgu ega avane kunagi ühel ajahetkel.

Selle tulemusel on üks kontaktitest igal juhul ülekoormatud. Ja isegi lühiajalist ülekoormust arvestades on seadme enneaegne rike sellises ühenduses vältimatu.

Vale kasutamine ja ka relee ühendamine väljaspool kehtestatud paigaldusreegleid lõpeb tavaliselt sellise tulemusega. Sees on põlenud peaaegu kogu sisu.

Elektromagnetilisi tooteid on lubatud kasutada madala energiatarbimisega elektri- või elektroonikaskeemides suhteliselt kõrgete voolude ja pingete lülititena.

Siiski ei soovitata kategooriliselt juhtida erinevaid koormuspingeid läbi ühe seadme naaberkontaktide.

Näiteks lülitada vahelduvvoolu pinget 220 V ja alalisvoolu pinget 24 V. Ohutuse tagamiseks tuleks alati kasutada eraldi tooteid kummagi variandi jaoks.

Tagasipingekaitsevõtted

Iga elektromehaanilise relee oluline osa on mähis. See osa kuulub kõrge induktiivsusega koormuse kategooriasse, kuna see on traadiga mähitud.

Igal traadiga mähitud mähisel on teatud impedants, mis koosneb induktiivsusest L ja takistusest R, moodustades seega järjestikuse LR-ahela.

Kui vool läbib mähist, tekitatakse väline magnetväli. Kui vool mähises peatub režiimis «väljas», suureneb magnetvoog (transformatsiooniteooria) ja tekib kõrge vastupinge EMJ (elektromotoorjõud).

See indutseeritud vastupinge väärtus võib olla mitu korda suurem kui lülituspinge.

Seega tekib oht kahjustada mis tahes pooljuhtkomponente, mis on paigutatud relee lähedale. Näiteks bipolaarne või väljatransistor, mida kasutatakse pinge andmiseks relee mähisele.

Skeemivariandid, mille abil tagatakse pooljuhtjuhtimiselementide – bipolaarsete ja väljatransistoride, mikroskeemide, mikrokontrollerite – kaitse.

Üks viise, kuidas vältida transistori või mistahes lülituspooljuhtseadme (sh mikrokontrollerite) kahjustamist, on kasutada vastupidiselt pingestatud dioodi ühendamist relee mähise ahelasse.

Kui vool, mis voolab läbi mähise kohe pärast väljalülitamist, genereerib indutseeritud tagasi-EMJ, avab see tagasipinge vastupidiselt pingestatud dioodi.

Läbi pooljuhi hajub akumuleerunud energia, millega välditakse juhtimispooljuhi – transistori, türistori, mikrokontrolleri – kahjustamist.

Sageli nimetatakse mähise ahelasse lülitatud pooljuhti ka:

• hoorattadiood;
• šuntdiood;
• pöörddiood.

Suurt erinevust elementide vahel siiski pole. Kõik nad täidavad üht ja sama funktsiooni. Lisaks vastupidise pingestusega dioodide kasutamisele kasutatakse pooljuhtkomponentide kaitsmiseks ka muid seadmeid.

Samad RC-summutusahelad, metalloksiidvaristorid (MOV), zenerdioodid.

Elektromagnetrelee seadmete märgistus

Tehnilised tähised, mis kannavad osalist teavet seadmete kohta, märgitakse tavaliselt otse elektromagnetilise lülitusseadme šassii.

Selline tähis näeb välja lühendatud akronüümi ja numbrikomplekti kujul.

Iga elektromehaaniline lülitusseade märgistatakse traditsiooniliselt. Korpusele või šassiile kantakse umbes selline sümbolite ja numbrite komplekt, mis osutab teatud parameetritele.

Näide elektromehaaniliste releede korpuse märgistusest:

RES32 RF4.500.335-01

See kirje dešifreeritakse nii: nõrkvoolu elektromagnetrelee, 32. seeria, mis vastab passi RF4.500.335-01 kohasele teostusele.

Sellised tähised on siiski haruldased. Sagedamini esinevad lühendatud variandid ilma selge GOST-i märketa:

RES32 335-01

Samuti märgitakse šassiile (korpusele) seadme valmistamiskuupäev ja partii number. Üksikasjalik teave sisaldub toote tehnilises passis. Passiga komplekteeritakse iga seade või partii.

Järeldused ja kasulik video teemal

Videoklipp selgitab populaarselt, kuidas toimib elektromehaaniline lülituselektroonika. Selgelt märgitakse konstruktsioonide nüansid, ühenduste iseärasused ja muud üksikasjad:

Elektromehaanilisi releesid on juba üsna pikka aega kasutatud elektrooniliste komponentidena. Kuid seda tüüpi lülitusseadmeid võib pidada moraalselt vananenuks. Mehaaniliste seadmete asemele tulevad üha enam kaasaegsemad seadmed – puhtalt elektroonilised. Üks selline näide on tahkisreleed.

Kas tekkis küsimusi, leidsite puudusi või on teil teemaga seotud huvitavaid fakte, mida Teie saaksite jagada meie veebisaidi külastajatega? Palun jätke oma kommentaarid, esitage küsimusi, jagage kogemusi artikli all olevas ühendusväljas.