Оволодіння технологіями реле: побудова, типи, принципи роботи та методи тестування

Реле - це фундаментальні компоненти в сучасних електричних системах, що слугують основою для управління ланцюгами, захистом пристроїв та автоматизаційними процесами.У їх основі реле - це електромеханічні вимикачі, які використовують електричний сигнал для управління відкриттям або закриттям ланцюгів.Ця істотна функція досягається за допомогою складної взаємодії різних компонентів, таких як електромагніти, механічні контакти та точки комутатора.Найпоширеніший тип, електромагнітна реле, покладається на магнітні сили, що генеруються струмом, що проходить через котушку, яка потім переміщує механічні контакти, щоб змінити стан ланцюга.Розуміння детальної структури, типів, принципів роботи та практичних застосувань реле корисно для оптимізації їх використання в різних технічних умовах.

Каталог

Рисунок 1: Реле

Що таке реле?

Реле - це електромеханічний пристрій, який використовує електричний сигнал для відкриття або закриття ланцюга.Цей пристрій використовує магнітну силу, що генерується електромагнітом для залучення або звільнення механічних контактів, змінюючи стан ланцюга без ручного втручання.Існують різні типи реле, найбільш поширені електромагнітні реле.

Електромагнітна реле складається в основному з декількох компонентів: електромагніт, механічні контакти, точки комутатора та пружина скидання.Електромагнет створюється обмоткою мідного дроту навколо металевого ядра, з кінцями котушки, підключеними до шпильок реле, як правило, шпильками.Коли електричний струм проходить через ці котушки, електромагніт генерує магнітну силу, яка рухає механічні контакти, тим самим підключуючи або відключаючи ланцюг.

Малюнок 2: Електромагнітна реле

Ці механічні контакти рухаються у відповідь на привабливість або вивільнення магніту, досягаючи відкриття або закриття ланцюга.Точки комутатора обробляють високі струми і включають зазвичай відкриті (ні), як правило, закриті (NC) та загальні (COM) контакти.Пружина скидання функціонує для повернення контактів у їх початкове положення після вимкнення електромагніту, гарантуючи, що схема може повернутися до його відключення після потужності за замовчуванням.

Реле застосовуються як у лініях постійного струму та змінного струму.У ланцюгах змінного струму, через періодичну зміну струму, реле може втратити магнетизм, коли струм падає до нуля, внаслідок чого схема відкривається.Для протидії цій проблемі реле AC часто включає спеціальні конструкції, такі як додаткові електронні схеми або екрановані котушки, для підтримки безперервного магнетизму.

Дизайн реле також враховує підвищення продуктивності та надійності.Наприклад, котушки електромагніту використовують високопродуктивні матеріали та розроблені в конкретних формах та розмірах для оптимізації магнітної міцності та енергоефективності.Механічні контакти та точки вимикача виготовляються з матеріалів з високою стійкістю до зносу та провідністю, щоб забезпечити довговічність та надійність при частоті роботи.

Твердотільні реле використовують напівпровідникові матеріали для заміни механічних компонентів, керуючих ланцюгами через управління напівпровідниковою провідністю та відсіченням.У цих реле не вистачає механічних рухомих деталей, що призводить до більш швидкого часу відгуку та триваліших термінів життя, що робить їх ідеальними для додатків, що потребують частого перемикання.

Малюнок 3: Твердотільна реле

Реле широко використовуються в промислової автоматизації, побутових приладах, телекомунікаційному обладнанню та системах управління дорожнім рухом.Вони не тільки керує операціями схеми, але й виконують складні функції управління та захисту логіки.У міру просування технологій реле постійно розвивається в структурі, матеріалах та методах управління, значно підвищуючи їхню продуктивність та значення застосування.

Структура естафети

Будівництво естафети включає кілька найважливіших деталей: шпильки, котушка, залізне ядро, арматура, скидання пружини, зворушливий контакт та фіксований контакт.Давайте вивчимо кожен компонент і як вони працюють разом у типовому операції。

Малюнок 4: Структура електромагнітної реле

Шпильки: Реле оснащені двома типами шпильок - шпильки та шпильки для перемикання.Штифти перемикання включають зазвичай закриті (NC), зазвичай відкриті (ні) та загальні (Com) контакти.

Котушка та залізне ядро: Серце реле - це котушка, обмотана навколо залізного ядра.Коли електричний струм протікає через котушку, він генерує магнітне поле навколо залізного ядра.

Арматура: Це рухома частина всередині реле.Активовано магнітним полем, створеним під час напруги котушки, арматура рухається, змінюючи стан контакту між рухомими та фіксованими контактами.

Скиньте пружину: підключена до арматури, пружина скидання забезпечує необхідну силу для повернення арматури у вихідне положення, коли котушка де-енергетична.

Переміщення контакту: прикріплений до арматури, цей контакт зміщує своє положення разом з арматурою.Він або здійснює контакт з фіксованим контактом залежно від стану реле.

Фіксований контакт: Виправлені контакти поділяються на NC і відсутні типи.Контакт NC залишається закритим, коли реле де-енергетика і відкривається при напрузі.І навпаки, контакт NO відкритий при деіненергійному та закривається при енергії.

Контролюючи реле, зазвичай використовується схема електропроводки, що містить транзистор NPN, особливо коли керуючі пристрої, такі як Arduino або інтегрована схема, не можуть безпосередньо керувати реле.Основа транзистора NPN отримує струм через базовий резистор, активуючи транзистор.Це дозволяє струму протікати з колектора до випромінювача, живлячи реле котушки.Коли транзистор вимикається, згортання магнітного поля генерує шип напруги, який пом'якшується діодом, що проходить, для захисту транзистора.

Наприклад, автоматичний ланцюг вуличного світла, що використовує світлозалежний резистор (LDR) та реле, можна керувати двома транзисторами NPN.Опір LDR збільшується в темряві і зменшується під час денного світла, контролюючи стани транзисторів.Коли LDR виявляє зниження рівня освітлення (наприклад, вночі), його опір збільшується, ввімкнувши перший транзистор, а потім другий, тим самим підсилюючи реле котушки, закривши реле контактів і увімкнувши вуличне світло.І навпаки, коли рівень освітлення збільшується (наприклад, протягом дня), опір LDR зменшується, а транзистори вимикаються, де-енергіюють котушку реле, відкриваючи контакти та вимикаючи вуличне світло.

Ця конструкція геніально поєднує характеристики декількох компонентів для контролю роботи чутливого до світла резистора, транзисторів та реле.Він не тільки підвищує енергоефективність, але й продовжує тривалість життя вуличних світла та зменшує витрати на технічне обслуговування.Такі конструкції пропонують більш глибоке розуміння того, як функціонують реле в практичних додатках та як їх ефективність може бути оптимізована для задоволення різноманітних вимог.

Типи реле

Реле бувають у двох основних типах: твердотільні реле (SSRS) та електромеханічні реле (ЕМР).Кожен має чіткі структурні відмінності та можливості продуктивності, які відповідають різним програмам.

Твердотільні реле (SSRS): SSRS працюють без будь-яких рухомих деталей, використовуючи напівпровідникові матеріали для перемикання ланцюгів.Ця відсутність механічних деталей дозволяє швидше перемикати швидкість перемикання та зменшує механічний знос, що робить SSR ідеальними для додатків, що потребують швидкого реагування та високочастотної роботи, таких як промислова автоматизація та системи управління комп'ютером.

Електромеханічні реле (EMR): EMR складаються з рухомої механічної частини та використовують електромагнітну силу для відкриття або закриття контактів.Ці рухомі частини можуть носити з часом, і їх швидкість відповіді може не відповідати частинам SSR, що може бути обмеженням у певних додатках.

EMR також неймовірно різноманітні, кожен тип, пристосований для конкретних сценаріїв:

Зв'язки реле підтримують своє положення до перемикання і ідеально підходять для додатків, що потребують стабільних станів, як резервне копіювання пам'яті або велосипедна їзда.

Рідні реле, що містять перемикач очерету в котушці, Excel у високошвидкісних умовах комутації, таких як комунікаційне обладнання та інструменти для тестування.

Рисунок 5: Рідні естафети

Поляризовані реле призначені для запобігання неправильних полярних з'єднань, забезпечуючи правильне ділові схеми, навіть коли полярність зворотна.

Високочастотні реле створюються для надійної роботи у високочастотних додатках, таких як пристрої бездротового зв'язку, де швидке перемикання часто є.

Реле також змінюється залежно від конфігурації комутатора:

Один полюс подвійний кидок (SPDT) реле, які включають один загальний контакт (com), один, як правило, закритий (NC) контакт і один, як правило, відкритий (NO) контакт, зазвичай використовується в програмах, які потребують перемикання між двома ланцюгами.

Малюнок 6: Одиничні реле подвійного полюса

Один полюс одноразовий кидок (SPST) реле є простішими, лише один контакт NO та один COM, що підходить для базових програм включення/вимкнення.

Малюнок 7: Одиничний полюс одноразового реле

Подвійний полюс один кидок (DPST) реле Майте два набори незалежних контактів, кожен з яких керує окремим ланцюгом, корисним для управління двома незалежними схемами одночасно.

Малюнок 8: Подвійний полюс одноразовий реле

Подвійний полюс подвійний кидок (DPDT) реле, більш складні, мають два набори контактів, здатних перемикати два незалежні схеми, широко використовувані в системах, що потребують складного перемикання ланцюга.

Малюнок 9: Подвійний полюс подвійний кидок реле

Крім цього, реле класифікуються за функцією, структурою та застосуванням:

Електромагнітні реле є поширеними, використовуючи електромагнітні сили для роботи контактів.

Блокування реле підтримує свою державу навіть після втрати електроенергії, що підходить для заявок, що потребують утримання статусу.

Електронні перемикачі реле за допомогою електронних компонентів без механічного руху.

Непрофільні реле повертаються до початкового стану після втрати електроенергії, що відповідає миттєвим операціям.

Reed Relays використовують пробірку для швидкого реагування на низькі струми.

Високоносний реле обробляє високостільні ланцюги, тоді як невеликі реле-сигнальні реле ідеально підходять для низькогранних сигналів низької напруги.

Рисунок 10: Етеллі високої напруги

Реле з часом-затримки працюють після встановленого періоду, а теплові реле реагують на зміни температури.

Рисунок 11: реле часу в часі

Диференціальні реле чутливі до незначних змін струму або напруги, відстані реле змінюють зміни відстані, а автомобільні реле розроблені спеціально для транспортних засобів.

Реле частоти реагують на зміни частоти, поляризовані реле працюють за певних полярностей, обертові реле працюють шляхом обертання контактів, а послідовні реле функціонують у заздалегідь встановленому порядку.

Малюнок 12: частотні реле

Реле, що рухається, використовують рух котушки, реле Buchholz захищає трансформатори, реле безпеки використовується в системах безпеки, моніторинг реле нагляду за умовами схеми та реле заземлення виявляють проблеми заземлення.

Малюнок 13: Реле рухомості

Принципи робочих реле

Принципи робочих реле можна розділити на дві основні категорії: електромеханічні реле (ЕМР) та твердотільні реле (SSR).Обидва виконують подібні функції, але працюють за допомогою різних механізмів і підходять для різних застосувань.

Електромеханічні реле (ЕМР)

Електромеханічні реле покладаються на електромагнітні сили для переміщення механічних деталей та комутаторів.Існує два режими: зазвичай відкритий (ні) і зазвичай закритий (NC).

У нормально відкритому реле вторинна схема відкрита, коли реле не працює, запобігаючи потоку струму.Коли струм протікає через первинний ланцюг, електромагніт генерує магнітне поле.Це поле тягне арматуру, закриваючи контакт у вторинному ланцюзі і дозволяючи струму текти.

У нормально закритому реле вторинна схема закрита, коли реле не працює, що дозволяє струм протікати.Коли первинний ланцюг напружується, магнітне поле відштовхує арматуру, відкриваючи контакт і зупиняючи потік струму.Ця пряма конструкція робить EMR ідеальними для застосувань, які потребують фізичної ізоляції та чіткого механічного зворотного зв'язку.

Малюнок 14: Електромеханічна схема реле

Твердотільні реле (SSRS)

Однак твердотільні реле використовують напівпровідникові матеріали для комутації без механічних деталей.

Первинна сторона SSR містить світлодіод.Коли струм протікає, світлодіод випромінює фотони.Ці фотони проходять через оптичний з’єднувач до вторинної сторони.Енергія з фотонів дозволяє електронам у напівпровіднику P-типу перетинати бар'єр, створюючи потік струму та закриваючи вторинну схему.Коли світлодіод вимкнено, викиди фотонів припиняються, запобігаючи перетину бар'єру, який відкриває вторинний ланцюг.SSR пропонують переваги, як відсутність механічного зносу, швидкий час реагування та можливість обробки високочастотних операцій.Вони ідеально підходять для промислової автоматизації та систем управління комп'ютерами, що потребують швидкого та надійного перемикання.

Рисунок 15: Суцільна схема реле

Порівняльний аналіз

EMR мають перевагу завдяки механічним контактам, які можуть витримати великі сплески струму.SSR краще підходить через їх відсутність рухомих деталей, усуваючи механічний знос та зменшення оперативного шуму.Однак SSR можуть не виступати так само в екстремальних температурах або середовищах високого стресу через чутливість їх напівпровідникових компонентів.

У системах промислового контролю висока струм EMR ще більше необхідна.У системах управління комп'ютерами та системами обробки сигналів швидка реакція та низький шум SSR є більш бажаними.Вибір правильного типу реле передбачає розуміння цих принципів та відповідність їх конкретним потребам та умовам навколишнього середовища вашої програми.Ці знання дають можливість кращої конструкції схеми та оптимізації системи, підвищення загальної продуктивності та надійності.

Застосування реле

Реле відіграє важливу роль у сучасних електричних системах, використовуючи електричні сигнали для управління з'єднаннями ланцюга, забезпечення захисту та забезпечення автоматизації.

Аудіо обладнання

У аудіо підсилювачах реле перемикає вхідні сигнали, щоб забезпечити високоякісну аудіовину.Вони також захищають ланцюги від перевантажень або коротких схем, запобігаючи пошкодження підсилювача.Налаштуючи аудіосистему, ви можете почути чітке клацання, коли реле займається, забезпечуючи, щоб правильний вхід був направлений на підсилювач.

Модем

Реле в модемах перемикає лінії зв'язку, що дозволяє безшовні переходи між різними сигналами.Цей перемикання підвищує надійність передачі даних.

Автомобільні системи

У автомобілях соленоїди стартера для реле, що дозволяє двигун починати з управління поточним потоком.Вони також використовуються для управління автомобілями, склоочисниками та силовими вікнами.Наприклад, коли ви звертаєте ключ запалювання, ви активуєте реле, яке дозволяє стартерному двигуну скрутити двигун.

Системи управління освітленням

Реле автоматизує освітлення, відповідаючи на таймери або сигнал датчика, і вмикаючи ліхтарі або вимкнення, щоб заощадити енергію та збільшити зручність.У налаштуванні домашньої автоматизації встановлення реле може означати, що ваші світло вмикаються автоматично, коли ви заходите в кімнату.

Телекомунікації

У телекомунікаційних системах реле перемикає сигнали та захищають лінії, забезпечуючи стабільну та безпечну комунікацію.Працюючи над телекомунікаційною системою, ви оціните здатність реле обробляти високочастотне перемикання без зносу.

Контролери промислових процесів

Реле автоматизує контроль обладнання, забезпечуючи постійні та ефективні виробничі процеси.При програмуванні промислового контролера реле використовується для запуску та зупинки машин, управління конвеєрними ременами та контролем робототехнічних озброєнь.

Системи управління трафіком

Реле керують світлофорами, забезпечуючи впорядкований та безпечний потік руху.Як технік, ви можете встановити реле на світлофорі, де вони точно контролюють зміну сигналу на основі шаблонів руху.

Управління двигуном

Реле керування роботами двигуна шляхом переключення напрямку та потоку струму, що дозволяє запустити, зупинити та змінити.У ланцюгах управління двигуном реле дозволяє точно керувати функціями двигуна, необхідними для роботи машин.

Захист енергосистеми

Реле є життєво важливими в системах електроенергії, моніторингу струму та напруги, щоб швидко реагувати на умови перенапруження або перенапруження, захищаючи обладнання від пошкоджень.Для електриків розуміння налаштувань реле може бути корисним для захисту електричних систем.

Комп'ютерні інтерфейси

Реле включає передачу сигналу та ізоляцію між різними пристроями, забезпечуючи точність даних та стабільність системи.У обчисленнях реле допомагає взаємодіяти різні периферійні пристрої, забезпечуючи ізоляцію для запобігання пошкодження від електричних несправностей.

Домашня техніка

Операції з контролю реле в домашніх пристроях, таких як пральні машини, холодильники та кондиціонери, що дозволяє автоматизовано та енергоефективно функціональність.Ремонтуючи прилади, ви часто заміните або усунуте реле, щоб відновити належну роботу.

Більш широкі програми

Реле також використовуються в системах розподілу електроенергії, аварійному перемиканні живлення, розумних домашніх системах, робототехніці та медичних пристроях.Їх здатність точно контролювати електричні сигнали підвищує надійність системи та безпеку в різних застосуванні.

Завдяки цим різноманітним використанням, реле забезпечують захист обладнання, ефективну експлуатацію та надійність системи.Розуміння їх принципів та застосувань роботи може значно покращити проектування та оптимізацію електричної системи, задовольняючи потреби складних та вимогливих середовищ.

Як перевірити реле?

З часом продуктивність реле може погіршитися, що призведе до невдачі.У цей час регулярні тестування та обслуговування дуже необхідні для того, щоб реле продовжувало працювати плавно та безпечно.Ось кілька детальних методів ефективного тестування реле та забезпечення його надійності та безпеки.

Тестування реле з мультиметром - це звичайний і простий метод.

Почніть з видалення реле з ланцюга, щоб отримати точні результати.Використовуйте мультиметр для вимірювання опору реле контактів.Для нормально відкритого (NO) контакту він повинен виявляти високий опір, коли реле не підходить до напруги та низького опору при напрузі.Зазвичай закритий (NC) контакт повинен виявляти низький опір, коли не під напругою та високий опір при напрузі.Якщо значення опору не так, як очікувалося, реле може бути несправним і потребує подальшої перевірки чи заміни.

Створення простої тестової ланцюга - ще один ефективний спосіб тестування реле.

Побудуйте базову схему на дошці, яка включає джерело живлення, перемикач та реле.Перед тим, як живити ланцюг, контакт NO повинен бути відкритий, а контакт NC повинен бути закритий.Коли потужність застосовується, електромагнітна котушка реле повинна активізуватися, внаслідок чого контакт без закриття та контакт NC відкрився.Перевірте зміну станів контактів, щоб визначити, чи реле працює правильно.

Блок живлення постійного струму забезпечує прямий та ефективний метод тестування реле.

Прикріпіть шпильки котушки реле до джерела живлення постійного струму.Повільно збільшуйте напругу і дотримуйтесь реле контактів.Реле повинно перемикатися на його номінальну напругу.Якщо вона не перемикається, котушка може бути витримана або пошкоджена, або внутрішні механічні деталі можуть застрягти.

Використання ваших почуттів також може допомогти у тестуванні реле.

Коли реле увімкнено і вимикається, ви повинні почути чіткий звук "клацання", що вказує на те, що механічні частини рухаються.Використовуйте світлодіодні або інші індикатори, підключені до реле контактів.Коли реле перемикається, світлодіод повинен увімкнути або вимкнути відповідно.

Будь ласка, зверніть увагу на безпеку під час роботи та забезпечуйте безпеку під час тестування, особливо при використанні високошвидкісної електроніки.Носіть відповідну захисну передачу та використовуйте ізольовані інструменти, щоб уникнути електричних ударів.

Висновок

Складний дизайн та універсальне застосування реле підкреслюють свою незамінну роль у сучасних технологіях.Незалежно від промислової автоматизації, автомобільних систем чи домашніх приладів, реле забезпечують точний контроль над електричними ланцюгами, підвищуючи як ефективність, так і безпеку.Через детальну конструкцію, що включає такі компоненти, такі як електромагніти та механічні контакти, реле може керувати високими струмами та захищати чутливе обладнання від пошкоджень.Відмінність між електромеханічними реле (ЕМР) та твердотільними реле (SSR) додатково підкреслює пристосованість реле до різних операційних вимог, причому EMR пропонують надійну продуктивність у високогранних додатках та SSR, що знаходяться в середовищах, що потребують швидкого та мовчазного перемикання.Регулярне тестування та технічне обслуговування за допомогою таких методів, як перевірка опору з мультиметром або будівництво тестового ланцюга, допоможе забезпечити довгострокову надійну роботу.За допомогою всебічного розуміння та використання можливостей реле, інженери та технічні працівники можуть значно підвищити проектування та продуктивність електричних систем, задовольняючи постійно розвиваються потреби різних застосувань.

Часті запитання [FAQ]

1. Як реле працює в ланцюзі?

Реле працює в ланцюзі за допомогою електромагніту для механічного експлуатації комутатора.Коли електричний струм проходить через котушку реле, він генерує магнітне поле, яке приваблює рухому арматуру, внаслідок чого він змінює стан контактів перемикача (відкривається або закривається).Це дозволяє сигналу низької потужності керувати ланцюгом більш високої потужності.

2. Навіщо потрібно реле в ланцюзі?

Контроль пристроїв з високою потужністю: реле дозволяє керувати сигналом низької потужності для перемикання навантажень з високою потужністю.

Ізолярні ланцюги: Вони забезпечують електричну ізоляцію між контрольними та навантаженими ланцюгами, підвищуючи безпеку.

Виконайте логічні функції: реле можна використовувати для створення складних систем управління, які потребують декількох входів та виходів.

3. Які три основні функції реле?

Перемикання: реле перемикання електричних ланцюгів увімкнення та вимкнення.

Ізоляція: вони виділяють різні частини ланцюга для захисту чутливих компонентів від високих струмів або напруг.

Контроль: Реле дозволяє одній схемі керувати іншою, що дозволяє автоматизації та складній логіці управління.

4. Як ви перевіряєте реле?

Використання мультиметра: виміряйте опір котушки та контактів реле.Котушка повинна мати певне значення опору, тоді як нормально відкриті (NO) контакти повинні демонструвати високий опір при знежиренному та низькому при напрузі.Зазвичай закриті (NC) контакти повинні показувати навпаки.

Створення тестової схеми: Підключіть реле до джерела живлення та навантаження.Коли живлення застосовується до котушки реле, контакти повинні перемикати стани (ні, не повинно закриватися, NC повинна відкриватися).

Прослуховування клацання: Коли реле активується, ви повинні почути звук, що вказує на механічний рух контактів.

5. Що може спричинити невдачу реле?

Механічний знос: повторна робота може зношуватися механічними деталями.

Електрична стрічка: Високі струми можуть спричинити виникнення в контактах, що призводить до піттінгу та пошкоджень.

Невдача котушки: Надмірна напруга або тривале використання може пошкодити котушку реле.

Забруднення: пил, бруд або волога можуть заважати механічному руху та електричним контактам.

Термічне напруження: високі температури можуть погіршити матеріали та викликати несправність.