Princip činnosti a konstrukce elektromagnetického relé

Během vývoje technologie inteligentních budov se relé začala používat ve spojení s programovatelnými logickými automaty. Hlavní úlohou relé je ovládat různé funkce chytré budovy: jejich zapínání a vypínání.

Mohou to být buď plnohodnotné skříně – umístěné v panelu, nebo mít kompaktní velikosti těla pro instalaci do montážní krabice za vypínačem, nebo dokonce být bez rámu pro další zvýšení kompaktnosti.

Podívejme se blíže na to, co jsou relé, k čemu jsou potřebná a co mohou ovládat:

Relé – Toto je elektricky ovládaný spínač. Tradičně relé používá k mechanickému ovládání spínače elektromagnet. Novější verze však budou využívat elektroniku. Takové relé se nazývá polovodičové relé.

Relé se používají, když je třeba řídit elektrický obvod signálem nízkého výkonu nebo když je třeba ovládat více obvodů jedním signálem.

Relé zajišťují úplnou elektrickou izolaci mezi řídicím a řízeným obvodem. Relé se často používají v obvodech ke snížení proudu protékajícího primárním ovládacím spínačem.

K zapínání a vypínání mnohem větších zátěží lze použít relativně nízký proudový spínač, časovač nebo senzor.

Relé má dva hlavní obvody: primární a sekundární. Primární obvod poskytuje řídicí signál pro ovládání relé. To lze ovládat například pomocí ručního spínače, termostatu nebo široké škály typů senzorů.

Primární obvod je obvykle připojen k nízkonapěťovému stejnosměrnému zdroji. Sekundární okruh je okruh obsahující zátěž, kterou je třeba spínat a ovládat.

Když mluvíme o zátěži, máme na mysli jakékoli zařízení, které bude spotřebovávat elektřinu. Jako je žárovka, brána nebo běžná zásuvka.

Na primární straně máme elektromagnetickou cívku. Je to induktor, který při průchodu proudu vytváří magnetické pole.

Když elektřina prochází drátem, vytváří elektromagnetické pole.

Můžeme to vidět umístěním kompasu kolem měděného drátu.

Když procházíme vodičem proud, střelky kompasu mění směr a otáčejí se podle elektromagnetického pole. Když namotáme drát kolem cívky, magnetická pole všech drátů se spojí a vytvoří silnější magnetické pole.

Na konci elektromagnetu je kotva. Toto je malá pohyblivá část. Když je elektromagnet vybuzen, přitahuje kotvu. Po odpojení elektromagnetu se kotva vrátí do původní polohy. Zpravidla se k tomu používá malá pružina spojená s kotvou pohyblivým kontaktem.

Když je kotva přitažena k elektromagnetu, vytvoří a otevře obvod na sekundární straně. Máme dva základní typy relé: normálně rozepnuté a normálně sepnuté. Existují i ​​další typy relé, na ty se podíváme o něco později.

U normálně otevřeného typu neteče v sekundárním okruhu žádný proud, takže zátěž je vypnutá. Při průchodu proudu primárním obvodem se v elektromagnetu indukuje magnetické pole.

Toto magnetické pole přitahuje kotvu a přitahuje pohyblivý kontakt, dokud se nedotkne svorek sekundárního obvodu.

Tím je obvod dokončen a dodává energii do zátěže.

U normálně uzavřeného typu je sekundární okruh uzavřen a zátěž je tedy zapnuta. Při průchodu proudu primárním obvodem elektromagnetické pole způsobí odpuzování kotvy, čímž se otevře kontakt a obvod se přeruší. Tím se přeruší tok proudu do zátěže.

Polovodičová relé fungují podobným způsobem, ale na rozdíl od elektromechanických relé nemají žádné pohyblivé části. Polovodičové relé využívá elektrické a optické vlastnosti polovodičových polovodičů k zajištění izolace mezi vstupem a výstupem a také k implementaci spínací funkce.

U tohoto typu zařízení máme místo elektromagnetu LED na primární straně. LED poskytuje optickou komunikaci nasměrováním paprsku světla skrz mezeru do přijímače z fotosenzitivního tranzistoru. Činnost tohoto typu relé ovládáme jednoduše rozsvícením a zhasnutím LED.

Fototranzistor funguje jako izolátor a nepropouští proud, pokud není vystaven světlu. Uvnitř fototranzistoru jsou různé vrstvy polovodičových materiálů.

Existuje typ N a typ P, které jsou nalisovány proti sobě. Materiály typu n a typu n jsou vyrobeny z křemíku, ale každý je smíchán s jinými látkami, aby se změnily jejich elektrické vlastnosti. Typ H obsahuje nečistoty, které mu dávají mnoho dalších volných elektronů.

Mohou se přesunout k jiným atomům. P-typ má nečistoty jiných látek, které mají méně elektronů.

Na této straně je tedy spousta volného prostoru pro pohyb elektronů. Když se takové materiály spojí dohromady, vytvoří se elektrická bariéra, která brání pohybu elektronů.

Když se však LED rozsvítí, emituje částice zvané fotony. Foton narazí na materiál typu n a vyrazí elektrony a protlačí je přes bariéru do materiálu typu n. Elektrony první bariéry nyní mohou také přeskakovat a tak vzniká elektrický proud. Jakmile LED zhasne, fotony přestanou vyrážet elektrony skrz bariéru, takže proud na sekundární straně se zastaví. Tímto způsobem můžeme ovládat sekundární okruh jednoduše pomocí paprsku světla.

Jak jsme viděli dříve, máme normálně otevřené relé. To znamená, že zátěž na sekundární straně je odpojena, dokud není obvod na primárním vinutí dokončen. To bychom mohli využít k ovládání ventilátoru např. pomocí bimetalového proužku jako spínače na primární straně.

Bimetalový pás se bude ohýbat, když se teplota zvýší. Při určité teplotě zkratuje cíl a zapne ventilátor, aby se zajistilo určité chlazení.

Existují také normálně sepnutá relé. To znamená, že zátěž na sekundární straně je zapnutá. Mohli bychom například ovládat jednoduchý čerpací systém pro udržení určité hladiny vody v nádrži. Když je hladina vody nízká, čerpadlo se zapne, ale jakmile hladina dosáhne limitu, který potřebujeme, primární okruh se uzavře a vypne kontakt, který zase vypne napájení čerpadla.

Ve standardním normálně otevřeném relé, jakmile je primární okruh bez napětí, elektromagnetické pole zmizí a pružina vrátí kontakt do původní polohy.

Někdy však chceme, aby sekundární okruh zůstal pod napětím i po otevření primárního okruhu. K tomu můžeme použít západkové relé. Když například stiskneme tlačítko pro přivolání výtahu, chceme, aby světlo na tlačítku zůstalo rozsvícené, aby uživatel věděl, že se výtah blíží. Takže zde můžeme použít západkové relé.

Existuje mnoho různých konstrukcí pro tento typ relé, ale náš velmi zjednodušený příklad měl tři samostatné obvody a mezi nimi je umístěn dřík.

První obvod je volací tlačítko, druhý je kontrolka a třetí je resetovací obvod. Po stisknutí volacího tlačítka se obvod dokončí a aktivuje elektromagnet. Tím se zatáhne za stopku a dokončí se obvod pro rozsvícení lampy. Signál je také odeslán do ovladače výtahu, aby poslal výtah dolů. Tlačítko se uvolní, tím se vypne napájení počátečního obvodu, ale protože tyč není odpružená, zůstane na místě a lampa zůstane svítit. Jakmile kabina výtahu dosáhne spodního patra, dostane se do kontaktu s koncovým spínačem. Tím se aktivuje druhý elektromagnet a posune tyč stranou, čímž se přeruší napájení lampy.

Hlavní výhodou západkových relé je tedy zachování polohy. Jakmile jsou aktivovány, zůstanou ve svém posledním stavu bez jakéhokoli dalšího vstupního signálu nebo proudu.

Relé mohou být jednopólová nebo dvoupólová. Pojem pól se vztahuje k počtu sepnutých kontaktů při přivedení napětí na relé. Tímto způsobem je možné napájet více než jeden sekundární okruh pomocí jednoho primáru.

Mohli bychom například použít dvoupólové relé k ovládání chladicího ventilátoru a také výstražné kontrolky. Ventilátor a lampa jsou obvykle vypnuté, ale když se bimetalový pásek na primárním okruhu dostatečně zahřeje, ohne se a okruh se dokončí. Tím vznikne elektromagnetické pole a sepnou se oba kontakty na sekundární straně. To zajišťuje napájení chladicího ventilátoru a také výstražné kontrolky. Když se zabýváme relé, často se díváme na vstupy, nazývané póly, a výstupy, nazývané směry.

Obousměrné relé kombinuje normálně otevřený a normálně uzavřený obvod. Dvojité relé se také nazývá přepínací relé, protože střídá nebo přepíná mezi dvěma sekundárními obvody.

V tomto příkladu, když je primární okruh otevřený, pružina na sekundární straně přitáhne kontakt ke svorce B a napájí lampu. Ventilátor zůstává vypnutý, protože okruh není uzavřen.

Po přivedení napětí na primární stranu elektromagnet přitáhne kontakt ke svorce A a vybije elektřinu, tentokrát napájí ventilátor a zhasíná lampu. Můžeme tedy použít tento typ relé k ovládání různých obvodů v závislosti na události.

K ovládání dvou stavů na dvou samostatných okruzích se používá dvoupólové přepínací relé. Zde můžeme vidět takové relé. Pokud není primární okruh uzavřen, jsou svorky T1 a T2 připojeny ke svorkám B a D. Červená LED a kontrolka jsou pod napětím. Když je primární okruh uzavřen, T1 a T2 jsou připojeny na svorky A a C – ventilátor se zapne a rozsvítí se zelená LED.

Při práci s elektromagnety musíme počítat i se zpětnou elektromotorickou silou nebo stručně řečeno s obrácenou EMF. Když cívku napájíme, elektromagnetické pole dosáhne své maximální hodnoty a magnetické pole akumuluje energii. Když vypneme proud, elektromagnetické pole slábne a rychle uvolňuje nahromaděnou energii. Toto slábnoucí pole dále tlačí elektrony a proto se nám vrací emf. To není dobré, protože to může způsobit velké napěťové rázy, které poškodí náš obvod.

Abychom se této situaci vyhnuli, můžeme použít diodu. Dioda umožňuje proudění proudu pouze jedním směrem.

Takže při normálním provozu teče proud do cívky, ale když vypneme napájení, zadní EMF bude tlačit elektrony a tak teď dioda poskytne cestu, aby se energie bezpečně rozptýlila, aby nepoškodila náš obvod.

Naučte se, jak nastavit systémy chytré domácnosti