Овладяване на релейна технология: изграждане, видове, принципи на работа и методи за тестване

Релетата са основни компоненти в съвременните електрически системи, които служат като гръбнак за контролиране на вериги, защита на устройства и автоматизиране на процесите.В основата си релетата са електромеханични превключватели, които използват електрически сигнал за контрол на отвора или затварянето на веригите.Тази съществена функция се постига чрез сложното взаимодействие на различни компоненти, като електромагнити, механични контакти и точки на превключване.Най -често срещаният тип, електромагнитното реле, разчита на магнитни сили, генерирани от ток, преминаващ през намотка, която след това премества механични контакти, за да промени състоянието на веригата.Разбирането на подробната структура, видовете, принципите на работа и практическите приложения на релетата е полезно за оптимизиране на тяхното използване в различни технически среди.

Каталог

Фигура 1: реле

Какво е реле?

Релето е електромеханично устройство, което използва електрически сигнал за отваряне или затваряне на верига.Това устройство използва магнитната сила, генерирана от електромагнит за привличане или освобождаване на механични контакти, променяйки състоянието на веригата без ръчна намеса.Има различни видове релета, като електромагнитните релета са най -често срещаните.

Електромагнитното реле се състои предимно от няколко компонента: електромагнит, механични контакти, точки на превключване и пружина за нулиране.Електромагнитът се създава чрез намотка на медна тел около метална сърцевина, като краищата на бобината са свързани към щифтовете на релето, обикновено захранващите щифтове.Когато електрическият ток преминава през тези намотки, електромагнитът генерира магнитна сила, която движи механичните контакти, като по този начин свързва или изключва веригата.

Фигура 2: Електромагнитно реле

Тези механични контакти се движат в отговор на атракцията или освобождаването на магнита, постигайки отвора или затварянето на веригата.Точките на превключвателя обработват високи токове и включват нормално отворени (не), нормално затворени (NC) и общи (COM) контакти.Изворната пружина функционира за връщане на контактите в първоначалното си положение след изключване на електромагнита, като се гарантира, че веригата може да се върне към прекъсването на състоянието си след по подразбиране.

Релетата са приложими както в постоянен ток, така и в променливи вериги.В променливотоковите вериги, поради периодичната промяна в тока, релетата могат да загубят магнетизъм, когато токът падне до нула, което води до отваряне на веригата.За да се противодейства на този проблем, променливите релета често включват специални дизайни, като допълнителни електронни вериги или екранирани намотки, за да се поддържа непрекъснат магнетизъм.

Дизайнът на релето също взема предвид подобренията в производителността и надеждността.Например, намотките на електромагнит използват високопроводими материали и са проектирани в специфични форми и размери, за да оптимизират магнитната якост и енергийната ефективност.Механичните контакти и точките на превключване се правят от материали с висока устойчивост на износване и проводимост, за да се гарантира издръжливост и надеждност при честа работа.

Твърдо състояние релетата използват полупроводникови материали, за да заменят механичните компоненти, работни вериги чрез управление на полупроводникови проводими и прекъсване.В тези релета липсват механични движещи се части, което води до по -бързи времена на реакция и по -дълъг живот, което ги прави идеални за приложения, изискващи често превключване.

Фигура 3: Твърдо състояние реле

Релетата се използват широко в индустриалната автоматизация, домакинските уреди, телекомуникационното оборудване и системите за контрол на движението.Те не само контролират операциите на веригата, но и изпълняват сложни логически функции за управление и защита.С напредването на технологиите релетата непрекъснато се развиват по методите на структурата, материалите и контрола, като значително подобряват тяхната производителност и стойността на приложението.

Структурата на релето

Изграждането на реле включва няколко важни части: щифтове, намотка, желязна ядро, арматура, нулиране на пружината, движещ се контакт и фиксиран контакт.Нека разгледаме всеки компонент и как работят заедно в типична операция。

Фигура 4: Структурата на електромагнитното реле

Пин: Релетата се отличават с два вида щифтове - щифтове и превключващи щифтове.Персиите за превключване включват нормално затворени (NC), обикновено отворени (NO) и общи (COM) контакти.

Намотка и желязо ядро: Сърцето на релето е намотката, обвита около желязна сърцевина.Когато електрически ток тече през бобината, той генерира магнитно поле около желязната сърцевина.

Арматура: Това е подвижната част вътре в релето.Активирана от магнитното поле, създадено, когато намотката се захранва, арматурата се движи, променяйки състоянието на контакт между движещите се и фиксирани контакти.

Нулиране на пружината: Свързана с арматурата, пружината за нулиране осигурява необходимата сила за връщане на арматурата в първоначалното си положение, когато намотката се дезактивира.

Преместващ контакт: Прикрепен към арматурата, този контакт измества позицията си заедно с арматурата.Или прави или прекъсва контакт с фиксирания контакт в зависимост от състоянието на релето.

Фиксиран контакт: Фиксираните контакти са разделени на NC и няма видове.Контактът с NC остава затворен, когато релето се дезактивира и се отваря при зареждане с енергия.Обратно, без контакт е отворен, когато се дезактивира и се затваря при енергизация.

При контрола на релето е обичайно да се използва схема за окабеляване, включваща NPN транзистор, особено когато контролните устройства като Arduino или Integrated Circuit не могат директно да задвижват релето.Основата на NPN транзистора получава ток през основен резистор, активирайки транзистора.Това позволява на тока да тече от колектора към излъчвателя, захранвайки релевата намотка.Когато транзисторът се изключи, срутителното магнитно поле генерира скок на напрежението, който се смекчава от диод за връщане, за да защити транзистора.

Например, автоматична верига на уличната светлина, използваща светло-зависим резистор (LDR) и релета, може да бъде контролирана чрез два NPN транзистора.Устойчивостта на LDR нараства в тъмнината и намалява през дневна светлина, контролирайки състоянията на движение и изключване на транзисторите.Когато LDR открива намалени нива на светлина (например през нощта), съпротивлението му се увеличава, включвайки първия транзистор, последван от втория, като по този начин зарежда релевата намотка, затваряйки релето контактите и включване на уличната светлина.Обратно, когато нивата на светлината се увеличават (например през деня), съпротивлението на LDR намалява и транзисторите се изключват, дезактивирайки релевата намотка, отваряйки контактите и изключвайки уличната светлина.

Този дизайн гениално комбинира характеристиките на множество компоненти, за да контролира работата на чувствителния към светлината резистор, транзисторите и релето ефективно.Той не само повишава енергийната ефективност, но и удължава живота на уличните светлини и намалява разходите за поддръжка.Подобни дизайни предлагат по -задълбочено разбиране за това как релетата функционират в практическите приложения и как тяхната ефективност може да бъде оптимизирана, за да отговаря на различни изисквания.

Видове релета

Релетата се предлагат в два основни типа: твърдо състояние на релета (SSR) и електромеханични релета (EMRs).Всяка от тях има различни структурни различия и възможности за изпълнение, които отговарят на различни приложения.

Твърдо състояние релета (SSRS): SSR работят без движещи се части, използвайки полупроводникови материали за превключване на вериги.Тази липса на механични части позволява по-бързи скорости на превключване и намалява механичното износване, което прави SSR идеалните за приложения, изискващи бърза реакция и високочестотна работа, като промишлена автоматизация и системи за контрол на компютъра.

Електромеханични релета (EMR): EMR се състоят от подвижни механични части и използват електромагнитна сила за отваряне или затваряне на контакти.Тези движещи се части могат да се носят с течение на времето и скоростта на реакцията им може да не съвпада с тези на SSR, което може да бъде ограничение в определени приложения.

EMR също са невероятно разнообразни, всеки тип, съобразен с конкретни сценарии:

Релетата на фиксирането поддържат позицията си, докато се превключват и са идеални за приложения, изискващи стабилни състояния, като резервно копие на паметта или цикъл на захранване.

Рейд релета, съдържащи превключвател на тръстика в намотката, се отличават във високоскоростни превключващи среди, като комуникационно оборудване и инструменти за тестване.

Фигура 5: Рейд релета

Поляризираните релета са проектирани така, че да предотвратяват неправилни връзки на полярността, като гарантират, че постояннотоковите вериги работят правилно, дори когато полярността е обърната.

Високочестотните релета се правят за надеждна работа във високочестотни приложения като устройства за безжична комуникация, където бързото превключване е често.

Релетата също варират в зависимост от конфигурацията на превключвателя:

Единични релета с двойно хвърляне (SPDT), които включват един общ контакт (COM), един нормално затворен (NC) контакт и един нормално отворен (NO) контакт, обикновено се използват в приложения, които изискват превключване между две вериги.

Фигура 6: Релета с двойни хвърляния на един полюс

Единични полюсни единични хвърляния (SPST) релета са по -прости, само с един не и един COM контакт, подходящи за основни приложения за включване/изключване.

Фигура 7: Единични релета за единично хвърляне

Двойни полюсни единични хвърляния (DPST) релета Имайте два набора независими контакти, всеки от които контролира отделна верига, полезни за едновременно управление на две независими вериги.

Фигура 8: Двойни полюсни релета с единични хвърляния

Двойни полюсни двойни хвърляния (DPDT) релета, по -сложен, има два набора от контакти, способни да превключват по две независими схеми всяка, широко използвана в системи, нуждаещи се от сложно превключване на веригата.

Фигура 9: Двойни релета с двойни полюси с двойни хвърляния

Отвъд тях релетата се категоризират по функция, структура и приложение:

Електромагнитните релета са често срещани, използвайки електромагнитни сили за работа на контакти.

Заключващите релета поддържат състоянието си дори след загуба на мощност, подходящи за приложения, изискващи задържане на състоянието.

Превключвател на електронни релета, използвайки електронни компоненти без механично движение.

Не-заключващите релета се връщат в първоначалното си състояние след загуба на мощност, приспособявайки се за моментни операции.

Релетата на тръстика използват тръбна тръба за приложения с нисък ток с бърз отговор.

Релетата с високо напрежение се справят с вериги с високо напрежение, докато релетата с малки сигнали са идеални за сигнали с нисък ток, ниско напрежение.

Фигура 10: Релета с високо напрежение

Релетата за забавяне на времето работят след определен период, а термичните релета реагират на температурните промени.

Фигура 11: Релета за забавяне на времето

Диференциалните релета са чувствителни към незначителни промени в тока или напрежение, релетата на разстоянието наблюдават промените в разстоянието, а автомобилните релета са създадени специално за превозни средства.

Честотните релета реагират на честотните промени, поляризираните релета работят при специфични полярности, въртящи се релета работят чрез въртящи се контакти и последователни функции на релетата в предварително зададен ред.

Фигура 12: Честотни релета

Движещите се релета използват движението на бобина, Buchholz Relays защитава трансформаторите, предпазните релета се използват в системите за безопасност, мониторинг на релетата наблюдават условията на веригата и релетата на наземните повреди откриват проблеми с заземяването.

Фигура 13: Преместване на релета

Работни принципи на релетата

Работните принципи на релетата могат да бъдат разделени на две основни категории: електромеханични релета (EMR) и твърдо състояние на релета (SSR).И двете обслужват подобни функции, но работят чрез различни механизми и са подходящи за различни приложения.

Електромеханични релета (EMR)

Електромеханичните релета разчитат на електромагнитните сили за преместване на механични части и превключване на вериги.Има два режима: обикновено отворени (не) и обикновено са затворени (NC).

В нормално отворено реле вторичната верига е отворена, когато релето не се захранва, предотвратявайки потока на тока.Когато токът преминава през първичната верига, електромагнитът генерира магнитно поле.Това поле издърпва арматурата, затваря контакта във вторичната верига и позволява на тока да тече.

В нормално затворено реле вторичната верига се затваря, когато релето не се захранва, което позволява да тече токът.Когато първичната схема се захранва, магнитното поле изтласква арматурата далеч, отваряйки контакта и спиращ потока на тока.Този пряк дизайн прави EMR идеални за приложения, нуждаещи се от физическа изолация и ясна механична обратна връзка.

Фигура 14: Диаграма на веригата на електромеханични релета

Твърди състояния (SSRS)

Въпреки това, твърдото релето използва полупроводникови материали за превключване без механични части.

Основната страна на SSR съдържа светодиод.Когато токът тече, LED излъчва фотони.Тези фотони преминават през оптичен съединител към вторичната страна.Енергията от фотоните дава възможност на електроните в полупроводника на P-тип да пресекат бариера, създавайки токов поток и затваряне на вторичната верига.Когато светодиодът е изключен, емисиите на фотони спира, като предотвратяват пресичането на електроните, която отваря вторичната верига.SSR предлагат предимства като без механично износване, време за бързо реагиране и способност за справяне с високочестотни операции.Те са идеални за индустриални системи за автоматизация и компютърно управление, изискващи бързо и надеждно превключване.

Фигура 15: Диаграма на веригата с твърдо състояние на релета

Сравнителен анализ

EMR имат предимство поради механичните си контакти, които могат да издържат на големи токови скокове.SSR са по -подходящи поради липсата на движещи се части, елиминирайки механичното износване и намалявайки оперативния шум.Въпреки това, SSR може да не се представя толкова добре при екстремни температури или среди с висок стрес поради чувствителността на техните полупроводникови компоненти.

В системите за индустриален контрол, високата токова способност на EMR е още по -необходима.В системите за контрол на компютъра и обработка на сигнали бързата реакция и ниският шум на SSR са по -желани.Изборът на правилния тип реле включва разбиране на тези принципи и съпоставянето им с специфичните нужди и условията на околната среда на вашето приложение.Тези знания позволяват по -добър дизайн на веригата и оптимизация на системата, подобряване на общата производителност и надеждност.

Приложения на релета

Релетата играят важна роля в съвременните електрически системи, като използват електрически сигнали за контрол на връзките на веригите, осигуряващи защита и позволяват автоматизация.

Аудио оборудване

При аудио усилватели релетата превключват входните сигнали, за да осигурят висококачествен аудио изход.Те също така защитават веригите от претоварвания или късо съединение, предотвратявайки увреждане на усилвателя.Когато настройвате аудио система, може да чуете ясно щракване, тъй като релето се ангажира, като гарантира, че правилният вход е насочен към усилвателя.

Модеми

Релетата в модемите превключват комуникационните линии, позволявайки безпроблемни преходи между различни сигнали.Това превключване повишава надеждността на предаването на данни.

Автомобилни системи

В автомобилите, Relays контролират стартовите соленоиди, което позволява на двигателя да започне с управлението на текущия поток.Те се използват и за контролиране на светлините на автомобила, чистачките и прозорците.Например, когато завъртите ключа за запалване, активирате реле, което позволява на стартерния двигател да увива двигателя.

Системи за контрол на осветлението

Релетата автоматизират осветлението, като реагират на таймери или сензорни сигнали и включване или изключване на светлините, за да спестят енергия и да увеличат удобството.В настройка на домашната автоматизация инсталирането на реле може да означава, че светлините ви се включват автоматично, когато влезете в стая.

Телекомуникации

В телекомуникационните системи релетата превключват сигналите и защитават линиите, като осигуряват стабилна и сигурна комуникация.Работейки върху телекомуникационна система, ще оцените способността на релето да се справя с високочестотно превключване без износване.

Промишлени контролери на процесите

Релетата автоматизират контрола на оборудването, като осигуряват непрекъснати и ефективни производствени процеси.При програмиране на индустриален контролер се използват релета за стартиране и спиране на машини, управление на конвейерните ленти и контролни роботизирани рамена.

Системи за контрол на движението

Релетата управляват светофарите, като осигуряват подреден и безопасен трафик.Като техник можете да инсталирате релета в светофарите, където те точно контролират промените в сигнала въз основа на моделите на трафика.

Контрол на двигателя

Релета за управление на двигателя Операции чрез превключване на посоката и потока на тока, което позволява стартиране, спиране и обръщане на двигателя.В веригите за управление на двигателя релетата позволяват прецизен контрол върху функциите на двигателя, от съществено значение за работата на машините.

Защита на електроенергийната система

Релетата са жизненоважни в енергийните системи, наблюдават тока и напрежението за бързо реагиране на условия на свръхток или пренапрежение, предпазвайки оборудването от повреда.За електротехниците разбирането на настройките на релето може да бъде полезно за защита на електрическите системи.

Компютърни интерфейси

Релетата позволяват предаване на сигнал и изолация между различни устройства, като гарантират точността на данните и стабилността на системата.При изчисленията релетата помагат за свързване на различни периферни устройства, осигурявайки изолация за предотвратяване на повреди от електрически разломи.

Домашни уреди

Операциите за контрол на релетата в домакински устройства като перални машини, хладилници и климатици, които позволяват автоматизирана и енергийно ефективна функционалност.Когато ремонтирате уреди, често ще заменяте или отстранявате релетата за възстановяване на правилната работа.

По -широки приложения

Релетата се използват и в системите за разпределение на мощността, аварийното превключване на мощността, интелигентните домашни системи, роботиката и медицинските изделия.Способността им да контролират точно електрическите сигнали повишават надеждността и безопасността на системата в различни приложения.

Чрез тези разнообразни приложения релетата гарантират защита на оборудването, ефективна работа и надеждност на системата.Разбирането на техните работни принципи и приложения може значително да подобри проектирането и оптимизацията на електрическата система, засягайки нуждите на сложна и взискателна среда.

Как да тествам реле?

С течение на времето представянето на релето може да се влоши, което води до провал.По това време редовното тестване и поддръжка са много необходими, за да се гарантира, че релето продължава да работи гладко и безопасно.Ето някои подробни методи за ефективно тестване на реле и гарантиране на неговата надеждност и безопасност.

Тестването на реле с мултицет е често срещан и лесен метод.

Започнете с премахване на релето от веригата, за да получите точни резултати.Използвайте мултицета, за да измервате съпротивлението на релейни контакти.За нормално отворен (NO) контакт, той трябва да покаже високо съпротивление, когато релето не се захранва и ниско съпротивление при зареждане.Обикновено затворен (NC) контакт трябва да покаже ниско съпротивление, когато не е заредено с енергия и високо съпротивление, когато се захранва.Ако стойностите на съпротивлението не са както се очаква, релето може да бъде дефектно и да се нуждае от допълнителна проверка или подмяна.

Създаването на проста тестова схема е друг ефективен начин за тестване на реле.

Конструирайте основна верига върху дъска, която включва захранване, превключвател и релето.Преди да захранвате веригата, без контакт трябва да бъде отворен и контактът с NC трябва да бъде затворен.Когато се прилага мощността, електромагнитната намотка на релето трябва да се активира, което води до затваряне на контакта без контакт и NC контактът да се отвори.Проверете промяната в състоянията на контактите, за да определите дали релето работи правилно.

DC захранване осигурява директен и ефективен метод за тестване на реле.

Прикрепете щифтовете на намотката на релето към захранването на постоянен ток.Бавно увеличете напрежението и наблюдавайте контактите на релето.Релето трябва да превключва при номиналното му напрежение.Ако не успее да се превключи, намотката може да бъде отлежала или повредена, или вътрешни механични части могат да бъдат заседнали.

Използването на вашите сетива също може да помогне при тестване на реле.

Когато релето се захранва и изключва, трябва да чуете отчетлив звук „щракване“, показващ, че механичните части се движат.Използвайте светодиод или други индикатори, свързани към релейни контакти.Когато релето се превключи, светодиодът трябва да се включи или изключи съответно.

Моля, обърнете внимание на безопасността по време на експлоатация и гарантирайте безопасността по време на тестване, особено когато използвате високоскоростна електроника.Носете подходяща защитна предавка и използвайте изолирани инструменти, за да избегнете токови удари.

Заключение

Сложният дизайн и многостранните приложения на релетата подчертават тяхната незаменима роля в съвременните технологии.Независимо дали в индустриалната автоматизация, автомобилните системи или домашните уреди, релетата осигуряват прецизен контрол върху електрическите вериги, подобрявайки както ефективността, така и безопасността.Чрез подробна конструкция, включваща компоненти като електромагнити и механични контакти, релетата могат да управляват високи токове и да предпазят чувствителното оборудване от повреда.Разграничаването между електромеханичните релета (EMRS) и твърдо състояние (SSRS) допълнително подчертава адаптивността на релетата към различни оперативни изисквания, като EMRS предлага стабилна ефективност при приложения с висок ток и SSR, които се отличават в среди, изискващи бързо и безшумно превключване.Редовното тестване и поддръжка с помощта на методи като проверка на съпротивлението с мултицет или изграждане на тестова верига ще ви помогне да се осигури дългосрочна надеждна работа.Чрез всеобхватно разбиране и използване на възможностите на релетата, инженерите и техниците могат значително да подобрят дизайна и работата на електрическите системи, отговарящи на непрекъснато развиващите се нужди на различни приложения.

Често задавани въпроси [FAQ]

1. Как работят релетата във верига?

Релетата работят във верига, като използвате електромагнит за механично работа на превключвател.Когато електрическият ток преминава през бобината на релето, той генерира магнитно поле, което привлича подвижна арматура, което води до промяна на състоянието на контактите на превключвателя (отворена или затворена).Това позволява сигнал с ниска мощност да контролира верига с по-висока мощност.

2. Защо се нуждаете от реле във верига?

Контролни устройства с висока мощност: Релетата позволяват сигнал за контрол с ниска мощност да превключва натоварвания с висока мощност.

Изолатни вериги: Те осигуряват електрическа изолация между веригите за управление и натоварване, засилвайки безопасността.

Извършвайте логически функции: Релетата могат да се използват за създаване на сложни системи за управление, които изискват множество входове и изходи.

3. Какви са трите основни функции на релето?

Превключване: Релета Включете електрическите вериги включени и изключване.

Изолация: Те изолират различни части на веригата, за да защитят чувствителните компоненти от високи токове или напрежения.

Контрол: Релетата позволяват на една верига да контролира друга, позволяваща автоматизация и сложна логика на управление.

4. Как тествате реле?

Използване на мултицет: Измерете съпротивлението на бобината и контактите на релето.Намотката трябва да има специфична стойност на съпротивлението, докато нормално отворените (NO) контакти трябва да показват високо съпротивление, когато се дезактивират и ниски при зареждане.Обикновено затворените (NC) контакти трябва да показват обратното.

Създаване на тестова схема: Свържете релето към източник на захранване и натоварване.Когато захранването се прилага към намотката на релето, контактите трябва да превключват състояния (няма да се затваря, NC трябва да се отвори).

Слушане за щракване: Когато релето е активирано, трябва да чуете щракване на звук, показващ механичното движение на контактите.

5. Какво може да накара релето да се провали?

Механично износване: Повторната работа може да износва механичните части.

Електрически избухване: Високите токове могат да причинят избухване при контактите, което води до изковаване и повреди.

Неизправност на бобината: Прекомерното напрежение или продължителната употреба може да повреди релевата намотка.

Замърсяване: Прахът, мръсотията или влагата могат да попречат на механичното движение и електрическите контакти.

Топлинен стрес: Високите температури могат да влошат материалите и да причинят неизправност.