Πώς να κατανοήσετε τα ηλεκτρικά ρελέ και τα ρελέ στερεάς κατάστασης για μεταγωγή

Τα ηλεκτρικά ρελέ μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες, δηλαδή στα ηλεκτρομηχανικά ρελέ και στα ρελέ στερεάς κατάστασης.

Ηλεκτρομηχανολογικά Ρελέ

Τα ηλεκτρομηχανικά ρελέ είναι οι συσκευές που έχουν ηλεκτρομαγνητική φύση και μετατρέπουν τη μαγνητική ροή, η οποία παράγεται από το σήμα χαμηλής ισχύος εισόδου DC ή AC γύρω από τα ρελέ, στη μηχανική δύναμη που χρησιμοποιείται για τη λειτουργία των ηλεκτρικών επαφών στα ρελέ. Τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα ηλεκτρομηχανικά ρελέ έχουν κύκλωμα. τυλιγμένο γύρω από έναν απορροφητικό πυρήνα σιδήρου. που είναι γνωστό ως πρωτεύον κύκλωμα.

Ο πυρήνας του σιδήρου έχει ένα σταθερό μέρος που ονομάζεται ζυγό και έναν οπλισμό που είναι ένα κινητό μέρος με ελατήριο, το οποίο κλείνει το διάκενο αέρα μεταξύ του κινητού οπλισμού και του σταθερού ηλεκτρικού πηνίου, επομένως ολοκληρώνει το κύκλωμα του μαγνητικού πεδίου. Ο οπλισμός κλείνει τις επαφές που είναι προσαρτημένες σε αυτό και μπορεί να κινηθεί ελεύθερα μεταξύ του παραγόμενου μαγνητικού πεδίου λόγω της θέσης περιστροφής ή της άρθρωσης. Ένα ελατήριο ή ελατήρια συνδέονται μεταξύ του οπλισμού και του ζυγού για να δημιουργήσουν τη διαδρομή επιστροφής για να επαναφέρουν τις συνδέσεις στην αρχική τους θέση όταν το πηνίο του ρελέ είναι απενεργοποιημένο ή βρίσκεται σε κατάσταση εκτός λειτουργίας.

Κατασκευή Ηλεκτρομηχανολογικού Ρελέ

Το παραπάνω σχήμα δείχνει το απλό ρελέ που έχει δύο σετ ηλεκτρικά αγώγιμων επαφών. Τα ρελέ μπορεί να είναι 'Κανονικά ανοιχτά' ή 'Κανονικά κλειστά'. Το ζεύγος επαφών χαρακτηρίζεται ως Κανονικά ανοικτές ή δημιουργούμε επαφές και ένα ζεύγος χαρακτηρίζεται ως κανονικά κλειστές ή σπασμένες επαφές. Στις Normally Open επαφές οι επαφές είναι ανοιχτές όταν δεν υπάρχει ισχύς εισόδου, κλείνουν μόνο όταν υπάρχει ρεύμα πεδίου, ενώ στις Normally Closed επαφές οι επαφές κλείνουν όταν δεν υπάρχει ισχύς εισόδου, είναι ανοιχτές μόνο όταν υπάρχει ρεύμα πεδίου. Αυτοί οι όροι χρησιμοποιούνται από προεπιλογή για τα απενεργοποιημένα κυκλώματα που βρίσκονται σε κατάσταση εκτός λειτουργίας.

Οι επαφές των ρελέ είναι ηλεκτρικά αγώγιμα κομμάτια μετάλλου, όταν έρχονται σε επαφή μεταξύ τους ολοκληρώνουν το κύκλωμα και διοχετεύουν τη ροή του ρεύματος μέσα από το κύκλωμα όπως ακριβώς οι διακόπτες. Σε ανοιχτή κατάσταση έχουν πολύ υψηλή αντίσταση σε mega ohms και λειτουργούν ως ανοιχτό κύκλωμα, ενώ σε κλειστή κατάσταση λειτουργούν ως κλειστός διακόπτης, και ιδανικά, θα πρέπει να έχουν μηδενική αντίσταση, αλλά υπάρχει πάντα μια ορισμένη αντίσταση επαφής που ονομάζεται «αντίσταση ΟΝ».

Οι νέες επαφές και τα ρελέ έχουν πολύ χαμηλή αντίσταση ON επειδή οι άκρες τους είναι προσεγμένες και νέες, αλλά με την πάροδο του χρόνου αυτή η αντίσταση θα αυξηθεί. Παρατηρείται ένα φαινόμενο τόξου στις επαφές που αναφέρεται ως ζημιά στις άκρες των επαφών εάν δεν προστατεύονται σωστά από υψηλά χωρητικά και επαγωγικά φορτία. Καθώς το ρεύμα θα ρέει μέσα από τις επαφές όταν είναι συνδεδεμένες, και το φαινόμενο της αψίδας, εάν δεν ελέγχεται, θα συνεχίσει να αυξάνεται, καθιστώντας την αντίσταση μεγάλη που τελικά οδηγεί σε σχισμένες και μη αγώγιμες επαφές ακόμα και όταν είναι σε κλειστή κατάσταση.

Για να μειωθούν τα φαινόμενα αψίδας και η υψηλή αντίσταση «ON» στις αγωγές και να βελτιωθεί η διάρκεια ζωής τους, οι σύγχρονες μύτες αγωγιμότητας είναι κατασκευασμένες ή επικαλυμμένες με διαφορετικά κράματα αργύρου. Μερικά από αυτά περιλαμβάνουν Ag (λεπτό ασήμι), AgCu (χαλκός αργύρου), AgCdO (οξείδιο του καδμίου αργύρου), AgW (ασημένιο βολφράμιο), AgNi (ασημένιο νικέλιο), κράματα πλατίνας, χρυσού και αργύρου και AgPd (παλλάδιο αργύρου).

Η μεγάλη διάρκεια ζωής των επαφών του ρελέ μπορεί να επιτευχθεί με τη χρήση της τεχνικής φιλτραρίσματος, η οποία γίνεται με την προσθήκη ενός δικτύου πυκνωτών αντίστασης γνωστό ως Snubber Circuit παράλληλα με τις άκρες επαφής ρελέ. Αυτό το κύκλωμα RC θα βραχυκυκλώσει την υψηλή τάση, η οποία τελικά θα καταστείλει κάθε φαινόμενο τόξου.

Ταξινόμηση ηλεκτρομηχανικών ρελέ με βάση τους τύπους επαφών

Καθώς το NO και το NC περιγράφουν πώς συνδέονται οι επαφές, μπορούν επίσης να ταξινομηθούν με βάση τις ενέργειές τους. Μπορούν να κατασκευαστούν ενώνοντας μία ή περισσότερες επαφές διακόπτη που αναφέρονται επίσης ως πόλοι, οι οποίοι μπορούν να συνδεθούν περαιτέρω ενεργοποιώντας τα πηνία του ρελέ δίνοντας τέσσερις διαφορετικούς τύπους επαφών που δίνονται ως:

Οι ηλεκτρονόμοι στερεάς κατάστασης

Οι ηλεκτρονόμοι στερεάς κατάστασης δεν έχουν κινούμενα μέρη, αλλά χρησιμοποιούν τα οπτικά και ηλεκτρικά χαρακτηριστικά των ημιαγωγών στερεάς κατάστασης για τη δημιουργία απομόνωσης και την εκτέλεση λειτουργιών μεταγωγής. Καθώς δεν έχουν κινούμενα μέρη σε αντίθεση με τα ηλεκτρομηχανικά ρελέ, δεν υπάρχει φθορά των εξαρτημάτων. Παρέχουν επίσης πλήρη απομόνωση μεταξύ των επαφών εξόδου και εισόδου, έχοντας πολύ υψηλή αντίσταση σε ανοιχτή κατάσταση και πολύ χαμηλή στην αγώγιμη κατάσταση. Είναι παρόμοια σε λειτουργικότητα με τα ηλεκτρομηχανικά ρελέ, καθώς εκτελούν επίσης λειτουργίες μεταγωγής. Είναι συμβατά με τις περισσότερες λογικές οικογένειες IC χωρίς τη χρήση πρόσθετων ενισχυτών, προγραμμάτων οδήγησης ή κυκλωμάτων προσωρινής αποθήκευσης, λόγω των χαμηλών απαιτήσεων ισχύος ελέγχου εισόδου. Ωστόσο, απαιτούν την κατάλληλη τοποθέτηση σε ψύκτρες για να αποφευχθεί η υπερθέρμανση.

Ρελέ στερεάς κατάστασης

Στο σημείο μηδενικής διέλευσης της ημιτονοειδούς κυματομορφής εναλλασσόμενου ρεύματος, το ρελέ στερεάς κατάστασης τύπου AC ενεργοποιείται και αποτρέπει τα υψηλά εισερχόμενα ρεύματα. Κατά την εναλλαγή υψηλών χωρητικών και επαγωγικών φορτίων, το κύκλωμα RC Snubber χρησιμοποιείται για την εξάλειψη του θορύβου και των παροδικών αιχμών τάσης. Καθώς η συσκευή μεταγωγής εξόδου είναι ένα ρελέ ημιαγωγού στερεάς κατάστασης, η πτώση τάσης στην έξοδο είναι πολύ υψηλή, γεγονός που προκαλεί την απαίτηση θερμότητας του δέρματος για την αποφυγή υπερθέρμανσης και ζημιάς του κυκλώματος.

Μονάδες διεπαφής εισόδου/εξόδου

Οι μονάδες διασύνδεσης εισόδου/εξόδου είναι μια ειδική σχεδίαση ρελέ ημιαγωγών στερεάς κατάστασης για τη σύνδεση μικροελεγκτών, υπολογιστών και PIC σε πραγματικούς διακόπτες και φορτία. Υπάρχουν τέσσερις βασικοί τύποι μονάδων I/O, έξοδος λογικού επιπέδου CMOS ή τάση εισόδου AC/DC σε TTL, λογική είσοδος CMOS σε τάση εξόδου AC ή DC και TTL. Αυτές οι μονάδες περιέχουν όλα τα υποχρεωτικά κυκλώματα για την παροχή απομόνωσης και μια πλήρη διασύνδεση σε μια μικρή συσκευή. Είναι προσβάσιμες ως ξεχωριστές μονάδες στερεάς κατάστασης ή είναι ενσωματωμένες σε συσκευές 4, 8 ή 16 καναλιών.

Πίνακας σύγκρισης μεταξύ ηλεκτρομηχανικών και ηλεκτρονόμων ημιαγωγών στερεάς κατάστασης

Τα ηλεκτρομηχανικά ρελέ χρησιμοποιούν μηχανικές επαφές για μεταγωγή και έχουν κινούμενα μέρη, ενώ τα ρελέ στερεάς κατάστασης ημιαγωγών χρησιμοποιούν συσκευές ημιαγωγών για μεταγωγή και δεν έχουν κινούμενα μέρη.

συμπέρασμα

Ένα ηλεκτρικό ρελέ είναι ένας διακόπτης που ενεργοποιεί και απενεργοποιεί το ηλεκτρικό κύκλωμα μέσω ενός εξωτερικού ηλεκτρικού σήματος. Μπορούν να ελέγξουν ένα υψηλό ηλεκτρικό ρεύμα μέσω ενός σήματος χαμηλής ισχύος, που επίσης ταξινομείται ως μετατροπείς, λόγω της ικανότητάς τους να αλλάζουν μια φυσική ποσότητα σε άλλη. Τα ηλεκτρομηχανικά ρελέ χρησιμοποιούν μαγνητικά πεδία, πηνία, ελατήρια και μηχανικές επαφές για την εκτέλεση μεταγωγής. Λόγω των κινούμενων μερών, υφίστανται ζημιά στα εξαρτήματα.

Έχουν περιορισμένο κύκλο ζωής επαφής και καταλαμβάνουν πολύ χώρο, επίσης έχουν αργή ταχύτητα μεταγωγής ενώ τα ρελέ ημιαγωγών στερεάς κατάστασης δεν χρησιμοποιούν κινούμενα μέρη αντί να χρησιμοποιούν ηλεκτρικές και οπτικές ιδιότητες ημιαγωγών στερεάς κατάστασης. Δεν υφίστανται φθορά εξαρτημάτων, αλλά είναι ακριβά.