Relé: princíp činnosti a základy reléovej techniky

V praxi sa rozhodujeme pre reléové rozhranie, ak je požadované rozhranie flexibilnej konfigurácie s veľkým rozsahom spínaných výkonov a možnosť kombinácie rôznych druhov kontaktov. Ak sa chcete dozvedieť ako funguje relé, aký je princíp činnosti relé, zapojenia relé a ešte oveľa viac, potom ste na správnej adrese.


Čo je relé?

Relé je elektromagnetický spínací prvok. Na rozdiel od stykačov je relé väčšinou určené pre spínanie menších prúdov a neobsahuje pomocné kontakty. Relé sa v základnom vyhotovení skladá z cievky (elektromagnetu) navinutom na jadre z mäkkého feromagnetického materiálu. Magnetický obvod je uzavretý pohyblivou kotvou. Kotva je pružinou uvádzaná do pokojovej polohy a súčasne sa opiera o pohyblivý kontakt.


Princíp činnosti relé

Princíp činnosti relé je obdobný ako u stykača. Po privedení napätia na cievku relé je pritiahnutá kotva a následne sa kontakty zopnú, alebo rozopnú. Relé môžu obsahovať aj väčšie množstvo spínacích a rozpínacích kontaktov, súčasťou môžu byť aj kontakty prepínacie.

Elektromechanické relé sa v automatizácii používajú ako moduly rozhrania medzi procesnými periférnymi zariadeniami a ovládacími, signalizačnými a regulačnými zariadeniami pre reguláciu hladiny a výkonu.

Vo všeobecnosti by sme mohli elektromechanické relé v automatizácii rozdeliť na dve hlavné skupiny: monostabilné a bistabilné relé.

U monostabilných relé na jednosmerný alebo striedavý prúd sa kontakty po vypnutí budiaceho prúdu samočinne vrátia do stavu pôvodného stavu. Pri bistabilných relé zostávajú kontakty po vypnutí budiaceho prúdu v momentálnej spínacej  polohe.


Relé: strana cievky


Vstupné obvody a typy napätia

V závislosti na použitom relé a typu ovládacieho napätia existujú rôzne vstupné obvody. Pri použití relé určených na striedavé napätie (vstup AC) sa obmedzuje vstupná záťaž väčšinou na vizuálne zobrazenie stavu zopnutia. Frekvencia riadiaceho napätia je, pokiaľ nie je uvedené inak, 50/60 Hz.

Základná schéma relé so vstupom AC

V prípade relé s DC vstupom sa pridáva do obvodu ochranná dióda ako najdôležitejší prvok zapojenia. Obmedzuje induktívne vypínacie napätie vznikajúce na cievke na hodnotu okolo 0,7 V. Táto hodnota je spravidla pre pripojenú riadiacu elektroniku dostatočne bezpečná.

Nakoľko ochranná dióda plní svoju funkciu iba vtedy, ak je napätie pripojené so správnou polaritou, zapája sa do vstupného obvodu naviac ešte ochranná dióda proti prepólovaniu.

Základná schéma relé s DC vstupom

Pri prevádzke zároveň s jednosmerným alebo striedavým napätím sa do vstupného obvodu zapája mostíkový usmerňovač. Diódy prevezmú súčasne usmerňovanie, funkciu voľnobehu a ochranu proti prepólovaniu. Vypínacie napätie cievky je obmedzené na cca 1,4 V.

Na ochranu vstupného obvodu pred prepätím je v závislosti na danom type navyše zapojený varistor umiestnený pred mostíkovým usmerňovačom.

Základná schéma relé so vstupom AC/DC


Rozsah prevádzkového napätia
relé

Teplota okolia, ktorá prevláda v mieste použitia relé má významný vplyv na niektoré jeho prevádzkové parametre. Pri rastúcej teplote okolia sa zahrievaním vinutia cievky relé zvyšuje napätia odozvy. Súčasne sa znižuje maximálne prípustné napätie cievky, takže využiteľná pracovná oblasť je značne obmedzená.

Základné správanie prevádzkového napätia relé v závislosti od teploty okolia
  • I: Maximálne prípustné napätie pri 100% čase zopnutia (ED) a dodržanie hraničnej teploty cievky
  • II: Minimálne napätie odozvy


Rušivé napätia a rušivé prúdy na strane cievky

Bezpečná prevádzka relé môže byť rušená induktívnym alebo kapacitným rušivým napätím, ktoré sa viaže na dlhé prívody cievky relé. Ak je väzobné napätie vyššie ako napätie “odpadnutia“ požadované v „norme pre relé“ IEC 61810-1, potom v extrémnom prípade nedôjde k “odpadnutiu“ relé. Toto napätie “odpadnutia“ má pre DC relé hodnotu ≥ 0,05 x UN a pre AC relé hodnotu ≥ 0,15 x UN.

Rovnaké poruchy môžu nastať, keď bude relé s malým vstupným výkonom ovládané elektronickým modulom, v ktorom bude na výstupe pre striedavé napätie zapojený RC člen. Charakteristický unikajúci prúd takých RC členov, ktorý sa má hodnotu väčšinou okolo niekoľkých mA poskytuje dostatočný riadiaci výkon, ktorý za ním zapojené relé nenechá “odpadnúť“ alebo ho dokonca vybudí.

Úroveň rušenia existujúcich rušivých napätí možno znížiť pomocou paralelného zapojenia RC člena k cievke relé. Týmto opatrením sa rušivé napätie zaťaží prídavnou kapacitnou záťažou a zanikne.

Externý odrušovací RC člen proti väzbám napätia


Relé:
Kontaktná strana, materiály kontaktov

Materiál z akého sú vyrobený kontakty relé patrí k jedným z najdôležitejších kritérií pri výbere relé pre konkrétnu aplikáciu. U veľkého počtu možností využitia v rôznych oblastiach priemyslu je vhodné, aby sa relé prispôsobilo rôznorodým úlohám správnou voľbou materiálu kontaktov. Hodnoty pre napätie, prúd a výkon sú dôležité pre vhodnosť materiálu kontaktov.

Pri výbere relé pre konkrétnu aplikáciu patrí materiál kontaktov k jedným z najdôležitejších kritérií

Ďalšími kritériami sú:

  • Prechodný odpor
  • Odolnosť proti opaľovaniu
  • Prenos materiálu
  • Sklon ku spekaniu kontaktov
  • Chemické vplyvy

Takto môžeme rôzne materiály kontaktov, väčšinou zliatiny ušľachtilých kovov, priradiť príslušným oblastiam použitia. Nižšie uvádzame niektoré z najdôležitejších materiálov kontaktov relé.

Striebro – nikel AgNi90/10

  • Vyššia odolnosť kontaktov proti opáleniu, malá náchylnosť k zvareniu, vyšší prechodový odpor kontaktov ako AgNi 0,15
  • Spínanie stredných a vysokých záťaží, pre jednosmerné aj striedavé obvody, rozsah použitia ≥ 12 V, 100 mA

Jemnozrnné striebro AgNi0,15

  • Relatívne nižší prechodový odpor kontaktov, vyššia mechanická odolnosť, malá náchylnosť k zvareniu kontaktov, malá ochrana proti atmosférickým vplyvom
  • Univerzálne nasadenie v stredných napäťových a prúdových rozsahoch, rozsah použitia 12 V, 10 mA

Striebro-cín-oxid AgSnO2

  • Veľmi vysoká odolnosť kontaktov proti opáleniu pri vysokých spínaných výkonoch, malá náchylnosť k zvareniu, vysoká mechanická odolnosť
  • Vhodné pre spínanie vysokých zapínacích a vypínacích prúdov, striedavých a jednosmerných obvodov, rozsah použitia 12 V, 100 mA

Striebro-kadmium-oxid AgCdO

  • Vysoká odolnosť kontaktov proti opáleniu, malá náchylnosť k zvareniu
  • Vhodné pre spínanie induktívnych záťaží, striedavých obvodov, rozsah použitia 12 V, 100 mA

Wolfrám W

  • Najvyššia teplota tavenia, vysoká odolnosť kontaktov proti opáleniu pri vysokej frekvencii spínania a minimálnej dobe zopnutí
  • Vhodný ako prednostný kontakt v obvodoch pri spínaní vysokých zapínacích a vypínacích prúdov, rozsah použitia ≥ 60 V, 1 A

Pozlátené kontakty

  • Veľmi dobrá odolnosť pred koróziou, malý a konštantný prechodový odpor aj pri malých spínaných záťažiach, nízka náchylnosť k zvareniu
  • Odporúčaný rozsah použitia ≥ 1 V, 1 mA, 50 mW
Čisté zlato má neprekonateľnú odolnosť voči oxidácii a sulfidácii


Záver


Spoľahlivosť priemyselných automatizačných zariadení je pri stále stúpajúcom použití elektronických modulov čoraz dôležitejšia.

Relé je súčiastkou, ktorej hlavnou úlohou je spínanie signálu. V praxi existuje niekoľko typov, z ktorých ale k najznámejším patrí elektromagnetické relé. To slúži na spínanie alebo rozopínanie elektrických spojení. Predstavuje dôležitú elektrotechnickú súčiastku a objavuje sa v praxi dnes najčastejšie.

Relé našlo široké možnosti uplatnenia a to vyvolalo dopyt aj po iných typoch. Princíp relé je obdobný ako pri stýkači. Všeobecne sa však dá povedať, že je schopné v porovnaní so stýkačom spínať nižšie výkony. V praxi sa rozhodujeme pre reléové rozhranie, ak je požadované rozhranie flexibilnej konfigurácie s veľkým rozsahom spínaných výkonov a možnosť kombinácie rôznych druhov kontaktov.

Nevýhodou relé je fakt, že ho môžeme pomerne ľahko zničiť, ak spína nevhodnú záťaž. Elektromagnetické relé sa skladá z cievky, ďalej z jadra z magneticky mäkkej ocele, pohyblivej kotvy, pružných kontaktov z rôzneho materiálu a výstupu pre pripojenie ďalšieho zariadenia.


Zdroj: siemens, carlo gavazzi, finder, phoenix contact, wikipedia, upravil Automatizacia365.sk

Pridaj komentár

Vaša e-mailová adresa nebude zverejnená. Vyžadované polia sú označené *