Выбор правильного реле: Руководство по всем типам и способам использования

Электрические реле - один из самых простых, но и один из самых универсальных компонентов в огромном царстве электроники и электротехники. Doug Brinton Can Stats По сути, они представляют собой простое, но умное средство управления мощной электрической нагрузкой с помощью маломощного электрического сигнала или светового сигнала, на котором построены все системы автоматизации и управления. Реле - это невоспетые герои, которые обеспечивают работу промышленного оборудования, приводящего в движение наш мир, а также ежедневное удобство автомобильной электроники. Однако термин "реле" охватывает обширное семейство изделий - различные виды реле, отличающиеся типом коммутационного устройства, видом клемм и другими параметрами. Понимание этих различий необходимо не только в академической среде. Оно необходимо при составлении безопасных, отработанных и надежных электрических схем. В этом руководстве мы рассмотрим принципы логического понимания работы реле, а также этапы применения реле, на которых вы сможете уверенно выбрать наиболее подходящее реле для вашей задачи.

Что такое реле и как оно работает?

Реле можно определить как электронное реле или, скорее, электромеханическую индукцию, которая функционирует как переключатель, приводимый в действие электрическим током. В основном оно используется для электрической изоляции входного управляющего сигнала от цепи нагрузки. Реле приводится в действие источником питания: обычно это низкое напряжение и ток (например, 5 В, подаваемый микроконтроллером). При этом переключатель в реле физически или электронно замыкается, завершая независимую мощную электрическую цепь (например, питание двигателя переменным током 240 В). Важнейшей особенностью такого разделения является изоляция чувствительной управляющей электроники от высокого напряжения, обратной эмфазы и электрических шумов силовой цепи.

Самое известное из них - электромеханическое реле (реле ЭМР). Его принцип работы представляет собой чистый пример электромагнитной индукции. Внутри ЭМР небольшая проволочная петля ведет себя как электромагнит. К этому витку, подключенному цепью управления с напряжением, прикладывается магнитная сила. Это магнитное притяжение, которое тянет к подвижному якорю, представляющему собой небольшой рычаг. Когда якорь вращается, он прижимает пару физических контактов друг к другу, замыкая выключатель, через который может проходить электрический ток. Как только управляющее напряжение снимается с якоря, магнитное поле разрушается, и пружина или постоянный магнит возвращает якорь в обычное состояние, а положение его контактов меняется на противоположное, снова разрывая цепь. Это фундаментальный, базовый и сильный механизм реле, на котором мы можем основывать все остальные различные типы реле.

Основные термины реле, которые вы должны знать

Прежде чем обсуждать различные типы реле, важно ознакомиться с общепринятым жаргоном, применяемым при описании характеристик реле, а также его работы. Первый шаг к правильному пониманию - овладение этой лексикой, чтобы легче было читать технические паспорта и выбирать нужный компонент.

Полюс и бросок

Это относится к инкрустированной структуре переключателя реле.

• Полюс - это соединение реле и количество независимых цепей, управляемых реле. Однополюсное реле (SPST) управляет одной цепью. Двухполюсное реле (DP) имеет две независимые цепи на одном реле. Броском называется количество положений, к которым может быть присоединен полюс.
• Однополюсное реле (ST) - это базовое реле ВКЛ/ВЫКЛ с одним другим подключением к полюсу. Двухполюсные (spdt-реле) могут менять полюс на два других разных контакта и таким образом перенаправлять ток. Распространенными формами AR являются SPST (Single Pole, Single Throw), SPDT (Single Pole, Double Throw) и DPDT (Double Pole, Double Throw).

Форма контактов (НО, НЗ)

Это определяет положение контактов и состояние контактов реле по умолчанию, когда на катушку не подается напряжение.

• Нормально открытый (NO): В нормальном положении контакт переключателя разомкнут, что делает цепь неполной. При подаче питания на катушку контакт замыкается, и цепь становится полной.
• Нормально закрытый (NC): Контакт переключателя замыкается, когда он находится в нормальном положении, и цепь завершена. При подаче питания на катушку контакт размыкается, и цепь разрывается.
• Однополюсное двухвыводное реле (spdt) содержит одну общую клемму, одну нормально разомкнутую (NO) и одну нормально замкнутую (NC).

Напряжение катушки и номинал контактов

Это две наиболее важные электрические характеристики.

• Напряжение катушки: Это необходимое напряжение в цепи управления, которое будет обеспечено при подаче напряжения на катушку реле. Номинал должен соответствовать напряжению на входе вашего устройства управления (например, 5 В, 12 В, 24 В постоянного тока в качестве сигнала).
• Контактный рейтинг: Указывает наибольшее номинальное напряжение и номинальный ток, которые могут безопасно выдержать физические контакты реле. Обычно он указывается в амперах (A) при данном напряжении и типе обслуживаемой электрической нагрузки (например, 10A при 250V AC). Превышение номинала контакта может привести к увеличению сопротивления контакта, выделению тепла и выходу его из строя.

Основные типы реле по конструкции

Хотя все реле служат для переключения, решающим фактором в определении их рабочих параметров, требований к низкому току и применимости в различных электрических сетях является способ, которым они устроены внутри. Знакомство с пятью основными типами поможет принять эффективное решение.

Электромагнитные реле (ЭМР)

Наиболее традиционными и широко известными являются электромагнитные реле. Они работают по закону магнитной силы, как объяснялось выше, которая физически перемещает физические контакты. В открытом состоянии они имеют реальный воздушный зазор между контактами, что гарантирует очень хорошую электрическую изоляцию. Это делает их нечувствительными к переходным процессам на линиях электропередач и выключателях. Они способны переключать переменный и постоянный ток, имеют тенденцию быть дешевыми, но имеют тот недостаток, что они работают так же быстро, как механическая система переключения, и что они имеют ограниченный срок службы, так как положение контактов может изнашиваться.

Твердотельные реле (SSR)

Твердотельное реле - это более современное коммутационное устройство, не имеющее реальных контактов. Вместо одной катушки в них используются полупроводники для чередования тока, а входной сигнал передается через оптопару в качестве формы изоляции. SSR потребляют мало энергии, не создают шума, быстро работают и прочны. Тем не менее, они обладают собственным сопротивлением контактов, могут нуждаться в охлаждении из-за температуры окружающей среды и стоят дороже.

Тепловые реле перегрузки

Тепловые реле перегрузки - это защитные реле, которые защищают двигатели от перегрузки по току. Они работают на электрическом токе, который нагревает биметаллическую полоску. При чрезмерной электрической нагрузке под действием тепла полоска изгибается, что приводит к изменению места контакта и снятию нагрузки. Канализация Рабочие характеристики реле с выдержкой времени позволяют им пропускать короткие пусковые токи без излишнего срабатывания.

Герконовые реле

Герконовое реле - это особая форма реле, в котором контакты состоят из двух ферромагнитных герконов, заключенных в стекло. Они помещены в катушку, которая при подаче напряжения также магнитно притягивает язычки друг к другу. Такое реле герметично защищено от воздействия внешних условий, таких как грязь и вода. Быстрые и малопотребляющие, где требуется низкий ток, они маленькие, быстрые, надежные, но имеют низкий номинальный ток.

Гибридные реле

Гибридные реле могут содержать электронное реле и ЭМР в одном устройстве, в котором SSR может быть использован для кратковременного переключения, а ЭМР оставлен для поддержания электрического тока. Это позволяет минимизировать обратную эмфазу и дугу при переключении, а также обеспечить эффективное протекание тока и низкое потребление энергии.

Различные типы реле: Сравнение

Выбирая между этими двумя типами, необходимо хорошо понимать компромиссы. В таблице ниже приведено прямое сравнение наиболее популярных типов реле по наиболее важным показателям производительности.

Повторимся, что в тех случаях, когда требуется низкая потеря мощности, скорость переключения и длительный срок службы, вы предпочтете использовать SSR, даже несмотря на стоимость. ЭМР экономически эффективны в мощных устройствах общего назначения. Герконовые выключатели хороши в чувствительном оборудовании, где требуется много места.

Как выбрать правильное реле: Руководство из 4 этапов

Получив представление о типах реле и их параметрах, вы можете приступить к систематической процедуре выбора идеального компонента.

Шаг 1: Определите нагрузку (переменный/постоянный ток, напряжение, ток)

Опишите электрическую нагрузку, которую вы хотите переключить. Выясните, является ли нагрузка постоянной или переменной, ее номинальное напряжение и номинальный ток. Реле всегда должно иметь номинал, комфортно превышающий номинал нагрузки, с безопасным запасом, особенно если нагрузка представляет собой индуктивные линии электропередачи или автоматические выключатели.

Шаг2: Определите сигнал управления

Изучите свои данные по управлению. Каково напряжение источника питания для включения реле? Убедитесь, что электрический ток, доступный для включения катушки реле или полупроводника, достаточен для вашей цепи управления.

Шаг 3: Учитывайте частоту переключения и срок службы

Какова частота срабатывания реле? Для непрерывной или частой работы лучше подходит твердотельное реле или реле с фиксацией. Там, где переключение не должно происходить часто, можно использовать эмр-реле.

Шаг4: Оценка экологических и физических ограничений

Подумайте о температуре окружающей среды, шуме, вибрации, потребностях реле задержки времени и пространстве на плате. Выберите тип, который удовлетворяет этим требованиям по условиям окружающей среды и механическим характеристикам, без большого сопротивления контактов или выделения большого количества тепла.

Практическое применение и схема подключения

Давайте применим это на практике с помощью хобби-проекта: Управление лампой с помощью Arduino и релейного модуля.

Цепь управления:

• Модуль VCC → Arduino 5V
• GND модуля → Arduino GND
• Модуль IN → Цифровой вывод Arduino (например, вывод 7)

Цепь питания:

• Перережьте провод переменного тока под напряжением.
• Один конец → клемма COM реле.
• Другой конец → клемма NO реле.

Когда Arduino посылает сигнал HIGH входной сигнал, он подает напряжение на реле, замыкая его. физические контакты и завершить цепь нагрузки, и включает лампу. Когда сигнал становится НИЗКИМ, реле возвращается в исходное положение. нормальное положение, размыкая цепь.

Поиск качественных реле для вашего применения

Когда вы определили свои потребности, настало время найти подлинные детали высокого качества. Кроме цены, обратите внимание на другие атрибуты: репутацию производителя, оригинальные детали и подробные технические описания. Если речь идет о промышленном использовании, где требуется постоянное качество и широкий выбор, такие поставщики, как ОМЧ на сайте omch.com, бесценны. ЭМР общего назначения, а также современные твердотельные реле, реле с фиксацией и реле защиты нуждаются в специализированном поставщике, на которого можно положиться для обеспечения их работоспособности.

Последняя мысль

Подводя итог, можно сказать, что реле, как и различные его разновидности, является примером великой инженерной эстетики. Знакомясь с принципами его работы, изучая терминологию и осознавая уникальные преимущества каждого типа, вы делаете его отличным инструментом в проектировании. Систематический подход к выбору детали гарантирует, что в итоге вы получите не только функционирующую деталь, но и максимально эффективную, безопасную и долговечную конструкцию вашего изделия. Неважно, занимаетесь ли вы созданием сложных электрических цепей в промышленной отрасли или являетесь любителем, проводящим эксперименты, правильное реле все равно является основой успешного проекта.