Типы электромеханических реле, о которых вы должны знать

Электромеханическое реле (ЭМР) - один из самых распространенных, но неправильно понимаемых компонентов в промышленных приложениях и при проектировании схем. Хотя они могут показаться простыми переключателями включения/выключения, реальность гораздо сложнее. От микроскопического состава сплавов контактов до макроскопической архитектуры крепления на DIN-рейку - выбор неправильного компонента из огромного количества типов электромеханических реле может привести к катастрофическим последствиям: привариванию контактов, выгоранию катушки и ухудшению качества сигнала.

В этом блоге мы подробно рассматриваем классификацию, внутреннюю механику и процесс выбора различных типов реле. Не ограничиваясь простыми определениями, мы предлагаем практические инженерные соображения, чтобы обеспечить максимальную надежность работы ваших производственных линий и систем автоматизации.

Понимание основного механизма: как работают ЭМК

Чтобы понять разницу между типами реле, необходимо разобраться в общем механизме, который их объединяет. По своей сути стандартное электромеханическое реле - это устройство, использующее физические законы электромагнетизма для преобразования электрического сигнала в механическое переключение. Гальваническая развязка между цепью управления (малой мощности) и цепью нагрузки (большой мощности) сделала эти устройства незаменимыми.

Механизм основан на четырех основных элементах, которые функционируют вместе:

1. Катушка: Медная проволока, намотанная на сердечник. При прохождении через него тока он создает сильное электромагнитное поле.
2. Арматура: Это якорь, изготовленный из черного материала, который притягивается к центру катушки при возникновении магнитного поля.
3. Возвращение весны: Компонент натяжения, который возвращает якорь в исходное положение после прекращения подачи тока в катушку.
4. Контакты: Набор контактов, образованных проводящими металлическими поверхностями, которые физически соприкасаются (соединяются) или расходятся (разрываются) для завершения цепи.

Инженерная задача: гистерезис

Независимо от того, какой тип электромеханического реле вы выберете, необходимо знать понятие гистерезиса. Напряжение, необходимое для приведения якоря в движение (напряжение подхвата), всегда не меньше напряжения, необходимого для его отпускания (напряжение отбоя). Эта механическая инерция помогает избежать дребезга и является одним из основных факторов, гарантирующих стабильность.

Структурно-логическая таксономия: За пределами основ

Типы электромеханических реле принято классифицировать в зависимости от их физической конструкции и философии управления. Эти конструктивные различия определяют срок службы, скорость и способность компонента работать в определенных условиях окружающей среды.

Якорные и герконовые реле

Арматурные реле (промышленный стандарт):

Среди наиболее распространенных типов реле, применяемых в тяжелой промышленности, эти реле - суровые рабочие лошадки. Для перемещения контактов в них используется шарнирный якорь. Они имеют прочную конструкцию, что позволяет им работать с большими токами (от 5 А до более 100 А).

Герконовые реле (Точность и скорость):

В отличие от более распространенных типов якорей, такие электромеханические реле состоят из двух ферромагнитных лопастей (герконов), запаянных в стеклянную капсулу.

• Плюсы: Он очень быстро заменяется, не окисляется (благодаря инертному газу), а срок его механической службы очень велик.
• Конс: Крайне низкая токопроводящая способность. Они могут быть повреждены контактной сваркой при возникновении пусковых токов (например, при емкостной нагрузке).

Моностабильная и фиксирующая логика

Моностабильные (без фиксации) реле:

Это настройка по умолчанию. При подаче питания на катушку реле только активно. В случае потери питания (Fail-Safe) контакты будут возвращены в исходное положение под действием пружины. Это необходимо в цепях безопасности - например, в системе аварийного отключения, где цепь должна быть разомкнута при потере питания.

Реле с фиксацией (бистабильные):

Реле с фиксацией используют постоянный магнит или механический механизм блокировки для удержания положения контакта после питание катушки снимается. Они требуют импульса для установки и второго импульса (или обратной полярности) для сброса.

• Применение: Они идеально подходят для энергочувствительных приложений или функций памяти, где состояние должно сохраняться в случае отключения питания. Однако они не подходят для критически важных приложений, поскольку не могут автоматически сбрасываться (fail-safe) при отключении питания.

Категоризация по конфигурации переключателя: Полюса и броски

Вы столкнетесь с терминологией “полюса” и “броски”, когда будете просматривать список типов электромеханических реле.

• SPST (Single Pole, Single Throw): Самый простой. Он имеет четыре клеммы и представляет собой простой выключатель. Обычно его называют форма A (нормально разомкнутый) или форма B (нормально замкнутый).
• SPDT (Single Pole, Double Throw): Переключатель. Имеет общую клемму, которая подключается к одному из выходов в состоянии покоя и к другому в состоянии активности. Он необходим для чередования двух источников питания или индикаторов состояния.
• DPDT (двойной полюс, двойной выброс): По сути, это два переключателя SPDT, управляемые одной катушкой. Это стандарт отрасли для реверсивных цепей двигателей (смена полярности) или изоляции токоведущей и нейтральной частей одновременно.
• 4PDT (четырехполюсный, двухвыводной): Это применяется в промышленных панелях управления, где требуется один сигнал для одновременного включения нескольких независимых индикаторов, сигнализации и вторичных цепей управления.

Отраслевые категории и типы защиты

Помимо физического строения, электромеханические реле также изготавливаются в соответствии с определенными условиями применения и профилем нагрузки.

Реле общего назначения, силовые и сигнальные реле

1. Сигнальные реле: Низкое напряжение и малый ток (обычно менее 2 А). Они играют важную роль при низких уровнях энергии (ток смачивания), обеспечивая целостность данных в телекоммуникациях и приборостроении, а также надежность контактов.
2. Реле общего назначения: Промежуточные реле обычно имеют диапазон от 5А до 10А. Они используются во многих промышленных приложениях, системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, бытовых приборах и простой логике автоматизации.
3. Силовые реле: Предназначены для высоких пусковых токов и индуктивных нагрузок, обычно от 20 до 80 А. Их контактные зазоры больше для предотвращения электрической дуги, возникающей при переключении тяжелых двигателей или нагревателей.

Специализированные защитные и тепловые вариации

• Реле с принудительным управлением (предохранительные): В устройствах этого типа контакты соединены между собой механически. При замыкании нормально разомкнутого (NO) контакта нормально замкнутый (NC) контакт не сможет замкнуться. Такая механическая защита должна применяться в модулях безопасности и цепях E-stop.
• Тепловые реле перегрузки: Это не коммутационные реле в обычном понимании этого термина, а устройства защиты. В них используется биметаллическая полоса, которая складывается при перегреве от чрезмерного тока и механически разрывает цепь, предотвращая сгорание двигателей.

Контактное материаловедение: Подбор сплавов для конкретных нагрузок

Этому фактору, вероятно, уделяется меньше всего внимания при выборе реле. Срок службы реле будет составлять 10 лет или 10 минут в зависимости от содержания контакта. Инженеры должны согласовать сплав с типом нагрузки (резистивной, индуктивной или емкостной).

Эксплуатационные характеристики наиболее распространенных контактных материалов приведены в таблице ниже:

Примечание: Для промышленных условий, где часто используются двигатели и соленоиды, AgSnO2 как правило, является лучшим выбором по долговечности.

Монтажные архитектуры и герметизация

То, как реле физически интегрировано в систему, влияет на протоколы обслуживания и устойчивость к внешним воздействиям.

Системы печатных плат, гнезд и DIN-рейки

• ПЕЧАТНАЯ ПЛАТА Гора: Припаивается непосредственно к плате. Занимает мало места и стоит дешевле, но его трудно заменить.
• Вставной / гнездовой монтаж: Реле подключается к базе. Наиболее важные системы, требующие быстрого обслуживания. Если реле ломается, его можно заменить за несколько секунд без паяльника.
• Крепление на DIN-рейку: Стандарт промышленных шкафов управления. Эти модульные устройства часто объединяют реле, розетку и светодиодный индикатор в один интерфейсный модуль, что упрощает подключение панели.

Уровни герметизации: От флюсового до герметичного

Классификация упаковки, как правило, соответствует стандарту IEC 61810:

• RT I (защита от пыли): Стандартный корпус, не герметичный.
• RT II (Доказательство флюса): Устойчив к паяльному флюсу, но не поддается промывке.
• RT III (Wash Tight): Герметичны к процессам промывки (эквивалент IP67). Важно для печатных плат, очищаемых в воде.

Электромеханические и твердотельные реле: Критическое сравнение

Самый сложный вопрос, на который приходится отвечать инженерам, - использовать ли электромеханическое реле (EMR) или твердотельное реле (SSR).

В следующей таблице приведены основные компромиссы между этими двумя технологиями:

Вердикт: SSR следует использовать для высокоскоростного, высокоцикличного управления ПИД-регуляторами (например, нагревательными элементами). Для обеспечения общей безопасности, коммутации двигателей и приложений, требующих абсолютного нулевого тока, используются ЭМР.

Пошаговое руководство по выбору правильного реле

Выбор подходящего реле - это процесс исключения, который включает в себя ограничение нагрузки и окружающую среду.

Важнейшие факторы в процессе отбора

1. Определите тип нагрузки: Это нагреватель (резистивный) или двигатель (индуктивный)? Индуктивная нагрузка создает огромный скачок ЭДС спина при выключении, и это может вызвать дугу на контактах. Необходимо снизить номинал реле или выбрать реле, предназначенное для индуктивных нагрузок (категории AC-15 против AC-1).
2. Проверьте пусковой ток: Источники питания светодиодов могут потреблять ток в 100 раз больше номинального в течение микросекунды. Убедитесь, что материал контактов реле (предпочтительно AgSnO2) способен выдержать такой скачок напряжения без сварки.
3. Напряжение катушки & Окружающая среда: Соответствует ли катушка вашему управляющему напряжению (12 В постоянного тока, 24 В постоянного тока, 230 В переменного тока)? Температура окружающей среды находится в пределах рабочего диапазона реле?

Преимущество OMCH: Прецизионное проектирование для обеспечения промышленной надежности

Спецификации необходимо знать, но качество производимого компонента - последняя переменная в уравнении надежности. Сбой в автоматизации в промышленности можно сравнить с простоем, который можно сравнить с потерей дохода.

ОМЧ занимается решением этих промышленных задач с тех пор, как 1986. Являясь комплексным производителем деталей для промышленной автоматизации, OMCH выходит за рамки стандартного “готового” качества, придерживаясь философии инженерной надежности.

• Целостность материала: В реле OMCH используются высококачественные AgSnO2 контакты для силовых приложений, которые специально разработаны для защиты от дуги и сварки индуктивных промышленных нагрузок.
• Последовательность через Автоматизацию: ОМЧ обладает 7 модернизированных производственных линий и завод площадью 8000 квадратных метров, который устраняет вариативность ручной сборки. Реле отличаются высокой стабильностью и поддерживаются ISO9001, Стандарты CCC, CE и RoHS.
• Общесистемный Совместимость: В OMCH работает более 3 000 SKU, включая реле и датчики, источники питания и пневматику, что обеспечивает решение по принципу “одного окна”. Это гарантирует, что ваше реле будет идеально соответствовать источнику питания для DIN-рейки и логике работы вашего датчика, упрощая цепочку закупок и совместимости.
• Глобальная поддержка: OMCH обладает технической и материально-технической поддержкой, необходимой для поддержки международных проектов, которые осуществляются в более 100 стран и круглосуточная служба технической поддержки.

Выбирая компоненты OMCH, вы не просто покупаете переключатель, вы инвестируете в 40-летнее наследие промышленной стабильности.

Быстрый контрольный список для инженеров

Прежде чем завершить работу над спецификацией материалов, проверьте следующее:

• [ ] Категория нагрузки: Учел ли я индуктивную отдачу? (Рассмотрите возможность добавления обратного диода или варистора).
• [ ] Контактный материал: Для этого двигателя/светодиода требуется AgNi или AgSnO2?
• [ ] Напряжение катушки: Есть ли у него регулируемый источник питания? (Реле имеют окно допуска).
• [ ] Крепление: Нужна ли розетка для удобства замены в будущем?
• [ ] Сертификация: Требуются ли для проекта компоненты, включенные в список UL/CE/CCC?

В соответствии с этой таксономией и схемой выбора инженеры смогут сделать так называемое "скромное реле" самым сильным звеном в цепи автоматизации.